桌子山地区中奥陶统乌拉力克组砾屑灰岩沉积特征及深水沉积模式研究

2014-09-10赵俊何幼斌肖彬王宁苑伯超罗进雄

长江大学学报(自科版) 2014年10期

赵俊，何幼斌，肖彬，王宁，苑伯超，罗进雄

(长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

砾屑灰岩作为碳酸盐岩的一种重要类型，受到了石油地质工作者的关注。前人曾在不同地区对砾屑灰岩的特征、分类、成因机制、与大地构造的关系等方面进行了大量研究[1-6]。在中奥陶世乌拉力克期，鄂尔多斯盆地桌子山地区的大套黑色笔石页岩中夹有少量砾屑灰岩，其分布广泛。下面，笔者对桌子山地区中奥陶统乌拉力克组砾屑灰岩沉积特征及沉积模式进行了研究，以便为该地区的勘探开发提供参考依据。

1 区域地质背景

桌子山地区位于鄂尔多斯盆地西缘北部，地处贺兰坳拉谷。早元古代时期，鄂尔多斯西缘发育贺兰坳拉槽，与秦祁裂谷相连组成了秦祁贺三叉裂谷系，随后祁连和秦岭2支裂谷进一步发育形成大洋裂谷，而贺兰裂谷为三叉裂谷系的一个衰亡支[7,8]，总体上呈楔形并向北插入阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间[9,10]。早古生代初期，秦祁贺三叉裂谷重新活动并沿着早期三叉裂谷的断裂发育。秦祁洋继续开裂扩张，贺兰裂谷则不断裂陷。中奥陶则为贺兰坳拉谷沉降最盛时期，也是裂谷扩展最宽、裂陷幅度最大的阶段[10]。贺兰坳拉槽的构造强度具有明显的南强北弱的特征[9]，即中奥陶世的沉积充填自南向北总厚度逐渐减薄，块体重力搬运作用的强度逐步减弱[11]。中奥陶世后，加里东运动使海槽逐渐消失，隆升为陆，海水由西南退出，鄂尔多斯地区结束了古海盆演化历史[12]。

2 砾屑灰岩沉积特征

在桌子山地区，砾屑灰岩在垂向上主要分布于乌拉力克组，发育程度因地而异，其中乌拉力克组底部普遍发育砾屑灰岩。砾屑灰岩成块状夹于黑色笔石页岩之中，横向延伸并不远，在短距离内发生尖灭，呈透镜体。新鲜面呈灰色，表面被风化后颜色发黄。乌拉力克组顶底均与黑色笔石页岩为突变接触，不存在岩性的连续过渡。砾屑灰岩内部一般不具层理和颗粒的定向构造。砾屑大小混杂，分选差，并且颗粒大小相差悬殊，最大的砾屑(出露不全)超过260cm×50cm，小砾屑可以小至0.2cm，并且与基质一起充填于大砾屑之间。砾屑含量高，多在60%～80%之间，为颗粒支撑。砾屑主要为浑圆状砾屑和板片状砾屑，浑圆状砾屑磨圆好，而板片状砾屑磨圆差，棱角明显。砾屑灰岩成分复杂，差异明显。根据砾屑灰岩的发育规模、颗粒大小、磨圆、砾屑主要成分等方面的差异，将砾屑灰岩分为小型砾屑灰岩、小型角砾化砾屑灰岩和大型角砾化砾屑灰岩3种类型。

2.1 小型砾屑灰岩

该类型砾屑灰岩发育于石峡谷地区乌拉力克组底部，规模小，厚度小，底面较为平整甚至平坦。砾屑多呈浑圆状，其成分与桌子山组的灰色块状灰岩类似。少数砾屑呈板片状，其成分与下伏克里摩里组的灰色薄层泥晶灰岩类似。由于浑圆状砾屑含量高，因此总体磨圆较好。基质以灰泥基质为主，部分基质被白云化，另外还充填少量充填砂屑和生物屑。浑圆状砾屑较小，粒径大多数在0.5cm～2cm，板片状砾屑多为中砾级。砾屑灰岩中砾屑含量较高，达到了60%～70%，砾屑之间排列紧密，多为点接触，局部为线接触甚至缝合线接触。这种类型砾屑灰岩的沉积特征反映其为低能碎屑流成因。

2.2 小型角砾化砾屑灰岩

该类型砾屑灰岩发育于老石旦东山地区乌拉力克组中上部，规模小，厚度不大，呈透镜体，但是底界面仍可见到一个明显的侵蚀面，其中的砾屑以板片状砾屑为主，角砾化明显，含少量浑圆状砾屑。板片状砾屑成分与下伏克里摩里组灰岩类似，浑圆状砾屑与下伏桌子山组灰岩类似。砾屑多在粗砾级以上。该类型砾屑灰岩的沉积特征也反映碎屑流的能量不高，但是比小型砾屑灰岩所反映的碎屑流能量要高。

2.3 大型角砾化砾屑灰岩

该类型砾屑灰岩仅发育于老石旦东山地区的乌拉力克组底部，规模壮观，厚度大，底部有截切面。砾屑成分于下伏克里摩里组的灰色纹层状泥晶灰岩相似，呈板片状，内部可见细纹层；少数为深灰色棘皮灰岩，呈浑圆状。由于板片状砾屑占据主导地位，因此总体磨圆较差。基质成分主要为灰泥。砾屑一般在粗砾级以上，极少数甚至达到了巨砾级，最大的砾屑(出露不全)超过260cm×50cm。砾屑灰岩中砾屑含量高，在70%～80%之间。板片状砾屑紧密相连，大部分顺层分布，少数砾屑由于互相挤压导致其倾斜，极少数甚至直立。该类型砾屑灰岩的形成与高能碎屑流有关。

3 深水沉积模式

图1 桌子山地区中奥陶统乌拉力克组深水沉积模式图

高振中等[10]根据斜坡坡度将碳酸盐深水重力流沉积体系分为陡坡型、沟槽型和缓坡型3种模式，其中沟槽型模式在碳酸盐环境中最为典型，与中等坡度的碳酸盐斜坡有关，其平均坡度一般为2～ 4°。由于桌子山地区同生断裂构造强度并不大，因而其所形成的斜坡坡度与沟槽型模式下的斜坡坡度相当。此外，桌子山地区重力流的分布型式、发育情况及沉积特征与沟槽型模式类似。下面，根据重力流沉积特征、大地构造特征和斜坡地形等，建立桌子山地区的深水沉积模式(见图1)。

3.1 碳酸盐台地

碳酸盐台地为浅水环境，其边缘主要发育生屑滩。这些生屑滩受同生拉张断裂活动的影响后会解体，并被滑移、滑坡和碎屑流搬运至深水斜坡带。因此，碳酸盐台地可以为砾屑灰岩的形成提供物质来源。

3.2 碳酸盐斜坡

碳酸盐斜坡为浅水碳酸盐台地至深水盆地之间的过渡带，包含上斜坡和下斜坡:①上斜坡。上斜坡紧邻台地，相当于台地前缘斜坡，水体浅，坡度陡；下斜坡为深水斜坡，坡度逐渐变缓，为重力流沉积物的主要沉积产所。吴胜和等[9]曾在这个地区发现了颗粒流沉积的棘皮灰岩，而颗粒流沉积的斜坡坡度最少需要 18°[13]，因此产生颗粒流沉积的上斜坡坡度较大。陡峭的上斜坡往往发育互相平行且与斜坡走向大致垂直的冲沟，是重力流沉积物的主要搬运通道，但是沉积物在其中往往发生沉积物过路，一般不发生沉积。②下斜坡。下斜坡地形逐渐变得平缓，同时发育许多垂直斜坡走向的小水道，不仅是重力流沉积的搬运通道，也是重力流沉积物的主要沉积场所。下斜坡主要发育于老石旦东山乌拉力克组下部，沉积类型以大型角砾化砾屑灰岩为主。除了老石旦东山以外，桌子山地区其他地区乌拉力克组底部普遍发育碎屑流成因的砾屑灰岩[14]。在老石旦东山乌拉力克组底部，大型砾屑灰岩向上颗粒逐渐变小，顶部可见正粒序，可能逐渐过渡为浊流沉积。下斜坡也是颗粒流沉积的沉积场所。此外，在斜坡脚处还发育等深流沉积。

3.3 盆地边缘

盆地边缘主要发育于老石旦东山乌拉力克组中上部，并以浊流沉积和深水原地沉积互层出现为特征。碎屑流沉积以小型角砾化砾屑灰岩为主，其与大型角砾化砾屑灰岩相比，无论在规模，厚度和砾屑大小等方面均有明显差距，碎屑流能量明显逊于前者。这种差距除了与水体变深，离物源更远以及相比下斜坡更为平坦的地形有关以外，还可能与当时诱发碎屑流沉积的构造强度不大有关。

3.4 深水盆地

由于深水盆地远离物源区，因而沉积物以黑色笔石页岩为主，重力流沉积不甚发育，主要分布于石峡谷乌拉力克组。在乌拉力克组底部，碎屑流形成的砾屑灰岩为小型砾屑灰岩，颗粒小，呈小型透镜体，其中的颗粒磨圆较好，底界面平坦，反映碎屑流的能量低。这与水体深度以及深水盆地地形平坦有关，碎屑流达到石峡谷时能量已大幅度减弱。浊积岩也仅见到呈透镜状的细粒浊积岩，见于乌拉力克组中上部。在石峡谷地区，碎屑流沉积和浊流沉积在垂向上分布于乌拉力克组的不同部位，二者均呈小型透镜体且相互独立，这说明二者并没有直接联系且发育于不同时期。