近年来，四川盆地及周缘下古生界油气勘探不断向下组合寒武系—志留系转移，特别是奥陶系和志留系的油气勘探已取得重大突破^[1-3]，一方面确立了以五峰组—龙马溪组页岩作为本区的主力勘探层系之一^[3-5]，另一方面也揭示了本区龙马溪组中段浊积砂岩发育的普遍性^[6]，并且在该套浊积砂岩中见到良好的天然气显示^[7]，因此该区浊积岩的研究理应引起重视。

鄂西—渝东地区是中、上扬子区结合部位，目前越来越多的钻井揭示该区龙马溪组中段普遍发育浊积砂岩，但受限于研究手段和资料点分布，研究区龙马溪组浊积岩的沉积特征及其分布仍未被系统地解析，主要表现在：①目前该区天然气勘探的重点在龙马溪组下部富有机质页岩段，龙马溪组中部浊积岩容易被忽视，甚至容易将其与“小河坝砂岩”混淆；②前人主要借助钻井岩心上典型的沉积构造以及测井响应等将其解释为浊积岩^[8-11]，由于缺乏精细的露头解析，使得证据不够充分，而且其平面展布特征更是鲜有提及；③深水浊积岩是目前油气勘探研究的热点^[12-13]，作为直接覆盖在富有机质页岩段之上的致密砂岩，具有何种特殊油气地质意义？目前关于这些方面的研究均较为薄弱。

通过对鄂西—渝东地区龙马溪组浊积岩典型露头观察与取样，开展浊积岩的精细露头解析，结合钻井和分析化验资料，系统阐述鄂西—渝东地区龙马溪组浊积岩沉积特征及发育模式，以期弄清中上扬子东南缘早志留世古地理格局，并为该区下一步的天然气勘探提供依据。

鄂西—渝东地区位于扬子板块中部(图 1)。该区经过晋宁运动形成稳定的地台沉积后，先后经历了加里东期、海西期、印支期、燕山期以及喜马拉雅期等重大构造演化阶段^[14]。受加里东运动的影响，早志留世早期，随着扬子陆块与华南陆块的碰撞，中上扬子东南缘形成江南雪峰古隆起，西南部形成黔中古隆起，东北部形成淮阳古隆起，使得中上扬子地区形成被周缘古隆起所限的滞留海盆^{[8, 11, 15]}，建造了龙马溪组下部的黑色富有机质页岩；伴随华夏板块向扬子板块持续往北西方向推挤，挤压逆冲造山带为扬子海域提供了大量的碎屑物质，建造了龙马溪组中部的浊积砂岩；到了龙马溪组沉积晚期，沉积中心继续往北西方向迁移，扬子海域水体继续变浅，建造了龙马溪组上部的浅灰色粉砂质页岩(图 2)。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 鄂西—渝东地区位置及石柱冷水溪剖面龙马溪组岩性特征 Fig. 1 Lithology of Longmaxi Formation in the outcrops at Lengshuixi of Shizhu in western Hubei o east Chongqing area

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 秀山—丰都—石柱—建深1井—五科1井龙马溪组地层对比(剖面位置见图 1) Fig. 2 Stratigraphic correlation of Longmaxi Formation at Xiushan-Fengdu-Shizhu-well Jianshen 1-well Wuke 1 profiles

本次研究选取石柱复向斜东翼石柱冷水溪露头剖面进行重点分析，该剖面在第9.2层开始出现砂岩，并呈现砂泥互层特征[图 3(a)]，砂岩单层厚度较稳定，而第12~13层浊积岩单层厚度达23.54 m，但沿地层走向厚度逐渐减薄直至尖灭[图 3(b)]。参照沃克提出的推进型海底扇理想沉积模式^[16] [图 4(a)]，石柱冷水溪剖面龙马溪组第9.2至第16层为典型的推进型浊积岩，第9.2层至第11层具有向上变粗的特征，对应浊积扇外扇或中扇叠复扇舌上无水道部分的浊积砂岩沉积，而第13层的中—厚层状浊积砂岩则具有向上变细的特征，对应于中扇叠复扇舌上辫状水道部分的浊积砂岩沉积，而第15~16层则为另一次浊流事件形成的扇体(参见图 1)。综合以上分析，认为石柱冷水溪剖面第9.2层至第16层具有典型的浊流沉积特征，且浊积砂岩所夹深灰色页岩泥质较纯，TOC质量分数可达1.3%~2.1%，代表该时期总体水体具有相对深水环境的特征。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 石柱冷水溪剖面龙马溪组浊积岩典型照片 Fig. 3 Typical pictures of turbidite at Lengshuixi profile in Shizhu

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 海底扇理想沉积模式及建深1井、秀山石堤龙马溪组浊积岩实测对比 Fig. 4 Measured contrast figure of Longmaxi turbidite in well Jianshen 1 and Xiushan-Shidi and sedimentary model of sea floor fans

以建深1井(38块样品)和秀山石堤(32块样品)为例，用岩石薄片鉴定的岩性对野外剖面和岩心描述进行校正，再依据Udden-Wentworth粒度分级^[16]进行砂岩结构组分统计。研究发现，建深1井4 868~4 892 m的薄层浊积体具有向上变粗的特征，为浊积扇外扇或中扇叠复扇舌上无水道部分的浊积砂岩沉积，4 918~4 908 m的2套中—厚层状浊积砂岩则具有向上变细的特征，为中扇叠复扇舌上辫状水道部分的浊积砂岩沉积，而4 860~4 840 m则为另一次浊流事件形成的扇体，具有向上变粗的特征，具中扇及外扇特征，为沃克推进型海底扇理想沉积模式中的典型浊积岩[图 4(b)]。按照同样方法发现本区西北部的丰都双流坝以及石柱冷水溪等地浊积岩均具海底扇沉积序列的中扇及外扇沉积特征，而秀山石堤浊积岩下部厚层块状砂岩和上部中层状浊积砂岩均表现为明显向上变细的特征[图 4(c)]，具海底扇内扇水道填充特征。

根据研究区187块薄片鉴定结果分析表明，本区砂岩类型主要为岩屑长石石英砂岩，其次为长石质石英砂岩、岩屑质长石砂岩等，其中岩屑长石石英砂岩占61.2%，长石质石英砂岩占23.1%，其他占15.7% (图 5)。石英体积分数为67.5%~83.0%，平均75.6%；长石体积分数为9%~25%，平均为17.0%；岩屑体积分数为3%~10%，平均为5.6%。砂岩成分成熟度较高，成分成熟度指数为2.27~5.53，平均为3.57。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 鄂西—渝东地区龙马溪组浊积砂岩类型 1.石英砂岩；2.长石石英砂岩；3.岩屑石英砂岩；4.岩屑长石石英砂岩；5.长石砂岩；6.岩屑长石砂岩；7.长石岩屑砂岩；8.岩屑砂岩 Fig. 5 Types of turbidite sandstone

粒度分析方面，通过对石柱冷水溪剖面187块样品粒度统计并作出粒度累计概率曲线，可以看见2种类型的曲线：①明显的双众数分布[图 6(a)]，为前期高水动力环境下沉积的粗粒由浊流、波浪等作用力整体带入相对较低能的环境中，与较细小的颗粒一起沉积下来，由于后期弱水动力不能对早期高能沉积物进行改造，因此在曲线上同时具有高能和低能沉积2种特征；②递变悬浮曲线特征，曲线呈圆滑状，悬浮次总体和跳跃次总体为平缓过渡关系，这表明沉积物长时间经过整体搬运，在重力作用下产生了粒度的分异。龙马溪组粒度C-M图上，表现为平行于C=M的一条直线分布[图 6(b)]，显示出浊流沉积的特征。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 石柱冷水溪龙马溪组浊积砂岩粒度统计曲线 Fig. 6 Statistical curve of the particle size of turbidite sandstone at Lengshuixi, Shizhu

根据野外露头观察，鄂西—渝东地区龙马溪组中段的沉积构造类型丰富，层理构造主要有块状层理、平行纹理、粒序层理和递变层理等；层面构造主要有底部冲刷面、底部槽模、波痕等。此外，包卷层理、重荷模、滑塌构造等变形构造可见于渝页1井^[10]。上述沉积构造及组合特征可以指示本区浊积岩的发育，并具有典型的鲍马序列。

块状层理。主要见于秀山石堤等地[图 7(a)]，其他地区不常见，其底部常可见冲刷面，与下伏地层突变接触，定向排列的泥砾较为发育[图 7(b)]，顶部常与递变层理过渡。层序组合对应于鲍马序列A段中下部，其岩性以细砂岩和粉砂岩为主。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 鄂西—渝东地区龙马溪组浊积岩典型沉积构造 (a)块状层理粉砂岩，秀山石堤；(b)泥砾定向排列，秀山石堤；(c)正粒序递变层理，正交偏光，石柱冷水溪；(d)平行层理和流水纹层粉砂岩，B段为平行纹层段，C段为流水纹层段，丰都双流坝；(e)具鲍马序列的细砂岩和粉砂岩，C段为厚层细砂岩呈楔状，D段为泥质粉砂岩与泥岩互层，E段为泥岩，丰都双流坝；(f)砂泥岩接触界线处可见冲刷面，三星1井，5 528 m；(g)波痕构造，武隆桐梓；(h)重荷模印痕，咸丰活龙坪；(i)石英颗粒呈点—线接触，武隆黄草 Fig. 7 Typical turbidite sedimentary structure of Longmaxi Formation

递变层理。本区较为常见，露头上表现为底部较平整，与块状层理过渡，顶部可与水平层理接触；镜下显示出粒度递变特征，通常为明显的正粒序；碎屑颗粒分选性差异性较大，磨圆度以次棱—次圆状为主[图 7(c)]。层序组合对应于鲍马序列A段上部，其岩性以粉砂岩为主。

平行纹理。本区西北一带较为常见，主要发育在块状层理和递变层理之上，顶部为波状层理[图 7(d)]或与薄层泥页岩互层[图 7(e)]。层序组合对应于鲍马序列B段和D段。岩性主要为粉砂岩和粉砂质泥岩。

波状层理。主要发育在水平纹理之上[图 7(d)]，底部和顶部一般较为平整。层序组合与鲍马序列C段对应。岩性主要为粉砂岩和泥质粉砂岩。

冲刷面。主要见于块状层理底部或砂泥岩接触界线处[图 7(f)]，在接触面上可见泥砾。

其他层理层面构造。本区还可见波痕等层理构造[图 7(g)]和重荷模构造[图 7(h)]，据梁超等^[10]研究渝页1井龙马溪组中段浊积岩中发育滑塌变形构造和包卷层理。

砂岩碎屑组分中石英以来自沉积岩的单晶石英为主，颗粒呈点—线接触[图 7(i)]，岩屑中以变质岩岩屑为主，火成岩岩屑和沉积岩岩屑含量低。

鄂西—渝东地区龙马溪组中部在岩性上主要为粉砂岩与泥岩互层，自然伽马测井和深电阻率测井比较灵敏，通过对焦页1井^[17]、建深1井等测井曲线的幅度、形态、光滑程度分析发现(图 2)，在龙马溪组中段测井上表现为自然伽马值较低，一般为50~180 API，变化幅度较大，齿化现象严重，曲线形态上常表现为钟形；电阻率值一般为30~50 Ω·m，幅度中等，呈齿状，钟形不明显，常出现在浊积沉积环境中。

野外露头及钻井资料分析表明，鄂西—渝东地区龙马溪组沉积早期发育深水相泥页岩，龙马溪组沉积中期发育具鲍马序列的浊积砂岩。参考沃克提出的海底扇沉积模式，结合露头资料和岩电组合特征，将该套浊积砂岩划分为浊积内扇、浊积中扇和浊积内扇等3个亚相。

该亚相总体位于大陆斜坡根部的峡谷出口处，是浊积岩搬运和沉积的主要通道。主要沉积物为河道充填沉积，岩石类型复杂，分选较差，具有块状层理、正粒序的递变层理和明显的冲刷面，多发育鲍马序列的A，B段，该亚相在本区主要发育于秀山石堤等地[图 8(a)]。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 龙马溪组浊积岩典型剖面沉积相分析 Fig. 8 Analysis of typical profile sedimentary facies of turbidite of Longmaxi Formation

该亚相位于内扇和外扇之间，开始发育分支水道，由于水体较深，水动力较弱，岩石类型以泥质粉砂岩、细砂岩和泥岩为主，且以B-E与C-E序列典型浊积岩为特征，GR曲线呈现明显的齿化异常。该亚相在本区主要发育于石柱—丰都等地[图 8(b)]。由于水道的迁移和加积作用，粉砂岩和细砂岩连续叠置出现，且分选较好，可形成孔渗较好的优质储层。

该亚相与中扇内部无水道部分相接，发育于地形较平坦的背景下，沉积物以薄层的泥质粉砂岩和泥岩为主，GR曲线呈较弱的齿化异常。不发育水道，发育鲍马序列的C-E序列和深水泥页岩，水平纹层及页理等，该亚相在本区主要发育于建深1井、焦石坝等地[参见图 4(a)]。

通过对比研究发现，本区浊积体在西北部浊积砂岩的厚度相对较薄，分选较好，成分与结构成熟度均较高，纵向上以中扇和外扇叠置为主，而东南部秀山等地浊积砂岩厚度较大，分选较差，成分/结构成熟度均较低，纵向上以内扇叠置为主(表 1)，反映该浊积体自秀山往渝东石柱—建深1井方向推进。

表 1(Table 1)

表 1 鄂西—渝东地区龙马溪组浊积砂体对比 Table 1 Comparison of turbidite sandstone in western Hubei to eastern Chongqing area 剖面/井名 砂体厚度/m 粒度旋回 分选 成分/结构成熟度 纵向叠置关系 秀山石堤 90 粗—细—粗—细—粗—细 差 低 内扇+内扇+中扇 丰都双流坝 30 细—粗—细—粗—细—粗—细 中等 中等 中扇+中扇+中扇 石柱冷水溪 23 细—粗—细—粗—细 中等 中等 中扇+外扇 建深1井 18 细—粗—细—粗—细 好 高 中扇+外扇

下载CSV 表 1 鄂西—渝东地区龙马溪组浊积砂体对比 Table 1 Comparison of turbidite sandstone in western Hubei to eastern Chongqing area

本区浊积岩主要发育在龙马溪组沉积中期，且浊积砂体展布具有明显的方向性。浊积岩类型方面，由秀山石堤等地的内扇沉积往北西方向变为中扇及外扇沉积；累计砂体厚度方面，靠近华夏古陆的溆浦两江浊积砂厚度超过100 m，秀山石堤厚度达90 m，远离华夏古陆的石柱、丰都、焦石坝等地砂体厚度一般为15~30 m，五科1井不发育浊积岩，总体上砂体累计厚度从南东往北西厚度具有减薄的趋势(图 9)；从砂体平面分布来看，本区浊积砂主要集中在渝东(石柱—焦石坝)，而渝东南分布面积较局限。因此，龙马溪组浊积岩自秀山向上扬子板块内部铺开，呈扇状分布。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 鄂西—渝东地区龙马溪组浊积砂平面分布 Fig. 9 Distribution of Longmaxi turbidite in western Hubei to eastern Chongqing area

众所周知，鄂西—渝东地区及周缘龙马溪组沉积早期为受限的深水陆棚^[17-19]，而龙马溪沉积中期分异作用较明显，海平面下降，周缘古隆起以及水下古隆起逐渐形成，“大隆大坳”的古地理格局愈加明显。据陈旭等^[20]研究，自奥陶纪赫南特期的全球海平面下降开始，黔中隆起和宜昌上升作为区域性的构造运动表现得更为明显，其影响范围主要波及鄂西以及黔西北一带(图 9)。受宜昌上升水下隆起的影响在湖北西部的宜昌长阳、巴东思阳桥以及宣恩高罗等地表现为水下隆起、间断和剥蚀，而受黔中隆起的影响，贵州西北部的遵义董公寺、印江合水以及沿河甘溪等地抬升露出水面并遭受剥蚀，出现龙马溪组近底部地层和观音桥层的间断，因此在宜昌上升和黔中隆起影响范围所夹持的区域呈现相对低缓的凹槽。此外，据耿良玉等^[21]研究，秀山地区从早志留世到特里奇期一直存在向扬子海开口的海湾，因此在其他地区相对隆升过程中，秀山等地处于相对低洼处，仍然可堆积沉积物。这些认识均已从古生物学、地层学^[22]和沉积学^[23]得到证实。

早志留世随着华夏板块与扬子板块的碰撞拼合，扬子克拉通内部发生前隆构造掀斜作用，古地理格局整体呈现南高北低，地形起伏较大，发育多个水下古隆起^{[18, 22]}，早期堆积了一套黑色泥页岩沉积建造，中期伴随断裂带、海底地震等构造活动持续加强^[11]，差异升降运动显著，斜坡带上部的粗碎屑物质在重力作用下崩塌并向下搬运至斜坡带下部沉积，使得大量粗碎屑物质通过宜昌上升和黔中隆起所夹持的相对低缓的秀山凹槽向北部扬子板块内部铺开，即来自华南古陆的粗碎屑物质通过秀山凹槽向扬子板块内部推进，从而形成往渝东方向呈大面积扇状分布的浊积岩序列。

考虑到中上扬子大部分地区龙马溪组均以细粒沉积物为主，较难反映早志留世构造-盆地演化过程以及古地理格局，来自隆起边缘的浊积岩可以作为当时构造-沉积响应的重要证据。

中上扬子地区龙马溪组天然气勘探已获证实，其中龙马溪组下段富有机质页岩既是有利的烃源岩，也可作为页岩气储层；龙马溪组中段浊积砂岩既可作为下部页岩气封存的顶板也可作为有利的致密砂岩储集体，是下一步天然气勘探的重要接替领域。

鄂西—渝东地区龙马溪组浊积砂体在横向上呈扇状连片分布，纵向上相互叠置，同时后期构造改造较强，有利于裂缝的形成，因此具备形成有利储层的条件。对中扬子地区98块浊积砂岩样品进行压汞实验，统计发现研究区储层物性变化较大，孔隙度为0.33%~9.70%，平均值为3.21%；渗透率为0.001~0.080 mD，平均值为0.031 mD。在平面上，西北部石柱—利川一带物性好于东南部秀山—黔江一带，其平均孔隙度为4.31%，平均渗透率为0.052 mD，而东南部平均孔隙度为2.63%，平均渗透率为0.022 mD。整体上，研究区浊积砂体为低孔低渗致密砂岩储层，但由于浊积砂岩非均质性强，中扇和外扇储层物性条件较好，且该区后期构造活动较强有利于裂缝的形成，可成为较好的致密砂岩储层。此外，龙马溪组浊积岩砂泥互层中的泥页岩具有有机质丰度高、有机质类型好、有机质成熟高等特征^[5]，为该区油气成藏奠定良好的物质基础，而龙马溪组上段粉砂质泥岩可以作为较好的盖层，具备良好的生储盖组合，而建深1井和焦石坝地区浊积砂良好的天然气显示^[24]进一步表明该套浊积砂具有很好的勘探潜力。

顶板作为含气页岩段之上的直接盖层既可以对页岩气的封存起着重要的作用，还会直接影响压裂效果。对石柱漆辽浊积砂12块样品进行微孔结构分析，孔隙半径主要为1.0~16.0 nm，平均值为8.65 nm，突破压力主要为1.60~5.55 MPa，平均值为3.62 MPa，反映浊积砂岩对下部含气页岩段具有较好的封盖作用。据胡东风等^[25]研究，焦石坝地区龙马溪组浊积砂岩在80 ℃条件下地层突破压力为69.8~71.2 MPa，对龙马溪组下段含气页岩段具有较好的封堵作用，下段页岩总体压裂效果较好，说明龙马溪组中段致密砂岩对页岩气层段具有很好的封堵效果。

(1) 鄂西—渝东地区龙马溪组中段砂岩位于下部富有机质页岩之上，岩石类型以岩屑长石石英砂岩为主，粒度曲线平行于C=M基线，沉积构造可见块状层理、水平纹理、包卷层理、递变层理和波状层理等，且具典型的鲍马序列，测井曲线上呈现明显的齿化现象，上述证据均表明龙马溪组中部砂岩具有典型的浊流特征。

(2) 鄂西—渝东地区西北部龙马溪组浊积岩具海底扇沉积序列的中扇及外扇沉积特征，而东南部龙马溪组浊积岩具海底扇内扇水道填充特征，结合浊积砂体纵向叠置方式和砂体厚度变化特征，反映龙马溪组浊积岩自秀山向上扬子板块内部铺开，呈扇状分布，这种扇状展布受区域构造活动和当时古地理格局控制。

(3) 鄂西—渝东地区龙马溪组中部浊积砂岩一方面具有较高的突破压力，另一方面具备形成有利致密砂岩储层的条件，因此既可作为下部页岩气封存的顶板也可作为有利的致密砂岩储集体。