由淡水到海相碳酸鹽巖層序的沉積演化

馬 莉 李 濤 王 蕾

（1．西南石油大學(xué)，成都 610500；2.西南油氣田廣漢采氣院監(jiān)督中心，廣漢 618300）

由淡水到海相碳酸鹽巖層序的沉積演化

馬 莉1李 濤2王 蕾1

（1．西南石油大學(xué)，成都 610500；2.西南油氣田廣漢采氣院監(jiān)督中心，廣漢 618300）

大開曼島最大的瀉湖——北海峽含有多達4m厚的沉積物中，記錄了全新世海平面上升的最新狀況。這個瀉湖的海進層序提供了由于最近全新世海平面上升導(dǎo)致的從淡水-半咸海領(lǐng)域到海相領(lǐng)域的演化的瞬變沉積環(huán)境。同時也提供了由于全新世海進演化而來的從淡水領(lǐng)域進入海相領(lǐng)域的瞬變沉積環(huán)境和影響構(gòu)造、海平面流動曲線的因素。關(guān)鍵詞：瀉湖；沉積物；海相；演化；流動曲線

全新世海平面變化曲線雖有差異，但在5 000a里海平面的上升對全球的生物礁和沿海沉積物的發(fā)展有著深遠影響。特別是生物礁和淺海碳酸鹽巖相的演化與海水深度有著非常緊密的聯(lián)系。但是關(guān)于全新世海進影響碳酸鹽巖在淺灘瀉湖沉積方法的研究很少。本文重點介紹了大開曼島最大的瀉湖——北海峽，因為它含有多達4m厚的沉積物中，記錄了全新世海平面上升的最新狀況。這個瀉湖的海進層序提供了由于最近全新世海平面上升導(dǎo)致的從淡水-半咸海領(lǐng)域到海相領(lǐng)域的演化的瞬變沉積環(huán)境。同時也提供了由于全新世海進演化而來的從淡水領(lǐng)域進入海相領(lǐng)域的瞬變沉積環(huán)境和影響構(gòu)造、海平面流動曲線的因素。

1 北海峽

北海峽是一個南北長約9m，東西寬10余米的圓形瀉湖。沿著南海岸線和西海岸線，除去一小部分的居民區(qū)和商業(yè)區(qū)外，北海峽被紅樹林樹藻和密實的植被所包圍。北邊由一個暗礁隔開加勒比海，從而形成瀉湖。位于北海峽東北角的小海峽是一個小型的受限瀉湖。北海峽的水位在海岸線附近通常小于2m，而在瀉湖中間能達到6m，礁脊的渠道長達4m深。北海峽的平均溫度為28℃，由于北部的海水循環(huán)所致，在礁脊背后是正常的海水鹽度。在瀉湖內(nèi)部，由于缺少海水循環(huán)，海水礦化度達42%。

1.1 水循環(huán)

控制水循環(huán)的主要因素有潮汐波動、風(fēng)向和風(fēng)速，主要是東風(fēng)-東北風(fēng)。然而，在冬季來自西北的劇烈暴風(fēng)對北海峽有著直接影響，風(fēng)速在礁脊達到最大。近岸水水流向西沿著大開曼半島北海岸流入北海峽，且穿流過東部的暗礁。在暗礁西部邊緣經(jīng)過短暫停留離開瀉湖后，水流開始從礁脊后面向西流。瀉湖中心的水循環(huán)受流速為20cm/s的渦流控制。逆時針渦流控制瀉湖中心水流，而順時針渦流則控制瀉湖南部水循環(huán)。小海峽的水流通常小于10cm/s。

1.2 基巖

北海峽的沉積物為更新世Ironshore地層的石灰?guī)r或上新世佩德羅城堡地層和中新世大開曼地層的白云巖。北海峽的沉積厚度由基巖的地形和本身的能量層次決定。沉積厚度從海岸線的1m增加到瀉湖中心的3m，而在小海峽發(fā)現(xiàn)最大厚度為4m。在礁脊后面，沉積厚度通常小于0.5m，很多地方有堅硬的基底暴露在外面。

2 沉積相

北海峽相分為復(fù)合顆粒相、腹足類相、雙殼類相、紅樹泥炭、仙掌藻相、仙掌藻-底棲生物相、有孔蟲-雙殼類相和雙殼類-仙掌藻相。

（1）復(fù)合顆粒相

復(fù)合顆粒相處在底巖上，復(fù)合顆粒幾乎全部由分選好的、細粒的、本色是白色的沉積物組成，組成文石雙殼軟體動物，腹足類和保存于泥晶基質(zhì)中的海底有孔蟲碎屑。大約有5%的顆粒因完全泥晶化了而不能被識別。瀉湖中間上覆的是紅樹泥炭，而沿著瀉湖南部邊緣（巖心B6，B14，EB41）上覆巖層是仙掌藻相，這個相的大部分沉積物可能沉積在淺水低能水體里。

（2）腹足類相

在某些巖心里,腹足類相處于基巖,上覆雙殼類相巖層。然而在另外一些巖心里,有一個厚7m的紅樹泥炭包住巖層。橫向伸展小于鄰近的巖心位置(1.5km)。河邊螺屬的forsythi是淡水或輕微的半咸水腹足類，很可能生活在稠密的紅樹林，通常是在水深1m的低能環(huán)境中。

（3）雙殼類相

雙殼類相位于某些巖心的基巖上，在某些巖心的腹足相上面。上覆沉積相為紅樹林相和仙掌藻相，此相沉積在1m左右的淺水沼澤環(huán)境中，有以下幾個標志：一般生活在半咸水到咸水的地方，附屬于巖石或分流；靈敏的薄殼的雙殼軟體動物類似于依附于紅樹根的支撐物；此相通常上覆紅樹林泥炭相。

（4）紅樹泥炭相

這個深褐色到黑色的富含有機質(zhì)的沉積物中包括分散的1.5cm長的木碎屑，很可能是從紅樹相推導(dǎo)而來。生物擾動把這些沉積物與上覆的仙掌藻相混合在一起。底部的泥炭被擱在基巖上面，是由不定的雙殼軟體動物推導(dǎo)而來的，通常包括許多小的殼碎屑。此相通常位于基巖上。雙殼類動物發(fā)現(xiàn)于紅樹林相的上部，喜歡干凈的砂質(zhì)基底的水體深度小于9m的開闊海。紅樹泥炭相是淡水-半咸水領(lǐng)域到開闊海相領(lǐng)域轉(zhuǎn)變的標志。

（5）仙掌藻相

由亮到暗，中等分選的仙掌藻相有高脫節(jié)的含量，整體的、破碎的仙掌藻相平面，分散著長達4cm長的雙殼類動物。其他異化顆粒包括海底有孔蟲亞綱、雙殼類、腹足類、珊瑚骨架和復(fù)合顆粒。脫節(jié)的、完整的分散雙殼類殼的仙掌藻相平面建在該相傾斜的底部，向脫節(jié)的方向傾斜，破碎的仙掌藻相建在頂部。在瀉湖中心，仙掌藻相伏在紅樹泥炭相上面，此相暴露在大部分瀉湖的沉積物-水的分界面上。此相與覆蓋在北海峽廣大區(qū)域的稠密的海龜草草甸之下的目前聚積的沉積物是同族的。然而，沒有直接的證據(jù)證明海龜草是在仙掌藻相的底下。在海龜草草甸之下的沉積物聚積在水體深度小于6m的環(huán)境里，屬于低中能的環(huán)境。仙掌藻相平面是由生長在海龜草中間的仙掌藻推導(dǎo)而來的。骨架組件的高度泥晶化表明沉積物在埋藏之間經(jīng)歷過長時間的暴露。

（6）仙掌藻-底棲有孔蟲-雙殼類相

此相包含許多環(huán)接的和脫節(jié)的雙殼類和腹足類。以雙殼類外棲動物為主，但雙殼類海底動物也普遍存在。仙掌藻相是在瀉湖中心被仙掌藻相包住的透鏡體，沉積環(huán)境可能與仙掌藻相相下面沉積形成的類似，但是海龜藻沒有那么稠密。可能積聚在低能環(huán)境、小于6m深的水體里。高度的雙殼類關(guān)節(jié)表明它們可防止物理磨損作用被破壞。

（7）雙殼類-仙掌藻相

本色雙殼類-仙掌藻是以分選中等，粗顆粒的異化顆粒，勻孔蟲屬和許多雙殼類殼碎屑的存在為標志。異化顆粒骨架由雙殼類和仙掌藻相面推導(dǎo)而來，伴隨著極少的紅藻，海底有孔蟲類和海膽類。雙殼類和仙掌藻相面都適當?shù)匦纬筛吖羌芙Y(jié)構(gòu)，而紅藻和海底有孔蟲類很少形成骨架。不到2%的顆?？纱_認為珊瑚骨架。大多數(shù)異化可部分泥晶化，因為存在著泥晶化，大約有45%的顆粒不能被識別。這些顆?？赡苁怯缮汉鹘秆莼鴣淼?。該相伏在基巖上面，向南與仙掌藻相形成指狀交錯，向礁脊方向厚度有所降低，形成于礁脊向陸地方向小于4m深的水體里，暴風(fēng)活動可能是引起大量沉積物非周期性變化的原因。紅藻豐度表明大多數(shù)顆?？赡苁怯缮锝秆莼鴣怼?/p>

3 淡水到海相的轉(zhuǎn)變

在北海峽底部的一些巖心中發(fā)現(xiàn)的雙殼類和腹足類指示出淡水到半咸水的沉積區(qū)域，而從沉積物高部的雙殼類指示海相區(qū)域。從某些巖心中的殼和沉積物獲得δ13C和δ18O是為了檢測在北海峽的演化期間沉積領(lǐng)域變化的重要性。

在δ13C值里重要的轉(zhuǎn)換與雙殼類相到紅樹泥炭相的轉(zhuǎn)變是一致的。從仙掌藻相獲得的雙殼類殼獲取的正的δ13C值使海相成因具體化。有證據(jù)證明紅樹泥炭相的底部在沉積物下面大約1.6m處，表示波至海進。從雙殼類殼和沉積物推導(dǎo)而來的δ18O的值顯示出與深度無關(guān)。相關(guān)性的缺乏和低的變化率表明談水中和海水中18O/16O的比值很可能是相似的，因為它們的位置比較近。從雙殼類殼中和沉積物中推導(dǎo)而來的δ18O值不同，這可能與分餾因素有關(guān)。

4 影響構(gòu)造和海平面流動曲線的因素

4.1 沉積物的年代

最老的14C是來自巖心B10的底部的泥炭層，年代為5 060±80BP。雙殼類中最老的 C的年代是4 160±40BP，是來自巖心B10中的位于基巖上0.6m的雙殼類相。另一個Mytilopsis domingensis的樣本位于巖心B15和靜止的基巖上的聲波測井7m處，出產(chǎn)年代是3 770±40BP。位于雙殼類相上的泥炭層出產(chǎn)的14C的年代是4 140±80BP。這些年代指示著淡水-半咸海的泥炭層和雙殼類開始于北海峽5 000BP，至少維持了1 000a。

4.2 沉積速率

純的沉積物積累速率是由老的雙殼軟體動物和沉積表面之間的未壓實的沉積厚度預(yù)測而來的，每1 000a 為27～168cm。 在巖心B7，B15，B16，B17和EB23中，老的殼和沉積表面之間幾乎全部是仙掌藻相。這些巖心中，沉積速率每1 000a分別為78，112，27，70和168cm。在巖心B10和B15中，老的雙殼軟體動物和沉積表面之間未壓實的相態(tài)順序為雙殼類，紅樹林泥炭和仙掌藻相。這些巖心預(yù)測的沉積速率每1 000a分別為60和81cm，然而不是標準相態(tài)的速率。

5 結(jié) 論

（1）北海峽地下的沉積物屬于淡水-半咸水相（復(fù)合顆粒相，腹足類相，雙殼類相）和海相（仙掌藻相，仙掌藻相-底棲，有孔蟲-雙殼類，雙殼類-仙掌藻相）的結(jié)合。紅樹泥炭相是這兩個相態(tài)的過度。沉積區(qū)域持續(xù)了至少1 000a。

（2）基于北海峽的老的雙殼軟體動物和底部泥炭的海平面曲線與巴貝多的Acropora palmata生物礁相對比，這條曲線在由大開曼島西部、巴哈馬、佛羅里達、百慕達群島的泥炭樣品推導(dǎo)而來的曲線下面3m處。這種偏差是由于有機質(zhì)演化的不同造成的。

（3）殼和沉積物中δ13C的重要變化標志著從淡水-半咸水到海相沉積區(qū)域的變化。然而，從相同的樣品中獲得的δ18O的值幾乎沒有不同。δ13C的變化與波至瀉湖的海相條件一致。

[1]Abbott R T.The Marine Mollusks of Grand Cayman Island,British West Indies[J].Academy of Natural Sciences of Philadelphia,Monograph ，1958，11：138.

[2]Alexandersson E T.Micritization of Carbonate Particles:Processes of Pprecipitation and Dissolution in Modern Shallow-marine Sediments[J].Bulletin of the Geological Institutions,University of Uppsala,New Series,1972,7:201-236.

Abstract：Focuses on Grand Cayman,the largest lagoon-North Channel，because it contains up to 4m thick sediments,Holocene sea-level rise recorded in the latest status.The sea into the lagoon provides a sequence of Holocene sea-level rise due to the recent result from the fresh-brackish water to the evolution of the transient marine sedimentary environment.Also it provides the Holocene transgression since evolved into the marine from the freshwater areas of the field of sedimentary environment and the impact factors of structures and sea level flow curve.

Key words：lagoon；sediment；marine facies；evolution；flow curve

Sedimentary Evolution of Freshwater to Marine Carbonate Rock Sequence

MA Li1LI Tao2WANG Lei1
(1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.Supervision Center of Guanghan Gas Institute，Southwest Oil-gas Field，Guanghan 618300)

TE122

A

1673-1980（2011）03-0037-03

2010-10-18

馬莉（1981-），女，四川隆昌人，西南石油大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向為礦產(chǎn)普查與勘探。