含煤岩系地质特征

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晚三叠世是四川盆地由海相克拉通盆地向陆相盆地转变的过渡时期，自下而上由海相马鞍塘组(T3m)、海陆交互相小塘子组含煤岩系(T3t)和以陆相为主的须家河组含煤岩系(T3x)组成了由海相→海陆交替相→陆相退覆式含煤岩系沉积序列，地层厚度东薄西厚，从100m(川东奉节)～＞3750m(川西什邡)(图10-1)。

图10-1 四川盆地晚三叠世沉积及烃源岩厚度图(据王金琪；2010)由于晚三叠世气候是在热带—亚热带背景下，长时间的发生温热交替、干湿更迭，形成须家河组一段—须家河组六段泥岩-砂岩大套间互叠置(图10-2)，须一、须三、须五段以泥质岩为主，是湖沼相煤系烃源岩；须二、须四、须六段以砂岩为主，是大面积发育的大型浅水河湖三角洲沉积，是主要的储层段。图10-2 四川盆地川西区务中山构造上三叠统沉积相及地层层序综合柱状图(据李剑波等；2010)据沉积及构造演化历史，王金琪(2010)将晚三叠世划分为3个发展阶段： 期、 期、 期，并由 期— 期与 期间的安县运动将上三叠统划分为“须下盆”与“须上盆”。 期(约相当于卡尼期)为面向深海的大陆周缘沉积(即“马鞍塘组”，或称为“垮洪洞组下部”)，据龙深1井实钻及峨眉、马鞍塘等地面剖面，晚三叠世早期(卡尼期)不仅为质量最好的烃源岩，也是有利的储集岩。但主体被深埋于龙门山区，进入四川盆地厚度迅速减薄。 期(相当于诺利期)(小塘子组(垮洪洞组上部)+须家河组二段—三段)碎屑岩明显增多，此时龙门山已开始缓慢升起，在小塘子组沉积时期，其主体(中、南段)以水下隆起形式阻隔四川盆地区与西部外海的联系；北段(与秦岭相连接部分)可能已露出水面，供应部分陆源物质，但物源主要来自北方的秦岭造山带，小塘子组为黑色泥页岩夹薄—中层状石英砂岩及生物碎屑灰岩条带和煤层，以富含海相生物化石Burmesia lirata-Halobia组合为特征；在须家河组二段沉积时期，龙门山区进一步上升、扩大，形成了须二段厚大砂体，须二段以灰白色、浅灰色厚层、块状长石石英砂岩、岩屑石英砂岩为主，夹深灰色、灰色页岩及炭质页岩和薄煤层；须三段为构造稳定期，龙门山区比较平静，区内主要为湖沼相沉积，与外海还没有完全隔绝，以黑色页岩为主夹薄煤层为特色，是四川盆地重要的煤成气源岩层。由 期和 期沉积组成的“须下盆”，沉积作用是在东邻古陆，西连阿坝海槽的古地理环境下进行，从川中西斜坡向龙门山前缘沉积厚度急骤增大，向西海相特点明显，海相沉积厚度加大，反映了是以大陆边缘为主向陆相沉积盆地转换的沉积特点(图10-3)。图10-3 四川龙门山前晚三叠世构造发展示意剖面图(据王金琪；2010) 期(约相当于“瑞替期”)(须家河组四段—六段)沉积发育于安县运动之后，沉积巨厚，在龙门山造山带前麓须家河组四段底部构成了多个由近源砾石组成的巨厚的冲积扇体，规模空前壮观，在四川盆地北部和西北部广大范围内，所有深钻井都遇到这套砾岩(什邡、彭县露头区也见到)，普遍厚约200～300m，最厚达700m，砾径大者约0.8m，母岩从上三叠统小塘子组—泥盆系，组成的浊积扇可直至川中湖区(王金琪；2010)，表明晚三叠世早期沉积物都已卷入了安县运动(图10-3，图10-4)。图10-4 川西前陆盆地上三叠统层序格架及充填模式图(据郑荣才等；2010)由于印支期安县运动及随后的燕山期、喜马拉雅期构造运动作用，古龙门山坡陡、水急，在川西地区，从晚三叠世直至白垩纪、新生代都发育磨拉石建造(图10-5)(冯福闿，1995)。图10-5 四川盆地造山带前磨拉石沉积分布示意图(据冯福闿，1995)1—印支期造山带；2—冲断推覆体；3—磨拉石沉积；4—碎屑沉积；5—冲断带；6—白垩系粗碎屑岩残留边界据李剑波(2010)资料(图10-6)，须二段、须三段砂岩具有高—中等石英含量(50%～80%)，以及较低的沉积岩岩屑(2%～20%)，在Dickinson三角图上投点，多数落在再旋回造山带物源区，表明成分成熟度较高，搬运距离较远，碎屑为二次或多次旋回的沉积物，不可能是来自邻近的龙门山区。须四段砂岩以岩屑砂岩和富岩屑砂岩为主，具有较高的岩屑含量(38%～60%)，成分成熟度较低，不稳定成分的突然增加，说明搬运距离很短，Dickinson三角图投点多数落在褶皱-逆掩带物源区，碎屑主要来自邻近的龙门山区和米苍山-大巴山区。图10-6 川西地区须家河组二段、四段砂岩碎屑矿物组分三角图(据李剑波等；2010)须四期之后，龙门山及大巴山都逐渐平静，以剥蚀夷平为主，须五段湖沼水体扩大至全盆，但龙门山前沉降幅度较大，沉积中心在龙门山前缘彭县、成都一带，暗色泥质岩夹煤线厚度超过千米。须五段后期，龙门山又活跃升起，并将川西地区也连带升起，使川西坳陷缺失须六段，须六段主要发育在大巴山前缘及川中地区。因此，“须上盆”的主要沉积特征显示了龙门山及大巴山-秦岭两大造山带的共同影响。目前对四川盆地上三叠统地层划分有较大分歧，主流意见有两种：一种意见是川西区的须家河组二段、三段在川中变薄、缺失或残留，川西区的须家河组四段—五段对应川中区须家河组(即香溪群)二段—五段，须家河组六段(即香溪群六段)在川西缺失或被剥蚀(表10-1)。表10-1 川西与川中上三叠统地层对比方案之一(据西南石油地质局李剑波等；2010)另一种意见是川西区须家河组一段—五段与川中区香溪群一段—五段逐一对应，香溪群六段在川西缺失或被剥蚀(表10-2)。表10-2 川西与川中上三叠统地层对比方案之二(据西南油田分公司张健等；2006)分歧起因于对四川盆地晚三叠世发展演化历史认识的不同，对龙门山造山带在晚三叠世构造发展演化历史认识的不同，主要分歧是四川盆地晚三叠世从大陆周缘盆地演化为类前陆盆地的时间是“须下盆”还是“须上盆”?虽然地层对比划分方案的不同，影响对盆地上三叠统岩相古地理重建、沉积体系的展布及有利相带的预测，也制约了盆地油气运聚规律与资源评价研究。但是，对于四川盆地晚三叠世构造、沉积发展演化历史总特点是从大陆周缘沉积开始，逐步发展演化为类前陆型湖沼退覆型含煤岩系沉积旋回，上三叠统沉积厚度从川东(100～500m)向川中—川北(600～1000m)至川西逐渐增厚，在川中西斜坡至龙门山前缘厚度急剧增大(从1000m至＞3750m)(图10-7)，这一总体特征认识一致。图10-7 川西地区龙门山前南段上三叠统沉积剖面模式图(据杨跃明等；2009)地层划分的分歧并没有影响对四川盆地上三叠统煤成气勘探进程，近十几年来四川盆地以上三叠统为主要气源的煤成气勘探在川西及川中-川北地区都取得了较大进展。为了回避地层划分对比问题，本文在论述四川盆地须家河组煤成气总特征的基础上，分别论述川西及川中富煤成气凹陷特点。