引言

四川盆地中二叠统栖霞组具有丰富的天然气资源，近年来，川西北栖霞组滩相白云岩储层勘探获得重大突破，ST1井、ST3井、ST8井均在栖霞组获得高产工业气流(井位见图 1)，进一步证实栖霞组滩相白云岩储层具有巨大勘探潜力，是继高石梯-磨溪龙王庙组海相碳酸盐岩气藏发现之后又一重大成果，川西深层海相碳酸盐岩储集体含气性好，是四川盆地重点接替勘探领域。栖霞组为滩相孔隙型白云岩储层，滩相展布是研究孔隙型白云岩储层的基础，因此，对栖霞组沉积相展布及控制因素的研究显得尤为重要。研究认为，碳酸盐岩台地发育、演化过程和成因机理是控制和影响沉积相展布的重要因素^[1-5]，前人通过对四川盆地栖霞组沉积相的研究，普遍认为中二叠世四川盆地发育碳酸盐岩台地相^[6-10]，但由于受勘探程度、钻井资料等的限制，对栖霞组沉积相分布的认识仍存在分歧，近期钻探证实后，须进一步深化对栖霞组沉积相展布规律的认识。本次研究结合前人对四川盆地上古生界沉积格局分析，开展区域地层对比及二叠系沉积前古地貌研究，在此基础上，建立岩性、古生物标准剖面，对栖霞组沉积相展布特征进行研究，以期对四川盆地栖霞组勘探提供理论依据。

1 地质背景

加里东末期构造运动造成全区主体隆升，四川盆地加里东古隆起(乐山-龙女寺古隆起)逐渐定型^[11-12]，晚志留世，黔中古隆起、雪峰山古隆起和汉南古陆抬升遭受剥蚀，提供了大量的物源，上志留统发育一套以碎屑岩为主的沉积，逐渐超覆于古隆起之上。泥盆纪-石炭纪中上扬子发育克拉通内部裂陷盆地及边缘裂陷盆地。扬子地台西缘发育川西边缘裂陷盆地，北部为南秦岭边缘裂陷盆地，南部为黔桂边缘裂陷盆地，在扬子地台中部发育湘桂克拉通内裂陷盆地^[13-15]。在扬子地台西侧为边缘裂陷相对活动的构造格局一直持续到早二叠世晚期^[13]。早海西期，扬子地台大部分持续隆升为陆，西缘急剧裂陷，泥盆纪-石炭纪接受碎屑岩-碳酸盐岩过渡沉积；石炭纪末期的云南运动，以升降运动为主，造成间断不整合，二叠纪早、中期构造环境相对稳定，发育碳酸盐岩台地^[13]，中二叠世末期的“峨眉地裂运动”大规模玄武岩浆喷溢活动，东吴运动形成晚二叠世与中二叠世的侵蚀间断，华南隆升成剥蚀区；晚三叠世，龙门山造山带逐渐抬升成为物源区，紧邻东部一侧发生沉降形成前陆盆地，并在喜马拉雅期经历了强烈的构造-沉积演化^[16-18]。

二叠纪是华南地区大地构造演化的一个重要转折期，由于受到古特堤斯构造域和西太平洋构造域的复合影响^[19]，克拉通边缘处于伸展拉张环境，盆地性质以克拉通边缘裂陷盆地为主。同时，石炭纪-二叠纪冈瓦纳大陆成冰-间冰期事件控制着全球(尤其是华南地区)的海平面变化^[20-22]，扬子区中二叠世栖霞期构造活动相对平静，海平面持续上升可能与间冰期冈瓦纳大陆冰川消融有关^[23]，梁山期、栖霞期，本区再次发生广泛的海侵，发育一套由海陆交互相含煤碎屑岩到海相碳酸盐岩地层，从下到上可划分为梁山组、栖霞组，超覆于石炭系或下古生界之上(图 2)。

2 区域地层特征

通过野外剖面、钻井分析，开展区域地层对比，进一步精细刻画二叠系沉积前古地貌及沉积格局，为栖霞组沉积相展布研究提供基础。

受加里东构造运动的影响，上扬子地台区形成大规模的古隆起，志留系、奥陶系、寒武系及震旦系受不同程度的剥蚀，并一直持续到石炭纪末(图 2)。通过区域地层对比，在盆地范围内，仅发育中-下志留统，且逐渐超覆于古隆起之上，仅川西裂陷盆地发育上志留统(图 3)。泥盆纪-石炭纪整体为拉张构造背景^[14-15]，中上扬子地台发育克拉通内部裂陷及边缘裂陷盆地。在扬子地台西缘裂陷盆地发育泥盆系-石炭系。泥盆系不整合于下寒武统长江沟组(天井山背斜及碾子坝背斜西段九龙山)、奥陶系或中上志留统之上。早泥盆世开始海侵，平驿铺期川西裂陷盆地持续沉降，形成北东-南西向展布、西厚东薄的陆源碎屑滨岸相沉积^[24]。在分布范围上，平驿铺组分布变化较大，在马角坝断层以东，平驿铺组地层缺失，然而，在雁门坝断层以西沉积厚度巨大，在仰天窝向斜-唐王寨一带沉积厚度达2 000 m，说明在早泥盆世，川西地区持续沉降，平驿铺组的沉积受同生断层控制较为明显，中泥盆世发育广泛海侵，海平面迅速上升，金宝石组超覆在马角坝断层以东较高部位，与下伏寒武系、奥陶系及志留系中下统呈不整合接触，整体沉积厚度西厚东薄，该区观雾山组下与金宝石组、上与沙窝子组均呈整合接触。在马角坝断层以东，观雾山组直接与上覆石炭系下统总长沟组平行不整合接触，缺失沙窝子组、茅坝组。在马角坝断层以西，泥盆系发育完整，观雾山组与上覆上泥盆统沙窝子组呈整合接触关系，且发育茅坝组，充分说明泥盆纪川西地区处于拉张裂陷构造背景，同生断层活动对沉积具有明显控制作用。

石炭纪基本上继承了泥盆纪以来的剥蚀台地和沉积台盆的基本格局^[25]，持续的海侵，发育中-厚层的碳酸盐岩，马角坝同生断层控制石炭系厚度变化，中、下石炭统(总长沟组+黄龙组)平行不整合于上泥盆统茅坝组或者观雾山组之上，发育灰色-灰白色中厚层乳白色灰岩，偶见紫红色-灰绿色泥质薄层，整个石炭系在马角坝断裂以东遭受暴露剥蚀，地层厚度仅残余0$\sim$60 m，马角坝断裂以西保留地层完整，沉积厚度较大，在马角坝往通口一带沉积500 m左右；上石炭统船山组整合于中石炭统黄龙组之上，发育灰白色-乳白色厚层-块状灰岩，中上部发育球粒、豆粒、鲕状灰岩，厚度0$\sim$25 m，在马角坝断裂以东地层缺失。总之，石炭系展布受北东向同沉积断裂控制，在靠近剥蚀古陆一侧，石炭系经历了长期岩溶风化剥蚀，仅残留中下石炭统，顶部可见残积铝土岩、紫红色含铁残积岩，石炭系岩溶风化壳与上覆栖霞组直接接触，裂陷盆地一侧沉积厚度较大，石炭系发育完整，与上覆二叠系呈假整合接触。这充分说明川西裂陷盆地同生断层活动，对石炭系展布具有明显控制作用，石炭纪末川西北地区发育断控岩溶古地貌(图 3)。

总体而言，在二叠纪之前，上扬子地台为加里东古隆起与周缘裂陷盆地发育的构造背景。通过区域地层对比，四川盆地整体为加里东古隆起区(川西-川中隆起带、川北-蜀南低隆带)，川西发育裂陷盆地，川东发育克拉通内部拗陷盆地，早二叠世开始海侵，梁山组、栖霞组逐渐超覆于川西-川中古隆起之上，其与下伏石炭系、志留系、奥陶系、寒武系及震旦系呈不整合接触关系(图 2)。

3 栖霞组沉积相特征

通过对四川盆地栖霞组野外剖面、取芯井观察分析，建立标准岩性、古生物地层剖面，总结沉积相特征；进行沉积相剖面对比，并对沉积相展布规律进行研究。

3.1 沉积相特征

根据栖霞组岩石学、岩性组合及古生物发育特征，结合沉积前古地貌及海平面变化，认为栖霞组发育碳酸盐岩台地沉积模式。本次研究在区域地层对比和栖霞组沉积格局基础上，通过建立标准岩性-生物地层剖面，识别相标志，以优势相为原则，将栖霞组沉积相划分为开阔台地相、台地边缘相、斜坡相及盆地相。

3.1.1 开阔台地相

开阔台地相是栖霞组的主要沉积相类型，随着海平面持续上升并趋于稳定，水体流畅，生物丰富，主要包括绿藻、有孔虫、腕足、珊瑚、棘皮及海百合茎等生物碎屑，岩性主要为中-厚层浅灰色-灰色泥晶生屑灰岩、生屑泥晶灰岩及薄-中层亮晶生屑灰岩(图 4)。川中、川西北地区部分层段可见亮晶生屑灰岩中夹泥晶灰岩基质沉积(图 4a)，其中，泥晶灰岩可见薄壳有孔虫、钙球粒等生屑(图 4b)，为较深水沉积特征，反映了栖霞期水体动荡，将水体较深沉积物带到浅水区沉积，部分学者认为中二叠世海侵过程发育“上升流”^[26-28]，充分反映了栖霞组海侵过程中可能受古地形影响，水体动荡上升、能量中-弱、沉积物快速沉积过程。根据岩性组合特征划分为开阔海、台内滩及台内洼地3种亚相。

台内滩亚相，主要分布在蜀南、川中地区，蜀南地区主要发育薄-中层亮晶/泥晶砂屑灰岩，川中地区发育具有生屑残影构造中粗晶白云岩，生屑为有孔虫、绿藻及棘皮等(图 4c，图 4d)，反映沉积能量较强、水体流畅的沉积环境。开阔海亚相，主要发育灰色-灰褐色含生屑泥晶灰岩，局部可见薄层泥晶生屑灰岩，生屑主要为有孔虫、红藻及绿藻等生屑，富有机质及泥质(图 4e，图 4f)，反映水体能量为中-弱的沉积环境。

台内洼地，主要发育深灰色-灰黑色含生屑泥晶灰岩，局部可见燧石结核，生物以有孔虫、红藻为主，偶见钙球粒，反映沉积水体较深、能量较弱的沉积环境，在川东地区较为发育。

3.1.2 台地边缘相

台地边缘相带主要分布于盆地西缘栖霞组中上部，台缘滩以生物碎屑滩为主，主要发育珊瑚、绿藻、棘屑、腕足等生物碎屑，粒间为亮晶胶结物。栖霞组台缘滩相普遍发生白云石化作用，颗粒残影构造明显(图 5)。在川西北地区，栖霞组在何家梁、碾子坝及金真村等野外剖面，栖霞组普遍发育浅灰色-灰白色中-厚层颗粒残影构造中-粗晶白云岩(图 5a，图 5b)，可以看到交代残余的珊瑚、绿藻、腕足等幻影(图 5c)，粒间为干净白云石晶粒，孔隙发育(图 5a，图 5b，图 5c)，厚层砂糖状白云岩具有明显颗粒交代残余结构，说明原岩为亮晶颗粒灰岩(图 5d，图 5e)，可见残影颗粒的白云石晶粒具有波状消光(图 5f)；川西南地区发育厚层颗粒残影构造中-粗晶白云岩，生屑颗粒残影、生屑体腔溶孔发育明显(图 5c，图 5d)。这些充分表明川西地区发育典型的高能台缘滩相。

3.1.3 斜坡相

受川西裂陷盆地发育及沉积前古地貌的影响，在台地边缘西侧发育台地斜坡相沉积。斜坡相主要为深灰色-灰黑色薄-中层泥晶灰岩及薄纹层泥岩，可见燧石结核泥晶灰岩(图 6a，图 6b)，在川西南部可见垮塌角砾状灰岩(图 6b)，地层厚度仅40$\sim$90 m(图 6，图 7，图 8)，反映沉积水动力条件明显变弱、沉积速率较小的斜坡相沉积特征。

3.1.4 盆地相

二叠纪-三叠纪早-中期，川西地区构造活动趋于活跃，该区发生大规模的拉张裂陷^{[17, 29]}，斜坡相往西，海水逐渐加深，沉积薄层泥岩、灰质泥岩，含黄铁矿结核，发育盆地相(图 6)。扬子地台西缘分为龙门山分区和马尔康分区，在龙门山分区主要发育台地边缘相和斜坡相。在马尔康分区平武泗耳剖面沉积发生相变，该区中二叠世发育和栖霞组、茅口组同时异相沉积物，命名为东大河组和三道桥组，东大河组对应等时的栖霞组，在泗耳剖面发育纹层状千枚岩夹薄层泥晶灰岩(图 6a)，局部可见深灰色薄层泥晶灰岩呈不连续状，被泥岩分割(图 6b)，千枚岩层面黄铁矿结核分布(图 6c)，说明在早二叠世，薄纹层泥质泥晶灰岩反映水体较深，为盆地相沉积特征。

3.2 沉积相对比

通过建立标准岩性生物地层剖面，划分栖霞组单井沉积相，在栖霞组沉积前古地貌分析基础上，进行沉积相对比。对川西北-川东地区栖霞组沉积相进行对比(图 7)，川东地区发育开阔台地相台内洼地亚相，岩性主要为褐灰色-灰色含生屑泥晶灰岩，可见薄层深灰色含燧石泥晶灰岩；川西北地区发育大范围台地边缘颗粒滩相，岩性为厚层颗粒残影构造发育的中-粗晶白云岩(图 5)，往西逐渐过渡斜坡相、盆地相，发育纹层状千枚岩夹薄层泥晶灰岩(图 6)；川西南-川中-川东地区栖霞组沉积相对比(图 8)，川中地区发育多套薄层具有生屑残影构造的中-粗晶白云岩，为开阔台地相台内滩亚相特征(图 4c，图 4d)，川西南地区发育厚层大范围滩相白云岩，为台地边缘相特征，往西台地相逐渐过渡为斜坡相、盆地相，岩性为中-厚层泥质灰岩，可见垮塌角砾灰岩发育。

沉积相纵向上对比，栖霞早期为海侵发育阶段，川东地区发育厚层灰黑色-深灰色含生屑泥晶灰岩(图 7)，为台地洼地亚相特征，向川西、川中地区地层逐渐减薄，岩性以灰色-褐灰色含生屑泥晶灰岩为主，夹薄层泥晶生屑灰岩，反映沉积能量逐渐增强的开阔海亚相特征(图 8)；栖霞中晚期，次级旋回海退期，川东地区虽然发育薄层灰褐色泥晶砂屑灰岩，但整体能量较弱，发育开阔台地-台内洼地亚相，向川西、川中地区逐渐发育浅灰色泥晶生屑灰岩、亮晶生屑灰岩，能量逐渐增强，在川中、蜀南地区发育台内滩亚相，川西地区车家坝、何家梁及ZG1井发育厚层滩相白云岩，为台地边缘相。在川西裂陷盆地的平武银厂沟剖面、北川小寨子为斜坡-盆地相沉积(图 7，图 8)。因此，通过沉积相(优势相)对比分析，认为栖霞组发育开阔台地-台地边缘-斜坡-盆地碳酸盐岩沉积相模式。

3.3 沉积相展布

通过对单井沉积相识别与划分及连井沉积相对比(图 7，图 8)，认为四川盆地栖霞组发育海侵背景的开阔台地-台地边缘-斜坡-盆地相沉积模式。结合测井相对四川盆地栖霞组颗粒滩发育厚度进行统计，在栖霞组沉积古地貌分布格局基础上，绘制四川盆地栖霞组沉积相图(图 9)。通过野外剖面观察及地质报告调研，在川西地区北川小寨子、泗耳梯子岩、小金大哇等野外剖面发育30$\sim$60 m厚深灰黑色薄层泥晶灰岩与纹层状泥岩互层，为盆地相特征(图 6，图 7，图 8)；川西地区平武银厂沟剖面、天泉雅雀河马桑沟剖面发育厚度为40$\sim$90 m的中-厚层泥质灰岩，芦山林盘剖面可见垮塌角砾灰岩发育，为斜坡相沉积特征(图 6b)；在川西北广元车家坝、广元何家梁剖面、川西南HS1井、ZG1井发育厚层具有颗粒残影构造中-粗晶白云岩，原岩恢复为亮晶生屑、砂屑灰岩，生屑主要为绿藻、珊瑚、腕足、棘皮及海百合等生物碎屑，为台地边缘相沉积特征；蜀南地区发育薄-中层颗粒滩相，岩性主要为亮晶生屑灰岩、微亮晶生屑灰岩，为台内滩相沉积特征。川中地区取芯井观察，发育多套薄层颗粒滩相，且颗粒灰岩夹泥晶灰岩斑块，可见浅水生物(绿藻、腕足等)和深水相生物(红藻、钙球粒、浮游有孔虫及颗石藻等)混乱堆积沉积(图 4a，图 4b)，反映栖霞期为迅速海侵过程，造成水体动荡，说明川中地区栖霞组沉积能量中-弱，为开阔台地相，部分地区发育薄层台内滩相。川东地区大量钻井、岩屑薄片观察，栖霞组底部发育深水相深灰色-灰黑色燧石条带泥晶灰岩，中部层段可见薄层泥岩段，反映沉积水体普遍较深，仅在栖霞组顶部发育较纯的深灰褐色灰岩，但颗粒岩普遍发育较薄或不发育，说明受沉积前古地貌及广泛海侵的影响，为台内洼地，总之，受加里东古隆起地貌和川西裂陷盆地发育的控制，在川西地区发育台地边缘相，川中-蜀南地区发育大面积薄层台内滩亚相，可作为四川盆地栖霞组有利沉积相带。

4 油气勘探意义 4.1 有利储集相带的形成

石炭系到二叠系沉积体系的变化决定了栖霞组勘探思路的转变，二叠系沉积前古地貌控制了栖霞组沉积格局，加里东古隆起地貌及川西裂陷盆地的发育共同控制川西栖霞组台地边缘相、川中台内滩相展布，有利沉积相带发育相控白云岩储层，滩相白云岩储层大面积分布。

4.2 有利油气聚集带的形成

有利的源储匹配关系是油气运聚的关键，川西地区发育下寒武统及下二叠统两套优质烃源层及盖层条件优越，加里东古隆起周缘裂陷盆地，为烃源岩发育提供了有利条件，龙门山推覆作用形成的构造形变及早期同生断层形成为油气成藏创造了优越的烃源断裂及聚集条件；加里东古隆起控制的石炭纪末岩溶古地貌，有利于大气区的形成。因此，川西地区栖霞组台缘带是深层海相碳酸盐岩勘探重点领域。

4.3 具备多层系立体勘探条件，勘探潜力巨大

川西晚古生代裂陷盆地发育控制多期台缘相带展布，泥盆系-二叠系具有相同源储匹配关系，具备发育大型构造-岩性圈闭气藏的地质条件，推覆体下盘发育大型隐伏构造高带，是整体勘探、立体勘探重要有利区带。

5 结论

(1) 四川盆地栖霞组主要发育碳酸盐岩台地相沉积，通过建立标准岩性-生物地层剖面，识别相标志，将沉积相划分为开阔台地相、台地边缘相、斜坡相及盆地相。野外剖面观察，在平武-茂汶-小金一带识别斜坡相和盆地相，川西地区发育台地边缘滩相带，川西-川中隆起带发育开阔台地相碳酸盐岩台内滩发育带；川北-蜀南低隆带为开阔台地相薄层台内滩相发育带；川东地区为开阔台地相台内浅洼灰色-深灰色含生屑泥晶灰岩低能带。

(2) 二叠系沉积前古地貌控制了栖霞组沉积格局，加里东古隆起地貌及川西裂陷盆地发育共同控制川西栖霞组台地边缘展布，栖霞组台缘相带发育相控白云岩储层，滩相白云岩储层大面积分布。

(3) 川西地区具备多层系立体勘探条件，下寒武统及下二叠统两套烃源层及盖层条件优越，川西晚古生代裂陷盆地发育控制多期台缘相展布，龙门山推覆作用形成的构造形变及早期同生断层形成为油气成藏创造了优越的烃源断裂及聚集条件；加里东古隆起控制的石炭系末岩溶古地貌，有利于大气区的形成。因此，川西地区多层系台缘带是四川盆地深层海相碳酸盐岩重点勘探领域。