0 引言

膏盐岩在国内外许多含油气盆地的成藏过程中起到了关键作用^[1-6]，而寒武纪是我国重要的成盐时代之一^[7]，随着深层—超深层盐下油气勘探的不断突破^[8]，四川盆地寒武系膏盐岩—碳酸盐岩共生组合研究引起了广大学者的高度重视^[9-12]。前人在寒武系膏盐岩的岩石学特征、分布及沉积环境等方面做了大量研究，如彭勇民等^[13-14]发现了四川盆地南部寒武系膏盐岩野外露头，并探讨了其对油气勘探的意义；张晓峰^[15]明确了四川盆地中下寒武统膏盐岩岩性组合分区特征；王淑丽等^[7]、黄建国^[16]分析了上扬子地区寒武系膏盐岩层段地质背景及沉积相；林良彪等^[17]探讨了中寒武统膏盐岩的发育特征，建立了潮上蒸发和沙坝（滩）后局限盐湖成因模式；门玉澎等^[18]、张锦等^[19]阐明了中上扬子地区寒武系膏盐岩形成与古地理环境的关系；徐安娜等^[20]针对四川盆地寒武系含膏盐岩层，提出了蒸发—碳酸盐岩缓坡和蒸发局限台地的沉积模式等。这些研究成果推动了膏盐岩—碳酸盐岩共生组合油气勘探。然而，由于各类膏盐岩岩性组合所反映的沉积环境不同，导致前人总结的膏盐岩沉积模式多样且尚存争议。因此，本文基于野外剖面及钻井剖面、岩石薄片和区域地质调查等资料，分析四川盆地下寒武统膏盐岩发育特征、各岩性组合的差异及岩相古地理特征，并结合前人研究，探讨其沉积环境，建立针对下寒武统膏盐岩的沉积模式，旨在进一步深化对膏盐岩—碳酸盐岩共生体系的认识。

1 区域地质概况

四川盆地位于扬子陆块西部，在早寒武世晚期为稳定克拉通盆地发育，受加里东挤压运动影响，其沉积古地理格局整体为西北高东南低背景之上，叠加了华蓥山断裂以西低隆与七曜山断裂以东低隆夹万州—宜宾凹陷的“两隆夹一凹”古地貌，加之干旱炎热的气候条件，为膏盐岩的沉积创造了有利条件^[20-22]。盆地内寒武系地层发育齐全，基本上其内部各组群间为连续沉积^[23]。根据沉积物组成、沉积环境及构造背景等方面的差异，将研究区划分为雷波、黔东北、川南—川东、黄陵等七个地层分区(图 1)。以川西—川中分区为例（表 1），自下而上将下寒武统划分为麦地坪组（∈₁m）、筇竹寺组（∈₁q）、沧浪铺组（∈₁c）、龙王庙组（∈₁l）^[24]，其中龙王庙组厚39.5~797 m，以大套白云岩为主，膏盐岩主要发育于该组中上部^[11]。

2 膏盐岩的类型及分布特征 2.1 膏盐岩岩石类型

四川盆地下寒武统膏盐岩主要发育于龙王庙阶。通过野外及室内观察，发现石膏、白云石、陆源碎屑矿物为膏盐岩的主要成分，故按其含量将膏盐岩划分为石膏岩类、含膏白云岩类、含石膏泥（砂）岩类和石盐岩类^[19]，进一步可划分为表 2所示的9小类。

纯石膏岩：常呈灰色或者白灰色的致密块体，白云石、硬石膏、石膏是其主要成分。其具有结晶结构（图 2A，B）、放射结构及交代结构。常发育透镜状（图 2C）、块状及韵律条带状等构造类型。纯石膏岩可见于川西、川东南等地的井下。此外，在四川雷波沙坪子剖面上可见雪花状石膏岩分布（图 2D）。该类岩石主要发育于水体循环受限且蒸发量远远大于补给量的封闭静水环境中。

膏溶角砾岩：膏盐岩具易溶蚀性，当溶蚀作用发生后，上覆岩层垮塌，形成膏溶角砾岩，所以膏溶角砾岩的形成多与地表的溶蚀作用有关。该类岩石常呈灰黄色，常与泥晶白云岩或紫红色泥岩共生，其角砾岩主要是由泥晶白云岩组成，很少见有外来的角砾成分，以细砾级偶见中砾级为主。在川西南的乐山范店、雷波抓抓岩及火草坪、川东的彭水板凳沟等地表露头中普遍可见乱序分布在层面上的短柱状溶孔及溶洞（图 2E，F）。该类岩石是原岩暴露地表溶蚀而成。

含白云质及白云质石膏岩：白云石的含量作为区分二者的主要标准，含白云质石膏岩的白云石含量为10%~25%，白云质石膏岩则为25%~50%（图 2G）。目前仅在川东及周缘地区的钻井中发现了这两类膏盐岩，出现这种情况可能与该类岩性在野外露头中难被长期保存有关。该类岩石多形成于低潮线附近低洼的低能环境中，其水体循环也受到了一定的限制。

泥（砂）质及含泥（砂）质石膏岩：主要通过对泥质的含量进行区分，泥（砂）质石膏岩的泥质含量是不小于25%而不大于50%（图 2H），含泥（砂）质石膏岩的泥质含量是不小于10%而不大于25%。这两类岩石仅局限分布在川西南区域内，这种岩石主要发育在有陆源物质供给的浅水低能环境中。

含石膏质白云岩及石膏质白云岩：主要根据石膏的含量来区分，含石膏质白云岩的石膏含量为10%~25%（图 2I），石膏质白云岩则为25%~50%（图 2J）。这类膏盐岩在研究区广泛发育，且厚度一般较大，但野外工作中很难区分，故将其都统计为含石膏质白云岩。如窝深1井、宁1井、阳深2井、林1井、李2井等均有发育，其中阳深2井最厚为92.6 m。此外在雷波抓抓岩及南川三汇场剖面上，还可见有石膏铸模孔的微晶白云岩（图 2K）。由于石膏假晶是方解石晶粒后期取代了石膏晶体，故微晶白云石及石膏假晶变为岩石的主要成分。其沉积环境与含白云质及白云质石膏岩相似，但沉积过程中高镁卤水下渗产生的回流渗透白云石化作用占主导地位。此外，在丁山1井及方深1井均发现2层灰白色石膏质灰岩，分别厚11 m及13.5 m，可能是沉积过程中高镁卤水下渗产生的回流渗透白云石化作用不完全导致。

含石膏及石膏质泥（砂）岩：当石膏含量为10%~25%时，将其定为含石膏质砂岩或含石膏质泥岩。而石膏质砂岩或石膏质泥岩中石膏含量则为25%~50%。这类膏盐岩仅在老龙1井、宫深1井、阳深2井中可见，发育少且厚度薄，最厚老龙1井为9 m，最薄阳深2井仅为1 m。主要发育于物源供给充足且水动力较弱的浅水蒸发环境。

石盐岩：指主要由石盐（NaCl）组成的岩石，主要在重庆—泸州凹陷区可见，其中临7井的石盐层最发育，透明石盐岩单层厚度2~155 m ^{[7, 18]}。除此之外，研究区还见石盐假晶（图 2L）。该类岩石常在地势低洼凹陷、水体循环受限、盐度高的静水沉积环境中发育。

2.2 膏盐岩的纵向及横向分布特征

在前人研究的基础之上，通过对四川盆地下寒武统膏盐岩50余个钻井及野外剖面统计，明确了其在各剖面上的分布特征，编绘剖面对比图，从近东西向A—A'剖面（图 3a）来看，膏盐岩分布于乐山—宜宾—重庆—利川一带，各剖面均可见膏盐岩。膏盐岩具有厚度变化大、层数多、夹层较多等特点。如在雷波火草坪发育4层17.56 m厚膏盐岩，主要岩性为纯石膏岩及白云质石膏岩；阳深2井35层的膏盐岩累计厚度达95.6 m，主要岩性为石膏质白云岩及石膏质砂岩；东深1井则发育35层以石膏岩为主的膏盐岩，累计厚度高达237.56 m。由西向东横向上，地层展现了薄—厚—薄的变化趋势，灰质白云岩、石膏质白云岩、纯石膏岩等为地层较厚地区主要发育的岩性，砂屑白云岩、泥晶白云岩等为地层较薄地区的主要岩性，其水体呈现了浅—深—浅的变化，沉积环境依次由蒸发变为局限，最后过渡为蒸发的规律；纵向上，自下而上主要发育了泥质灰岩、纯石膏岩、颗粒白云岩等，反映了水体由深变浅，沉积环境主要从局限到蒸发的变化过程。

从近南北向B—B'剖面（图 3b）可知，膏盐岩分布于安岳—习水—毕节一线，具有单层厚度变化大的特点。如安平1井不发育膏盐岩，而在西南方向约98 km处的东深1井则发育以纯石膏岩为主的膏盐岩237.56 m；到盆地东南缘的丁山1井4层膏盐岩厚度急剧下降至28 m，岩性主要以纯石膏岩及石膏质白云岩为主；再往南约66 km处的林1井发育9层96 m厚膏盐岩，岩石类型主要为石膏质白云岩及纯石膏岩；盆外的方深1井仅发育4层累厚16 m的膏盐岩，岩石类型主要为石膏质白云岩。从北西向东南横向上，地层呈现薄—厚—薄—厚的变化，泥晶白云岩、石膏质白云岩、纯石膏岩、泥晶白云岩等为地层较厚地区主要发育的岩性，砂屑灰岩、白云质灰岩等为地层较薄地区的主要岩性，其水体呈现了浅—深—浅的变化，沉积环境由混积潮坪变为局限，再过渡为蒸发的规律；纵向上，自下而上主要发育的岩性为白云岩质灰岩、石膏质白云岩、纯石膏岩等，沉积环境变化与剖面A类似。

综合分析可知四川盆地下寒武统膏盐岩具有分布范围广、厚度变化大、层数多、纯石膏岩及石膏质白云岩较多、盐岩较少等特点。膏盐岩分布规律主要受控于早寒武世晚期沉积古地理格局。横向上由西部向东部，其水体呈现了浅—深—浅的变化，依次由碳酸盐岩—陆源碎屑混合的过渡性沉积环境转变为较为局限的沉积环境，最后再过渡为蒸发的沉积演化过程；纵向上，沉积环境依次由局限变为蒸发的过程，水体由深变浅。

2.3 膏盐岩的平面分布特征

从图 4中可以看出，研究区下寒武统膏盐岩集中分布于川西南—川东南及川东地区，厚度介于0.74~419.9 m，具有分布广泛、厚度变化范围大等特点。在川西南—川东南地区膏盐岩厚度等值线大体呈西南向过渡为北东向的“山字型”展布特征，该区沉积中心位于临7井附近的重庆—合江地区，膏盐岩最厚可达419.9 m，并以此为中心向四周逐渐减薄；此外，川东地区亦是膏盐岩发育较好的地区，整体上展现近南北向“环带状”展布特征，沉积中心位于李2井附近的利川—彭水地区，最大厚度为53 m，并向周缘减薄。

3 膏盐岩沉积模式

在前人研究的基础上，通过野外剖面、钻井剖面、地震和测井等资料的综合分析，认为四川盆地在龙王庙期总体发育台地—斜坡—盆地沉积体系，识别出古陆、混积台地、碳酸盐岩台地、斜坡相。其中，以碎屑岩与碳酸盐岩组成的混积岩中发育典型的波痕（图 5A）、干裂（图 5B）、平行层理与交错层理（图 5C）等指示复杂水动能环境的沉积构造^[26-27]，膏盐岩—碳酸盐岩共生组合中可见脉状、波状（图 5E）、透镜状层理（图 2C）、石盐假晶（图 2L）、鸟眼构造（图 5D）等。膏盐岩主要形成于川东南静水潟湖、其次为川东扰动潟湖及川西南混积潮洼。研究区内龙王庙组地层由台地向盆地方向有明显的坡折、台地边缘地层厚度明显大于台地内、台地边缘存在大规模连续的颗粒滩和生物礁、斜坡带发育典型重力流沉积等，这些证据均表明其沉积主体的台内地区是具有镶边台地沉积特征^[26-29]。

3.1 岩性组合特征

通过对区内24个野外露头及钻井剖面进行详细观察和描述，并结合岩石薄片及综合测录井分析，发现四川盆地下寒武统膏盐岩剖面主要有以下三种组合类型：1）白云岩或泥（砂）岩夹膏盐岩组合，发育于潮上带暴露区，属低能环境。主要发育浅灰色泥粉晶白云岩、灰色石膏质砂岩、灰黄色膏溶角砾岩及石膏岩等。此类组合发育于只有在风暴潮或特大潮期间才会被淹没的暴露区，加之气候干旱炎热，强烈蒸发作用导致膏盐岩沉积（图 6a），常见石盐假晶、鸡笼铁丝等暴露构造，膏盐岩单层通常小于15 m。如乐山范店剖面上灰黄色膏溶角砾岩沉积单层最厚仅10.46 m（图 7a），老龙1井则发育3层总厚9 m的石膏质砂岩^[30]，仅在研究区乐山—雷波地区可见；2）膏盐岩与白云岩呈韵律性互层组合，形成于潮上带相对低洼处，属中—低能环境。岩石类型主要为灰色白云岩、石膏岩及石膏质白云岩等。出现膏盐岩与白云岩呈韵律互层组合的原因可能是由于颗粒滩的发育，使水体循环受限而蒸发成岩，后期下伏地层被膏盐岩沉积所形成的高盐度水体白云石化，最终形成该类韵律互层组合（图 6b）。如宫深1井中上部出现白云岩与中层膏盐岩互层，其中膏盐岩单层最厚21.5 m（图 7b），李2井、林1井也同属这类组合。常见波状叠层石，暴露构造较少，膏盐岩单层厚度一般小于50 m。该组合主要分布于合川—宜宾与利川—彭水一带；3）膏盐岩夹白云岩或页岩组合，在潮上带—潮间带上部水体较深且循环受限的凹陷处发育，属高盐度、低能环境。岩石类型主要为浅洋红色石膏岩、石膏质白云岩、暗绿色页岩及石盐岩等。该类膏盐岩组合成因可能是潮汐作用将以上两类膏盐岩组合产生的高盐度卤水携带汇聚于此，加之其表层海水蒸发形成高盐度海水与底部低盐度海水置换共同造成（图 6c）^[31]。以东深1井为例（图 7c），下部与中上部均发育了单层厚度超过50 m的多套膏盐岩层，可见暗绿色页岩和薄层状闪蓝色泥晶白云岩夹层，坐3井、临7井剖面也同属此类组合。其层理构造不发育，膏盐岩单层厚度可大于50 m。该类组合主要在万州—重庆—泸州凹陷处发育。

3.2 岩相古地理特征

岩相古地理环境可以控制盐类矿产的沉积和聚集^[32-33]，本文在岩石学研究的基础上，结合地层厚度和颗粒碳酸盐岩含量等相应的单因素图件、区域地质背景、膏盐岩组合沉积特征等编制出四川盆地早寒武世龙王庙期岩相古地理图（图 8）。早寒武世晚期，四川盆地的古地理格局为两隆夹一凹的镶边台地，海侵方向主要为南秦岭海盆向西南、江南海盆向西北两个海侵方向，具有西北浅而强，东北、东南深而弱的水深和水动力特点^[34-35]。从图 8中可以看出，自川西同沉积古隆起向东南方向，依次发育古陆、混积台地、碳酸盐岩台地、斜坡相。其中，潟湖、颗粒滩等为碳酸盐岩台地与混积台地上发育的次一级古地理单元。受古地貌和水动力等作用的影响，在两个低隆起区发育了较多的颗粒滩，使台地内部长期处于低能的局限（潟湖）环境，形成了万州—重庆—泸州凹陷处静水潟湖、雷波—宜宾与利川—彭水一带的扰动潟湖、乐山—甘洛一线混积潮洼，整体上表现为川东南台凹与川西南及川东“一主两副”多潟湖环境，也构成了川西南—川东南地区呈“山字型”及川东地区“环带状”广泛分布的膏盐岩沉积，由于干旱且炎热的气候条件使海水逐渐蒸发、浓缩，形成以泥晶白云岩—白云质石膏岩—石膏岩为主的韵律结构。由西南至北东，主要出现了白云岩夹膏溶角砾岩或石膏质砂岩、厚层石膏岩夹页岩或白云岩、石膏质白云岩与白云岩互层的韵律结构组合，不同膏盐岩岩性组合表明其古地理环境的差异。因此，四川盆地下寒武统膏盐岩主要形成于川东南静水潟湖、其次为川东扰动潟湖及川西南混积潮洼。

3.3 膏盐岩“多潟湖”沉积模式

盐类物质来源一般来说有深部和浅表（蒸发）两种成因^[36-37]，四川盆地下寒武统膏盐岩盐类物质来源于海水中的盐类与陆源较易溶解的盐类^[38]，属于浅表来源。四川盆地在早寒武世晚期长期处于蒸发量远远大于补给量的干旱炎热环境^[30]，且发育了石盐假晶、鸡笼铁丝及波状叠层石等蒸发成因的沉积构造，结合前文所述膏盐岩的岩石学特征、纵横向展布特征和岩性组合特征，认为四川盆地下寒武统膏盐岩为蒸发成因。国内外主流的蒸发成因膏盐岩经典模式，为自陆向海依次发育潮上萨布哈—潮坪—蒸发潟湖相带^{[15, 17, 19]}，可称为单潟湖模式^{[32, 39-42]}。根据四川盆地下寒武统膏盐岩分布及形成于一主两副多个不同潟湖的实际情况，从岩性组合特征、水动力特征、沉积构造、连续沉积厚度及发育位置等方面差异进行对比（表 3），建立了静水潟湖、扰动潟湖及混积潮洼的多潟湖沉积模式（图 9）。此一主两副潟湖主要受构造—沉积古地貌及高频海平面升降控制，可随着环境的改变而相互转换。

（1）混积潮洼  主要为泥晶白云岩、白云质砂岩，并夹膏溶角砾岩或石膏质砂岩，具有厚度薄、连续性好等特点，膏盐岩单层厚度小于15 m。受控于潮汐与风暴作用，在干旱气候条件下，强烈的蒸发作用形成膏盐岩，仅发育于靠近物源的混积台地上。如范店剖面及老龙1井所发育的溶角砾岩及石膏质砂岩就归属于该模式。

（2）扰动潟湖  岩性以白云岩、石膏岩及石膏质白云岩等为主，膏盐岩单层厚度一般小于50 m。由于地形分异和颗粒滩的障壁作用，造成潮上带微古地貌出现起伏，高盐度卤水向低洼处回流汇聚成盐，海水周期性的补给提供了物质基础，膏盐岩的厚度较混积潮洼更厚。分布于川西南及川东地区，宫深1井、李2井与林1井所发育的白云岩与膏盐岩韵律性互层组合就属于该模式。

（3）静水潟湖  主要发育石膏岩、石盐岩等，膏盐岩单层厚度大于50 m。受古隆起和颗粒滩的共同障壁作用，导致在万州—宜宾凹陷处形成了一个规模大而深且水体近于闭塞的静水潟湖环境，高盐度水体通过回流及置换的方式向潟湖中心处汇聚，进而沉积膏盐岩。与扰动潟湖不同的是，静水潟湖的中深层水体只有在大规模海侵时才可以得到补给，基本上与外海隔绝。如东深1井和临7井中单层厚度超过50 m的石膏岩及石盐岩就发育于此模式中。

从图 9可以看出，在川西南及川东地区平缓倾斜、小型连片颗粒滩发育的潮上带，水体很不稳定，海退、间歇性暴露或洼地的海水蒸发等都有利于膏盐岩发育，形成的蒸发矿物主要是白云石、硬石膏及石盐等。在川东南地区，由于构造—古地貌影响，造成了大规模颗粒滩环绕四周，使得其长期处于封闭且干旱炎热的环境，通过回流和置换使高盐度水体向潟湖中心处汇聚成盐，蒸发矿物主要为石膏、石盐，还有少量钾盐。综上所述，川西南及川东地区膏盐岩形成于混积潮洼和扰动潟湖，而川东南地区则主体为静水潟湖。

4 结论

（1）四川盆地下寒武统常见含石膏白云岩类及石膏岩类。膏盐岩厚度介于0.74~419.9 m，具有分布广、变化大、夹层多、石膏岩多、盐岩少等特点，沉积中心分别位于重庆—合江一带及利川—彭水一线，整体上分别呈西南向过渡为北东向的“山字型”及近南北向“环带状”展布特征。

（2）白云岩或砂岩夹膏盐岩组合，发育于潮上带的低能且暴露地表的环境，在乐山—雷波地区可见；膏盐岩与白云岩呈韵律性互层组合，形成于潮上带相对低洼处，属中—低能环境，分布于合川—宜宾与利川—彭水一带；膏盐岩夹白云岩或页岩组合，发育在潮上带—潮间带上部水体较深且循环受限的凹陷处，属高盐度、低能环境，主要在万州—重庆—泸州凹陷处发育。

（3）综合分析发现四川盆地下寒武统膏盐岩主要形成于川东南、川东及川西南“一主两副”的多潟湖环境，从而建立了下寒武统膏盐岩的混积潮洼、扰动潟湖、静水潟湖沉积模式。