¹成都理工大学地球科学学院，四川 成都

²成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都

³四川省科源工程技术测试中心，四川 成都

⁴中国石油新疆油田分公司 实验检测研究院，新疆 克拉玛依

⁵重庆气矿地质研究所，重庆

收稿日期：2021年1月5日；录用日期：2021年2月3日；发布日期：2021年2月18日

摘要

以钻井岩芯描述、镜下薄片鉴定为基础，通过测井、地震和区域构造–沉积等方面，对川东巫山坎地区嘉陵江组二段沉积相特征进行讨论，认为该地区嘉陵江组二段属于碳酸盐台地沉积体系，发育蒸发台地、局限台地2种沉积相类型。通过进行连井剖面对比，沉积相平面、纵向演化分析，认为该地区嘉陵江组一段和二段经历了局限台地和蒸发台地交替发育过程，形成了快速海进–缓慢海退的咸化旋回演化特征，在此基础上建立了适合研究区的碳酸盐沉积模式。

关键词

巫山坎，嘉陵江组二段，沉积相，碳酸盐台地

Sedimentation Characteristics of the Member 2 of Jialingjiang Formation in Wushankan Area, East of Sichuan Basin

Quanwei Sun¹, Wenli Xu², Yan Zhao³, Teng Xu¹, Huan Jiang⁴, Xin Wang⁵, Shouchun Chen⁵

¹College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan

²Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan

³Keyuan Engineering Technology Testing Center of Sichuan Province, Chengdu Sichuan

⁴Research Institute of Experiment and Detection, Petro China Xinjiang Oilfield Company, Karamay Xinjiang

⁵Chongqing Gas Mine of PCL, Southwest Oil and Gas, Chongqing

Received: Jan. 5^th, 2021; accepted: Feb. 3^rd, 2021; published: Feb. 18^th, 2021

ABSTRACT

Based on core observations, identification of thin sections, in combination with logging facies, seismic faces and regional depositional background, the sedimentary facies characteristics of the member 2 of Jialingjiang Formation in Wushankan area, east of Sichuan basin are discussed. The authors have reached the conclusion that the member 2 of Jialingjiang Formation in East of Sichuan basin are carbonate platform deposits. Two types of sedimentary facies can be recognized, i.e., evaporative platform, restricted platform. According to the facies correlation sections of the wells as well as the plane distribution and vertical evolution of sedimentary facies, the authors revealed the evolution characteristics of the member 2 and 1 of Jialingjiang Formation sedimentary facies. The sedimentary environment changed from restricted platform into evaporative platform in turn, which constituted the multi-phase transgressive-regressive cycles. Finally, the depositional model which is suitable for the study area has been established.

Keywords:Wushankan, The Member 2 of Jialingjiang Formation, Sedimentary Facies, Carbonate Platform

Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

勘探成果显示，川东地区二叠系至侏罗系均有油气分布，形成多个储量丰富的大气藏。其中，下三叠统嘉陵江组是一个勘探开发历史最长的含油气层系，对其钻探工作始于1937年，大规模的勘探开发集中于上世纪六十至八十年代。此后，由于石炭系及二叠系礁滩勘探取得突破，嘉陵江组的勘探转为以兼探为主，因此对川东地区嘉陵江组的勘探成果一直没有取得大的突破。截止2017年，嘉陵江组已发现气藏及含气构造33个，获气井126口，获得探明储量418.21 × 108 m³，累计产气296.8 × 108 m³。黄继祥(1995)对川东地区提出浅海滩和变浅暴露滩的分类；马永生(2005)对川东地区进行了层序与储层分布研究；郑荣才利用层序地层学对川东地区石炭系–三叠系进行了有利相带预测；陈洪德(2013)编写了《层序地层学理论与实践》。巫山坎构造带完钻井共11口，获气井9口，嘉二–嘉一控制储量6.93 × 108 m³，展现出较大的勘探潜力。但是，地震三维资料不多，钻井较少，对该地区沉积微相、微地貌的研究少之又少。因此，笔者在前人的研究基础上 [1] [2] [3]，结合最新的勘探成果，对巫山坎地区嘉陵江组二段沉积微相特征和平面展布规律进行深入讨论，为川东巫山坎地区嘉陵江组后续勘探开发提供理论支持。

2. 区域地质概况

巫山坎地区位于四川省开江县和重庆市开州区境内。该地区构造上处于川东腹地，印支开江古隆起东面斜坡带之上，二级构造单元属于四川盆地川东拗褶区 [4] [5] [6]，隶属于南门场高陡构造带西翼断下盘的一个潜伏构造。该构造东南为南门场高陡构造主体，西北隔南雅向斜与大天池构造相望，北东为五百梯构造和五里灯构造，西南为龙门山构造(图1)。

嘉陵江组沉积时期，四川盆地呈现西高东低的地势，物源来自西面龙门山岛链及康滇古陆，海水主要从南及东南方向侵入该区 [7]，并在该区形成了一套滨海—开阔台地的海相沉积环境 [8]。嘉陵江组自下而上划分为嘉一、嘉二、嘉三、嘉四、嘉五5个段，嘉二段细分为嘉二¹、嘉二²和嘉二³3个亚段，也分别对应三个咸化旋回。其中，嘉二¹亚段下部主要为白云岩，上部石膏岩，颗粒白云岩较为发育；嘉二²亚段下部主要沉积灰岩，上部白云岩发育，顶部为石膏岩；嘉二³亚段下部和上部均为石膏岩(夹薄层白云岩)，中部为灰岩和白云岩组合(图2)。

3. 沉积相特征

3.1. 沉积相标志

3.1.1. 岩石学标志

1) 泥晶灰岩类：颜色以灰色–深灰色为主，具泥晶结构，由泥晶方解石组成，单层厚度以中–薄层状为主，块状也常见，水平层理较发育，局部见生物扰动构造(见图3A)，不含或含少量生物碎屑(见图3B)。这类岩石多数形成在水体比较稳定的低能环境中。

图1. 川东巫山坎地区构造位置图

图2. 门西001-H2井嘉二段综合柱状图

图3. 川东巫山坎地区嘉陵江组二段典型岩石类型及沉积构造照片

2) 颗粒灰岩：颜色以灰色、褐灰色为主，颗粒由鲕粒、球粒/似球粒、内碎屑、生物碎屑等的一种或多种组成。这类岩石形成环境一般分为两种：其一是形成于台内浅滩边缘环境，水体能量较低，颗粒分选、磨圆差，(灰)泥质含量相对较多，如生物碎屑灰岩和部分球粒/似球粒灰岩(见图3C)；其二是形成于水体能量较高的台内浅滩环境，颗粒分选、磨圆较好，颗粒间常以亮晶方解石胶结为主，灰泥成分较少，胶结物一般分为为两期：第一期为纤状方解石单环带充填，第二期为粒度较大的粉–细晶方解石(见图3D)。

3) 白云岩类：主要为泥晶白云岩(见图3E)、粉晶白云岩(见图3F)、云质灰岩、灰质白云岩及颗粒云岩(见图3G、图3H、图3I)等。其中泥晶白云岩、粉晶白云岩、灰质白云岩、云质灰岩形成于能量较低环境，颗粒云岩由颗粒灰岩转变而来，因此沉积环境与颗粒灰岩相似。按白云岩结构特征可确定其形成于准同生期，可以用渗透回流白云石化模式来解释，炎热干旱的气候、局限的环境使海水蒸发浓缩交代灰泥物质形成白云石化。

4) 膏岩类：主要为硬石膏(见图3J)，颜色多为白色、浅灰色、褐灰色，晶体多呈针柱状、鳞片状(见图3K)，几何体多为结合状、放射状(见图3L)。石膏存在两种沉积方式：其一为在干旱炎热的气候条件下成层分布，含少量泥质，是典型的蒸发环境产物；其二为石膏交代其它岩石组分，形成膏质云岩或者膏质灰岩，也代表低能蒸发环境。

3.1.2. 测井相标志

图4. 川东巫山坎地区嘉二段测井相模式图

研究区嘉陵江组二段的岩性主要为石膏岩、白云岩和灰岩(见图4)，其中石膏测井响应特征：自然伽㐷4~15API，声波时差46~60 μs/ft，密度为2.7~2.96 g/cm³，自然伽玛数值较围岩略大，曲线呈现出箱型；声波曲线呈指尖型；补偿密度数值较围岩大，呈明显箱型。

灰岩、白云岩的测井响应特征：自然伽㐷30~40 API，声波时差44~50 μs/ft，密度2.7~2.87 g/cm³。自然伽玛曲线微微起伏，并呈现漏斗型，由上向下数值逐渐变大，是对水体向上变浅的响应，也代表了沉积水动力条件的逐渐增强；声波时差曲线、补偿密度曲线呈钟型，由上向下数值变小。

3.1.3. 地震相标志

地震相是指有一定分布面积的三维地震反射单元，包括反射波的外部形态、内部反射结构、振幅、连续性、频率和层速度等地震参数。由于沉积环境的不同，相应的岩性也会发生变化进而引起反射波也会发生改变。一般来说，地震相单元的划分应与研究区沉积相的单元相对应。通过嘉二²亚段振幅与古地貌关系可以看出，两者呈负相关关系，即古地貌高带一般对应弱振幅分布区，古地貌低带一般对应强振幅分布区；嘉二²亚段弱振幅分布区为继承性古地貌高部位，也是相对高能滩相分布区(见图5)。

图5. 川东巫山坎地区地震相剖面图(飞四段底界层拉平)

3.2. 沉积相类型

以钻井岩芯描述、镜下薄片鉴定为基础，通过测井、地震和区域构造–沉积等方面，识别和划分川东巫山坎地区嘉陵江组二段沉积相类型，认为该地区嘉二段主要的沉积相类型和特征如下 [9] [10]。

3.2.1. 蒸发台地相

蒸发台地(萨布哈)，一般发育在海平面较低时期，可以进一步划分为蒸发潮坪和蒸发泻湖两个沉积亚相(见图2)。岩性以白色–浅灰色块状硬石膏岩为主，夹膏质云岩和云质膏岩。反映台地内较为局限，气候干旱炎热，海水不断浓缩，灰岩或白云岩受热与卤水交代形成石膏。因此，以广泛发育蒸发岩为显著特征。

1) 蒸发泻湖亚相

蒸发泻湖亚相通常发育在盐坪、盐碱湖等干旱的潮上带环境，进一步可划分为膏质泻湖、咸化泻湖两个微相，岩性主要为灰白色、灰褐色厚层块状石膏岩和岩盐，该套岩石在沉积时晶间微孔较为发育，经过后期的压实作用后就会变得很致密，是非常好的盖层。

2) 蒸发潮坪亚相

蒸发潮坪亚相通常发育在地形相对较高的地带，由潮间带和潮上带组成，并可进一步划分为膏云坪、云膏坪、泥坪三个微相，发育膏质云岩、云质膏岩、泥岩三种岩性。嘉二段沉积时期，蒸发台地并未彻底断绝连通，偶尔发生海侵，这使得台地内部咸化海水略被稀释，海侵时常带来一些泥质，这也是嘉二²亚段底部出现膏岩、云膏岩中有薄层泥岩的原因。

3.2.2. 局限台地相

局限台地通常发育在开阔台地与蒸发台地之间宽阔的潮间–潮下区域，水体较浅，水循环受限制，地势较平缓，蒸发作用较强，局部水下隆起发育台内滩。局限台地与蒸发台地的区别主要是蒸发岩发育程度。在局限台地内盐度较高，易于与富镁的地下水作用相对发生白云石化，因此，局限台地相的岩相特征之一是潮坪白云岩广泛发育 [11]。

研究区嘉二段局限台地相在3个亚段均有分布。根据相对地理位置及沉积物特点，可进一步划分出台内点滩、局限潮坪两个亚相及众多微相类型(见图2)。

1) 局限潮坪亚相

局限潮坪亚相是相对闭塞的浅水的沉积环境，水动能较低。根据沉积物特征可细分为泥云坪、云坪、灰云坪、云灰坪、灰坪、膏坪、膏云坪、云膏坪等8个微相，岩性主要为泥云岩/灰岩、含泥云岩/灰岩、溶孔白云岩/灰岩、结晶云岩/灰岩、灰质云岩、含灰云岩、云质灰岩、含云灰岩、云质膏岩、膏质云岩及薄层膏岩等，局部见少量藻类、有孔虫、双壳、腹足、介形虫等化石，沉积构造以水平层理、干裂、鸟眼及结核为主。

2) 台内点滩

台内点滩通常形成于正常浪基面之上，由于波浪和潮汐作用的影响，水体高能，循环通畅。受继承性古地貌影响，嘉二段台内点滩主要发育于水体较浅，水体能量较高的水下局部高地或隆起。这种较强水动力使细粒物被淘洗，粗粒物沉积，一般不含或含少量灰泥和泥质沉积物，岩石类型主要为中-厚层状鲕粒灰岩(云岩)、砂屑灰岩(云岩)、生物屑灰岩(云岩)、球粒灰岩(云岩)或这几种颗粒岩的组合，常表现为潮坪—浅滩韵律性沉积特征。研究区嘉二段台内点滩规模相对较小，主要发育在嘉二¹和嘉二²亚段，从沉积物特征来看，主要有鲕滩、砂屑滩、生屑滩及其复合颗粒滩，能量高的环境中见交错层理和波状层理等。

4. 沉积相模式

根据以上研究结果和区域沉积演化背景，并结合威尔逊模式 [12] 和塔克模式 [13] 可得出如下认识：嘉陵江组二段沉积时期，研究区内为局限台地和蒸发台地沉积环境，并且可将川东地区嘉陵江组二段分为2个相、4个亚相及众多微相单元。其沉积模式如图6。

图6. 川东巫山坎地区嘉二段沉积模式图(据 [12] [13] [14] 文献修改)

5. 沉积演化序列与展布特征

在单井沉积相分析的基础上对嘉陵江组二段的岩性、沉积相进行纵向及横向上的对比。巫山坎地区嘉陵江组二段在纵向变化上具有明显的特征性。相对海平面的升降控制着研究区局限–蒸发台地的沉积演化过程。在横向上岩性、沉积相变化较小，具有很好的对比性。

5.1. 沉积演化序列

从嘉陵江组二段沉积相和纵向上岩相变化上来看，川东地区嘉陵江组二段由下而上由局限台地灰坪(北侧多为灰质泻湖)→局限台地云坪、膏坪、灰坪→蒸发台地膏质泻湖→局限台地灰坪→局限台地云坪、膏坪、灰坪→蒸发台地膏质泻湖组成2个区域性快速海侵–海退的沉积演化序列；从整个川东地区沉积环境特点来看，北侧受继承性开江–梁平海槽低地貌影响，早期水体多处于相对较深的环境，后期变浅，而南侧沉积环境水体始终较浅，因此，受海平面变化的影响南北两侧岩性、岩相和沉积厚度变化略大。

巫山坎地区主要位于川东地区北侧，嘉一–嘉二段组成了嘉陵江组第一期完整的海侵–海退旋回。以巫山坎地区门西001-H2井(见图2)为例，由下向上嘉一段为局限台地灰质泻湖微相，岩性以灰–深灰色厚层块状晶粒灰岩为主；嘉二¹亚段为局限台地云坪逐渐过渡为膏坪，岩性下部发育灰色、深灰色白云岩，上部发育灰白色、白色石膏岩；嘉二²亚段为局限台地灰坪向云坪过渡，底部为泥坪和膏坪互层沉积，岩性底部为兰灰色泥岩与嘉二¹亚段分界，中下部发育深灰色灰岩，向上过渡为深灰色白云岩，白云岩中滩体发育，形成好的储集相带；嘉二³亚段由下向上膏坪→云坪、膏坪→膏坪、云膏坪夹云坪，岩性下部为灰白色石膏，中部发育灰色、浅灰色白云岩、灰岩，向上过渡为灰白色石膏岩、云质膏岩夹深灰色白云岩、膏质云岩。

由上述单井沉积相分析结果表明，嘉陵江组一段早期开始接受海侵，速度较快，主要沉积了较深水环境的局限台地灰质泻湖相地层，嘉一段中—晚期至整个嘉二段开始进入缓慢海退过程，特别是嘉二¹亚段和嘉二²亚段由于海平面升降变化幅度小但很频繁，致使局限台地灰坪、云坪、膏坪、台内点滩相带频繁交替沉积，此时期的台内浅滩为整个嘉陵江组沉积期的广泛发育期，形成了川东地区最重要的滩相储层。至嘉二³亚段，由于海平面大幅度下降、气候干旱炎热，水体循环不畅、强烈咸化，沉积环境由局限台地向蒸发台地转化，为膏化、白云石化提供了有利条件，石膏广泛发育，形成封隔性极好的区域性盖层。

5.2. 沉积相剖面展布特征

嘉陵江组一段和三段均为一套厚度较大的灰岩沉积，以这两套灰岩顶、底界作为嘉陵江组二段区域等时对比标志，进行了多条近东–西向和近南–北向连井剖面沉积相对比，选取其中一条贯穿研究区的典型剖面进行分析。

如图7所示，剖面上沉积相横向及纵向整体变化较小，主要为局限台地和蒸发台地沉积。嘉二²亚段下部膏坪与泥坪由南西向北东方向逐渐减少，嘉二³亚段中上部云岩北东侧较西南侧发育，厚度略有增大。有利储集相带主要发育在嘉二¹和嘉二²亚段，嘉二³亚段主要为膏质泻湖沉积。

5.3. 沉积相平面展布特征

能够表现碳酸盐岩平面沉积相展布特征的地质因素有很多，如地层厚度、白云岩厚度或厚度百分比、颗粒岩厚度或厚度百分比、岩石的颜色、生物的丰度及种属、沉积构造和特殊矿物的含量等，通过对它们进行综合分析，是确定研究区沉积相类型和平面展布特征的重要环节 [15]。通过单井相标志、连井沉积相对比剖面、地层等厚图、颗粒岩等厚图和优势相分布图等，结合地震相、测井相特征，可较为深入地揭示研究区嘉二段各亚段沉积相平面展布特征和演化规律。

图7. 川东巫山坎地区嘉二段连井剖面图

5.3.1. 嘉二¹亚段沉积相平面展布特征

此亚段沉积期水体变化较小，主要为局限台地云坪和膏坪沉积。云坪微相零散分布，主要发育在门西3井区及其西侧、门西003-H3~门西001-X4、门西2井区(图8)。

5.3.2. 嘉二²亚段沉积相平面展布特征

此亚段沉积期水体较嘉二¹亚段略有增加，循环相对较好，蒸发作用较弱，主要为局限台地云坪和灰坪沉积，云坪面积较嘉二¹亚段变小，零散分布，主要发育在门西3井区西侧、门西003-H3~门西001-X4井区(图9)。

5.3.3. 嘉二³亚段沉积相平面展布特征

此亚段沉积期水体最浅，循环受限，蒸发作用强，主要为蒸发台地膏质泻湖沉积，膏岩最大沉积厚度达70 m，最小沉积厚度也有56 m (图10)。

5. 结论

1) 以钻井岩芯描述和镜下薄片鉴定为基础，通过岩石学标志、测井相标志和地震相相标志的讨论，结合区域沉积背景，认为川东巫山坎地区嘉陵江组二段属于碳酸盐台地沉积体系，并进一步划分出蒸发台地和局限台地等沉积相及众多亚相和微相类型，建立了适合研究区的沉积模式。

图8. 川东巫山坎地区嘉二¹亚段沉积微相平面展布图

图9. 川东巫山坎地区嘉二²亚段沉积微相平面展布图

图10. 川东巫山坎地区嘉二³亚段沉积微相平面展布图

2) 受古地貌及海平面变化影响，研究区有利储集相带主要发育于嘉二¹和嘉二²亚段，尤其是门西1、门西001-H2、门西001-H8井位地区；嘉二³亚段不发育，主要为膏质泻湖微相沉积。

3) 通过单井沉积相分析和连井剖面沉积相对比，结合地震相特征，较精细地描述了嘉一段–嘉二段区域性快速海进–缓慢海退的旋回过程和嘉二段各亚段的沉积相平面展布特征。

基金项目

本文受国家自然科学基金“川东地区下三叠统嘉陵江组白云岩分布规律及形成机理”(41972109)资助。

文章引用

孙权威,徐文礼,赵 研,徐 腾,蒋 欢,王 欣,陈守春. 川东巫山坎地区嘉陵江组二段沉积相研究
Sedimentation Characteristics of the Member 2 of Jialingjiang Formation in Wushankan Area, East of Sichuan Basin[J]. 地球科学前沿, 2021, 11(02): 109-121. https://doi.org/10.12677/AG.2021.112008

参考文献