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《成都理工大学》 2008年
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川东二叠纪层序充填与沉积物分布规律

林良彪  
【摘要】: 华南板块在海西构造阶段以板内运动为主,处于拉张伸展构造环境下,发育了一系列具有拉张或左行拉分性质的裂陷盆地,特别是在二叠纪,拉张活动剧烈(即峨眉地裂运动),并已延伸到盆地内部,在板块上的不同部位形成了一些深水盆地,整体形成了台盆相间、台中有盆、盆中有台的古地理格局,而台盆边缘发育的礁滩恰恰是油气的有利储集体,如“普光”气田、“龙岗”气田等,因而对华南板块二叠纪层序充填与沉积物分布规律的研究具有十分重要的理论意义和现实意义。 本论文以四川盆地东部(即川东地区)二叠系为研究对象,以野外露头剖面为研究重点,充分利用已有的钻井资料及地震资料,以沉积学、层序地层学、地球化学、古生物学、地球物理学和构造地质学等原理为指导,利用多种分析手段,深入研究二叠系硅质岩的岩石学特征、地球化学特征,以揭示硅质岩的成因类型,挖掘隐藏在硅质岩背后的地质背景信息;分析二叠系的沉积体系、层序充填特征,结合硅质岩研究成果、区域构造背景,以三级层序或三级层序体系域为编图单元,编制具有精确性、等时性、成因连续性等优点的岩相古地理图,揭示研究区的沉积物分布规律,进而分析整个沉积盆地的性质及演化特征,揭示上扬子板块的演化特征。通过研究,得出以下几点成果认识: (1)对重庆石柱冷水溪中二叠统茅口组和上二叠统吴家坪组层状硅质岩进行岩石学、主量元素、微量元素、稀土元素及硅氧同位素研究,表明它们都为热水硅质岩,形成于台盆环境中,但茅口组热水硅质岩的特征明显于吴家坪组。①茅口组和吴家坪组硅质岩化学成分均以SiO_2为主,含量分别为80.09%~97.91%和65.52%~97.76%,其Al/(Al+Fe+Mn)平均值分别为0.30和0.4599。Al-Fe-Mn判别图解、SiO_2-Al_2O_3图、SiO_2-Fe_2O_3图、Fe-Mn-(Cu+Co+Ni)三角图解、U-Th图解均表明茅口组和吴家坪组硅质岩绝大部分为热水硅质岩,少部分为非热水硅质岩。②茅口组和吴家坪组硅质岩稀土元素总量都较低,平均值分别为7.509×10~(-6)和38.540×10~(-6),重稀土元素中度富集;Ce中度异常,北美页岩标准化配分模式图略为向左倾斜或平整,Eu无明显正负异常,这些特征表明两组硅质岩成分以热水沉积为主,并有部分非热水成因的物质混入。③茅口组和吴家坪组硅质岩δ~(30)Si的值总体上都位于热水成因硅质岩区域内,根据δ~(18)O值计算得出茅口组和吴家坪组硅质岩形成时,古海水温度变化范围分别为34.45~80.77℃和43.28~93.61℃。④茅口组和吴家坪组硅质岩结构构造表明,该组硅质岩形成于水体较深的环境,这些为滑塌变形构造、灰岩砾石、菊石化石、放射虫、海绵骨针以及薄壳腕足等所证明:MnO/TiO_2值、Al_2O_3/(Al_2O_3+Fe_2O_3)值、δCe值和δ~(30)Si值也均表明茅口组和吴家坪组硅质岩形成于台盆环境。 (2)二叠纪的沉积过程中,同生断裂活动频繁而强烈,并伴随有火山活动。区内茅口组和吴家坪组热水硅质岩的形成主要取决于以下两个条件:①板内沿断裂拉张,地壳具有可渗透性,海水向下渗透并在一定深度内发生循环,然后上涌。②剖面位于七曜山断裂的附近,该断裂提供了深部热液。下渗的海水与岩浆热液混合,海水被加温后,溶解了大量SiO_2及其他有关元素,并以热泉形式通过断裂喷出,使附近海水中SiO_2含量极大提高并沉淀;同时又促使放射虫和海绵等硅质生物繁殖,形成生物硅质岩。 (3)川东地区二叠系发育了滨岸-潮坪、碳酸盐缓坡、碳酸盐台地、台盆4种沉积体系,研究认为随着生物岩隆的快速发展,晚二叠世吴家坪期的碳酸盐缓坡至长兴期转化为碳酸盐台地。 (4)识别出6种层序界面的表现形式:古风化壳、古喀斯特作用面、火山事件作用面、最大海泛面、岩性、岩相转换面和底流冲刷侵蚀面,4类与盆地构造演化有关的成因类型:造山侵蚀层序不整合界面、升隆侵蚀层序不整合界面、海侵上超层序不整合界面和暴露层序不整合界面。以此为基础,将研究区二叠系划分出12个三级层序,详细讨论了各层序在不同相区内的特征及其变化,进行了区域对比,并建立了川东二叠纪的层序充填模型。认为层序充填主要受控于构造运动、全球海平面升降、沉积作用和气候四大因素。 (5)以三级层序体系域或三级层序为编图单元对研究区进行岩相古地理编图研究,共编制了14张层序岩相古地理图(PSQ1、PSQ2、PSQ3、PSQ4、PSQ5、PSQ6、PSQ7、PSQ8LST、PSQ8TST、PSQ8HST、PSQ9、PSQ10、PSQ11和PSQ12),揭示了区域沉积物分布规律及演化规律。表明:早二叠世梁山期(PSQ1)发育了滨岸沼泽的细粉砂岩、泥页岩夹煤线:中二叠世(PSQ2~PSQ6)海平面升高,发育了开阔台地相的生物碎屑灰岩、含生物碎屑泥晶灰岩等,并常夹有燧石条带、页岩或含有燧石结核,局部地区有生物碎屑滩发育;PSQ7,在石柱地区发育了一硅质岩台盆,区内其它地区仍为开阔台地相沉积;吴家坪早期(PSQ8LST)普遍为一套滨岸相的页岩、铝土质页岩、褐黄色粉砂岩、泥质粉砂岩夹煤线沉积,在研究区北部(梁平)地区以发育玄武岩和辉绿岩为特征。吴家坪中晚期(PSQ8TST~PSQ10)为碳酸盐缓坡沉积,但在PSQ9~PSQ12,石柱冷水溪地区有硅质岩台盆存在;长兴期(PSQ11、PSQ12)为碳酸盐台地沉积,在研究区北部和南部分别存在“开江-梁平”和“石柱”两个泥质灰岩台盆。 (6)峨眉山玄武岩喷发过程就是大陆裂谷形成演化过程,它始于茅口期,于晚二叠世早期喷出地表,结束于晚二叠世中期,分为以下5个阶段:①茅口早期(PSQ5、PSQ6)深部岩浆开始活动,使上覆地壳处于微上拱状态,海底地形略有起伏,海底未完全固结的沉积物在以上多种因素影响下较易发生塑性滑动,沉积了茅口组瘤状灰岩。富含SiO_2的热液进入海底,混迹于沉积物中,成岩过程中发生分异形成燧石结核或燧石条带。②茅口晚期(PSQ7)岩浆上拱,使上覆地壳形成穹窿,穹隆中心地区容易发生张性裂开,形成一些断陷盆地,盆地中沉积了硅质岩,本区如茅口期石柱台盆。③茅口未期,玄武岩即将喷出地表,岩浆上拱作用使四川盆地全面快速隆升形成穹窿,穹窿全面位于海平面上,形成了中上二叠统之间的平行不整合接触,即为东吴运动。④吴家坪早期(PSQ8LST)峨眉山玄武岩全面喷出地表,穹窿中心为陆相喷发,玄武岩中发育丰富的柱状节理;周边海域为水下喷发,玄武岩中有枕状构造。因地下岩浆大规模流出地表,周边地区基底下沉来弥补岩浆房的空间,在此背景下形成了石柱台盆,沉积了吴家坪组的硅质岩。⑤长兴期火山活动结束,四川盆地整体拉张下沉,大部分地区演变为沉积区,“开江-梁平”泥质灰岩台盆开始演化形成,与“石柱”台盆同时存在。
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