0 引言

上三叠统须家河组是川西坳陷中段的主力产层，其中须一段、须三段和须五段主要发育泥质沉积和煤层，是良好的烃源岩，须二段、须四段主要发育砂岩沉积，是主要的储集层段，油气勘探已取得较大成功。对于须家河组这种“三明治”式的沉积构成^[1]，前人对其构造沉积充填、层序地层、沉积体系演化等方面开展了大量研究。层序地层方面：刘君龙等^[2]、曾洪扬等^[3]将须家河组前陆盆地期划分为2个构造层序，须四段分别对应第二个构造层序的强烈造山期体系域和湖盆扩张体系域；郑荣才等^[4-5]、叶泰然等^[6]利用高分辨率层序地层学将须四段划分为一个长期旋回；刘金华等^[7]以安县运动不整合面将须家河组划分为早期海相层序和晚期陆相层序，其中须四段为一个三级层序。须四段沉积相方面：郑荣才等^{[4-5, 8]}、曾洪扬等^[3]为代表的冲积扇—扇三角洲—湖泊沉积体系；刘君龙、胡明毅、姜在兴、林良彪、叶泰然^{[2, 6, 9-11]}等为代表的冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—滨浅湖沉积体系。总体上前人研究主要以须家河组为研究对象，以段为研究单元，基本没有涉及重点层段的层序地层及其内部沉积展布演化特征方面的研究，这严重制约了研究区油气的进一步精细勘探。因此，结合川西坳陷中段须家河组地质资料和前陆盆地研究成果^[12-18]，笔者针对川西坳陷中段须四段，应用层序地层学理论和沉积学原理建立层序地层格架，厘定沉积相类型，查明层序格架内沉积展布及演化，以期对研究区油气进一步勘探提供帮助。

1 地质背景

川西坳陷位于四川盆地西北部龙门山推覆构造带前(图 1a)，是四川盆地西部自晚三叠世以来由于龙门山逆冲作用而形成的前陆盆地，历经了印支、燕山和喜马拉雅多次构造运动作用，故也被称为龙门山前陆盆地或川西前陆盆地^[19-22]。其内部以绵竹—新场—丰谷、大邑—成都为界进一步划分出北、中、南三段，研究区位于川西坳陷中段(图 1b)，总面积约10 570 km²，依据构造特征划分出大邑—安县构造带、梓潼凹陷、新场构造带、成都凹陷、知新场构造带和中江—回龙构造带6个次级构造单元(图 1c)。

川西前陆盆地受龙门山和米仓山—大巴山两逆冲推覆带非同步多期次构造活动的影响，其构造沉降和沉积作用明显表现出非均一性的多期次演化特点。须四段为周缘前陆盆地强烈活动阶段沉积充填^[2]，此时龙门山强烈隆升，为川西前陆盆地提供大量物源，以过补偿沉积为主；加之此时气候温暖湿润，植被茂盛^{[1, 23]}，使得该时期主要形成了煤系地层，岩性由厚层块状粗、中、细砂岩和泥页岩不等厚互层组成，地层厚度400~1 000 m(图 2)，具有自西向东变薄的特点。

2 层序地层格架 2.1 层序界面的识别

根据Vail^[24]的经典层序地层学理论，依据层序地层划分原则，利用地震、岩性、岩相、测井等识别标志，结合区域地质背景，对须四段进行层序界面识别，结果表明:须四段底界面是一个二级层序界面(SB₁)，顶界面是一个三级层序界面(SB₂)，其内部可进一步识别出一个初始湖泛面(Ffs)和一个最大湖泛面(Mfs)(图 3)。

SB₁识别标志：1)地震波反射终止面。SB₁为一个区域不整合面，对应于地震反射界面T₆⁴，地震剖面上具明显的削蚀现象，侧向延伸稳定(图 3a)，表现为微角度不整合面，已被钻井资料证实，为安县运动的产物^[25]。2)野外露头岩相突变。表现为须四段底部河道滞留的砂、砾岩直接覆盖在须三顶部炭质泥岩或砂、泥岩互层之上(图 3b、c)。3)岩电突变面。钻测井上表现为须三段低幅度齿状砂泥互层突变到须四段高幅度箱型砂岩(图 3e)。

SB₂识别标志：1)地震反射波阻差异界面。SB₂对应于地震反射界面T₆⁵，为一沉积转换面，地震剖面上表现为地震反射波组特征的差异，界面之下为中等振幅、较连续性的反射波组，界面之上为较强振幅、中等连续的反射波组(图 3a)。2)野外露头岩相突变。表现为须四段厚层砂岩突变到须五段炭质页岩夹砂岩(图 3d)。3)岩电突变面。钻测井上表现为须四段高幅度箱型砂岩突变到须五段低幅度齿状砂泥岩互层(图 3f)。

湖泛面主要通过旋回叠加型式进行识别：龙门山山前地区，岩性为砂泥岩不等厚互层，GR曲线呈渐变趋势，Ffs对应于测井曲线幅度明显变小的部位，Mfs对应于测井曲线幅度最小的部位，界面自然过渡，反映沉积物供应充足、湖平面缓慢上升的特征(图 3g)；远离龙门山的地区，可容纳空间较大，Ffs对应于进积到退积叠加样式的转换面，Mfs对应于退积到进积叠加样式的转换面，界面突变，反映湖平面快速上升、沉积物供应不足的特征(图 3h)。

2.2 层序地层格架

根据上述层序界面特征，将川西坳陷中段须四段划分为一个三级层序，依据初始湖泛面和最大湖泛面特征，进一步划分出低位体系域、湖侵体系域和高位体系域，钻井、地震相互标定，由点到线再到面，建立了研究区等时层序地层格架(图 2、图 4)。

综合单井、连井分析可知，该三级层序发育时期，伴随着龙门山的逆冲挤压，来自龙门山方向的物源供给充足，以过补偿沉积充填为主，砂体丰富。

低位体系域时期，龙门山山前地区A/S(可容纳空间变化速率/沉积物供给速率)较大，发育进积、加积式准层序组，岩性由砂泥岩不等厚互层构成，测井曲线形态呈齿化钟型；中江—洛带和过渡凹陷区(合兴场—德阳—马井—新繁镇一带)A/S较龙门山山前地区小，发育加积式准层组，以中砂岩沉积为主，砂体纵向多期叠置，测井曲线形态呈箱型、钟型。湖侵体系域时期A/S较大，但龙门山山前地区靠近物源，物源供给充分，发育退积、加积式准层序组，由砂、泥岩不等厚互层组成，与低位体系域相比，泥质增加，测井曲线幅度减小；而中江—洛带和过渡凹陷区发育退积式准层序组，以泥岩夹砂岩沉积为主，测井曲线形态呈指型、齿化钟型。高位体系域时期，龙门山山前地区同样由砂泥岩不等厚互层组成，整体具有由下到上可容纳空间逐渐减小的趋势，构成进积式叠加样式；过渡凹陷区A/S较小，发育加积、进积式准层组，以砂岩沉积为主，测井曲线呈齿化钟型；中江—洛带地区A/S较过渡凹陷区小，砂体发育，垂向上多期叠置形成厚层块状砂岩，测井曲线形态呈箱型。

3 沉积相类型识别

通过对野外露头剖面、岩心(图 5)、测井(图 6)、地震等资料综合分析，结合前人研究成果^{[3, 6, 8-11]}和区域地质背景，认为研究区主要发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和湖泊4种沉积相类型。

3.1 冲积扇

冲积扇主要发育在龙门山山前，往往连在一起而构成冲积扇裙。沉积物岩性以黄灰色、灰色砾岩、砂砾岩和中、细砂岩夹灰色、灰黑色、黑色泥页岩为主。依据冲积扇沉积学特征，划分出扇根、扇中和扇缘3个亚相类型。扇根亚相主要发育深切河道沉积，沉积物由砾岩组成，砾石主要为灰质岩屑，粒径一般2~3 cm，最大可达10 cm，砾石磨圆度中等到较好、分选性中等到较差，局部砾石具叠瓦状排列(图 5a、b、c)，测井曲线表现为高幅齿化箱型(图 6a)。扇中亚相主要由河道沉积和漫流沉积构成，河道沉积物由砾岩、含砾砂岩和中细砂岩组成，具正粒序，测井曲线表现为齿化箱型或钟型；漫流沉积物由泥岩、泥质粉砂岩夹细砂岩组成，测井曲线表现为中高幅指型。扇缘亚相主要由漫流沉积构成，沉积物类型主要为灰黑色、黑色泥页岩夹粉砂岩、细砂岩，测井曲线表现为中低幅齿型或指型。

3.2 辫状河

辫状河沉积在区域分布上与冲积扇相邻，主要发育辫状河道和泛滥平原沉积。辫状河道沉积主要由细砾岩、细砾质中砂岩和中、细砂岩叠置组成，测井曲线表现为高幅齿化钟型或箱型(图 6b)；砂体底部冲刷现象十分明显，冲刷面起伏程度不一，由灰黑色泥砾、砂岩砾的河床滞留沉积所充填(图 5d)，砾石最大直径可达6 cm，呈次棱角状或椭圆状，发育交错层理、平行层理(图 5e)。泛滥平原沉积主要由深灰色泥岩夹粉、细砂岩和薄煤层组成，测井曲线表现为低幅齿型或指型。

3.3 辫状河三角洲

该沉积相是研究区须四段占主导地位的相类型，主要发育三角洲平原和三角洲前缘沉积，前三角洲不发育。

三角洲平原主要以分流河道和河道间沉积为主，其中以分流河道沉积为骨架，其岩性主要由中、细砂岩组成，具有明显的正粒序特征；砂体底部一般具有明显的冲刷面构造，砂岩中常见交错层理和平行层理(图 5f、g)；测井曲线上表现为钟型或齿化钟型(图 6c)。

三角洲前缘主要由水下分支河道、支流间湾和河口坝等沉积组成。水下分支河道主要由灰色中、细砂岩组成，发育平行层理、交错层理，砂体底部普遍发育小型冲刷面，纵向由多期河道砂体叠置组成(图 5h、i、j、k)，测井曲线呈齿化钟型，反映下粗上细的正粒序结构(图 6d)。河口坝主要由灰色粉、细砂岩组成，测井曲线呈齿化漏斗型，幅度自下而上由中幅变为高幅(图 6e)，反映了下细上粗的反粒序结构。支流间湾主要由深灰色泥岩夹灰色粉、细砂岩组成，测井曲线多表现为中低幅的指型或齿型。

3.4 湖泊

须四段沉积时期，沉积物供给充足，总体为过补偿沉积，湖泊水体较浅，以滨湖和浅湖亚相沉积为主，由于二者难以区分，故统称为滨浅湖亚相。沉积物以粒度细、泥质丰富为特点。岩性组合以砂、泥岩互层为特征，局部夹薄煤层(图 5l)，测井曲线为中低幅齿型或指型(图 6f)。

4 层序地层格架内沉积相与砂体展布特征

在层序地层格架和沉积相类型识别分析的基础之上，结合前人研究成果^[2-11]，明确了层序格架内不同体系域内沉积相与砂体的展布规律(图 7)。

4.1 低位体系域(LST)

低位体系域发育时期，龙门山强烈隆升，来自龙门山中段的短轴物源供给充足，在山前安县—汉旺—都江堰以西一带发育多个冲积扇体，河流呈北西—南东向在绵竹—金马场一带地区入湖而广泛发育辫状河三角洲前缘沉积。同时研究区还受来自秦岭造山带、平行于龙门山方向推进到中江—回龙场—洛带地区的长轴物源控制，长轴物源在研究区以辫状河三角洲前缘沉积为主，与龙门山中段短轴物源在合兴场—德阳—广汉一带地区交汇。辫状河三角洲前缘沉积砂体特别发育，以水下分支河道砂体为主，纵向多期叠置、横向连片，厚度较大，而滨浅湖沉积仅发育在温江—新繁镇—成都市—洛带—回龙场以南地区。

4.2 湖侵体系域(TST)

湖侵体系域发育时期，来自龙门山中段的短轴和来自秦岭造山带米仓山—大巴山(图 1b)的长轴物源供给减弱，湖盆扩张，研究区以滨浅湖沉积为主，湖泊面积达到最大。龙门山中段山前绵竹—金马场一带以西地区沉积格局基本继承了低位体系域时期的沉积格局，辫状河三角洲前缘向龙门山方向退缩，合兴场及什邡地区以滨浅湖沉积为主，长轴物源辫状河三角洲前缘退缩到中江—回龙场附近。辫状河三角洲前缘砂体仍然以水下分支河道砂体为主，砂体较发育，但厚度减小。

4.3 高位体系域(HST)

高位体系域的沉积特征及展布格局基本与低位体系域时期一致，来自秦岭造山带的长轴物源一直推进到洛带地区，与来自龙门山中段的短轴物源在合兴场—德阳—马井—新繁镇一带地区交汇，辫状河三角洲前缘沉积大面积连片发育，滨浅湖萎缩到温江—成都市等局部地区。辫状河三角洲前缘成为研究区的主体相带，主要发育水下分支河道砂体。

5 层序—沉积充填模式

在上述层序地层、沉积相及砂体展布特征分析的基础之上，结合研究区地质背景和前人研究成果^[2-11]，总结出了川西坳陷中段须四段层序—沉积充填模式(图 8)。

龙门山山前地区，短轴物源沉积物搬运距离较近，发育冲积扇、辫状河和辫状河三角洲沉积，A/S较大，由砂、泥岩不等厚互层组成；中江—洛带地区，长轴物源沉积物搬运距离较远，以辫状河三角洲前缘沉积为主体，A/S较小，低位体系域和高位体系域水下分支河道砂体呈多期叠置型，以砂岩沉积为主体，湖侵体系域以滨浅湖相沉积为主；长短轴物源交会区, 低位体系域和高位体系域时期A/S较小，以辫状河三角洲前缘砂岩沉积为主，湖侵体系域时期A/S较大，以滨浅湖相沉积为主。

从图 7可以看出，短轴物源辫状河三角洲前缘砂体厚度虽然较大，但是距离龙门山逆冲推覆构造带较近，压实和胶结作用强，建设性成岩作用弱，储层物性差。长轴物源和长短轴物源交汇区的辫状河三角洲前缘地区，低位体系域和高位体系域沉积时水动力条件较强，沉积物供给充足，水下分支河道多期叠置，砂体厚度大、粒度粗、分选好、杂基含量低，原始孔隙度高，后期抗压实能力较强^[26]，胶结作用较弱，而溶蚀作用较强(图 7)，是优质储层的有利发育区。

6 结论

1) 层序地层综合分析表明，川西坳陷中段须四段为一个三级层序，依据初始湖泛面和最大湖泛面进一步划分出低位、湖侵和高位体系域，建立了等时层序地层格架。

2) 在前人研究基础之上，重新厘定了须四段沉积相类型，确定研究区主要发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和湖泊4种沉积相类型。

3) 查明了层序地层格架内沉积相平面展布及纵向演化特征。平面上，短轴物源自龙门山山前依次发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和湖泊相，长轴物源主要发育辫状河三角洲前缘沉积，长短轴物源在合兴场—德阳—马井—新繁镇一带地区交汇；纵向上，冲积扇、辫状河、辫状河三角洲平原沉积在不同体系域内展布特征相似，辫状河三角洲前缘和湖泊沉积展布特征差异较大，低位体系域和高位体系域时期以辫状河三角洲前缘沉积为主，湖侵体系域时期以滨浅湖沉积为主。

4) 总结了层序—沉积充填模式，指出低位体系域和高位体系域时期，长轴物源和长短轴物源交汇区的三角洲前缘水下分支河道砂体厚度大、粒度粗，有利于后期建设性成岩作用进行，是研究区优质储层发育区。