0 引言
沉积相控制了沉积岩类型、结构及原生孔隙等特征，是油气地质勘探中的重要研究对象。在四川盆地二叠系不同沉积相形成的多种岩性，均获得了油气勘探和生产的成功，如中二叠统栖霞组滩相中的白云岩、茅口组台缘浅滩灰岩[1]以及新发现的Yt1井二叠系火成岩[2]。川西北地区Yb29井在上二叠统吴家坪组生屑灰岩中获得103×104m3/d的高产油气流[3]，其相邻的九龙山构造带L17井吴家坪组顶部云质灰岩中测试获气3.31×104m3/d，这些均表明该地区吴家坪组具有巨大的油气勘探潜力。因此，开展吴家坪组沉积特征及演化研究，对拓展川西北地区二叠系勘探领域具有重要意义。研究区吴家坪组沉积期为缓坡相是前期的主要观点[4]，随着元坝等井区钻井、地震等资料的补充，研究区内存在缓坡—镶边台地的沉积演变是一种新的认识[3]。此外，川西北地区吴家坪组与川西南地区火山岩相的峨眉山玄武岩、川西中部的龙潭组为“同期异相”，受到了火山作用影响[5,6]，形成了包含有火山碎屑岩等在内的多种岩石类型[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]，所以厘定沉积相类型及分布演化有重要意义。
1 地质背景
四川盆地吴家坪组自西南至东北方向，显示出火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩、泥质岩夹煤、碳酸盐岩、硅质岩的岩性变化特征[17,18]。研究区地理位置位于四川省江油—广元一带，构造位置主要位于四川盆地西部的川北坳陷低缓带、龙门山断褶带，包括双鱼石、元坝、九龙山等地区（图1）。中二叠统茅口组沉积时期，四川盆地为碳酸盐岩台地相沉积[19,20,21]，之后在东吴运动的区域拉张背景下，基底断裂活动强烈，火山物质大量喷发[22]。与此同时，晚二叠世早期地裂运动在盆地内已有表现，断块的差异沉降在一定程度上控制了四川盆地上二叠统的古地理格局[23]。西南部雅安—峨眉的康滇古陆地垒区形成了巨厚的峨眉山玄武岩，大邑—眉山一带则为富含火山碎屑物质的宣威组碎屑岩类，研究区为海相浅水碳酸盐岩沉积，至西北的广元—旺苍则为拉张性深水的海槽地堑区。研究区吴家坪组自下而上可划分为3段（表1），以碳酸盐岩为主，由于多期火山活动形成了吴一段底部的“王坡页岩”[24,25,26]、火山碎屑岩及交代成因的硅质岩[27,28]。
表1 研究区吴家坪组各段沉积特征Table 1 Sedimentary characteristics of Wujiaping Formation in the study area |
| 分段 | 岩性 | 古生物 | 厚度及展布特征 |
|---|---|---|---|
| 吴三段 | 亮或泥晶颗粒灰岩，泥晶灰岩、颗粒泥晶灰岩、凝灰岩及少量交代成因的硅质岩 | 有孔虫、腕足、珊瑚等较常见 | 10~89m，整体向北、北东方向先减薄再增厚再减薄 |
| 吴二段 | 凝灰质泥岩、凝灰质粉砂岩、凝灰岩、泥晶或亮晶颗粒灰岩、泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩、白云岩及少量交代成因的硅质岩 | 䗴类、藻类、腹足类、腕足类、介形虫类、珊瑚类、苔藓虫类等 | 12~94m，整体向北、北东方向先增厚再减薄 |
| 吴一段 | 底部为王坡页岩，之上为泥晶灰岩类、颗粒灰岩类、白云岩及少量交代成因的硅质岩 | 䗴类、藻类、腹足类、腕足类、介形虫类、珊瑚类、苔藓虫类等 | 14~71m，整体向北、北东方向变薄 |
2 沉积相类型
根据川西北地区吴家坪组的岩石组分类型、含量、结构、沉积构造、生物组合、厚度等特征，并结合测井、地震等资料，将研究区吴家坪组的主要沉积相类型划分为滨岸平原及沼泽、缓坡、开阔台地、台地边缘、斜坡和陆棚共6种，各沉积相又可划分出若干个亚相、微相类型（表2）。
表2 川西北地区吴家坪组沉积相类型划分Table 2 Sedimentary facies classification of Wujiaping Formation in northwestern Sichuan |
| 相 | 亚相 | 微相 | 沉积特征 |
|---|---|---|---|
| 滨岸平原及沼泽 | / | / | 黑色薄层—极薄层页岩、泥岩，可见黄铁矿结核等 |
| 缓坡 | 深缓坡 | 低能砂屑滩 | 深灰色—灰黑色中—厚层泥晶砂屑灰岩、泥晶生屑砂屑灰岩夹砂屑泥晶灰岩 |
| 低能生屑滩 | 深灰色—灰黑色中—厚层泥质泥晶生屑灰岩、泥晶砂屑生屑灰岩夹生屑泥晶灰岩 | ||
| 滩间洼地 | 深灰色—灰黑色中—薄层泥质泥晶灰岩、（生屑）泥晶灰岩、凝灰岩、沉凝灰岩 | ||
| 浅缓坡 | 中高能砂屑滩 | 灰色—浅灰色中厚层亮晶砂屑灰岩、生屑砂屑灰岩 | |
| 中高能生屑滩 | 灰色—浅灰色中厚层亮晶生屑灰岩，亮晶砂屑生屑灰岩 | ||
| 滩间洼地 | 深灰色薄层泥晶灰岩、含生屑（砂屑）泥晶灰岩 | ||
| 开阔台地 | 台内滩 | 生屑滩 | 灰色、浅灰色厚、中层亮晶、泥晶生屑灰岩，砂屑生屑灰岩，或夹薄层生屑泥晶灰岩 |
| 砂屑滩 | 灰色、浅灰色厚、中层亮晶、泥晶砂屑灰岩、生屑砂屑灰岩，或夹薄层砂屑泥晶灰岩 | ||
| 滩间海 | / | 深灰色—灰色中薄层泥晶灰岩，灰泥支撑结构，可见少量生屑、砂屑，局部可见凝灰岩、沉凝灰岩 | |
| 台地边缘 | 台缘滩 | 台缘生屑滩 | 浅灰色—灰白色泥晶、亮晶厚层—块状生屑灰岩、砂屑生屑灰岩，颗粒间以亮晶胶结物为主、部分也可被灰泥充填 |
| 台缘砂屑滩 | 浅灰色—灰白色泥晶、亮晶厚层—块状砂屑灰岩、生屑砂屑灰岩，颗粒间以亮晶胶结物为主、部分也可被灰泥充填 | ||
| 台缘滩间海 | / | 灰色薄层泥晶灰岩，灰泥支撑结构，可见少量生屑、砂屑 | |
| 斜坡 | / | / | 灰黑色泥质泥晶灰岩，局部可见少量生屑、砂屑 |
| 陆棚/盆地 | / | / | 深灰色、灰黑色中—薄层泥质泥晶灰岩、泥晶灰岩、泥岩及粉砂岩为主，可夹火山碎屑岩或（含）生屑泥晶灰岩 |
2.1 滨岸平原及沼泽
图2 川西北地区吴家坪组滨岸平原及沼泽与缓坡相岩石特征(a)泥岩，St1井，6 844m，吴一段，单偏光；(b)王坡页岩，广元车家坝屋基坪剖面吴家坪组底界，吴一段；(c)泥晶—亮晶生屑灰岩，坪上剖面4小层，吴一段，单偏光；(d)泥晶—亮晶生屑灰岩，Sy001-1井，6 882m，吴一段，正交光；(e)含生屑砂屑泥晶灰岩，St1井，6 800m，吴一段，单偏光；(f)灰色薄—中层砂屑灰岩夹灰白色白云岩，坪上剖面17小层，吴二段；(g)深灰色泥晶灰岩，上部见弱冲刷面，其上生屑较明显，K1井，4 166.86~4 166.99m，吴二段；(h)凝灰岩，可见方解石交代作用，L104井，6 190m，吴二段，正交光；(i)泥岩与凝灰岩薄互层，St1井，6 725m，吴二段，单偏光 Fig.2 Characteristics of shore plain/ marsh, ramp facies in Wujiaping Formation, northwestern Sichuan |
2.2 缓坡
碳酸盐岩缓坡是海底向海盆中心平缓倾斜、水体逐渐变深的碳酸盐岩沉积环境，从近岸高能波浪作用带向下逐渐过渡为深水低能环境，其间没有明显的坡折[29]。浪基面控制了沉积水体水动力的强弱，据此再分为浪基面之上的浅缓坡、之下的深缓坡2个亚相，颗粒类型、含量、粒径、粒间胶结物或灰泥含量等则是微相划分的主要依据。此外，缓坡相的自然伽马、电阻率曲线形态多为锯齿形和漏斗形，自然伽马值主要分布在10~60API之间，最大可达到150API。
2.2.1 浅缓坡
浅缓坡亚相位于平均浪基面之上相对较浅的部位，水动力相对较强，海底沉积物受波浪活动的影响较明显。根据水体能量的相对强弱导致的颗粒类型、胶结物、灰泥等组分的含量及结构特征，可进一步划分为中高能砂屑滩、中高能生屑滩、滩间洼地等微相，岩性分别以泥晶—亮晶砂屑灰岩、泥晶—亮晶生屑灰岩、（含颗粒）泥晶灰岩等为主[图2（c）—图2（f）]。颗粒间充填物以亮晶居多。其中，生物碎屑以䗴类、藻类、腹足类、腕足类、介形虫类、珊瑚类、苔藓虫类等较常见。各类滩体自然伽马曲线形态多为微齿形，数值主要在10~40API之间。滩间洼地是位于各类滩体之间的低洼地貌，因受到向海一侧较连续分布的滩体的遮挡作用，波浪作用的影响较小，水体循环差，为相对低能的环境，岩性主要为深灰色薄层泥晶灰岩，可以含有少量的生屑、砂屑等颗粒，自然伽马值较各类滩体的值高（图3）。
2.2.2 深缓坡
深缓坡亚相位于平均浪基面之下，最大风暴浪基面之上，进一步划分为低能砂屑滩、低能生屑滩、滩间洼地等微相。低能砂屑滩、低能生屑滩岩性分别为灰色—黑色、深灰色中—厚层泥晶砂屑灰岩、泥晶生屑灰岩。滩间洼地微相主要沉积深灰色—灰黑色中—薄层泥质泥晶灰岩、泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩、凝灰岩、凝灰质泥岩以及沉凝灰岩等，局部灰岩被云化或硅化[图2（g）—图2（i）]。其中，凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥岩是沉积期火山作用带来的火山碎屑物的沉积或者与正常沉积物混积而成，常显水平层理。深缓坡亚相自然伽马曲线形态多为漏斗形、锯齿形，自然伽马值主要在10~60API之间，其中，滩间洼地的值较低能生屑滩或砂屑滩的略高（图3）。
2.3 开阔台地
开阔台地是指海水循环较好、盐度基本正常的浅海。研究区开阔台地相可以分为台内滩与滩间海2个亚相。
2.3.1 台内滩
图4 川西北地区吴家坪组开阔台地、台地边缘及陆棚相岩石特征(a)亮晶生屑灰岩，Sy001-1井，6 786m，吴三段，正交光；(b)泥晶生屑砂屑灰岩，St12井，6 618m，吴三段，正交光；(c)泥晶凝灰质生屑灰岩，St1井，6 711m，吴三段，单偏光；(d)泥晶生屑灰岩，Lg70井，7 030m，吴三段，正交光；(e)泥—亮晶生屑灰岩，St9井，7 138m，吴三段，单偏光；(f)含生屑泥晶灰岩，St9井，7 154m，吴三段，单偏光；(g)上部为黑色泥质泥晶灰岩，可见珊瑚等生屑，下部为风暴成因的生屑灰岩粒序层，K1井，4 148.56~4 148.67m，吴三段；(h)泥晶灰岩，St2井，5 300m，吴三段，单偏光；(i)泥晶灰岩，见生屑，St2井，5 304m，吴三段，单偏光 Fig.4 Characteristics of the rock of open platform, platform margin and continental shelf facies in Wujiaping Formation, northwestern Sichuan |
2.3.2 滩间海
2.4 台地边缘
台地边缘是浅水台地与深水斜坡相邻的位置，不断受到波浪的冲击、簸洗，整体水体能量高[29]。研究区吴家坪组的台地边缘可划分为台缘滩、台缘滩间海2个亚相。
2.4.1 台缘滩
2.4.2 台缘滩间海
台缘滩间海是指位于台缘滩之间相对低洼、水体相对较深的部位，多位于正常浪基面之下，但一般不超过50m。岩性主要为深灰色薄层泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩[图4（f）]，可见硅化现象。台缘滩间海自然伽马值形态为微齿形，数值稍高于台缘滩，约在15~30API之间。
2.5 斜坡与陆棚
3 沉积相分布
综合岩心、岩屑、露头、测井等多种资料，建立吴家坪组沉积相精细描述剖面图、连井对比图，发现研究区吴家坪组经历了滨岸平原及沼泽相、缓坡相、弱镶边台地相/斜坡相/陆棚相等3种沉积体系的演化。川西北地区吴家坪组一共划分为3段，吴一段沉积初期发育滨岸平原与沼泽沉积，随着海侵，过渡为缓坡沉积体系；吴二段沉积时期继承了前期的缓坡沉积格局，但是该时期发生的构造运动导致了Sy001-1井—Lg70井一带发育了巨厚的深缓坡沉积；吴三段沉积时期向弱镶边台地转变，至北东方向深水区逐渐过渡为斜坡和陆棚沉积（图5）。
吴一段沉积初期，海水侵覆于茅口组顶不整合面之上，形成一套横向分布稳定的滨岸平原与沼泽相沉积，主要为泥岩、页岩、凝灰岩等细粒沉积物，局部夹泥晶生屑灰岩沉积，反映了相对停滞还原环境向浅水碳酸盐岩沉积环境的转变趋势。吴一段中晚期开始碳酸盐岩缓坡沉积，西南部的双鱼石、龙岗、元坝地区主要为浅缓坡沉积，深缓坡在东北部九龙山地区的L104井—Wj1井一带发育。浅缓坡亚相发育巨厚的中高能砂屑滩、生屑滩等滩体，局部夹相对低能的滩间洼地沉积。深缓坡相则以滩间洼地沉积为主，局部夹低能滩沉积，其整体沉积厚度较浅缓坡小。
吴二段继承了吴一段的缓坡沉积体系，但受到拉张构造活动影响，导致相对海平面进一步上升，深缓坡沉积范围向西南方向扩大，尤其在Lg70井—Sy001-1井一带发育次级小型同沉积断层，使得深缓坡水体明显加深；而该时期的火山作用带来的凝灰质，使得这一带沉积了较厚的凝灰岩、沉凝灰岩及与泥岩、粉砂岩的过渡岩类。浅缓坡沉积范围缩小至双鱼石地区，且滩间洼地沉积厚度比例较吴一段增大，而滩相横向连续性变差。
在吴一段、吴二段缓坡相沉积形成的厚度、古地貌差异的基础上，吴三段开始弱镶边台地沉积，形成开阔台地—台地边缘—斜坡—陆棚的沉积体系。在St8井—Sy001-1井一带发育开阔台地，以台内滩、滩间海交互沉积为主，横向分布连续性较好。开阔台地外侧为台地边缘，以巨厚的台缘滩沉积为主，岩性以亮晶颗粒灰岩为主，局部见黏结特征，夹薄层滩间海沉积。在九龙山地区L104井及更北部的Wj1井则为陆棚相沉积，以泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩、硅质页岩、凝灰岩为主，沉积厚度明显变薄至十余米。而九龙山地区与龙岗地区、元坝地区之间则存在较窄的斜坡相沉积，地震剖面上可见明显的坡折（图6），尚未有钻井资料揭示。
川西北地区吴家坪组底界在地震剖面上主要表现为连续中—强波峰地震反射，西南方向的双鱼石、龙岗地区沉积厚度较大，而东北方向的九龙山地区沉积厚度较小，在吴家坪组顶部反射轴表现出明显的坡折变化（图6）。结合前述沉积相对比特征，认为吴一段沉积初期在滨岸平原及沼泽相发育的王坡页岩将下伏茅口组喀斯特岩溶古地貌近似填平补齐[30,31,32]，为后继碳酸盐岩缓坡相沉积提供了一个平缓的地势。在吴一段、吴二段浅缓坡滩体的持续建造以及局部拉张活动导致深缓坡沉积物明显增厚的部位，如图7中的龙岗西地区，吴三段沉积期开始台地边缘的颗粒灰岩、微生物碳酸盐岩沉积，形成弱镶边台缘，地震反射出现坡折变化特征，横向上形成开阔台地—台地边缘—斜坡—陆棚沉积体系。
4 沉积相演化
基于沉积相对比及地震反射剖面的综合分析，厘定了川西北地区上二叠统吴家坪组的沉积相平面演化。吴一段沉积初期，海水侵覆于下伏茅口组顶部的风化壳之上，前期岩溶古地貌转化为沉积地貌，形成停滞还原的滨岸平原与沼泽相，沉积了吴一段底部的泥页岩。之后的吴一段沉积中、晚期，相对海平面进一步上升，使得研究区大范围开始碳酸盐岩缓坡沉积，形成了由西南至北东向展布的滨岸平原与沼泽—浅缓坡—深缓坡的沉积格局（图7）。具体而言，在罗江区—南部县一带发育滨岸平原与沼泽；绵阳市—剑阁县之间的广大区域，包括双鱼石、龙岗、元坝等井区，以浅缓坡滩体沉积为主，尤其是双鱼石地区坪上剖面—Lg70井一带、元坝地区Yb6-29井一带，是滩体持续建造部位，沉积厚度大；更靠北东向的剑阁县—朝天区一带，则是浪基面之下的深缓坡沉积，以滩间洼地沉积为主，葛底坝剖面—九龙山L004-X1井一带，发育呈条带状断续分布的低能滩。
吴二段沉积时期，由于盆地拉张作用及海平面上升，使得深缓坡沉积范围向南西方向扩大，并且在局部同沉积断层影响下，使得St1井—Lg70井一带、元坝西部井区水体明显加深，形成细粒火山碎屑岩、碳酸盐岩及过渡岩类的巨厚沉积，低能滩主要分布在西部井区，如葛底坝剖面—St2井一带；浅缓坡仍以滩相沉积为主，尤其是浪基面附近的St12井—St8井、Yb7-29井等一带，是中高能滩体持续建造的部位(图8)。
受吴一段、吴二段缓坡碳酸盐岩沉积厚度及局部构造沉降等差异的影响，吴三段沉积水体深浅变化明显，在St9井—Lg70井—Yb7井一带出现巨厚的亮晶颗粒灰岩夹微生物黏结岩等形成了弱镶边台地边缘沉积特征，范围仅数公里；向南西方向，为循环较通畅的开阔台地沉积，以台内滩、滩间海交互沉积为主；向北东方向，则为斜坡、陆棚等较深水的细粒火山碎屑岩、泥晶灰岩及其过渡岩性为主（图9）。
5 结论
（1）川西北地区上二叠统吴家坪组发育滨岸平原与沼泽、缓坡、开阔台地、台地边缘、斜坡、陆棚6种沉积相。滨岸平原与沼泽相以页岩、泥岩为主；缓坡相中的浅缓坡亚相以中高能生屑滩、砂屑滩夹滩间洼地沉积为主，而深缓坡亚相则以低能滩夹滩间洼地为特征；开阔台地相、台地边缘相均以沉积颗粒灰岩的滩体及其之间的滩间海沉积为主；斜坡相及陆棚相等则以细粒的泥晶灰岩、凝灰岩、沉凝灰岩、泥页岩及其过渡岩类的沉积为主。
（2）吴家坪组沉积期的滨岸平原与沼泽相为停滞还原环境，主要沉积泥页岩、凝灰质泥页岩等细粒岩性；缓坡相的浅缓坡亚相、开阔台地相的台内滩亚相、台地边缘相等为相对较高能沉积环境，形成了厚度规模、组分类型及含量不同的颗粒支撑灰岩类；深缓坡亚相、弱镶边台地的滩间海、斜坡、陆棚等相对较低能沉积环境，以泥晶灰岩、泥页岩、细粒火山碎屑岩及其过渡岩性为主。
（3）吴一段沉积初期，研究区主要为滨岸平原与沼泽相，形成底部的页岩等细粒沉积岩，随着相对海平面继续上升，吴一段沉积中、晚期和吴二段沉积期，研究区开始大范围的缓坡沉积，受持续滩体建造的厚度差异及局部同沉积断层等构造分异的影响，吴三段沉积期开始弱镶边台地沉积，形成开阔台地—台地边缘—斜坡—陆棚沉积格局。
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