兰坪盆地古近系宝相寺组层序地层分析
2012-01-10冯志强郭建秋阮林森
冯志强,郭建秋,阮林森,
李诗强1,牟业龙3,刘文强3,密文天1
(1.成都理工大学地球科学学院,成都 610059;2.中国地质大学地球科学学院,武汉 430074;3.昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093)
0 引言
兰坪盆地地处滇西三江地区,属特提斯—喜马拉雅构造域东部,是冈瓦纳大陆和古欧亚大陆结合地带[1-2]。盆地东侧以维西—乔后断裂为界,与扬子板块西南缘的金沙江—哀牢山造山带相接。西侧以澜沧江断裂为界,与碧罗雪山—临沧江造山带相接(图1)。该盆地是一个多构造体系、多沉积类型、多旋回演化,多金属矿床富集的大型盆地[3-5]。目前,对于兰坪沉积盆地的构造演化划分的研究众多[6-10],但针对该盆地层层序级次划分、层序地层格架内砂体结构和演化研究还相对较少[11]。本文以该盆地中部古近系宝相寺组腊岔箐剖面为基础,力图阐述兰坪盆地中部古近系宝相寺组层序地层格架、沉积相演化,建立层序地层演化模式,揭示层序地层格架内砂体结构的发育规律。
1 区域地质概况
晚古生代至中生代初,除怒江外,滇西各陆块均联合为一体,构成三江联合地体,云南统一的大陆基本形成,兰坪盆地进入陆相盆地[12]。中三叠世晚期到早侏罗世末期,由于印支主幕碰撞后的拉伸事件,沉积作用受澜沧江深断裂及金沙江—哀牢山深断裂的控制,盆地显示出大陆裂谷的特点。中侏罗世—晚侏罗世,兰坪盆地开始进入坳陷盆地阶段[13],盆地内沉积地层的岩性、岩相变化不大,断裂、火山活动也不明显。从早白垩世开始进入前陆盆地演化阶段,早白垩世—晚白垩世,由于东西两侧的断裂活动由弱变强,兰坪盆地经历了短暂的抬升运动,盆地沉积的范围开始逐渐向东萎缩、变小,进而造成了部分地区晚白垩世地层的缺失。新生代以来,由于印度板块对欧亚大陆的持续俯冲挤压,导致区内NNW向断裂发生走滑拉张[10],沉积中心发生侧向迁移,物源区和与之对应的沉积物被错开,盆地与造山带不断转换,其周缘地区开始整体快速隆升,断裂活动和侵蚀作用进一步增强,形成了现今的地貌格局。
研究区域位于兰坪盆地的中部(图1),古近系发育云龙组、果郎组、宝相寺组及E3。其中宝相寺组形成于始新世,为一套厚度较大的粗碎屑沉积体系,碎屑物多数来源于附近各较老地层,冲刷面和斜层理普遍发育,岩性主要为褐黄色-黄白色粉砂岩、紫红色砂质泥岩、泥质粉砂岩,中-细长石石英砂岩、紫红色砂岩夹砂砾岩和砾岩,常含植物碎屑。砾石成分主要有硅质微晶灰岩、钙质砂岩、混合岩等。
图1 兰坪盆地构造略图及工区位置图[9]Fig.1 Tectonic sketch of Lanping Basin and location of the study area F1.怒江断裂;F2.澜沧江断裂;F3.金沙江—哀牢山断裂;F4.中甸—剑川断裂
2 层序地层学分析
以兰坪盆地中部古近系发育的宝相寺组露头剖面为基础,根据层序地层中发育的关键界面特点,运用层序地层学原理,将宝相寺组和果郎组归为1个二级层序,进而将宝相寺组划分为4个完整的三级层序(图2)。
2.1 层序界面的识别
(1)沉积地层的不整合及超覆三级层序的界面与盆地同一演化阶段中的次级构造活动强度周期性幕式变化有关,表现为盆地内的次级构造不整合面及相对应的整合界面[14-15]。其中SB1为Ⅰ型广泛隆升侵蚀不整合界面,研究区内表现为宝相寺组角度不整合于果郎组之上。SB2为Ⅱ型岩性、岩相界面,研究区内表现为岩性在垂向上的突变(图3a),该界面之下主要为黄色中-细粒长石石英砂岩,该界面之上主要为杂色砂砾岩,砾岩主要是钙质砾岩和复成分砾岩,分选性和磨圆度较差,多为次棱角状。SB4为Ⅱ型岩性、岩相界面,研究区内表现为底冲刷及岩性、岩相界面的垂向变化(图3b),界面上下地层的岩性和颜色均有明显的变化,形成了转化面,该界面之下地层呈灰白色,岩性主要为砂砾岩,但该界面之上地层则主要为紫红色,岩性主要为中-粗粒砂岩、粉砂岩。(2)河道冲刷面。由于沉积过程中强烈的冲刷、侵蚀作用所造成的冲刷界面,通常出现在河流沉积的底部由强烈的垂直侵蚀作用而形成[16-17]。冲刷作用可以发生在冲积扇或三角洲前缘,界面起伏不平,界面上下岩性均有明显的差异,一般为上粗下细。其中SB3界面表现为河流底冲刷作用的痕迹,该界面之上为钙质砾岩,但该界面之下主要为泥质粉砂岩、长石石英砂岩、复成分砾岩(图3c)。
(3)最大湖泛面。最大湖泛面代表了最大海侵时期形成的界面,它分隔下部的湖侵体系域和上部的高位体系域[14]。腊岔箐宝相寺组SQ1湖盆中部发育的泥岩是最大湖泛面,由深灰-灰红色泥岩,粉砂质泥岩组成,含黑色矿物质条带,由于长期处于浪基面以下,受波浪作用扰动较小甚至没有,沉积构造不明显,厚度可达5.6 m,为深湖相沉积,反映了水体相对较深与比较稳定的缺氧还原环境的特点(图3d)。
2.2 层序地层特征
2.2.1 层序1(SQ1)
该层序为由最大湖泛面(MFS)、湖侵体系域(TST)和高位体系域(HST)构成的一个完整层序。高位体系域(HST)主要由河流或滨湖冲积来的砾岩、中-细砂岩沉积组成,砂体厚度较大,占整个层序高位体系砂体的27%;湖侵体系域(TST)主要为深湖或半深湖的含黑色矿物条带的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩构成;SQ1总体上反映了水动力较弱的深水环境,由于浅湖或半深湖处于浪基面以下,受波浪作用不明显甚至没有,沉积构造不明显,少见水平层理发育。
2.2.2 层序2(SQ2)
图2 云南腊岔箐宝相寺组剖面沉积层序Fig.2 Sedmentary sequence at Baoxiangsi section Fomation section in Lachaqing Yunnan Province
SQ2主要由钙质、复成分砾岩与中-细长石石英砂岩互层的结构模式叠置沉积组成,但砾岩与砂岩的比例各不相同,在SQ2上部,随着湖平面上升到最高点或开始缓慢下降时,砾岩占成分比例大,随着水动力逐渐减弱,长石石英砂岩比例开始增加;在高位体系域(HST)的初期,湖平面上升变缓慢,湖侵结束,主要以加积作用为主,沉积物供给较低,构成了由上向下粒度逐渐变小的序列,发育席状砂体和湖泊三角洲;末期,相对湖平面上升接近于零,最终达到相对静止,地层以进积作用为主,砂质沉积混入比例提高,泥质含量也开始增加,形成曲流型分流河道,砂岩中发育交错层理,水平层理。在湖侵体系域(TST)期间,湖平面逐渐向大陆方向推移,可容空间增加的速率超过沉积物供给速率,沉积以薄层和中-细粒为主;低位体系域(LST)时,相对湖平面下降开始,河流侵蚀作用开始加强,可容空间/沉积物供给<1,沉积物供给较高,砂岩的比例增大,为细粒长石石英砂岩沉积,砾岩主要是杂砾岩,分选性和磨圆度中等,主要发育河流沉积体系。
2.2.3 层序3(SQ3)
该层序由低位体系域(LST)、湖侵体系域(TST)和高位体系域(HST)构成的一个完整层序,下部为细粒长石石英砂岩、泥质粉砂岩,上部主要为钙质砾岩和复成分砾岩。低位体系域(LST)时期,湖平面开始下降,并逐渐向湖盆方向迁移,波浪能量也开始逐渐减小,远岸的中-粗粒砂岩在被搬运到不远处发生沉积。河流下切侵蚀河道的规模逐渐变大,主要发育冲积扇沉积体系,由中-粗粒长石石英砂岩、复成分砾岩组成,砾石的分选性和磨圆度较差,湖水对沉积物的改造和冲刷较为明显;湖侵体系域(TST)时期,随着相对湖平面上升速度加快,可溶空间逐渐增大,河道弯曲度增大,砂体主要变现为灰黄色、黄红色粉细砂岩为主,砂体厚度0~15 m,砂体的分选性和磨圆度随着湖平面的上升均变好。高位体系域(HST)为相对较粗的河流沉积体系组成,砂体类型主要以席状水下分流河道和曲流型分流河道沉积为主,反映了沉积物供给较少。
图3 云南腊岔箐宝相寺组沉积特征Fig.3 Sedimentary features of the Baoxiangsi Formation,Lachaqing,Yunnan province
2.2.4 层序4(SQ4)
SQ4湖侵体系域下部主要为钙质砾岩和中粒长石石英砂岩,随着相对湖平面上升,能量减小,向上主要变为复成分砾岩和细粒长石石英砂岩,总体构成了向上变细的沉积序列。高位体系域主要由复成分砾岩组成,砾石分选性和磨圆度较差,冲刷和改造作用明显,厚度为28 m,占整个高位体系域砂体的25%。SQ4低位体系域整体厚度在25 m左右,主要岩性为中砂岩、少量薄层粗砂岩。
3 层序地层演化的模式
(1)低位体系域早期,相对湖平面开始下降,可容空间/沉积物供给A/S<1,陆上强烈河流下切的发育导致大量碎屑物质被搬运到湖盆区,受波浪作用影响较小,构造层理发育不明显,沉积砂岩叠置规模相对较小。低位体系域晚期,海平面开始缓慢的下降或上升,可容空间减小的速率较前期变慢或略有增加,下切侵蚀作用也开始减弱,分流河道主要以辫状性质为主,河流下切河道向盆地方向推进,规模不断增大。低位体系域主要为向上变深变细的冲积扇和河流沉积体系。(图4a)。
(2)湖侵体系域,相对湖平面快速上升期,此时A/S>1,可容空间逐渐增大,湖岸线迅速向陆地迁移,水体变深,呈现退积序列,湖泊三角洲平原向三角洲前缘演化,岩性总体较细。由于湖平面的上升速率较低,水流仍以下切侵蚀河道为主,构成了曲流河沉积。随着湖平面的上升,砂体的分选性和磨圆度均变好。湖侵体系域主要由湖泊三角洲和发育含黑色矿物条带的滨浅湖沉积体系构成(图4b)。
图4 兰坪盆地始新世层序地层学演化模式Fig.4 Evolutionary pattem of sequence stratigraphy of early period of Tertiary in Lanping basin
(3)高位体系域时期为湖平面上升的末期和下降的初期,在相对湖平面缓慢上升的末期,此时A/S>1逐渐变为<1。由于湖平面向陆迁移达到最远位置,三角洲体系相对萎缩,以加积序列为主,伴有湖泊沉积,发育席状砂体和河口坝。晚期以进积序列为主,相对湖平面上升更加缓慢或达到下降初期,可容空间较早期变小,河道弯曲度增大,分选性增强。高位体系域为半深湖、滨浅湖或湖泊三角洲等一系列的向上变浅变粗的沉积(图4c)。
4 结论
(1)通过对兰坪盆地中部古近系宝相寺组露头层序地层学的研究,识别出了SB1,SB2,SB3,SB4共4个层序界面,SB1为Ⅰ型层序界面,其他3个为Ⅱ型层序界面,划分出4个三级层序以及相应的高位体系域,湖侵体系域,低位体系域;并在SQ1中部识别出了一个最大湖泛面。
(2)建立兰坪盆地始新世宝相寺组层序地层演化模式来反映沉积特征在纵向上的变化,沉积相发生了冲积扇-河流-三角洲-滨浅湖-半深湖的演化,湖盆层序的砂体结构主要受控于湖平面的变化。低位体系域早期河流侵蚀强烈,多以中粒为主,晚期发育复合状砂体;湖侵体系域砂体多为细粒砂泥岩,呈孤立状形态;高位体系域砂体以席状砂体为主,主要由滨浅湖、半深湖和湖泊三角洲沉积体系构成。
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