碳酸鹽與硅質(zhì)碎屑的混合沉積機理和控制因素探討

趙燦，李旭兵，郇金來，于玉帥

1)武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，武漢，430223; 2)中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江， 524057

內(nèi)容提要：混合沉積作用是一類特殊而又有重要研究價值的沉積現(xiàn)象，混合沉積作用的研究雖已經(jīng)取得了一定的進展，但目前國內(nèi)對其沉積機理、控制因素等方面的認識仍不夠深入，經(jīng)典的范例較少。本文在國內(nèi)外研究進展的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者等近期的研究成果，闡述和總結(jié)了混積巖產(chǎn)出的沉積環(huán)境，混合沉積的4種類型、4種剖面結(jié)構(gòu)以及與之相對應(yīng)的沉積機理與控制因素等混合沉積研究的重點和難點問題。并以下剛果盆地Albian階Sendji組混積巖的研究為例，利用頻譜分析的方法求得混積地層較好地保存了米蘭科維奇旋回,證實了受米蘭科維奇旋回影響的氣候因素對混合沉積作用的發(fā)生、發(fā)展具有極為重要影響，同時混合沉積作用強弱及其旋回性變化也是區(qū)域構(gòu)造活動的響應(yīng)，構(gòu)造活動的強弱與混積作用范圍、規(guī)模密切相關(guān)。

混合沉積(mixed siliciclastic—carbonate sediment)及其產(chǎn)物作為一類不同于單純的陸源碎屑巖和清水碳酸鹽巖沉積的特殊沉積類型，自20世紀50年代以來被國內(nèi)外學(xué)者先后發(fā)現(xiàn)，并開展了一系列的研究工作。大量資料顯示，混合沉積不僅常伴生良好的儲集巖甚至烴源巖組合，也是一些固體層控礦床的重要產(chǎn)出層位(張錦泉和葉紅專，1989；李祥輝等，1997；羅順社等，2004；鄭榮才等，2010)。作為地質(zhì)歷史時期一類特殊沉積，展開混合沉積作用的研究對于了解沉積環(huán)境的動力、氣候、物源、海平面變化以及構(gòu)造背景具有重要價值。但是與混合沉積的重要研究意義不相稱的是，過去幾十年的勘探中，碳酸鹽巖與碎屑巖沒有系統(tǒng)結(jié)合起來研究，對混合沉積這一特殊的沉積現(xiàn)象沒有給予足夠的重視。近年來國內(nèi)雖已有關(guān)于混合沉積的報道，但總體上研究實例仍然較少，對混合沉積的類型，尤其是混積機理、控制因素的研究則更顯得薄弱。而對混合沉積過程的認識及沉積機理與控制因素的關(guān)系也必將是未來混合沉積研究領(lǐng)域的重點和難點。本文在對混合沉積研究進展、混積作用類型介紹的基礎(chǔ)上，利用大量的國內(nèi)外相關(guān)報道，結(jié)合筆者等對西非被動大陸邊緣下剛果盆地Albian階Sendji組混積巖的研究實例，重點對混積作用的機理與控制因素進行了分析。

1 混合沉積的研究進展

1.1 研究歷史

混合沉積的研究始于20世紀50年代(Bruckner，1953；Carozzi，1955)，80年代以前，國外有較多關(guān)于陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積產(chǎn)狀描述性的研究和實例(Maxwell and Swinchaff,1970；Button,1977；Price,1977)，80年代開始國外學(xué)者就提出混積物(混合沉積物)的概念，并對混積巖的分類、成因等進行研究和討論(Roberts，1987；Dolyle and Roberts，1988；Sarg，1988；Dolan，1989； Davies,1989)。Mount(1984)對混合沉積的定義為硅質(zhì)碎屑與碳酸鹽在結(jié)構(gòu)上的相互摻雜，或者成分上純的硅質(zhì)碎屑巖與碳酸鹽巖旋回性互層。這一概念早期在國際上通用，并為國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者沿用或加以擴展(張錦泉和葉紅專，1989；沙慶安，2001；李祥輝，2008；鄭榮才等，2010)，在混積巖的研究領(lǐng)域具有較大的意義，得到地學(xué)界公認?；旌铣练e機制的研究則是20世紀90年代之后的主要研究趨勢(Vail，1977；Dolan，1989；Yose and Heller,1989；Myrow and Canding,1992；Burchette，1992)，江茂生和沙慶安(1995)的研究認為海平面變化、構(gòu)造升降是混合沉積的主要控制作用，沉積事件和氣候變化對混合沉積亦有影響，董桂玉等(2008)在研究湖南石門楊家坪下寒武統(tǒng)杷榔組三段發(fā)育陸源碎屑與海相碳酸鹽的混合沉積時認為，內(nèi)波、內(nèi)潮汐是該地區(qū)混合沉積的沉積機理，董桂玉等(2009)在基于環(huán)渤海灣地區(qū)寒武系陸源碎屑與海相碳酸鹽的混合沉積研究，提出構(gòu)造、物源、氣候?qū)ι锍梢虻奶妓猁}巖占主導(dǎo)地位的混合沉積具有重要的影響。近幾年國內(nèi)對混合沉積的研究在混合沉積微相類型和相模式方面有所突破(王國忠，2001；張雄華，2003；費安瑋等，2004；羅順社等，2004)，并且逐漸開始針對混積巖的沉積構(gòu)造和成巖作用特征等方面的研究(馬艷萍和劉立，2003；費安瑋等，2004)。

圖 1 常見的混積巖和混積層系類型Fig. 1 Common types of the mixed sedimentary sequences and rocks

(a)粉—細粒砂質(zhì)灰?guī)r，與薄層鈣質(zhì)泥巖和鈣質(zhì)粉砂巖混積，上部砂質(zhì)灰?guī)r層發(fā)育平行層理(混積巖—混積巖層系)，四川龍門山，下泥盆統(tǒng)甘溪組；(b)灰白色微晶白云巖與黑色碳質(zhì)泥巖混積(陸源碎屑巖—碳酸鹽巖層系)，湖北秭歸，震旦系陡山沱組二段；(c)灰白色微晶灰?guī)r與灰黃色泥巖高頻混積(陸源碎屑巖—碳酸鹽巖層系)，安徽涇縣，下寒武統(tǒng)黃柏嶺組；(d)灰白色微晶灰?guī)r與黃色泥巖混積(陸源碎屑巖—碳酸鹽巖層系)，湖北宣恩，下寒武統(tǒng)清虛洞組；(e)灰白色微晶灰?guī)r與碳質(zhì)泥灰?guī)r混積(碳酸鹽巖—混積巖層系)，湖南古丈，中寒武統(tǒng)花橋組；(f)灰白色生物碎屑灰?guī)r與黃色灰質(zhì)泥巖混積(陸源碎屑巖—混積巖層系)，湖南龍山，下志留統(tǒng)小河壩組；(g)大套條帶狀灰色灰?guī)r夾薄層黑灰色泥巖(陸源碎屑巖—碳酸鹽巖層系)，山西原平—軒崗，上寒武統(tǒng)崮山組(據(jù)董桂玉等，2009)；(h)灰質(zhì)粉砂巖與泥巖互層(陸源碎屑巖—混積巖層系)，北美西部Swallowfield地區(qū)，上奧陶統(tǒng)(據(jù)McLaughlin，2004)；(i)砂質(zhì)核形石灰?guī)r，顆粒間被灰泥和陸源石英砂充填，幾乎無孔隙，鑄體薄片,單偏光，西非下剛果盆地，下白堊統(tǒng)Albian階；(j)砂質(zhì)鮞?；?guī)r，發(fā)育原生粒間孔和粒內(nèi)溶孔，鑄體薄片,單偏光，西非下剛果盆地，下白堊統(tǒng)Albian階；(k)在泥巖中呈很薄夾層產(chǎn)出的粉砂質(zhì)微晶生物屑灰?guī)r，含較多介形蟲，四川龍門山，普通薄片,單偏光，下泥盆統(tǒng)甘溪組；(l)含粉砂灰質(zhì)泥巖，含碳酸鹽碎屑，鑄體薄片,單偏光，西非下剛果盆地，下白堊統(tǒng)Albian階

(a) silt to fine sandy limestone, mixing deposited with thin layer calcareous mudstone, parallel bedding developed in the upper portion of sandy limestone( mixosedimentite—mixosedimentite layer series), the Ganxi Formation of Lower Devonian, Longmen Mountains, Sichuan; (b) mixed sedimentation of offwhite micritic dolomite and black carbon mudstone (terrigenous clastic rock—carbonate rock layer series), the 2nd Member of the Doushantuo Formation, Sinian (Ediacaran) System, Zigui, Hubei; (c) high frequency mixed sedimentation of offwhite micritic limestone and grey-yellow mudstone(terrigenous clastic rock—carbonate rock layer series), the Huangbailing Formation of Lower Cambrian, Jingxian, Anhui; (d) mixed sedimentation of offwhite micritic limestone and yellow mudstone(terrigenous clastic rock— carbonate rock layer series), the Qingxudong Formation of Lower Cambrian, Xuan’en, Hubei; (e) mixed sedimentation of offwhite micritic limestone and carbon marlite (carbonate rock—mixosedimentite layer series), the Huaqiao Formation of Middle Cambrian, Guzhang, Hunan; (f) mixed sedimentation of offwhite bioclastic limestone and yellow lime mudstone(terrigenous clastic rock—mixosedimentite layer series), the Xiaoheba Formation of Lower Silurian, Longshan, Hunan; (g) a large set of banded grey limestone clamp thin layer black grey mudstone(terrigenous clastic rock—marine carbonate rocks system) , the Upper Cambrian Gushan Formation in Yuanping—Xuangang area, Shanxi Province(from Dong Guiyu et al., 2009); (h) alternating deposits of terrigenous debris and mudstone(terrigenous clastic rock diamictite system), Upper Ordovician in western Swallowfield, North America (from McLaughlin，2004); (i) sandy oncolitic limestone, the intergranular pore-filling lime mud and terrigenous quartzose sandstone; almost nonporosity; Lower Cretaceous Albian Stage in the Lower Congo Basin, western Africa; the casting thin section(PPL); (j) sandy oolitic limestone, the pore types include intergranular pore, intragranular dissolve pore; Lower Cretaceous Albian Stage in the Lower Congo Basin, western Africa; the casting thin section (PPL); (k) as a thin-bedded silty micrite bioclastic limestone micrites in mudstone, ostracodes make up a significant portion of the total deposit, the Lower Devonian Ganxi Foramtion, Longmen mountains, Sichuan Province (PPL); (l) silted lime mudstone and carbonate debris. Lower Cretaceous Albian Stage in the Lower Congo Basin, western Africa, the casting thin section (PPL)

1.2 關(guān)于混積巖的形成環(huán)境

對于混合沉積現(xiàn)象出現(xiàn)的環(huán)境，早期的研究常被限定為淺海環(huán)境(Mount，1984),而大量的實例表明，混合沉積作用不僅僅限于淺海，在濱岸帶，在CCD(碳酸鹽補償深度)面之上的深海也都可能發(fā)生(張廷山等，1995；李祥輝，2008)。

淺海環(huán)境的混積作用在文獻中報道較多，淺海陸棚是發(fā)生混合沉積作用頻率最高的區(qū)域。Roberts(1987)對尼加拉瓜東現(xiàn)代海岸混合沉積作用進行研究時認為，在熱帶潮濕氣候極為豐富的降雨量條件下，碎屑流經(jīng)雨水帶至近岸水域，導(dǎo)致內(nèi)陸棚由碎屑沉積控制，受信風(fēng)控制的近岸濁流和密度流沉積可以達到平行海岸線近20km范圍，碳酸鹽巖和碎屑沉積物混合沉積主要在20km范圍之內(nèi)，而除此之外的廣闊陸棚則為碳酸鹽巖沉積發(fā)育區(qū)。Co′zara等(2006)研究了西班牙西南部Guadalmellato地區(qū)密西西比紀維憲階的硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽巖臺地混合沉積，該地區(qū)以具有持續(xù)的硅質(zhì)碎屑流供給形成的砂質(zhì)碳酸鹽巖混積巖為特征，沉積物來源主要由先前的潮下帶的臺地碎屑沉積和生產(chǎn)于潮下—潮間帶的碳酸鹽沉積物二者混積而成，屬于潮坪沉積環(huán)境下混合沉積的典型實例。

湖泊環(huán)境硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽巖混合沉積作用也有一些報道，如渤海灣盆地黃驊坳陷沙河街組一段下亞段廣泛發(fā)育碎屑巖與碳酸鹽巖的混合沉積，該區(qū)混合沉積在低位體系域最為發(fā)育,高位和湖侵體系域混合沉積作用受到抑制(董艷蕾等，2011)。蘇靜等(2008)對束鹿凹陷古近系沙三下段的研究認為，該區(qū)沙三下段是一碎屑流沉積和混合沉積為主體的半深湖—深湖沉積體系，以互層混合沉積、結(jié)構(gòu)混合沉積和夾層混合沉積3種類型為典型特征。

深水環(huán)境下，深海特別是半深海的斜坡盆地環(huán)境在垂向加積、重力流、等深流等方式作用下，亦可形成成分、結(jié)構(gòu)及源區(qū)混合等各種類型的混合沉積(張錦泉和葉紅專，1989；李祥輝等，1997)。深水背景下混合沉積的典型實例來自湖南石門楊家坪下寒武統(tǒng)杷榔組三段深水混積斜坡沉積環(huán)境，內(nèi)潮汐作用、原地混合作用和濁流事件使得深水條件下混積作用得以發(fā)生(董桂玉等，2008)。

值得一提的是，經(jīng)典的碳酸鹽巖沉積環(huán)境常被定義為為分布于低緯度帶無河流注入的清澈而溫暖的淺海陸棚以及濱岸地區(qū)。近年來已經(jīng)有越來越多的文獻記錄了溫帶地區(qū)的酸鹽巖沉積(Carey et al，1995；Hayton et al，1995),而溫帶條件下的硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽巖混合沉積也被部分學(xué)者(Wilson, 1988; Lamarti-Sefian et al.,1998)注意到并加以討論，大量的構(gòu)造、礦物學(xué)、成巖和地球化學(xué)指標(biāo)也為溫帶條件下的混合沉積提供了相對重要的海洋、氣象信息。法國西部晚中新世Tortonian階Anjou組溫帶氣候條件下由潮汐作用控制的混合沉積即是溫帶地區(qū)發(fā)生的混合沉積作用的典型實例(André and Biagi，2003)。

2 混積巖與混積機理

2.1 混積巖與混積層系

如前文所述，在提及“混積巖”的概念時，國內(nèi)外學(xué)者常常對Mount(1984)提出的混合沉積的定義加以沿用和拓展。硅質(zhì)碎屑與碳酸鹽在結(jié)構(gòu)上的相互摻雜,或者成分上純的硅質(zhì)碎屑巖與碳酸鹽巖旋回性互層或側(cè)向彼此相互交叉的沉積產(chǎn)物即混合沉積。這一定義的內(nèi)涵筆者等認為可以細化為以下兩個部分。

(1)混合沉積的典型產(chǎn)物—混積巖，包括碳酸鹽巖(主要為砂質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)砂巖)層內(nèi)較高的陸源碎屑組分為含陸源碎屑碳酸鹽巖或陸源碎屑質(zhì)碳酸鹽巖；或者碳酸鹽組分含量高，為含碳酸鹽陸源碎屑巖或碳酸鹽質(zhì)陸源碎屑巖，張雄華(2003)根據(jù)湖南和江西古生界混合沉積的研究，將粘土、陸源碎屑和碳酸鹽作為混積巖分類命名的3個端元，其中粘土含量>50%的稱為粘土巖，碳酸鹽含量5%～95%或陸源碎屑含量5%～95%的混合沉積物稱為混積巖，并且根據(jù)混積巖中碳酸鹽和陸源碎屑的不同含量，分別劃分出多種巖石類型，包括含陸源碎屑—碳酸鹽混積巖、陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽混積巖、含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖、碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖。這一分類方案在國內(nèi)較為常用且易于混積巖的分類、命名。按照張雄華(2003)的分類命名方法，以下剛果盆地Albian階Sendji組混積巖為例，該地區(qū)常見的巖石類型有砂(粉砂)質(zhì)灰(云)巖、泥灰(云)巖、灰(云)質(zhì)泥巖、灰(云)質(zhì)粉砂巖等類型(圖1i、1j、1l)，混積巖的陸源碎屑組分可以有石英、長石和云母，碳酸鹽組分為方解石或白云石。

(2)硅質(zhì)碎屑巖與碳酸鹽巖旋回性互層或相互交叉形成混積層系，在實際研究中可以體現(xiàn)為不同的巖石類型的剖面結(jié)構(gòu)(圖1a～1h)。在對下剛果盆地Albian階Sendji組混合沉積研究時，總結(jié)的4種類型的剖面結(jié)構(gòu)有較好的代表性，并可以應(yīng)用在絕大多數(shù)混積層系的剖面結(jié)構(gòu)研究中(圖2)。這4種剖面結(jié)構(gòu)為：陸源碎屑與碳酸鹽的交互沉積(a型);陸源碎屑與混積物交互沉積(b型)；碳酸鹽與混積物交互沉積(c型)；混積物本身的交互沉積(d型)。

2.2 混合沉積機理

圖 2 常見的典型混積層系剖面結(jié)構(gòu)類型(據(jù)趙燦等，2011)Fig. 2 Common sketch map of types of mixed sedimentation sequences(from Zhao Can et al.，2011)(a) 陸源碎屑巖 碳酸鹽巖層系; (b) 陸源碎屑巖—混積巖層系; (c) 碳酸鹽巖—混積巖層系;(d) 混積巖—混積巖層系；1—泥巖；2—鮞?；?guī)r；3—微晶泥巖；4—砂巖；5—粉砂巖；6—泥灰?guī)r；7—砂質(zhì)灰?guī)r(a) terrigenous clastic rock—carbonate rock layer series; (b) terrigenous clastic rock—diamictite system; (c) terrigenous clastic rock—carbonate rock layer series; (d) mixosedimentite—mixosedimentite layer series；1—mudstone; 2—oolitic limestone;3—microcrystal mudstone; 4—sandstone; 5—siltstone; 6—marlite; 7—sandy limestone

由于不同學(xué)者對混積作用的沉積機理認識不統(tǒng)一，以及混合沉積本身的復(fù)雜性，目前有關(guān)混積機理的類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。Mount(1984)提出了淺海環(huán)境下的4種混合沉積機理：①間斷混合(punctuated mixing)，由高強度事件(如風(fēng)暴等)形成，為本來分屬不同沉積環(huán)境沉積物的混合；②相混合(facies mixing)，沉積物沿不同相之間的擴散邊界發(fā)生混合，相過渡帶造成的碳酸鹽巖與碎屑巖互層也包括在內(nèi)；③原地混合(insitu mixing)，碳酸鹽組分堆積在碎屑巖基底之內(nèi)或之上，碳酸鹽組分由原地死亡的鈣質(zhì)生物所組成；④母源混合(source mixing)，即由鄰近已石化的碳酸鹽源區(qū)經(jīng)侵蝕而提供碎屑碳酸鹽，再與硅質(zhì)碎屑混合。Mount的這一劃分方案在過去的研究中得到最廣泛的應(yīng)用(張廷山等，1995；李祥輝，2008；鄭榮才等，2010)。張雄華(2000)結(jié)合云南、湖南的實例將混積巖和混積層系成因歸納為5種類型：事件突變沉積混合、相緣漸變沉積混合、原地沉積混合、侵蝕再沉積混合和巖溶穿插沉積混合。董桂玉等(2007)提出，根據(jù)混合沉積的定義、成因、成分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造及接觸關(guān)系等因素，按照“沉積事件+剖面結(jié)構(gòu)”的原則，將混合沉積的類型歸納為3類，即漸變式混合沉積、突變式混合沉積和復(fù)合式混合沉積。楊永劍等(2011)在對塔里木盆地上奧陶統(tǒng)桑塔木組混合沉積研究時，參考了“沉積事件+剖面結(jié)構(gòu)”的原則來劃分混合沉積的類型即漸變型、突變I型、突變Ⅱ型、復(fù)合I型、復(fù)合Ⅱ型5個類型。

表 1 混合沉積和混積巖實例統(tǒng)計表Table 1 Representative cases of mixed deposition and rocks

在前人的眾多研究成果中，筆者等選擇了近年來不同地區(qū)、反映不同時代的混積巖的文獻，對混積機理及其產(chǎn)出的沉積環(huán)境方面做統(tǒng)計和分析(表1)，統(tǒng)計顯示以下特點。

(1)混積巖和混積巖系這兩類混合沉積的典型產(chǎn)物在各種沉積環(huán)境中均有出現(xiàn)，只要在具備碎屑巖和碳酸鹽巖礦物同時輸入或交替輸入的物源或地理條件時，包括海陸過渡帶、陸相湖泊、斜坡—盆地在內(nèi)的環(huán)境均可以有混合沉積形成，據(jù)表1的統(tǒng)計表明，在以上這些環(huán)境中濱岸和淺海陸棚的混合沉積作用最為發(fā)育。

圖 3 墨西哥加利福尼亞灣(GOC)南部現(xiàn)代硅質(zhì)碎屑和碳酸鹽混合沉積模式及混積特征(據(jù)Halfer，2003)Fig. 3 Generalized model showing the main features and sediment mixing modes in the Gulf of California, Mexico (from Halfar, 2004)

(2)常見的4種混積機理中，以間斷混合和相混合兩種為主(表1)，而原地混合、母源混合較少。淺水陸棚、濱岸等由陸到海的過渡帶，因河流注入、陸源物補給、沿岸流的作用，易于形成陸源硅質(zhì)碎屑與原地碳酸鹽的混合沉積，因而相混合作用常是這些環(huán)境里的主要混積機理。相混積機理作用下的混合沉積相帶在平面上呈現(xiàn)交錯、或在垂向上依次重疊出現(xiàn)的特點，混積巖與上下層系巖石在成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等方面常為漸變過渡關(guān)系，巖石類型通常為灰質(zhì)砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等同層混合。風(fēng)暴浪作用、濁流和重力流等是間斷混合作用的最主要驅(qū)動因素，間斷混積機理在以碳酸鹽沉積占絕對優(yōu)勢的混積碳酸鹽臺地相和湖泊深水區(qū)最為常見，風(fēng)暴流的異地搬運、摻合、沉積和原地對沉積物的顛選、摻合、改造也能引起濱、淺海環(huán)境里不同來源沉積物的間斷混積作用，間斷混合機理形成的混積巖常為灰?guī)r與泥(頁)巖互層或夾層狀的剖面結(jié)構(gòu)。

2.3 兩種最常見的混合沉積機理

前文所列資料顯示，間斷混合、相混合作用是較為普遍的混合沉積作用方式，其次是源區(qū)混合，而原地混合較少。為闡明這兩種混合沉積機理，Halfar(2001，2004)對墨西哥加利福利亞灣(GOC)南部現(xiàn)代硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽混合機理的研究提供了間斷混合(punctuated mixing)和相混合(facies mixing)原理的極佳范例(圖3)。該項研究顯示，間斷混合沉積在位于墨西哥加利福利亞灣(GOC)的Canal de San地區(qū)被識別出來，混合沉積通常是由該地區(qū)常見的颶風(fēng)作用等高能事件引起的，該地區(qū)這種颶風(fēng)作用通常每兩年就會發(fā)生一次，因此沿岸從砂到礫級的粗碎屑可以被颶風(fēng)搬運→再沉積到潮間帶或潮下帶的碳酸鹽巖沉積中。在這種風(fēng)暴事件中早先正常生長的生物常被硅質(zhì)碎屑所覆蓋，但由于生物的生產(chǎn)率較高，在這種突發(fā)事件之后，生物群又能夠得以迅速復(fù)蘇、拓殖。從這些事實來看，該區(qū)的間斷混積作用在很大程度上歸因于研究區(qū)處于颶風(fēng)高發(fā)區(qū)的地理優(yōu)勢。對應(yīng)地，加利福利亞灣(GOC)的La Paz地區(qū)相混積作用(facies mixing)發(fā)育的典型相帶是淺水海灣和陸棚中部，以產(chǎn)出含粉砂或者泥質(zhì)的碳酸鹽巖夾層為特征。圖3的定量研究表明，該地區(qū)的相混合作用主要受制于水體深度和受波浪改造的程度，圖3中0～15m范圍內(nèi)硅質(zhì)碎屑含量呈下降趨勢，反映高能極淺水帶硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽弱的間斷混合作用。但由于La Paz地區(qū)有較高碳酸鹽生產(chǎn)率，在10～15m范圍內(nèi)僅受到硅質(zhì)碎屑的輕微干擾，在15m以下才開始了相混積作用，但是，該環(huán)境下仍然以大量的(>80%)碳酸鹽巖占優(yōu)勢；>40m水深范圍才以真正強烈的相混積作用發(fā)育為特征，值得注意的是，隨著該環(huán)境下硅質(zhì)碎屑含量的大幅增加(圖3)，主要的碳酸鹽生產(chǎn)者也由營光型的珊瑚和紅藻向雙殼類、有孔蟲和棘皮類轉(zhuǎn)換。

另一實例來自西班牙西南部密西西比紀Visean階的硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽巖臺地混合沉積(Co′zara，2006)。在砂質(zhì)鮞?！嗔；?guī)r微相及砂質(zhì)骨?；?guī)r微相中，石英顆粒含量沿著混積巖透鏡體邊緣增加，同時相比泥灰?guī)r微相有更多的粗顆粒出現(xiàn)?？傮w反映出潮間帶—潮上帶沉積環(huán)境的特征，而沉積物來源主要由先前潮下帶的臺地碎屑沉積和生產(chǎn)于潮下—潮間帶的碳酸鹽沉積物二者混積而成。同時，該微相底部層位能識別出并不常見的介殼層分布，通常介殼層來源不能抹去風(fēng)暴作用的痕跡(Halley et al.，1983)；另一方面，在其他環(huán)境中并不常見的人字形層理在該微相中也被觀察到，這也進一步說明了這些混積淺灘的形成與風(fēng)暴作用相關(guān)。

國內(nèi)的研究以龍門山下泥盆統(tǒng)甘溪組謝家灣段為例，一般較淺水的混積濱岸和碳酸鹽質(zhì)混積陸棚具有很強的間斷式與原地式交替混積作用，以粉—細粒砂質(zhì)砂屑灰?guī)r，夾薄層泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為其典型巖性，發(fā)育近源混積風(fēng)暴流微相為特征；深水的碎屑混積陸棚以弱的間斷式混積作用為主，以粉—細粒砂巖夾薄層泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為特征；而深水的泥質(zhì)陸棚混積作用很弱或不發(fā)育。近期筆者等對湖北鶴峰走馬坪地區(qū)下寒武統(tǒng)杷榔組上段發(fā)育陸源碎屑與碳酸鹽的混合沉積研究時發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)杷榔組上段發(fā)育黃灰色透鏡狀、條帶狀灰質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)泥巖、灰質(zhì)粉砂巖等典型的混積巖層，以混積巖層之間相互構(gòu)成混積層系最為常見，宏觀上呈富泥質(zhì)的黃色條帶與含灰質(zhì)成分較高的灰黑色條帶的互層產(chǎn)出，結(jié)合該地區(qū)早寒武世屬于深水斜坡的古地理背景，認為遠源濁流作用帶來的間斷混合和深水原地混合作用是該區(qū)杷榔組上段發(fā)育陸源碎屑與碳酸鹽的混合沉積的主要機理(已另撰文討論)。

圖 4 下剛果盆地混積臺地剖面結(jié)構(gòu)Fig. 4 Profiles of mixed platform of the Lower Cretaceous Albian Stage in the Lower Congo Basin

3 混合沉積作用的控制因素

影響混合沉積的因素很多，也比較復(fù)雜，且大多數(shù)情況下都是互相影響、共同起作用的(張錦泉和葉紅專，1989)。氣候和構(gòu)造因素極大程度上地影響了碳酸鹽巖和碎屑巖混合沉積體系的特征，混合沉積作用往往也是海平面變化碳酸鹽生產(chǎn)率、陸源供給速率等多種因素作用的結(jié)果(Roberts，1987)，且這些控制因素間相互牽制，互為影響。例如，氣候因素對混合沉積作用的控制常表現(xiàn)為次級的干濕氣候交替，溫暖期和寒冷期的頻繁交替則可以形成互層或夾層狀的硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽巖的混合沉積，而氣候變化也極大地影響到海平面的變化，海平面的升降從陸源物質(zhì)的供應(yīng)和生物發(fā)育程度兩方面影響著混合沉積作用的進行及強度(江茂生和沙慶安，1995)。Aqrawi(1996)對Mesopotamian盆地上白堊統(tǒng)Khasib、 Tanuma組混合沉積研究認為不僅阿爾卑斯山運動對該地區(qū)多期次海平面變化和碳酸鹽巖—碎屑巖周期性旋回起帶來了極大影響，同時，基于對混積巖碎屑礦物X衍射和SEM分析認為沉積物種的粘土礦物主要為高嶺石，說明沉積期的濕熱氣候條件對混積巖的形成提供了條件。國內(nèi)對于混合沉積控制因素的研究較少,下文以筆者等近期對下剛果盆地Albian階Sendji組混積巖的研究為例，重點闡釋氣候及構(gòu)造兩種因素對混積作用的影響。

下剛果盆地位于非洲中西部，沿加蓬、剛果(布)、剛果(金)和安哥拉等國的海岸西側(cè)分布(圖4)。該盆地屬于西非被動大陸邊緣最重要的裂谷盆地之一，Barremian期、Aptian期分別經(jīng)歷了準(zhǔn)平原化、澙湖、海侵砂和厚可達1000m的Loeme組蒸發(fā)巖沉積序列。至Albian期，隨被動大陸邊緣拉張裂陷和大西洋加深，地層受地殼進一步拉伸并向西傾斜形成一系列相關(guān)的正斷裂、鹽隆構(gòu)造與下白堊統(tǒng)Albian階碳酸鹽巖和混積巖等海相沉積單元(劉祚冬和李江海，2009)。本文研究區(qū)Albian階為一套200～1000m厚的碳酸鹽巖混雜陸源砂、泥質(zhì)的典型混合沉積序列(圖4)。砂質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r為典型特征的混積巖，也見純的碳酸鹽巖與砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r互層構(gòu)成的混積層系(趙燦等，2011)。

3.1 氣候因素—米蘭科維奇旋回的驅(qū)動

經(jīng)典的米氏理論認為,偏心率、黃赤交角和歲差等地球軌道3要素的變化,造成了到達北半球中高緯度的夏季日射量變化;然后,這種變化通過日射量、地面溫度、冰雪覆蓋、反照率反饋,造成冰期—間冰期旋回(陳代釗，2000)。隨著對現(xiàn)代深海沉積物的深入研究，特別是DSDP項目的開展，越來越多的事實支持了米蘭科維奇理論。而首先將沉積旋回與軌道控制聯(lián)系起來的是Girbert對科羅拉多州奈厄布拉勒(Niobrara)白堊中的灰?guī)r—頁巖韻律的研究，Girbert認為除了天體運動狀態(tài)變化的控制因素外，陸地上沒有任何作用能夠?qū)е氯绱擞幸?guī)律的節(jié)律。同時，將該認識延伸為地球軌道參數(shù)變化導(dǎo)致的氣候變化控制沉積物中灰?guī)r—頁巖韻律形成，并且這種對氣候變化敏感的沉積節(jié)律可以利用為“年代計”， 而這種灰?guī)r—頁巖韻律即是碳酸鹽—硅質(zhì)碎屑混合沉積中最典型的一類，針對混合沉積是否受米蘭科維奇旋回控制的制約、氣候變化是否為該類沉積旋回的主要動力的研究尚未見報道。筆者等以對下剛果盆地下白堊統(tǒng)Albian階Sendji組混積巖的研究為例，通過頻譜分析的方法求得地層中保存的米蘭科維奇旋回,以期證實氣候因素對混合沉積作用的控制。

要鑒別地層中保存的沉積旋回是否屬于米蘭科維奇旋回，必須具備的重要條件是：該旋回的年限及其在地層中的重復(fù)性必須符合米蘭科維奇旋回的周期性(Kauffman，1988；郝維城等，2000；李鳳杰等，2007)。同時，米氏旋回在地質(zhì)歷史時期相對穩(wěn)定,各周期間的比率關(guān)系在一定的地質(zhì)歷史時期也是穩(wěn)定的,如果能夠在地層所包含的各種旋回中找到與米氏周期比率相等的關(guān)系,就可以認為研究層段的各旋回對應(yīng)于各米氏旋回周期。本文應(yīng)用下白堊統(tǒng)Albian階Sendji組自然伽馬測井曲線按深度等間距0.2m 取值, 利用小波分析法進行數(shù)字離散化, 然后對所得離散化數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，求出相應(yīng)的波長，得到旋回周期計算沉積旋回的厚度(表2),對研究區(qū)內(nèi)的KTNM-1井、KTNSM-2井、NKSM-1井等8口井的測井曲線進行分析, 得出各測井的主頻旋回厚度及其比值(表2)。據(jù)Berger(1992)計算的地質(zhì)歷史時期米蘭柯維奇旋回周期的變化,求得白堊紀時的歲差周期為22.1 ka和18.5 ka; 地軸傾角周期為49.8 ka和38.6 ka; 偏心率周期恒定為123 ka，偏心率周期與地軸傾角周期、歲差周期之間的比率分別為1∶0.405∶0.314∶0.180∶0.150。由表1 可看出, 本次計算的測井結(jié)果中, B 旋回與A 旋回的比值變化范圍為1∶0.378～1∶0.434, 與對應(yīng)的米蘭柯維奇旋回偏心率周期和地軸傾角長周期之比0.405 的誤差分別為6.7%和7.1%; C 旋回與A 旋回的比值變化范圍為1∶0.294～1∶0.323, 與對應(yīng)的米蘭柯維奇旋回偏心率周期和地軸傾角短周期之比0.314 的誤差分別為6.2%和2.9%; D旋回與A 旋回的比值變化范圍為1∶0.171～1∶0.181, 與對應(yīng)的米蘭柯維奇旋回偏心率周期和歲差長周期之比0.180 的誤差不超過5%; E 旋回與A旋回的比值分別為0.146 和0.154 ,與對應(yīng)的米蘭科維奇旋回偏心率和歲差短周期之比0.150 的誤差分別為2.6 %和2.7 %。上述各比值均在一定的誤差范圍內(nèi)( < 10 %) (金之鈞等,1999)，說明自然伽瑪測井頻譜曲線的主頻周期與米蘭科維奇旋回周期之間有很好的對應(yīng)關(guān)系。

表 2 下剛果盆地Albian階Sendji組混積巖地層旋回厚度和厚度比Table 2 The thickness ratio of cycles to strata from the Sendji Formation of Albian Stage，in the Lower Congo Basin

通過上述分析可以認為, Sendji組混積巖地層旋回厚度的比值與米蘭科維奇旋回的周期比值之間具有很好的對應(yīng)關(guān)系,因此,可以認為下剛果盆地下白堊統(tǒng)Sendji組中廣泛地保存著米蘭科維奇旋回,它是控制本區(qū)混積巖沉積旋回發(fā)育的重要因素,古氣候周期性變遷決定著混合沉積物中高頻沉積旋回的發(fā)生、發(fā)展和定格。

3.2 構(gòu)造因素

構(gòu)造因素對硅質(zhì)碎屑與碳酸鹽的混合沉積的形成、規(guī)模的影響體現(xiàn)為：

圖 5 構(gòu)造活動強弱與下剛果盆地Albian階Sendji組混合沉積規(guī)模關(guān)系示意圖Fig. 5 Regional tectonic activity versus mixing scale within the Sendji Formation of the Albian Stage in the Lower Congo Basin(a) SQ3時期；(b) SQ2時期(a) SQ3；(b) SQ2

一方面，混合沉積作用，尤其是相混合作用與脈動式構(gòu)造活動有關(guān)，如在區(qū)域構(gòu)造抬升和全球海平面控制下的相對海平面表現(xiàn)為下降時，物源區(qū)才會被暴露剝蝕為海岸帶陸源碎屑物(這些物源既可以是硅質(zhì)碎屑，也可以是碳酸鹽巖碎屑)，且超覆于構(gòu)造活動緩和期沉積的碳酸鹽巖之上。這一過程屢次反復(fù)，則可以形成砂—灰疊置的相混合。如果存在碳酸鹽和陸源碎屑兩種物源的同時供應(yīng)或先后交替供應(yīng)。就可能形成組分內(nèi)混合沉積。以澳大利亞波拿巴盆地為例，漸新世末期,該盆地發(fā)生區(qū)域構(gòu)造抬升,古隆起接受剝蝕,陸源碎屑進入臺地,是形成這套混合沉積的先決條件,之后中新世初期構(gòu)造相對穩(wěn)定,相對海平面在短時間內(nèi)的周期性變化控制陸源碎屑沉積范圍和碳酸鹽生產(chǎn)建造,進而控制了混和沉積作用的類型(Dorsey and Kidwell，1999)。又如當(dāng)構(gòu)造沉降使得相對海平面上升，海平面雖然上升，但水體能量未明顯減弱，如果生物的生長與海平面的上升速度保持一致，則生物有良好的發(fā)育前景，此時混合沉積向陸方向發(fā)展；如果生長速度不能跟上海平面上升的速度，生物被淹沒而死亡，則易在原地形成相緣混合沉積和間歇性的原地混合沉積。因此周期性的構(gòu)造抬升、海陸爭奪、頻繁的海水進退對混合沉積作用的發(fā)生必不可少。

另一方面，構(gòu)造控制盆地性質(zhì)，尤其是盆地可容納空間大小，因為沉積盆地的形成、發(fā)展與演化不僅都受控于構(gòu)造運動過程中不同級次的幕式活動，而且構(gòu)造因素還會通過改造地貌特征等方式直接或間接地影響剝蝕速率、沉降—沉積速度、沉積物類型、沉積物供給速率，甚至局部的氣候條件(鄭榮才等，2010)。而構(gòu)造沉降速率和沉積速率的配置也明顯影響著混合沉積(張錦泉和葉紅專，1989)，如果構(gòu)造沉降速率大，則潛在的可容納空間增大，較大的沉積速率，直接影響著盆地被充填的速度，因此所形成的混合沉積地層則較厚，反之厚度較小。因此構(gòu)造運動也往往以盆地尺度的可容納空間變化機制約束混積層的發(fā)展。為進一步說明這種關(guān)系，這里重點分析對下剛果盆地Albian階Sendji組的研究。

下剛果盆地Albian階Sendji組主要為一套碳酸鹽巖混雜陸源砂、泥沉積，共可識別出5個3級層序，Albian階主力儲、產(chǎn)層均發(fā)育于混積臺地沉積體系中，混合沉積作用主要發(fā)生在研究區(qū)SQ2～SQ3層序時期。SQ2階段盆地進入周緣混積臺地沉積階段，強陸源沉積期和強碳酸鹽巖產(chǎn)生期沉積環(huán)境的周期性循環(huán)，產(chǎn)生了陸源碎屑巖與碳酸鹽巖交替沉積。由于南大西洋的進一步擴張導(dǎo)致海水大量涌入，形成伸展體制下的滑脫構(gòu)造與斷裂，此時原來的混積臺地受張性斷裂作用，發(fā)生破裂，可容納空間增大，受構(gòu)造和上覆沉積影響，西非海岸地層向西掀斜，產(chǎn)生重力滑脫力，順鹽巖下滑并形成臺地高部位繼續(xù)接受淺灘沉積，使得混積灘體厚度和規(guī)模更大，強陸源沉積期和強碳酸鹽巖交替沉積，形成SQ3時期的破裂混積臺地。SQ3時期強的構(gòu)造活躍性反映在該層序海侵體系域的混合沉積作用較為突出，與其他幾個層序的沉積特征相比較，SQ3時期由于構(gòu)造活躍性更強烈，各單井的混積地層厚度分布在85～229m之間，該時期混積作用范圍更廣，混積層增多，規(guī)模更大(圖5)。Albian階Sendji組的實例說明構(gòu)造活動的強弱與混積作用范圍、規(guī)模密切相關(guān)。

4 結(jié)論

文本在國內(nèi)外研究進展的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外研究實例和筆者等近期對西非被動大陸邊緣下剛果盆地Albian階Sendji組混積巖的研究實例，重點對混積作用的機理與控制因素進行了分析，得出以下結(jié)論。

(1)混積巖和混積巖系這兩類混合沉積的典型產(chǎn)物在包括海陸過渡帶或海岸帶、陸相湖泊、斜坡—盆地在內(nèi)的環(huán)境均可以出現(xiàn)，且以濱岸和淺海陸棚的混合沉積作用最為發(fā)育。

(2)混合沉積作用包含了硅質(zhì)碎屑巖與碳酸鹽巖旋回性互層或相互交叉形成混積層系和混合沉積的典型產(chǎn)物—混積巖，統(tǒng)計顯示常見的間斷混合、相混合、原地混合、母源混合4種混積機理中，間斷混合和相混合兩種混積機理出現(xiàn)頻率最高，而原地混合、母源混合相對較少。

(3)結(jié)合對下剛果盆地Albian階Sendji組混積巖的研究，重點闡釋了氣候及構(gòu)造兩種影響因子對混合沉積作用的重要影響。利用頻譜分析的方法求得了混積地層較好地保存了米蘭科維奇旋回,證實了受米蘭科維奇旋回影響的氣候因素對混合沉積作用的發(fā)生、發(fā)展具有極為重要影響，同時混合沉積作用強弱及其旋回性變化也是區(qū)域構(gòu)造活動的響應(yīng)，構(gòu)造活動的強弱與混積作用范圍、規(guī)模密切相關(guān)。