Mixed Sedimentary Characteristics of the Third Member of Dengying Formation, Sichuan Basin, and Its Geological Significance

碳酸盐岩在油气勘探领域中具有十分重要的地位，据相关统计，全球油气储量超过一半在碳酸盐岩中，油气产量占60%以上^[1]。海相碳酸盐富集的四川盆地，其油气资源与勘探前景十分良好。1964年发现的威远气田显示出四川盆地灯影组良好的油气勘探潜力，高科1井，安平1井以及女基井具有较好的油气显示；2010年在川中古隆起东部的高石梯—磨溪地区开钻的新钻井均具有良好的油气显示，其中高石1井日产气超百万方^[2]。四川盆地灯影组具有较好的油气勘探前景，灯影组的沉积构造格局也成为普遍关注的热点问题。四川盆地灯影组自下而上可分为四段^[3]，其中灯二段和灯四段为藻白云岩段，灯三段为混积岩段^[4]。混合沉积是指在同一沉积环境背景中陆源碎屑与碳酸盐相互混杂和相互交替^[5-7]。早在20世纪50年代就有人认识到混积现象^[8-9]；20世纪70年代开始有学者对混合沉积进行研究^[10-13]；直到1984年Mount^[14]才明确定义了硅质碎屑与碳酸盐混合沉积的概念（mixed sediments），并提出了浅海环境下的四种混合沉积作用类型：间断混合、相混合、原地混合、源区混合；1990年，杨朝青等^[7]对云南曲靖中泥盆统曲靖组的混积现象的成因进行了详细的分析。混合沉积作用的研究则是20世纪90年代之后的主要研究趋势，1995年，张廷山等^[15]对川西北下志留统混合沉积研究表明风暴对混积作用有着重要的影响。二十一世纪后，张雄华^[16]、王国忠^[17]、董桂玉等^[18]、叶茂松等^[19]，解习农等^[20]先后对混合沉积进行细化分类，并在混合沉积微相模式和相模式上有了突破。前人针对混合沉积做了大量的研究，但针对灯影组混合沉积的研究较少，对四川盆地灯三段混积作用特征认识不清晰，混积类型划分不明确。因此，本文选取川中高科1井、川北杨坝剖面和宁强高家山剖面作为研究对象，通过研究灯三段混积岩特征、混积类型、混积强度等，对比研究川中和川北地区灯三段混积作用特征，建立四川盆地灯影组三段混积模式，探明灯三段混积作用的构造—古地理意义，从而为恢复四川盆地灯影组沉积构造格局提供支撑。

四川盆地是位于扬子地块的大型叠合盆地^[21-23]。早中元古代“晋宁—四堡”运动期，基底固结的扬子地块与华夏古陆碰撞形成华南板块，成为Rodinia大陆的组成部分^[24-25]。南华纪早期，伴随着Rodinia大陆的裂解，扬子地台周围形成了康滇裂谷盆地、南华裂谷盆地和秦岭裂谷盆地^[26-29]，并伴随着火山岩喷发事件，在裂谷形成的地堑中充填了巨厚的火山碎屑岩沉积；南华纪中晚期，伴随着雪球地球事件，地堑盆地进一步被冰期冰碛砾岩和间冰期黑色页岩沉积充填^[28]；震旦纪以来，扬子地块进入台地稳定发展期，受超大陆裂解—聚合旋回影响，表现为克拉通内部稳定、外缘活动的特点^{[26, 28, 30-31]}。陡山沱时期，气候转暖，扬子克拉通经历快速海侵，陡山沱组沉积物以黑色页岩夹碳酸盐岩、硅质岩和磷块岩为主^[32]。灯影组是继陡山沱组之后发育的一套海侵退积式的沉积序列^[33-34]。灯一期，上扬子地台进一步海侵，汉南古陆淹没于水下，不再提供陆源物质，研究区为浅水碳酸盐岩台地沉积^[35]；灯二期，海平面进一步上升，研究区内发育大量的丘滩复合体，灯二晚期受桐湾运动Ⅰ幕的影响，灯二段遭受大面积暴露剥蚀^[36-37]，形成风化壳；灯三期，随着汉南古陆抬升，大量陆源物质开始向盆地内部输入^[37]，古陆周围沉积物以砂岩、砾岩为主，为滨岸沉积，四川盆地内部以陆棚沉积为主^[38]（图 1）；灯四期，研究区进入碳酸盐岩台地的稳定发育期^[35]，受火山活动携带而来的地壳深部物质影响，使得灯四期沉积含硅质条带的碳酸盐岩^[39-40]。

Figure 1.  (a) The lithofacies palaeogeographic map of third member of Dengying Formation in the Sichuan Basin and surrounding area(modified from reference[38]); (b) Comprehensive histogram of Yangba section, Dengying Formation sedimentary facies

四川盆地灯影组地层特征以南江杨坝剖面为例，自下而上可分为四段。灯一期开始海侵，海平面升高，下段发育泥晶白云岩，见波状纹层，为潮间带沉积，向上水体加深，见葡萄石、核形石、砂屑等结构，为潮下带沉积；灯二期持续海侵，底部见大量葡萄石，为潮下微生物浅滩沉积，向上水体进一步加深，发育泥晶白云岩，为潟湖沉积，向上发生区域性海退，海平面降低，见葡萄石和核形石，为潮下微生物浅滩沉积，向上继续海侵，海平面升高，沉积砂屑白云岩，为砂屑滩沉积，向上见似瘤状白云岩，为潟湖沉积，此时海侵结束，海平面达到最高点，然后开始海退，海平面下降，沉积硅质白云岩，为潮间带沉积；灯三期开始海侵，底部沉积一套砂岩，为陆棚砂沉积，向上水体持续加深，沉积物为粉砂质泥岩以及硅质含砂泥岩，为陆棚泥沉积，此时海侵结束，开始海退，海平面下降，沉积一套砂质白云岩，为混积陆棚沉积；灯四期持续海退，海平面下降，见多套向上变浅的米级旋回，旋回下部为硅质泥晶白云岩，旋回上部为砂屑白云岩，为潮下带沉积，向上水体变浅，沉积硅质白云岩，为潮间带沉积（图 1）。

四川盆地灯三段混积岩的岩性主要为纹层状泥晶白云岩、纹层状含砂白云岩、含砂白云岩、砂质白云岩以及砂岩等。

纹层状泥晶白云岩：主要成分为白云石，以晶粒结构为主，呈纹层状分布，石英粒径0.05~0.1 mm不等，呈星点状镶嵌于碳酸盐岩基质中（图 2a，g）。岩石中裂缝较发育，在后期硅化以及充填作用下，局部可见石英晶粒，石英晶粒多充填于裂缝边缘，石英粒径不一，指示两种不同的形成期次（图 2h）。

Figure 2.  Petrological characteristics of the third member of Dengying Formation, Sichuan Basin

纹层状含砂白云岩：主要成分为白云石，多为半自形晶，其次为石英碎屑，石英粒径0.1~1 mm不等，分选中等，磨圆较好，呈次圆状，且石英颗粒多呈条带状分布，与泥晶白云岩呈纹层状（图 2b，i）。

含砂白云岩：主要成分为白云石，粉晶结构，晶粒多呈点接触，其次为石英碎屑，粒径0.5~1 mm不等，石英分选中等，磨圆较好，次棱角状—次圆状，呈星点状分布（图 2c，j）。

砂质白云岩：主要成分为白云石，多为自形晶—半自形晶，晶型较好，其次为石英碎屑，石英粒径0.05~2 mm不等，分选中等，次棱角状—次圆状（图 2d），且石英碎屑多呈条带状分布，与细晶白云岩呈纹层状（图 2k）。此外，岩石中溶蚀孔洞较发育，面孔率约8%，经反光下鉴定，溶蚀孔洞内多充填后期充注的沥青，部分区域可见重结晶作用（图 2l）。高科1井砂质白云岩可见自生多晶石英，部分石英晶体粒径可达2 mm，周围分布小的石英颗粒，可见明显的两期石英（图 2m）。

砂岩：主要成分为石英，含量约80%，石英粒径1~2 mm不等，分选中等，棱角状—次棱角状，成分成熟度高（图 2e，f），可见少量碳酸盐岩分布于石英颗粒间，含量约8%（图 2n，o）。

根据混合作用的强度，以及混积岩中陆源碎屑和碳酸盐含量的百分比将四川盆地灯三段混积岩划分为混积型碎屑岩、混积型碳酸盐岩和高度混积岩三类^[41]。川北杨坝剖面见黄灰色中—厚层状砂岩（图 3a，d），陆源碎屑含量占75%以上，属于以陆源碎屑为主的混积岩^[19-20]，即混积型碎屑岩；川中高科1井可见灰色纹层状含砂粉晶白云岩（图 3b，e）等，碳酸盐岩含量超过75%，属于以生物成因碳酸盐岩为主的混积岩^[19-20]，即混积型碳酸盐岩；川中高科1井和川北杨坝剖面灯三段均发育砂质白云岩（图 3c，f），其陆源碎屑含量和碳酸盐岩含量为25%~50%，反映了陆源碎屑和碳酸盐岩的高度交互，指示过渡性环境，属于多组分混积岩^[19-20]，即高度混积岩。研究区川中高科1井陆源碎屑含量大多处于5%~25%，为1、2级低度混积，混积环境较为稳定；川北杨坝地区陆源碎屑含量多处于25%~50%，为3、4级高度混积，混积环境不稳定。

Figure 3.  Mixed rock types in the third member of Dengying Formation, Sichuan Basin

按“沉积事件+剖面结构”的原则，混合沉积类型有渐变式混合沉积、突变式混合沉积及复合式混合沉积三种类型，而复合式混合沉积又可分为复合式混合沉积Ⅰ和复合式混合沉积Ⅱ两类。复合式混合沉积Ⅱ类是指由突发性沉积事件如风暴流、重力流等形成的一类岩石，与其上下岩石在岩性、成分、结构等方面存在渐变的关系^[18]。

四川盆地灯影组三段的混合沉积类型主要为复合式混合沉积Ⅱ类。川北杨坝剖面灯三段为一套砂岩沉积，向上依次出现泥质粉砂岩、硅质含泥粉砂岩以及砂质白云岩，陆源碎屑含量向上逐渐减少，碳酸盐岩含量逐渐增加，呈渐变关系。露头剖面上可见典型的重力流沉积标志和风暴流沉积标志。如川北杨坝剖面灯三段见角砾在砂质基质中呈杂乱状分布，指示重力流下切水道沉积（图 4a），见白云质砾石呈漂浮状，陆源砂质支撑，指示碎屑流沉积（图 4b）以及鲍马序列（图 4c，d）等典型的浊流沉积标志；见旋涡状排列，具较大的侵蚀起伏面，指示风暴涡流沉积（图 4e）以及丘状交错层理（图 4f）、底冲刷面（图 4g）等典型的风暴流沉积标志。川北宁强高家山剖面灯三段也见有鲍马序列（图 4h~k）等典型的浊流沉积标志以及丘状交错层理、底冲刷结构（图 4l）等典型的风暴沉积标志。

Figure 4.  Mixed sedimentary characteristics of the third member of Dengying Formation, Sichuan Basin

川中高科1井灯三段厚54 m，深度段为5 358~5 412 m，其中混积岩厚度总计为48 m。川中高科1井灯三段底部沉积一套砂质白云岩，厚度为16 m，见揉皱变形构造，石英粒径0.5~2 mm，分选中等，磨圆较好，呈次棱角状—次圆状，石英含量约占28%，为高度混积岩；向上出现含砂白云岩，厚度为12 m，石英粒径0.5~1 mm，分选中等，磨圆较好，次圆状，石英含量约占23%，为混积型碳酸盐岩；中部发育一套纹层状含砂白云岩，厚度13 m，以纹层结构为主，石英粒径0.1~1 mm，分选中等，次圆状，石英含量15%，为混积型碳酸盐岩；向上为纹层状泥晶白云岩，厚度约7 m，晶粒结构，石英粒径0.05~0.1 mm，含量约占7%，为低度混积的混积型碳酸盐岩；顶部为一套纯泥晶白云岩，厚度为6 m，未见石英颗粒，混积作用不发育。即高科1井自下而上石英含量逐渐降低，混积作用逐渐减弱，混积岩类型从高度混积岩逐渐演变为混积型碳酸盐岩，顶部为纯碳酸盐岩，属于浅水陆棚沉积（图 5）。

Figure 5.  Comprehensive histogram of the sedimentary facies of the third member of well Gaoke 1, central Sichuan

川北杨坝灯三段整体厚度为64.1 m，其中混积岩厚度总计为64.1 m，自下而上为46、47、48层。川北杨坝剖面灯三段底部主要为一套砂岩沉积，厚度约9 m，陆源碎屑以石英为主，分选差，次棱角状，石英粒径1~2 mm，石英含量80%，可见少量的碳酸盐岩，为低度混积的混积型碎屑岩；向上发育一套粉砂质泥岩，厚度约4.6 m，石英粒径0.5~2 mm，分选中等，棱角状—次棱角状，石英含量75%，为混积型碎屑岩；向上沉积一套硅质含砂泥岩，厚度35.5 m，石英粒径0.5~1 mm，部分可达2 mm，分选中等，次棱角—次圆状，石英含量60%，为混积型碎屑岩；顶部为一套砂质白云岩，厚度约15 m，石英粒径0.1~1 mm，分选中等，次棱角—次圆状，石英含量30%，为高度混积岩。杨坝剖面石英含量自下而上逐渐减少，混积作用逐渐增强，由混积型碎屑岩逐渐演变为高度混积岩（图 6）。

Figure 6.  Comprehensive histogram of the sedimentary facies of the third member of the Dengba section, North Sichuan Basin

通过川中高科1井、川北杨坝剖面灯三段混积特征的对比研究发现（表 1），川中高科1井灯三段的石英粒径、含量均低于川北杨坝剖面灯三段，川中灯三段石英常呈次圆状—圆状，川北灯三段石英常呈棱角状—次棱角状，指示川中灯三段陆源碎屑较川北灯三段陆源碎屑搬运距离更长，即川中为远物源区，川北为近物源区。

四川盆地灯影组三段混积作用较发育，混积作用受控于气候条件、构造运动、水动力条件、海平面升降以及物源供给等众多因素，且在多数情况下它们互相影响，共同作用^[42-43]。

气候对混合沉积的控制作用主要体现在降雨量和水体环境两方面，丰水期和枯水期、温暖期和寒冷期的交替变化均能直接影响混合沉积^[42]。四川盆地灯影期降雨量大，陆源碎屑供给充足，气候温暖，有利于微生物碳酸盐岩的形成，二者共同促进四川盆地灯三段混积作用发育。构造运动对混合沉积的控制作用主要体现在构造沉降速率和沉积速率的配置关系上^{[5, 42-44]}，四川盆地北部灯三段受汉南古陆构造抬升的影响，可容纳空间增大，陆源物质供给充足，发育厚层的混积型碎屑岩；四川盆地中部地层整体相对稳定，基底平缓，有利于微生物大量生长和繁殖，碳酸盐岩迅速堆积，发育混积型碳酸盐岩。水动力条件对混合沉积的控制作用主要体现在对陆源碎屑和碳酸盐岩颗粒的搬运方面^[43]。研究区水动力条件以风暴流和重力流为主，强烈的风暴流和重力流将汉南古陆的陆源碎屑携带至盆地内部与碳酸盐岩颗粒混合沉积形成混积岩。海平面变化对混合沉积的控制作用体现在陆源物质供应和碳酸盐岩发育程度两方面^{[42, 45-46]}。研究区灯三段发生海侵，海平面上升，水体变深，能量减弱，大量陆源物质与碳酸盐岩混合沉积形成混积岩；随着海侵结束，海退开始，水体变浅，能量增强，粉砂级石英不易沉积，漂浮在海水中，造成海退期混积强度低于海侵期。物源供给对混合沉积的控制作用体现在物源种类和丰度上^[43]，研究区北部更靠近汉南古陆物源区，石英含量高，粒径大，以细—中砂石英为主，发育混积型碎屑岩；研究区中部远离物源区，石英含量低，粒径小，以粉砂级石英为主，发育混积型碳酸盐岩。

四川盆地灯三段属于陆棚沉积环境，本文根据沉积环境、陆源碎屑、混积强度、混积类型等因素，建立了四川盆地灯三段混合沉积模式（图 7）。研究区内宁强高家山剖面灯影组三段以滨岸—浅水陆棚相为主；杨坝剖面灯三段以陆棚相为主，灯三段沉积早期沉积物主要为石英砂岩，属于浅水陆棚亚相，灯三段沉积中期沉积物以硅质、泥质等深水沉积为主，为深水陆棚亚相，灯三段沉积晚期海平面下降，沉积物以砂质白云岩为主，属于浅水陆棚亚相；川中高科1井灯三段以陆棚相为主，灯三段沉积早中期沉积物以混积岩为主，为混积陆棚亚相，灯三段沉积晚期沉积物以泥晶白云岩为主，属浅水陆棚亚相。

Figure 7.  Mixed sedimentary model map of the third member, Dengying Formation, Sichuan Basin

灯三段沉积早期，汉南古陆抬升^[37]，四川盆地北部杨坝以及宁强高家山等近物源区接受大量的陆源碎屑沉积，碳酸盐岩发育受到抑制，沉积物以砂岩为主，为混积型碎屑岩，属于浅水陆棚沉积，部分陆源碎屑被风暴流等携带至盆地中部与碳酸盐岩混合沉积，沉积物以砂质白云岩为主，碳酸盐岩和陆源碎屑高度交互，形成高度混积岩。灯三段沉积中期，四川盆地持续海侵，海平面上升，水体加深，风暴流等作用逐渐减弱，携带的陆源碎屑逐渐减少。盆地北部杨坝剖面沉积粉砂质泥岩，当时沉积环境位于晴天浪基面之下，正常沉积为泥岩，风暴流等将汉南古陆的陆源碎屑携带而来和泥岩共同沉积，形成混积型碎屑岩，盆地中部高科1井沉积物主要为含砂白云岩，正常沉积为白云岩，风暴流等将汉南古陆的陆源碎屑携带而来与碳酸盐岩混合沉积，为混积型碳酸盐岩。灯三段沉积中后期，达到最大海侵，海平面上升到最高点，水体加深，能量减弱，盆地北部杨坝剖面沉积硅质含粉砂泥岩，硅质属于盆地内部自生沉积，为深水陆棚沉积。盆地中部高科1井发育纹层状含砂白云岩和纹层状泥晶白云岩，系风暴流等将汉南古陆的陆源碎屑携带而来与碳酸盐岩混合沉积，为低度混积的混积型碳酸盐岩。灯三段沉积晚期，海退开始，海平面逐渐下降，水体变浅，陆源物质输入减少，对碳酸盐岩的抑制减弱，盆地北部杨坝地区开始发育碳酸盐岩，与陆源碎屑高度交互，形成砂质白云岩，属于高度混积岩，为浅水陆棚沉积，盆地中部高科1井沉积泥晶白云岩，混积作用不发育。

通过对四川盆地灯三段混积特征的研究发现，灯三段沉积早期，盆地北部靠近汉南古陆等近物源区的沉积物以砂岩为主，盆地中部沉积物以砂质白云岩为主，川北地区陆源碎屑含量、大小远高于川中地区，证明四川盆地灯三段沉积时，汉南古陆已经隆起，为四川盆地提供大量的陆源物质。

（1）四川盆地灯三段混积岩较发育，岩性主要为纹层状泥晶白云岩、纹层状含砂白云岩、含砂白云岩、砂质白云岩以及砂岩等；混积岩类型为混积型碎屑岩、混积型碳酸盐岩以及高度混积岩三类；混合沉积类型为复合式混合沉积Ⅱ类。

（2）四川盆地灯三段纵向发育特征：川中高科1井地区灯三段下部为高度混积岩，向上逐渐演变为混积型碳酸盐岩，混积强度自下而上逐渐减弱，混积环境更稳定；川北杨坝地区灯影组三段中下段属于混积型碎屑岩，中上段为高度混积岩，混积强度自下而上逐渐增强，混积环境更剧烈。通过川中和川北地区灯三段混积特征对比研究发现，川中高科1井为远物源区，川北杨坝地区为近物源区。

（3）四川盆地灯影组三段混积作用受控于气候条件、构造运动、水动力条件、海平面升降以及物源供给等众多因素，且它们互相影响，共同作用。

（4）四川盆地灯三段属于陆棚沉积环境，并建立了四川盆地灯三段混合沉积模式，汉南古陆的抬升和风暴流等共同作用造成川北地区陆源碎屑含量高于川中地区。四川盆地灯三段沉积时，汉南古陆已经隆起，为四川盆地提供大量的陆源物质。