基于野外露头特征,结合区域构造背景,综合钻井及地球物理资料,利用宏观与微观观察、地球化学元素测试、总有机碳含量及镜质体反射率测定等对四川盆地北部中二叠统茅口组沉积特征进行研究。结果表明,在中二叠统茅口组沉积晚期,川北地区广元—旺苍一带存在一套富有机质的深水沉积,该套地层自北西向南东方向分布,厚10~30 m,以硅质岩、硅质泥岩等为主夹重力流沉积。硅质岩、硅质泥岩单层厚度薄、层面平整,富含硅质放射虫、海绵骨针及体小壳薄的腕足类生物化石,具有典型的深水海槽相沉积特征。地球化学测试硅质岩类中的铜、钴、钼、镍等元素含量以及镍与钴含量的比值等指标均指示此套沉积属深水还原环境下的产物,其 TOC值为3.21%~8.19%,平均值为5.53%,具有良好的生烃能力。海槽南侧为较高能的台地边缘相区,沉积的主要是厚层块状泥-亮晶生物（屑）灰岩,有利于储集层的形成。茅口组沉积晚期,扬子板块西北缘勉略洋壳向北俯冲与“广元—旺苍”海槽的形成提供了内在动力条件。从该海槽的发育位置、沉积特征和形成动力来看,与前人提出的晚二叠世“开江—梁平”海槽相似,因此认为“开江—梁平”海槽在中二叠世晚期就已经具有雏形。图13表2参37
Based on outcrop characteristics, combined with regional tectonic background, drilling and geophysical data, the sedimentary characteristics of the Middle Permian Maokou Formation in the northern Sichuan Basin was studied by means of macroscopic and microscopic observation, geochemical element test, total organic carbon content and vitrinite reflectance measurement. There is a set of deep-water sediments rich in organic matter in the Guangyuan-Wangcang area of northern Sichuan during the late depositional period of the Middle Permian Maokou Formation. The strata are distributed from northwest to southeast, with thickness of 10-30 m, mainly composed of siliceous rocks and siliceous mudstones, intercalated with gravity flow deposits. Siliceous rocks and siliceous mudstones are characterized by thin single layer, flat bedding and rich siliceous radiolarians, calthrop and brachiopod with small body and thin shell, belonging to the typical sedimentary characteristics of deep-water trough facies. The contents of Cu, Co, Mo, Ni and the ratio of Ni to Co in the geochemical tests all indicate that the siliceous rocks are products of deep-water reducing environment. The TOC value ranges from 3.21% to 8.19%, with an average of 5.53%, indicating that the siliceous rocks have good hydrocarbon generation ability. The south side of the trough is in platform margin facies with high energy, and the sediments are mainly thick massive micritic-calcsparite biogenic (clastic) limestone, which is conducive to the formation and evolution of the reservoir. During the late sedimentary period of the Maokou Formation, the northward subduction and extension of the oceanic crust at the northwestern margin of the Yangtze Plate provided the internal dynamic conditions for the formation of the “Guangyuan-Wangcang” trough. According to the location, sedimentary characteristics and formation dynamics of the trough, it is similar to the “Kaijiang-Liangping” trough during Late Permian proposed by previous researchers. It is believed that the “Kaijiang-Liangping” trough already had its embryonic form during the Late Middle Permian.
2.1.1 海槽
川北地区茅口组沉积晚期海槽内沉积与上部上二叠统大隆组相似, 纯硅质岩占比不高, 岩性以暗色中— 薄层状硅质泥岩、硅质灰岩、灰质硅岩夹浅色透镜状、中— 薄层状重力流沉积为主（见图4）。硅质岩类整体呈黑灰色薄层状（见图4a）, 岩性致密, 含较多硅质放射虫、海绵骨针等深水浮游生物（见图4b）, 层面上分布大量体小壳薄的完整腕足生物化石（见图4c）, 完整菊石类化石较少（见图4d）。透镜状重力流沉积的岩性以泥晶生屑灰岩、含砂屑-砾屑灰岩常见, 底与下伏地层呈突变侵蚀接触, 之上正粒级递变层理明显（见图4e）。中— 薄层状重力流灰岩多由含粉屑和砂屑的生物（屑）灰岩构成, 具有正粒级递变层理, 属于远源重力流沉积, 夹于大套暗色的硅质岩中（见图4f）。其组合特征表明, 海槽水体深、能量低, 间歇性受到重力流的影响。
2.1.2 海槽南侧台缘带
海槽北侧及东南侧因缺少野外露头剖面、钻井和地震资料而难于确定。但目前可以确定的是在海槽最北侧的南江桥亭— 通江诺水河一线茅口组顶部仍然存在该套深水沉积。因此, 推测海槽北侧位于该线以北地区。
本研究对广元车家坝剖面茅口组顶部取样并进行相关地球化学分析, 采样位置如图2c所示, 采样间隔约1 m, 其中茅口组三段（简称“ 茅三段” ）生屑灰岩样品4个, 茅四段硅质岩类样品12个, 重力流样品3个。主量、微量稀土元素测试结果如表1所示。茅三段与茅四段主要岩性形成条件显示出较大差异, 地球化学特征规律性明显（见图6）。
2.2.1 水体深度指示
2.2.2 氧化-还原指示
2.2.3 硅质岩形成构造背景
地层厚度上同样可以明显看出茅口组沉积晚期海槽区及台地区地层的沉积差异。茅口组沉积早中期, 研究区整体处水体较深的开阔台地环境, 形成的地层厚度稳定, 大致为130~200 m, 到了茅口组沉积晚期, 长江沟— 车家坝— L17井区一带茅口组厚度较薄, 而该带南部的ST1井区地层较厚, 推测其原因很可能是由于茅口组沉积晚期长江沟— 车家坝— L17井区一带整体处于欠补偿沉积状态, 因该部位水体急剧加深, 沉积速率低于沉积基底下降速率, 导致其沉积厚度较薄; 而该带以南的ST1井区为正常水体沉积, 沉积速率高于深水沉积环境, 故呈现出较为明显的地层厚度差异。
地震剖面上茅口组至长兴组顶底界线清晰, 长兴组顶界在台内对应波峰反射, 海槽内对应一个振幅强的波谷反射, 吴家坪组顶界表现为中— 强的波峰反射, 茅口组顶界为强波峰反射, 且横向可进行对比追踪（见图12a）。从过YB7井、L17井地震剖面可以看出, 茅口组上部地层自西南向东北方向沉积厚度明显减薄, 台缘— 斜坡— 海槽地震反射特征清晰明显（见图12b）。L17井区域茅口组厚度较薄, 并具有平行强反射特征, 属海槽相沉积部位; 由L17井向YB7井方向地层逐渐增厚, 在靠近YB7井处出现低频、倾斜强反射的斜坡相发射特征, 且斜坡坡度较大, 地震剖面显示可能具有沉积断裂特征; 至YB7井位置地层厚度达到最大, 地震剖面表现为隆起状或丘状, 同时具有一定上超特征, 并且在茅口组上部出现空白或断续杂乱反射, 不具备沉积分层结构, 呈现出典型的台地边缘滩相反射特征。此外, 在地震剖面上垂向对比茅口组台地边缘位置与长兴组台地边缘位置, 发现相对茅口组台缘而言, 长兴组台缘位置具有由海槽向台地边缘迁移的特征, 说明在川北地区中晚二叠世的构造沉积演化过程中此海槽在长兴组沉积期范围扩大。
从“ 广元— 旺苍” 海槽的形成动力或是形成位置上看, 其均与“ 开江— 梁平” 海槽相似, 并且其形成时间要早于“ 开江— 梁平” 海槽, 说明在中二叠统茅口组沉积晚期“ 开江— 梁平” 海槽在四川盆地北部就已经具有一定规模。由此可认为川北地区的“ 广元— 旺苍” 海槽即是“ 开江— 梁平” 海槽之雏形。
本文从四川盆地构造沉积背景深入分析, 结合野外露头、钻井、地球化学及地球物理等资料, 证实川北地区中二叠统茅口组沉积晚期存在一套深水海槽相沉积, 主要分布在广元— 旺苍一带, 并向东南部延伸和收敛, 西南侧展布至元坝、龙岗地区, 向东北发育至南江桥亭、通江诺水河一线。此海槽自北西向南东方向展布, 属于深水低能缺氧的还原环境, 岩性以富有机质硅质岩类为主, 富含深水生物化石, 层厚10~30 m, TOC平均值为5.53%, Ro平均值为1.219%, 为较优质的烃源岩层段, 生气能力较强。
海槽周缘广泛发育台地边缘滩与台内点滩相储集层, 海槽南侧的台地边缘分布在剑阁— 元坝— 龙岗一线。岩性以灰色厚层块状泥-亮晶生物（屑）灰岩为主, 具有少量粒内溶孔、粒间溶孔、生物体腔孔等, 如经过强白云石化和溶蚀作用的改造, 储集性能更佳。在空间分布上与海槽内优质烃源岩形成旁生侧储及上生下储的良好源储配置关系, 为油气成藏提供了优越条件。
“ 广元— 旺苍” 海槽的发育位置及沉积特征与前人提出的晚二叠世“ 开江— 梁平” 海槽基本一致, 其形成动力相似且形成时间早于“ 开江— 梁平” 海槽, 表明“ 开江— 梁平” 海槽在中二叠世茅口组沉积晚期就已经具有一定雏形, 二者之间存在明显的继承性。