渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)石牛欄組混合沉積作用及對生物礁發(fā)育的制約

譚先鋒 ，李志軍，蔣艷霞 ，李 航

（1.復雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點實驗室，重慶 401331；2.重慶科技學院石油與天然氣工程學院，重慶 401331；3.成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

混合沉積作用是一種常見的沉積現(xiàn)象，在古代和現(xiàn)代沉積中均有大量發(fā)現(xiàn)。Mount最早引入陸源碎屑顆粒、陸源碎屑泥、碳酸鹽顆粒及碳酸鹽泥四端元組分對混合沉積進行分類，并明確了陸源碎屑含量大于10%的碳酸鹽均為混合沉積巖[1]。早期對于混積巖及混合沉積的研究多數(shù)在于對混合沉積現(xiàn)象的定性描述及探討其形成的環(huán)境模式[2-3]。隨著研究的深入，不少學者開始利用地球化學手段對混合沉積的環(huán)境進行深入探討[4]，并對混合沉積作用方式、形成原因、形成模式等進行系統(tǒng)總結[5-8]。近10 a來，關于混合沉積的報道更加全面、系統(tǒng)。歸結起來主要有：①古生代及以前海相地層的混合沉積作用研究。如梅冥相等對南口虎峪中元古界大紅峪組混積巖系進行了層序地層劃分[9]；董桂玉等對湖南石門楊家坪下寒武統(tǒng)杷榔組三段混合沉積進行研究，提出混合沉積的形成模式[10]；郭福生探討了浙江江山藕塘底組陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積特征及其構造意義[11]，充分說明了海洋環(huán)境中混合沉積作用普遍存在，這些成果均對混合沉積的形成模式進行了探索。②混合沉積還可以發(fā)生在中生代之后的湖泊環(huán)境。如馬艷萍等對大港灘海區(qū)第三系湖相混積巖的成因進行探討，并對成巖作用特征進行分析[12]；董桂玉等對惠民凹陷沙一中湖相碳酸鹽與陸源碎屑混合沉積進行了分析[13]。這些成果揭示了湖泊沉積體系下陸源碎屑物質(zhì)與碳酸鹽的混合沉積模式和方式有別于海洋沉積體系。隨著研究的深入，混合沉積作用與其他學科的交叉結合也越來越受到重視，如探討層序地層格架內(nèi)的混合沉積作用，揭示了不同層序部位混合沉積作用方式[14]。另外，張寧生等探討了柴達木盆地南翼山混積巖的儲層巖石類型及其與油氣分布的關系[15]。當前關于混合沉積與油氣關系的探討還處于探索階段。渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)石牛欄組發(fā)育陸源碎屑與碳酸鹽的混合沉積，筆者在探討其混合沉積特征、沉積環(huán)境及沉積機制的基礎上，研究了混合沉積作用對生物礁發(fā)育過程的制約。

1 地質(zhì)背景

渝東南地區(qū)大地構造上屬于中上揚子地區(qū)，為淺海陸棚沉積環(huán)境。志留系龍馬溪組為重要的生油巖，龍馬溪組黑色頁巖、石牛欄組灰?guī)r（或小河壩組砂巖）和韓家店組頁巖構成了研究區(qū)良好的次級生—儲—蓋組合[16]。石牛欄組主要分布于黔北和川南地區(qū)，以頁巖和灰?guī)r為主；小河壩組分布于川東南地區(qū)，主要為粉砂巖與頁巖夾少量生物灰?guī)r，石牛欄組與小河壩組為同時異相地層單元[17-18]。研究區(qū)石牛欄組可分為4個巖性段：一段主要為泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)泥巖等；二段主要為生物灰?guī)r及生物礁灰?guī)r；三段主要為泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖等；四段下部主要為生物礁灰?guī)r及生物灰?guī)r，頂部主要為泥晶灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r等。在石牛欄組沉積時期海平面表現(xiàn)為緩慢上升到急劇下降的變化過程，沉積環(huán)境的演化過程表現(xiàn)為早期淺水混積陸棚—中期生物礁灘—晚期礁前斜坡及淺水混積陸棚。

2 混合沉積方式及特征

渝東南地區(qū)石牛欄組混合沉積方式主要表現(xiàn)為交互式沉積和過渡類巖性的物質(zhì)混合（過渡類巖性混積巖），交互式沉積的混積層系在野外普通存在，過渡類巖性的物質(zhì)混合在室內(nèi)鏡下大量發(fā)現(xiàn)。

2.1 混積層系

泥質(zhì)灰?guī)r與砂質(zhì)泥巖交互式沉積 該類沉積在研究區(qū)廣泛分布在石牛欄組中下部，呈薄層狀產(chǎn)出。主要表現(xiàn)為灰色（淺灰色）泥質(zhì)灰?guī)r與黃褐色砂質(zhì)泥巖呈互層產(chǎn)出。這種現(xiàn)象野外還表現(xiàn)為灰?guī)r層比較堅硬，砂質(zhì)泥巖層較松軟，自然風化條件下可呈現(xiàn)“夾心餅干”狀產(chǎn)出。產(chǎn)出形式可以分為3種：①灰?guī)r為背景，砂質(zhì)泥巖較少，呈薄層狀產(chǎn)出；②灰?guī)r與砂質(zhì)泥巖呈互層產(chǎn)出；③砂質(zhì)泥巖為背景，泥質(zhì)灰?guī)r呈薄層狀產(chǎn)出。3種產(chǎn)出形式的差異主要與沉積水動力及陸源碎屑物質(zhì)的注入量有關。

泥晶灰?guī)r與泥巖交互式沉積 該類沉積主要發(fā)生在石牛欄組下部和頂部，呈薄層狀產(chǎn)出，主要與沉積作用的間歇式發(fā)生和水介質(zhì)條件有關。表現(xiàn)為淺灰色泥晶灰?guī)r中間夾薄層的泥巖或灰質(zhì)泥巖，石牛欄組下部主要為泥巖，比較疏松，石牛欄組頂部主要為土黃色灰質(zhì)泥巖，較堅硬。

生物灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖（泥質(zhì)灰?guī)r）交互式沉積 該類沉積主要發(fā)生在石牛欄組中上部，呈薄—中層狀產(chǎn)出。主要為淺灰色的正常含生物碎屑泥晶灰?guī)r與深灰色泥質(zhì)灰?guī)r的交互沉積，層狀較明顯。這種現(xiàn)象在野外主要表現(xiàn)為淺灰色的灰?guī)r中有灰質(zhì)泥巖夾層，如果風化作用明顯，則呈夾心產(chǎn)出；如果經(jīng)歷了強烈的差異壓實作用，就會形成“眼球狀”灰?guī)r，這是石牛欄組中上部特有的巖石類型。這種巖石類型在差異壓實作用持續(xù)作用下逐步形成礫巖。

2.2 混積巖

按照混合沉積的定義，陸源碎屑物質(zhì)與碳酸鹽混合沉積下來形成的巖石為混積巖。研究區(qū)石牛欄組混積巖類型豐富，主要包括泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)/粉砂質(zhì)灰?guī)r、含粉砂生物礁灰?guī)r（生物灰?guī)r）、灰質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)泥巖等（圖1）。陸源碎屑物質(zhì)主要為石英，少見長石和云母，粘土礦物比較普遍，碳酸鹽成分主要為方解石，其次為少量白云石。

圖1 渝東南地區(qū)陸源碎屑物質(zhì)與碳酸鹽物質(zhì)混合沉積類型

泥質(zhì)灰?guī)r 該類型灰?guī)r比較發(fā)育，包括含泥灰?guī)r。石牛欄組各個部位均有一定分布，尤其是下部。從陸源碎屑物質(zhì)含量來看，泥質(zhì)含量為16%～40%，主要為粘土礦物。巖石中主要成分為碳酸鹽礦物，結晶狀態(tài)較差，晶粒較小，一般不含生物碎屑（圖1a）。

砂質(zhì)/粉砂質(zhì)灰?guī)r 該類型灰?guī)r主要發(fā)育在石牛欄組底部，包括含粉砂灰?guī)r（圖1b）。主要特征為碳酸鹽礦物背景下含有一定數(shù)量的陸源碎屑，陸源碎屑主要為石英，少量云母和長石，石英顆粒一般為粉砂級，少數(shù)可達砂級，含量為10%～45%。

含粉砂生物礁灰?guī)r（生物灰?guī)r） 該類型灰?guī)r主要分布于石牛欄組中部及上部，主要特征為生物礁格架內(nèi)分布少量的陸源粉砂，顆粒較小，含量為5%～15%，主要成分為石英顆粒，一般為粉砂級，基本無砂級的陸源碎屑（圖1c，圖1d）。

灰質(zhì)粉砂巖 灰質(zhì)粉砂巖主要分布在石牛欄組下部，有時可與灰?guī)r構成混積層系。主要特征為陸源粉砂背景下，充填大量的方解石結晶，呈膠結物的形式產(chǎn)出。陸源碎屑物質(zhì)含量一般大于50%，主要為粉砂級，少數(shù)顆粒可達砂級，成分主要為石英，少量粘土礦物充填其間。碳酸鹽主要為結晶狀，晶粒較小，含量為10%～40%（圖1e）。

灰質(zhì)泥巖 灰質(zhì)泥巖主要分布在石牛欄組下部以及中上部，發(fā)育比較普遍，往往與灰?guī)r構成混積層系。主要為粘土礦物背景下，充填方解石晶體，鏡下有時難以辨別。粘土礦物含量較高，可達60%以上。碳酸鹽主要為晶粒較小的結晶狀，含量為10%～30%（圖1f）。

3 混合沉積環(huán)境及沉積機制

3.1 混合沉積環(huán)境

通過野外剖面的實際觀察及沉積相的詳細劃分，建立了渝東南地區(qū)沉積相平面演化關系。研究區(qū)石牛欄組底部覆蓋于下志留統(tǒng)龍馬溪組之上，為一套薄層的砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r互層。石牛欄組一段主要受陸源碎屑物質(zhì)的影響，為一套三角洲、淺水混積陸棚及濱岸沉積。石牛欄組二段沉積時期由于海平面的上升，研究區(qū)開始變成臺緣礁灘沉積，陸源碎屑物質(zhì)局部減少，從野外觀察來看，在貴州習水吼灘剖面發(fā)育了少量的生物灰?guī)r及生物礁灰?guī)r。石牛欄組三段總體為淺水混積陸棚環(huán)境，但從演化規(guī)律上看，局部發(fā)育了少部分的點狀灘壩，從沉積物組成特征來看，混入了大量的陸源碎屑石英。石牛欄組四段在貴州習水吼灘剖面主要為帶有滑塌沉積構造的生物礁灰?guī)r，在萬盛機槍臺剖面主要為珊瑚礁灰?guī)r以及生物灰?guī)r，平面上，研究區(qū)主要發(fā)育大規(guī)模的生物礁灘沉積，該時期為生物礁的主要成礁期，陸源碎屑物質(zhì)含量大幅減少。研究區(qū)受雪峰山古物源的影響，陸源碎屑物質(zhì)大量注入。除了淺水混積陸棚之外，生物礁灘灰?guī)r中也存在大量陸源碎屑物質(zhì)。

3.2 混合沉積機制

從渝東南地區(qū)典型剖面的沉積環(huán)境及陸源碎屑物質(zhì)的縱向演化（圖2）可以看出，貴州習水吼灘剖面陸源碎屑物質(zhì)含量從底部到頂部總體為降低的過程，頂部有局部升高的趨勢。底部陸源碎屑物質(zhì)含量最高可達70%以上，形成粘土巖或者粉砂巖；中部生物灰?guī)r一般陸源碎屑物質(zhì)含量較?。豁敳坑捎诤Ｆ矫婕眲∠陆?，陸源碎屑物質(zhì)大量注入，其含量有一定的回升。盡管2條剖面所處的位置有所差異，卻有著相似的演化規(guī)律，從下到上都表現(xiàn)為海平面的緩慢上升，然后到石牛欄組沉積晚期海平面急劇下降。海平面的演化規(guī)律與陸源碎屑物質(zhì)演化規(guī)律存在一定的耦合性，是研究區(qū)陸源碎屑物質(zhì)含量變化的重要原因。

圖2 渝東南地區(qū)典型剖面沉積環(huán)境及陸源碎屑物質(zhì)縱向演化

研究區(qū)總體為淺水混積陸棚沉積環(huán)境，在此基礎上發(fā)育生物礁灘、斜坡等。在石牛欄組沉積早期，整個研究區(qū)為繼承下覆龍馬溪組發(fā)育的濱海環(huán)境，由于地形比較平緩，來自南部的物源充足，含有大量的石英、粘土礦物等陸源碎屑物質(zhì)，加之受海平面局部升降和潮汐作用的影響，形成了一套薄層的混合沉積層系。因此在石牛欄組下部多出現(xiàn)多種巖性的薄互層，具體為哪種混積巖石類型，關鍵在于鈣質(zhì)和陸源碎屑物質(zhì)誰占主導地位，取決于陸源碎屑物質(zhì)的注入量。因此，在該時期可以同時出現(xiàn)混積層系和混積巖，是混合沉積發(fā)育的主要時期。到了石牛欄組沉積中晚期，受海平面上升的影響，陸源碎屑物質(zhì)注入減弱，研究區(qū)開始出現(xiàn)濱海灘壩沉積，只有少部分陸源碎屑物質(zhì)帶入到了沉積區(qū)，出現(xiàn)了少量的石英碎屑顆粒，充填于生物格架之內(nèi)。另外斜坡環(huán)境也有少量陸源碎屑物質(zhì)的帶入，主要為粘土礦物，石英碎屑顆粒極少。該時期混積巖主要表現(xiàn)為生物灰?guī)r及生物礁中出現(xiàn)少量的石英碎屑顆粒。從混積類型上看，2種類型的混積巖均屬于漸變型，基本無突發(fā)的混積方式。這種混積類型與潮汐為主導的混積類型有所差別，主要是由于陸源碎屑和碳酸鹽的共同作用而形成。

4 混合沉積作用對生物礁發(fā)育過程的制約

研究區(qū)石牛欄組中存在一定規(guī)模的生物礁，生物礁的類型主要為臺地邊緣礁，局部為點礁。生物礁的發(fā)育主要受構造升降、海平面變化、水體環(huán)境、陸源碎屑物質(zhì)的影響[19-20]。研究區(qū)石牛欄組沉積早期陸源碎屑物質(zhì)非常充足，生物在此環(huán)境下很難生存。到石牛欄組沉積中期，活動的南部雪峰山變得平靜，陸源碎屑物質(zhì)的泥質(zhì)含量減少，加上早期帶來的陸地微生物的沉淀，研究區(qū)水體變得適宜生物的繁殖，大量生物群落開始在此群居，出現(xiàn)了生物灰?guī)r、砂屑灰?guī)r等類型，間歇式地夾帶一定的泥質(zhì)成分。在石牛欄組沉積中晚期，雪峰山的物源逐步穩(wěn)定，碎屑物質(zhì)逐漸減少，加上海平面緩慢上升，到達研究區(qū)的陸源碎屑物質(zhì)非常少，只有少量的石英碎屑顆粒。石牛欄組沉積中期生物的大量繁殖，生物灘壩的大量形成，為珊瑚礁開始在此大量繁殖、形成大量的珊瑚礁體創(chuàng)造了條件。萬盛機槍臺剖面發(fā)現(xiàn)大量的群居生物寄生在生物礁的格架內(nèi)，證實了該時期生物的大量繁盛。在石牛欄組沉積晚期，海平面急劇下降，陸源碎屑物質(zhì)再次帶入，在此繁盛的生物群落難以適應當時的環(huán)境，大量的生物逃亡或死亡堆積下來，充填在生物礁體里。海平面的下降導致生物礁的集群滅絕，原地堆積，形成了如今的生物礁。

研究結果表明，陸源碎屑物質(zhì)制約著研究區(qū)生物礁及生物群落的大量繁盛。陸源碎屑物質(zhì)的大量注入不利于生物的大量繁盛，盡管成礁期也出現(xiàn)了陸源碎屑石英，但是總體的水體條件是非常適宜生物礁及生物群落生長的。因此，陸源碎屑的注入才是制約生物礁及生物群落是否發(fā)育的根本原因。

5 結論

渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)石牛欄組普遍發(fā)育混合沉積現(xiàn)象，主要包括混積層系和混積巖。宏觀上主要有泥質(zhì)灰?guī)r與砂質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r與泥巖、生物灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖3種混積層系，泥質(zhì)灰?guī)r與砂質(zhì)泥巖交互沉積主要發(fā)育在石牛欄組中下部，泥晶灰?guī)r與泥巖交互沉積主要發(fā)育在石牛欄組下部及頂部，生物灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖交互沉積主要發(fā)育在石牛欄組中部；混積巖主要有泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)灰?guī)r、含粉砂生物礁灰?guī)r（生物灰?guī)r）、灰質(zhì)粉砂巖和灰質(zhì)泥巖6種類型，石牛欄組下部主要發(fā)育泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r及灰質(zhì)粉砂巖和灰質(zhì)泥巖，中部及上部主要發(fā)育含粉砂生物礁灰?guī)r，頂部主要發(fā)育粉砂質(zhì)泥晶灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖等。

研究區(qū)沉積環(huán)境的演化過程表現(xiàn)為早期淺水混積陸棚—中期生物礁灘—晚期礁前斜坡及淺水混積陸棚，混合沉積主要發(fā)生于淺水混積陸棚及生物礁灘/斜坡2種沉積環(huán)境。陸源碎屑物質(zhì)的大量注入不利于生物的大量繁盛，盡管成礁期也出現(xiàn)了陸源碎屑石英，但是總體的水體條件是非常適宜生物礁及生物群落生長的。因此，陸源碎屑的注入才是制約生物礁及生物群落是否發(fā)育的根本原因。

[1]Mount J F.Mixing of siliciclastic and carbonate sediments in shal?low shelf environments[J].Geology，1985，12（7）：432-435.

[2]蔡進攻，李從先.內(nèi)蒙西南部石炭系碎屑巖-碳酸鹽巖混合沉積特征[J].石油與天然氣地質(zhì)，1994，15（1）：80-86.

[3]楊朝青，沙慶安.云南曲靖中泥盆統(tǒng)曲靖組的沉積環(huán)境：一種陸源碎屑與海相碳酸鹽的混合沉積[J].沉積學報，1990，8（2）：59-66.

[4]江茂生，沙慶安，劉敏.華北地臺下中寒武統(tǒng)碳酸鹽與陸源碎屑混合沉積——以山東張夏地區(qū)為例[J].沉積學報，1996，14（增刊）：63-73.

[5]江茂生，沙慶安.碳酸鹽與陸源碎屑混合沉積體系研究進展[J].地球科學進展，1995，10（6）：551-554.

[6]張雄華.混積巖的分類和成因[J].地質(zhì)科技情報，2000，19（4）：31-33.

[7]沙慶安.混合沉積和混積巖的討論[J].古地理學報，2001，3（3）：63-66.

[8]董桂玉，陳洪德，何幼斌，等.陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積研究中的幾點思考[J].地球科學進展，2007，22（9）：931-939.

[9]梅冥相，劉智榮，孟慶芬，等.南口虎峪中元古界大紅峪組混積巖系的層序地層劃分——海侵砂巖中的微生物席碎片簡介[J].地質(zhì)科技情報，2007，26（1）：33-39.

[10]董桂玉，何幼斌，陳洪德，等.湖南石門楊家坪下寒武統(tǒng)杷榔組三段混合沉積研究[J].地質(zhì)論評，2008，54（5）：593-601.

[11]郭福生.浙江江山藕塘底組陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積特征及其構造意義[J].沉積學報，2004，22（1）：136-141.

[12]馬艷萍，劉立.大港灘海區(qū)第三系湖相混積巖的成因與成巖作用特征[J].沉積學報，2003，21（4）：607-613.

[13]董桂玉，何幼斌，陳洪德，等.惠民凹陷沙一中湖相碳酸鹽與陸源碎屑混合沉積——以山東商河地區(qū)為例[J].沉積學報，2007，25（3）：343-350.

[14]李祥輝.層序地層中的混合沉積作用及其控制因素[J].高校地質(zhì)學報，2008，19（3）：395-404.

[15]張寧生，任曉娟，魏金星，等.柴達木盆地南翼山混積巖儲層巖石類型及其與油氣分布的關系[J].石油學報，2006，27（1）：42-46.

[16]文玲，胡書毅，田海芹.揚子地區(qū)志留紀巖相古地理與石油地質(zhì)條件研究[J].石油勘探與開發(fā)，2002，29（6）：11-14.

[17]馬東洲，陳洪德，朱利東，等.川南下志留統(tǒng)石牛欄組沉積體系與巖相古地理[J].成都理工大學學報，2006，33（3）：228-232.

[18]張志平，程禮軍，曾春林，等.渝東北志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏地質(zhì)條件研究[J].特種油氣藏，2012，19（4）：25-28

[19]王國茹，郭彤樓，付孝悅.川東北元壩地區(qū)長興組臺緣礁灘體系內(nèi)幕構成及時空配置[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（4）：40-43，53.

[20]裴磊.普光氣田飛仙關組鮞灘白云巖儲層預測[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（2）：45-48.