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甘肃平凉地区奥陶系平凉组重力流与等深流交互作用的沉积研究

更新时间:2009-03-28

在深水区,重力流、等深流及内波等水动力极为活跃,在不同水动力作用下可形成不同类型的沉积体[1-3],其中,重力流多沿斜坡向下运动,可形成大规模的重力流沉积,等深流则在大致平行斜坡运动过程中可形成一系列的等深流沉积,内波、内潮汐在峡谷/水道中沿斜坡向上、向下的双向流动可形成大规模的粉砂—砂质沉积。在同一时空,多种性质的水动力势必相互作用,进而产生不同类型的沉积响应。然而,在实际研究工作中,特别是对地层记录中的深水沉积研究,多是对重力流、等深流及内潮汐沉积单独进行研究,而较少综合考虑其相互作用及沉积响应。因此,在地层记录中如何有效鉴别不同类型的沉积及其相互作用的过程、它们的形成机制如何、主要控制因素有哪些等问题是值得深入研究的。

鄂尔多斯盆地西缘平凉组发育重力流及等深流沉积,地层出露情况理想,沉积现象典型。前人对重力流及等深流沉积做过较为深入的研究[4-6],但开展重力流与等深流相互作用的研究较少。为此,本文基于平凉太统山剖面实测资料,结合薄片(87个)和粒度分析 (9个),以及古水流恢复和古生物等研究成果,针对重力流和等深流的沉积类型、作用过程及形成机制等方面进行探讨,以期为平凉地区的基础研究提供可靠地质依据。

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1 概 况

鄂尔多斯盆地位于中国西部华北克拉通,地理位置处于陕西、甘肃、宁夏及内蒙古的部分地区,盆地面积约25×104km2,为中国第二大沉积盆地,它也是典型的多旋回叠合含油气盆地[7-8]。盆地西南缘位于祁连山造山带、秦岭—大别山造山带与华北克拉通连接区,北部为鄂尔多斯古陆,西部为西华山古陆、秦岭—祁连海槽、祁连地块、北祁连造山带及阿拉善地块,南部为秦岭—大别山造山带,东部富平地区为富平裂堑,整体呈“L”形[8]。平凉地区位于秦岭—祁连海槽东北部,且在“L”形拐点处的北侧(图1)。

鄂尔多斯盆地面积大,经历了多期构造事件,部分地层缺失严重。盆地南缘的奥陶系从下至上可分为麻川组、水泉岭组、三道沟组/峰峰组、平凉组及背锅山组[9](图2),在富平(赵老峪地区)也将平凉组和背锅山组称为赵老峪组。

  

图1 研究区位置及沉积环境图(据文献[4]修改)

  

图2 鄂尔多斯盆地奥陶纪地层特征(据文献[9]修改)

告别了妈妈后,我进了教室,教室里,暖气和以前一样开着。我坐了下来,等待着老师来上课。但是我没有找到课本。我着急地翻着我的书包,恨不得把书包翻烂。这时,我看见一个熟悉的身影。“妈妈!”我叫道。

2 沉积类型及演化特征

本次研究的平凉地区太统山剖面(位置见图1),奥陶系平凉组地层出露厚度79m。岩石类型较为单一,多为砂屑灰岩夹页岩(部分硅质页岩)及泥晶灰岩,另见砾屑灰岩,页岩中笔石较为丰富,见槽模及交错层理。

“枕席而卧,则清泠之状与目谋,瀯瀯之声与耳谋,悠然而虚者与神谋,渊然而静者与心谋。”即:“枕石席地而卧,清澈明净的溪水使我眼目舒适,潺潺的水声分外悦耳,那悠远寥廓、恬静幽深的境界使人心旷神怡。”

2.1 沉积相类型

可将太统山剖面奥陶系平凉组地层岩性分为以下5类典型岩相:

水平层理页岩相 深灰色页岩多夹于中—薄层砂屑灰岩之中,在剖面广泛发育(图3a,3b),累计厚度6.9m,约占整个剖面的8.7%。硅质页岩及泥晶灰岩的水平层理较为发育,厚度从几毫米到十几厘米,一般5~18cm。泥岩中富含笔石(图3c,3d)。本岩相反映沉积时期为深水环境,代表深水原地沉积。

研究区平凉组碎屑流沉积、浊流沉积及等深流沉积极为发育。早期相对海平面较低,重力流极为发育,等深流作用较弱,以浊流及碎屑流沉积为主。随后,相对海平面上升,重力流规模逐渐减小,能量降低,以浊流沉积为主,而等深流作用却逐渐显著。同时,由于秦岭—祁连海槽的作用,等深流作用在平凉地区局部增加,相对高能的等深流可对早期浊流沉积进行搬运、改造、再沉积,进而形成砂屑等深流沉积。最后,在剖面上可看到等深流沉积与浊流沉积互层,这说明等深流沉积还受到后期浊流的侵蚀、破坏。因此,尽管等深流沉积仅占15.6%,但其形成时的规模应当更大。

上面从儒学思想和文学创作两方面对董玘的成就作了介绍。笔者无意于过分拔高董氏的成就,但是无庸否认,董玘是明代嘉靖时期著名的理学家和文学家。用现在的标准来看,他也许算不上是明代第一流的人物,但是其在明代中期的理学界和文学界有较大的影响,这是不容否认的事实。因此,整理《中峰集》、研究董玘,也不可谓无意义。

  

图3 平凉地区太统山剖面平凉组水平层理页岩相沉积特征

 

层号参见图8

  

图4 平凉地区太统山剖面平凉组块状层理砾屑灰岩相沉积特征

 

层号参见图8

粒序层理砂屑灰岩相 灰色—深灰色砂屑灰岩极为发育,单层厚度5~10cm,累计厚度45.1m,约占整个剖面的57%。沉积构造较为丰富,常见交错层理、平行层理及槽模等(图6a,6b)。总体呈现下粗上细的沉积序列。砂屑多为泥晶方解石,粒度(φ)为2.2~4.5,分选及磨圆中等—较好(图6c)。概率累积曲线1~2段式,多为1段式(图6d)。 综合分析认为该岩相为浊流沉积,依据是:(1)沉积构造为不完整鲍马序列,如Tab,Tabc; (2)沉积序列为下粗上细; (3)概率累积曲线多为1段式,显示悬浮搬运。

  

图5 平凉地区太统山剖面平凉组块状层理砂屑灰岩相沉积特征

 

层号参见图8

  

图6 平凉地区太统山剖面平凉组粒序层理砂屑灰岩相沉积特征

 

层号参见图8

平凉剖面主要发育5类岩相,分别代表原地沉积、碎屑流沉积(两种)、浊流沉积及等深流沉积(图8),其沉积演化特征大致如下。

  

图7 平凉地区太统山剖面平凉组透镜状交错层理砂屑灰岩相沉积特征

 

层号参见图8

2.2 沉积相演化特征

透镜状交错层理砂屑灰岩相 灰色薄层透镜状砂屑灰岩在平凉地区剖面的中上部较为发育,其单层厚度变化较大,一般5~30cm,累计厚度12.3m,约占整个剖面的15.6%。层面多为波状,侧向厚度变化明显,局部呈透镜状或扁豆状,单层厚度呈薄—厚—薄的旋回特征,内部见波状或凹凸状侵蚀面。沉积序列多为细—粗—细(图7a)。砂屑多为泥晶灰岩,粒径0.1~0.5mm为主,次为0.5~2.0mm,含量35%~65%,分选及磨圆较好;常见生物碎屑(图7b,7c),主要为介形虫、藻屑,另见少量的海百合及腕足类。生物碎屑分选较好,局部富集,长条形碎屑具有顺层分布特征。交错层理反映的古水流方向大致为北西向[13]。概率累积曲线为2段式(图7d)。推测该岩相为等深流沉积,主要依据有以下几点:(1)等深流沉积发育在深水沉积环境,厚度一般较薄,呈透镜状,层面波状起伏;(2)砂屑分选及磨圆中等—好;(3)发育交错层理,古水流大致平行斜坡运动,此为等深流典型特征[14];(4)等深流沉积具有多尺度的细—粗—细沉积序列;(5)概率累积曲线为2段式,反映沉积物为牵引流搬运方式。

平凉地区重力流主要有浊流和碎屑流两类,其中平凉组早期主要为碎屑流沉积,中晚期以浊流沉积为主。重力流的影响因素包括物源供给、地形、相对海平面升降及构造运动等。研究区位于鄂尔多斯盆地西缘,其东北部的碳酸盐台地可为重力流沉积提供丰富的物源。砂屑的分选及磨圆为中等—较好,一方面,可能反映了物源沉积物的分选及磨圆相对较好;另一方面,沉积物在长距离的搬运过程中相互碰撞,最终也可形成分选及磨圆较好的浊流沉积。同时,“裂坡型”[4]地形使得地层厚度向西急剧增大,导致地形差异明显,这也有利于重力流发育。平凉组沉积时期相对海平面整体上升,导致重力流沉积规模逐渐减小。从碎屑流及浊流沉积转换来看,早期相对海平面较低,重力流以碎屑流沉积为主,随后由于海平面逐渐上升,导致物源供给发生改变,使得中晚期以浊流沉积为主。

中部(4~15层):灰色薄—中层砂屑灰岩及深灰色泥岩较为发育,第4层为块状砾屑灰岩,以粒序层理砂屑灰岩相和水平层理页岩相为主,浊流沉积和原地沉积较为发育,另见少量的碎屑流沉积(块状层理砾屑灰岩相)。

  

图8 平凉地区太统山剖面平凉组沉积相演化特征

上部(16~30层):灰色薄层透镜状砂屑灰岩、粒序层理砂屑灰岩及薄层泥岩最为发育,第26层发育灰色、浅灰色厚层—块状亮晶砂屑灰岩。透镜状交错层理砂屑灰岩相、粒序层理砂屑灰岩相最为发育,分别对应等深流和浊流沉积。第26层发育碎屑流沉积。

整体而言,平凉地区下部发育原地沉积和少量的等深流沉积,中部浊流沉积、等深流沉积和原地沉积较为发育,上部发育等深流沉积、浊流沉积和原地沉积。碎屑流沉积在局部地区发育。从下至上,浊流沉积逐渐减少,等深流沉积逐渐增加。

2.3.4 血磷浓度 8项研究[10-11,13-14,17-20]报道了血磷浓度,各研究间无统计学异质性(P=0.42,I2=0.70%),采用固定效应模型进行分析,详见图5。Meta分析结果显示,两组患者血磷浓度比较差异无统计学意义[WMD=0.03,95%CI(-0.08,0.14),P=0.60]。

3 讨 论

3.1 重力流

下部(1~3层):以深灰色薄层泥岩及灰色砂屑灰岩为主,发育水平层理页岩相及透镜状交错层理砂屑灰岩相,总体为原地沉积和少量等深流沉积。

3.2 等深流

鄂尔多斯盆地西南缘奥陶系平凉组沉积时期,相对海平面总体上升,等深流逐渐活跃。等深流从东向西大致平行于斜坡运动,在东部富平地区由于富平裂堑的存在而出现分支。规模较小的一支经富平裂堑到达富平(赵老峪)地区,因小规模等深流的能量相对较低,所以发育泥晶等深流沉积。而主体继续向西平行斜坡运动,在陇县地区进入秦岭—祁连海槽,由于海槽的限制性环境,导致等深流能量局部提高,最终形成砂屑等深流沉积。

块状层理砂屑灰岩相 在剖面中上部第26层发育亮晶砂屑灰岩,累计厚度7.4m,约占整个剖面的9.4%。砂屑灰岩中缝合线极为发育,间距约2cm,大致平行层面分布(图5a,5b)。砂屑灰岩中见少量的鲕粒(图5c),砂屑粒度(φ)为2.6~3.4,分选及磨圆中等—较好,概率累积曲线为1段式(图5d)。该岩相可能为碎屑流沉积,主要依据如下:(1)鲕粒多形成于水体能量较高的浅水,而深水环境中也出现鲕粒,推断可能是由于浅水地区重力流作用而将鲕粒搬运至深水环境;(2)概率累积曲线为1段式,反映沉积物搬运多为悬浮,可能为重力流沉积;(3)缺乏交错层理等沉积构造,主要为块状层理,无明显的鲍马序列,这表明可能为碎屑流沉积;(4)亮晶胶结,说明沉积时期水动力较强且稳定。一般而言,重力流沉积表现为大小混杂,颗粒及杂基共同沉积,而亮晶胶结可能为早期沉积物大小混杂堆积,随后由于其他水动力(如等深流)高能、持续、稳定的作用,可以对其进行改造,将沉积物进行簸选、淘洗,使得粗粒沉积物保留并沉积下来。

3.3 重力流与等深流交互作用

一般而言,等深流的速度5~20cm/s,其能量较低,以细粒沉积为主。它与重力流相比,能量相差可能达几个数量级。因此,当重力流和等深流同时出现时,通常以重力流作用最为显著。但是,在重力流末期或间歇期,其能量极弱时,等深流能量大于重力流或与重力流相当,等深流与重力流相互作用的沉积逐渐显著。另外,在特殊地形,如峡谷、海槽、水道等环境,等深流能量可以局部提高,进而影响重力流沉积,如(西班牙)加的斯湾的沉积特征[15]。随着等深流作用的不断加强,它可以对早期重力流沉积进行簸选、搬运、改造、再沉积,形成等深流改造重力流的沉积(改造砂),如果对沉积物进行搬运、改造、再沉积,则可形成等深流沉积。相反,当新一期重力流爆发时,重力流则可以对早期的等深流沉积进行侵蚀、破坏。

早奥陶世,盆地西南缘为水体较浅的广海陆架沉积环境;中奥陶世,盆地西南缘呈“L”形的边缘海,南部为末端变陡的继承性碳酸盐缓坡[9-12],从北向南大致为古陆、斜坡及深水盆地;晚奥陶世,相对海平面升高,由于加里东运动导致构造活动强度增大,火山及地震等事件加剧,华北地块整体抬升,导致盆地奥陶系遭受不同程度的侵蚀 [8-9]。

块状层理砾屑灰岩相 剖面下部发育浅灰色、灰色砾屑灰岩,单层厚度10~50cm,累计厚度7.1 m,约占整个剖面的9%。砾屑成分多为泥晶灰岩,少量硅质及泥砾,大小混杂,分选及磨圆差。砾屑最大达9 cm,最小为2 mm,局部见定向排列(图4),多发育块状层理,局部见叠瓦状构造。本岩相可能为碎屑流沉积。

4 结 论

基于野外露头,对平凉地区奥陶系平凉组碎屑流、浊流及等深流的沉积特征、形成过程进行了研究,主要有以下几方面的认识:

(1)研究区平凉组岩石类型较为单一,以薄—中层砂屑灰岩为主,见少量的砾屑灰岩及泥岩。岩石类型可进一步分为5种典型岩相,分别对应原地沉积、碎屑流沉积、浊流沉积及等深流沉积。

(2)原地沉积以页岩沉积为主,富含笔石。碎屑流沉积可分为两种类型:一是在剖面底部发育的砾屑灰岩,砾屑分选、磨圆差,多为泥晶方解石,部分为泥砾;二是亮晶砂屑灰岩,多为亮晶方解石胶结,含鲕粒,块状层理及缝合线发育。浊流沉积以砂屑灰岩为主,发育不完整的鲍马序列。等深流沉积以薄层砂屑灰岩为主,界面为波状,呈透镜状,见交错层理,古水流方向大致平行斜坡。

(3)平凉组沉积时期,从下至上,重力流沉积规模逐渐减小,等深流沉积逐渐增加。平凉组沉积早期,相对海平面较低,重力流较为活跃,等深流作用弱,以浊流及碎屑流沉积为主。平凉组沉积中晚期,相对海平面持续上升,重力流规模逐渐减小,能量相对减弱,以浊流沉积为主。同时,由于秦岭—祁连海槽的影响,等深流的能量局部增强,可能对早期重力流沉积进行搬运、改造、再沉积,进而形成等深流沉积。相反,后期的重力流沉积在爆发过程中,可对早期等深流沉积进行搬运、改造、再沉积。

水分是行鞭、孕笋的一个重要条件,当夏季连续高温干旱时,进行补水;补水应选择晚上温度回落后进行,补水量以林地浇透即可。8月底至9月中下旬,如再遇连续干旱,可再行浇灌补水1次,用量与前次相当。

致谢:参加野外工作的还有黄伟、刘朱睿鸷、冯斌、苏帅亦、郝烃及张灿,黄瑾完成了部分室内工作,编辑和审稿人提出了一系列建议,在此表示感谢!

[20] Aloys Sprenger,The Meadows of Gold and Mines of Gems[M],1841,P311.

参考文献

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严世帮,李华,王季欣
《海相油气地质》 2018年第01期
《海相油气地质》2018年第01期文献

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