桌子山地區(qū)中奧陶統(tǒng)烏拉力克組礫屑灰?guī)r沉積特征及深水沉積模式研究

趙俊，何幼斌，肖彬，王寧，苑伯超，羅進(jìn)雄

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

礫屑灰?guī)r作為碳酸鹽巖的一種重要類(lèi)型，受到了石油地質(zhì)工作者的關(guān)注。前人曾在不同地區(qū)對(duì)礫屑灰?guī)r的特征、分類(lèi)、成因機(jī)制、與大地構(gòu)造的關(guān)系等方面進(jìn)行了大量研究[1-6]。在中奧陶世烏拉力克期，鄂爾多斯盆地桌子山地區(qū)的大套黑色筆石頁(yè)巖中夾有少量礫屑灰?guī)r，其分布廣泛 。下面，筆者對(duì)桌子山地區(qū)中奧陶統(tǒng)烏拉力克組礫屑灰?guī)r沉積特征及沉積模式進(jìn)行了研究，以便為該地區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

桌子山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西緣北部，地處賀蘭坳拉谷。早元古代時(shí)期，鄂爾多斯西緣發(fā)育賀蘭坳拉槽，與秦祁裂谷相連組成了秦祁賀三叉裂谷系，隨后祁連和秦嶺2支裂谷進(jìn)一步發(fā)育形成大洋裂谷，而賀蘭裂谷為三叉裂谷系的一個(gè)衰亡支[7,8]，總體上呈楔形并向北插入阿拉善地塊與鄂爾多斯地塊之間[9,10]。早古生代初期，秦祁賀三叉裂谷重新活動(dòng)并沿著早期三叉裂谷的斷裂發(fā)育。秦祁洋繼續(xù)開(kāi)裂擴(kuò)張，賀蘭裂谷則不斷裂陷。中奧陶則為賀蘭坳拉谷沉降最盛時(shí)期，也是裂谷擴(kuò)展最寬、裂陷幅度最大的階段[10]。賀蘭坳拉槽的構(gòu)造強(qiáng)度具有明顯的南強(qiáng)北弱的特征[9]，即中奧陶世的沉積充填自南向北總厚度逐漸減薄，塊體重力搬運(yùn)作用的強(qiáng)度逐步減弱[11]。中奧陶世后，加里東運(yùn)動(dòng)使海槽逐漸消失，隆升為陸，海水由西南退出，鄂爾多斯地區(qū)結(jié)束了古海盆演化歷史[12]。

2 礫屑灰?guī)r沉積特征

在桌子山地區(qū)，礫屑灰?guī)r在垂向上主要分布于烏拉力克組，發(fā)育程度因地而異，其中烏拉力克組底部普遍發(fā)育礫屑灰?guī)r。礫屑灰?guī)r成塊狀?yuàn)A于黑色筆石頁(yè)巖之中，橫向延伸并不遠(yuǎn)，在短距離內(nèi)發(fā)生尖滅，呈透鏡體。新鮮面呈灰色，表面被風(fēng)化后顏色發(fā)黃。烏拉力克組頂?shù)拙c黑色筆石頁(yè)巖為突變接觸，不存在巖性的連續(xù)過(guò)渡。礫屑灰?guī)r內(nèi)部一般不具層理和顆粒的定向構(gòu)造。礫屑大小混雜，分選差，并且顆粒大小相差懸殊，最大的礫屑(出露不全)超過(guò)260cm×50cm，小礫屑可以小至0.2cm，并且與基質(zhì)一起充填于大礫屑之間。礫屑含量高，多在60%～80%之間，為顆粒支撐。礫屑主要為渾圓狀礫屑和板片狀礫屑，渾圓狀礫屑磨圓好，而板片狀礫屑磨圓差，棱角明顯。礫屑灰?guī)r成分復(fù)雜，差異明顯。根據(jù)礫屑灰?guī)r的發(fā)育規(guī)模、顆粒大小、磨圓、礫屑主要成分等方面的差異，將礫屑灰?guī)r分為小型礫屑灰?guī)r、小型角礫化礫屑灰?guī)r和大型角礫化礫屑灰?guī)r3種類(lèi)型。

2.1 小型礫屑灰?guī)r

該類(lèi)型礫屑灰?guī)r發(fā)育于石峽谷地區(qū)烏拉力克組底部，規(guī)模小，厚度小，底面較為平整甚至平坦。礫屑多呈渾圓狀，其成分與桌子山組的灰色塊狀灰?guī)r類(lèi)似。少數(shù)礫屑呈板片狀，其成分與下伏克里摩里組的灰色薄層泥晶灰?guī)r類(lèi)似。由于渾圓狀礫屑含量高，因此總體磨圓較好?；|(zhì)以灰泥基質(zhì)為主，部分基質(zhì)被白云化，另外還充填少量充填砂屑和生物屑。渾圓狀礫屑較小，粒徑大多數(shù)在0.5cm～2cm，板片狀礫屑多為中礫級(jí)。礫屑灰?guī)r中礫屑含量較高，達(dá)到了60%～70%，礫屑之間排列緊密，多為點(diǎn)接觸，局部為線(xiàn)接觸甚至縫合線(xiàn)接觸。這種類(lèi)型礫屑灰?guī)r的沉積特征反映其為低能碎屑流成因。

2.2 小型角礫化礫屑灰?guī)r

該類(lèi)型礫屑灰?guī)r發(fā)育于老石旦東山地區(qū)烏拉力克組中上部，規(guī)模小，厚度不大，呈透鏡體，但是底界面仍可見(jiàn)到一個(gè)明顯的侵蝕面，其中的礫屑以板片狀礫屑為主，角礫化明顯，含少量渾圓狀礫屑。板片狀礫屑成分與下伏克里摩里組灰?guī)r類(lèi)似，渾圓狀礫屑與下伏桌子山組灰?guī)r類(lèi)似。礫屑多在粗礫級(jí)以上。該類(lèi)型礫屑灰?guī)r的沉積特征也反映碎屑流的能量不高，但是比小型礫屑灰?guī)r所反映的碎屑流能量要高。

2.3 大型角礫化礫屑灰?guī)r

該類(lèi)型礫屑灰?guī)r僅發(fā)育于老石旦東山地區(qū)的烏拉力克組底部，規(guī)模壯觀，厚度大，底部有截切面。礫屑成分于下伏克里摩里組的灰色紋層狀泥晶灰?guī)r相似，呈板片狀，內(nèi)部可見(jiàn)細(xì)紋層；少數(shù)為深灰色棘皮灰?guī)r，呈渾圓狀。由于板片狀礫屑占據(jù)主導(dǎo)地位，因此總體磨圓較差?；|(zhì)成分主要為灰泥。礫屑一般在粗礫級(jí)以上，極少數(shù)甚至達(dá)到了巨礫級(jí)，最大的礫屑(出露不全)超過(guò)260cm×50cm。礫屑灰?guī)r中礫屑含量高，在70%～80%之間。板片狀礫屑緊密相連，大部分順層分布，少數(shù)礫屑由于互相擠壓導(dǎo)致其傾斜，極少數(shù)甚至直立。該類(lèi)型礫屑灰?guī)r的形成與高能碎屑流有關(guān)。

3 深水沉積模式

圖1 桌子山地區(qū)中奧陶統(tǒng)烏拉力克組深水沉積模式圖

高振中等[10]根據(jù)斜坡坡度將碳酸鹽深水重力流沉積體系分為陡坡型、溝槽型和緩坡型3種模式，其中溝槽型模式在碳酸鹽環(huán)境中最為典型，與中等坡度的碳酸鹽斜坡有關(guān)，其平均坡度一般為2～ 4°。由于桌子山地區(qū)同生斷裂構(gòu)造強(qiáng)度并不大，因而其所形成的斜坡坡度與溝槽型模式下的斜坡坡度相當(dāng)。此外，桌子山地區(qū)重力流的分布型式、發(fā)育情況及沉積特征與溝槽型模式類(lèi)似。下面，根據(jù)重力流沉積特征、大地構(gòu)造特征和斜坡地形等，建立桌子山地區(qū)的深水沉積模式(見(jiàn)圖1)。

3.1 碳酸鹽臺(tái)地

碳酸鹽臺(tái)地為淺水環(huán)境，其邊緣主要發(fā)育生屑灘。這些生屑灘受同生拉張斷裂活動(dòng)的影響后會(huì)解體，并被滑移、滑坡和碎屑流搬運(yùn)至深水斜坡帶。因此，碳酸鹽臺(tái)地可以為礫屑灰?guī)r的形成提供物質(zhì)來(lái)源。

3.2 碳酸鹽斜坡

碳酸鹽斜坡為淺水碳酸鹽臺(tái)地至深水盆地之間的過(guò)渡帶，包含上斜坡和下斜坡:①上斜坡。上斜坡緊鄰臺(tái)地，相當(dāng)于臺(tái)地前緣斜坡，水體淺，坡度陡；下斜坡為深水斜坡，坡度逐漸變緩，為重力流沉積物的主要沉積產(chǎn)所。吳勝和等[9]曾在這個(gè)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了顆粒流沉積的棘皮灰?guī)r，而顆粒流沉積的斜坡坡度最少需要 18°[13]，因此產(chǎn)生顆粒流沉積的上斜坡坡度較大。陡峭的上斜坡往往發(fā)育互相平行且與斜坡走向大致垂直的沖溝，是重力流沉積物的主要搬運(yùn)通道，但是沉積物在其中往往發(fā)生沉積物過(guò)路，一般不發(fā)生沉積。②下斜坡。下斜坡地形逐漸變得平緩，同時(shí)發(fā)育許多垂直斜坡走向的小水道，不僅是重力流沉積的搬運(yùn)通道，也是重力流沉積物的主要沉積場(chǎng)所。下斜坡主要發(fā)育于老石旦東山烏拉力克組下部，沉積類(lèi) 型以大型角礫化礫屑灰?guī)r為主。除了老石旦東山以外，桌子山地區(qū)其他地區(qū)烏拉力克組底部普遍發(fā)育碎屑流成因的礫屑灰?guī)r[14]。在老石旦東山烏拉力克組底部，大型礫屑灰?guī)r向上顆粒逐漸變小，頂部可見(jiàn)正粒序，可能逐漸過(guò)渡為濁流沉積。下斜坡也是顆粒流沉積的沉積場(chǎng)所。此外，在斜坡腳處還發(fā)育等深流沉積。

3.3 盆地邊緣

盆地邊緣主要發(fā)育于老石旦東山烏拉力克組中上部，并以濁流沉積和深水原地沉積互層出現(xiàn)為特征。碎屑流沉積以小型角礫化礫屑灰?guī)r為主，其與大型角礫化礫屑灰?guī)r相比，無(wú)論在規(guī)模，厚度和礫屑大小等方面均有明顯差距，碎屑流能量明顯遜于前者。這種差距除了與水體變深，離物源更遠(yuǎn)以及相比下斜坡更為平坦的地形有關(guān)以外，還可能與當(dāng)時(shí)誘發(fā)碎屑流沉積的構(gòu)造強(qiáng)度不大有關(guān)。

3.4 深水盆地

由于深水盆地遠(yuǎn)離物源區(qū)，因而沉積物以黑色筆石頁(yè)巖為主，重力流沉積不甚發(fā)育，主要分布于石峽谷烏拉力克組。在烏拉力克組底部，碎屑流形成的礫屑灰?guī)r為小型礫屑灰?guī)r，顆粒小，呈小型透鏡體，其中的顆粒磨圓較好，底界面平坦，反映碎屑流的能量低。這與水體深度以及深水盆地地形平坦有關(guān)，碎屑流達(dá)到石峽谷時(shí)能量已大幅度減弱。濁積巖也僅見(jiàn)到呈透鏡狀的細(xì)粒濁積巖，見(jiàn)于烏拉力克組中上部。在石峽谷地區(qū)，碎屑流沉積和濁流沉積在垂向上分布于烏拉力克組的不同部位，二者均呈小型透鏡體且相互獨(dú)立，這說(shuō)明二者并沒(méi)有直接聯(lián)系且發(fā)育于不同時(shí)期。

4 結(jié)論

1)桌子山地區(qū)烏拉力克組礫屑灰?guī)r沉積特征為顆粒大小混雜，無(wú)分選，無(wú)粒序，一般呈透鏡體狀分布；該研究區(qū)礫屑灰?guī)r分為小型礫屑灰?guī)r、小型角礫化礫屑灰?guī)r和大型角礫化礫屑灰?guī)r3種類(lèi)型，其形成均與碎屑流有關(guān)，但所反映的碎屑流能量大小存在一定差異。

2)桌子山地區(qū)烏拉力克組礫屑灰?guī)r深水沉積模式與溝槽型模式類(lèi)似。碳酸鹽臺(tái)地為礫屑灰?guī)r提供物質(zhì)來(lái)源；碳酸鹽斜坡中的上斜坡為沉積物過(guò)路區(qū)，一般不發(fā)生沉積，而碳酸鹽斜坡的下斜坡處發(fā)育大型角礫化灰?guī)r；盆地邊緣發(fā)育小型角礫化礫屑灰?guī)r；深水盆地發(fā)育小型礫屑灰?guī)r。

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