伏美燕，李娜，黃茜，劉磊

1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059 2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059 3.杜倫大學(xué)地球科學(xué)系，英國(guó)杜倫 DH1 3LE

濱岸—淺?；旌铣练e對(duì)海平面與氣候變化的響應(yīng)
——以塔里木盆地巴麥地區(qū)石炭系為例

伏美燕1,2,3，李娜1,2，黃茜1，劉磊1

1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059 2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059 3.杜倫大學(xué)地球科學(xué)系，英國(guó)杜倫 DH1 3LE

陸源碎屑—碳酸鹽混積作用發(fā)生的環(huán)境特征尚不明確，導(dǎo)致對(duì)混積巖分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不足。以塔里木盆地巴麥地區(qū)石炭系為例，通過薄片觀察、礦物組成分析、主微量元素分析，對(duì)沉積環(huán)境和古環(huán)境特征參數(shù)進(jìn)行了研究。研究區(qū)混積巖發(fā)育在障壁濱岸、碳酸鹽巖局限臺(tái)地和開闊臺(tái)地。利用與混積強(qiáng)度相關(guān)性極好的Ti、Rb、K和Al的含量，將混積巖定量劃分為4級(jí)。利用Na/Ca比值、Na含量分析了古鹽度特征，Mn/Fe比值和Sr含量分析了古水深，用V/(V+Ni)比值反映了氧化還原條件，并利用Ti/Al，Mg/Sr反映了古氣候特征。研究結(jié)果表明II級(jí)以上混積均發(fā)生在濕潤(rùn)氣候下，而干旱氣候無(wú)明顯混積，并且混合沉積大部分發(fā)生在海平面下降階段。碳酸鹽巖開闊臺(tái)地的混積強(qiáng)度僅達(dá)I級(jí)，障壁濱岸和碳酸鹽巖局限臺(tái)地的混積強(qiáng)度較高，發(fā)育III級(jí)和IV級(jí)高度混積巖。不同沉積環(huán)境的混合沉積均對(duì)古氣候變化與相對(duì)海平面變化具有良好的響應(yīng)，是詳細(xì)的古環(huán)境變化記錄。

塔里木盆地；混合沉積；古環(huán)境；古氣候；海平面變化

0 引言

陸源碎屑—碳酸鹽混合沉積在當(dāng)前沉積學(xué)中研究較為薄弱，但又是一種常見的沉積過程。許多學(xué)者都希望能解釋各類混積物的形成原因，并在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面變化兩大控制因素上開展了大量研究工作[1-6]。同時(shí)，也有學(xué)者認(rèn)為陸架形態(tài)是控制混合沉積的重要因素之一[7-8]。然而，各個(gè)地質(zhì)時(shí)期在不同的構(gòu)造背景下似乎都發(fā)育著混合沉積，如震旦系[9]、寒武系[10-11]、奧陶系[12]、志留系[13-14]、泥盆系[1,15]、石炭系[16-17]、新近系[18-19]等。相比而言，海平面變化對(duì)混合沉積的影響似乎更加明顯，特別是冰室氣候下頻繁的海平面波動(dòng)更容易造成陸源砂—碳酸鹽組分混合沉積的發(fā)育[6,20]。從較小的尺度上來說，物源和氣候變化也被解釋為影響混合沉積發(fā)育的因素[2-3]。筆者通過對(duì)塔里木盆地石炭系混合沉積的研究[17]發(fā)現(xiàn)在同一沉積環(huán)境中混合沉積的程度是不同的，何種差異導(dǎo)致混積特征的變化目前尚不能被很好地解釋。

本文以塔里木盆地巴麥地區(qū)石炭系混積巖為例，通過地球化學(xué)參數(shù)來分析古環(huán)境特征。在海平面頻繁波動(dòng)的背景下，該地區(qū)石炭系發(fā)育碳酸鹽巖與碎屑巖交互沉積，并且層內(nèi)普遍發(fā)育陸源砂—碳酸鹽組分混積巖?；旆e巖類型包括碳酸鹽組分含量較低的混積型碎屑巖、陸源碎屑含量較低的混積型碳酸鹽巖，以及陸源碎屑—碳酸鹽比例相似的高度混積巖。通過巖石礦物組成和主微量元素組成來區(qū)分不同混積環(huán)境的差異，明確混合沉積發(fā)生的古環(huán)境差異，并以解釋混合沉積的控制因素。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地是位于我國(guó)西部的一個(gè)大型疊合盆地。石炭紀(jì)時(shí)，塔里木板塊從南至北漂移至北緯20度附近[21]，盆地西部為穩(wěn)定的克拉通上發(fā)育的內(nèi)坳陷盆地。隨著全球海平面上升，石炭紀(jì)是繼奧陶紀(jì)之后塔里木板塊的又一次大范圍海侵[22]。至晚石炭世，海侵范圍達(dá)到最高峰[23]，整個(gè)盆地甚至包括周緣隆起帶也部分被海水淹沒[24]。同時(shí)，石炭—二疊紀(jì)是全球最長(zhǎng)的大冰期，受岡瓦納成冰事件影響，從晚石炭世開始發(fā)育多個(gè)冰期—間冰期旋回[25-26]，導(dǎo)致海平面的頻繁波動(dòng)。早二疊世，塔里木板塊劇烈的構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致火山噴發(fā)，大量基性巖脈發(fā)育，成為海西晚期重要的構(gòu)造事件[27]。

研究區(qū)位于塔里木盆地西北部的巴麥地區(qū)，包括巴楚隆起和麥蓋提斜坡，地理位置見圖1。石炭紀(jì)時(shí)期兩個(gè)構(gòu)造單元之間尚未形成明顯的地形差異。麥蓋提斜坡石炭系發(fā)育大范圍硫酸鹽沉積[28]，指示了當(dāng)時(shí)干旱的氣候條件。

石炭系自下而上劃分為巴楚組、卡拉沙依組和小海子組，地層巖性、沉積環(huán)境與巖相分析確定的海平面變化見圖1。本文選取的混積巖樣品分布在巴麥地區(qū)的巴楚組下泥巖段，生屑灰?guī)r段和小海子組(圖1)。下泥巖段沉積背景為障壁濱岸砂泥質(zhì)互層沉積，中部夾約4 m厚的砂質(zhì)白云巖。生屑灰?guī)r段發(fā)育在碳酸鹽局限臺(tái)地，以重結(jié)晶生屑灰?guī)r、粉晶白云巖、泥微晶白云巖為主。小海子組發(fā)育在開闊臺(tái)地—臺(tái)地邊緣，分為上下兩個(gè)亞段，上亞段發(fā)育泥質(zhì)灰?guī)r，下亞段發(fā)育顆粒白云巖/灰?guī)r。

2 樣品與方法

本研究從塔里木盆地巴麥地區(qū)采集了3口井的巖芯樣品。巴楚組下泥巖段樣品采自BT3井、生屑灰?guī)r段樣品采自BK2井，小海子組樣品采自BT4井和BT3井。除普通薄片觀察外，還測(cè)定了礦物組成、元素組成和混積型碳酸鹽巖中不溶物的含量。利用不溶物含量與元素組成的相關(guān)性進(jìn)行混積強(qiáng)度的劃分，在此基礎(chǔ)上討論不同混積強(qiáng)度下混積巖的地球化學(xué)指標(biāo)差異，以指示沉積環(huán)境的鹽度、水深、氧化還原條件、古氣候和海平面變化情況。

將7塊小海子組混積型碳酸鹽巖樣品用5%的稀鹽酸溶蝕，除去其中的碳酸鹽礦物，再通過恒重的方法確定不溶物含量。利用日本理學(xué)DMAX-3C型 X射線衍射儀(XRD)分析確定了11塊巖石的礦物組成，以明確陸源碎屑和碳酸鹽組分的含量。17個(gè)全巖樣品的主要主微量元素組成使用ICP-AES(美國(guó) PE 公司 Optima 系列5300 V電感耦合原子發(fā)射光譜儀)分析確定。并且，利用Perkin-Elmer 公司ELAN DRC-e 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀( ICP-MS)補(bǔ)充檢測(cè)了17塊全巖樣品的V和Ni元素的組成。實(shí)驗(yàn)測(cè)試均在成都理工大學(xué)分析測(cè)試中心完成。

3 混積巖組成

石炭系縱向上交互的碳酸鹽巖和砂泥巖層構(gòu)成了混積層系。然而，在每一類相對(duì)較“純”的碳酸鹽巖或碎屑巖中，普遍發(fā)育著狹義的混積巖。按照筆者2012年的分類[17]，巖石混合組分中陸源碎屑或碳酸鹽組分含量超過5%的即可定義為混積巖。該地區(qū)狹義的混積巖可分為混積型碎屑巖、混積型碳酸鹽巖和高度混積巖。筆者[17]還使用混積強(qiáng)度的概念分析了該地區(qū)同一沉積環(huán)境中陸源碎屑與碳酸鹽組分混合的程度，并建議按陸源碎屑礦物和碳酸鹽礦物的相對(duì)含量將混積強(qiáng)度分為4級(jí)，劃分標(biāo)準(zhǔn)見文獻(xiàn)[17]。按照沉積環(huán)境來劃分，混積巖分別分布在障壁濱岸、碳酸鹽巖局限臺(tái)地和開闊臺(tái)地。

3.1 障壁濱岸相混積巖

早石炭世研究區(qū)沉積環(huán)境處于障壁濱岸潮間帶和潮下帶。潮間帶沉積泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)條帶，有時(shí)可見石膏團(tuán)塊，發(fā)育透鏡狀層理、蟲孔、泄水構(gòu)造，指示了生物量豐富的淺水環(huán)境。潮下帶發(fā)育膏云質(zhì)細(xì)砂巖，為一類混積型碎屑巖，含較多鈣質(zhì)顆粒以及硬石膏膠結(jié)物(圖2A)。該沉積環(huán)境中還發(fā)育厚度約4 m且穩(wěn)定分布的砂質(zhì)白云巖[17]，可能指示了海平面的上升。本文針對(duì)混積型碎屑巖和砂質(zhì)白云巖這兩類混積巖進(jìn)行了研究(圖2A，B)?；旆e型碎屑巖類型為膏云質(zhì)細(xì)砂巖，其中陸源碎屑占27%，碳酸鹽組分占20%，硬石膏占53%(表1)。按照筆者之前的分類[17]，膏云質(zhì)細(xì)砂巖陸源碎屑與碳酸鹽組分相當(dāng)，按照文獻(xiàn)[17]的劃分，屬于IV級(jí)高度混積巖。砂質(zhì)白云巖的陸源碎屑占20%，碳酸鹽組分占77%(表1)，屬于II級(jí)混積型碳酸鹽巖。

圖2 巴麥地區(qū)石炭系混積巖薄片照片A.含較多碳酸鹽顆粒的膏云質(zhì)細(xì)砂巖，硬石膏膠結(jié)，正交偏光，BT3井2 409.58 m；B.砂質(zhì)白云巖，被硬石膏部分膠結(jié)，正交偏光，BT3井2 424.9 m；C.粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖，單偏光，BK2井4 781.4 m；D.含砂微晶白云巖，單偏光，BK2井4 764.4 m；E.含砂重結(jié)晶生屑灰?guī)r，見較多陸源砂，正交偏光，BK2井4 774.92 m；F.殘余粒屑白云巖，含少量陸源砂，單偏光，BT3井1 918.02 m，藍(lán)色為鑄體；TD.陸源碎屑。Fig.2 Photo pictures of thin sections from mixed rocks of Carboniferous in Bamai area

圖3 巴麥地區(qū)石炭系巖芯照片A.砂泥交互沉積，見蟲孔，下泥巖段，BT3井；B.含石膏團(tuán)塊的微晶白云巖，生屑灰?guī)r段，BK2井；C.重結(jié)晶生屑灰?guī)r，見大量生物碎屑，生屑灰?guī)r段，BT3井；D.亮晶粒屑云質(zhì)灰?guī)r，BT4井Fig.3 Photo pictures of cores from Carboniferous in Bamai area

井號(hào)深度/m巖性分類混積強(qiáng)度[17]黏土礦物/%陸源碎屑/%碳酸鹽/%其他蒙脫石伊利石高嶺石石英白云母鉀長(zhǎng)石方解石白云石硬石膏黃鐵礦BK24762．45泥粉晶白云巖碳酸鹽巖031273124764．4微晶白云巖混積型碳酸鹽巖I5137924774．92重結(jié)晶生屑云質(zhì)灰?guī)r混積型碳酸鹽巖I680144781．4粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖高度混積巖IV222849BT31918．02殘余粒屑含灰云巖碳酸鹽巖012971921．48砂屑灰質(zhì)白云巖碳酸鹽巖01148501924．11粒屑云質(zhì)灰?guī)r碳酸鹽巖0139511924．11粒屑云質(zhì)灰?guī)r碳酸鹽巖013962409．58膏云質(zhì)細(xì)砂巖高度混積巖III32202218532424．9砂質(zhì)白云巖混積型碳酸鹽巖II121341762BT44312．11殘余粒屑灰質(zhì)白云巖混積型碳酸鹽巖I69841

3.2 碳酸鹽臺(tái)地相混積巖

碳酸鹽臺(tái)地相混積巖分別發(fā)育在局限臺(tái)地和開闊臺(tái)地相。早石炭世生屑灰?guī)r段沉積期研究區(qū)發(fā)育碳酸鹽局限臺(tái)地，以泥微晶白云巖、粉晶白云巖、重結(jié)晶生屑灰?guī)r(圖2，3)為主，該段沉積末期常見較多石膏團(tuán)塊(圖3B)，逐步向膏云坪演化。局限臺(tái)地受陸源物質(zhì)影響較明顯，從I級(jí)混積的含砂泥微晶白云巖至IV級(jí)粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖均發(fā)育(圖2)。晚石炭世小海子組沉積期是海侵范圍最大的時(shí)期，研究區(qū)發(fā)育開闊臺(tái)地—臺(tái)地邊緣相。小海子組顆粒粒徑相對(duì)較細(xì)的開闊臺(tái)地相灘相殘余粒屑白云巖(圖2)普遍存在混積特征，但陸源碎屑的輸入量相對(duì)其他環(huán)境少，混積巖類型主要以I級(jí)混積型碳酸鹽巖為主(表1)。然而，臺(tái)地邊緣相顆粒粒徑較大的亮晶礫屑灰?guī)r和核形石灰?guī)r無(wú)明顯混積作用。

4 古環(huán)境分析

4.1 陸源的影響

大離子親石元素Rb和高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti幾乎全部來自陸源碎屑，自生礦物中富集程度非常低，隨陸源物質(zhì)搬運(yùn)沉積[29]。Al、K也與陸源碎屑密切相關(guān)，在陸源鋁硅酸鹽礦物中富集。而Mg是海相元素，在海水中富集[14]。通過相關(guān)性分析，小海子組不溶物重量百分比與陸源元素Ti、Rb、K均具有極好的正相關(guān)性，與元素Al的正相關(guān)性較好，而與元素Mg具有極強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(圖4)。這種相關(guān)關(guān)系表明了陸源輸入量能夠通過Ti、Rb、K、Mg來定量表達(dá)。利用主微量元素判斷混積強(qiáng)度比利用XRD鑒定的礦物組成具有明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閷?duì)于含量較低的礦物利用X射線衍射法并不能準(zhǔn)確測(cè)定。通過對(duì)本研究中所有混積巖的主微量元素分析進(jìn)行投點(diǎn)后，建立了混積強(qiáng)度判別的元素含量標(biāo)準(zhǔn)(表2)，并按照該標(biāo)準(zhǔn)劃分了研究區(qū)不同等級(jí)混積巖的混積強(qiáng)度(表3)，與XRD劃分結(jié)果有一定差異。

按此表2的劃分標(biāo)準(zhǔn)，IV級(jí)混積的粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖發(fā)育在碳酸鹽巖局限臺(tái)地，III級(jí)混積的砂質(zhì)白云巖和膏云質(zhì)砂巖發(fā)育在障壁濱岸，II級(jí)混積的含砂重結(jié)晶生屑云質(zhì)灰?guī)r發(fā)育在碳酸鹽巖局限臺(tái)地，I級(jí)混積的含砂泥微晶白云巖發(fā)育在碳酸鹽巖局限臺(tái)地。另外，I級(jí)混積巖也發(fā)育在開闊臺(tái)地相沉積的含砂殘余粒屑白云巖。障壁濱岸—碳酸鹽巖臺(tái)地的沉積背景下混積巖的分布特征見圖5。

4.2 古鹽度

古鹽度是混合沉積發(fā)生環(huán)境的重要參數(shù)。元素Na的含量，Na/Ca、K/Na比值通常能反映沉積水體鹽度，隨鹽度增大而增大[14]。碎屑障壁濱岸的III級(jí)混積的膏云質(zhì)細(xì)砂巖中石膏的大量沉淀可能指示了高鹽度的沉積或成巖環(huán)境，K/Na比值相對(duì)較高，為2.021。但該混積巖中的石膏均為膠結(jié)物，形成于成巖階段。該混積巖中Na含量?jī)H為3 833 μg/L，Na/Ca比值也較小，為0.028(表4)。較高的K/Na比值與該樣品中陸源碎屑的比例較大且Na含量較低有關(guān)。因此， III級(jí)混積的膏云質(zhì)細(xì)砂巖的沉積古鹽度較低。陸源碎屑的大量輸入與淡水影響有關(guān)。類似Tucker[6]的研究，海平面下降造成的河流下切作用增強(qiáng)導(dǎo)致濱岸帶陸源碎屑的輸入增多。K/Na比值針對(duì)陸源砂為主的樣品并不能很好地指示古鹽度。同樣具有III級(jí)混積的砂質(zhì)白云巖的鹽度則較高，Na含量7 068 μg/L，Na/Ca比值相對(duì)較高，為0.048，高于正常海相沉積的碳酸鹽巖開闊臺(tái)地相的樣品。這套厚約4 m的砂質(zhì)白云巖夾在砂泥互層沉積物中，指示了海平面上升導(dǎo)致相帶從淺水的潮上/潮間帶向潮下帶過渡，來自潮上帶的蒸發(fā)回流導(dǎo)致潮下普遍發(fā)生白云石化引起鹽度增高。

圖4 小海子組不溶物重量百分比與Ti, K, Rb, Al的相關(guān)性分析圖Fig.4 The cross plots among weight percentage of insoluble material and element Ti, K, Rb, Al

混積強(qiáng)度RbTiKAl0級(jí)<1．5<75<46<4064I級(jí)1．5～1075～25046～20774064～8049II級(jí)10～30250～5002077～49798049～13741III級(jí)30～94500～18054979～2012813741～43453IV級(jí)>94>1805>20128>43453

表3巴麥地區(qū)石炭系混積巖混積強(qiáng)度判別結(jié)果

Table3ThemixeddegreesofCarboniferousmixedrocksinBamaiarea

井號(hào)深度/m層位混積強(qiáng)度元素/(μg/L)KTiAlRbBT31918．02小海子組0級(jí)351．6948．794993．071．621921．480級(jí)358．0055．506090．000．771924．11I級(jí)2171．52225．679619．018．891924．11I級(jí)1907．77236．829415．5410．111924．11I級(jí)2300．25251．007262．5025．622409．58下泥巖段III級(jí)7745．57876．1716843．4927．622424．9III級(jí)5217．07758．9813083．3326．87BK24762．45生屑灰?guī)r段I級(jí)1565．69162．755973．049．864764．4I級(jí)1956．55198．616901．699．694774．92II級(jí)3045．00333．758732．5021．644779．69I級(jí)1100．7599．255087．5023．034781．4IV級(jí)32100．002735．0067950．00150．564783．910級(jí)774．5875．224533．273．00BT44312．11小海子組I級(jí)643．00193．756555．003．694306．97I級(jí)586．5099．206792．482．364316．090級(jí)327．0937．733698．150．964317．550級(jí)535．2546．503880．00

圖5 濱岸—淺海沉積環(huán)境混合沉積物的混積強(qiáng)度分布模式圖Fig.5 The distribution model of mixed sedimentation degree in shoreline-neritic environment

碳酸鹽巖局限臺(tái)地IV級(jí)混積的粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖的鹽度明顯高于其他樣品，Na含量7 053 μg/L， Na/Ca比值為0.072(表4)。這表明局限臺(tái)地環(huán)境中的IV級(jí)混積發(fā)生在高鹽度的蒸發(fā)較強(qiáng)的環(huán)境。II級(jí)混積巖含砂重結(jié)晶生屑灰?guī)r的古鹽度較低，Na含量5 322 μg/L，Na/Ca比值為0.015(表4)，明顯低于生屑灰?guī)r段其他白云巖，指示了生屑灘可能受到大氣降水的影響。其他I級(jí)混積巖的鹽度相對(duì)中等，Na/Ca比值0.021～0.033，Na含量6 861～8 107 μg/L。另外，無(wú)明顯混積作用的白云巖的鹽度最低。

碳酸鹽巖開闊臺(tái)地I級(jí)混積發(fā)生在兩類環(huán)境中。一類是局部暴露面之下的I級(jí)混積的粒屑灰質(zhì)白云巖，具有較低的鹽度，Na/Ca比值0.017～0.019，Na含量6 170～7 261 μg/L，可能受大氣降水影響。另一類I級(jí)混積的泥晶生屑白云巖的鹽度則較高，Na/Ca比值0.034，Na含量7 810 μg/L，沉積在低能灘。由于低能灘可能受周圍灘體包圍，海水交換不暢，蒸發(fā)過程造成鹽度偏高。BT3井1 918.02 m無(wú)明顯混積作用的灘相殘余粒屑白云巖的鹽度較高，Na/Ca比值0.033，可能在海侵背景下因?yàn)橥硎渴赖谋覛夂蛟斐闪撕Ｋ疂饪s鹽度升高。其余無(wú)混積作用的碳酸鹽巖鹽度中等。

4.3 氧化還原條件

沉積環(huán)境的氧化還原條件可依據(jù)Cr含量， Ce異常，(La/Yb)N，V/ (V+ Ni)，Cu/Zn等指標(biāo)分析[29-31]。然而，這些參數(shù)對(duì)于礦物組成復(fù)雜、且同時(shí)具有陸源碎屑與碳酸鹽巖特征的混積巖的指示結(jié)果有較大偏差，尚難以準(zhǔn)確分析。結(jié)合具體沉積環(huán)境特征，V/ (V+ Ni)能夠較好反映混積巖的氧化還原性。V/ (V+ Ni) ≥0.6指示海水弱分層的弱還原環(huán)境，V/ (V+Ni) ≥0.84指示海水強(qiáng)分層的靜海還原環(huán)境[32]。

按照V/ (V+Ni)比值(表4)，碎屑障壁濱岸III級(jí)混積的膏云質(zhì)細(xì)砂巖沉積在氧化環(huán)境，III級(jí)混積的砂質(zhì)白云巖沉積在弱還原環(huán)境。碳酸鹽巖局限臺(tái)地的IV級(jí)混積的粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖沉積在還原環(huán)境，可能為局限滯留水體造成的還原條件。局限臺(tái)地的I～I(xiàn)I級(jí)混積巖均沉積在氧化環(huán)境，指示了含氧量較高的淺水環(huán)境。碳酸鹽巖開闊臺(tái)地I級(jí)混積樣品由于處于局部暴露面之下也具有氧化環(huán)境特征，而界面之上的無(wú)混積作用的樣品表現(xiàn)為還原環(huán)境特征。

4.4 古水深

元素Sr相對(duì)含量和Mn/Fe比值均可指示沉積水體的深淺[14,33]。元素Sr主要存在于碳酸鹽礦物中，但也有其他賦存方式，因此對(duì)于陸源碎屑含量較高的混積巖并不適用。碳酸鹽局限臺(tái)地相的IV級(jí)粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖以白云母和石英為主，硅酸鹽來源Sr較少，Sr含量明顯較低，僅129 μg/L(表4)，可指示較淺的沉積水體。同一環(huán)境中無(wú)明顯混積的生屑灰?guī)r的Sr含量最高，指示了沉積環(huán)境水體較深。

Mn/Fe比值越大表明水體越深，離物源越遠(yuǎn)[14,33]。碳酸鹽局限臺(tái)地IV級(jí)粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖的Mn/Fe最小，為0.005，Mn含量低且Fe含量達(dá)24168 μg/L，表明離物源較近。其他樣品的沉積水體均稍深，Mn/Fe，0.010～0.068。障壁濱岸相的III級(jí)混積砂質(zhì)白云巖的Mn/Fe最高，達(dá)到0.159，Mn含量高達(dá)539 μg/L，表明碎屑潮坪的混積發(fā)生在較深水的潮下地區(qū)，并且具有較高的鹽度和弱還原特征。膏云質(zhì)細(xì)砂巖的Mn/Fe僅為0.022，陸源碎屑比例高于砂質(zhì)白云巖的情況下Mn含量?jī)H為132 μg/L，表明其沉積在較淺的水體中，對(duì)應(yīng)于氧化環(huán)境和較低的鹽度。

4.5 古氣候

古氣候通常認(rèn)為是控制混合沉積的因素之一[2-4]。濕潤(rùn)或干旱氣候，以及氣溫的變化對(duì)物源供給和碳酸鹽產(chǎn)率都存在直接影響。Ti/Al比值越大代表氣候越濕潤(rùn)，由于濕潤(rùn)氣候下Ti比Al更穩(wěn)定[29]。IV級(jí)混積的粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖，III級(jí)混積的膏云質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)白云巖的Ti/Al比值都較大，代表氣候更加濕潤(rùn)的環(huán)境。在濕潤(rùn)氣候條件下陸源碎屑供給具有明顯增多的趨勢(shì)。無(wú)明顯混積作用的樣品Ti/Al比基本小于0.012，I級(jí)混積Ti/Al比基本在0.012～0.035之間，II級(jí)混積Ti/Al比為0.038，III級(jí)以上混積的Ti/Al大于0.038。由此可見，在研究區(qū)濕潤(rùn)和干旱條件對(duì)于混合沉積的程度存在重要影響。

Mg/Sr能反映海水溫度，Mg與溫度變化正相關(guān)，而Sr基本不受溫度影響[14]。碳酸鹽巖開闊臺(tái)地相沉積的粒屑白云巖，處于局部暴露面之上，無(wú)明顯混積作用，其Mg/Sr比最大，而在界面之下Mg/Sr非常低，表明暴露階段氣溫較低，氣候寒冷。隨著暴露之后的海平面再次上升，明顯變?yōu)闇嘏臍夂驐l件。碳酸鹽巖局限臺(tái)地相的IV級(jí)粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖的Mg/Sr比值高出相鄰樣品一個(gè)數(shù)量級(jí)，代表了混積發(fā)生時(shí)存在氣溫的突然升高。接近生屑灰?guī)r段頂界面的兩個(gè)樣品的Mg/Sr為449～629比下伏白云巖的比值高一個(gè)數(shù)量級(jí)，反映了該段沉積末期氣候變得炎熱，并且在巖芯中常見石膏(圖3B)。障壁濱岸的III級(jí)混積膏云質(zhì)細(xì)砂巖的Mg/Sr比較低，指示了較低的氣溫。III級(jí)混積的砂質(zhì)白云巖的Mg/Sr相對(duì)較高，表明溫度高于膏云質(zhì)細(xì)砂巖沉積期。

5 混合沉積對(duì)相對(duì)海平面變化和氣候的響應(yīng)

通過古環(huán)境分析，可以發(fā)現(xiàn)混合沉積的發(fā)生絕不單純是普遍發(fā)生的相緣混合或是事件作用導(dǎo)致的間斷混合，而是詳細(xì)記錄了古環(huán)境的變化。石炭紀(jì)塔里木板塊處于北緯20度附近[21]，熱帶季風(fēng)氣候?qū)е略摰貐^(qū)干濕交替。在濕潤(rùn)條件下，化學(xué)風(fēng)化增強(qiáng)，物源輸入增加，較強(qiáng)的混合沉積首先發(fā)生在臨近物源的地區(qū)。根據(jù)對(duì)不同混積巖古環(huán)境分析的結(jié)果，II級(jí)以上混合沉積均發(fā)生在濕潤(rùn)的氣候條件，并大部分發(fā)生在海平面下降階段(表5)。僅在略偏低I級(jí)混積強(qiáng)度下時(shí)才發(fā)生在炎熱較干燥的環(huán)境。無(wú)混積作用的純碳酸鹽沉積發(fā)生在干冷或干熱氣候下。干燥氣候造成的非常弱的化學(xué)風(fēng)化導(dǎo)致此時(shí)缺乏陸源碎屑來源。因此，研究區(qū)混合沉積的發(fā)育主要體現(xiàn)了對(duì)氣候的響應(yīng)，是古氣候變化的重要指示。

氣溫的變化還可能與水動(dòng)力強(qiáng)度有關(guān)。偏寒冷的氣候伴隨著沿岸強(qiáng)勁的風(fēng)，從而形成較強(qiáng)的沿岸流，使得在水體較深的環(huán)境中也能產(chǎn)生混積，例如III級(jí)混積的砂質(zhì)白云巖。然而，在炎熱氣候下，風(fēng)力減弱，沿岸流的影響范圍縮小，但在潮間的藻類能夠在較弱的物源輸送下捕集陸源碎屑，同樣能夠形成混積巖，例如潮間帶含砂微晶白云巖。

混合沉積同時(shí)對(duì)海平面周期性變化有所響應(yīng)。障壁濱岸和碳酸鹽巖局限臺(tái)地存在由海平面波動(dòng)造成的混合沉積環(huán)境。相對(duì)海平面下降能造成河流下切作用增強(qiáng)，導(dǎo)致濱岸帶的陸源輸入量增加[6]?；旌铣潭茸罡叩腎V級(jí)粉砂質(zhì)云質(zhì)混積巖發(fā)育在海平面下降、水體變淺的環(huán)境中，并且鹽度較高，還原性較強(qiáng)，發(fā)育在濕熱氣候下的局限滯留水體中(表4，5)。在碳酸鹽巖局限臺(tái)地的灘相環(huán)境，由于海平面下降，水體變淺，由沿岸流搬運(yùn)作用造成低能灘相泥晶生屑灰?guī)r中混入較多陸源碎屑，經(jīng)成巖改造，形成II級(jí)混積的含砂重結(jié)晶生屑灰?guī)r。而在海平面上升過程中產(chǎn)生的混積存在兩種情況：1)隨海平面上升，從碎屑巖沉積環(huán)境過渡為碳酸鹽混積環(huán)境，碳酸鹽產(chǎn)率增高，在碎屑巖與碳酸鹽巖沉積交互區(qū)形成混積巖，如潮下沉積的砂質(zhì)白云巖(表5)。2)在潮濕氣候下潮間藻類的發(fā)育有助于在近物源方向捕獲相對(duì)更多的陸源碎屑，如含砂泥微晶白云巖(表5)。

表4 巴麥地區(qū)石炭系混積巖地球化學(xué)參數(shù)對(duì)古環(huán)境的指示

表5 混積巖的古環(huán)境特征及其對(duì)海平面變化和古氣候的響應(yīng)

6 結(jié)論

本文針對(duì)塔里木盆地石炭系混積巖進(jìn)行了巖石組成和沉積相分析，利用混積巖的地球化學(xué)參數(shù)分析了古環(huán)境特征，指出了混合沉積對(duì)古氣候和相對(duì)海平面變化存在明顯響應(yīng)，并得到以下結(jié)論：

(1) 塔里木盆地石炭系發(fā)育在濱岸—淺海沉積環(huán)境中，形成了縱向上碳酸鹽巖與碎屑巖交互沉積的混積層系，并且層內(nèi)也存在不同程度組分上的混合沉積。根據(jù)Ti、Rb、K、Al元素含量將混積巖的混合程度重新劃分為4級(jí)。II、III、IV級(jí)混積均發(fā)育在濕潤(rùn)氣候下，僅I級(jí)混積發(fā)育在半濕潤(rùn)氣候下，大部分混積過程伴隨著海平面的下降。

(2) 能夠用于混積巖的古環(huán)境分析的地球化學(xué)參數(shù)包括Na含量、Na/Ca比、Ti/Al、Mg/Sr、V/(V+Ni)和Mn/Fe，分別反映古鹽度、古氣候、氧化還原條件和古水深。

(3) III級(jí)以上的混積巖對(duì)環(huán)境的記錄最明顯。膏云質(zhì)細(xì)砂巖發(fā)育III級(jí)混積，沉積在鹽度較低，氧化的淺水環(huán)境，氣候濕冷，伴隨海平面下降；砂質(zhì)白云巖發(fā)育III級(jí)混積，沉積在鹽度較高，弱還原的較深水環(huán)境，氣候溫暖濕潤(rùn)，伴隨海平面上升。IV級(jí)混積發(fā)育在碳酸鹽巖局限臺(tái)地還原性淺水滯留水體環(huán)境中，伴隨海平面下降。

關(guān)于“思維的無(wú)意識(shí)性”，雷可夫和約翰遜認(rèn)為:“我們大多數(shù)腦力運(yùn)動(dòng)和智力操作是無(wú)意識(shí)的，保守一點(diǎn)說，至少有95%的思維是無(wú)意識(shí)的，我們的所有知識(shí)和信念都是在概念系統(tǒng)的框架內(nèi)，而這個(gè)概念系統(tǒng)大多處在認(rèn)知的無(wú)意識(shí)中?！保?］11-13這一論斷與當(dāng)今認(rèn)知科學(xué)的觀點(diǎn)相悖。當(dāng)今認(rèn)知科學(xué)認(rèn)為，認(rèn)知是有意識(shí)和無(wú)意識(shí)共同作用的結(jié)果，認(rèn)知過程既需要大腦無(wú)意識(shí)的自動(dòng)性作用，也需要有意識(shí)的主動(dòng)性控制［7］，需要一連串有意識(shí)的大腦活動(dòng)［8］。體驗(yàn)哲學(xué)“絕大多數(shù)認(rèn)知都是無(wú)意識(shí)的”觀點(diǎn)過于極端，而認(rèn)知科學(xué)的“認(rèn)知的有意識(shí)加無(wú)意識(shí)性”的觀點(diǎn)相對(duì)比較客觀。

致謝：感謝成都理工大學(xué)鄧苗、胡子文副教授和彭秀紅教授為本文提供實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試。

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Shoreline-neriticMixedSedimentationResponsetoSeaLevelChangeandPaleoclimate:AcasestudyfromCarboniferousinTarimBasin

FU MeiYan1,2,3, LI Na1,2, HUANG Qian1,2, LIU Lei1

1.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation(ChengduUniversityofTechnology),Chengdu610059,China3.DepartmentofEarthScience,DurhamUniversity,DurhamDH1 3LE,UK

The characteristics of siliciclastic-carbonate mixed sedimentary environment still remains unknown, resulting in poor understanding of distribution of mixed rock. In this study, the sedimentary environments and environmental parameters of Carboniferous in Bamai area, Tarim Basin are deeply studied, using observation of thin sections, measurement of minerals composition, and elements composition. The mixed rocks were deposited, carbonate restricted platform and open platform. The concentrations of Ti, Rb, K, Al are used to divide the degrees of mixed sedimentation into four levels due to their good relationship with the degree of mixing. The salinity was reflected by Na content and Na/Ca. The depth of water was reflected by Mn/Fe and Sr content. The redox condition was reflected by V/(V+Ni). And, the paleoclimate was analyzed from Ti/Al and Mg/Sr. The result of geochemical indices shows the mixed sedimentation beyond II level occurred at humid climate, while there was no obvious mixing at arid climate. Meanwhile, most mixed sedimentation accompanied by sea level fall. On the open platform, there was only I level mixed sedimentation, while III-IV level mixed sedimentation developed on the barrier coast and restricted platform. The mixed sedimentation in each depositional environment can record the change of sea level and paleoclimate.

Tarim Basin; mixed sedimentation; paleo-environment; paleoclimate; sea level change

1000-0550(2017)06-1110-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.06.003

2017-04-20；收修改稿日期2017-05-29

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41402096)[FoundationNational Natural Science Foundation of China, No. 41402096]

伏美燕，女，1982年出生，博士，副教授，油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與油藏地球化學(xué)，E-mail: fumeiyan08@cdut.cn

P512.2 P595

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