川西坳陷须家河组二段风暴沉积特征^*

Characteristics of storm deposits in the Member 2 of Triassic Xujiahe Formation in Western Sichuan Depression

摘要

川西坳陷东坡三叠系须家河组二段(须二段)沉积环境的认识长期存在争议,本研究以新识别的风暴沉积为关键证据,旨在厘清该区须二段沉积环境及风暴沉积发育特征。通过岩心观察、薄片鉴定、粒度分析及地球化学测试等手段,取得了以下认识: (1)川西坳陷东坡须二段广泛发育双向交错层理、浪成交错层理和潮汐束等沉积构造,粒度及地化数据显示该区为能量周期性波动的高能环境,水体性质为半咸水—淡水,指示该区为海相滨岸沉积环境,可进一步划分为前滨、上临滨、中临滨、下临滨4种沉积亚相; (2)前滨至中临滨亚相中发育泥砾层、渠模和丘状交错层理等典型风暴沉积构造,在垂向上识别出至少9期风暴沉积,其序列以不完整的A-B-C型为主,反映了高能、高频的近源风暴沉积特征; (3)在海退背景下,风暴沉积发育带逐渐由临滨向前滨迁移,风暴层厚度表现为早期西南部较厚、晚期东部增厚,指示沉积中心向北东迁移。本研究明确了川西坳陷东坡须二段为风暴扰动的海相滨岸沉积环境,与“西深东浅”的古地理格局共同揭示了“西坳供源、东坡富砂、东部封堵”的成藏要素组合,为该区致密砂岩勘探区优选提供了地质依据。

Abstract

The depositional environment in the Member 2 of Xujiahe Formation on eastern slope of Western Sichuan Depression has long been controversial. Using newly identified storm deposits as key evidence,this study aims to clarify the depositional environment of the in the Member 2 of Xujiahe Formation and the development characteristics of storm deposits in this area. Based on core observation,thin-section identification,grain-size analysis,and geochemical testing,the following conclusions are obtained: (1)Sedimentary structures such as bidirectional cross-bedding,wave-generated cross-bedding,and tidal bundles are widely developed in the in the Member 2 of Xujiahe Formation on the eastern slope of the western Sichuan Depression. Grain-size and geochemical data indicate that the study area was a high-energy environment characterized by periodic energy fluctuations,and that the water body was brackish to freshwater in nature. These features suggest a marine shoreline depositional environment,which can be further subdivided into four sedimentary subfacies: foreshore,upper shoreface,middle shoreface,and lower shoreface.(2)Typical storm-related sedimentary structures,including mud-clast layers,gutter casts,and hummocky cross-stratification,are developed in the foreshore to middle shoreface subfacies. At least nine episodes of storm deposition are vertically identified,and the sequences are dominated by incomplete A-B-C types,reflecting high-energy,high-frequency,and proximal storm depositional characteristics.(3)Against a regressive background,the storm-deposit development belt gradually migrated from shoreface to foreshore. The thickness of storm layers was relatively greater in the southwestern part during the early stage,but became thicker in the eastern part during the late stage,indicating a northeastward migration of the depositional center. The results demonstrate that the Xu 2 Member on the eastern slope of the western Sichuan Depression represents a storm-influenced marine shoreline depositional environment. Together with the paleogeographic framework of “deep in the west and shallow in the east,”these findings reveal a hydrocarbon accumulation element assemblage characterized by “provenance supply from the western depression,sand enrichment on the eastern slope,and sealing in the east,”thereby providing a geological basis for the selection of favorable exploration targets for tight sandstone in the area.

Graphical abstract

关键词

古地理环境 / 风暴沉积 / 滨岸环境 / 须家河组二段 / 三叠系 / 川西坳陷

Key words

palaeogeographic environment / storm deposits / shoreline environment / the Member 2 of Xujiahe Formation / Triassic / Western Sichuan Depression

风暴沉积(Storm deposits)是由风暴浪、风暴流及其后续改造形成的事件沉积单元,常以丘状交错层理、渠模和风暴泥砾层等构造为识别标志,其垂向序列记录了古风暴强度、频率及沉积动力演化过程,是恢复古气候、古地理格局和沉积环境的重要载体(Kelling and Mullin,1975;Aigner,1979;Duke,1985)。目前针对海相和陆相风暴沉积研究已较为成熟,但海陆过渡相因受潮汐、波浪及物源混合等多重动力共同控制,其原始沉积构造易被破坏,导致对该环境中风暴沉积的识别尚未有统一认识(曾建理等,2024)。

晚三叠世时期四川盆地位于扬子板块西缘与古特提斯洋演化带交汇部位,沉积环境受构造活动、物源供给及海陆过渡动力过程共同控制,因此对须家河组沉积体系的认识长期存在分歧(Jiang et al., 2023)。传统观点多将须家河组解释为辫状河—湖泊三角洲沉积体系,并认为川西坳陷须家河组二段(须二段)主要发育辫状河三角洲前缘河口坝或滨浅湖滩坝(王兴龙,2021;Gou et al., 2024);但也有研究依据潮汐韵律层、双向交错层理及双黏土层等构造,提出该区可能属于潮控河口湾、潮控三角洲甚至海湾环境(罗启后,1983;赵霞飞和张闻林,2011;赵霞飞等,2013;Shi et al., 2022;朱思成等,2025)。可见,须二段沉积环境争议的关键在于其是否持续受海洋动力影响,而风暴沉积的发现可为这一问题提供重要的沉积学证据。

尽管在四川盆地须家河组已发现较多风暴沉积记录,但相关研究主要集中于川北、川中和川东等地区,针对川西坳陷须二段风暴沉积的系统研究仍较少,仅在坳陷西侧局部地区见少量风暴层(赵霞飞等,2013;曾建理等,2024)。川西坳陷东坡作为四川盆地上三叠统须家河组油气资源最富集的地区之一,厘清该区须二段是否发育稳定的风暴沉积序列,其形成是否受潮汐—波浪混合动力控制,不仅有助于揭示海陆过渡环境下风暴沉积的形成机制与发育模式,也对恢复该区须二段古地理格局和指导致密砂岩气勘探具有重要意义。基于此,本研究综合岩心观察、薄片鉴定、粒度分析及地球化学资料,系统识别川西坳陷东坡须二段风暴沉积构造与序列类型,重新厘定其沉积环境,并探讨风暴沉积的时空展布特征,为四川盆地须家河组二段古地理格局恢复及油气勘探提供依据。

1 区域地质概况

晚三叠世卡尼期至诺利期,四川盆地位于扬子板块的西北缘(Jin et al., 2019; Tian et al., 2025),受印支期构造挤压与龙门山造山带逆冲推覆影响,盆地西缘持续挠曲沉降,形成以川西坳陷为主的沉降中心(Burchfiel et al., 1995),沉积了巨厚的须家河组。川西坳陷位于四川盆地西部,内部可划分成6个次级构造单元(Huang et al., 2020),研究区选取川西坳陷东部斜坡(图1-a),构造相对稳定,沉积构造特征丰富。本研究采用区内常用的五段划分方案,将须家河组自下而上划分为须一段至须五段(图1-b),其中研究目的层位须二段以灰色中—厚层块状细—粗粒砂岩为主,夹黑色、深灰薄层泥岩及粉砂岩(Liu et al., 2019),根据基准面旋回变化可进一步细分为上亚段、中亚段、下亚段3个亚段。

2 岩心观察与室内实验分析

2.1 岩心观察与样品采集

研究观察了中江斜坡带5口井、孝泉—丰谷构造带13口井,以及成都坳陷西部的德阳1井和洛深1井,共20口井,覆盖研究区大部分构造单元及须二段3个亚段,能代表研究区的整体情况(图1)。对20口井须二段岩心进行了详细描述、拍照和采样,重点记录岩石组合、颜色、沉积构造组合及岩性相变界面等特征,以明确沉积相类型及其分布,并采集188块岩心样品开展测试分析。

2.2 实验方法及技术流程

1)岩石薄片显微分析

为重建研究区须二段沉积时水动力强度、搬运距离及沉积环境特征,选取45块代表性样品制备茜素红染色薄片,使用Axio Scope A1 pol偏光显微镜系统观察矿物成分、结构特征、自生矿物类型等,为沉积环境分析提供了可靠的岩石学依据。

2)薄片粒度分析

为解析该区沉积环境能量及沉积物搬运机制,识别高能事件性搬运作用对沉积物的改造特征,选取26块典型薄片展开粒度参数研究,使用Axio Scope A1偏光显微镜结合Image-Pro Plus 9.0图像分析系统,通过显微图像采集代表性视域,基于等效圆直径法精准测量单颗粒粒径,计算平均粒径M_z、分选系数σ₁、偏度S_k1及峰态K_G,绘制累积频率曲线及C-M图(冯增昭,1993)。

3)原位激光碳氧同位素分析

为重建该区古盐度,揭示沉积时水体来源,选取了5块偏光下见连晶方解石胶结且颗粒为点—漂浮接触的30 μm薄片样品进行原位激光碳氧同位素分析(Liu et al., 2021),采用Thermo Scientific MAT253稳定同位素比质谱仪搭载ESI NWR激光剥蚀系统,使用193 nm ArF激光微区取样,剥蚀产物经O₂反应池氧化为CO₂气体并纯化后,引入MAT253质谱仪,在离子源电子能量70 eV加速电压10 kV下测定δ¹³C和δ¹⁸O值,共获得8组点位数据。

4)微区元素分析

为示踪该区沉积时期水体的地球化学特征,使用激光剥蚀—电感耦合等离子体质谱仪对8块样品的30 μm抛光薄片进行微区元素分析(Lü et al., 2015)。以NIST 610/612标样校准仪器,氦气载流传输气溶胶,ICP-MS跳峰模式采集B-U同位素信号,内标法实时校正基体效应,数据经Glitter软件处理,计算元素均值Mean、两倍标准误差2SE及Pettke法检出限LOD,共获得48组元素分析数据。

5)扫描电镜分析

为明确该区自生矿物类型及特征,分析自生矿物形成时期,支撑沉积环境的重建,选取6块岩石样品经乙醇清洗喷镀5 nm金膜,采用CARL ZEISS EVO MA15/LS15扫描电子显微镜进行分析,识别如黄铁矿、绿泥石、伊利石等自生矿物的形态特征。

3 沉积学证据及环境指示

3.1 典型沉积构造及成因分析

川西坳陷东坡须二段岩心中识别出多种与潮汐—波浪作用有关的典型沉积构造。双向交错层理发育于上亚段、中亚段中—细砂岩中(图2-a),上下相邻纹层倾向相反,反映潮流方向的周期性反转,常见于潮间带环境。透镜状—脉状层理见于中亚段泥质粉—细砂岩中(图2-b),表现为砂、泥岩薄层交互出现,反映潮流能量周期性变化。潮汐束及再作用面发育于粉—细砂岩中(图2-c),其中潮汐束记录了砂质纹层的阶段性加积,再作用面则指示不同期次潮流作用下对沉积物的反复改造。双黏土层和潮汐韵律层见于中亚段、下亚段泥质粉—细砂岩中(图2-d,2-e),表现为砂泥薄层韵律性叠置,反映潮流强弱交替及泥质的周期性沉降,是典型的潮汐作用沉积响应(朱思成等,2025)。波浪作用方面,浪成交错层理发育于上亚段、中亚段中—细砂岩中(图2-f),纹层呈波状起伏并具较对称形态,为波浪往复振荡流作用的产物。此外还可见沙纹层理、平行层理和槽状交错层理,分别发育于须二中亚段、上亚段细—粉砂岩及中—细砂岩中(图2-g,2-h,2-i),反映研究区砂体在沉积过程中持续受到较强牵引流改造。

川西坳陷东坡同时广泛发育一系列与风暴事件有关的沉积构造。中亚段上部粉—细砂岩中发育丘状交错层理(图2-j),岩心尺度下表现为宽缓起伏的纹层组合,内部可见低角度削切面(LACS)及局部碟状构造(Dish),反映沉积期流体能量在侵蚀与堆积之间频繁摆动,并指示局部存在旋涡式回流,是风暴作用形成的典型沉积构造(李向东,2020)。变形层理和包卷层理发育于中亚段下部(图2-k,2-l),为未固结细粒沉积物在高能事件振荡作用下发生液化和塑性变形的结果(张廷山等,2017;尚俊鑫等,2025)。冲刷面为高能水流或波浪侵蚀形成的突变界面(图2-m),箱型渠模呈近箱形或口袋状(图2-n),为高流态条件下风暴涡流强烈侵蚀底床的产物(汪俊伟等,2018)。此外,中亚段上部及下亚段上部可见直立—近直立潜穴(图2-o),反映底栖生物活动。17口钻井中普遍发育泥砾富集层,可分为2类: 一类为撕裂状、不定向分布的泥砾层(图2-p,2-q),泥砾成分以黑色页岩为主,形态多呈弯曲片状或漩涡状,分选差且不定向分布,指示风暴高峰期对底部泥质沉积物的强烈侵蚀、撕裂与快速再沉积,为典型风暴泥砾层(曾建理等,2024); 另一类泥砾呈定向平行分布(图2-r),分选相对较好,反映其在事件沉积后期又经历了单向流改造。综上,须二段沉积过程中以持续的潮汐—波浪改造为主,并受风暴事件影响,表现出明显的复合水动力特征。

3.2 粒度分析特征及环境指示

粒度参数表明,研究区砂岩样品平均粒径M_z主体分布在细粒区间,分选系数σ₁为“好”,偏度S_K1以近对称分布为主,峰态K_G中等(图3-a),说明沉积物经历了较充分的反复搬运和再分选作用,但少量样点偏离主体分布范围,反映研究区存在两种不同的沉积环境。C-M中样点主体分布于P-Q段和Q-R段(图3-b),指示同时存在底负载搬运和递变悬浮为主的牵引流沉积,该类搬运特征常见于能量存在周期性变化的滨岸浅水环境,仅少数样点落入浊流区,可能为风暴诱发的重力流或碎屑流沉积。累积概率曲线以“高斜一段式”、“高斜二段式”为主,直方图尖锐单峰,主峰Φ均值2.73~2.84,无尾部延伸且分选极佳(图3-c,3-d),反映跳跃总体占优势、悬浮组分较少,常见于滨岸带受波浪持续冲洗及潮汐往复作用下形成强重分选沉积。而粒度参数中异常值样点为“低斜多跳一悬式”或“低斜多跳多悬式”(图3-e,3-f),反映非稳态事件如风暴带来的粗砾沉积或细粒物质悬浮特征。粒度特征表明须二段为潮汐—波浪控制下的高能滨岸沉积,局部受风暴事件影响。

3.3 镜下岩石薄片证据及指示

川西坳陷东坡须二段岩石薄片观察、碎屑组分定量表征结果显示石英含量均值达70%以上,如果扣除须二段砂岩中所含的内源泥岩岩屑,碎屑石英含量接近90%,石英含量极高(图4-a),砂岩整体以中粒为主,颗粒次圆,分选较好,指示为高能沉积环境(图4-b,4-c;图5-a,5-b)。黏土矿物以绿泥石为主,特别是发育埋藏早期的包壳状和衬垫状绿泥石(图5-c,5-d),这种绿泥石形成时间早,基本可以反映同沉积时期的水体性质,绿泥石形成于弱碱性弱还原环境。在东坡的中江20井、川江566井等须二段砂岩中见颗粒状海绿石,其原生环境为潮下带浅部,发育成熟后被波浪、潮汐或风暴作用短距离搬运至滨岸环境,与陆源石英碎屑混合形成含海绿石细砂岩(张涛,2018),指示该区为临近潮下带的滨岸沉积(图5-e)。须二段砂岩中虽然黄铁矿含量总体不高,但镜下较为常见,扫描电镜下呈草莓状特征,粒径1~2 μm,通常于准同生期或成岩作用早期在氧化还原界面附近形成,反映其沉积时存在暴露—淹没界面(王天顺等,2025),该区为受潮汐—波浪影响下的滨岸沉积环境(图5-f)。

3.4 微量元素特征及指示

选取川西坳陷东坡须二段8块具连晶方解石胶结物的薄片进行微量元素分析,样品颗粒均呈点—漂浮接触(图5-b),指示方解石形成于同生期或浅埋藏期。微量元素分析结果显示样品Mn/Sr均值0.9,说明样品中Sr受后期改造有限,可用于辅助判别沉积环境。水体中元素的含量与盐度具有密切关系,可根据元素含量和比值判别其古盐度信息(熊小辉和肖加飞,2011;Wei and Algeo,2020),研究区须二段砂岩样品的B含量均值76.8 μg/g,介于淡水与半咸水之间; Zr/Rb均值为4.07,反映高能环境下强水动力分选特征。氧化还原敏感元素比值法可用于判别沉积环境的氧化还原特征(McManus et al., 2006),Th/U均值为2.37,接近Th/U>3的强氧化阈值,指示沉积界面存在间歇性暴露或氧化—还原波动(王旭影和姜在兴,2021),Co/Ni均值为1.8,Fe/Mn均值为11.2,V/Cr均值为0.2,V/(V+Ni)均值为0.5,Cu/Zn均值为1.1,指示为氧化环境及受陆源环境输入影响(表1),微量元素分析结果指示为淡水—咸水混合环境、强水动力、具氧化—还原界面的沉积环境。

后太古宙澳大利亚页岩(Post-Archean Australian Shale)可反映上地壳稀土元素的平均丰度,故采用PAAS标准化方法分析研究区样品的稀土元素配分模式(Taylor and McLennan,1985)。结果表明,样品ΣREE为25.73~26.91 μg/g,均值26.19 μg/g,稀土元素总体含量较低,结合前述强水动力的分选作用,可能为高能环境下的石英稀释效应。PAAS标准化结果显示,Ce/Ce^*为1.13~1.18,均值1.16,表现为弱正Ce异常; Eu/Eu^*为0.72~1.13,均值0.93,无明显Eu异常。其标准化配分模式曲线整体呈低幅平坦型(图6),表明沉积物未受强烈海水蚀变或热液流体改造,为陆源碎屑经强水动力分选后快速埋藏的产物。综合微量元素和稀土元素分析(表2),该区为陆源主控下,水体低盐度,以氧化环境为主,局部见氧化—还原界面的高能沉积环境为主,与滨岸带高能环境、潮间带的周期暴露与淹没及海陆过渡带受淡水影响的环境相契合,指示该区为潮汐—波浪控制下的滨岸沉积环境。

3.5 碳氧同位素特征及指示

碳氧同位素在沉积环境研究中具有重要的指示作用,${\delta }^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{P}\mathrm{D}\mathrm{B}}$主要反映有机碳的来源、古生产力以及碳循环过程,而δ¹⁸O_PDB则主要受控于古温度和古盐度的变化,二者结合可识别古环境(Kolodny,1980)。通过对原位激光碳氧同位素测定的结果显示,中江斜坡带中江20井样品呈${\delta }^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{P}\mathrm{D}\mathrm{B}}$弱正偏(0.29‰~2.16‰)与δ¹⁸O_PDB负偏(-4.52‰~-7.25‰)特征(表3),采用Keith和Weber(1964)的经验公式计算古盐度(3-1):

(3-1)Z=2.048×$\left({\delta }^{13}\mathrm{C}+50\right)$+0.498×$\left({\delta }^{18}\mathrm{O}+50\right)$

式中Z为计算的古盐度,Z>120为咸水,Z<120为淡水,Z值接近120时说明其古流体为咸水—淡水共同作用(Keith and Weber,1964)。并通过Friedman和O’Neil(1977)的δ¹⁸O方解石—水分馏方程计算方解石的形成温度(3-2):

(3-2)1000 lnα_{(方解石-水)}=2.78×10⁶×T^-2-2.89

式中α_{(方解石—水)}=(1+(${\delta }^{18}{\mathrm{O}}_{\mathrm{方}\mathrm{解}\mathrm{石}}$/1000)/(1+(${\delta }^{18}{\mathrm{O}}_{\mathrm{流}\mathrm{体}}$/1000)); T为绝对温度; ${\delta }^{18}{\mathrm{O}}_{\mathrm{流}\mathrm{体}}$值参考邻区同期地层参数估算 (刘四兵等, 2014)。 古温度和古盐度的恢复结果显示, 中江斜坡带样品Z值大于120, 古地温分布在3.1~34.6 ℃, 孝泉—丰谷构造带样品Z值小于120, 古地温主体分布在25.8~34.7 ℃, 样品Z值分布在120临界值附近及两侧, 指示其为咸水—淡水过渡环境, 因上三叠统须家河组不具备发育咸化湖盆条件 (刘金华等, 2007), 因此, 研究区Z值接近120的碳酸盐胶结物指示其形成于受海水影响的过渡环境,这也说明早期碳酸盐胶结物沉淀水体为淡水—海水混合 (Walker and Surge, 2006)。 对于超过80 ℃的丰谷110井样品, 因研究区烃源岩在80 ℃左右普遍已进入生烃门限(沈忠民等, 2009), 有机质生烃过程中有机成因的低δ¹³C值进入碳酸盐矿物, 导致Z值计算值偏低, 其指示的淡水环境并不可靠。 碳氧同位素分析结果说明该区沉积时水体主要为海水—淡水混合环境, 指示为海陆过渡带的沉积环境, 可支撑该区为潮汐—波浪控制下的海相滨岸沉积环境解释。

4 风暴沉积纵横向演化特征

4.1 沉积演化特征

基于上述沉积环境认识,并参考经典碎屑岩滨岸沉积模式(Walker and Plint,1992),将研究区须二段划分为4类亚相: 前滨亚相受波浪持续淘洗,发育平行、块状层理的中砂岩,粒度曲线呈“高斜一段式”,自然伽马(GR)曲线呈低幅平直箱型; 上临滨亚相位于碎浪带,以中—细砂岩为主,见双向交错层理,GR曲线呈微齿化箱型—漏斗型; 中临滨亚相见浪成交错层理、沙纹层理、潮汐束,反映潮汐与波浪的复合作用,GR曲线呈齿化钟型或漏斗型; 下临滨亚相水体能量弱,以粉砂岩、泥岩为主,见透镜状层理、水平层理及生物潜穴,粒度悬浮组分占比高,GR曲线呈高幅锯齿型或指型。此外,建立了风暴岩微相识别图版,其底部为含泥砾中砂岩,GR曲线呈齿化中值钟型特征,粒度曲线呈“低斜多段式”,向上过渡为具丘状层理的风暴砂岩(图7),记录了风暴由高峰期到衰减期的过程。

根据沉积相识别及测井解释结果,研究区须二段滨岸沉积体系在垂向上构成1套完整的向上变粗序列,并叠置多期风暴事件沉积。以中江20井为例,须二段下亚段以砂泥岩薄互层为特征,发育浪成交错层理、潮汐束等构造,其上部出现以丘状交错层理、粒序层理及风暴泥砾层为代表的风暴沉积; 中亚段由下部富泥的下临滨沉积过渡为上部中临滨块状砂岩; 须二段上亚段则以低幅箱型GR为特征,发育厚层块状、波状层理的前滨沙坝(图8)。这一垂向演化特征表明,须二段沉积期研究区整体经历了由相对较深水的临滨环境向更近岸高能前滨环境的持续转化。SW-NE向连井剖面进一步显示,须二段下亚段临滨沙坝横向连续性一般,而中亚段上部至上亚段前滨沙坝厚度明显增大、横向连续性增强(图9),反映海退过程中高能砂体逐步向盆地方向进积并扩展。与之对应,剖面上多期风暴层的发育部位亦随高能滨岸带迁移。

4.2 风暴沉积序列

基于川西坳陷东坡须二段岩心观察及测井解释结果,并参考梁桂香(1994)提出的五段式理想风暴沉积序列(A-B-C-D-E),共识别出A-B-C、A-B-C-D、A-B-E和A-E 共4类主要风暴沉积垂向组合,其垂向序列普遍不完整。其中,A-B-C型(占比45%)及A-B-C-D型(占比10%)为渐进衰减序列(图10-a),以中江20井、洛深1井为代表,A段为含泥砾粗砂岩,底部发育大型冲刷面,泥砾多呈撕裂状、不定向分布; B段为正粒序砂岩; C段为发育平行层理及小型波纹交错层理的细砂岩—粉砂岩互层; D段可见丘状交错层理,代表风暴能量相对缓慢衰减。A-B-E型(占比25%)和A-E型(占比20%)则为突变型序列(图10-b),前者以中江21井为代表,后者见于中江21井、新盛204H井、川江566井等井。其共同特征是A段明显增厚,且A段或B段顶部被E段深灰色泥岩突变覆盖,缺乏过渡岩性。A段普遍发育分选差的泥砾、陡峭冲刷面及快速堆积形成的粗碎屑层,反映风暴高峰期强底床侵蚀及粗颗粒快速卸载,而A段增厚可能与底床强烈下切形成局部冲刷空间并促使粗碎屑快速集中堆积有关,其后水动力迅速由高能牵引流转为静水悬浮沉降,使C、D段未及发育或未被保存。总体上,研究区未见完整五段式风暴序列,A段普遍发育的冲刷面和不定向泥砾层反映强侵蚀与快速沉积,而A-B-E、A-E型序列中A段的明显增厚及中上部层段的突变缺失,则说明其沉积过程更为突发、侵蚀性更强、能量衰减更快,结合多期不完整序列的反复叠置特征,表明研究区风暴沉积具有近源、高能和高频发育的特点。

4.3 风暴层时空发育特征

川西坳陷须二段风暴层的发育特征在时空上表现出显著的规律性,为解析沉积环境演化提供了关键证据。通过系统识别沉积构造、沉积相类型、风暴层厚度及最大泥砾面积,综合刻画研究区基于测井解释的须二段沉积相平面图,为高能风暴沉积区展布提供支撑。研究将风暴层厚度大于100 cm或最大泥砾面积大于50 cm²的井区定义为高能风暴发育区,以表征风暴沉积中心的迁移特征。须二段下亚段沉积期,风暴层厚度及最大砾石面积较大,风暴活动强烈,此时沉积相自南西往北东从成都坳陷的下临滨亚相、中江斜坡带的中临滨亚相过渡到北东部的上临滨亚相,水体深度逐渐变浅,其高能风暴发育区沿成都坳陷的下临滨亚相延伸至中江斜坡带中段并深入中江20井区,风暴层主要发育在中临滨亚相。须二段中亚段沉积期发生明显海退,下临滨亚相消失,前滨沉积在研究区北东部开始出现,高能风暴发育在成都坳陷南侧的洛深1井—川江566井一带,风暴层的沉积环境转变为上临滨亚相。至须二段上亚段沉积期继续发生海退,北东部开始出现后滨沉积,此时前滨亚相向南西推进至洛深1井,风暴沉积中心向北东迁移至川江566—中江21井一带,为前滨亚相靠近临滨亚相一侧的交界处,推测此时地形较为平缓,使得前滨与临滨亚相交界处容易形成并保存风暴沉积。总体上,沉积相展布特征揭示了研究区西深东浅的古地理格局,风暴时空演化特征表现为随着下亚段到上亚段的持续海退,风暴层发育沉积环境由临滨亚相向前滨亚相转变,风暴层厚度早期西南厚、北部薄或不发育,晚期西部变薄、东部增厚,指示风暴沉积中心逐渐向北东迁移的特征(图11)。

4.4 风暴沉积的发现对油气勘探的意义

川西坳陷东坡风暴沉积的发现为须二段滨岸相沉积环境提供了关键证据,滨岸沉积受沿岸流及风暴浪作用,发育厚度大、展布范围广的临滨和前滨沙坝,与三角洲的河口坝砂体相比,滨岸沙坝具更大的砂体厚度及侧向连续性,是优质储集层发育的理想场所,具备形成规模有效储集层的地质条件。而风暴泥砾层中普遍含有的以黑色泥页岩为主的泥砾,指示其原始物源为富含有机质的细粒沉积物。基于西深东浅的古地理格局,风暴沉积将东坡西部更深水的下临滨亚相中未固结或半固结的富有机质沉积物剥蚀、搬运并最终于东坡滨岸带沉积,揭示了东坡西部发育品质较好的烃源岩,可为东坡厚层滨岸沙坝提供潜在天然气源。并且东坡的北东部及东部发育后滨泥岩,位于储集层的上倾方向,可形成有效的岩性圈闭,同时风暴沉积序列顶部及内部的泥岩层也可作为有效的局部盖层,垂向封闭条件好,形成了“西坳供源、东坡富砂、东部封堵”的优越成藏要素组合。这一认识突破传统辫状河三角洲沉积相认识的勘探思路,为该区油气勘探新靶区提供了新的地质依据。

5 结论

1)川西坳陷东坡须二段为潮汐—波浪影响下的海相滨岸沉积,局部受风暴事件影响,发育前滨、上临滨、中临滨、下临滨沉积亚相,沉积演化特征揭示自下往上持续海退,沉积环境由临滨亚相过渡到前滨亚相为主,同时,沉积相展布特征揭示了研究区西深东浅的古地理格局。

2)川西坳陷东坡风暴沉积在须二上亚段、中亚段、下亚段均发育,共识别出9期风暴沉积,广泛发育于前滨、上临滨和中临滨亚相,垂向上以不完整的风暴沉积序列为主,指示高能、高频的近源风暴沉积特征。风暴沉积的时空演化特征揭示了须二段自下往上风暴层沉积环境由临滨亚相向前滨亚相转变,风暴层厚度西南厚、北部薄,晚期西部减薄、东部增厚的演变规律,指示风暴沉积中心逐渐向北东迁移特征。

3)沉积环境及古地理格局的重建揭示了川西坳陷东坡西部深水烃源岩、东坡的滨岸富砂储集层以及东坡东部上倾方向的泥岩盖层共同构成1套“西坳供源、东坡富砂、东部封堵”的成藏要素组合。

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基金资助

*国家自然科学基金项目(42472180)