天津地區(qū)深覆蓋區(qū)第四系巖相特征分析方法研究

吳榮澤　賈曉青

[摘要]選擇合適的方法來(lái)研究天津地區(qū)第四紀(jì)松散沉積物巖相特征至關(guān)重要。以往的工作中對(duì)第四系鉆孔資料運(yùn)用了多種方法進(jìn)行研究，獲得了大量的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論。本文在收集這些研究資料的基礎(chǔ)上對(duì)天津地區(qū)第四系巖相劃分方法進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]沉積構(gòu)造 地質(zhì)環(huán)境變化 巖相劃分

[中圖分類號(hào)] P62 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-56-2

本文根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，及前人研究成果[1-5]，深入探討天津第四系地質(zhì)環(huán)境研究中巖相在沉積學(xué)、微體生物學(xué)、測(cè)井地質(zhì)學(xué)，以及地球化學(xué)上的特征。

1沉積學(xué)方法

分為沉積構(gòu)造與粒度分析法。

1.1沉積構(gòu)造

沉積構(gòu)造是沉積巖的重要特征，原生沉積構(gòu)造及其組合序列是判斷沉積環(huán)境的重要標(biāo)志。天津地區(qū)第四系研究中確定了下述幾種重要的沉積構(gòu)造。

1.1.1洪泛盆地邊部韻律沉積

“千層餅”沉積構(gòu)造，是由薄層砂、粘土互層組成，砂呈灰白色，粘土為黃褐色，或淺紅棕色。沉積物為雨季、旱季或豐水年、枯水年交替沉積的產(chǎn)物，其相應(yīng)古地貌部位應(yīng)為河流越岸的泛濫盆地或扇間洼地邊部。這種環(huán)境的粘砂互層也包括粘砂互層的比例較懸殊互層現(xiàn)象，沉積位置可能更靠近洪泛盆地中心。

1.1.2洪泛盆地、湖泊、洼地韻律沉積

塊狀結(jié)構(gòu)的厚層粘土主要是以懸移泥質(zhì)為主的沉積物組成，其反應(yīng)的沉積環(huán)境基本為靜水環(huán)境；大段的粘性土層出現(xiàn)時(shí)說(shuō)明沉積位置為洪泛盆地中部，遠(yuǎn)離了河流泛濫的影響。湖泊相沉積可根據(jù)土層中有機(jī)質(zhì)含量的多少，劃分為富營(yíng)養(yǎng)湖、貧營(yíng)養(yǎng)湖和中等營(yíng)養(yǎng)湖。

1.1.3海侵層潮灘沉積

濱海平原地層中往往發(fā)育有砂質(zhì)帶、砂泥混合帶、泥質(zhì)帶三大類為主的海侵層，這些沉積物的沉積環(huán)境可分別歸入潮下帶、潮間帶、潮上帶三種類型，是完整的潮灘沉積序列，反映了岸邊海水由淺到深、再由深變淺的過程?？赏ㄟ^分析巖性組合判斷潮灘沉積環(huán)境，例如河北黃驊地區(qū)鉆孔，全新統(tǒng)沒有出現(xiàn)潮下帶的砂質(zhì)沉積，直接出現(xiàn)了潮間帶、潮上帶的砂泥混合帶和泥質(zhì)帶，表明這里水深相對(duì)較淺。對(duì)比天津塘沽地區(qū)，這樣的情況則少見。在全新世海侵層中可見到河道充填沉積物，與潮上帶環(huán)境同期異相。

1.2粒度分析

粒度分析主要是確定沉積物樣品中滾動(dòng)、跳躍、懸移三大類物質(zhì)的含量。從現(xiàn)有工作積累看，實(shí)驗(yàn)室粒度分析主要用于較均值的沉積顆粒。對(duì)于具沉積構(gòu)造的砂層，肉眼觀察即可確定沉積亞相，如具有明顯交錯(cuò)層理的砂層，可確定為河流心灘沉積。

2微體生物學(xué)方法

微體古生物化石包括有孔蟲、海陸地介形蟲等化石，在研究第四紀(jì)環(huán)境方面具有很好的指向性。

天津第四系深覆蓋區(qū)介形類動(dòng)物群反映的水深與礦化度環(huán)境皆不同于山間永久性湖泊的極靜水環(huán)境，而是近靜水、緩流水的沉積環(huán)境，與邊灘及河灣的沉積環(huán)境一致。

微體古生物研究的另一重要作用是確定海侵層。如天津—塘沽之間的軍糧城鉆孔海相微體古生物主要集中出現(xiàn)在約60m以上地層中（見圖1），從中可大致判斷出第一、二、三海相層的大致分布區(qū)間位置。

3測(cè)井地質(zhì)學(xué)方法

在測(cè)井曲線表現(xiàn)上，因?yàn)樯皩雍驼惩翆訋r性不同，在曲線中的特征表現(xiàn)出明顯的不同所示：柱形表示粒度穩(wěn)定，分層為突變接觸；鐘形表示粒度由粗到細(xì)，是水進(jìn)的結(jié)果，頂部漸變底部突變接觸；漏斗形表示粒度由細(xì)到粗，是水退的結(jié)果，底部漸變接觸，頂部突變接觸；在曲線中，如果曲線是光滑的，說(shuō)明沉積物是比較穩(wěn)定的，可能是單層的巖性特征，也可能是巖性漸變所成；而規(guī)則鋸齒狀的曲線則表明是砂粘土層互層的結(jié)果，這些都同一定沉積環(huán)境形成的沉積物相聯(lián)系，可作為劃定巖性的標(biāo)志之一，并且能夠從整體曲線的特征斷定其粒序是否為正粒序。

4地球化學(xué)過程分析

在天津地區(qū)晚新生代研究中，沉積物顏色能夠很好的反應(yīng)巖相變化。自上新世至第四紀(jì)天津地區(qū)地層呈棕紅、褐、黃褐、灰色調(diào)的變化規(guī)律；天津地區(qū)實(shí)際的第四紀(jì)工作中，這一色調(diào)變化賦予更多的內(nèi)容，有些研究將沉積物色調(diào)變化分別作為各時(shí)期地層的特點(diǎn)。

4.1富鋁化過程與棕紅色粘土層

在高溫多雨的條件下，鋁、鐵、錳氧化物在土體中殘留或富集，土層易形成棕紅色。薄層近棕紅色的粘土層是極淺水水位波動(dòng)間歇氧化所致，為洪泛盆地和洼地邊部沉積特征。天津地區(qū)約三分之一鉆孔中的前第四紀(jì)松散土層均出現(xiàn)棕紅色粘土，顯示有較長(zhǎng)時(shí)期淺水、氧化的背景。第四紀(jì)楊柳青組地層中淺棕紅色粘土層厚度一般小于5m，這就表明上新世的氧化時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)入第四紀(jì)近似的狀況就較短且不是普遍現(xiàn)象。這為我們劃分M/G 界線提供了線索。

4.2鈣化過程與淀積層

在干旱與半干旱氣候下，土體中易形成上部棕紅色粘土層，中下部形成鈣積層的沉積組合，這種沉積組合在橫向上是統(tǒng)一出現(xiàn)的，可以作為地層劃分的標(biāo)志層。例如天津陳官屯地區(qū)鉆孔，晚更新世第三海侵層之下兩次出現(xiàn)了厚1m棕紅色的粘土層與下伏鈣質(zhì)結(jié)核淀積層。

4.3潛育化過程與灰綠色、藍(lán)灰色粘土層

在整個(gè)土體或土體下部，因長(zhǎng)期被水浸泡，幾乎完全處于閉氣狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生較多還原性物質(zhì)，將高價(jià)鐵、錳轉(zhuǎn)化為低價(jià)，形成灰綠色、藍(lán)灰色粘土層。這種土層在天津地區(qū)的中更新統(tǒng)佟樓組中下部出現(xiàn)頻率較大。

4.4潴育化過程

在直接受到地下水浸潤(rùn)的土層中，由于地下水位季節(jié)性升降，土層干濕交替，使鐵、錳化合物移動(dòng)或局部富集，形成明顯具銹紋、銹斑、含鐵、錳結(jié)核的土層，稱潴育層。根據(jù)對(duì)天津地區(qū)眾多淺鉆資料的整理研究，多數(shù)鉆孔20m左右深度之下，銹斑明顯增多，推測(cè)這種現(xiàn)象可能與更新世的末次冰期氣候狀況有關(guān)。據(jù)此為我們劃分天津地區(qū)的全新世與更新世的界限提供了線索。

參考文獻(xiàn)

[1]天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局.天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京.地質(zhì)出版社，1992：140.

[2]吳標(biāo)云、李從先，長(zhǎng)江三角洲第四紀(jì)地質(zhì)，海洋出版社，1987，37-81，127-149.

[3]李世瑜，古代渤海灣西部海岸遺跡及地下文物的初步調(diào)查研究，天津史地知識(shí)，1987，55-70.

[4]李元芳，海河河口地區(qū)全新世環(huán)境及其地層，地理學(xué)報(bào)，1989，3.

[5]王宏，渤海灣牡蠣礁與新構(gòu)造活動(dòng)：幾個(gè)基本問題的討論，新構(gòu)造與環(huán)境（盧演儔，高維明，陳國(guó)星，陳杰主編），地震出版社，2001，171-184.

[6]洪有密.1993.測(cè)井原理與綜合解釋.北京：石油大學(xué)出版社，1～270.

[7]沃克，沉積相模式，地礦部地質(zhì)情報(bào)研究所，1982，1-9，53-72.