川西上三叠统海绵生物礁的分布及其控制因素_杨荣军

第三十卷第二期二○○九年四月: 227-234

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地球学报 Vol.30 No.2 Acta Geoscientica Sinica Apr. 2009: 227-234

川西上三叠统海绵生物礁的分布及其控制因素

杨荣军, 刘树根, 吴熙纯, 赵霞飞

成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川成都 610059

摘要: 四川盆地西部在晚三叠世早期(卡尼期) 为被动大陆边缘环境, 沉积岩石单元为马鞍塘组。其中发育硅质海绵生物礁类型为点礁, 分布在马鞍塘组的上部。点礁组合为礁基、礁核、礁翼、礁盖。现今出露礁体的分布主要沿着龙门山, 呈NE-SW 向展布。海绵礁体的分布与造礁生物海绵的自身特点、沉积环境、构造背景、生物组合、洋流等密切相关。本文基于此, 认为生物礁分布在绵竹—江油一带, 分布于大陆斜坡上, 水体相对较深, 呈宽带分布, 礁体大小不一。现今礁体部分暴露于地表, 部分被推覆体或上覆地层覆盖。该生物礁组合具有一定的油气成藏的地质条件, 可以作为石油勘探的靶区。关键词: 硅质海绵礁; 上三叠统; 川西

中图分类号: P534.51; Q915.812 文献标志码: A 文章编号: 1006-3021(2009)02-227-08

Distribution and Controlling Factors of Siliceous Sponge Reefs

in Western Sichuan Province

YANG Rong-jun, LIU Shu-gen, WU Xi-chun, ZHAO Xia-fei

State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology,

Chengdu , Sichuan 610059 Abstract: The Maantang Formation in western Sichuan basin was probably located in the shelf of the passive continental margin in Upper Triassic. The kind of the Carnian siliceous reefs distributed along the Longmenshan Mountain is patch reef in western Sichuan. The complex of a reef is composed of reef base, reef core, reef flank and reef cap. The distribution of reefs is affected by such factors as properties of siliceous sponge, sediment envi-ronment, tectonic settings, biotic guild, temperature, oxygen-bearing zone, ocean current and suspend nutrient. Based on these factors, the authors hold that the reefs in a NE-SW extending belt are distributed in a continental shelf ca. 100 meters below the sea level. A part of the reefs is now exposed on the surface, and about 20 kinds of reefs have been discovered. The other part of the reefs might be covered by thrust blocks and overlying strata. It is evident that the reef complex is of good petroleum potential and exploration prospects. Key words: siliceous sponge reef; upper Triassic; western Sichuan

生物礁本质上是由固着生物原地建造的碳酸盐岩沉积(Riding, 2002), 也是一种常见的碳酸盐岩型油气藏圈闭(张厚福等, 1999)。国内外生物礁油气田分布的主要地区有: 加拿大阿尔伯达盆地、美国二叠盆地、俄罗斯乌拉尔山前凹陷、墨西哥湾盆地、波斯湾盆地、鄂西建南、珠江口盆地等, 生物礁油气藏在世界石油储量中占有很重要的地位(张景廉,

2001) 。因此对生物礁的特征、控制因素和展布预测有着重要的意义。

在四川盆地亦发育多套生物礁, 也有生物礁型油气田的发现。其中上三叠统卡尼阶海绵生物礁在20世纪70年代由吴熙纯等(1982)发现, 开始认为发现的是晚三叠世钙质海绵生物丘 (吴熙纯等, 1983, 1984), 后来经过国内外学者的共同研究, 认定为晚

本文由中石化海相前瞻性课题:扬子西缘龙门—川滇构造系统及成藏效应研究项目(编号: G0800-06-ZS-282)资助。收稿日期: 2008-05-10; 改回日期：2009-01-25。

第一作者简介: 杨荣军, 男, 1981年生。博士研究生, 石油地质专业。通讯地址: 610059, 四川省成都市成华区东三路1号。E-mail: [email protected]。

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图1 上扬子地区晚三叠世早期岩相古地理格局(据Wendt 等, 1989修改)

Fig. 1 Paleogeographic map of Upper Yangtze area in early Late Triassic (modified from Wendt et al., 1989)

三叠世的一种六射硅质海绵生物丘(Wu, 1989; Wendt et al., 1989; 吴熙纯等, 1989, 1990), 这种类型在世界上是少见的, 尤其在晚三叠世早期。在早期研究对生物礁主要集中在绵竹—安县一带进行较深入的研究, 这个带长仅10多千米; 后来在江油一带的生物礁仅有零星报到(刘大成等, 1993), 但没有进行深入的研究, 更没有进行过详细的对比工作。基于此, 笔者于2006~2007年在四川什邡—绵竹—安县—江油一带分5次野外工作, 整个区域直线距离近90 km, 其中生物礁出露起始点位相距40多千米, 对川西生物礁的出露点位(剖面) 进行了系统和详细的调查、测制、取样。

进入晚三叠世时, 四川龙门山后山带及其以西的松潘—甘孜地区大规模拉张裂陷成为松潘—甘孜海(图1), 沉积了巨厚的海相复理石或类复理石沉积, 厚度一般大于3000 m。但龙门山前山带和现今四川盆地西部为一套稳定大陆架浅海—滨海—陆相沉积, 厚度小于2000 m。此时的四川盆地西部和龙门山地区处于被动大陆边缘(刘树根等, 1993, 1995), 也有人定为早期前陆盆地(许效松等, 1997)。此时四川盆地西部地区岩性地层单元主要为马鞍塘组。在峨眉

地区又称垮洪洞组, 为深灰色、灰黑色泥页岩、灰岩、泥灰岩和砂岩, 底部普遍有砾石, 其分布局限, 厚度小, 并超覆于雷口坡组之上(邓康龄等, 1982; 四川省地质矿产局, 1991), 年代对比大致相当马鞍塘组的上段; 至成都一带缺失(王庭斌等, 1994), 向北东到绵竹—安县一带下部为灰色鲕粒灰岩, 上部为深灰色海绵生物礁; 更向北到江油马鞍塘车站变为碎屑岩、生屑灰岩夹鲕粒灰岩为主(邓康龄等, 1982) 。这可能与四川盆地西缘的局部相对隆起和沉降有关, 导致可容纳空间在盆地不同地方变化差异, 以致产生不同的沉积特征(王正和, 2008)。

对马鞍塘组的基础地质研究较多, 如地层年代归属问题(邓康龄等, 1982)、珊瑚(段丽兰, 1983)、菊石(王运生, 1992)、古植物(卢孟凝等, 1980), 双壳类(苟宗海, 1993)等。总的来说, 大多数学者将马鞍塘组地层的时代归于晚三叠世卡尼期。

马鞍塘组主要出露于川西地区, 向东至川中隆起尖灭, 向西渐变为松潘—甘孜裂陷槽。两者中间发育有类似岛链状古地貌(以下简称“龙门山岛链”)(龙学明, 1991)。四川盆地西部整个马鞍塘组及同期地层在空间呈箕形(郭正吾等, 1996)。

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杨荣军等: 川西上三叠统海绵生物礁的分布及其控制因素 229

图2 马鞍塘组生物礁微相示意图(据吴熙纯, 1982)

Fig. 2 Microfaices map of a reef in the Maantang Formation (from Wu, 1982)

图3 绵竹汉旺观音崖生物礁剖面对比图

Fig. 3 Correlation of the reefal sections in Hanwang, Mianzhu City

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图4 川西地区绵竹—江油一带马鞍塘组出露点位图(图中○代表该点生物礁产出, △代表该点无礁产出,

白色长条矩形代表剖面厚度，黑色长条矩形代表生物礁厚度)

Fig. 4 Outcrops of Maantang Formation in western Sichuan(Mianzhu-Jiangyou)

(○stands for the location with a reef; △stands for the location without a reef; The white rectangle stands for the thickness

of the section and the black one stands for the thickness of the reef)

2 研究区生物礁基本特征

2.1 生物礁区工作方法及分布

马鞍塘组上部的生物礁为硅质海绵生物礁, 其类型为点礁, 由礁基、礁核、礁翼、礁盖组成(图2) 。由于龙门山地带构造复杂, 对生物礁的测量造成了一定的困难。因此对于出露较好的点位, 几个辅助剖面被测制, 如图3所示, 在该礁出露区, 从礁底向上分别测制了HA 、HB 、HC 、HD 、HE 、HF 剖面(图中B 代表“HB ”, 其他类推) 。通过这些剖面可以大体推测生物礁的范围及几何参数。通过图3中可以求出礁体露面的礁高为59.41 m, 实际的礁高可能更高。对于覆盖严重的剖面, 仅测制出露的地层厚度。图1是对川西礁分布区的测制, 礁的分布及出露厚度见图4。对礁剖面的研究从目前生物礁露头看来, 礁群为宽带状, 分布与现代海绵礁较相似(Krautter et al., 2006)。礁严格受到基底的控制, 都发育在坚硬的滩体之上, 与海绵动物的生存习性有关系(Whitney et al., 2005)。

可看到马鞍塘组礁滩在川西北分布广泛, 出露

点位较多(图4) 。在什邡金河处, 马鞍塘组厚约10 m, 主要为碎屑岩夹鲕层, 并无生物礁; 向北东至绵竹汉旺镇, 马鞍塘组下部鲕滩变厚, 为26 m, 上部出现生物礁。在绵竹至江油间露头可以见到马鞍塘组生物礁, 特别是本次野外发现江油佛爷洞出露也是一个小礁群, 类似绵竹汉旺和安县雎水两地(图4), 但出露较差, 礁体较小; 继续向北到相距40 km的江油马鞍塘车站剖面, 马鞍塘组厚达329 m(邓康龄等, 1982)(图4), 已无礁产出。 2.2 生物礁特征

本区生物礁岩性为青灰色块状含海绵等生物及生物屑微晶灰岩, 单层厚度不等, 一般大于10 m(江油的生物礁厚度为2.36 m除外), 安县雎水剖面厚度达70余米, 绵竹汉旺剖面测量厚度为31.59 m, 实际礁应该更厚。通过汉旺剖面的礁间和生物礁的测量(图3), 礁间测量厚度仅为4.48 m, 可见生物礁具有明显的地层突起。与上下地层呈整合接触关系, 为水体较深的环境沉积。礁中生物化石约占10%～15%, 分布不均一, 主要以海绵、海百合、腕足、双壳、有孔虫等, 偶见苔藓虫、腹足、蠕虫、菊石等, 碎

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图5 生物礁造礁生物及显微结构

Fig. 5 Sponge, micro-structure in the reefs

(a)海绵群体, 第H28C 层顶部, 汉旺剖面, 马鞍塘组生物礁, 野外照片编号: 501-0395; (b)海绵横切面, 汉旺剖面HD 线, 单偏光, 4倍, 薄片照片编号: W40(H17D-1)-(1-11)-4L; (c)海绵网状骨针, 第H19C 层, 汉旺剖面, 马鞍塘组生物礁, 单偏光, 12倍, 薄片照片编号: W37(H19C-1)-22-4-408; (d)层状孔洞, 第H17层, 汉旺剖面, 马鞍塘组生物礁, 正交偏光, 12倍, 薄片照片编号: W27(H17-1)-8+4-249 (a)sponges guild from the top of the H28C layer in the Hanwang section, Serial number: 501-0395; (b) the cross section of the sponge from line HD in the Hanwang section, single polarized light，×4, Serial number: W40(H17D-1)-(1-11)-4L; (c) the reticulate spicules of the sponge from the Hanwang section, single polarized light, ×12, Serial number: W37(H19C-1)-22-4-408; (d) the stromatactis

from No. 17 layer of the Hanwang section, crossed polarized light, ×12, Serial number: W27(H17-1)-8+4-249

片居多。野外汉旺剖面上的生物礁层位有完整海绵产出(图5(a)), 一般个体较小, 形态简单, 为细长管状, 通常个体长约2.0～10.0 cm, 直径0.5～2.0 cm, 它们在礁核带常见原地生长状态, 常见许多个体形成丛状。在偏光显微镜下见含有大量六射硅质(大部分也钙化) 骨针(图5(c)), 偶见清晰的海绵切面(图5(b)), 还有海百合碎片、腕足、双壳等常见, 另外，有孔虫、菊石等也有发现, 总体生物碎屑约占10%～15%左右, 分布不均一。还含有部分砂屑和孔洞(图5(d)), 孔洞不规则, 大小不一, 部分具有示底构造。

明显的是川西海绵礁不是传统的骨架礁, 其同侏罗纪的海绵礁有很多共同的特征, 如生物礁生物含量少, 海绵障积作用是一个重要的成丘作用, 层状孔洞发育(Schimid et al., 2001), 不同的是侏罗纪的礁中发育微生物的粘结岩, 比川西海绵礁小。因而川西生物建隆, 我们称之为生物礁, 其特征与一

般骨架生物礁区别是显而易见的。

3 生物礁分布的控制因素浅析

在总结地史中3000多个生物礁生长的控制因素可以归纳为以下4个因素(Kiessling et al., 2002): ①宏观动物群的演化和增补: 这个因素内在地控制了生物礁生态系统、礁的多样性, 礁的成分和结构的发展; ②碳酸盐岩产出率/大陆干舷(continental freeboard): 这个因素控制了礁的丰度, 礁碳酸盐岩的产出和礁的大小; ③养分水平: 这个因素参考了沉积物中的得到体现。

海绵是显生宙生物礁中一种主要的造礁生物, 但多为钙质海绵, 硅质海绵在地史中作为主要造礁生物相对较少(Brunton et al., 1994; Krautter et al.,

Sr/86Sr 和δ34S 的值; ④气候。不过具

体到这个海绵礁本身, 前3个因素的影响还是可以

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2006)(图6) 。值得一提的是, 现代在大西洋发现深海中的硅质海绵礁(Whitney et al., 2005; Krautter et al., 2006), 对研究硅质海绵生物礁的环境、形成和展布有重要的意义。

造礁的硅质海绵主要属于普通海绵纲和六射海绵纲。如图6所示, 在二叠纪前基本是普通海绵纲的硅质海绵参与造礁, 仅作为一种辅助造礁生物。随后在川西海绵礁的发现才真正揭开了六射海绵纲主要造礁的序幕, 随后在晚侏罗世达到顶峰。

经过P/T生物礁绝灭事件后, 在晚三叠世早期海水性质和养分条件开始允许了海绵的生长。同时川西当时处于海侵时期和地壳相对稳定, 有利于硅质海绵礁的生长。

硅质海绵礁在地史中的普遍特征为: 分布在水深30～100 m, 甚至更深, 水体较清洁, 能量中-低(海绵抗浪力较弱), 为还原或弱氧化环境, 洋流可以带来有机质(Brunton et al., 1994)。而其生长环境在

图7 川西上三叠统硅质生物礁分布模式图

Fig. 7 Model of distribution of siliceous reefs in

western Sichuan

地史中也有一个变迁过程: 在寒武纪和奥陶纪产在大陆架中, 到了志留纪同时产在大陆架和斜坡上, 泥盆纪和石炭纪主要在大陆架远端, 到了二叠纪、三叠纪、侏罗纪时变为斜坡环境(Brunton et al., 1994) 。而晚三叠世卡尼期川西为凹陷, 斜坡环境已多有论述, 前端为“龙门山岛链”与松潘海隔开(图１) 。因而川西生物礁应该赋存分布在水体较深的斜坡上或坡折带。从剖面出露来看(图4), 点礁沿龙门山分布, c呈宽带状, 与现代和侏罗纪生物礁分布情况类似。

在鲕粒滩沉积结束后, 没有发生沉积间断, 随后水体加深, 生物礁便开始发育生长; 在生物礁发育末期时, 最大测量礁高可达70余米(雎水剖面), 而汉旺剖面礁间沉积厚度仅4.48 m, 如果考虑到成岩压实作用, 当时水体深度至少超过150 m, 才可能保证生物礁的生长。这是一个水体逐渐加深的过程(图4), 同时符合kiessling(2002)提出的生物礁控制因素的第二点: 大陆干舷的变化提供了生物礁发育的空间。

在生物礁生长的前端存在的“龙门山岛链”提供了一个相对低能的环境, 同时又保证与广海的连通, 保证了水体的相对清洁或养分的运移。因而其分布模式如图7。从图3对比可以看出, 在礁底部的生物碎屑滩厚6.10 m, 而礁间生物碎屑滩厚3.71 m, 因而具体生物礁的生长点位可能发育于古地形高点之上。

这些控制因素进而说明川西北并不是处处都有生物礁的发育, 出露点仅在绵竹—安县—江油一带, 其他地区没有见到生物礁的产出(图1) 。在江油北东向, 由于“龙门山岛链”的障蔽, 使得这个地区与广海相隔, 水体能量低, 而且离秦岭古陆近(图1), 水体较浑浊, 是海绵礁的禁区。在马鞍塘晚期海平面进一步上升, 在峨眉、荥经等地, 相应地发育了泥坪和浅海沉积, 同样也不适合海绵生物礁的生长。

到了诺利期, 小塘子组开始沉积, 龙门山抬升, 碎屑大量注入, 已无海绵生长的环境, 生物礁灭绝, 生物礁进入埋藏期。后期部分出露地表, 大部分埋

图6 硅质海绵及其相关生物地史分布图

(据Brunton 等, 1994)

Fig. 6 Geological distribution of siliceous sponges and

related reefal constructors (from Brunton et al., 1994)

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于地腹中。通过野外镜质体样品测得Ro 平均值为1.16%, 根据川西埋藏史(刘树根, 1993), 认为在燕山晚期开始抬升, 经过喜山运动移至地表。

才地震剖面不仅可以看出马鞍塘组的分布区域, 而且可以识别出隆起, 疑为生物礁(王胜等, 1986)。这说明在安县-江油一带的马鞍塘组覆盖区可能与安县雎水和江油一样发育生物礁。生物礁整体呈现一个断续、宽带的礁群, 分布于绵竹-江油一带, 长约40 km; 并从安县雎水到江油, 生物礁高度变小。

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4 结论及意义

川西海绵生物礁在川西地区出露较多, 根据川西坳陷的沉积环境及构造演化, 及硅质海绵本身的特征, 认为川西海绵生物礁原始为一个沿着龙门山呈宽带状分布, 长度大于40 km, 向江油方向礁体逐渐变小。但后期构造演化, 主要是受到喜山期运动影响, 部分出露于地表, 部分为断层或上覆新地层覆盖。在安县—德阳的马鞍塘组覆盖区应该有生物礁群的产出。

川西生物礁及其周围的地层可能形成烃源岩(叶军, 2003), 而且生物礁组合本身可以形成良好的油气条件(张厚福等, 1999; kiessling, 1999)。据S -均大于0.05%, 代表安县生物礁埋深后为还原环境, 有利于保存油气(吴熙纯等, 1985)。虽然后期受到燕山、喜山期构造改造明显, 但不能够排除发现像中坝雷口坡组三段那样保存下来的气藏。因此, 该含生物礁的地层可以作为油气勘探目的层。

致谢: 在野外工作中, 感谢Jansa Luba教授及代寒松、谢志良、董顺利等同志给予的帮助。

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