混合沉積

混合沉積是一種沉積機理特殊而又有重要意義的沉積現象。一方面混合沉積是海洋(湖泊)沉積的重要組成部分，對混合沉積進行研究將會豐富海洋(湖泊)沉積學的研究內容，促進沉積學理論的發展；另外一方面混合沉積的研究對於了解沉積環境的構造運動、物源供應、沉積動力學、海(湖)平面變化、海(湖)岸線變遷、沉積速率和古氣候對沉積的控制等有著特殊的意義(江茂生等，1995)，而且對沉積礦產尤其是油氣勘探開發具有重要的實際意義。一般來說，粗粒混積岩和混積層系中粗粒陸源碎屑岩或顆粒碳酸鹽岩一般都具有很好的儲集物性，是油氣聚集的良好場所；細粒混積岩和混積層系中細粒陸源碎屑岩或具粉晶結構以下的碳酸鹽岩只要具備生油條件，就可以成為良好的烴源岩，如不具備生油條件則一般可作為良好的蓋層(董桂玉等，2007)。由此，在混合沉積發育的地層中，本身具備自生自儲自蓋沉積旋迴式的成藏組合，可形成岩性、地層、構造一岩性、構造一地層和構造等多種類型的油氣藏。

基本介紹

• 中文名：混合沉積
• 外文名：Mixed deposits
• 學科：地層學
• 所屬學科：地質學

混合沉積層序的體系域特徵

大量地質現象和研究表明，混合沉積作用可以發生在層序的各種體系域之中，不同體系域的混合沉積作用及相應的控制因素不盡相同。如Patrick和McLaughlin等(2004)對美國東北部上奧陶統的克拉通等斜緩坡的混積層序研究顯示，層序結構受海平面升降變化和區域性的構造活動的控制。7個潮下環境為主的碳酸鹽岩一碎屑岩混積沉積層序(三級)的對比分析顯示，緩坡延伸至盆地邊緣長達275km。每個層序發育的低位體系域、海侵體系域和高位體系域都能識別出相應的混積準層序。一般地，海侵體系域由骨架砂岩一礫屑碳酸鹽岩相組成，高位體系域以瘤狀泥質粒泥灰岩一泥粒灰岩為主，低位體系域主要為砂屑石灰岩相。體系域、層序界面、最大洪泛面和強制性海退面可從淺海陸棚追溯到盆地環境。高解析度層序格架揭示了晚奧陶世太康造山運動在這個克拉通緩坡的構造回響和構造作用和海平面旋迴對混合沉積作用的影響。下面將詳細闡述不同體系域的混合沉積作用及其控制因素。

低位體系域或陸棚邊緣體系域的混合沉積作用

早期的層序地層學研究認為，低位體系域(LST)和陸棚邊緣體系域(SMT)沉積期間，要么是矽質碎屑從陸棚搬運到深海發育矽質斜坡扇沉積(Vail等，1977)，要么在台地碳酸鹽岩生產力相當高時就會在相對高位時產生碳酸鹽岩型濁流沉積(Mullins，1983；Droxler和Schlager，1985；Davies等，1989)。而後的研究發現，粗粒的矽質碎屑與碳酸鹽顆粒的混合沉積可以發生在LST的濁流沉積和斜坡重力流沉積中(Yose和Heller，1989；Miller和Hiller，1994)。LST混合沉積作用的典型的實例，有澳大利亞東北白堊紀碳酸鹽台地和西班牙北部Lunada及Soba地區的白堊紀阿爾比期台地。

Davies等(1989)對溪大利亞東北碳酸鹽台地上的混合沉積研究後認為，碳酸鹽與陸源碎屑的混積主要發生在低位期間。其特點是低位期間的矽質海岸碎屑在前一層序高位台地上堆積，向海方向進積、下超。Garcia和Mondejar等(1993)對西班牙北部Lunada及Soba地區白堊系Albian期台地到盆地的沉積層序進行的研究也發現混合沉積主要出現盆地中的低位體系域中。如果低位期間台地完全暴露而海平面下降幅度不大(小於75m)，則可以形成小規模I型層序界面(Sarg，1988)。其低位體系域中的碳酸鹽淡水透鏡體並不發育。一方面，海平面下降，台地上沉積作用停止，盆地或斜坡由於台地上侵蝕作用產生大量大型角礫被帶入，加之重力流高沉積速率阻礙淡水透鏡體產生；另一方面，陸源物質可通過台地被帶到斜坡、盆地中，進積產生低位楔及盆底扇。如盆地位置局限，周圍有淺水台地或陸棚，則陸源物質可從相反方向上超在斜坡上。陸源沉積物的上超和快速進積亦可妨礙淡水透鏡體

的發育。西班牙北部Lunada相Soba地區Albian期台盆中由Garcia和Mondejar等識別的9個小規模型混積層序可以很好證實。該期盆地中，大都沉積有在台地邊緣斜坡被剝落的巨大灰岩角礫(最大可達45m)，灰岩中無滲濾成岩特徵，說明巨大角礫與構造脈動觸發基底斷層活動有關，同時還需陡峻的台地邊緣、不穩定重力因素。伴隨這些巨大灰岩角礫，大量重力流沉積在斜坡形成斜坡裙濁積體系，不過組成的斜坡濁積砂不是來自台地方向，而是盆地方向，所以，濁積砂岩均上超在台地邊緣斜坡上，同時上超的還有泥灰岩及泥屑岩。低位混積體系的另一特點是在台地上或沉積很薄或缺失。Garcia和Mondejar等識別的9個層序中，僅有兩個低位體系域中在台地上才表現出了混合淺水沉積，主要為砂礫質河控三角洲，淺海砂質骨粒灰岩、矽質碎屑與潮緣碳酸鹽沉積物充填在古喀斯特和下切河谷中，與相對較低的

侵蝕面有關。從低位混積的堆積部位、組成特點及形成機制來看：①混積沉積中的矽質碎屑可以來自兩個方向，即來自台地方向的陸地和遠岸方向的較深水盆地，遠岸方向較大可能是台間盆地或局限盆地，若是遠洋盆地則可能與洋流、等深流有關；②混積物主要岩石類型有：灰岩巨角礫、斜坡重力流濁積岩、泥灰岩、台地上的顆粒灰岩與粗碎屑的陸源砂岩、礫岩。因之，我們可以將低位體系混合沉積分為三種類型：即較深水盆地混積型、台地淺水混積型及台一盆混積型。

這些特點表明，LST的混合沉積作用以源區混合為主，即主要是異源/盆外的，並可能存在間斷混合、相混合。上述西班牙北部Lunada及Soba地區白堊系阿爾比階的台地沉積中所識別的9個I型混合沉積層序LST大都發育台地邊緣斜坡巨大的灰岩角礫，並伴隨大量重力流沉積為主的斜坡裙(Garcia和Mondejar等，1993)，形成源區混合、相混合。SMT的混合沉積作用相對而言較為少見，原因之一是台地和陸棚上SMT的沉積記錄不完全，厚度薄，發育在台地和陸棚邊緣坡折外的SMT主要是通過地震手段來識別，露頭較少。四川龍門山山前帶泥盆系剖面是難得的一個實例，識別的各層序的SMT普遍不發育，厚度極薄，如北川甘溪地區早泥盆世埃姆斯期層序s6、s7、s9的SMT有厚度較小的混合沉積現象(李祥輝等，1999)。其中，層序s6的SMT厚3～5m，由中層含砂質粒泥灰岩與鈣質頁岩互層，在北

川縣甘溪白柳坪村可見較明顯的進積楔下超於下伏S5的HST灰岩之上的露頭，顯示間斷混合與相混合；層序s7的SMT僅見於唐王寨向斜NW翼，厚不超過10m，為淺灘雲化亮晶(砂質)砂屑灰岩，出現少量間斷混合；層序s9的SMT由淺灘介屑灰岩與發育平行層理、沖洗層理的前濱鈣質(腕足介屑)細粒石英砂岩構成，反映了相混合及原地混合作用特點。

大量研究實例表明，LST/SMT發生混合沉積作用最主要的控制因素為準層序一級的海平面下降。海平面下降導致大陸特別是陸棚或台地向盆地提供物源，盆外與盆內沉積物才有源區混合的有利條件；另一方面，海平面下降到陸棚/台地坡折之下，原先的遠洋(斜坡和盆地)環境變淺，更有利於碳酸鹽沉積的形成和保存，從而可能產生相混合甚至間斷混合。此外，海平面相對於陸棚邊緣的位置和海平面變化的速率(Yose和Heller，1989)、幅度(Rankey和Lehrmann，1996)也會對混合沉積作用產生影響。

先期地貌是LST/SMT發生混合沉積作用另一重要因素。先期陸棚、台地和緩坡邊緣形狀對海平面下降期間的LST/SMT混合沉積作用有明顯的影響(Campbell，2005)，如突出的台地邊緣淺灘和飾邊礁對斜坡裙模式的LST混合沉積作用有至關重要的控制。對於以點源為主提供物源的海底扇體系而言，先期的暴露陸棚形狀、海底扇所處的盆底地貌起伏狀況、海底扇水道砂脊形狀等，對接受盆91、物源和盆內碳酸鹽沉積的分布有較大影響，並可能受海平面變化及沉積事件的共同作用(Miller和Heller，1994)。如美國肯塔基州密西西比系(下石炭統)矽質碎屑與碳酸鹽岩混合沉積岩相的複雜性與先期地貌對混合沉積作用的控制有關(Khetani和Read，2002)。

氣候對LST/SMT發生混合沉積作用有一定影響。特別是SMT的形成期氣候冷暖變化直接影響碳酸鹽的生產速率，也影響到碳酸鹽岩與陸源碎屑物質ft',J1：1-,例、混合沉積作用方式。全球周期性氣候變化不僅控制著一級和二級層序的海平面變化，從而影響碳酸鹽生產、陸源碎屑物質的供給以及它們的比例關係和混合沉積作用方式，對三級層序及體系域的混合沉積作用也有影響。如始新世末期的全球氣候變冷導致海平面下降，美國東南陸棚陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積作用和層序進積加強，並且與次一級因素如內陸棚的寬度、水體能量和邊界流密切相關(Coffey和Read，2004)。

海侵體系域的混合沉積作用

海侵體系域(TST)混合沉積作用的實例較少，其混合沉積作用可能相對較弱。來自美國德克薩斯州Cisco群混合沉積層序的實例顯示，其海侵體系域的準層序是由薄的向上加深的混合沉積組成，下部由河泛平原的薄層砂岩、鈣質頁岩一陸棚碳酸鹽岩、頁岩組成，上部為A、B、D型紋層狀砂質、骨粒顆粒灰岩、泥粒灰岩，以C、E型陸源砂質沉積為主(Yang和Kominz，2002)，總體顯示了間斷混合及相混合的特點。四川龍門I LI下泥盆統上部SS2層序組及中泥盆統SS2層序組的海侵體系域也顯示了明顯的混合沉積作用(李祥輝等，1999)。SS2層序組TST的特點是：厚度較大，多超過80m，由典型混合沉積陸棚相構成，岩性主要為鈣質、粉砂質頁岩、薄層泥晶灰岩，及含風暴組構的進積(鈣質)細粒石英砂岩、亮晶海百合莖碎屑灰岩和含豐富蟲管的黃綠色頁岩，以及產於泥質背景上的淺灘生物碎屑(海百合莖)灰岩。這些岩性組合表現出較為強烈的間斷混合，較弱的原地混合。SS3層序組的層序TST混合沉積特點與其SMT相似，差別僅表現相序結構上，一般為(鈣質)砂岩一(或含砂或含生物屑的)泥晶灰岩一頁岩，向上變細海水加深；凝縮層(CS)多由深灰、黑色瘤狀薄層介殼灰岩、泥灰岩、鈣質頁岩構成，顯示間斷混合。

海侵體系域的混合沉積作用可能主要受物源供應和氣候變化的控制。海平面持續上升常常會導致陸源物質供給迅速減少。但是，與暴露大陸相接的濱岸地帶和沿岸流發育地區間斷混合沉積作用加強，則可能是陸源物源供給增加的結果。如蘇伊士海灣上白堊統康尼亞克和三冬階的混積層序在海侵體系域的間斷混合沉積作用主要表現為與物源有關的障壁濱岸(渴湖相)的混合沉積作用(E卜Azabi和El—Araby，2007)。中、低緯度地區的溫熱氣候可能是海侵體系域相混合、間斷混合的必要條件．李祥輝等(1999)對四川龍門山下一中泥盆統的層序地層研究表明，海侵體系域較弱的間斷混合可能與其當時處於較低緯度溫熱氣候有關；德克薩斯州Cisco群海侵體系域的混合沉積作用表現為向上加深的間斷混合沉積組成也可能與氣候有關(Yang和Kominz，2002)。

高位體系域的混合沉積作用

高位體系域(HST)早期發生混合沉積作用的實例較少，但高位體系域晚期陸源碎屑與碳酸鹽的混合沉積現象實例較多，主要表現為砂灰質的間斷混合，及砂岩和灰岩互層的相混合，可見源區混合，偶見原地混合。

Garcia-Mondejar等(1993)研究的西班牙北部Lunada及Soba地區白堊系Albian期台地到盆地的混積層序中有兩個在高位期具有混積特點，且都在台地和盆地中均含混合沉積(圖3—39)。Bechstadt和Schweizer(】991)在研究阿爾卑斯東部尤尼階賴布爾群層序地層時發現，高位體系域主要受控於陸源碎屑沉積，並產生混合沉積。這些混積地層可構成完好的四級旋迴，其結構由下至上具以下特點：①局部生物擾動的黑色頁岩；②強烈生物擾動且分選良好的泥灰質砂岩，頂部具水平紋層和斜層理；③富含淺水高能環境下的生物碎屑顆粒灰岩(以鱺粒灰岩為主)及相對較低水動力條件下的泥岩、泥灰岩。這些層序基本上是具陸棚邊緣楔的Ⅱ型類型。由此可見，高位體系域的混合沉積類型大致可區分出兩類：一是受構造影響強烈，在台地和盆地中均有混合沉積的高位類型，此處暫稱之為構造型混積高位體系域；另一類是構造影響較弱，主要在台地上高位中後期才產生混合沉積的高位類型(一般其層序界面屬於Ⅱ型)，稱之為台地混積型高位體系域。具Ⅱ型層序界面及陸棚邊緣楔體系域的Ⅱ型層序在邊緣楔中也可能含混合沉積，但通常少見，可能與陸源物源區接近有關。

Bechstadt和Schweizer(1991)在研究阿爾卑斯東部上三疊統卡尼階Raibl群的層序地層時發現，多數HST具有混合沉積現象，混合沉積準層序由黑色頁岩一含水平層理及斜層理的泥灰質砂岩一高能灘相的生物屑顆粒灰岩和泥灰岩構成，為相混合作用和間斷混合而成。德克薩斯州Cisco群混合沉積層序的高位體系域顯示了向上變淺的混合沉積準層序特徵(Yang和Kominz，2002)，其下部岩性為碳酸鹽台地潮坪環境相關的各種泥粒灰岩、粒泥灰岩和顆粒灰岩，上部岩性則為陸棚含化石鈣質砂岩，存在較弱的相混合與原地混合。四川龍門山下泥盆統埃姆斯階各層序的高位體系域與其對應的陸棚邊緣體系域相似，以淺灘海百合莖碎屑灰岩或雲化砂質砂屑灰岩為主，為較弱的間斷混合；中泥盆統各層序的高位體系域除S8層序有較強的高位混合沉積作用外，其他主體為厚層、塊狀灰岩，混合沉積作用遠不如SMT或LST(李祥輝等，1999)。

高位體系域早期由於外陸棚被淹沒，以薄層韻律灰泥沉積為主，盆地處於飢餓狀態(Yose和Heiler，1989)，幾乎沒有混合沉積作用發生。高位體系域晚期海平面下降對混合沉積作用有明顯控制。因為海平面下降往往促進陸源物質供給，在合適的氣候背景下碳酸鹽工廠生產，並可形成生物碎屑濁積岩(Yose和Heller，1989)，形成相混合、源區混合。如蘇伊士海灣上白堊統康尼亞克和三冬階層序高位體系域高能潮間和潮下淺灘環境的陸源碎屑與碳酸鹽間斷混合程度不斷增加與海平面下降有關(E1-Azabi和EI—Araby，2007)。由於高位體系域建築於先期海侵體系域之上，因此，先期構築形狀、大陸邊緣沉積模式對高位體系域混合沉積作用有一定影響。如美國德克薩斯州Cisco群混合沉積層序高位體系域的準層序混合沉積主要與先期沉積地形、矽質碎屑供給型式、構造沉降等因素有關(Yang和Kominz，2002)。氣候和物源供給是混合沉積作用的控制因素。由於持續的溫濕氣候有利於碳酸鹽工廠的生產，而不利於混合沉積作用的發生；相反，氣候波動限制碳酸鹽生產和陸源物質的供給，從而形成間斷混合及相混合。