0 引言
混积岩的概念最早由Mount(
1984)提出,主要是指由2种或2种以上不同成分、不同结构的沉积物混合形成的岩石,最常见的是碎屑岩与碳酸盐岩以成分混合或呈互层结构产出。根据混合沉积的形式差异,常可分为间断混合、相混合、原地混合以及母缘混合4种形式(Mount,
1984)。相混合常出现在碳酸盐台地发育初期或消亡末期,例如四川盆地寒武系沧浪铺组—龙王庙组(李红等,
2021;Li
et al.,
2021a; 宋金民等,
2021)、奥陶系桐梓组(Tang
et al.,
2022)以及塔里木盆地震旦系奇格布拉克组(Zhao
et al.,
2023),均在台地演化初期发育了大量混积岩; 而塔里木盆地石炭系巴楚组(杨波等,
2012)、鄂尔多斯盆地二叠系太原组(黄有根等,
2024),则是台地消亡时发育混积岩的典型案例。以相混合形式发育的混积岩往往代表着近岸的边缘相沉积(宋金民等,
2021;Tang
et al.,
2022),是判断台地发育期间是否存在古陆的重要证据(张春林等,
2023)。此外,对于混积岩中的碎屑物质进行物源分析,还可以恢复物源供给方向、判识物源构造背景。混积岩的发育受到构造作用(Li
et al.,
2021b)、海平面升降(Li
et al.,2021a)、气候变化(Brito
et al.,
2024)以及水动力条件(Zecchin and Catuneanu,
2017)等多种因素的影响与控制,因此关于混积岩的沉积记录分析也是开展台地演化期间沉积环境演变等研究的重要媒介。
随着地震、岩心资料的日益丰富,近期通过地震剖面(何发岐等,
2023;张春林等,
2023)以及钻井取心、测井对比,在鄂尔多斯盆地识别出了马家沟组底部的超覆沉积(钟寿康等,
2024)。地层对比以及超覆范围恢复揭示出该超覆沉积持续至马二段上部,而此次海侵被认为是怀远运动之后鄂尔多斯盆地台地环境再次恢复和发育的重要驱动力(钟寿康等,
2024)。岩心资料显示,马家沟组底部发育频繁互层的混合沉积,这是台地恢复初期的重要标志,对于周缘构造—地貌格局判识以及沉积环境变化等研究具有重要意义。
基于此,本次研究针对鄂尔多斯盆地马家沟组底部混积地层,开展混积岩岩石学特征描述、序列解译以及沉积环境厘定,明确了台地发育初期混积岩的沉积环境及对混积岩特征的影响; 结合地球化学分析,在进一步佐证混合沉积存在的同时分析纵横向环境演变对于混合沉积的影响以及地球化学响应,以期为马家沟组发育初期沉积环境研究提供相关借鉴。
1 地质背景
鄂尔多斯盆地位于华北板块西部,历经多次构造旋回(何登发等,
2021),地层序列记录了其长期复杂的构造-沉积演化。中元古代长城纪,鄂尔多斯盆地发育滨岸相碎屑岩沉积,后遭受长期剥蚀演化为准平原(欧阳征健等,
2020;包洪平等,
2022)。至寒武纪,鄂尔多斯盆地演化为被动大陆边缘沉积(张春林等,
2023),后期受怀远运动影响,乌审旗—靖边一带隆升,张夏组、徐庄组及毛庄组等地层剥蚀严重,局部出露中新元古界(
图 1-a)(李相博等,
2021;毛丹凤等,
2024)。进入奥陶纪,在全球海平面持续上升的背景下,马家沟组底部发育超覆沉积并持续至马二段上部(钟寿康等,
2024),鄂尔多斯盆地再次恢复为陆表海台地沉积环境(陈安清,
2010)。
马一段—马三段作为马家沟组下部重要的含盐层系,长期以来岩石地层研究相对薄弱。马一段沉积期,地层自东向西超覆充填,部分井区不发育,测井上表现出底部稳定发育高GR值段,向上为箱状低GR值段; 岩石类型包含混积岩、白云岩、膏质云岩、膏岩以及大量盐岩。至马二段沉积期,稳定发育3次间歇性海侵,致使华北海与祁连广海沟通,测井上表现为三低夹两高,即3段箱状低GR值段被2段高GR值段区分,并依此划分为3个亚段; 岩性转以碳酸盐岩为主,含少量混积岩,仅每个亚段上部见少量纹层状云质膏岩或盐岩。马三段沉积期受盆地西缘板块挤压影响,发育隆坳相间地貌格局,测井曲线再次变化为波动幅度较大的高GR值段,同时蒸发岩再次大量发育,常见泥粉晶云岩、膏质云岩、云质膏岩及膏岩,东部井区发育块状盐岩(钟寿康等,
2024)(
图 1-b)。最新的系统取心井证实,马家沟组与下伏地层呈不整合接触,下伏地层包括长城系碎屑岩(
图 2-a)、寒武系以及下奥陶统冶里组—亮甲山组。
2 样品与方法
本研究对鄂尔多斯盆地钻遇马一段—马二段的19口钻井共计600余米岩心、430余张薄片资料进行了详细观察与解译,厘定了岩石类型、沉积构造以及典型序列。地球化学分析方面,在T112井、J1井以及YY1井的马二段等时地层格架内分别采集15件、8件、11件岩心样品,共计34件岩心样品的全岩主、微量元素含量测试在西南石油大学碳酸盐岩沉积—成岩地球化学实验室完成,使用仪器为电感耦合等离子质谱仪Agilent 7700e ICP-MS。测试流程如下: 称取50±1 mg粉末样品置于溶样弹中,依次加入1 mL H2O、1 mL HNO3、0.5 mL HF; 将溶样弹放入钢套中,拧紧后放入烘箱,190 ℃加热48 h; 待溶样弹冷却后取出,在电热板上115 ℃将样品蒸干; 然后加入1 mL HNO3再次蒸干。随后再依次加入1 mL HNO3、1 mL 超纯水和1 mL 的1 μg/g In,并再次将溶样弹放入钢套,拧紧后放入烘箱,190 ℃加热12 h。待溶样弹冷却后将溶液转入定容瓶中,用浓度2% 的HNO3稀释至100 g(对应的稀释倍数为2000),使用ICP-MS测试。测试中使用了美国地质调查局系列标样USGS AGV-2、BHVO-2、GSP-2、BIR-1a,主量与微量元素测试精度均小于5%。
3 混积岩沉积特征与分析
3.1 岩石学特征
由于混合沉积的成分、结构类型多样,导致混积岩定名体系极为复杂,因此目前关于混积岩的分类方案仍有争议(Mount,
1984;董桂玉等,
2007)。鄂尔多斯盆地马家沟组底部存在碎屑岩、碳酸盐岩以及蒸发岩3种岩石类型,进一步加大了研究区内混积岩的定名难度。本研究参考董桂玉等(
2007)提出的两端元划分方案,将主成分为石英砂岩等碎屑岩且与海相碳酸盐岩或硬石膏岩混杂沉积的岩石划分为(含)云质/膏质砂岩,而主成分为白云岩且与部分陆源碎屑物质混合沉积的岩石定义为(含)砂质白云岩或(含)泥质白云岩。
1)(含)云质/膏质砂岩。马家沟组底部的云质/膏质砂岩多为灰褐色—褐色(
图 2-b,2-c),这是典型的氧化色,暗示沉积期水体极浅。在云质/膏质砂岩发育的区域,岩心上均可见十分明显的冲刷面构造,冲刷面之下多为白云岩(
图 2-b)或硬石膏岩(
图 2-c),且顶部被冲刷面侵蚀破坏,结构不完整,而冲刷面之上见正粒序构造以及底砾岩,向上与多种岩石类型依次组合(
图 2-b,2-c),分别是碳酸盐岩砾屑、灰褐色石英砂岩、灰色泥质粉砂岩、深灰色纹层状泥岩、夹硬石膏团块的泥晶白云岩等。镜下见石英碎屑磨圆度极好,部分颗粒具次生加大边,以细—中砂为主,局部含有粗砂,分选一般(
图 2-d,2-e),未见明显的固相包裹体、波状消光以及破裂纹等,推测其是再旋回沉积石英。颗粒间充填暗色杂基以及少量针状硬石膏单晶(
图 2-d,2-e),表明石英颗粒沉积时周缘水体或孔隙流体的盐度上升,开始析出硬石膏。
2)(含)砂质白云岩。岩心上呈灰色—灰褐色,常发育过渡性层理(
图 3-a),或泥砂质夹层与白云岩呈韵律互层(
图 3-b)。镜下见微型粗颗粒透镜体和冲刷面,冲刷面之下为泥晶白云岩,之上为石英碎屑与泥晶白云岩混合沉积(
图 3-c,3-d)。基质普遍为泥晶云岩,石英碎屑离散状分布于基质之中(
图 3-e),或集中分布于砂质条带中(
图 3-f)。与(含)云质/膏质砂岩类似,(含)砂质白云岩中石英颗粒磨圆度极好,但粒度普遍略小。此外,研究区内还常见到一类混积岩,其岩心底部见明显冲刷面,冲刷面之上为鲕粒白云岩(
图 3-g),部分鲕粒核心为石英碎屑(
图 3-h)。
3)(含)泥质白云岩。岩心上以灰色—深灰色泥质呈纹层状或断续纹层状分布为特征(
图 3-b,3-i),局部见少量硬石膏纹层。基质为泥晶灰岩,可见灰褐色泥质纹层,与黄铁矿伴生(
图 3-j)。而与硬石膏相伴生的混积碳酸盐岩,可见泥质条纹、针状硬石膏与泥晶白云岩韵律互层。
3.2 沉积序列特征解译
第1个典型序列组合来自Sh473井马一段,位于马家沟组底部的高GR值段内,共识别出6个顶底界面清晰的沉积序列(S1-S6)(
图 4-a)。S1序列底部可见明显的冲刷面构造,下部发育正粒序的细—粗砂岩,向上渐变为暗色粉砂质泥岩,局部见砂岩透镜体,顶部见浅灰色角砾状硬石膏岩。S2序列下部为灰色泥晶白云岩,见水平分布的团块状硬石膏岩,上部为浅灰色角砾状硬石膏岩。S3序列极短,内部见泥晶白云岩和暗色泥质白云岩,结合S4序列底部发育底冲刷面构造,推测该序列存在被冲刷、破坏的可能。S4序列下部发育浅灰色细砂岩,向上渐变为泥晶白云岩与暗色泥质白云岩,顶部见角砾状硬石膏岩。S5序列与S6序列岩石单元构成与S4序列上部较为相似,仅底部未发育具有冲刷面的砂岩段。
第2个典型沉积序列组合来自T112井的马二3和马二2亚段,其中硬石膏岩发育段为马二3亚段顶部高GR值段,之上砂岩属于马二2亚段(
图 1-b)。共识别出5个顶底界面清晰的沉积序列(S1-S5)(
图 4-b)。S1序列下部为灰色泥晶白云岩,局部见团块状硬石膏岩,向上硬石膏岩含量增多,以纹层状产出,之后演变为纯硬石膏岩,呈角砾状产出。S2序列底部膏质含量降低,发育纹层状云质膏岩,中部见薄层泥质白云岩,顶部再次发育角砾状硬石膏岩。S3序列底部发育冲刷面构造,且S2顶部硬石膏岩具被侵蚀的特征,冲刷面之上发育含砂质透镜体以及纹层状硬石膏岩,顶部为角砾状硬石膏。S4序列岩性单一,自下而上由具底冲刷的细砂岩过渡为粉砂质泥岩。S5序列底部再次发育具有底冲刷的砂岩,向上渐变为泥晶白云岩,局部见膏质纹层,顶部发育角砾状硬石膏岩。
对比来看,T112井中砂岩层占比相对更高。上述2口井的混积岩沉积序列均表现出发育大量的底冲刷构造以及角砾状硬石膏岩,同时单个沉积序列厚度较小,普遍小于1 m。
3.3 沉积环境分析
基于上述沉积序列分析,结合各类钻井、取心资料中的相标志进行沉积相分析与厘定,认为鄂尔多斯盆地马家沟组底部混积岩发育于潮坪沉积体系,可细分为4个亚相(
表 1)。
1)潮汐水道亚相(F1)。潮汐水道分布在潮间带中下部,主要是退潮过程中海水集中流动而在泥云坪、云坪亚相中形成下切水道,常会对已形成的沉积物产生侵蚀破坏作用(Hazard
et al.,
2017)。潮汐水道亚相的岩石类型取决于母岩供给的差异: 碎屑岩母岩区物源供给充足时,常发育磨圆度极好的石英砂岩(
图 2-b至2-e);陆源影响较弱时,则可能因为水动力极强且周而复始而发育鲕粒白云岩(
图 3-g,3-h)。该亚相的典型相标志是岩心上具正粒序,部分碎屑岩底部见冲刷面,且与泥质白云岩或砂质白云岩共生。该亚相在整个潮坪环境中水动力条件最强,是各类颗粒岩最常发育的场所(彭旸等,
2023)。
2)泥/砂—云坪亚相(F2)。泥/砂—云坪亚相是受潮汐作用影响最为明显的极浅水沉积,常发育在潮间带,空间上具有环古陆分布的特征(冯增昭和鲍志东,
1999),同时也是海陆过渡的边缘相区(张春林等,
2023)。由于受陆源输入影响,常见泥/砂质云岩、纹层状泥晶云岩,因此该亚相最为典型的特征是泥晶白云岩与富泥质泥晶白云岩呈韵律互层,常见砂质透镜体及过渡性层理等潮坪环境标志性层理(
图 3)(彭旸等,
2023;Brito
et al.,
2024)。
3)膏云坪亚相(F3)与潮上萨布哈亚相(F4)。在一些干旱的潮间带上部以及潮上带环境中,持续的蒸发作用使孔隙之间的原生海水被不断消耗,同时又通过毛细管浓缩作用不断补给,周而复始,导致孔隙水盐度升高到石膏沉淀的盐度范围,最终析出石膏并交代围岩(West
et al.,
1979)。膏云坪亚相形成的膏岩常以团块状或揉皱变形的纹层状云质膏岩或膏质云岩为主(
图 2-a)(Riley and Byrne,
1961),向岸方向过渡为潮上萨布哈亚相,同时膏团增多并形成网格状膏岩(
图 4-a,4-b)(Aleali
et al.,
2013;Andreeva,
2015)。
综上,鄂尔多斯盆地马家沟组底部混积岩形成于海陆过渡环境,属于典型的相混合成因(Mount,
1984)。在由海向陆过渡演化的过程中,碎屑沉积物占比逐渐减小,沉积环境由潮汐水道向云坪、泥云坪、膏云坪以及潮上萨布哈过渡演化。与此同时,发育碎屑岩、碳酸盐岩以及蒸发岩等3种成分的混合沉积,形成了研究区内产状类型多样的混积形式(
表 1)。马家沟组底部的混积岩在多口钻井普遍发育(
图 2;
图 3),表明马家沟组底部的超覆沉积造成了边缘相大范围穿时分布(钟寿康等,
2024)。
4 混积岩地球化学特征
4.1 陆源输入
针对马家沟组底部的混积现象,进一步利用地球化学方法对陆源输入影响进行评价,评价时主要采用Al、Ti、Sc、Th、Zr等亲陆源元素(Turekian and Wedepohl,
1961;Algeo and Maynard,
2004;Tribovillard
et al.,
2006)。考虑到研究区内主要为混积岩,且碳酸盐岩组分明显居多,因此首先利用Si含量来简单评价陆源影响强弱,其中
w(SiO
2)<3%定义为陆源影响较弱,反之则较强。交汇图版显示,陆源影响较强的混积岩样品中,Al
2O
3含量与TiO
2、Zr含量呈较强的正相关,相关系数均大于0.7,与Sc、Th含量呈弱的正相关(
图 5-a至5-d),这表明上述元素主要来自陆源碎屑(于冬冬等,
2018)。在陆源影响较弱的样品中,上述元素之间相关性较弱,或不具相关性。
除亲陆源元素之外,陆源物质中诸如长石、黏土等矿物的加入,使得混积岩中REE含量往往较高(Webb and Kamber,
2000;Nothdurft
et al.,
2004;Chen
et al.,
2021)。反之,纯净海水中析出的碳酸盐矿物REE含量往往较低,通常小于50 μg/g(Kawabe
et al.,
1998)。Al
2O
3 vs. REE交汇图显示两者之间存在较弱的正相关性,且研究区中多数样品的REE含量较高,亦表明受到了陆源物质混入的影响(
图 5-e)。
沉积物风化过程中,Sr的释放速率显著快于Ba,造成陆相淡水环境中的沉积物Sr/Ba值显著低于海水环境(Garzanti
et al.,
2014)。基于该特征,Sr/Ba值常被用于判断沉积水体是否受到陆相水体的混入影响,通常认为Sr/Ba>1为海相咸水沉积环境,反之则为陆相或海陆过渡相的淡水环境(Chen
et al.,
2020;Wei and Algeo,
2020)。Al
2O
3 vs. Sr/Ba交汇图显示Al
2O
3和Sr/Ba值之间存在负相关性,其中陆源物质影响较大的样品中,几乎一半以上样品的Sr/Ba值为1左右或小于1,而陆源物质影响较小的样品Sr/Ba值基本大于 1,最大可达10以上(
图 5-f)。Al
2O
3 vs. Sr/Ba图版(5-f)从水体性质变化的角度再次佐证了陆源输入的强弱存在差异明显的地球化学响应。
基于上述元素含量或比值的相关性分析,证实本次研究样品中存在陆源混染,同时部分元素含量或比值随混积程度变化存在明显波动响应。
4.2 碎屑岩—碳酸盐岩分异
通过Al
2O
3 vs. Sr/Ba交汇图版(
图5-f)证实了混合沉积中亲陆源元素来自陆源碎屑。在此基础上,进一步在马家沟组沉积早期的超覆沉积背景下,从纵向与横向2个方面开展混合沉积过程中元素地球化学响应研究。
纵向上,众多研究实例表明相对海平面升降控制着陆源供给速率和碳酸盐沉淀速率的相对大小(董桂玉等,
2007),是影响混积岩发育的关键因素之一(Zecchin and Catuneanu,
2017;Li
et al.,
2021a;Brito
et al.,
2024)。
例如在晚古生代冰期,由于受到多个离散的冰期和间冰期动态变化的影响,全球海平面高频波动,且处于显生宙海平面最低水平,导致石炭纪—二叠纪盘古(Pangea)超大陆低纬度地区以及环古特提斯洋发育大量碳酸盐岩—碎屑岩层间混积地层(Fielding,
2021;Brito
et al.,
2024)。相反,由于受到寒武纪海侵的影响,全球多个地区仅在碳酸盐台地发育初期沉积混积岩,随后向上过渡为碳酸盐岩地层,这在中国西部三大盆均有响应(金值民等,
2020;宋金民等,
2021;张春林等,
2023)。
依据沉积环境演化与海平面升降分析(
图 1-b),认为马二段纵向上存在3次较为完整的海侵—海退沉积过程。元素含量对比发现,相对海平面的升降明显影响着马家沟组底部地层在陆源混合沉积过程中的元素地球化学响应,其与Si、Al、Ti等亲陆源元素以及REE含量之间存在反向关联(
图 6),即当处于初始海泛或者高位晚期,海平面相对较低,此时陆源输入的影响快速增大, 而当位于最大海泛时,海平面相对较高,广阔的海水稀释了陆源输入物质的浓度,进而导致地球化学响应减弱(Algeo and Maynard,
2004;Tribovillard
et al.,
2006;Li
et al.,
2021a)。而Ca含量所代表的亲海源元素与海平面升降之间则存在正向关联(
图 6),即当处于初始海泛或者是高位晚期,Ca含量通常维持在较低的水平,但随着最大海泛的到来,明显呈上升趋势。
陆源输入的影响在横向上也存在差异。
图 7-a中的3口井显示由西向东水体逐渐加深,但相对海平面波动对于各元素含量的影响依然存在,区别在于沉积水体越深,各元素含量的波动程度越微弱。这可能与2个方面的原因相关: 首先是与海平面升降对于陆源影响的原理一致,东侧较大的水深会稀释陆源的输入物质浓度,导致地球化学响应较弱; 其次,3口井的地层接触关系中,T112井马二段下伏地层为长城系砂岩,J1井虽然也与长城系呈不整合接触,但马二段沉积时长城系已被马一段覆盖,其无法提供物源,而YY1井马家沟组未钻穿,但根据马家沟组前古地质图(
图 1-a)推断,YY1井可能与寒武系或下奥陶统冶里组、亮甲山组接触(李相博等,
2021;魏柳斌等,
2021),而该地层提供物源的可能性不大。因此,与陆源碎屑的物源区距离远近,也是造成陆源元素含量波动程度强弱的原因,同时也进一步佐证了马家沟组沉积初期陆源碎屑的物源区处于研究区西侧。
与物源区的距离远近,在影响陆源混积信号强弱的同时,不同元素的响应也存在差异。从3口井的Al、Zr和REE含量分布频数统计图(
图7-b)来看,Al、Zr等亲陆源元素在靠近物源区的钻井中数值较为分散,而远离物源的区域含量快速下降并集中分布在较小的范围内; REE的含量虽然也具有类似的变化,但在远离物源的井区中其含量仍可以维持相对较高的水平。以上现象说明,Al、Zr等亲陆源元素扩散距离相对较近,而REE扩散距离则相对变远。
混积岩中的Si、Al、Ti、Zr等亲陆源元素主要富集在岩屑或重矿物中(Webb and Kamber,
2000)。在混合沉积过程中,受到水动力变化的影响,粗颗粒沉积物或重矿物快速沉降,搬运距离较短。由于众多重矿物具有近岸富集的特点(李红等,
2021),因此会造成亲陆源元素的扩散距离较短。而REE元素扩散距离明显增加,且浅水、深水井区的影响都比较大,推测在马二段沉积过程中,REE元素多富集在黏土矿物等细粒沉积物中(Nothdurft
et al.,
2004),搬运距离较大并影响到更为广泛的区域。
5 讨论
5.1 混积岩的地质意义
混积岩所代表的边缘相沉积,是判断沉积期是否发育古隆起的重要证据(张春林等,
2023)。前人通过寒武系的地层厚度、地震剖面、连井地层对比等,从多角度揭示了乌审旗—靖边古隆起在寒武系发育的事实(魏柳斌等,
2021),但该古隆起在奥陶系是否发育尚存在较大争议。目前主要有3种观点: (1)马家沟组沉积期乌审旗—靖边古隆起逐渐消隐,不再活跃(包洪平等,
2022;张春林等,
2023);(2)利用地震剖面揭示了古隆起区马三段超覆至马一段—马二段,认为马三段沉积期乌审旗—靖边古隆起发生继承性活动,但面积减小,至马家沟组沉积中后期不再活跃(毛丹凤等,
2023);(3)马一段—马二段超覆于乌审旗—靖边古隆起之上,其早期为水上古陆,后期演变为水下低隆(何发岐等,
2023;钟寿康等,
2024),并且该古隆起在整个马家沟组沉积期间歇性发育,对米脂地区盐洼的发育具有明显的控制作用(魏柳斌等,
2021;钟寿康等,
2022)。本研究基于沉积学与地球化学分析,认为马家沟组底部的混积岩形成可能与此时的乌审旗—靖边古隆起相关。同时,混积岩的发育对于马家沟组沉积初期的古地理格局也具有重要的指示意义。
首先,结合前马家沟组古地质图(
图 1-a)来看,在整个台地范围内,以中部乌审旗—靖边一带为轴线,连接南北两侧,核部出露地层皆为长城系砂岩(李相博等,
2021;魏柳斌等,
2021)。研究区内多口钻井均分布在乌审旗—靖边古隆起区与剥蚀窗的叠合区域内(何发岐等,
2023;毛丹凤等,
2023; 张春林等,
2023),诸如T112、J1等钻井。地层接触关系也揭示出同样的规律,如T112井处表现为多次构造运动叠加形成的角度不整合面,不整合面之下的长城系滨岸相石英砂岩(欧阳征健等,
2020)可作为研究区重要的碎屑物质来源(
图 8)。微观特征揭示,长城系砂岩基本为单晶石英,未见石英砂岩等岩屑颗粒(刘恒宇等,
2024),这与马家沟组中的单晶再旋回石英碎屑较为相似(
图 2-d);且马家沟组石英碎屑以细—中砂为主,局部含有粗砂(
图 2-d),分选较为一般,进一步说明可能距离物源区并不是很远。上述地质背景以及岩石学特征表明,马家沟组下部混合沉积的陆源碎屑极可能来自于长城系。
其次,体现在碎屑物质的沉积分异规律方面。马家沟组存在一套穿时分布的边缘相高GR值沉积物(钟寿康等,
2024)。对T112井、Sh473井和XQ1井混积岩沉积序列的梳理与对比表明,随着与物源区距离的增大,沉积序列中碎屑物质占比越低,粒度越细(
图 8)。例如T112井碎屑岩不仅发育在马家沟组底部的边缘相高GR值段内,马二段依然发育(
图 4-b),且石英砂岩普遍可以达到中砂级(
图 2-d;
图3-e)。向东侧Sh473井和XQ1井,混积岩仅发育在马家沟组底部,石英颗粒粒径明显减小(
图 3-c,3-d),混合沉积则转而以泥岩为主,见少量石英粉砂岩混合碳酸盐岩与膏盐岩。
最后,地球化学分析指出,自T112井向东,陆源碎屑的地球化学信号逐渐减弱(
图 7-a)。这说明在马家沟组沉积初期海侵超覆背景下,物源主要来自中西部地区。
以上多角度的证据均表明,造成马家沟组沉积初期大量发育混积岩的原因是乌审旗—靖边古隆起核部出露的长城系砂岩再旋回沉积。同时,马一段—马二段混积岩的发育,也充分证明了乌审旗—靖边古隆起在奥陶纪马家沟组沉积早期是存在的,并在较长的时间段(马一段—马二段沉积中期)为水上隆起,出露的长城系作为物源区持续供给陆源碎屑,从而参与到马家沟组底部地层的沉积过程中(
图 8)。
5.2 混积过程中的元素地球化学响应
马二段等时地层格架内样品的地球化学特征对比表明,在混积过程中地球化学响应受控于3个方面因素的影响(
图 8)。首先是海平面升降的影响,即研究区内沉积物、元素含量及水体性质表现出随海平面升降波动而协同演变的特点,在相对海平面较低时,亲陆源元素信号增强,亲海源元素信号减弱,而相对海平面较高时则反之。其次,与物源区距离的增加以及在沉积水体逐渐变深的过程中,混合沉积的陆源元素信号逐渐减弱,但依然会受到海平面升降的控制。最后,在陆源碎屑搬运过程中,Si、Al、Ti、Zr等亲陆源元素主要是富集在岩屑或重矿物等颗粒组构中,因此具有搬运距离短、沉降速率快的特点,导致此类元素在混合沉积过程中扩散距离短,仅在物源区周缘维持较高水平; 而REE多富集在黏土矿物等细粒沉积物中,搬运距离大大提高,并影响到更为广泛的区域(
图 8)。因此,在有混积背景下的碳酸盐岩地球化学分析工作中,即使距离物源区很远,依然需注意对陆源影响的评估和判识,尤其是以黏土矿物为主要载体的稀土元素等。
6 结论
1)鄂尔多斯盆地马家沟组底部马一段—马二段发育碳酸盐岩、蒸发岩及碎屑岩等成分组成的混积岩,可划分为(含)云质/膏质砂岩、(含)砂质白云岩以及(含)泥质白云岩等岩石类型。
2)马一段—马二段发育细-粗砂岩→粉砂质泥岩→泥岩/泥晶白云岩→角砾状硬石膏岩及细砂岩→泥晶白云岩→泥质白云岩→角砾状硬石膏岩等典型沉积序列,见大量底冲刷构造、正粒序、过渡性层理以及角砾状硬石膏岩等典型的潮坪相标志。推测马家沟组底部混积岩形成于海陆过渡环境,属于典型的相混合成因类型。
3)相较于陆源影响较弱的样品,陆源影响较强的样品中亲陆源元素及REE含量较高,且Al2O3与TiO2、Zr及REE含量具强的正相关性。此外,初始海泛或高位晚期亲陆源元素以及REE含量快速增大,但随着海平面持续上升或远离物源区,亲陆源元素含量响应减弱。地球化学分析揭示了混积过程中的元素分异规律,即垂向上陆源影响随海平面升降而产生由弱变强的波动,而横向上稀土元素较亲陆源元素具有更远的扩散距离。
4)马一段—马二段沉积期,沉积物渐次超覆鄂尔多斯古陆,乌审旗—靖边古隆起核部的长城系砂岩为马家沟组底部混积岩中陆源碎屑的物源区。
*国家自然科学基金青年科学基金项目(42302139)
四川省自然科学青年基金项目(2025ZNSFSC1186)
西南石油大学研究生科研创新基金项目(2022KYCX032)
京公网安备11010202008535号
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