混积岩的几点思考

郑亚斌 杜秀娟 边学会

混积岩的几点思考

郑亚斌 杜秀娟 边学会

探讨了混积岩形成的根本原因和基本规律。认为单一岩性的沉积岩是稳定沉积环境的产物，而侠义混积岩是过渡环境的产物，混积层序则是跳跃式反复变迁的沉积环境的产物。随着沉积环境的演变，沉积物（沉积岩）也发生系列性演化，如碎屑岩、碳酸盐岩、化学岩，以及它们的混积岩或混积层序。沉积环境的不同演化速度和不同演化方式是造成不同类型混积岩的根本原因。

刘宝珺等（2002）在论述当代沉积学研究的新进展与发展趋势时曾把碳酸盐和陆源碎屑混合沉积体系放在首位，可见混合沉积已经成为现代沉积学研究的重要内容之一。在沉积学研究中传统的理论认为碳酸盐岩与碎屑岩的沉积条件具有截然的界限，二者此消彼长关系。通常碳酸盐岩的沉积条件是温暖而清澈的水体，不受陆源碎屑物质的干扰，是生物和生物化学作用的产物。但随着研究的深入人们逐渐认识到除了单纯的碎屑岩和碳酸盐岩而外，还有二者的混合沉积。大量的研究发现混合沉积的分布范围非常广泛，即从古代到现代、从陆地到海洋、从浅水到深水都已发现混合沉积。

混合沉积、混积岩的基本涵义

混合沉积起初是在描述陆源碎屑岩与碳酸盐岩混合沉积现象的时候提出的。1984年Mount据此提出混合沉积（mixed sediments）这一名称。经过大量的观察和研究，混合沉积的概念越来越丰富。张锦泉（1989）、董桂玉（2007）、沙庆安（2001）等曾做过深入探讨，并对混合沉积方式和变化特征进行了分析，指出存在两类不同的混合沉积，一类是陆源碎屑岩与碳酸盐岩在同一时空混杂沉积的混合沉积现象，另一类是陆源碎屑岩与碳酸盐岩的互层式混合沉积，即空间上在同一区域，时间上相互交替，反复变换的沉积现象。

搞清了混合沉积的概念，混积岩自然就很容易理解了。混积岩即是混合沉积的产物。杨朝青（1990）、郭福生（1990、1993、2003）、张雄华（2000）对混积岩进行了界定、分类、命名方面的研究。如杨朝青提出了陆源碎屑、碳酸盐、粘土的三端元混积岩分类图，根据混积岩的成分比来进一步分类命名；张雄华的4类混积岩分类方案与杨朝青的分类理念一致，也是按照成分比进行分类；郭福生提出了混积层系的概念。总而言之，与混合沉积相对应，混积岩也可以分为两大类，即狭义的混积岩和混积层系。狭义的混积岩是多种沉积物混杂沉积的产物；而混积层系则是不同岩性的岩石规律性频繁交替形成的沉积岩，是一种宏观上混合，微观上不混杂的特殊现象。侠义的混积岩与混积层系共同构成广义的混积岩体系。

混合沉积的成因机制探讨

下面从成因机理和普遍规律上讨论混积岩、混积作用的形成及其产物的特点，阐述有关混合沉积的基本概念。任何沉积岩都是在特定沉积环境中形成的，“混积”概念的提出是相对于单一岩性“纯”的岩石的，比如“纯”的碎屑岩和 “纯”的碳酸盐岩，要形成这些单一岩性“纯”的岩石就相应的要求具有稳定的且仅适合某种岩石（沉积物）的沉积环境，事实上这种苛刻的要求在某个特定的时间段基本可以达到。但是在绝大多数时候都不具备这种稳定不变的且仅适合某种特定的岩石沉积的环境，而是要么沉积环境不稳定，有的时候适合这种岩石沉积，有的时候又快速跳跃到适合另种岩石沉积的环境；要么沉积环境本身就介于两种甚至多种典型的单一岩性岩石沉积环境之间，是一种“混合”的、过渡的沉积环境。所以某种“纯”的岩石沉积环境只是地球上沉积环境的一种特例，这种特例在地质历史时期上所占的比重或许并不长，但是这些时期留下的沉积物却可能很多，这可能主要是因为在这样的相对稳定的沉积环境下沉积物更容易保留下来吧。

严格来讲除非实验室条件，在自然界中几乎不存在仅适合某种特定岩石的沉积环境，只不过不同岩石在这种环境下的沉积速率差异较大，表现出的现象为某种单一岩性的、“纯”的岩石。譬如厨师炒菜，一锅菜里放了一把盐，炒之前知道既有菜又有盐，炒出来以后人们能看到的是菜，盐被溶化、淹没到菜中了，就是“混合物”看上去像是只有一种单一事物了，但是吃的时候还是能感觉到盐的味道，这就像岩石分析的时候会发现里面总是有或多或少的杂质是一样的道理。所以是否为混积岩也是相对的。同时由于厨师不同炒出来的菜也各异，有的厨师喜欢清清爽爽，要炒什么就单炒什么，一盘是一盘，而有的厨师喜欢合起来炒杂烩菜，不管什么菜都一锅烩，还有的厨师喜欢做拼盘，虽然一个盘子里有几种菜，但互相并不掺杂。这里不同的厨师恰似不同的沉积环境，不同的菜就好比单一岩性的沉积岩、混积岩和混积层系。

稳定沉积与混合沉积的关系

如果把所有沉积环境看成一个连续演化的序列，那么它就是由一些仅适合某种岩石沉积的、稳定的沉积环境和介于这些稳定沉积环境之间的、适合混合沉积的过渡环境组成（图1）。

混积作用顾名思义是指混合沉积作用，狭义的混积作用就是在同时适合两种或多种类型沉积物沉积的环境中发生的沉积作用。如果把单一岩性的、“纯”岩石的沉积环境看作是一些特定的点，混积作用环境就是这些点之间的过渡状态。

图1　混积岩与“纯”岩石的关系模式图

图2　狭义混积岩形成的沉积环境演化模式图

图3　混积层序形成的沉积环境演化模式图

实际上，混积岩或混合沉积作用并不否认传统沉积理论中关于碳酸盐岩沉积条件的要求，毕竟在最适合单一岩性、“纯”碳酸盐岩沉积的稳定的沉积环境下碳酸盐岩的产率是最高的。而在陆源碎屑物质供应较多的环境中碳酸盐岩的产率会大大降低。

形成一种单一岩性的、“纯”的沉积岩需要特定的沉积环境，不同的“纯”沉积岩要求的沉积环境的区别十分清楚，而混积岩、混积层序则要求沉积环境是处于过渡环境或者沉积环境在两种稳定环境之间快速变动或跳跃。总之，混积岩的沉积条件最突出的特点是变化。但是在沉积岩演化序列不同位置上稳定停留的时间不同形成不同类型的混积结构：狭义混积岩、混积层序以及单一岩性的、“纯”的沉积岩。

狭义混积岩的沉积环境演化模式

沉积环境演化大多数时间并不是匀速的演进，这种速度变化的方式不同决定了形成的沉积岩类型的差别。狭义混积岩—即多种沉积物同时沉积形成的岩石，其沉积环境演化特征为从时间上在过渡（混积）环境持续时间较长而在适合单一岩性“纯”岩石沉积的稳定沉积环境持续时间很短，这种演化速度变化方式有利于形成的狭义混积岩（图2）。事实上至少应该有两大类这种混积岩，即碎屑岩与碳酸盐岩的混积岩和碳酸盐岩与化学岩的混积岩。

混积层系的沉积环境演化模式

与狭义混积岩的沉积演化模式相反，如果沉积环境的演化过程中在适合单一岩性的、“纯”的沉积岩要求的稳定沉积环境持续的时间较长，在过渡环境持续时间很短，则主要沉积的是单一岩性的岩石，混积岩很少甚至可以忽略。另一种情况是在两种或多种稳定环境间跳跃，同样是过渡环境很短，且跳跃式演化又周期很短，就会出现几种岩性有规律地重复的韵律性沉积，这种情况就称为混积层系（图3）。

关于混合沉积现象的讨论

混合沉积与非混合沉积现象类似于光（电磁波）的“波粒二象性”原理，混合沉积是其“波动性”、“连续性”的表现，正如光可以表征为“光波”一样；混积层系是“量子性”、“颗粒性”表现，就像光可以表征为“光子”一样。因此混合沉积其实是“波粒二象性”的一种体现，符合自然界的普遍规律。

混积岩是人们观察到的一种客观现象，其实质是沉积环境的过渡。混积岩是相对单一岩性的“纯”岩石而言的，通常单一岩性的岩石沉积于持续稳定的沉积环境，而混积岩沉积于不稳定的、过渡的沉积环境中。当一种沉积环境向另一种沉积环境过渡时，其快慢、长短差异很大，在快速实现过渡的情形下，沉积表现为从一种单一岩性的岩石几乎直接转变为另一种单一岩性的岩石。反之，若过渡期较长，过程缓慢，长期处于过渡沉积环境，就会出现混积岩。从一种稳定的沉积环境到另一种稳定的沉积环境的过渡过程中，其沉积物的演化为：单一岩性的沉积岩—不同比例的混积岩—另一单一岩性沉积岩。

自然界中沉积环境的变迁是普遍的现象，但从地质历史上的沉积物—沉积岩来看却并不总是出现混积岩。没有混积岩或者混积岩没有保存下来的情况，可能是稳定沉积环境的沉积速率远高于过渡环境，或者稳定环境时间较长，而过渡阶段很短。侠义的混积岩发育的情况，可能是过渡环境持续时间长，且过渡环境的沉积物容易保存。混积层系发育的情况则是在某种特定的空间范围内，沉积环境随时间反复变迁，并且这种变迁往往是由一种稳定的沉积环境快速变迁到另一稳定的沉积环境，中间过渡阶段很短或过渡环境沉积物很少，这种在两种或多种沉积环境间来回跳跃，往复运动的结果就形成了混积层系，典型代表之一就是有季节性水流注入的盐湖沉积的盐韵律。

如果把沉积岩看成一个系统，则碎屑岩、碳酸盐岩、化学岩是其主要的一级子系统，通常所说的混积岩是指在一级子系统之间的混积岩，如碎屑岩与碳酸盐岩的混积岩、碳酸盐岩与化学岩的混积岩（特别是混积层系）。但实际上在子系统之内，如碎屑岩也可以看成一个由砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质岩等二级子系统组成的演化序列，二级子系统之间的混合沉积虽然通常并不称为混积岩，其实道理仍然是一样的，这符合自然界普遍存在的分形原理。

郑亚斌1杜秀娟2边学会3

1.中国石油天然气勘探开发公司；2.中石化石油勘探开发研究院；3.华港燃气北京事业部

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.003