摘 要 【目的】混積巖同時(shí)具有指示水體化學(xué)條件和生物活動(dòng)的碳酸鹽組分以及指示物源區(qū)性質(zhì)和風(fēng)化過程的碎屑組分,因而在古環(huán)境和古氣候研究方面具有獨(dú)特價(jià)值?!痉椒ā亢浼o(jì)早期上揚(yáng)子克拉通北部漢南—米倉山古陸周緣混合沉積非常發(fā)育,以陜西南鄭朱家壩剖面仙女洞組為例,對研究區(qū)混積巖特征開展了系統(tǒng)的巖相學(xué)和沉積學(xué)研究?!窘Y(jié)果與結(jié)論】混合沉積形成于海退背景下由中緩坡向內(nèi)緩坡轉(zhuǎn)變的過渡環(huán)境,且混積程度具有規(guī)律性,即在多個(gè)向上變淺序列的中部最為發(fā)育,在每個(gè)序列底部和頂部分別為碎屑組分主導(dǎo)和碳酸鹽組分主導(dǎo)(或清水碳酸鹽沉積)。中緩坡環(huán)境下以碎屑組分沉積為主,碳酸鹽組分除小型原地生物礁外,主要來自淺水環(huán)境搬運(yùn)的細(xì)粒沉積物;內(nèi)緩坡潮下帶相對低能環(huán)境仍以碎屑組分沉積為主,但原地生物礁以及礁角礫和內(nèi)碎屑搬運(yùn)沉積常見;內(nèi)緩坡潮下高能帶以鮞粒灘和生物礁等原地碳酸鹽沉積為主,混入的陸源組分主要為砂級石英和巖屑顆粒;潟湖環(huán)境以白云石化顆粒和陸源細(xì)粒物質(zhì)的混合為特征。研究區(qū)寒武紀(jì)早期混積體系的發(fā)育與當(dāng)時(shí)淺水環(huán)境較高的碳酸鹽產(chǎn)率以及沿岸流、波浪、風(fēng)暴等搬運(yùn)作用有關(guān)。本實(shí)例可為了解深時(shí)混合沉積成因提供一個(gè)思路,也可為上揚(yáng)子地區(qū)寒武系混積巖油氣勘探提供參考。
關(guān)鍵詞 混積巖;仙女洞組;生物礁;巖相;漢南—米倉山地區(qū)
第一作者簡介 李怡霖,女,2000年出生,碩士研究生,碳酸鹽沉積學(xué),E-mail: lyl_jievie@163.com
通信作者 李飛,男,教授,博士生導(dǎo)師,碳酸鹽沉積學(xué)和沉積地球化學(xué),E-mail: lifei@swpu.edu.cn
中圖分類號 P588.24+8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A
0 引言
混合沉積指陸源碎屑和碳酸鹽兩種組分(單組分含量10%~90%)的混合[1],這種混合沉積物經(jīng)成巖作用保存下來的巖石類型稱為混積巖[2?4]。由于混積巖同時(shí)具有指示水體化學(xué)條件和生物活動(dòng)的碳酸鹽沉積物,以及指示物源區(qū)性質(zhì)和風(fēng)化過程的碎屑組分,因而在古氣候和古環(huán)境研究中具有重要意義[5?9]。此外,混積巖由于物質(zhì)成分、形成條件,以及成巖過程的差別,既可以保存為生油層也可以形成儲(chǔ)層,因而在油氣勘探領(lǐng)域也具有實(shí)際價(jià)值[10?13]。
混合沉積廣泛形成于各類環(huán)境,包括陸相濱湖至深湖,以及濱海至深海均有報(bào)道[6,14?16]。以現(xiàn)代海洋環(huán)境為例,受河流和風(fēng)輸送陸源物質(zhì)以及沿岸流的影響,在波斯灣西岸緩坡背景下發(fā)育石英與鮞粒的混合灘相沉積[17];澳大利亞東海岸與大堡礁之間為混合沉積廣泛發(fā)育的陸棚環(huán)境[18]。對于混合沉積的形成機(jī)制,前人已有較為深入的闡述[19],主要包括如下幾種類型:(1)連陸臺(tái)地風(fēng)成砂混入碳酸鹽沉積環(huán)境,碎屑濱岸和潮坪沉積物與較深水環(huán)境碳酸鹽的漸變混合(反之亦然),以及臺(tái)地邊緣碳酸鹽主導(dǎo)的礁、灘沉積物與低能環(huán)境碎屑沉積物的混合(相混合);(2)在風(fēng)暴、濁流等事件性因素影響下沉積物經(jīng)異地搬運(yùn)而形成的混合(事件突變混合或間斷混合);(3)碳酸鹽巖體隆升剝蝕后產(chǎn)生的礫屑進(jìn)入陸源碎屑沉積區(qū)后形成的混合(源混合);(4)碎屑沉積物主導(dǎo)的環(huán)境下碳酸鹽膠結(jié)物的形成、藻席與疊層石的形成,生物化石的埋藏,以及異化粒和灰泥的混入等(原地混合)。
當(dāng)前,國際上關(guān)于混合沉積的研究主要集中在形成動(dòng)力學(xué)、誘發(fā)因素和形成過程等方面,目前已經(jīng)認(rèn)識到包括沿岸流、等深流、風(fēng)暴、潮汐和波浪等外動(dòng)力地質(zhì)作用是驅(qū)動(dòng)陸源物質(zhì)搬運(yùn)的主要因素[15,20],而沉積底形(臺(tái)地和緩坡)和沉積背景(碳酸鹽或陸源碎屑主導(dǎo))的差別會(huì)影響混合沉積發(fā)育規(guī)模和構(gòu)成[21]。另外,一些學(xué)者還對海侵和海退序列中的混合沉積過程,以及混合沉積在陸源輸入與碳酸鹽工廠建設(shè)的相互關(guān)系方面進(jìn)行了有益探索[22?23]。盡管如此,關(guān)于混合沉積的研究還存在一些薄弱環(huán)節(jié),例如,大部分研究集中在中、新生代,對于“深時(shí)”混積過程和形成機(jī)制還缺乏系統(tǒng)工作。不同于研究程度較高的陸棚和斜坡混合沉積體系[24],寒武紀(jì)及之前的混積過程主要集中在陸表海淺水環(huán)境[25?26],后生動(dòng)物參與非常有限,其驅(qū)動(dòng)因素和形成過程與現(xiàn)代環(huán)境相比存在明顯差別,是一個(gè)值得探索的科學(xué)問題。寒武紀(jì)早期揚(yáng)子克拉通之上混合沉積發(fā)育廣泛,沉積厚度大[27]。這套沉積物不僅保留有生命與環(huán)境協(xié)同演化的關(guān)鍵證據(jù)[28],也是當(dāng)前油氣勘探的重要層段(如滄浪鋪組)[29],因而厘清該時(shí)期混合沉積發(fā)育機(jī)制具有重要的科研和生產(chǎn)價(jià)值。
本文以陜西南鄭朱家壩剖面為例,對漢南—米倉山地區(qū)寒武紀(jì)第二世第三期廣泛發(fā)育的淺水混合沉積序列開展了系統(tǒng)的沉積學(xué)工作,通過精細(xì)解剖混積巖發(fā)育的巖石微相類型和沉積特征,分析了該剖面混積序列沉積環(huán)境和形成機(jī)制,并對研究區(qū)混合沉積整體發(fā)育特點(diǎn)和主控因素進(jìn)行了探索。這項(xiàng)工作的開展可為沉積地質(zhì)學(xué)和儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究提供參考。
1 區(qū)域地質(zhì)概況
漢南—米倉山地區(qū)位于四川盆地與秦嶺造山帶之間的過渡地帶。受新元古代揚(yáng)子克拉通西北緣一系列構(gòu)造活動(dòng)的影響,研究區(qū)漢南殘余弧和米倉山殘余弧碰撞拼合[30],兩者在埃迪卡拉紀(jì)—寒武紀(jì)間歇性暴露形成古陸(本文稱之為漢南— 米倉山古陸)[28,31?33],并影響著上揚(yáng)子北緣古地理面貌(圖1a)。寒武紀(jì)第二期開始的廣泛海侵造成研究區(qū)大部分被淹沒,形成以細(xì)粒碎屑沉積物為主的陸棚環(huán)境[34]。隨著第三期逐步海退,研究區(qū)古陸出露范圍逐漸擴(kuò)大,圍繞古陸周緣形成混合沉積體系為主的淺水環(huán)境[27]。至第三期與第四期之交,研究區(qū)轉(zhuǎn)為以碎屑沉積主導(dǎo)的濱岸—三角洲體系[35]。
受區(qū)域構(gòu)造隆升事件影響,研究區(qū)寒武系出露不完整,包括紐芬蘭統(tǒng)、第二統(tǒng),以及苗嶺統(tǒng)底部(圖2)。其中,寒武系第二統(tǒng)第三階仙女洞組為本研究重點(diǎn)關(guān)注層位,在研究區(qū)出露非常廣泛。仙女洞組巖性為含砂(砂質(zhì))鮞?;?guī)r、古杯灰?guī)r、微生物巖,以及鈣質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖和少量粉砂質(zhì)泥巖,與上覆閻王碥組和下伏郭家壩組均整合接觸(圖3)。此次研究以陜西省漢中市南鄭區(qū)朱家壩剖面為例(起點(diǎn)坐標(biāo)32°28′56″ N,107°10′14″ E),結(jié)合研究區(qū)周圍多個(gè)仙女洞組混積巖發(fā)育剖面進(jìn)行綜合分析(圖1b),包括四川省廣元市旺蒼縣米倉山鎮(zhèn)唐家河[27]、巴中市南江縣沙灘和田埡[37?38],以及陜西省漢中市西鄉(xiāng)縣楊家溝[39]、南鄭區(qū)福成[40]和勉縣大河壩[41]。
2 研究方法
本次研究實(shí)測了朱家壩剖面仙女洞組(厚度約100 m),按0.5~2.0 m間距連續(xù)采樣,共采集巖石樣品72件,制作標(biāo)準(zhǔn)薄片(2.5 cm×7.5 cm)53張,大薄片(5.0 cm×7.5 cm)14張,光面4個(gè)。由于目前尚未有廣泛接受的混積巖巖相類型劃分方案,對于碳酸鹽組分主導(dǎo)和碎屑組分主導(dǎo)的巖相描述分別參考Flügel[42]和Mount[1]方案。為了解混積巖中陸源碎屑組分粒度變化特征,對薄片中顆粒粒徑進(jìn)行了系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)(共3 894顆)。巖石薄片觀察利用西南石油大學(xué)天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Leica DM2700P偏光顯微鏡完成。粒徑觀察在偏光顯微鏡高倍物鏡下拍照后拼合,利用CorelDraw(v. 2017)軟件統(tǒng)計(jì)完成[9]。碎屑顆粒粒級和粒徑劃分參考烏登—溫特沃思粒級方案(Udden-Wentworth scale)[43],具體包括細(xì)粉砂(4~15 μm,含極細(xì)粉砂)、中粉砂(15~31 μm)、粗粉砂(31~63 μm)、細(xì)砂(63~250 μm,含極細(xì)砂)、中砂(250~500 μm)和粗砂(500~2 000 μm,含極粗砂)。巖石光面利用EPSON GT X980 高清掃描儀(1 000 dpi)輸出后進(jìn)行觀察和描述。
3 仙女洞組巖石顆粒構(gòu)成
3.1 碳酸鹽顆粒類型及特征
研究剖面仙女洞組碳酸鹽組分顆粒類型包括生物碎屑、鮞粒、球粒、內(nèi)碎屑,以及鈣質(zhì)微生物等(圖4~6)。
1) 生物碎屑
主要包括古杯、三葉蟲和棘皮動(dòng)物。其中,古杯化石產(chǎn)出最為豐富(圖4),宏觀上古杯碎片為條狀外形,長度可達(dá)5 cm;橫截面為圓盤狀,直徑0.2~2.0 cm,常與鈣質(zhì)微生物共生(圖4)。微觀上古杯動(dòng)物具有隱晶質(zhì)外壁,少量具壁外須狀附屬結(jié)構(gòu);規(guī)則古杯類隔板和橫板發(fā)育,不規(guī)則古杯類曲板特征明顯(圖5a)。三葉蟲主要呈碎片狀產(chǎn)出,頰刺具鉤狀外形,正交偏光鏡下波狀消光特征明顯,粒徑一般介于500 μm~1 cm(圖4c,d)。棘皮動(dòng)物為單晶方解石構(gòu)成的骨片,正交偏光下均一消光,方形或長方形,粒徑主要介于100 μm~2 mm(圖5b)。
2) 球粒
主要分布于仙女洞組上部生物礁灰?guī)r層,顆粒密集產(chǎn)出,呈圓形、橢圓形,以及不規(guī)則外形;分選差,粒徑從100 μm至2 mm(圖5g)。球粒內(nèi)部為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),無核心,部分層段球粒受壓實(shí)作用影響呈扁平狀、順層分布。
3) 內(nèi)碎屑
分布于仙女洞組中上部,主要保存于礁角礫巖、漂礫巖和粉砂巖中(圖5h、圖6a~c)。礁角礫巖中內(nèi)碎屑粒徑一般介于2.5~4.0 mm,主要為生物灰?guī)r礫屑,磨圓較差,棱角狀—次棱角狀,內(nèi)部常為古杯碎片、鈣質(zhì)微生物組構(gòu)、陸源粉砂等(圖6a)。漂礫巖中內(nèi)碎屑粒徑大部分介于2~4 mm,磨圓度中等—較好,次圓狀—圓狀,內(nèi)部為鈣質(zhì)微生物組構(gòu)以及粉砂級石英和長石顆粒;內(nèi)碎屑之間為灰泥以及陸源粉砂—黏土組分(圖6b)。粉砂巖中內(nèi)碎屑分選中等,磨圓良好,粒徑介于1~5 mm,為隱晶質(zhì)碳酸鹽組分(圖6c)。
4) 鈣質(zhì)微生物
主要分布于生物礁灰?guī)r層,以葛萬菌(Girvanella)為主,可見少量Tarthinia。葛萬菌以彎曲的絲狀結(jié)構(gòu)為特征,絲狀體相互纏繞形成層狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖6d);部分受生物擾動(dòng)作用影響,原始結(jié)構(gòu)保存不完整。Tarthinia 由外壁清晰內(nèi)壁模糊的囊狀房室結(jié)構(gòu)組成,集合體縱切面呈扇狀疊置特征(圖6e)。鈣質(zhì)微生物既可以單獨(dú)產(chǎn)出,也可以與古杯動(dòng)物共生,黏附于古杯外壁形成結(jié)殼。
5) 鮞粒
分布較廣,原地沉積為主。鮞粒粒徑主要介于0.4~1.2 mm,結(jié)構(gòu)保存較為完整,以圓球形為主,密集產(chǎn)出。從形態(tài)分類上,包括正常鮞、表鮞、橢形鮞和少量復(fù)鮞;內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括同心—放射狀、放射纖維狀(圖5b~e),以及受成巖改造影響的泥晶—細(xì)晶白云石化結(jié)構(gòu)(圖6f)。鮞粒核心包括方解石晶粒、棘皮類和三葉蟲碎片,以及石英顆粒等。
3.2 陸源碎屑顆粒類型及特征
包括礦物顆粒和巖屑顆粒(圖6g~j)。陸源碎屑礦物主要為石英、長石、云母,粒徑10~100 μm(粉砂—細(xì)砂級),大部分介于30~60 μm(粗粉砂級)。礦物顆粒次棱角狀—次圓狀,磨圓中等。其中,石英顆粒無色透明,干涉色為一級灰白,一軸晶正光性,無解理。長石具雙晶結(jié)構(gòu),有解理,常見的鉀長石和鈉長石均為負(fù)突起,干涉色一級灰—灰白。云母呈片狀,解理完全,長條狀為主,其中白云母單偏光下無色透明,低正突起,干涉色鮮艷;黑云母單偏光下顏色深,中正突起,近平行消光。巖屑顆粒主要為石英砂巖巖屑,50~60 μm,屬粗粉砂,具粒狀變晶結(jié)構(gòu),晶粒輪廓常為不規(guī)則多邊形狀,彼此間呈鑲嵌狀接觸(圖6i,j)。
4 混積巖巖相類型和特征
除少量鮞粒和生屑顆粒巖外,本文中大多數(shù)仙女洞組巖石類型屬于混積巖范疇。根據(jù)兩種組分的含量,分為碳酸鹽主導(dǎo)(50%~90%; carbonatedominatedlithofacies,即CL)和陸源碎屑主導(dǎo)(50%~90%; siliciclastic-dominated lithofacies,即SL)兩大類混積巖巖相類型。
4.1 碳酸鹽主導(dǎo)混積巖
1) 古杯障積巖(CL-1)
古杯動(dòng)物含量20%~30%,其他生物碎屑包括棘皮和三葉蟲碎片,含量約10%。一些鈣質(zhì)微生物(含量5%~10%)如葛萬菌常與古杯動(dòng)物共生,以結(jié)殼形式附著于杯壁外側(cè)。膠結(jié)物發(fā)育較少。陸源碎屑含量15%~30%,以粗粉砂—細(xì)砂級石英顆粒為主(圖4a,b、圖5a)。
2) 鮞粒泥?!w?;?guī)r(CL-2)
分布于仙女洞組下部,深灰—灰色、中—厚層狀,發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理。鏡下可見鮞粒含量50%~60%。鮞粒顆粒巖中亮晶方解石膠結(jié)物含量最高可達(dá)40%(圖5c)。泥粒灰?guī)r中雜基組分含量10%~15%,鮞粒間以亮晶方解石膠結(jié)物為主;陸源碎屑顆粒含量不足10%,粒徑55~60 μm,粗粉砂級(圖5d)。
3) 含砂生屑(球粒)鮞粒泥?!w粒灰?guī)r(CL-3)
主要發(fā)育在仙女洞組中下部,含砂生屑鮞粒泥?!w粒灰?guī)r中鮞粒含量35%~40%,粒徑一般介于0.4~1.2 mm,生屑含量15%~20%,類型主要為三葉蟲和棘皮類(圖5b),可見少量古杯碎片;含砂生屑球粒鮞粒泥?!w粒灰?guī)r中鮞粒含量20%~30%,粒徑0.25~0.30 mm;球粒含量小于20%,粒徑70~250 μm;生屑含量10%~15%,也以三葉蟲和棘皮類為主。另外,陸源碎屑顆粒含量10%~15%,主要為石英,粗粉砂—細(xì)砂級,分選中等,次圓狀—次棱角狀,且陸源碎屑組分含量越高,鮞粒及其他生物碎屑受磨蝕改造越強(qiáng)烈。膠結(jié)物含量15%~30%,以亮晶方解石膠結(jié)為主,泥粒巖中還含有灰泥10%~15%。
4) 粗粉砂—細(xì)砂質(zhì)鮞粒顆?;?guī)r(CL-4)
主要發(fā)育于仙女洞組上部,其中鮞粒含量50%~60%,粒徑0.25~0.40 mm,可見原生同心—放射狀紋層結(jié)構(gòu)(圖5e),亮晶方解石膠結(jié)(15%)。陸源碎屑顆粒含量20%~30%,主要為石英,粗粉砂—細(xì)砂級,粒徑55~75 μm。
5) 古杯—鈣質(zhì)微生物障積巖(CL-5)
分布在仙女洞組中上部,主要為葛萬菌構(gòu)成的層狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),含量30%~40%(圖6d);少量為Tarthinia 構(gòu)成的簇狀結(jié)構(gòu)(圖6e)。共生的生物碎屑含量15%~20%,主要為古杯,還可見棘皮和三葉蟲等(圖4c,d)。陸源碎屑顆粒含量約10%,以粉砂級石英為主;雜基組分含量占30%左右。原地結(jié)構(gòu)受波浪作用改造常發(fā)生破碎,或者被生物擾動(dòng)后發(fā)生變形。
6) 角礫巖(CL-6)
分為粗粉砂—細(xì)砂質(zhì)角礫巖和礁角礫巖。其中,粗粉砂—細(xì)砂質(zhì)角礫巖分布于仙女洞組中部(圖5f)。角礫含量40%~50%,粒徑2.5~4.0 mm,次棱角狀;原巖為生物灰?guī)r,由40%~50%生物碎屑,40%~50%灰泥,以及約15%的方解石膠結(jié)物構(gòu)成。角礫間生物碎屑含量10%~15%,主要為古杯和三葉蟲碎片;其他鈣質(zhì)組分還包括方解石膠結(jié)物(約5%)和灰泥(約10%)。陸源碎屑組分含量20%~30%,粒徑40~140 μm,粗粉砂—細(xì)砂級,主要為石英,少量長石和石英巖巖屑顆粒,次棱角狀,磨圓中等—差;雜基含量不足10%。
礁角礫巖分布于仙女洞組中上部,角礫含量35%~40%,粒徑一般介于2.5~4.0 mm,成分主要為生物灰?guī)r和鈣質(zhì)微生物巖;磨圓較差,棱角狀—次棱角狀(圖6a)。角礫中生物碎屑含量15%,鈣質(zhì)微生物含量20%~30%,其他組分主要為灰泥(含量30%~40%)和陸源碎屑(15%~20%)。角礫外生物碎屑含量30%~40%,膠結(jié)物含量30%~40%。陸源碎屑組分含量10%~20%,主要為石英,粒徑35~150 μm,粗粉砂—細(xì)砂粒級,可見少量雜基(lt;5%)(圖6a)。
7) 含球粒生屑微生物黏結(jié)巖(CL-7)
發(fā)育于仙女洞組中上部,成分復(fù)雜;其中微生物組構(gòu)含量20%~35%,生物碎屑含量15%~25%,球粒含量15%~20%,鮞粒含量約5%。微生物組構(gòu)大量黏結(jié)、纏繞生物碎屑、球粒、鮞粒和灰泥組分,形成障積結(jié)構(gòu)(圖5g);內(nèi)部未見典型的鈣質(zhì)微生物特征。宏體生物以三葉蟲、棘皮動(dòng)物為主,可見少量古杯;球粒粒徑0.1~2.5 mm,主要由粉砂—黏土級陸源碎屑和灰泥構(gòu)成。陸源碎屑顆粒含量10%~20%,以細(xì)砂級石英為主,粒徑70~140 μm。陸源碎屑顆粒間雜基含量一般小于10%。
8) 漂礫巖(CL-8)
分布于仙女洞組上部。礫屑含量15%~20%,粒徑主要介于5~10 mm,分選中等,次圓狀—圓狀,礫屑巖性為含粉砂生屑灰?guī)r。礫屑間生物碎屑含量不足5%;其他為陸源碎屑組分,含量70%~80%,其中雜基含量10%~15%(圖6b);陸源顆粒類型主要為石英和長石,粒徑70~100 μm,細(xì)砂級,次棱角—次圓狀,分選較好。雖然漂礫巖中碎屑組分含量大于50%,但礫屑仍以碳酸鹽組分為主,按照常用的碳酸鹽巖微相描述方案[42]暫歸于碳酸鹽主導(dǎo)混積巖類型。
9)粉砂—細(xì)砂質(zhì)鮞粒白云巖(CL-9)
分布于仙女洞組頂部,其中鮞粒含量50%~60%,粒徑0.25~0.40 mm,普遍發(fā)生白云石化(圖6f)。陸源碎屑顆粒類型主要為粉砂—細(xì)砂級石英和長石,含量介于20%~30%,粒徑40~140 μm,次棱角狀—次圓狀,分選、磨圓均中等—較好。雜基含量約10%。
陸源碎屑組分與碳酸鹽組在層內(nèi)以紋層形式間隔發(fā)育。
4.2 碎屑組分主導(dǎo)混積巖
1) 含鈣泥巖與粉砂巖韻律層(SL-1)
發(fā)育于仙女洞組底部,陸源碎屑組分含量80%~85%,顆粒類型包括石英、長石、云母等(圖6g)。粉砂質(zhì)泥巖中顆粒粒徑10~30 μm,細(xì)—中粉砂級,含量15%~20%,其他為雜基。粉砂巖中顆粒粒徑介于30~35 μm,含量50%~70%;顆粒分選良好,次棱角狀,磨圓中等。填隙物含量30%~50%,主要為雜基,膠結(jié)物少見。常見水平層理和波狀層理。以潛穴為主的生物擾動(dòng)構(gòu)造發(fā)育(圖6g)。
2) 含鈣細(xì)砂巖與粉砂巖韻律層(SL-2)
間歇性發(fā)育于仙女洞組中上部(圖6h)。含鈣粗粉砂—細(xì)砂巖中陸源顆粒粒徑30~100 μm,類型主要為石英,還包括少量長石、云母和巖屑(圖6i,j),含量50%~60%;雜基含量約10%,綠泥石以膠結(jié)物形式存在,含量約10%。碳酸鹽組分含量20%~25%,主要為灰泥和晶粒。細(xì)砂巖與粉砂巖中礦物構(gòu)成類似,主要差別為顆粒粒徑;細(xì)砂巖中顆粒粒徑集中在90~100 μm,粉砂巖中粒徑主要介于40~50 μm。陸源碎屑顆粒呈次棱角狀—次圓狀,分選和磨圓均較好。
3) 含鈣粗粉砂巖(SL-3)
分布于仙女洞組中上部,可進(jìn)一步分為含球粒粗粉砂巖和含內(nèi)碎屑粗粉砂巖(圖6c)。含球粒粗粉砂巖中球粒含量約15%,主要為微生物黏結(jié)灰泥形成,球粒間可見少量灰泥;其余為陸源碎屑組分,顆粒類型主要為石英和長石,少量為石英巖巖屑,粒徑主要介于50~55 μm;顆粒呈次棱角—次圓狀,分選中等。含內(nèi)碎屑粗粉砂巖中內(nèi)碎屑為鈣質(zhì)成分(圖6c),含量20%~30%。陸源碎屑組分含量70%~80%,顆粒類型主要為石英和長石,粒徑50~55 μm,粗粉砂級;顆粒呈次棱角—次圓狀,分選中等。
5 討論
5.1 仙女洞組混合沉積體系發(fā)育環(huán)境
野外特征和室內(nèi)巖相學(xué)證據(jù)綜合顯示,仙女洞組沉積期朱家壩剖面總體形成于一個(gè)海退過程,即從中緩坡逐步過渡到內(nèi)緩坡相對局限環(huán)境(圖7)。這與前人對該時(shí)期漢南—米倉山地區(qū)三級海平面變化趨勢研究一致[27, 37,41]。朱家壩仙女洞組保存三個(gè)完整的向上變淺序列(分別為序列1,2和3),另有一個(gè)海侵序列位于2和3之間(圖7)。序列1沉積環(huán)境由中緩坡轉(zhuǎn)為內(nèi)緩坡與中緩坡過渡帶附近小型低緩古杯礁,之后轉(zhuǎn)為內(nèi)緩坡鮞粒灘沉積。序列2沉積環(huán)境由中緩坡浪基面之下的陸源細(xì)碎屑沉積轉(zhuǎn)為內(nèi)緩坡與中緩坡過渡帶附近小型低緩生物礁,之后轉(zhuǎn)為內(nèi)緩坡高能鮞粒灘和大型生物礁的多期建造。序列3與序列2沉積類型和特征相似,頂部轉(zhuǎn)為內(nèi)緩坡相對局限的潟湖環(huán)境(圖7)。
由此來看,除在少量序列頂部的鮞粒灘和生物礁環(huán)境外,朱家壩剖面混合沉積過程在緩坡背景下中緩坡至內(nèi)緩坡環(huán)境均有發(fā)育(圖7)。
5.2 淺水混合沉積發(fā)育模式及影響因素
朱家壩剖面仙女洞組混積序列的構(gòu)成具有相似性(圖8)。根據(jù)粒度統(tǒng)計(jì)、巖相學(xué)和碳酸鹽組分含量數(shù)據(jù),序列底部均為細(xì)碎屑組分為主的混積巖,頂部則以碳酸鹽主導(dǎo)的混積巖或以純碳酸鹽巖為主,單個(gè)序列的中部混積程度最高(圖7,8)。序列底部的混積巖主要為含鈣泥巖與粉砂巖韻律層(圖8a)或含鈣細(xì)砂巖與粉砂巖韻律層(圖8b,c),原地碳酸鹽沉積極少。碳酸鹽組分主要來自淺水碳酸鹽沉積環(huán)境間歇性搬入的灰泥組分。雖然序列2和3的下部發(fā)育原地生長的低緩古杯礁,但發(fā)育規(guī)模小且含有較高的陸源碎屑組分;序列中部碳酸鹽組分往往以異地搬運(yùn)的灰質(zhì)內(nèi)碎屑、礁角礫等形式出現(xiàn),原地沉積物仍以粗粉砂和細(xì)砂級陸源碎屑為主(圖8b,c)。至序列上部開始出現(xiàn)大規(guī)模原地碳酸鹽沉積,包括鮞粒灘,大型疊置生物礁復(fù)合體等(圖8b,c),且沉積厚度明顯增大,顯示出淺水環(huán)境下較高的碳酸鹽產(chǎn)率。共生的陸源碎屑組分主要為粗粉砂和細(xì)砂級石英顆粒,但發(fā)育并不廣泛。因此,這種相對粗顆粒陸源碎屑組分并非直接來自河口三角洲輸入,可能來源于沿岸流的搬運(yùn)[37]。
由于內(nèi)緩坡生物礁和鮞粒灘對波浪的遮擋作用,礁間和灘間水體能量相對較低,適合陸源碎屑堆積,因而該環(huán)境混合沉積程度較高(圖8b,c)。內(nèi)緩坡相對局限的潟湖環(huán)境中存在風(fēng)和潮汐作用帶來的少量陸源碎屑物質(zhì)(圖6c,f),也可作為混合沉積保存的場所。相反,由于強(qiáng)烈的波浪顛選作用和鮞粒灘頂極快的水流速度[37,44?45],邊緣帶高能環(huán)境反而有利于碳酸鹽顆粒的保存(圖5c、圖8a),從而形成清水碳酸鹽沉積。由此來看,朱家壩剖面混合沉積的發(fā)育主要與(1)波浪和風(fēng)暴搬運(yùn)淺水碳酸鹽沉積物至細(xì)碎屑顆粒沉積為主的較深水環(huán)境形成“相混合”和“事件突變混合”,以及(2)波浪顛選和水動(dòng)力條件差異造成淺水碳酸鹽和碎屑組分的“相混合”和“原地混合”有關(guān)。混合沉積的發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜過程,受氣候、沉積環(huán)境、陸源碎屑來源、碳酸鹽發(fā)育類型,以及顆粒輸送方式等多種因素的影響。根據(jù)對寒武系第三階混積巖的巖相類型、特征和沉積發(fā)育過程的精細(xì)解剖,認(rèn)為研究區(qū)淺水混合沉積主要受到陸源輸入、水動(dòng)力條件以及碳酸鹽生產(chǎn)率的綜合影響。根據(jù)朱家壩剖面仙女洞組巖相學(xué)特征,結(jié)合研究區(qū)周緣多個(gè)剖面,提出一個(gè)漢南—米倉山地區(qū)寒武紀(jì)第三期混合沉積發(fā)育模式(圖9),即在內(nèi)緩坡淺水高能環(huán)境,混合沉積形成于碳酸鹽主導(dǎo)的體系,陸源粗粒碎屑主要受沿岸流攜帶混入,受波浪顛選影響發(fā)生沉積分異;在相對局限的潟湖環(huán)境,以波浪、潮汐作用搬運(yùn)的異化粒和陸源細(xì)粒碎屑混合為主。在正常浪基面附近以碎屑沉積體系下受波浪和風(fēng)暴影響的異地碳酸鹽搬運(yùn)混合為主,也存在低緩生物礁中混入細(xì)粒陸源碎屑的現(xiàn)象。正常浪基面至風(fēng)暴浪基面之間的陸源細(xì)碎屑體系混合沉積程度較弱,主要為離岸流搬運(yùn)的細(xì)粒碳酸鹽沉積物的混入。
6 結(jié)論
(1) 研究區(qū)朱家壩剖面寒武系仙女洞組共發(fā)育9個(gè)碳酸鹽組分主導(dǎo)和3個(gè)碎屑組分主導(dǎo)的混積巖類型。這些巖相類型保存于三個(gè)向上變淺的混合沉積序列中,整體構(gòu)成了研究區(qū)從中緩坡浪基面之下向內(nèi)緩坡高能灘環(huán)境過渡的水體變淺序列。
(2) 單個(gè)序列由下向上均為碎屑組分主導(dǎo)的混合沉積向碳酸鹽組分主導(dǎo)的混合沉積(或清水碳酸鹽沉積)轉(zhuǎn)變,序列中部混積程度最高。
(3) 研究區(qū)淺水混合沉積主要受陸源輸入、水動(dòng)力條件以及碳酸鹽產(chǎn)率的綜合影響。淺水高能環(huán)境以碳酸鹽沉積為主,陸源碎屑混入主要來自沿岸流搬運(yùn)和波浪顛選改造。潮下相對低能帶和中緩坡環(huán)境以陸源細(xì)碎屑沉積為主,含少量原地小型碳酸鹽建隆,其他碳酸鹽組分主要來自離岸流從淺水環(huán)境的搬運(yùn)。
致謝 感謝中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所穆西南研究員和李越研究員以及中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所楊犇副研究員在化石鑒定方面給予的幫助,感謝審稿人提出的寶貴意見。
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