2019, Vol. 28
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近年来, 川东北地区上三叠统须家河组四段展现了良好的勘探效果和勘探前景, 多口井获得了工业油气流, 是川东北地区陆相勘探的重点层段[1].在勘探研究工作中, 物源区母岩性质控制砂岩类型、骨架矿物成分及其平面分布规律, 同时影响了砂岩的成岩作用路径与成岩产物的类型, 并最终影响了油气勘探的结果, 因此对于母岩来源方向研究是油气勘探工作的重点.前人对川东北地区物源方向的研究已经有了一定的成果[2-6], 运用沉积学特征及测井特征分析等方法, 确定其具有多物源的性质, 分别来自龙门山、大巴山和米仓山方向, 但对于物源范围没有精细的研究, 因而制约了准确沉积相、砂体展布和储层特征的认识.随着基础资料逐渐丰富, 深入研究工作的开展, 本文通过对研究区重矿物、碎屑组分和古水流方向的分析, 对须四段的物源方向进行更深入的探讨, 以期为储层的预测, 有利勘探区块的落实, 以及下一步的勘探开发工作提供基础.
1 研究区地质背景研究区位于川北低缓褶皱带, 西临龙门山断褶带, 北接米仓-大巴断褶带, 包括元坝及通南巴地区(图 1) [7].须家河组沉积于晚三叠世中晚期, 由于华南与华北地块间的持续挤压及古特提斯大洋板块的向东俯冲, 川东北地区在龙门山冲断带远程效应和米仓-大巴山逆冲推覆导致的上地壳载荷作用影响下, 缓慢沉降形成了川东北类前陆盆地, 并开始接受沉积[8].在须三段和须四段之间发生了一次较大的构造运动-安县运动, 波及影响了整个四川盆地[9-11].受安县运动的影响, 龙门山全面抬升, 逆冲褶皱成山, 研究区进入了陆相沉积环境[12], 米仓-大巴山也开始进入强烈的构造隆升, 川东北前陆盆地较大幅度的持续沉降, 龙门山和米仓-大巴山向研究区提供了大量陆源碎屑.
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图 1 研究区位置图 Fig.1 Location map of the study area 1-盆地边界(basin boundary); 2-断层(fault); 3-构造单元界线(tectonic boundary); 4-研究区(study area) |
川东北地区须家河组是一套以砂岩和泥岩为主的地层, 前人根据沉积厚度和岩石组合特征将其划分为须一至须六段, 其厚度整体上呈现由西北向东向南减薄的趋势, 其中元坝地区普遍缺失须六段及部分须五段地层, 通南巴地区普遍缺失须六段、须一段及须二下段.须四段厚度不稳定, 差别较大, 总体厚度在40~130 m之间, 岩性以灰白色-浅灰色中-粗砂岩、杂色砾岩、灰色含砾粗-细砂岩为主, 元坝地区西部灰质含量较高, 砂岩中夹有黑色炭质页岩和薄煤层, 见植物碎片及大型冲刷面, 为特征明显的陆相环境.
2 物源分析 2.1 重矿物分析沉积学中的重矿物指的是存在于陆源碎屑岩之中, 比重大于2.86 g/cm3, 含量一般不超于1%的透明和非透明矿物.重矿物耐磨蚀且稳定性强, 可以较多的保留母岩的特征, 是物源分析中的重要方法[13].在碎屑物质搬运的过程中, 稳定重矿物的含量相对增加, 不稳定重矿物的含量相对减少, 因此稳定重矿物的比值可以更好地反映物源特征, 这些比值被称为重矿物特征指数, 其中ZTR指数是重矿物中最为稳定的锆石、电气石和金红石组成的透明矿物的百分含量, 是一种重矿物分析中常用且有效的一种方法[14].
经统计, 研究区7个野外剖面及10口井的数据中发现的陆源重矿物类型有锆石、金红石、电气石、石榴石、磁铁矿、赤褐铁矿、白钛矿、绿帘石、绿泥石、黝帘石、闪锌矿等(图 2).其中位于元坝东部的区域Ⅰ中, YL26井、YB29井和YL32井的重矿物组合相似, 以白钛矿+金红石+磁铁矿+锆石为主要重矿物组合, 与工农镇剖面相比, 稳定重矿物白钛矿、金红石、磁铁矿、电气石和锆石的含量均有升高, 不稳定重矿物石榴石的含量减为零, 且ZTR指数增加, 因此其与工农镇剖面来自同一物源; 位于元坝地区中部及通南巴地区西部的区域Ⅱ内, YL28井和RL1井的重矿物组合主要以白钛矿+金红石为主, 以磁铁矿+锆石+电气石为次要重矿物组合, 与桥亭剖面的重矿物组合特征相似, 且与剖面相比ZTR值升高, 不稳定重矿物含量减少, 因此区域Ⅱ物源应来自桥亭剖面方向; 位于通南巴地区东部的区域Ⅲ内, M201井和M102井重矿物组合十分接近, 以白钛矿+赤褐铁矿为主要重矿物, 以磁铁矿+金红石+绿泥石+锆石为次要重矿物组合, 尤其是赤褐铁矿含量显著高于其余各井, 与竹裕剖面的重矿物组合特征相似, 根据ZTR指数, M201井和M102井的物源应来自于竹裕剖面方向; 位于元坝地区东部的区域Ⅳ内, YL172井、YL173井和YL176井的重矿物组合特征相似, 以白钛矿+金红石+磁铁矿为主要重矿物组合, 以锆石+电气石+绿泥石+绿帘石为次要重矿物组合, 与长石剖面的重矿物特征相似, 且ZTR指数接近, 为同一物源体系.
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图 2 研究区须四段重矿物组合特征 Fig.2 Characteristics of heavy mineral assemblages in the 4th Member of Xujiahe Formation 1-ZTR指数(ZTR index); 2-锆石(zircon); 3-石榴石(garnet); 4-白钛矿(leucoxene); 5-黝帘石(zoisite); 6-金红石(rutile); 7-磁铁矿(magnetite); 8-绿帘石(epidote); 9-闪锌矿(sphalerite); 10-电气石(tourmaline); 11-赤褐铁矿(hematite and limonite); 12-绿泥石(chlorite); 13-露头(outcrop); 14-井位(well site); 15-研究区(study area); 16-分区线(subarea boundary) |
轻矿物是相对于重矿物而言, 密度小于2.85 g/cm3的矿物, 主要包括石英、长石、岩屑等.盆地沉积物中轻矿物主要来源盆地周缘的物源区, 二者组分、结构特征与构造性质具有密切关系, 因此可以通过对盆地内沉积物中轻矿物含量来判断物源位置.陆源碎屑岩的碎屑物质是母岩的破碎产物, 随着搬运距离的增大, 砂岩的成分成熟度升高, 容易被风化和剥蚀的长石和岩屑的含量相对减少, 石英的含量相对增加[15], 而来自不同物源碎屑物质的岩屑组成成分及含量不同.
研究区须四段的岩石类型主要为岩屑砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑石英砂岩, 石英含量普遍高于岩屑和长石含量, 且长石含量偏低, 其岩屑组成中各地区沉积岩、变质岩和岩浆岩的含量有明显不同.根据各井砂岩岩石类型、碎屑成分以及岩屑成分的不同(图 3~5), 将整个研究区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域.
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图 3 研究区须四段岩石类型分布图 Fig.3 Distribution of rock types in the 4th Member of Xujiahe Formation 1-露头(outcrop); 2-井位(well site); 3-研究区(study area); 4-分区界线(subarea boundary); A-石英砂岩(quartz sandstone); B-长石石英砂岩(feldspar quartz sandstone); C-岩屑石英砂岩(lithic quartz sandstone); D-长石砂岩(arkose); E-岩屑长石砂岩(lithic arkose); F-长石岩屑砂岩(feldspar lithic sandstone); G-岩屑砂岩(lithic sandstone) |
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图 4 研究区须四段碎屑成分分布图 Fig.4 Distribution of clastic constituents in the 4th Member of Xujiahe Formation 1-石英(quartz); 2-长石(feldspar); 3-岩屑(debris); 4-露头(outcrop); 5-井位(well site); 6-研究区(study area); 7-分区界线(subarea boundary) |
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图 5 研究区须四段岩屑成分分布图 Fig.5 Distribution of debris compositions in the 4th Member of Xujiahe Formation 1-沉积岩(sedimentary rock); 2-变质岩(metamorphic rock); 3-岩浆岩(magmatic rock); 4-露头(outcrop); 5-井位(well site); 6-研究区(study area); 7-分区线(subarea boundary) |
其中区域Ⅰ(元坝地区西部)岩性主要以长石岩屑砂岩与岩屑砂岩为主, 岩屑含量与其他区域相比较高, 其岩屑组成中, 沉积岩和变质岩的含量基本相同, 且大于变质岩含量, 该区域应属于同一物源.
区域Ⅱ(通南巴西部地区)的岩性主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩, 石英含量在整个研究区中最高, 且沿着自北向南的方向, 石英含量逐渐增高, 其岩屑组成中, 变质岩含量最高, 沉积岩次之, 岩浆岩含量最低, 该区域沉积物应来自同一物源方向, 物源来自北方.
区域Ⅲ(通南巴地区东部)岩性主要以岩屑砂岩为主, 长石相对含量最低, 其岩屑成分中变质岩相对含量最低, 该区域应属于同一物源.
区域Ⅳ(元坝地区东部)岩性主要以长石岩屑砂岩为主, 长石含量较其他区域略高, 自东南到西北方向, 石英含量增加, 其岩屑组成中变质岩的含量略高于沉积岩和岩浆岩, 该区域属于同一物源, 物源应来自东南方向.
2.3 古水流分析古水流分析是对沉积时期波浪和水体运动状况的重建, 根据古水流可以判断沉积盆地演化中古斜坡的倾斜方向、沉积物的供给方向、沉积环境以及沉积体的走向和几何形态[16], 以此可以确定沉积物的物源方向.
研究古水流的方法有很多, 主要运用不同类型的交错层理、波痕、印模构造、生物化石、颗粒组构等标志.本文应用成像测井资料对交错层理的统计, 绘制交错层理倾向玫瑰花图.根据玫瑰花图(图 6)显示, 元坝西部YB204井、YL6、YL8井显示主要的古水流指向东南向, 说明其物源主要来自于西北方向; 元坝中部的YL2井显示的古水流主要指向为东南和东北方向, 次要指向为西南方向, 说明该区域的沉积物具有混源的特征; 元坝东部的YL16井和YL171井的古水流方向为西北方向, 说明其主要物源来自于东南方向; 通南巴地区东部的M3井显示的古水流方向主要指向东南, 说明该区域接受了来自西北部的物源沉积, 但根据该区域的重矿物分析, 该区域同时接受来自东北方向的物源, 因此该区域的沉积物为混源堆积.
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图 6 研究区须四段古水流方向分布图 Fig.6 Distribution of paleocurrent directions of the 4th Member of Xujiahe Formation 1-井位(well site); 2-露头(outcrop); 3-研究区(study area); 4-古水流玫瑰花图(rose diagram of paleocurrent) |
根据古水流资料对物源方向的指示, 结合以上重矿物和轻矿物的分析结果, 综合认为川东北地区须四段时期的沉积物受到龙门山、米仓山和大巴山褶皱带3个不同方向物源的共同作用(图 7).其中元坝西部地区重矿物组合相似, 自西北至东南方向ZTR指数逐渐增大, 岩古类型、碎屑成分及岩屑组成类似, 物源应来自于西北部的龙门山褶皱带; 元坝东部地区重矿物组合相似, ZTR值相近, 自东南至西北方向碎屑成分中石英含量逐渐升高, 岩屑组成类似, 物源应来自于东南方向的大巴山褶皱带; 通南巴西部地区与正北方向的野外剖面相比ZTR值升高, 岩石特征及岩屑特征相似, 石英含量自北向南逐渐增高, 物源应来自于正北方向的米仓山褶皱带; 而元坝中部地区和通南巴东部地区的沉积物, 应受到混合物源的影响.
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图 7 研究区须四段物源方向示意图 Fig.7 Provenance direction sketch map of the 4th Member of Xujiahe Formation 1-井位(well site); 2-露头(outcrop); 3-研究区(study area); 4-物源方向(provenance direction) |
(1) 综合运用重矿物、碎屑组分、岩屑成分和古水流方向的分析方法, 得出研究区须家河组须四段时期共存在3个不同方向的物源区, 分别为龙门山、米仓山和大巴山.该结论验证了前人的看法, 并在此基础上精细厘定了物源范围.
(2) 元坝地区西部发育长石岩屑砂岩与岩屑砂岩, 母岩以沉积岩和变质岩为主, 物源来自龙门山褶皱带方向; 元坝地区中部部分地区具有混源的特征, 其物源来自于龙门山和米仓山褶皱带; 元坝地区东部发育长石岩屑砂岩, 母岩主要为变质岩和岩浆岩, 物源来自于大巴山褶皱带东南部.
(3) 通南巴西部地区发育岩屑砂岩和岩屑石英砂岩, 母岩以变质岩和沉积岩为主, 物源来自米仓山褶皱带; 通南巴东部地区发育岩屑砂岩, 母岩多为沉积岩, 物源是来自米仓山和大巴山褶皱带的混合物源.
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