川西坳陷中段中侏罗统沙溪庙组碎屑组分特征对物源的约束_钱利军.pdf

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第 44 卷 第 4 期 煤田地质与勘探 Vol. 44 No.4 2016 年 8 月 COAL GEOLOGY EXPLORATION Aug. 2016 收稿日期 2015-8-20 基金项目 国家科技重大专项课题(2011ZX05002-004);四川省教育厅科研项目(14ZB0361);成都理工大学工程技术学院项目(C122014012) Foundation itemNational Science and Technology Major Project(2011ZX05002-004);Scientific Research Project of Education Department of Sichuan(14ZB0361);The Engineering Technical College of Chengdu University of Technology(C122014012) 作者简介 钱利军(1985),男,甘肃兰州人,博士,讲师,从事沉积学方面研究工作. E-mailqlj0321 引用格式 钱利军,欧莉华,林良彪,等. 川西坳陷中段中侏罗统沙溪庙组碎屑组分特征对物源的约束[J]. 煤田地质与勘探,2016,44(4)14-19. QIAN Lijun,OU Lihua,LIN Liangbiao,et al. Detrital composition characteristics of the Middle Jurassic Shaximiao ation and constraints on provenance in the middle of Western Sichuan depression[J]. Coal Geology Exploration,2016,44(4)14-19. 文章编号 1001-1986(2016)04-0014-06 川西坳陷中段中侏罗统沙溪庙组碎屑组分 特征对物源的约束 钱利军 1,欧莉华1,林良彪2,郝 强1,徐胜林2 (1. 成都理工大学工程技术学院 资源勘查与土木工程系,四川 乐山 614000; 2. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),四川 成都 610059) 摘要 为了深入探讨川西坳陷中段中侏罗统沙溪庙组的物源及其源区属性,应用碎屑岩碎屑组分 特征及其 Dickinson 三角投点特征对研究区物源及其源区属性进行了深入讨论。结果表明,研究区 东北部的中江、新都等地具有低石英、高长石特征,属于切割岛弧、基底隆起、过渡大陆的构造 背景,而研究区西部的鸭子河、孝泉等地区具有高石英、低长石特征,且具有相对高的变质岩岩 屑,属于再旋回造山带的构造背景。结合沙溪庙组沉积时期周缘造山带的演化特征,认为研究区 东北部的中江、新都等地区物源主要来自北部的米仓山大巴山,而西部的鸭子河、孝泉等地区 物源主要来自西部的龙门山。 关 键 词川西坳陷;沙溪庙组;砂岩碎屑组分;物源分析 中图分类号P588.212.3 文献标识码A DOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2016.04.003 Detrital composition characteristics of the Middle Jurassic Shaximiao ation and constraints on provenance in the middle of Western Sichuan depression QIAN Lijun1, OU Lihua1, LIN Liangbiao2, HAO qiang1, XU Shenglin2 (1. Department of Resources Exploration and Civil Engineering, Engineering Technical College, Chengdu University of Technology, Leshan 614000, China; 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059,China) Abstract In order to explore its source area and properties of source in the Middle Jurassic Shaximiao ation of the middle of Western Sichuan depression, clastic rock debris composition features and the projection point of Dickinson triangle were applied to discuss deeply the source area and the attributes of source area in the study area. The results show that Zhongjiang,Xindu and other areas in the northeast are characterized by low quartz content and high feldspar content, belong to tectonic background of cut island arc, basement uplift, transitional continent. But Yazihe, Xiaoquan and other areas in the west of the study area are characterized by high quartz content and low feldspar content, having relatively high metamorphic detrital content, belong to the tectonic setting of recycling orogeny. Combined with the evoluation characteristics of the periperial orogenetic belt during deposition of Shaximiao ation, it is considered that Micang mountain and Daba mountain were the major provenance areas of Zhongjiang,Xindu and other areas in the north of the study area, while Longmenshang was the major provenance area of Yazihe, Xiaoquan and other areas in the west of the study area. Key words West Sichuan depression;Shaximiao ation;detrital composition of sandstone;provenance analysis 四川盆地是一个多旋回的构造复合改造型克拉 通盆地,经历了多次不同性质的构造变形活动[1-3], 这控制着区域内盆山演化的过程。 至中生代末期, 自 印支运动之后盆地经历了强烈的燕山运动, 周缘造山 带再一次进入活跃期。早-中侏罗世,随着盆地西部 龙门山逆冲推覆的逐步减弱, 川西地区以稳定的隆升 ChaoXing 第 4 期 钱利军等 川西坳陷中段中侏罗统沙溪庙组碎屑组分特征对物源的约束 15 剥蚀沉积了一套陆内湖相碎屑岩及碳酸盐岩[4]。 而伴 随着北部秦岭构造带向南推进,导致大巴山进入逆 冲推覆的高峰阶段,这在学术界已有认识[5-6]。川西 坳陷中侏罗统沙溪庙组是重要的天然气产层,对于 沙溪庙组的研究从未停止,许多学者从沉积、储层、 开发, 甚至古气候等多方面对沙溪庙组进行过研究, 取得了大量的成果[7-13],但对研究区沙溪庙期沉积 具有多物源性的特征存在争议[5,14-17]。 本文从砂岩骨 架颗粒、岩屑组分等方面对川西坳陷中侏罗统沙溪 庙组的沉积记录进行系统分析,试图进一步解析其 物源特征。 1 区域地质概况 研究区位于扬子地台西缘,米仓山-大巴山前 缘,西邻龙门山逆冲推覆构造带。区内主要断裂呈 北东至南西走向,将研究区分成了龙门山褶皱带、 龙门山前缘带以及盆地内的凹陷带[1,19-20](图 1)。 图 1 研究区构造及采样分布图(据马立元等[18]) Fig.1 Distribution of structures and sampling location 区内中侏罗统沙溪庙组分为上、下两段,以盆 地内广泛发育的叶肢介页岩为界限,其中下沙溪庙 组以大套厚层岩屑长石、岩屑石英砂岩为主,夹薄 层紫红色泥岩,底部“关口砂岩”较为稳定,可以 作为区域对比的标志层, 顶部为含叶肢介的页岩层; 上沙溪庙组以紫红色泥岩为主,含钙质结核,夹厚 层长石石英砂岩为特点(图 2)。 本次研究的砂岩样品采自川西坳陷中段中侏罗 统上、下沙溪庙组,主要来自中江、孝泉、金堂等 地区的钻井岩心(图 1)。 图 2 研究区沙溪庙组地层柱状图 Fig.2 Lithological column of Shaximiao ation in the study area 2 砂岩碎屑组分的沉积记录 观测区内沙溪庙组钻井岩心的 272 个砂岩薄片 镜下特征,统计砂岩骨架组分,结果如表 1 所示。 沙溪庙组总体上以岩屑砂岩及岩屑石英砂岩、长石 石英砂岩为主,其中石英质量分数占岩石总量的 表 1 沙溪庙组砂岩薄片组分统计数据 Table1 Statistical data of slice composition of Shaximiao ation % 采样位置 样品数 Qm Qp Lv Lsa Lm F Qt L Lt CH139 22 53.36 1.73 4.27 8.32 10.18 22.14 55.09 22.77 24.50 CJ566 15 46.93 2.13 5.00 5.40 11.73 28.80 49.06 22.13 24.26 JS7 58 43.98 2.26 4.53 4.55 8.17 36.50 46.24 17.25 19.51 CQ128 6 47.17 1.17 5.17 5.00 5.50 36.00 48.34 15.67 16.84 CJ619 20 51.34 4.29 4.59 2.84 6.32 30.62 55.63 13.75 18.04 DS23 3 60.33 1.33 2.33 8.33 6.00 21.67 61.66 16.66 17.99 CD620 42 42.64 0.76 4.40 5.64 4.38 42.17 43.40 14.42 15.18 CX450 10 46.30 1.70 5.80 5.80 8.90 31.50 48.00 20.50 22.20 CX101 18 61.28 1.28 1.94 13.28 15.39 6.83 62.56 30.61 31.89 CX106 13 56.15 9.00 1.23 13.62 15.08 4.92 65.15 29.93 38.93 CX185 44 71.39 2.86 5.75 10.89 7.64 1.48 74.25 24.28 27.14 CQ171 21 57.43 1.33 3.90 8.57 12.1 16.67 58.76 24.57 25.90 注Qm单晶石英;Qp多晶石英;Lv火山岩岩屑;Lsa沉积岩岩屑;Lm变质岩岩屑; Qt石英(QmQp);L不稳定岩屑 (LvLsaLm);F单晶长石;Lt多晶质岩屑(LvLsaLmQp) ChaoXing 16 煤田地质与勘探 第 44 卷 40%~75%,最高达 90%;岩屑质量分数占岩石总量 的 10%~30%,最高达 68%;长石质量分数占岩石总 量的 10%~35%,最高达 55%。岩屑多为以泥岩、粉 砂岩为主的沉积岩岩屑、次为以千枚岩、石英岩为 主的变质岩岩屑以及以喷出岩为主的火山岩岩屑。 龙门山至盆地,砂岩并没有出现成熟度逐渐升高的 趋势,相反盆地长石含量比造山带前缘高很多,说 明盆地内的碎屑物质至少不仅仅只来自西部的龙门 山。根据碎屑组分的平面分布(图 3)发现,碎屑组分 分区性强,孝泉及龙门山前缘地区石英含量较高, 长石含量相对较低,而区内北东部则相反。因此, 根据研究区沙溪庙组砂岩的组分特征至少可以说明 其具有多物源的属性。 通过对区内砂岩样品的岩屑类型及含量的进一 步分析(图 4),可以发现彭州、都江堰等研究区西部 以高沉积岩岩屑为主、 其次以变质岩岩屑、 少量低火 图 3 沙溪庙组砂岩类型分区图 Fig.3 The zoning map of sandstone types of Shaximiao ation 图 4 沙溪庙组砂岩岩屑类型分区图 Fig.4 The zoning map of sandstone debris of Shaximiao ation 山岩岩屑为特征,而中江、孝泉、绵竹等研究区东 部以高沉积岩岩屑、相对较高的变质岩岩屑、低火 山岩岩屑为主。这两个地区的主要区别在于变质岩 岩屑的含量差异。因此,根据区内砂岩岩屑的特征 亦可以看出其具有多物源。 应用 Dickinson 图解对区内沙溪庙组砂岩进行 投点(图 5),Qm-F-Lt、Qp-Lv-Ls 三角图解中可以看 出投点分区明显。部分属于孝泉地区的样品主要落 在再旋回造山带区域,而其他大部分地区的样品均 落在了切割岛弧以及过渡大陆、基底隆起的区域, 且研究区的所有样品均属于碰撞缝合线及褶皱-逆 掩带、混合造山带以及火山弧造山带混合的属性。 说明研究区沙溪庙期物源相对较复杂,且物源区应 该具备火山岛弧、 大陆块以及碰撞造山这三个属性。 根据投点情况在平面上的分布特征(图 6)可以更清 楚地看出,具有不同构造背景的砂岩分区性明显。 孝泉地区唯有 CX450 钻井的样品落在切割岛弧, 而 CX106、CX101、CX185 落在了再旋回造山带,说 明孝泉地区收到来自不同构造背景的两种物源的影 响,且分区明显。中江一带的 CJ566、JS7、CQ128、 CQ171 钻井的样品大部分落在切割岛弧,少量样品 落在再旋回造山带,说明同时受到了两种物源的影 响,属于两个物源影响的混合区。遂宁、成都等地 图 5 砂岩碎屑成分与物源类型三角图解(据文献[24-25]) Fig.5 The triangle diagram showing the sandstone detrital composition and the provenance types ChaoXing 第 4 期 钱利军等 川西坳陷中段中侏罗统沙溪庙组碎屑组分特征对物源的约束 17 图 6 沙溪庙组构造背景分区图 Fig.6 The zoning map of tectonic setting of Shaximiao ation 的 DS23、CD620、CJ619 钻井样品均落在切割岛弧、 基底隆起以及过渡大陆区域。纵观整个研究区,来自 再旋回造山带的物源区对研究区的影响范围有限,仅 在龙门山前地带,其最远可以延伸至中江地区,而来 自切割岛弧、过渡大陆以及基底隆起物源区对研究区 的影响范围广泛。这与前述岩石类型、岩屑类型具有 极其相似的特征,说明沙溪庙组沉积时期至少存在两 个较大的物源区,且属于切割岛弧、过渡大陆以及基 底隆起的物源区对研究区的影响深远。 3 讨 论 从研究区砂岩碎屑组分、岩屑特征以及多碎屑 组分特征的分析可以看出,川西坳陷在中侏罗世存 在两大物源区。前人认为这两大物源区主要为北部 的米仓山-大巴山及西部的龙门山[14-15, 17], 亦有学者 认为部分物源来自东部[5]。 盆地东部的雪峰古隆起是在加里东运动作用下 形成的,晚三叠世印支运动导致其隆升并逐渐剥蚀, 为四川盆地提供物源,而雪峰古隆起真正进入快速剥 蚀时期是早白垩世末的燕山运动[23],因此,在中侏罗 世为四川盆地提供物源的能力有限,更不要说将大量 的碎屑物质经过长距离搬运至龙门山前。 盆地北部的米仓山-大巴山造山带形成于中生 代[1,6,24], 而根据大巴山磷灰石裂变径迹的热史反演 及沉降-隆升史可以看出川东北前陆盆地形成于中 侏罗世沙溪庙期[6]。印支期北部秦岭造山带构造背 景与现代地中海相当, 由洋陆俯冲逐渐转变为陆陆 俯冲;至燕山期,秦岭造山带广泛发育碰撞型花岗 岩,且普遍遭受晚三叠世的变形变质影响[25],说明 存在强烈的陆陆碰撞造山作用 [24]。而根据砂岩 Dickinson 三角投点可以看出,研究区东北部的中 江等地区具有切割岛弧的构造背景, 说明由于燕山 运动的影响, 导致中侏罗世秦岭造山带持续推覆隆 升,剥蚀层位加深,已经将深部具有岛弧性质的物 质剥蚀并搬运至盆地沉积, 这种特征在盆地中部的 川 66 井、川岳 83[26],甚至是米仓山大巴山前的 野外剖面中均有表现[27]。因此认为,研究区具有切 割岛弧构造背景的物质可能是来自北部的米仓山 大巴山。 龙门山断裂带位于四川盆地西缘,在印支期末 燕山期经历了较为强烈的岩浆活动,使龙门山造山带 广泛分布同期的中酸性岩脉,以壳幔混合型花岗岩为 主[28-33]。 随着川西前陆盆地形成, 松潘甘孜隆起向 龙门山推进,龙门山成为四川盆地的主要物源区[5]。 有学者认为松潘甘孜褶皱带在中生代对四川盆地没 有提供物源[34],而根据碎屑岩 Dickinson 三角图投点 认为研究区西部靠近龙门山前缘的地区具有再旋回造 山带以及切割岛弧和再旋回造山带混合的构造背景, 而对比晚三叠世须家河组[35]以及早侏罗世白田坝组、 千佛岩组砂岩特征[36],说明研究区西部的龙门山自晚 三叠世须家河期至中侏罗世沙溪庙期持续提供物源, ChaoXing 18 煤田地质与勘探 第 44 卷 物源属性相似,因此认为西部的龙门山为研究区提供 的物质有限,且在多数地区混入有来自北部的物质。 综上所述,本文认为研究区北东部的中江、新都等地 区物源主要来自研究区北部的米仓山大巴山,次要 物源来自西部的龙门山,而研究区西部鸭子河、孝泉 等地区的物源仅来自西部的龙门山。 4 结 论 a. 根据研究区砂岩碎屑组分特征、岩屑特征, 应用 Dickinson 三角图投点, 认为区内中江、 新都等 地具有低石英、高长石,且有较高含量的变质岩岩 屑特征,属于切割岛弧、基底隆起、过渡大陆的构 造背景,而区内西部的鸭子河、孝泉等地区具有高 石英、低长石,且具有相对低的变质岩岩屑特征, 属于再旋回造山带的构造背景。 b. 对比研究区东部的雪峰古隆起、北部米仓山 大巴山地区以及西部龙门山地区的构造、沉积演 化特征,认为研究区东北部的中江、新都等地区物 源以研究区北部的米仓山大巴山为主,其次是西 部的龙门山,而研究区西部的鸭子河、孝泉等地区 的物源主要来自西部的龙门山。 参考文献 [1] 郭正吾,邓康龄,韩永辉,等. 四川盆地形成与演化[M]. 北 京地质出版社,1996. 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