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碳酸鹽巖沈積模式與臺地演化

(壹)碳酸鹽沈積模式

相模型是對特定沈積體系的高度概括和總結(Walker,1992),對資料較少地區的沈積環境解釋和有利儲集相帶預測具有重要意義。塔裏木盆地、四川盆地和鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖臺地類型復雜,導致沈積模式多樣化。這裏選取四種有代表性的類型進行詳細說明。

1.清水碳酸鹽臺地沈積模式

(1)邊緣臺地沈積模式

邊緣臺地較為常見,如塔裏木盆地輪南寒武系、塔中1號帶良裏塔格組、四川盆地龍崗地區飛仙關組和鄂爾多斯盆地南緣奧陶系。根據主控因素的不同,可分為沈積邊緣臺地和構造控制邊緣臺地。沈積邊緣臺地形成於穩定的構造環境,海平面變化導致臺地以進積、加積或退積方式生長。臺地邊緣帶呈條帶狀不連續分布,遷移特征明顯,具有相寬、厚度大的特點,如輪南寒武紀進積臺地邊緣(圖3-6-1)和鄂爾多斯盆地南部奧陶紀退積臺地邊緣(圖3-6-2)。

板內斷層活動會引起地表變形,從而導致地形差異。這種地形差異會形成新的有利於造礁生物生長的水體高能帶,從而形成礁灘構造。當斷層繼續移動,斷距增大時,沿斷層走向會形成新的地臺邊緣帶。這種臺地邊緣礁灘以加積的形式垂直向上生長,壹般不會有明顯的側向遷移。在演化後期,隨著斷層活動的逐漸減弱,沈積物(可以是碳酸鹽巖,也可以是碎屑巖)的充填會導致地形差異的消失,臺地邊緣會逐漸過渡到臺內沈積,甚至消亡。開江-梁平海槽周圍的四川盆地長興組-飛仙關組臺地邊緣帶和塔裏木盆地上奧陶統良裏塔格組塔中1號臺地邊緣帶是這類臺地邊緣帶的典型代表。以開江-梁平海槽為例,伸展斷層的活動造就了“地塹”地貌背景,從而在地形突變處形成了高能臺地邊緣相帶(圖3-6-3)。臺地邊緣帶沿斷層不連續分布,寬度通常較小,靠加積生長,高能帶厚度可以很大。

圖3-6-1塔裏木盆地輪南地區寒武系臺地邊緣

圖3-6-2鄂爾多斯盆地南部奧陶系海退臺地邊緣帶特征

(2)碳酸鹽緩坡

碳酸鹽緩坡是海底向海面平緩傾斜(坡度通常小於1)水體逐漸變深,從近岸高能波作用區逐漸過渡到深水低能環境,無明顯坡折的碳酸鹽沈積環境。碳酸鹽緩坡常見於顯生宙,尤其是造礁生物缺失或稀少時,通常會演化為邊緣臺地。

在碳酸鹽高能環境下,通常形成條帶狀顆粒灘,如塔裏木盆地西緣的英山組下段(圖3-6-4)。海平面的波動引起高能帶的遷移,從而形成大面積的顆粒灘,如塔北壹間房組。

圖3-6-3四川盆地開江-梁平海槽(臺間坳陷)臺地邊緣帶特征

圖3-6-4塔裏木盆地西緣露頭區英山組下段碳酸鹽緩坡沈積模式

(3)臺內(臺間)凹陷沈積模式

臺內坳陷的概念以前已有描述,不同構造背景下發育的臺內坳陷發育模式差異很大。比如在小克拉通擠壓構造背景下形成的臺內凹陷,通常面積較大,水深變化較大。臺內坳陷與正常臺地之間存在平緩過渡關系,緩坡上常形成砂漿丘和顆粒灘,如塔裏木盆地南北側(見塔裏木盆地早奧陶世巖相古地理圖)。在伸展構造環境中,伸展斷層的發育通常形成“地塹”地貌背景。在此構造背景下發育的臺內坳陷,邊緣陡峻,面積小,但水體較深,具有良好的烴源巖發育條件,與斷層上盤的高能相帶形成良好的生儲組合,如四川盆地的開江-梁平海槽(圖3-6-3)。

2.混合碳酸鹽臺地沈積模式

陸源碎屑物質供給的增加導致碳酸鹽沈積環境和碎屑巖沈積環境並存,碎屑巖環境在空間上多分布在陸地附近。如四川盆地寒武系西側發育混合潮坪,中部發育局限臺地,東部以開闊臺地和臺地邊緣為主。塔裏木盆地中奧陶世末期構造活動強烈,南、北古被動大陸邊緣轉化為活動大陸邊緣,海底大幅度下沈,盆緣陸源碎屑開始大量增加,碳酸鹽生長明顯受到抑制,盆地進入泥巖和碳酸鹽巖混合沈積階段。土木河群組是在這種環境下形成的壹套深水海侵沈積,楊集坎南部以碳酸鹽沈積為主,少量陸源泥。北部主要沈積碎屑巖,少量灰巖薄層或透鏡體(圖3-6-5)。

圖3-6-5塔裏木盆地西緣露頭區圖木胡克組混合臺地沈積模式

(2)碳酸鹽臺地的演化和消亡

塔裏木、四川和鄂爾多斯大盆地碳酸鹽臺地的演化基本經歷了緩坡型向邊緣型的過渡,但也有其復雜性,主要體現在兩個方面:壹是不同時期臺地的形態不同;第二,在同壹時期不同的位置表現出不同的形態。碳酸鹽臺地的消亡是其演化的最後階段。根據機理不同,可分為淹沒式滅絕和暴露式滅絕兩種方式。

1.碳酸鹽臺地通常經歷了從緩坡型到邊緣型的演化。

碳酸鹽緩坡是臺地演化的初級階段,邊緣臺地是其全盛時期的形態。之後進化發生了分化,壹類進化成緩坡臺地,壹類直接消亡。如塔裏木盆地寒武紀塔希地臺是在碳酸鹽緩坡的基礎上演化而來的,早寒武世中晚期至晚寒武世為鑲邊地臺。寒武紀末期,海平面下降,導致地臺滅絕。四川盆地早寒武世碳酸鹽緩坡逐漸演化為鑲邊碳酸鹽臺地,壹直持續到早奧陶世紅花園組沈積時期,再演化為湄潭組沈積時期的碳酸鹽緩坡。從湄潭組到五峰組沈積時期,形成了壹個完整的緩坡→邊緣→緩坡臺地旋回(見圖3-3-9)。

2.淹沒和暴露是碳酸鹽臺地消亡的兩種方式。

臺地消亡是碳酸鹽臺地演化的最後階段。碳酸鹽臺地的消亡是由不同的機制造成的,包括長期和短期的海平面波動、構造運動、氣候和相關的環境變化。壹般來說,兩種情況會導致碳酸鹽巖平臺的滅絕——淹沒事件和暴露事件。

洪水事件。當海平面上升或構造沈降超過碳酸鹽堆積速率時,淺海臺地和生物礁被淹沒,碳酸鹽生產過程終止。晚奧陶世,塔裏木盆地海平面和水深上升,塔北和塔中臺地均出現泥質含量高的低能沈積。由於西南地區碎屑物質的豐富供應,在塔中臺地的斜坡拐角處形成深水碎屑沈積(圖3-6-6),並沿塔中臺地斜坡向北移動。隨著海平面的進壹步變化和碎屑物質的供應,碳酸鹽臺地最終被碎屑沈積物覆蓋。

圖3-6-6郭塔中央臺地奧陶系碳酸鹽臺地斜坡帶沈積特征

曝光事件。在相對海平面下降期間,碳酸鹽巖陸架邊緣的情況在很大程度上是可容空間和減少的沈積產量之間的函數,因為平臺頂部洪水的區域範圍減少了。當海平面下降到陸架邊緣以下時,碳酸鹽沈積物的產生消失,由沈積作用引起的潛在陸架邊緣增生大大減少。當相對海平面下降到陸架邊緣時,陸地上裸露的碳酸鹽臺地通常會因風化和侵蝕而發生強烈的地貌變化。地層剝蝕關系(圖3-6-7)清楚地說明了塔裏木盆地晚寒武世臺地邊緣暴露和剝蝕的過程。

圖3-6-7塔裏木盆地寒武系臺地頂部侵蝕特征

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