百色盆地東部坳陷北部陡坡帶東段那讀組砂巖碎屑組分及物源分析

武文慧 侯明才 李智武

(成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院,成都610059)

百色盆地是一個受北西向構(gòu)造控制的、在中三疊統(tǒng)褶皺基底上形成的新生代內(nèi)陸斷陷盆地,屬湖相沉積,其大地構(gòu)造位置處于華南褶皺系之印支(右江)褶皺帶[1,2]。對于內(nèi)陸湖泊沉積而言,碎屑巖相對粗粒級碎屑的成分和標(biāo)型組合特征是確定物源的直接依據(jù)[3,4]。砂巖中石英及硅質(zhì)巖屑屬于穩(wěn)定組分,搬運(yùn)距離越遠(yuǎn)其相對含量越高。不同母巖來源的石英具有不同的標(biāo)型特征,因此,可以通過石英的含量及其標(biāo)型特征推斷物源。巖屑的成分同樣可以反映母巖的性質(zhì),隨著搬運(yùn)距離的增加,不穩(wěn)定巖屑的含量逐漸減少。此外,碎屑巖中各種重礦物之間存在著相對固定的共生關(guān)系。重礦物組合是物源搬運(yùn)距離和巖性變化的極為敏感的指示劑[5]。在同一沉積盆地中,同一時期、同一物源的沉積物的重礦物組合特征基本一致,因此,可利用同時期重礦物組合推斷沉積物來源的方向。一般而言,搬運(yùn)距離越遠(yuǎn),巖石中的穩(wěn)定組分含量越高;越靠近物源不穩(wěn)定組分含量越高。

對于百色盆地東部坳陷古近系那讀組的砂巖而言,以往的研究主要集中于沉積特征、儲層成巖作用特征和孔隙演化特征等方面[2,6～9],而對物源分析則涉及甚少。為此,本文以百色盆地東部坳陷北部陡坡帶東段古近系那讀組砂巖作為研究對象,根據(jù)薄片鑒定結(jié)果,從骨架顆粒、重礦物的組成特征和結(jié)構(gòu)特征入手,對其物源進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

百色盆地位于廣西壯族自治區(qū)西南部,屬百色、田陽、田東等縣轄區(qū);分布在東經(jīng) 106°34′～107°2l′和北緯23°23′～ 23°47′之間 ;呈北西向長條狀展布,盆地長 109 km,寬 2～14 km,面積 830 km2[1]。

百色盆地屬新生代(E-N)內(nèi)陸斷陷盆地,新生界厚度約為3.4 km。其中可劃分出兩個一級構(gòu)造單元：東部坳陷和西部坳陷;5個二級構(gòu)造單元：頭塘凹陷、那筆凸起、田東凹陷,三塘凸起和六塘凹陷;12個三級構(gòu)造單元[1,10,11].研究區(qū)位于東部坳陷北部陡坡帶東段(樣品主要采自田東凹陷北東部,圖1)。古近系那讀組為一套深灰-褐灰色泥巖、鈣質(zhì)泥巖夾砂巖、砂礫巖組合,厚度為67～900 m,與下伏紅色巖組呈平行不整合接觸,或超覆不整合于中三疊統(tǒng)之上[1]。根據(jù)巖性組合、沉積旋回、電性特征等可將那讀組分為3段,其中第一段又分為2個亞段。具體分為：那讀組第一段第一亞段(1-1)、那讀組第一段第二亞段(1-2)、那讀組第二段(2)、那讀組第三段(E2n3)。

2 砂巖碎屑組分特征與物源關(guān)系

從薄片鑒定結(jié)果來看,那讀組的巖石類型主要由細(xì)砂巖和粉砂巖組成,其次是礫巖、粗粉砂巖和泥巖。砂巖類型(劉寶珺,1984)[12]主要是長石石英砂巖和巖屑石英砂巖,還有少量長石砂巖、巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖、石英砂巖和巖屑砂巖(圖2)。砂巖碎屑組分主要由石英和長石、各類巖屑、重礦物等構(gòu)成,填隙物主要是伊利石、高嶺石、綠泥石等雜基和方解石膠結(jié)物、菱鐵礦膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物。碎屑顆粒的粒度較細(xì),以細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)為主,磨圓度以棱角狀-次棱角狀和次棱角狀為主,其次為次圓-次棱角狀、次棱角-次圓狀,次圓狀及圓狀的砂粒極少;膠結(jié)類型以基底式、基底-孔隙式、孔隙-基底式為主,其次為孔隙式、接觸-孔隙式。由以上特征可看出,那讀組砂巖的成分成熟度較高,結(jié)構(gòu)成熟度較低。

2.1 Q和F端元特征與物源的關(guān)系

偏光顯微鏡下,碎屑石英和硅質(zhì)巖屑是構(gòu)成那讀組砂巖的主要成分,Q端元主要由石英、硅質(zhì)巖巖屑和石英巖巖屑組成,其平均含量(巖石薄片上的面積比,下同)為63%。石英由單晶石英和多晶石英組成,其中單晶石英具波狀消光;多晶石英呈拉長狀,由多個石英晶體組成,石英顆粒之間呈縫合線接觸,具波狀消光,應(yīng)為變質(zhì)巖來源的石英。還有少部分多晶石英是由鑲嵌狀的石英晶體組成,波狀消光不明顯,可能是巖漿巖來源的石英。研究區(qū)各鉆井各層段中Q端元的平均值分別為61.8%,59.6%,53.1%;變化范圍分別為48%～86%,47%～80%,50%～55%之間(表1)。F端元主要由長石尤其是酸性斜長石構(gòu)成,較為穩(wěn)定的鉀長石很少見;其含量(面積比)總體上普遍較低,平均為7%。大部分鉆井中F端元的含量(面積比)都小于10%,有些砂巖中甚至不含長石。各層段中 F端元的平均值分別為5.6%,7.9%,7.4%;變化范圍分別在1%～18%,1%～18%,3%～8%之間(表1)。但在B57井的E2n1-1層段中和L35-1井的E2n1-2層段中長石的含量(面積比)均大于10%,在12%～18%之間。

表1 那讀組砂巖中Q端元和F端元的含量(面積比/%)Table 1 The average contents and variations of Q and F in sandstones of Nadu Formation

圖1 百色盆地構(gòu)造單元區(qū)劃與研究區(qū)位置圖Fig.1 Tectonic division of the Baise basin and the location of study area

圖2 那讀組砂巖的主要巖石類型Fig.2 T riangular QFL plot showing the types of sandstones from Nadu Formation

Q端元代表砂巖中穩(wěn)定組分,因此,根據(jù)那讀組各鉆井中Q端元的平均含量(面積比)繪制了穩(wěn)定組分的變化趨勢圖(圖3)?？梢钥闯?Q端元呈現(xiàn)出兩種變化趨勢,一個是受北西方向物源的影響,向南東逐漸變高;另一個是受北東方向物源的影響,向南西方向呈遞增趨勢。F端元在平面上的變化趨勢不明顯,但F端元以酸性斜長石為主,穩(wěn)定的鉀長石含量極少,由此說明,那讀組砂巖搬運(yùn)距離較近,屬近物源沉積。

2.2 重礦物特征與物源的關(guān)系

圖3 那讀組Q端元平均含量(面積比/%)的變化趨勢Fig.3 Isoline of the average content of Q in sandstones of Nadu Formation(arrows show the inferred paleocurrent direction)

砂巖中重礦物耐磨蝕、穩(wěn)定性相對較強(qiáng),能夠較多地保留其母巖的標(biāo)型特征。不同的母巖類型具有特定的重礦物組合及相對含量,因此重礦物在物源分析中占有重要地位[5]。通常情況下選取碎屑顆粒比例大于75%的砂巖薄片用于重礦物分析。根據(jù)薄片分析鑒定統(tǒng)計得出,研究區(qū)內(nèi)重礦物含量并不高,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般變化在0.5%～5.5%之間。重礦物主要由鋯石、電氣石、黑云母、白云母、磷灰石、黃鐵礦、綠泥石、磁鐵礦、銳鈦礦等構(gòu)成。重礦物的種類較多,同一個薄片中最多可達(dá)9種。其中出現(xiàn)頻率最高的是電氣石和鋯石,其次為白云母、黃鐵礦、黑云母、綠泥石、銳鈦礦等(表2)。按重礦物的穩(wěn)定性可將研究區(qū)砂巖中的重礦物劃分為穩(wěn)定重礦物、較穩(wěn)定重礦物與不穩(wěn)定重礦物[13～17]。其中,穩(wěn)定重礦物包括鋯石、電氣石、白云母、白鈦礦、石榴石、榍石、金紅石,較穩(wěn)定重礦物包括矽線石、鈦礦、鈦鐵礦、銳鈦礦,不穩(wěn)定重礦物包括黑云母、磁鐵礦、綠泥石、磷灰石、綠簾石、重晶石、黃鐵礦、黝簾石?？紤]到黑云母穩(wěn)定性較差,經(jīng)風(fēng)化及成巖作用常被分解為綠泥石和磁鐵礦,而區(qū)內(nèi)巖石已經(jīng)過成巖蝕變,故將磁鐵礦歸入不穩(wěn)定重礦物(全文對重礦物的劃分相同)。

表2 重礦物在巖石薄片中的出現(xiàn)頻率Table 2 Appearance frequency of heavy minerals in all thin sections

薄片統(tǒng)計結(jié)果表明,那讀組13口鉆井中,重礦物總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.02%～4.33%之間內(nèi)變化,平均為 1.65%。穩(wěn)定重礦物的變化范圍為0.99%～2.00%,平均為1.16%;較穩(wěn)定重礦物的變化范圍為0%～0.5%,平均為0.06%;不穩(wěn)定重礦物的變化范圍為0.03%～1.83%,平均為0.44%。穩(wěn)定重礦物和較穩(wěn)定重礦物質(zhì)的變化幅度較小,而不穩(wěn)定重礦物的變化幅度要大一些。根據(jù)各鉆井那讀組不穩(wěn)定重礦物的統(tǒng)計結(jié)果得出,那讀組砂巖中不穩(wěn)定重礦物的平均含量由區(qū)內(nèi)北東邊向南西方向逐漸降低,反映出區(qū)內(nèi)北東方向的物源對不穩(wěn)定重礦物分布的影響(圖4)。結(jié)合不同母巖的重礦物組合特征,可推斷出那讀組砂巖的母巖主要是沉積巖。

圖4 各鉆井那讀組砂巖中不穩(wěn)定重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w/%)等值線圖Fig.4 Content isoline of instable fragments and heavy minerals in sandstones of Nadu Formation

2.3 巖屑特征與物源的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)那讀組砂巖中的巖屑含量較低,其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍一般在0%～15%之間,主要巖屑類型有硅質(zhì)巖巖屑、碳酸鹽巖屑、粉砂巖巖屑、泥巖巖屑、石英巖巖屑、千枚巖巖屑。那讀組地層中噴出巖巖屑非常少,有些薄片中基本上不含噴出巖巖屑。按照巖屑的性質(zhì)將硅質(zhì)巖巖屑、碳酸鹽巖屑、粉砂巖巖屑、泥巖巖屑?xì)w入沉積巖巖屑,噴出巖巖屑?xì)w入巖漿巖巖屑,石英巖巖屑和千枚巖巖屑?xì)w入變質(zhì)巖巖屑。從那讀組來看,沉積巖巖屑含量最高,其次是變質(zhì)巖巖屑(有些薄片中幾乎不含噴出巖巖屑)。而沉積巖巖屑中除硅質(zhì)巖巖屑外,其他沉積巖巖屑如碳酸鹽巖屑等的穩(wěn)定性均不高。

由此判斷,那讀期屬近物源沉積,且母巖性質(zhì)主要是以沉積巖為主,其次為變質(zhì)巖。按薄片統(tǒng)計,各鉆井中那讀組沉積巖巖屑的平均含量(面積比)在0.5%～7.9%之間變化,主要由硅質(zhì)巖巖屑(屬穩(wěn)定組分)和碳酸鹽巖屑(屬不穩(wěn)定組分)組成,這在平面上很難判斷物源方向;而噴出巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑的含量較少,在平面上的變化趨勢不明顯。

3 結(jié)論

a.那讀組砂巖中Q端元的平均含量呈現(xiàn)出兩種變化趨勢,一個是受北西方向物源的影響,向南東逐漸變高;另一個是受北東方向物源的影響,向南西方向呈遞增趨勢。石英的標(biāo)型特征顯示其母巖是變質(zhì)巖。

b.根據(jù)那讀組砂巖中重礦物的組合特征,選用不穩(wěn)定重礦物的平均含量來分析物源方向,得出由研究區(qū)北東邊向南西方向其含量逐漸降低,反映出研究區(qū)內(nèi)北東方向的物源對不穩(wěn)定重礦物分布的影響。

c.根據(jù)不同母巖重礦物的組合特征和巖屑的組合特征,可推斷出那讀組砂巖的母巖主要是沉積巖,其次為變質(zhì)巖,且屬近物源沉積。

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