四川盆地中寒武統(tǒng)高熱組、石節(jié)水組膏鹽巖分布規(guī)律

四川盆地中寒武統(tǒng)高熱組、石節(jié)水組膏鹽巖分布規(guī)律

0中寒武統(tǒng)膏鹽巖世界上的主要氣田都與石膏鹽層有關(guān)，引起了人們的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計,全球不到8%的以鹽巖蓋層為主的區(qū)帶擁有世界55%的石油探明儲量。因此,膏鹽巖蓋層是大油氣田得以保存的關(guān)鍵。四川盆地在中寒武統(tǒng)有廣泛的膏鹽巖分布,盡管1964年在威遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)了鹽下震旦系氣田,但對膏鹽巖本身及其與油氣關(guān)系卻被忽略了。近年來,隨著油氣勘探的不斷深入,該套膏鹽巖才逐漸被重視:胡書毅等認(rèn)為中寒武統(tǒng)膏鹽巖是上揚(yáng)子區(qū)良好的直接蓋層;門玉澎等闡述了中寒武統(tǒng)膏鹽巖形成時的古地理環(huán)境。但這些研究成果不能完全滿足石油勘探的需要,譬如野外剖面中膏溶角礫巖未被重視,常把寒武系作為整體研究,未區(qū)分寒武系不同沉積背景下的膏鹽巖成因(或深度不夠)等。尤其是在2003年川東北地區(qū)三疊系鹽下普光氣田的發(fā)現(xiàn),2005年的威遠(yuǎn)下寒武統(tǒng)龍王廟組氣田的突破,以及黔中隆起、鄂西渝東地區(qū)寒武系鹽下大量的油氣顯示的背景下,非常有必要深入開展對四川盆地中寒武統(tǒng)膏鹽巖的特征、分布及成因的研究,為下一步鹽下油氣勘探選區(qū)打下理論基礎(chǔ)。1含云質(zhì)及白云巖石膏巖四川盆地中寒武統(tǒng)膏鹽巖主要發(fā)育于高臺組(或陡坡寺組)和石冷水組(或西王廟組)中,以石膏、白云石與黏土礦物為三端元,以90%、50%和25%為體積分?jǐn)?shù)界線,按三級分類命名原則,將四川盆地中寒武統(tǒng)含膏巖系劃分為含泥含云質(zhì)石膏巖類、膏質(zhì)白云巖類和膏質(zhì)砂泥巖類三大類,巖石類型主要有純石膏巖、含云質(zhì)石膏巖、白云質(zhì)石膏巖、含泥質(zhì)石膏巖、泥質(zhì)石膏巖、含膏質(zhì)白云巖、膏質(zhì)白云巖、含膏質(zhì)砂泥巖、膏質(zhì)砂泥巖及膏溶角礫巖,共10小類膏巖類型(圖1)。純石膏巖呈灰—灰白色,致密塊體,石膏或鹽的體積分?jǐn)?shù)大于90%。主要成分是石膏、硬石膏,含不等量白云石,少量黏土礦物、石英,偶見玉髓、天青石、黃鐵礦及有機(jī)質(zhì),石膏結(jié)構(gòu)有結(jié)晶結(jié)構(gòu)(圖2A、B)、放射結(jié)構(gòu)及交代結(jié)構(gòu);構(gòu)造類型有韻律條帶狀、透鏡狀、塊狀、波狀等(圖2C、D)。純的石膏巖主要廣泛分布于研究區(qū)的井下,如在建深1井中寒武統(tǒng)中純石膏巖厚達(dá)56.5m,有9層之多。含云質(zhì)及白云質(zhì)石膏巖此類膏鹽巖中幾乎不含黏土,而石膏體積分?jǐn)?shù)為50%~90%,當(dāng)白云石體積分?jǐn)?shù)為10%~25%時,為含云質(zhì)石膏巖(圖2E),當(dāng)白云石體積分?jǐn)?shù)為25%~50%時為云質(zhì)石膏巖(圖2F)。這兩類膏鹽巖在鉆井剖面上分布較少,在利1井3172.00~3177.00m及3610.00~3612.00m見有發(fā)育。含膏質(zhì)白云巖及膏質(zhì)白云巖此類膏鹽巖中幾乎不含黏土,而白云石體積分?jǐn)?shù)大于50%,當(dāng)石膏體積分?jǐn)?shù)為10%~25%時,為含膏質(zhì)白云巖,當(dāng)石膏體積分?jǐn)?shù)為25%~50%時為膏質(zhì)白云巖。在野外錄井過程中二者也不易區(qū)分,因而在統(tǒng)計時統(tǒng)歸為膏質(zhì)白云巖。膏質(zhì)白云巖在四川盆地中寒武統(tǒng)中分布較廣泛,而且厚度較大。如利1井為144.50m,而建深1井達(dá)到618.50m。其次在抓抓巖剖面上,還可以見到膏晶白云巖。膏晶白云巖為含有較多石膏晶體的微晶白云巖,在地表,石膏晶體已全部由方解石晶粒所取代,成為石膏假晶。因此巖石的主要成分已變?yōu)榱宋⒕О自剖笆嗉倬?。含膏質(zhì)砂泥巖及膏質(zhì)砂泥巖該類膏鹽巖中,碎屑成分已超過50%,屬于碎屑巖類。由于含有大于10%的石膏,筆者把這類巖石定為含膏質(zhì)砂巖(泥巖)或膏質(zhì)砂巖(泥巖)。在鉆井剖面中發(fā)育較少,僅在寧1井、窩深1井、方深1井、利1井中可見。其厚度也較薄,最厚為方深1井36.50m,其余井均不超過20m,有的井如窩深1井僅1m。盡管這類巖石分布發(fā)育較少,但這類巖石可能代表混合潮坪沉積環(huán)境,對判斷沉積相可起指導(dǎo)作用。膏溶角礫巖在野外膏溶角礫巖的識別上,過去并未得到應(yīng)有的重視,通過野外考察發(fā)現(xiàn),在四川盆地西部樂山、雷波及東部重慶等地表露頭中普遍可見(圖3)。膏溶角礫巖的形成與地表溶蝕有關(guān),當(dāng)易溶的膏鹽巖被溶蝕后,上覆巖層發(fā)生崩塌,形成膏溶角礫巖。在樂山范店剖面上從下而上可見6層灰黃色的膏溶角礫巖,角礫大小不等,最大20cm×8cm,方形、三角形等各種菱角狀,角礫體積分?jǐn)?shù)約60%。角礫巖厚度不等,薄者88cm,厚者達(dá)10.46m,膏溶角礫巖總厚為45.56m。在雷波抓抓巖剖面上也見8層膏溶角礫巖,呈灰黃—灰綠色,與紫色泥巖互層,角礫巖厚度不等,薄者99cm,厚者達(dá)8.31m,膏溶角礫巖總厚為51.66m。在重慶三匯場剖面上見3層膏溶角礫巖,呈灰黃色,夾在灰色泥晶白云巖中,呈2~5cm條帶狀分布,膏溶角礫巖總厚為35.56m。2部灰色巖、下土巖中灰質(zhì)碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)及剖面位置通過對四川盆地中寒武統(tǒng)20余口鉆井及多條野外實測剖面的研究,按照含膏巖系剖面的基本組成和結(jié)構(gòu)特點,將四川盆地中寒武統(tǒng)剖面劃分為以下5類。丁山型以丁山1井中寒武統(tǒng)石冷水組為代表(圖4A)。該類型含膏巖系剖面的下部為灰色鮞粒白云巖、微晶白云巖、泥質(zhì)白云巖及膏巖,構(gòu)成一個旋回,反映了一個海水變咸的過程,也代表一個從淺灘到潮坪、潮上薩布哈的向上變淺的沉積序列。在中上部同樣也有4個這樣相似的旋回,與下部旋回最大區(qū)別在于缺少一套淺灘相的顆粒碳酸鹽巖沉積。宮深型以宮深1井中寒武統(tǒng)陡坡寺組為代表(圖4B)。該類型含膏巖系剖面由下部灰色泥云巖、灰?guī)r,中部微晶白云巖,中上部膏質(zhì)白云巖,到上部膏巖組成,構(gòu)成一個向上變淺的旋回,與丁山型最大區(qū)別在于底部無顆粒碳酸鹽巖沉積。仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)該剖面結(jié)構(gòu)從泥灰?guī)r—微晶云巖—膏巖,反映了沉積水體鹽度的變化過程,從開放環(huán)境的灰?guī)r、泥灰?guī)r到半閉塞環(huán)境的微晶云巖,最后到閉塞環(huán)境的膏巖,整個過程反映了海水變淺并逐漸咸化的過程,也反映了沉積相由潮間云坪到潮上鹽湖或薩布哈環(huán)境變化的過程。屬于該剖面類型的鉆井還包括林1井、丁山1井、李2井、寧1井、盤1井、自深1井、方深1井等陡坡寺組。值得注意的是,有些井并不只存在1個這樣的旋回,而是存在多個旋回,如李2井有4~5個這樣的旋回,每個旋回厚數(shù)十米。方深型以方深1井中寒武統(tǒng)高臺組為代表(圖4C),底部為粉砂巖與鮞粒云巖互層,中上部具有較厚的膏質(zhì)粉砂巖,達(dá)到了34m,反映了沉積環(huán)境由較開放的淺灘相環(huán)境到長期處于局限的混合蒸發(fā)潮坪環(huán)境。此類剖面并不常見,僅在利1井和寧1井中發(fā)育。建深型建深型剖面以建深1井中寒武統(tǒng)覃家廟組剖面為代表。建深1井剖面底部為砂屑云巖,中上部具有巨厚的膏鹽巖地層,可達(dá)675m,這反映了沉積環(huán)境由較開放的砂屑灘環(huán)境到長期處于閉塞的鹽湖環(huán)境。建深型具有的特點是膏鹽巖巨厚。這種巨厚膏鹽巖剖面在利1井、方深1井剖面中可見。范店型以樂山范店剖面為代表(圖5)。該剖面由于出露地表已無膏鹽巖,但可見膏溶角礫巖,中寒武統(tǒng)為泥巖、灰質(zhì)泥巖與黃灰色膏溶角礫巖互層,表明膏鹽巖暴露地表后,由于地表鹽溶作用,易溶的膏質(zhì)均被雨水等溶蝕帶走,留下塌陷角礫,形成膏溶角礫巖,因此該類剖面為暴露型剖面。雷波抓抓巖以及重慶三匯場剖面均屬此類。結(jié)合上述分析,不難發(fā)現(xiàn)丁山型和建深型剖面代表了灘后鹽湖沉積環(huán)境中膏鹽巖剖面,宮深型、方深型剖面代表了潮上蒸發(fā)環(huán)境中膏鹽巖剖面,而范店型剖面則代表了地表暴露膏鹽巖剖面。3研究區(qū)地質(zhì)概況在前人研究基礎(chǔ)上,結(jié)合寒武系最新鉆井和野外剖面資料,系統(tǒng)編制了中寒武統(tǒng)膏鹽巖的分布等值線圖(圖6,表1)。從圖6中可以發(fā)現(xiàn)中寒武膏鹽巖的分布主要集中在2個區(qū)域,即川南—黔北聚鹽區(qū)和萬縣—忠縣聚鹽區(qū)。川南—黔北聚鹽區(qū)分布在樂山范店—鹽津—威信—金沙地區(qū),呈北西—南東向展布(圖6)。北界在樂山范店—宜賓—赤水一線,西界為峨眉—甘洛—抓抓巖附近,南界出研究區(qū)進(jìn)入黔北一帶,東界在桐梓—安底鎮(zhèn)一線。研究區(qū)內(nèi)川南—黔北聚鹽區(qū)南北跨約200km,東西長約450km,聚鹽中心位于方深1井附近,聚鹽中心膏鹽巖厚度達(dá)到157m(圖6)。再往東過丁山1井—重慶三匯場將與萬縣—忠縣聚鹽區(qū)連成一片。萬縣—忠縣聚鹽區(qū)分布在開縣—萬縣—涪陵—忠縣—恩施—酉陽地區(qū),呈橢圓形分布。其北界可能已過開縣,南界在酉陽—三匯場一線并與川南—鄂北聚鹽區(qū)相連,西界已在大竹—鄰水—長壽一線,東界已出研究區(qū)進(jìn)入湖北境內(nèi)。南北長度約400km,東西約為450km,為中寒武統(tǒng)最大聚鹽區(qū)。聚鹽中心位于建深1井附近,聚鹽中心膏鹽巖厚度達(dá)到675m(圖6)。川南—黔北地區(qū)和萬縣—忠縣地區(qū)膏鹽巖最大厚度差距較大:在萬縣—忠縣地區(qū)建深1井上達(dá)到675m,而川南—黔北地區(qū)膏鹽巖最大厚度僅為157m。4中寒武統(tǒng)膏鹽巖成因模式蒸發(fā)巖是在特定的沉積環(huán)境、條件和沉積作用中形成的沉積物,是沉積環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)。依據(jù)膏鹽巖分布特征、巖石學(xué)特征及5類膏鹽巖剖面,在前人研究的基礎(chǔ)上編制中寒武統(tǒng)膏鹽段巖相古地理圖,分析其形成環(huán)境,建立成因模式。中寒武世早中期,四川盆地為鑲邊臺地的古地理格局(圖7),分布于臺地邊緣的灘組合,隔離了臺地內(nèi)外海水水體之間的交換,使臺地內(nèi)部處于水淺、低能的局限臺地(瀉湖)環(huán)境,在干旱、炎熱的古氣候條件下,強(qiáng)烈蒸發(fā)作用使海水不斷濃縮。在垂向上,組成含鹽巖系的巖石,依次由碳酸鹽—硫酸鹽(鮞粒云巖—泥晶云巖—云質(zhì)膏巖—膏巖)組成韻律結(jié)構(gòu);在平面上,也組成了灘—瀉湖—潮上薩布哈—鹽湖沉積韻律。這種韻律結(jié)構(gòu)在寧1井、方深1井、丁山1井及重慶三匯場的縱向剖面尤其發(fā)育。在臺地內(nèi)部井剖面上僅發(fā)育云巖和膏巖韻律旋回。值得注意的是在川東—鄂西地區(qū),中寒武統(tǒng)膏鹽巖分布具有明顯擴(kuò)大趨勢,厚度也急劇增加?？v向剖面特征顯示,該區(qū)建深1井中寒武統(tǒng)為一套膏質(zhì)云巖、云質(zhì)膏巖、膏巖、云巖夾少量砂泥巖沉積,含膏層占總厚度的80%以上。因而,推測川東—鄂西地區(qū)主要為大型蒸發(fā)巖瀉湖沉積,膏鹽湖中心就在建深1井附近,往四周減少,呈“牛眼式”分布,往南與川南—黔北的膏鹽巖沉積連成一片,構(gòu)成了中寒武統(tǒng)分布較廣的膏鹽巖沉積。綜合中寒武統(tǒng)膏鹽巖沉積特點,建立了碳酸鹽臺地蒸發(fā)模式圖(圖8),以此簡要表示膏鹽巖的成因模式。從圖中可以看到膏鹽巖主要分布在潮上薩布哈環(huán)境和灘后局限瀉湖環(huán)境,即中寒武統(tǒng)膏鹽巖成因機(jī)制主要是潮上蒸發(fā)機(jī)制及沙壩(灘)后局限鹽湖機(jī)制兩類。5巖相古地理特征1)利用石膏、白云石、黏土礦物作為三端元,將四川盆地中寒武統(tǒng)含膏巖系劃分為含泥含云質(zhì)石膏巖類、膏質(zhì)白云巖類和膏質(zhì)砂泥巖類3大類及10小類膏巖類型,巖石類型主要有純石膏巖、白云質(zhì)石膏巖、泥質(zhì)石膏巖、膏質(zhì)白云巖、膏質(zhì)砂泥巖及膏溶角礫巖等。2)對四川盆地中寒武統(tǒng)20余口鉆井及多個野外剖面的分析,認(rèn)為含膏巖系剖面主要由碳酸鹽和硫酸鹽組成,夾不等量泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)碎屑巖,并總結(jié)出了丁山型、宮深型、方深型、建深型和范店型五類典型膏鹽巖