平落坝地区雷口坡组沉积与富钾卤水分布特征分析

2015-01-30杨朋

资源环境与工程 2015年1期

杨朋

(湖北省地质局第七地质大队，湖北宜昌 443100)

平落坝构造位于川西前陆盆地的龙门山山前构造带，介于稳定的成都凹陷和活动的龙门山山前构造带之间，西南为名山向斜，东北为大邑向斜［1］。雷口坡组是一套广泛发育的以碳酸盐岩和蒸发岩为主的海相沉积地层。平落坝地区中三叠统雷口坡组富钾卤水具有高产、高品位的特点，经过20余年的勘探和研究，已对其岩相古地理、富钾卤水成因等方面有了较深的认识，即蒸发环境是四川盆地成钾的有利环境。本文通过对平落坝构造雷口坡组沉积特征的分析，探讨该区富钾卤水的分布与沉积环境之间的联系，以期为川西地区雷口坡组富钾卤水的勘探指明方向。

1 地质背景

中三叠统雷口坡组纵向上可分为四段7个亚段(图1)，各段、亚段间整合接触，由海侵—海退—海侵序列沉积的白云岩、石灰岩、石膏及盐岩等构成三个主要沉积旋回，厚度540～1 100 m。T2l1以泥质白云岩、含泥白云岩为主则是以浅灰色细—粉晶白云岩、灰岩为主主要岩性为灰色灰岩、白云岩主要岩性为深灰色细—粉晶砂屑白云岩、藻屑白云岩主要岩性为深灰色含云质膏盐、膏质云岩、含膏质云岩及细—粉晶云岩以灰白色岩盐夹石膏、杂卤石为主以深灰色粗—粉晶云岩、藻纹层白云岩为主。

2 雷口坡组沉积特征

2．1 沉积相划分方案

林良彪等(2007)认为川西北地区雷口坡组为碳酸盐台地相，蒸发台地亚相包括膏盆、膏湖微相［2］;李幸运(2009)也认为川西坳陷南段雷口坡组为碳酸盐台地相，蒸发台地亚相包括膏盆、盐盆、盐膏盆微相［3］。

以对平落坝构造平落4井、平落20井、丰卤1井及邻区周公1井、汉6井、汉1井、大深1井、大参井等重点井以及野外露头剖面进行的宏观与微观特征研究成果为基础，并结合前人对川西地区雷口坡组沉积相的划分方案，本次共划分出蒸发台地、局限台地两个沉积相。在此基础上，参考威尔逊以及拉波特相模式的碳酸盐岩微相划分方法，按碳酸盐岩岩性、颜色、厚度、层理及沉积构造以及成分、结构、化石等宏观和镜下微观沉积特征来划分微相，并考虑相对海平面升降与局限陆表海台地沉积格局之间的密切关系。为此，将蒸发台地相分为膏盆、盐盆两个微相，局限台地划分出台内滩、泻湖、泥云坪、灰云坪、膏云坪微相(表1)。

2．1．1 局限台地相

局限台地指海水循环受限、盐度不正常的低能浅海，与广海之间有障壁，台内局部浅水区有时发育滩相沉积。局限台地与广海之间通常有滩、礁或岛屿形成的障壁［4］。

从已有钻井及野外剖面分析，平落坝地区局限台地分布范围较蒸发台地广，雷一段—雷四段均有发育，但主要分布于雷一段、雷二段、雷三段。根据水动力条件和地形变化，平落坝地区可进一步识别出潮上带、潮间带两个亚相。局限台地地势平坦，蒸发作用使海水咸化，相对海平面轻微的升降，就会造成台地大面积出没于海平面上下，使得局限台地中潮坪很发育。碳酸盐泥及颗粒在盐度较高且富含镁离子的地表水作用下，容易发生准同生白云石化作用。因此，局限台地相的岩相特征之一是潮坪白云岩广泛发育。

表1 川西平落坝构造及邻区雷口坡组(T2l)沉积微相划分表

(1)台内滩。局限台地内常发育台内滩，如周公1井，丰卤1井等。沉积物为中—厚层状具溶孔亮晶砂屑白云岩，鲕粒白云岩、针孔藻屑白云岩等，可夹粉—微晶白云岩，单层厚度多＜10 m，但累计厚度可达165 m。滩的类型有针孔藻屑滩、砂屑滩、鲕滩、生物碎屑滩等。粒屑岩多受早期暴露淡水溶蚀、早期混合水白云石化和深埋岩溶作用的影响，孔隙相对较发育，可成为好的储层。

(2)泻湖。泻湖微相为潮上微环境，在古地理位置上位于蒸发膏盆向海一侧，海水因受局限台地边缘障壁和低缓广阔的潮间处及台内滩的影响而相对受局限，但不完全封闭，与外海时有连通，而水体能量较弱，其典型沉积为含膏白云岩、泥晶白云岩，若咸化则可形成膏质泥晶白云岩，经去膏化而成去膏化粉晶灰云岩，可夹薄层石膏或透镜体。在剖面结构上，泻湖与膏盆、盐盆常呈交替的韵律性互层［5］。

2．1．2 蒸发台地相

蒸发台地发育在海平面相对低的时期，台地内与广海之间连通性比局限台地时期更加受阻，气候炎热干旱，蒸发作用强烈。蒸发泻湖发育于蒸发台地中的洼地，随着海平面的相对下降，蒸发作用使泻湖中水体的盐度逐渐升高。水体中溶解的矿物种类相继沉淀出来，开始是CaCO3(碳酸盐岩)，其后是蒸发矿物，包括CaSO4(石膏)和NaCl，最后是最难沉淀的KCl以及其他盐类。因此广泛发育碳酸盐岩类以及蒸发岩类—膏岩、盐岩等［6］。

研究区蒸发台地相主要分布于雷四1段(表1)，此时蒸发台地与外海尚未完全隔绝，海水侵泛则时有发生，海水侵泛使台内咸化海水稍被稀释，另外还带来一些泥质，因此蒸发台地相石膏岩层中常出现薄层准同生含膏白云岩、薄层泥质岩和含膏质泥岩等夹层。

2．2 典型单井沉积微相特征

(1)丰卤1井。丰卤1井处于平落坝构造区盐盆的边缘，雷二段时期水体盐度相对较大，以泻湖微相沉积的石膏岩为主，夹白云岩。雷三段，由于来自广海的海侵，水体盐度被稀释，因此，发育的岩类以白云岩为主，夹石膏岩。雷四段，水体盐度再一次增大，发育的岩类则以膏岩、盐岩为主，其间夹有因水体动荡而形成的台内滩相沉积(图2、图3)。

图2 丰卤1井岩心及薄片观察分析图

(2)平落4井。平落坝构造平落4井钻进雷口坡四段层位时，出现卤水井喷及井涌。

雷三段:下部主要发育局限台地相泻湖微相的白云岩、石膏层，而上部发育台内滩的生屑白云岩。

雷四段:随着蒸发作用的进行，盐度增大，下部主要发育膏岩、盐岩，其间夹少量的白云岩。由于海平面的变化，水体的动荡，上部发育台内滩微相的藻屑白云岩以及灰云坪、膏云坪微相的白云岩、石膏岩。

2．3 连井剖面分析

通过对平落坝构造及周边区连井分析可知:平落坝构造区内沉积作用和相带展布特点鲜明，即在成都—蒲江蒸发海盆内部，盆地边缘与盆地中心岩相区别明显，尤其以雷四段最为明显。从周公1井—汉1井—大深1井，地层厚度增大，含盐度逐渐增高，岩相也相应发生变化，从平落4井—平落20井—丰卤1井逐渐远离盆地中心，含盐度逐渐降低，地层厚度减小，杂卤石等盐岩矿物含量也逐渐减少(图4)。

3 岩相古地理特征

岩相古地理研究的目的是通过重塑沉积环境，研究沉积作用，了解地质历史演变及构造发育史，总结各时期的海陆变迁、古气候变化、沉积区及剥蚀区的古自然地理景观特征，分析不同沉积环境下沉积物的特征及其分布规律，从而达到评价矿产资源、了解矿产规律和预测矿产资源远景的目的。

3．1 雷一期

雷一沉积期水体相对较深，研究区广泛发育泥云坪微相的含泥云岩，夹少量薄层的含泥灰岩，局部含有薄层的石膏，雷一段厚114～281 m。如周公1井邻区发育浅灰色泥质白云岩夹膏质白云岩与白云质灰岩，为泥云坪沉积环境。名山地区由于台内高地的地形影响，发育局部的台内滩相沉积。芦山中林剖面有5 m去膏化粉晶灰岩，溶孔发育，面孔率12%，孔隙度3．16%。同期，在平落坝构造区，发育白云岩与石膏岩夹层泻湖沉积。

图3 丰卤1井沉积微相划分柱状图

3．2 雷二1亚期

图4 川西平落坝构造带沉积相连井对比图(据徐国盛，修改)

雷二1亚期较雷一期水体加深不明显，研究区内发育局限台地潮间带灰云坪沉积，沉积了白云岩、膏盐岩为主夹灰岩的碳酸盐岩。在海平面进退的潮间带，发育有浅滩。周公1井揭示邻区发育褐灰—浅灰色白云岩夹藻屑白云岩、鲕粒灰岩及藻灰岩，代表了浅水滩相的特点。汉1井邻区发育泥云坪沉积，岩性以浅灰色白云岩为主，夹同色泥质白云岩薄层，泥质白云岩向下层次增加，厚度增大。平落坝构造区依然发育泻湖沉积，岩性为白云岩与石膏岩夹层。大深1井4 116．5～4 160 m发育灰色灰岩夹砂屑灰岩，属于浅水滩相沉积。

3．3 雷二2亚期

雷二2亚期较雷二1亚期岩相变化不明显，总体仍以灰云坪沉积为主，但是汉1井在此期不再大量发育泥云坪相的含泥云岩，而是发育灰云坪相的灰色石灰岩，含云灰岩夹次生石膏。

3．4 雷三1亚期

从区域分析，雷三1亚期是最大的一次海侵期，也是一次重要的成滩期，平均海平面位于大邑—峨眉斜坡区，海水分别由南东(黔北古陆与康滇古陆之间)向北和西部龙门山岛屿间的通道向东进入上扬子台地，并带来菊石、腕足类等正常浅海的生物群，由康滇古陆提供的陆源碎屑比较少，在古陆边缘主要是含泥质的云岩及灰岩，其东部为局限台地斜坡带，西北及东南部边缘为潮间带。雷三段的粗结构岩类，发育有浅滩相及藻滩相沉积，主要为具溶孔的云质砂屑灰岩及砂屑云岩［7］。如周公1井、汉1井、大深1井以及平落坝地区都发育有鲕粒灰岩、砂屑白云岩，夹有孔虫灰岩等具滩相特点的岩层。这些浅滩对高孔渗段储层的发育有利，从研究区来看，它不仅在西南部好，且在较东边的油1井还见有12 m砂、粒屑灰岩，近顶部25 m处的灰岩段钻进中也曾放空0．07 m，产盐水和溶解气，故认为雷三是研究区的主要储层。而这些浅滩由于储集性能好，具备储集较大规模液体矿产资源的空间，是海相领域勘探的主要目的层。另外，根据海盆边缘向中心盐度逐渐增高的规律，同时在平落4井可见薄层硬石膏的发育，推测在平落坝构造的东侧(靠近成都—蒲江海盆中心方向)会有泻湖的发育。

3．5 雷三2亚期

雷三2亚期，水体开始变浅，区内则广泛发育以膏云坪相为主的白云岩夹石膏层，仅大参井和名山一带由于水体动荡发育滩相沉积，在平落坝地区、雅安、丹棱地区发育泻湖沉积。大深1井发育深灰色含云质膏盐、膏质云岩、含膏质云岩及细粉晶云岩。周公1井发育白云岩夹硬石膏条带。

3．6 雷四1亚期

该期水体进一步变浅，研究区内蒸发台地普遍发育。在成都—蒲江蒸发海盆内部，位于海盆西缘的雅安、芦山、东岳场一带普遍发育潮上—膏云坪相的碳酸盐岩夹硬石膏岩，名山地区可见局部的滩相发育。由盆地边缘向中心，即周公1井—汉1井—大深1井，含盐度逐渐增高，岩相也相应发生变化，如周公1井邻区发育潮上膏云坪相的碳酸盐岩夹硬石膏岩，至汉1井邻区则以蒸发台地—泻湖相的硬石膏为主夹碳酸盐岩，偶见杂卤石，至大深1井，则以大量的膏、盐盆相的硬石膏岩夹盐岩为主，就连最难沉积的杂卤石及钙芒硝也多处出现。并且，同处于靠近海盆中心方向平落坝构造地区的平落4井、平落20井、丰卤1井，均发育类似于大深1井的膏、盐盆相沉积，由盆地中心向西缘的方向上，平落4井—平落20井—丰卤1井的盐岩层逐渐减少。显而易见，区域沉积作用和相带的展布同时受到由盆地边缘向中心逐渐增高的盐度的控制(图5)。

图5 平落坝构造及邻区雷四1亚期岩相古地理图

3．7 雷四2亚期

雷四2亚期水体再次加深，区内再次广泛发育膏云坪沉积。其中，仅在平落坝构造区发育灰云坪及台内滩沉积。这可能是由于水体动荡导致滩相发育，亦可能是受印支运动的影响，其他地区雷四段顶被剥蚀，发育的台内滩和灰云坪相沉积岩层已被剥蚀消失殆尽［8］。但是由于平落坝构造区深度大，故沉积厚度大，剥蚀未完，在该区残余部分滩相和灰云坪的沉积岩层。

雷一—雷二2亚期，水体较深，而且变化不明显，主要为潮间泥云坪、灰云坪沉积。雷三1亚期，广泛发育海侵，促使水体变深，古地理环境转化为滩相(砂屑滩、藻屑滩、鲕粒滩)沉积。雷三2亚期，水体开始变浅，则以膏云坪沉积为主，局部区域发育泻湖沉积，仅大参井和名山一带由于水体动荡发育滩相沉积。雷四1亚期，水体继续大幅下降，川西地区在雷四1期露出海平面，而蒸发作用强烈，导致区内广泛发育膏、盐盆微相，且海水的蒸发浓缩已达到钾石盐阶段，为富钾卤水的发育提供了基本的物质来源(图5)。雷四2亚期，发育小规模的海侵，水体再次加深，膏云坪微相再次成为区内主要的岩相古地理环境。

4 富钾卤水特征

在20世纪末期，四川石油部门在川西平落坝构造的平落4井和平落20井的三叠系雷口坡组雷四段储层中获高压、高产的富钾卤水，其钾、溴、碘等的品位大大超过国家综合开发利用工业品位的要求，综合品质在全国范围内居于前列［9］(表2)。

通过对地质背景、岩相古地理条件、古水文地质条件和水文地球化学指标的综合研究，古海水在沉积物形成过程中，在地静压力作用下，由高压区向低压区运移，经历了封存—运移—深埋—变质作用，与现代卤水相比，古海水已发生了质的变化。由海水蒸发浓缩沉积而成的海相原生沉积卤水，在晶间卤水、钾、硼盐类溶滤水和岩浆水的掺合下，经历了复杂的物理、化学、生物化学的作用，发生了高度变质作用而形成复合型富钾卤水。

由以上分析可以推断:在雷口坡组沉积期海水蒸发浓缩形成原生海相沉积含钾卤水;在印支运动阶段、深埋藏作用阶段、喜马拉雅阶段所形成的晶间卤水、钾盐类溶滤水和陆相径流来源的卤水混合到原生海相沉积含钾卤水中［10］。平落坝地区雷口坡组富钾卤水是经历了复杂的物理、化学、生物化学等高度变质作用而形成的混合型水。

表2 平落坝构造卤水测试表

5 沉积对富钾卤水的控制

平落坝地区雷口坡一—四2期沉积环境经历了水体逐渐加深—变浅—加深的过程，沉积环境相对闭塞，海水流动不畅，蒸发作用强烈［11］。从雷口坡组岩相古地理演化过程分析而知，平落坝雷口坡组一、二段发育多个膏质泻湖，雷四段发育多个膏盆、盐盆。膏盐盆、富钾卤水和蒸发岩的分布具有如下特点:从石油部门已完钻井中发现的富钾卤水的分布明显受膏盆和盐盆的控制，而与膏质泻湖关系不大。丰卤1井卤水钾含量为1．09～3．80 g/L，而平落4井卤水钾含量高达49．95 g/L(表2)，但此两口井均位于平落坝构造区，且两井之间相隔较近。分析认为，由于丰卤1井位于平落坝盐盆的边缘，盐盆地缘海水蒸发浓缩的程度未达到钾盐析出点，导致沉积期沉积的固体钾盐不足，从而导致在深埋藏阶段蒸发岩溶滤产生的卤水含钾量不高［8］。