川西北地区晚三叠世卡尼期洪水事件沉积的碳、氧同位素记录*

川西北地区绵竹和安县等地发育的下卡尼阶岩性以灰色鲕粒灰岩、海绵礁丘粘结及障积成因的凝块石灰岩为主,上卡尼阶岩性突变为灰黑色页岩、粉砂岩,这与西特提斯地区卡尼阶在岩性和颜色上有很大的相似性。本次研究用激光微区碳、氧同位素测试方法分析了川西北地区卡尼阶中有孔虫、双壳类及腕足类化石壳体和植物叶片化石的碳、氧同位素,结果显示上卡尼阶化石中氧同位素值较下卡尼阶略有变小,上卡尼阶泥质粉砂岩中化石的碳同位素较下卡尼阶灰岩明显变小,可能反映了淡水输入的影响。结合研究区卡尼阶的沉积学特征,笔者认为川西北地区同样受到卡尼期洪水事件的强烈影响,潮湿气候条件下的淡水输入是造成川西北地区海绵礁（丘）大量周期性死亡及最后消失的影响因素之一。     

晚三叠世卡尼期黑色页岩事件在龙门山地区的沉积学和古生物学响应

龙门山前缘地区卡尼阶-诺利阶马鞍塘组中部发育一套薄-中层状黑灰色、灰黑色、黑色（含介壳）钙质泥（页）岩,在该套岩石中瓣鳃类生物多见,原生二价金属硫化物（黄铁矿）发育,水平层理发育,显示着低能环境贫氧条件的典型特征。与马鞍塘组中部黑灰色、灰黑色钙质泥（页）岩相当层位的卡尼期晚期沉积,在松潘-甘孜地区、昌都地区、可可西里地区均可见到,多显示为黑色、灰黑色色调,岩性为泥（页）岩或粉砂质板岩、钙质板岩,反映了一次黑色页岩地质事件在中国西部古特提斯东部地区产生了大范围的影响。全球对比表明,该套深色泥（页）岩在西特提斯、印度喜玛拉雅等地均有分布,覆盖在卡尼期早期碳酸盐沉积之上。据此,作者认为晚三叠世卡尼期特提斯范围的黑色页岩事件,很有可能与卡尼期全球性的碳酸盐生产危机有关,马鞍塘组中部发育的深色泥（页）岩即是此次事件在扬子地台西缘的反映。根据对川西北地区绵竹汉旺、安县雎水、江油马鞍塘等剖面的实际考察与研究,认为代表缺氧事件沉积的马鞍塘组中部黑灰色泥（页）岩之下为卡尼阶灰岩段（即汉旺组中下部灰岩段,主要为鲕粒灰岩、海绵礁灰岩等）,之上为诺利阶灰色粉、细砂岩夹灰岩、泥岩段（相当于石元组）。黑灰色钙质泥（页）岩不仅是该组岩性变化的转折点,亦是古生物、古生态急剧变化的转折点。在马鞍塘组下部广泛可见的六射海绵、海百合、苔藓虫、珊瑚等海相化石在马鞍塘组中上部地层（上卡尼阶至诺利阶底部）中很少看到,仅见丰富的瓣鳃类、菊石、腕足类等有壳类动物化石。
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川西北晚三迭世卡尼克期钙藻的发现

作者于绵竹汉旺、安县濉水和江油黄莲桥测制晚三迭世地层剖面(见表1)时,在卡尼克期汉旺组黄莲桥段的鲕状灰岩底部采得大量钙藻化石,经室内初步鉴定,主要为红藻类(Red algae)的管孔藻科(Solenoporaceae),其次是绿藻类(Green algae)的松藻科(Codiaceae)及兰藻类(Blue-Greenalgae)化石。     

川北旺苍唐家河剖面仙女洞组灰泥丘沉积特征及造丘环境分析

目前川北地区早寒武世微生物藻与古杯参与的生物礁(丘)发育特征存在较大争议。通过实测剖面与镜下分析,川北旺苍县鼓城乡唐家河剖面仙女洞组发育三期灰泥丘。对该剖面灰泥丘沉积特征进行精细研究认为:第一期灰泥丘发育在滑塌角砾灰岩之上,造丘生物主要为枝状和房室状附枝藻,主要岩性为砾屑灰岩、藻格架凝块灰岩和含云生物碎屑灰岩,发育丘基、丘核、丘盖和丘翼,后期演化为钙质砂泥岩结束生长。第二期生物丘发育在鲕粒滩间生屑灰岩之上,造丘生物主要为肾状藻,次为附枝藻,主要岩性为生物碎屑灰岩、藻格架凝块灰岩、漂浮砾岩和亮晶鲕粒灰岩,纵向上发育丘基、丘核、丘坪、丘盖和丘翼,最终再度沉积鲕粒灰岩。第三期灰泥丘发育在藻叠层灰岩之上,造丘生物为古杯和微生物藻,岩性主要为古杯灰岩、生物碎屑泥晶灰岩、藻格架凝块灰岩和藻叠层灰岩,发育丘基、丘核和丘盖。进一步分析三期灰泥丘的成丘环境认为第一期灰泥丘属于台缘斜坡环境内的斜坡灰泥丘低能沉积,经历三个演化阶段;第二期属于台地边缘灰泥丘,经历四期演化阶段;第三期为台缘高能鲕粒滩向陆一侧能量相对较低的台缘古杯灰泥丘沉积,经历三个演化阶段。剖面中灰泥丘多与鲕粒滩共存,构成丘滩复合体,为后期研究储集性能和油气富集关系具有重要的油气地质意义。     

川东北开县满月甘泉剖面长兴组生物丘构成及成丘模式

川东北开县满月甘泉剖面长兴组早期发育两期生物丘,分别位于两个向上变浅的沉积旋回中上部。通过露头解剖、镜下鉴定和X衍射等手段,对该剖面生物丘构成进行精细研究发现:第一期生物丘在角砾灰岩的基础上发育,造丘生物以蓝绿藻为主;岩性为泥晶灰岩和含云灰岩;由丘基和丘核构成。第二期生物丘在生物碎屑滩的基础上发育,造丘生物早期主要为蓝绿藻和粗枝藻,后期以各类海绵和珊瑚为主;岩性为泥—微晶灰岩,局部白云岩化;发育丘基、丘核和丘顶,最终向礁骨架演化。在此基础上,探讨了两期生物丘成丘模式:前者属于低能生物丘,形成于台缘前斜坡相带内,经历了两个演化阶段;而后者属于高能生物丘,形成于台地边缘生物礁滩相带内,经历了四个演化阶段     

川西北地区中三叠统顶部溶蚀型喀斯特特征及地质意义*

中三叠统顶部溶蚀型喀斯特在什邡金河剖面及四川盆地大部分地区已有报道。在近期的野外工作中,在川西北地区绵竹汉旺观音崖、江油黄莲桥和江油马鞍塘剖面天井山组近顶部、顶部也识别出这一古特提斯面,其形成与强烈的构造活动或全球海平面下降造成的岩层长时间的暴露有关。其表现形式主要为: (1)暴露溶蚀间断沉积面;(2)溶沟、溶缝及其内的碳酸盐、陆源碎屑充填物;(3)暴露期黏土层;(4)喀斯特角砾。其中暴露溶蚀间断沉积面上的沉积构造以鸟眼、层状孔洞构造最为典型,在绵竹汉旺观音崖剖面最为发育,孔、洞充填物主要为亮晶方解石和白云石;溶沟、溶缝及其内的碳酸盐、陆源碎屑充填物在江油马鞍塘、汉旺观音崖、什邡金河等剖面均有发育,这些溶缝、溶沟一般近于竖直发育,宽度及深度不一,被碳酸盐角砾、亮晶方解石、白云石或陆源黏土等所充填;暴露期黏土层主要见于江油黄莲桥剖面,共发育2套,厚5~20 cm,与铁质矿物共生,其上下发育深灰色潟湖沉积;喀斯特角砾主要见于汉旺观音崖剖面,喀斯特角砾最大可达15×20 cm大小,呈棱角状充填于富含泥质和有机质的暗色碳酸盐基质中。天井山组近顶部溶蚀型喀斯特的发现可为区域地层等时对比提供依据,与其有关的古岩溶作用可在天井山组(或雷口坡组)顶部碳酸盐岩中形成以溶蚀孔、洞、缝为主要储集空间的古岩溶型储集层。     

印支期龙门山造山楔推进作用与前陆型礁滩迁移过程研究

马鞍塘期龙门山前陆盆地是印支期造山楔加载于扬子地台西缘而形成的挠曲前陆盆地。根据地表露头、钻孔剖面和地震反射剖面资料,本文通过分析前陆盆地早期前陆缓坡型鲕粒滩-硅质海绵礁组合在时间和空间上的迁移规律,标定了卡尼期龙门山造山楔的推进速率。结果表明:卡尼期马鞍塘组是分布于底部不整合面之上的第一套地层单元,在垂向上前陆型鲕粒滩-硅质海绵礁组合显示为鲕粒灰岩滩-生物碎屑滩-硅质海绵礁灰岩-泥页岩的向上变细的沉积序列,记录了前缘隆起边缘碳酸盐缓坡和海绵礁的构建和淹没过程,反映了在相对海平面的持续上升中鲕粒滩-硅质海绵礁被淹没致死的过程。在横向上,盆地结构显示为西厚东薄,并向西倾斜的不对称盆地,由西向东依次分布了深水盆地、碳酸盐缓坡和海绵礁和浅水滨岸带等沉积物类型,显示了从龙门山造山楔向前陆一侧具有泥页岩向鲕粒滩-硅质海绵礁的变化特征。其中鲕粒滩-硅质海绵礁丘组合发育于15～30m深度的前陆同斜缓坡上,呈面向西的条带状展布,其走向线与龙门山冲断带的走向大致平行。并可将其划分为7个鲕粒滩-硅质海绵礁相带,表明卡尼期硅质海绵礁丘和滩沿底部不整合面向南东方向的前陆缓坡超覆,其超覆线和相带的走向与龙门山冲断带的走向平行,显示了7条硅质海绵礁丘和滩是随着相对海平上升过程而向南东方向的前陆缓坡超覆过程中逐次形成的。卡尼期硅质海绵礁迁移速率为18mm·yr-1,其与龙门山造山楔推进速率(15mm·yr-1)基本一致,表明印支期龙门山逆冲楔推进速率与前陆鲕粒滩-硅质海绵礁丘迁移速率具有明显的耦合关系。据此,本次提出了龙门山前陆盆地早期前陆型碳酸盐缓坡和硅质海绵礁的迁移模式,其形成的过程为:龙门山造山楔于卡尼期初始构造负载于扬子板块西缘,导致了前陆地区的挠曲沉降,形成了前陆盆地,驱动了相对海平面的持续上升,前陆盆地处于欠补偿状态,当相对海平面上升速率与硅质海绵礁生长速率相同时,在15～30m深度的前陆同斜缓坡上发育了鲕粒滩-硅质海绵礁丘组合,随着龙门山造山楔不断地的向前陆地区推进,前陆盆地内相对海平面持续上升,逐次在前陆缓坡上15～30m深度的的位置开启了新的硅质海绵礁群的生长窗,形成了本区卡尼期7条带状展布的鲕粒滩-硅质海绵礁丘组合。因此,硅质海绵礁的淹没过程和迁移过程是龙门山造山楔向扬子克拉通推进过程的沉积响应,显示了在卡尼期-诺利期松潘-甘孜残留洋盆的迅速闭合和逆冲楔构造负载向扬子板块推进的动力学过程。     

川西北地区中三叠统顶部溶蚀型喀斯特特征及地质意义

中三叠统顶部溶蚀型喀斯特在什邡金河剖面及四川盆地大部分地区已有报道。在近期的野外工作中,在川西北地区绵竹汉旺观音崖、江油黄莲桥和江油马鞍塘剖面天井山组近顶部、顶部也识别出这一古特提斯面,其形成与强烈的构造活动或全球海平面下降造成的岩层长时间的暴露有关。其表现形式主要为:(1)暴露溶蚀间断沉积面;(2)溶沟、溶缝及其内的碳酸盐、陆源碎屑充填物;(3)暴露期黏土层;(4)喀斯特角砾。其中暴露溶蚀间断沉积面上的沉积构造以鸟眼、层状孔洞构造最为典型,在绵竹汉旺观音崖剖面最为发育,孔、洞充填物主要为亮晶方解石和白云石;溶沟、溶缝及其内的碳酸盐、陆源碎屑充填物在江油马鞍塘、汉旺观音崖、什邡金河等剖面均有发育,这些溶缝、溶沟一般近于竖直发育,宽度及深度不一,被碳酸盐角砾、亮晶方解石、白云石或陆源黏土等所充填;暴露期黏土层主要见于江油黄莲桥剖面,共发育2套,厚5~20 cm,与铁质矿物共生,其上下发育深灰色潟湖沉积;喀斯特角砾主要见于汉旺观音崖剖面,喀斯特角砾最大可达15×20cm大小,呈棱角状充填于富含泥质和有机质的暗色碳酸盐基质中。天井山组近顶部溶蚀型喀斯特的发现可为区域地层等时对比提供依据,与其有关的古岩溶作用可在天井山组(或雷口坡组)顶部碳酸盐岩中形成以溶蚀孔、洞、缝为主要储集空间的古岩溶型储集层。     

绵竹汉旺观音崖剖面沉积微相:卡尼期湿润事件前后的环境演化

为探讨卡尼期湿润事件前后的环境演化过程,剖析黑色泥页岩的沉积机理,结合国内外研究资料并采取岩石沉积微相恢复古环境的方法,对四川绵竹汉旺观音崖剖面中碳酸盐岩至陆源碎屑岩的沉积微相进行了分析研究,结果表明,其沉积相由早卡尼期缓坡鲕粒滩-生屑滩-硅质海绵礁相至晚卡尼期浅海泥页相-陆源泥沙潮坪相变化,浅海相的灰黑色钙质泥页岩中生物多见,植物叶片和茎杆化石、黄铁矿丰富,显示低能贫氧的环境又伴随着淡水输入,这一明显的岩相变化与卡尼期气候事件过程中淡水和陆源碎屑物质大量输入有重要的关系。     

中国西南部地区卡尼期危机及其成因探讨

卡尼期是全球古气候变化显著、特提斯域沉积发生突然转折的时期。欧洲学者基于阿尔卑斯地区(奥地利、意大利)卡尼阶岩性从碳酸盐岩到黑色页岩、碎屑岩的等时性变化,以及相应的碳酸盐台地古生物的死亡,提出了卡尼期危机、碳酸盐生产力危机、卡尼期多雨事件、Reingraben转换,以及黑色页岩事件等概念;这些现象在喜马拉雅Spiti盆地、伊朗、印度尼西亚等地亦有显示。在东特提斯(中国西南部)地区的卡尼阶中也表现为岩性和古生物的变化,但尚未引起国内研究者的重视。与古特提斯西部、印度喜马拉雅等地卡尼阶相似,中国西南部特提斯域所见的卡尼期碳酸盐岩沉积(如海绵礁灰岩)被灰黑色、深灰色页岩(或深色板岩)或中酸性火山岩覆盖,显示该时期碳酸盐生产的突然中止、生物礁的突然死亡和岩性的急剧变化。我们认为晚三叠世巨型季风和古特提斯周缘地区(尤其是中国南方地区)的造山运动及火山作用、变质作用,使大气CO2浓度增加、泛大洋东部海域(古太平洋)向特提斯海水汽输入增强,特提斯海沿岸地区相对干旱的气候向相对潮湿的气候变化,更潮湿的古气候与相对高浓度的大气CO2共同作用使大陆风化速率增高,陆源硅质碎屑输入增多,造成了卡尼期危机。     

贵州遵义板桥剖面奥陶系湄潭组黑色页岩沉积环境条件判识及烃源意义*

华南上扬子地区下奥陶统湄潭组是一套厚度较大的泥页岩沉积,黑色页岩十分发育,但对其沉积环境的认识争议较大。文中以贵州遵义板桥剖面为例,通过对黑色页岩及其共生岩石的沉积特征及地球化学特征的综合研究,着重分析湄潭组黑色页岩沉积期的相对水深、沉积水动力条件以及古海水物理化学性质等沉积环境条件。结果表明: (1)板桥剖面湄潭组黑色页岩以颜色暗黑和水平纹理发育良好为显著特征,不产出宏体生物化石,主要以与生屑灰岩或钙质粉砂岩不等厚频繁互层的共生形式产出,说明湄潭组黑色页岩应该不是深水环境的沉积产物,而是在混积台地内低能的浅水泥质潟湖环境中沉积的;(2)与黑色页岩互层的生屑灰岩层段多发育下细上粗的逆粒序结构,顶部可见铁质氧化物,钙质粉砂岩则多发育浪成交错层理和生物钻孔,均呈现出浅水沉积特征;(3)黑色页岩的V/(V+Ni)、Th/U、V/Cr以及Ni/Co的平均值分别为0.71、5.52、1.07和2.04,均指示次氧化—氧化环境;Sr/Ba值介于0.11~2.20之间,平均值为0.55,指示淡水—半咸水环境;(4)生屑灰岩的部分层段可见明显的侵蚀面,镜下可见岩溶发育,同时其REE配分形态趋于水平,∑REE值较高、Y/Ho值较低,具暴露岩溶特征;(5)黑色页岩TOC值介于0.09%~1.05%之间,平均值为0.39%,恢复的原始TOC含量介于0.28%~3.16%之间,平均值为1.25;R_O平均值为2.095,有机质类型主要为腐泥型。综合上述分析结果,认为遵义板桥剖面湄潭组黑色页岩为一套形成于浅水、次氧化-氧化环境的有效烃源岩,高的古生产力是有机质富集的主要原因。研究结果为判识川南地区湄潭组黑色岩系沉积环境和生烃潜力提供有力的证据,也为浅水成因黑色页岩沉积环境条件判识研究提供了一个新的实例。     

北羌塘凹陷沃若山及邻区海相烃源岩形成时代

北羌塘凹陷沃若山、长蛇山、胜利河、西长梁地区出露海相含油泥页岩,以油页岩、暗色泥岩、黑色页岩、泥灰岩为主,TOC含量高、生烃潜力大,属优质烃源岩。在西长梁和长蛇山油页岩剖面,分别发现丰富的腕足和双壳化石。西长梁泥页岩含双壳类化石Limea(Pseudolimea)cf.duplicata(J.de C.Sowerby,1827),Integricardium(Integricardium)cf.bannesianum(Contejean,1860),Radulopecten laminates(J.Sowerby,1818),Pholadomya(Bucardiomya)lirata(J.Sowerby)及腕足类化石Holocothyris-Burmirhynchia组合,指示沉积时代为早中侏罗世,层位不高于下巴通阶,地层单元归属雀莫错组。长蛇山油页岩含双壳类化石Chlamys(Chlamys)textoria(Schlotheim),Radulopecten fibrosus(J.Sowerby),Cercomya(Capillimya)striata(Agassiz,1843)及腕足类化石Burmirhynchia obessa Buckman,B.asiatica Buckman,B.hpalaiensis Buckman,指示沉积时代为中侏罗世巴通期—卡洛期,地层单元归属夏里组。沃若山及邻区那底岗日组火山岩与凝灰岩的锆石U-Pb年龄为215~218Ma,指示其下伏肖茶卡组及烃源岩形成时代为晚三叠世卡尼期,上覆沃若山组暗紫色碎屑岩沉积时代为晚三叠世诺利期—瑞替期。     

晚三叠世龙门山前陆盆地早期(卡尼期)碳酸盐缓坡和海绵礁的淹没过程与动力机制

晚三叠世龙门山前陆盆地分布于扬子克拉通西缘,属于印支期造山楔构造负载驱动的挠曲型前渊凹陷.其中卡尼期马鞍塘组是分布于底部不整合面之上的第一套地层单元,记录了前缘隆起边缘碳酸盐缓坡和海绵礁的构建和淹没过程.据钻孔揭示马鞍塘组的最大厚度超过250m,显示为西北厚东南薄的楔形结构,从北西向南东依次分布了深水盆地、碳酸盐缓坡和海绵礁和浅水滨岸带等沉积物类型.其中碳酸盐缓坡和海绵礁分布于前陆盆地的远端,呈面向西的条带状展布,其走向线与龙门山冲断带的走向大致平行.碳酸盐缓坡和海绵礁的厚度介于30～100m之间,由北西向南东变薄.在垂向上,马鞍塘组由3部分构成,下部为鲕粒滩和生物碎屑滩,中部为海绵礁,上部为黑色页岩,显示为向上变细、变深的沉积序列.在Li et al.(2003)盆地模拟的基础上,本次对卡尼期前陆盆地的沉降速率、沉积速率、海绵礁生长速率、相对海平面上升速率进行了定量计算,其中沉降速率为0.10mm·a-1、沉积速率为0.04mm·a-1、海绵礁生长速率为0.03mm·a-1、相对海平面上升速率介于0.01mm·a-1～0.05mm · a-1之间.研究结果表明:在卡尼期早期,相对海平面处于初始上升阶段,相对海平面上升速率较小,盆地处于欠补偿状态,沉积了碳酸盐缓坡型鲕粒滩和生物碎屑滩;在卡尼期中期,相对海平面上升速率等于海绵礁生长速率,海绵礁持续保持垂直向上的生长状态,形成了高度达100余米的塔礁;在卡尼期晚期,相对海平面上升速率大于海绵礁生长速率,礁顶的水深逐步变大,导致礁体被淹溺致死,从而在卡尼期形成了鲕粒灰岩滩-生物碎屑滩-海绵礁灰岩-页岩的向上变细、变深的沉积序列,显示了前陆盆地早期碳酸盐缓坡和海绵礁生长并被淹没的特有模式.本次研究成果表明龙门山前陆盆地的底部不整合面和碳酸盐缓坡、海绵礁的淹没过程是扬子板块西缘印支期造山楔逆冲构造负载的挠曲变形的产物,显示了在卡尼期松潘-甘孜残留洋盆的迅速闭合和造山楔构造负载向扬子板块的推进过程.     

晚三叠世卡尼期碳酸盐生产危机在东特提斯地区的地质记录

欧洲学者基于阿尔卑斯地区上三叠统卡尼阶地质研究提出卡尼期碳酸盐生产危机(carbonate productivity crisis)或者卡尼期洪水事件(Carnian Pluvial Event)的概念,其主要表现为黑色页岩(或绿色页岩、放射虫硅质岩)覆盖于特提斯范围的碳酸盐岩之上,反映了早、晚卡尼期界面处一次明显的碳酸盐沉积中止事件,之上沉积有厚度逐步增加的硅质碎屑岩;这一地质现象在东特提斯地区(中国)卡尼阶中亦有显现,但远未引起重视。实际野外地质调查与前人文献显示,与古特提斯西部、喜马拉雅等地卡尼阶类似,在中国西南部古特提斯范围内的四川盆地西缘、黔中、滇西北、金沙江沿岸等地,卡尼期碳酸盐岩沉积多被一套灰黑色、深灰色页岩(或深色板岩)及之上的陆源碎屑岩覆盖,显示该时期碳酸盐生产的突然中止和生物礁的突然死亡。卡尼期特提斯范围的构造变动很可能对晚三叠世巨型季风气候造成巨大影响,古太平洋暖流向特提斯地区水汽输入增强,相对干旱的气候向相对潮湿的气候转换,大陆风化速率增加,陆源硅质碎屑输入增多,造成了这一显著的地质事件。     

四川盆地西北部晚三叠世卡尼期的海绵斑块礁

四川盆地西北部晚三叠世卡尼期的海绵斑块礁是在1975年由张长俊、朱永铭及本文作者发现的。笔者对其进行了野外及室内研究。     

基于扫描电镜和CT成像技术的碳酸盐岩溶蚀作用微观结构和变化规律研究

为研究溶蚀作用下碳酸盐岩孔隙的演变规律及控制作用,文章选取三峡地区4种类型碳酸盐岩开展溶蚀实验。同时结合扫描电镜、CT成像对实验前后岩石的溶蚀特征及孔隙结构进行测试。结果表明:溶蚀总发生在低晶格能的矿物处且沿矿物晶体的菱形解理面以及薄弱部位发育,表现为对矿物和孔隙等结构的选择性溶解;碳酸盐岩的孔隙度对溶蚀过程影响较小,岩石的孔径大小是影响碳酸盐岩溶蚀速率的重要因素;小孔径岩石的溶蚀多在样品表面发育小型溶孔,大孔径岩石的溶蚀主要发生在孔隙隙壁且有向岩石内部溶蚀的痕迹;经溶蚀改造,孔喉半径和连通性均呈现出增长趋势。本研究对碳酸盐岩差异性岩溶作用机理及岩溶发育规律的认识有一定指导意义。