由淡水到海相碳酸盐岩层序的沉积演化

马 莉 李 涛 王 蕾

（1．西南石油大学，成都 610500；2.西南油气田广汉采气院监督中心，广汉 618300）

由淡水到海相碳酸盐岩层序的沉积演化

马 莉1李 涛2王 蕾1

（1．西南石油大学，成都 610500；2.西南油气田广汉采气院监督中心，广汉 618300）

大开曼岛最大的泻湖——北海峡含有多达4m厚的沉积物中，记录了全新世海平面上升的最新状况。这个泻湖的海进层序提供了由于最近全新世海平面上升导致的从淡水-半咸海领域到海相领域的演化的瞬变沉积环境。同时也提供了由于全新世海进演化而来的从淡水领域进入海相领域的瞬变沉积环境和影响构造、海平面流动曲线的因素。关键词：泻湖；沉积物；海相；演化；流动曲线

全新世海平面变化曲线虽有差异，但在5 000a里海平面的上升对全球的生物礁和沿海沉积物的发展有着深远影响。特别是生物礁和浅海碳酸盐岩相的演化与海水深度有着非常紧密的联系。但是关于全新世海进影响碳酸盐岩在浅滩泻湖沉积方法的研究很少。本文重点介绍了大开曼岛最大的泻湖——北海峡，因为它含有多达4m厚的沉积物中，记录了全新世海平面上升的最新状况。这个泻湖的海进层序提供了由于最近全新世海平面上升导致的从淡水-半咸海领域到海相领域的演化的瞬变沉积环境。同时也提供了由于全新世海进演化而来的从淡水领域进入海相领域的瞬变沉积环境和影响构造、海平面流动曲线的因素。

1 北海峡

北海峡是一个南北长约9m，东西宽10余米的圆形泻湖。沿着南海岸线和西海岸线，除去一小部分的居民区和商业区外，北海峡被红树林树藻和密实的植被所包围。北边由一个暗礁隔开加勒比海，从而形成泻湖。位于北海峡东北角的小海峡是一个小型的受限泻湖。北海峡的水位在海岸线附近通常小于2m，而在泻湖中间能达到6m，礁脊的渠道长达4m深。北海峡的平均温度为28℃，由于北部的海水循环所致，在礁脊背后是正常的海水盐度。在泻湖内部，由于缺少海水循环，海水矿化度达42%。

1.1 水循环

控制水循环的主要因素有潮汐波动、风向和风速，主要是东风-东北风。然而，在冬季来自西北的剧烈暴风对北海峡有着直接影响，风速在礁脊达到最大。近岸水水流向西沿着大开曼半岛北海岸流入北海峡，且穿流过东部的暗礁。在暗礁西部边缘经过短暂停留离开泻湖后，水流开始从礁脊后面向西流。泻湖中心的水循环受流速为20cm/s的涡流控制。逆时针涡流控制泻湖中心水流，而顺时针涡流则控制泻湖南部水循环。小海峡的水流通常小于10cm/s。

1.2 基岩

北海峡的沉积物为更新世Ironshore地层的石灰岩或上新世佩德罗城堡地层和中新世大开曼地层的白云岩。北海峡的沉积厚度由基岩的地形和本身的能量层次决定。沉积厚度从海岸线的1m增加到泻湖中心的3m，而在小海峡发现最大厚度为4m。在礁脊后面，沉积厚度通常小于0.5m，很多地方有坚硬的基底暴露在外面。

2 沉积相

北海峡相分为复合颗粒相、腹足类相、双壳类相、红树泥炭、仙掌藻相、仙掌藻-底栖生物相、有孔虫-双壳类相和双壳类-仙掌藻相。

（1）复合颗粒相

复合颗粒相处在底岩上，复合颗粒几乎全部由分选好的、细粒的、本色是白色的沉积物组成，组成文石双壳软体动物，腹足类和保存于泥晶基质中的海底有孔虫碎屑。大约有5%的颗粒因完全泥晶化了而不能被识别。泻湖中间上覆的是红树泥炭，而沿着泻湖南部边缘（岩心B6，B14，EB41）上覆岩层是仙掌藻相，这个相的大部分沉积物可能沉积在浅水低能水体里。

（2）腹足类相

在某些岩心里,腹足类相处于基岩,上覆双壳类相岩层。然而在另外一些岩心里,有一个厚7m的红树泥炭包住岩层。横向伸展小于邻近的岩心位置(1.5km)。河边螺属的forsythi是淡水或轻微的半咸水腹足类，很可能生活在稠密的红树林，通常是在水深1m的低能环境中。

（3）双壳类相

双壳类相位于某些岩心的基岩上，在某些岩心的腹足相上面。上覆沉积相为红树林相和仙掌藻相，此相沉积在1m左右的浅水沼泽环境中，有以下几个标志：一般生活在半咸水到咸水的地方，附属于岩石或分流；灵敏的薄壳的双壳软体动物类似于依附于红树根的支撑物；此相通常上覆红树林泥炭相。

（4）红树泥炭相

这个深褐色到黑色的富含有机质的沉积物中包括分散的1.5cm长的木碎屑，很可能是从红树相推导而来。生物扰动把这些沉积物与上覆的仙掌藻相混合在一起。底部的泥炭被搁在基岩上面，是由不定的双壳软体动物推导而来的，通常包括许多小的壳碎屑。此相通常位于基岩上。双壳类动物发现于红树林相的上部，喜欢干净的砂质基底的水体深度小于9m的开阔海。红树泥炭相是淡水-半咸水领域到开阔海相领域转变的标志。

（5）仙掌藻相

由亮到暗，中等分选的仙掌藻相有高脱节的含量，整体的、破碎的仙掌藻相平面，分散着长达4cm长的双壳类动物。其他异化颗粒包括海底有孔虫亚纲、双壳类、腹足类、珊瑚骨架和复合颗粒。脱节的、完整的分散双壳类壳的仙掌藻相平面建在该相倾斜的底部，向脱节的方向倾斜，破碎的仙掌藻相建在顶部。在泻湖中心，仙掌藻相伏在红树泥炭相上面，此相暴露在大部分泻湖的沉积物-水的分界面上。此相与覆盖在北海峡广大区域的稠密的海龟草草甸之下的目前聚积的沉积物是同族的。然而，没有直接的证据证明海龟草是在仙掌藻相的底下。在海龟草草甸之下的沉积物聚积在水体深度小于6m的环境里，属于低中能的环境。仙掌藻相平面是由生长在海龟草中间的仙掌藻推导而来的。骨架组件的高度泥晶化表明沉积物在埋藏之间经历过长时间的暴露。

（6）仙掌藻-底栖有孔虫-双壳类相

此相包含许多环接的和脱节的双壳类和腹足类。以双壳类外栖动物为主，但双壳类海底动物也普遍存在。仙掌藻相是在泻湖中心被仙掌藻相包住的透镜体，沉积环境可能与仙掌藻相相下面沉积形成的类似，但是海龟藻没有那么稠密。可能积聚在低能环境、小于6m深的水体里。高度的双壳类关节表明它们可防止物理磨损作用被破坏。

（7）双壳类-仙掌藻相

本色双壳类-仙掌藻是以分选中等，粗颗粒的异化颗粒，匀孔虫属和许多双壳类壳碎屑的存在为标志。异化颗粒骨架由双壳类和仙掌藻相面推导而来，伴随着极少的红藻，海底有孔虫类和海胆类。双壳类和仙掌藻相面都适当地形成高骨架结构，而红藻和海底有孔虫类很少形成骨架。不到2%的颗粒可确认为珊瑚骨架。大多数异化可部分泥晶化，因为存在着泥晶化，大约有45%的颗粒不能被识别。这些颗粒可能是由珊瑚礁演化而来的。该相伏在基岩上面，向南与仙掌藻相形成指状交错，向礁脊方向厚度有所降低，形成于礁脊向陆地方向小于4m深的水体里，暴风活动可能是引起大量沉积物非周期性变化的原因。红藻丰度表明大多数颗粒可能是由生物礁演化而来。

3 淡水到海相的转变

在北海峡底部的一些岩心中发现的双壳类和腹足类指示出淡水到半咸水的沉积区域，而从沉积物高部的双壳类指示海相区域。从某些岩心中的壳和沉积物获得δ13C和δ18O是为了检测在北海峡的演化期间沉积领域变化的重要性。

在δ13C值里重要的转换与双壳类相到红树泥炭相的转变是一致的。从仙掌藻相获得的双壳类壳获取的正的δ13C值使海相成因具体化。有证据证明红树泥炭相的底部在沉积物下面大约1.6m处，表示波至海进。从双壳类壳和沉积物推导而来的δ18O的值显示出与深度无关。相关性的缺乏和低的变化率表明谈水中和海水中18O/16O的比值很可能是相似的，因为它们的位置比较近。从双壳类壳中和沉积物中推导而来的δ18O值不同，这可能与分馏因素有关。

4 影响构造和海平面流动曲线的因素

4.1 沉积物的年代

最老的14C是来自岩心B10的底部的泥炭层，年代为5 060±80BP。双壳类中最老的 C的年代是4 160±40BP，是来自岩心B10中的位于基岩上0.6m的双壳类相。另一个Mytilopsis domingensis的样本位于岩心B15和静止的基岩上的声波测井7m处，出产年代是3 770±40BP。位于双壳类相上的泥炭层出产的14C的年代是4 140±80BP。这些年代指示着淡水-半咸海的泥炭层和双壳类开始于北海峡5 000BP，至少维持了1 000a。

4.2 沉积速率

纯的沉积物积累速率是由老的双壳软体动物和沉积表面之间的未压实的沉积厚度预测而来的，每1 000a 为27～168cm。 在岩心B7，B15，B16，B17和EB23中，老的壳和沉积表面之间几乎全部是仙掌藻相。这些岩心中，沉积速率每1 000a分别为78，112，27，70和168cm。在岩心B10和B15中，老的双壳软体动物和沉积表面之间未压实的相态顺序为双壳类，红树林泥炭和仙掌藻相。这些岩心预测的沉积速率每1 000a分别为60和81cm，然而不是标准相态的速率。

5 结 论

（1）北海峡地下的沉积物属于淡水-半咸水相（复合颗粒相，腹足类相，双壳类相）和海相（仙掌藻相，仙掌藻相-底栖，有孔虫-双壳类，双壳类-仙掌藻相）的结合。红树泥炭相是这两个相态的过度。沉积区域持续了至少1 000a。

（2）基于北海峡的老的双壳软体动物和底部泥炭的海平面曲线与巴贝多的Acropora palmata生物礁相对比，这条曲线在由大开曼岛西部、巴哈马、佛罗里达、百慕达群岛的泥炭样品推导而来的曲线下面3m处。这种偏差是由于有机质演化的不同造成的。

（3）壳和沉积物中δ13C的重要变化标志着从淡水-半咸水到海相沉积区域的变化。然而，从相同的样品中获得的δ18O的值几乎没有不同。δ13C的变化与波至泻湖的海相条件一致。

[1]Abbott R T.The Marine Mollusks of Grand Cayman Island,British West Indies[J].Academy of Natural Sciences of Philadelphia,Monograph ，1958，11：138.

[2]Alexandersson E T.Micritization of Carbonate Particles:Processes of Pprecipitation and Dissolution in Modern Shallow-marine Sediments[J].Bulletin of the Geological Institutions,University of Uppsala,New Series,1972,7:201-236.

Abstract：Focuses on Grand Cayman,the largest lagoon-North Channel，because it contains up to 4m thick sediments,Holocene sea-level rise recorded in the latest status.The sea into the lagoon provides a sequence of Holocene sea-level rise due to the recent result from the fresh-brackish water to the evolution of the transient marine sedimentary environment.Also it provides the Holocene transgression since evolved into the marine from the freshwater areas of the field of sedimentary environment and the impact factors of structures and sea level flow curve.

Key words：lagoon；sediment；marine facies；evolution；flow curve

Sedimentary Evolution of Freshwater to Marine Carbonate Rock Sequence

MA Li1LI Tao2WANG Lei1
(1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.Supervision Center of Guanghan Gas Institute，Southwest Oil-gas Field，Guanghan 618300)

TE122

A

1673-1980（2011）03-0037-03

2010-10-18

马莉（1981-），女，四川隆昌人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为矿产普查与勘探。