对四川盆地上三叠统沉积相的一些认识和思考

摘 要

摘要：前人对四川盆地上三叠统的沉积相进行过很多研究，但迄今为止认识分歧仍然很大。为此，根据数十年的野外露头剖面及岩心观察，结合对岩石薄片鉴定、测井等资料的综合分析，反复思
摘要：前人对四川盆地上三叠统的沉积相进行过很多研究，但迄今为止认识分歧仍然很大。为此，根据数十年的野外露头剖面及岩心观察，结合对岩石薄片鉴定、测井等资料的综合分析，反复思索，认为：①须一段为海湾中形成的海陆交互相沉积；②香二段、香四段、香六段砂岩在盆地中西部主要为三角洲前缘水进河床与河口砂坝至滨湖滩、坝沉积，夹香三段、香五段湖相砂泥；③四川盆地东部的整个上三叠统均为泛滥平原-三角洲平原辫状河道砂和河间湖沼沉积。特别指出，盆地中西部香二段、四段、六段中许多与湖泊有密切联系的正粒度韵律砂体应属水进型三角洲的水进河床充填砂微相，所谓“水下分流河道”一词实际上是与客观情况不太吻合的。
关键词：四川盆地；晚三叠世；沉积相；水进河床砂；海陆交互相；安县运动；水下分流河道
    对四川盆地上三叠统的沉积相有多个单位、众多研究者曾作过研究，但认识不尽一致，甚至有极端分歧的观点。为此，笔者据数十年来的资料积累和反复研究，谈谈对这一问题的认识和思考。
    笔者以安县运动侵蚀面为界，将上三叠统划分为上、下两部分，下部包括马鞍塘组、小塘子组和须家河组，将马鞍塘组和小塘子组合称为须一段，以上分别为须二段和须三段；上部则仍称为香溪群，包括原来所划分的香二段-香六段。川中地区中南部原划香一段全部地层、川西地区南部原划香一段下部地层相当于川西北地区的须一段，须二-须三段在川中地区中南部缺失，在川西地区南部相当于原划分香一段的中上部。川中地区的香二段与川西地区南部的香二段可对比，至川西北地区则可能相当于安县、广元等地的须四段或关基井须三段中部至须四段下部地层[1]。
1 四川盆地中西部地区上三叠统沉积相
1.1 须一段为海陆交互相沉积
    须家河组的命名地——广元须家河剖面的下部(即现称的须一段)存在底部、顶部两个海相化石层，这已是众所周知的事实。这两个海相化石层不仅在川西北地区广泛存在[2]，在川西地区南部以及川中地区北部也存在——笔者曾在地层对比中作过讨论[1]，此不赘述。同时，该段中也有植物化石，有的地方还有煤层、煤线，并夹大套砂岩(如绵竹汉旺剖面、PL1井等)，海相化石层之外的泥岩中含半咸水-淡水动物化石，因此须一段为海陆交互相沉积。结合古构造、古地貌背景分析，推测当时的四川盆地中西部为一个巨大海湾，两侧与古特提斯海有海口连通。海湾中除存在海湾泥或海湾灰泥沉积微相外，还存在三角洲前缘河口坝、远砂坝、滨海滩坝砂、滨海平原砂泥和沼泽泥等沉积微相，目前已基本得到学界公认。
1.2 香二段、香四段、香六段多为三角洲前缘水进河床沉积和河口坝沉积
    这3个层段主要为大套灰白、浅灰、灰色中、细粒砂岩，因其沉积相特征不明显，故各研究者对其形成环境的认识差异颇大，有的认为是河流相沉积，有的认为是三角洲前缘相沉积[3]，还有的认为是滩坝相沉积[3]，或者认为是海相潮汐沉积[5]。
笔者在20世纪80年代初即发现，四川盆地中西部地区上三叠统的香二、香四、香六段砂岩是与传统的吉尔伯特型三角洲模式显著不同的三角洲前缘沉积，并按现代沉积研究结果将其主要定义为水进型三角洲前缘的水进河床充填砂微相[6]。现以香二段特别是笔者近几年研究过的川中地区中南部的WD8井、PL1井、YU104井的香二段为例，阐述其理由如下：
1.2.1香二段几乎在整个川中地区以及川西区南部均有分布，厚度、岩性基本稳定，易于对比
   香二段为一套中-细粒、偶有粗粒的块状砂岩，其成分成熟度和结构成熟度均为中等或以上；纵向上粒度稍有变化，层理不很发育，多为平行层理、斜层理和由碳化植物枝干所形成的塑性变形层理，常见含泥砾，但冲刷、充填构造较少，往往数十米均为连续沉积。
    以上表明它们是在一个相对稳定的环境中形成的，具有某些河流沉积特征，但又不像典型河流沉积那样具有十分发育的斜层理、交错层理，冲刷、充填特征明显，正粒度韵律清楚，粒度变化快、变化区间大，常夹不规则泥岩透镜体，横向变化快而大等特征。
1.2.2香二、香四、香六段砂岩均与湖泊沉积密切相关
   香二段上覆层，香四段下伏、上覆层，香六段下伏层均为湖泊相沉积，而且香二段与香三段、香四段与香五段为连续沉积，香五段与香六段间虽为岩性突变，但差异也不是很大，加之香二、香四、香六各段砂岩上、下岩性基本一致，形成环境应基本相同。
    由此可知，这些砂岩应均是在湖岸线附近形成，换言之，应是在三角洲-滨浅湖这个区域内形成的。
1.2.3由香二、香四、香六段砂岩碎屑组分来看，川中地区北部和南部分属两个沉积体系
川中地区北部如八角场一带的香二段砂岩中长石、岩屑含量较低(12%～22%)，石英含量较高(75%～88%)，而蓬莱镇及其以南则长石、岩屑含量较高(30%～40%)，石英含量较低(55%～70%)。
上述两个沉积体系之间无高地或山脉阻隔，相反，其间为一个相对低缓地带，推测应是湖泊区，二者分别从两侧注入该湖中。新近完钻的PL1井香二段中夹多层较厚的湖相泥和滩、坝砂，表明该区确已进入香二段沉积时的湖泊区。位于该湖南北两侧附近的香二段砂岩无疑应是滨浅湖-三角洲前缘的沉积。
1.2.4川中地区至川西地区南部的香二段砂岩中存在自生海绿石
    经电子显微镜镜下观察和电子探针证实，该区确实存在自生海绿石，非自物源区搬运而来再沉积。据何镜宇教授研究，海绿石仅存在于海相和海泛可影响到的三角洲地区，由此亦表明，川中及川西地区南部的香二段砂岩应为三角洲沉积。在晚三叠世时期，四川盆地中西部仍是一个滨海湖盆，在龙门山与川西高原总体崛起的背景下，可能仍残留有与古特提斯海有一定联系的局部通道，由香三、香五段中微量元素硼的含量高达几百ppm(μg/g)，反映水体盐度较高[7]，与偶有海水倒灌入湖中引起湖水咸化有关，并因此导致了海绿石的生成，也引起了双壳类等动物的变异(壳一般变小、变薄)。
1.2.5根据粒度分析，综合判识香二、香六段砂岩沉积环境
对川中南部WD8井香二段、香六段砂岩(全取心)作大量粒度分析，统计后作直方图、频率累计曲线、概率累计曲线、C-M图并与标准曲线对比，又用萨胡判别公式计算判识，均倾向于为浅滩至三角洲前缘沉积(表1)。
 

    以上事实表明，川中地区中南部香二段砂岩属湖泊岸线附近即三角洲前缘-滨浅湖一带的沉积，综合大量岩心观察资料和测井曲线形态分析结果，具体识别出有三角洲前缘河口砂坝砂、水进河床砂和滨湖滩坝砂等沉积微相类型。
    该区香二、香四、香六段砂岩中无典型的三角洲沉积层序，即没有像密西西比或吉尔伯特型那样具有明显的底积(前三角洲即浅海或浅湖相沉积)、前积(三角洲前缘沉积)和顶积(三角洲平原沉积)三层结构、粒度为由下往上逐渐变粗的反粒序等特征。相反，自香二段砂岩连续沉积变至上覆的香三段湖相泥页岩却是一个明显的下粗上细的正粒序；同样，香四段上部砂岩也
1.2.3由香二、香四、香六段砂岩碎屑组分来看，川中地区北部和南部分属两个沉积体系
    川中地区北部如八角场一带的香二段砂岩中长石、岩屑含量较低(12%～22%)，石英含量较高(75%～88%)，而蓬莱镇及其以南则长石、岩屑含量较高(30%～40%)，石英含量较低(55%～70%)。
    上述两个沉积体系之间无高地或山脉阻隔，相反，其间为一个相对低缓地带，推测应是湖泊区，二者分别从两侧注入该湖中。新近完钻的PL1井香二段中夹多层较厚的湖相泥和滩、坝砂，表明该区确已进入香二段沉积时的湖泊区。位于该湖南北两侧附近的香二段砂岩无疑应是滨浅湖-三角洲前缘的沉积。
1.2.4川中地区至川西地区南部的香二段砂岩中存在自生海绿石
    经电子显微镜镜下观察和电子探针证实，该区确实存在自生海绿石，非自物源区搬运而来再沉积。据何镜宇教授研究，海绿石仅存在于海相和海泛可影响到的三角洲地区，由此亦表明，川中及川西地区南部的香二段砂岩应为三角洲沉积。在晚三叠世时期，四川盆地中西部仍是一个滨海湖盆，在龙门山与川西高原总体崛起的背景下，可能仍残留有与古特提斯海有一定联系的局部通道，由香三、香五段中微量元素硼的含量高达几百ppm(μg /g)，反映水体盐度较高[7]，与偶有海水倒灌入湖中引起湖水咸化有关，并因此导致了海绿石的生成，也引起了双壳类等动物的变异(壳一般变小、变薄)。
1.2.5根据粒度分析，综合判识香二、香六段砂岩沉积环境
    对川中南部WD8井香二段、香六段砂岩(全取心)作大量粒度分析，统计后作直方图、频率累计曲线、概率累计曲线、C-M图并与标准曲线对比，又用萨胡判别公式计算判识，均倾向于为浅滩至三角洲前缘沉积(表1)。
    以上事实表明，川中地区中南部香二段砂岩属湖泊岸线附近即三角洲前缘-滨浅湖一带的沉积，综合大量岩心观察资料和测井曲线形态分析结果，具体识别出有三角洲前缘河口砂坝砂、水进河床砂和滨湖滩坝砂等沉积微相类型。
    该区香二、香四、香六段砂岩中无典型的三角洲沉积层序，即没有像密西西比或吉尔伯特型那样具有明显的底积(前三角洲即浅海或浅湖相沉积)、前积(三角洲前缘沉积)和顶积(三角洲平原沉积)三层结构、粒度为由下往上逐渐变粗的反粒序等特征。相反，自香二段砂岩连续沉积变至上覆的香三段湖相泥页岩却是一个明显的下粗上细的正粒序；同样，香四段上部砂岩也是由下往上粒度渐变细而后为香五段湖相泥页岩所覆盖的。明显是在河湖交汇地带的沉积为什么没有典型的三角洲层序?结果，长江、珠江和江西鄱阳湖赣江现代三角洲沉积研究认识给了笔者启发，即在海(湖)水面上升期间是形成不了反韵律的吉尔伯特型三角洲层序的，而是形成一种类似河道沉积的下粗上细的正粒序砂体，原称海进河床充填砂体，李从先教授对其形成机理曾做过阐述[8]。1983年笔者将其引入古代沉积研究中，并由此建立了一个水进型三角洲模式[6](几乎与此同时，大庆油田也提出了该模式)，并改称海进为水进(包括海和湖)，其代表性沉积微相便是水进河床充填砂体[7,9]。相应的，吉尔伯特或密西西比型三角洲应属水退型(水退期)三角洲。
    水进河床充填砂体类似现在许多著作中所称的水下分流河道砂，该名称似是指河流携带泥砂入湖(海)后，借助其牵引流较强的动力，延伸到湖(海)水面以下一段距离，在水下河道中沉积形成。但实际上这种情况是很少(或很难)发生的。因河流入湖(海)后，随即便会遇到巨大的湖(海)水顶托，所携碎屑物质迅速在河口附近堆积下来，无法再长距离地向前搬运。即使像长江这样巨大的河流，据现代沉积考察，所携泥砂也是在长江口即堆积下来，形成崇明、永兴等岛屿，并未深入到海中。笔者还观察了许多现代河流入海处的卫星照片，也未看到有明显的河道延伸至海面以下。
    因此，所谓“水下分流河道”一词实际上是与客观情况不太吻合的。相反，由于地壳的频繁振荡，或气候的频繁变化，或河流带来沉积物多少不一，湖(海)水面频繁发生相对升降的情况却是屡见不鲜的，特别是在湖盆形成、拓展期、海平面上升期，水面迅速上升、扩大，此时河流所携碎屑物质很易在河口地区形成退积式沉积，即形成正韵律沉积，再往上即被湖(海)泥微相覆盖。因此，将这种在水面相对上升期在河口地区形成的正粒度韵律沉积称之为“水进河床充填砂”更合理、更符合实际，故笔者仍坚持这个概念。这样，香二、香四、香六段中许多与湖泊有密切关系、伽马曲线呈钟形，并具有某些河流沉积特征的正粒度韵律砂体，便确定为水进河床砂沉积微相，而把与之伴同出现的、下部粒度较细，往上逐渐变粗、伽马曲线呈倒钟形的反粒序砂岩定为河口坝砂沉积微相。
    滩、坝砂是夹于湖泥微相之间厚度不大、伽马曲线呈尖齿状或粗齿状、一般具波状或平行层理的砂岩。
    香二段砂岩沉积相的平面展布如图1-a所示。香四、香六段砂岩的沉积相展布与其类似，从略。
    由于香二、香四、香六段砂岩沉积时川中地区地形非常平缓，水面稍有升降即可影响大片地区，加之又有多条河流同时注入湖盆，因此这几段砂岩的岩性、岩相保持了大面积稳定分布。

1.3 香三段、香五段多为湖泊沉积
    四川盆地中西部的香三、香五段，特别是川中地区和川西地区南部的香三、香五段有许多湖泊沉积的特征，例如：
    1) 此二段颜色深、沉积物细，多为深灰-灰黑色泥页岩，夹薄层灰质粉、细砂岩。泥页岩多具水平和波状层理，有时为块状层理；粉砂岩中常发育波状层理。
    2) 常见含淡水-半咸水的双壳类和腹足类化石如珠蚌、蚌形蛤等。在川西地区南部码2井的香五段岩心中还见到丰富的介形虫化石，密集于层面如麻饼状，这是湖相沉积的标志。迄今未在此二段中找到过任何海相化石。所含植物化石有保存完整的叶部化石，也有经过长途搬运后沉积下来、现已炭化的植物枝叶碎片和炭屑，未见垂直沉积层生长的植物根茎和就地埋藏的较大、较完整的植物残体(沼泽、河流沉积中常见)。
   3) 川中南充至蓬莱镇之间的香三段中发育有累计厚度达数十米的泥灰岩[7，9]。据王英华教授的研究，这种石灰岩常发育于浅湖-半深湖的过渡地带，表明川中地区不仅存在湖泊，而且有较深水的湖泊。香五段中也有石灰岩，但不如香三段发育。
   上述特征即使在可能邻近湖泊边缘的华蓥山观音溪露头剖面上也表现得很清楚。该剖面中的岩层被溪水冲刷得非常干净，沉积特征十分清楚，香三、香五段以灰黑色泥页岩为主，夹薄层灰色、灰质细-粉粒砂岩。泥页岩中水平和微波状层理非常发育，其中时夹菱铁矿条带或菱铁矿结核薄层，上部局部含丰富炭质甚至成煤线；粉砂岩具有发育的波状层理和丰富的虫孔，普遍含灰质，局部成泥灰岩团块或条带，也夹有菱铁矿条带或串珠状结核薄层(图2)。
 

    以上事实足以说明香三、香五段主要是湖泊沉积。以湖泥沉积微相为主，有部分滩、坝砂微相，当然其中也见煤线和薄煤层，但不稳定，常呈鸡窝状，且多分布于各段上部，分析认为这是湖中相对高地或是小岛上沼泽中或是湖泊萎缩期生长的繁茂植物所形成，或是漂来的大量植物碎屑堆积于湖湾炭化而成，并不能因此认为香三、香五段主要是沼泽沉积而怀疑湖泊的存在。
    香三段沉积时的湖泊分布范围及湖泊周边的相带展布如图1-b所示。
2 川东地区上三叠统沉积相
    川东地区(华蓥山以东)为高陡构造分布区。在20世纪50、60年代细测这些构造时，对各构造的两翼均测制了一系列剖面，这些剖面虽相距很近(1～2km)，但上三叠统的砂、泥岩层很不稳定，彼此很难对比。同时，这些砂岩层多为单个透镜状砂体错落叠置而成，其内斜层理、交错层理发育，据此，将其定为泛滥平原至三角洲平原沉积，砂岩多为辫状河道砂，泥岩系河道间的小湖沼沉积。砂岩层不稳定、难对比，系河道不断迁移造成。
3 结论
    1) 四川盆地中西部地区须一段为海湾中形成的海陆交互相沉积；香三、香五段主要为湖泊沉积；香二、香四、香六段砂岩主要为三角洲前缘-滨浅湖滩坝沉积。
    2) 川东地区上三叠统为泛滥平原三角洲平原沉积。
    3) 盆地中西部上三叠统中的三角洲主要是以水进河床充填砂体沉积微相为代表的水进型三角洲。
参考文献
[1] 罗启后.安县运动对四川盆地中西部上三叠统地层划分对比与油气勘探的意义[J].天然气工业，2011，31(6)：21-27.
[2] 吴熙纯.川西北晚三叠世卡尼期硅质海绵礁鲕滩组合的沉积相分析[J].古地理学报，2009，11(2)：125-142.
[3] 赵强，赵路子，田景春，等.川中、川南过渡带须家河组储集砂体成因类型及特征[J].沉积与特提斯地质，2007，27(2)：74-81.
[4] 侯方浩，蒋裕强，方少仙，等.四川盆地上三叠统香溪组二段和四段砂岩沉积模式[J].石油学报，2005，26(2)：30-37.
[5] 赵霞飞，吕宗刚，张闻林，等.四川盆地安岳地区须家河组——近海潮汐沉积[J].天然气工业，2008，28(4)：14-18.
[6] 罗启后.水进河床充填砂体在古代沉积中的发现——四川盆地中西部上三叠统某些砂体的成因探讨并试论水进型三角洲[J].沉积学报，1983，1(3)：63-72.
[7] 王世谦，罗启后，余晓锋，等.四川盆地中西部上三叠统沉积相与生油条件研究[R].成都：四川石油管理局地质勘探开发研究院，1994.
[8] 李从先，郭蓄民，许世远，等.全新世长江三角洲地区砂体特征的和分布[J].海洋学报，1979，1(2).
[9] 罗启后，王世谦.四川盆地中西部三叠系重点含气层天然气富集条件研究[J].天然气工业，1996，16(增刊1)：40-54.
 
(本文作者：罗启后 川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院)