叠锥构造的特征及其成因机制: 进展与实例*

叠锥构造是纤维状矿物呈锥状嵌套分布的一类特殊沉积构造,自20世纪90年代以来一直是国际研究的热点,但中国对于叠锥构造的研究起步较晚,研究程度较低。文中详细总结了叠锥构造研究进展,并简要介绍了笔者于新疆托克逊凹陷、准噶尔盆地东部以及哈密盆地3处新发现的叠锥构造。叠锥构造的发育层系广泛,二叠纪末—三叠纪初以及三叠纪末—侏罗纪初发现的叠锥占绝大多数,揭示其可能与生物大灭绝有关;叠锥构造的形成环境较广,不能简单地将叠锥构造作为湖泊相或海相等的相标志。对新发现的叠锥构造初步分析后认为,叠锥构造为与生物(化学)作用有关的原生沉积构造,但对叠锥构造成因机制的深层次研究还需建立在叠锥构造纤维状矿物生长习性及其与形成环境和发育层系的耦合关系研究之上。     

测老庙坳陷早白垩世巴音戈壁组叠锥构造特征及其环境解释

为了全面了解测老庙坳陷早白垩世叠锥构造的沉积特征,并探讨其成因及形成环境等问题,运用野外露头实测、光薄片观察、X射线衍射分析、阴极发光照相、扫描电镜照相等方法,发现叠锥构造发育于钙质结核外侧,覆盖所有方向,呈放射状,直圆锥锥顶指向结核中心;叠锥矿物成分主要为纤维状低镁方解石,纤维状方解石呈锥形套叠,具波状消光;阴极发光显微镜下呈均一的棕红色,不具微量元素分异和析出的成岩色带;叠锥结核的发育规模明显受制于原生沉积环境.结果表明叠锥结核的发育具有明显的阶段性;其发育的原生沉积环境应为水深在5~30 m、水体能量较高的滨浅湖沉积环境.推测叠锥构造的形成可能是同沉积期生物沉积作用和胶结作用,以及后期上覆岩层静压力共同作用的结果.      

鄂尔多斯盆地东北部延安组叠锥沉积特征与古环境意义

通过野外露头实测、手标本观察、光薄片观察、X光衍射分析、电子扫描等方法,对鄂尔多斯盆地东北部延安组第Ⅱ成因地层单元中的叠锥各方面的特征进行了系统研究。结果表明,叠锥整体呈结核状产出于暗色泥质岩中,泥质岩中发现丰富的20μm左右的炭化微生物化石,反映相对还原的沉积成岩环境。叠锥内部常可分为3层,中层为块状灰岩,上、下层由大小不等的、同轴或错落叠置的直圆锥组成。叠锥内部主要为纤维状方解石呈锥形套叠,纵切面上可见明显的"V"字型或"W"字型纹层,横切面上可见大小不等的同心圆状构造。上、下层位叠锥的锥顶均朝上,反映出类似叠层石的生长特征。综合分析认为,叠锥可能是由微生物和沉积作用联合作用形成的一种特殊的生物沉积构造;并推断出鄂尔多斯盆地东北部延安组第Ⅱ成因地层单元中的叠锥发育于由河流向湖泊过渡的浅水、沉积速率较低的环境中。     

河南宜阳地区陆相二叠系—三叠系界线附近 微生物成因沉积构造特征及意义

有关微生物成因沉积构造及其生物地质过程的研究近年来发展迅速,成为深刻认识地球早期生命演化以及生物与环境相互作用过程的重要桥梁。目前报道的微生物成因沉积构造主要集中在海相沉积中,而陆相碎屑岩沉积中的微生物成因沉积构造研究较少。本文介绍了河南省宜阳地区二叠系—三叠系界线附近陆相碎屑岩中发育的以微生物席生长特征、微生物席破坏特征为主的微生物成因沉积构造,认为这些沉积构造的发育与二叠纪末地质灾变事件造成的特殊水体化学环境和严重退化的生态系统相关,属陆相环境中的"错时相"沉积。研究区微生物成因沉积构造的发现对于二叠纪末地质灾变期生物绝灭与复苏奥秘的探索、陆相地层的划分、海相—陆相地层的对比均具有重要意义。     

准噶尔盆地北东向构造及其油气地质意义

准噶尔盆地深、浅层构造存在差异, 通过地震、地质资料分析了准噶尔盆地发育在中、晚二叠世、三叠纪的北东向构造特征, 认为中、晚二叠世、三叠纪地层沉积受北东和北西向正断裂控制, 由北东向正断裂控制的沉积中心构成了雁列组合特征.地质力学和大地构造背景分析认为, 盆地形成期的北东向构造与边缘断裂的左旋走滑作用有关.北东向的逆冲断裂形成于或主要活动于三叠纪末的盆地挤压反转作用.成盆拉张和反转挤压作用都使得北东向构造成为有利的油气聚集带, 上叠盆地的披盖沉积对北东向油气聚集带的保存起到重要作用      

利用回剥分析重建古构造格局——以川、鄂、湘边区为例

利用回剥分析重建了川、鄂、湘边区二叠系底二叠纪末、中三叠世末、三叠纪末及中侏罗世末的古构造格局,结果表明：二叠纪末古构造形态较复杂,由NE,EW及近SN向3组构造叠加而成, 以NE,EW向构造为主;中三叠世末,其构造格局为两坳一隆一斜坡,以发育近SN向构造为主;三叠纪末,构造面埋深明显增大,主要隆起和坳陷更加醒目;中侏罗世末,总的构造格局为南高北低,构造走向近EW向。黄陵背斜是中生代开始发育的继承性古隆起,而当阳复向斜是与黄陵背斜同期形成的。晚古生代末至中生代,江南隆起开始形成并不断发育。     

豫西荥阳陆相二叠纪—三叠纪之交的微生物成因构造(MISS)及其地质意义

微生物成因构造(MISS)是微生物活动及其生物地质作用的沉积记录,为人们认识早期地球生物以及微生物活动提供了依据。微生物成因构造在前寒武纪以及显生宙地质危机期海相地层中分布较广,而在陆相地层中则报道较少。在豫西荥阳地区二叠纪—三叠纪之交的陆相地层孙家沟组和刘家沟组中,发现了较为丰富的三大类微生物成因构造(生长构造、破坏构造和腐烂构造),可详分为瘤状突起、变余波痕、隆脊构造、似正弦状脱水裂痕、纺锤状脱水裂痕、树枝状脱水裂痕、多边形脱水裂痕、曲形脱水裂痕、砂火山构造、微生物席砂片和似雨痕构造11个小类。微观分析显示:脊处纵切面显示U型、石英颗粒和黏土矿物条带定向排列、捕捉的云母颗粒不连续和近平行等特征,这些均表明其为微生物成因。研究区发育丰富的微生物成因构造,是二叠纪末灾变事件导致研究区陆地生态系统迅速退化,微生物大量繁殖而形成的,代表着以微生物群落为基础、后生生物少、钙质结核等特殊沉积发育的灾后陆地生态系统。通过对陆相微生物成因构造的研究,有助于人们全面了解二叠纪—三叠纪之交全球灾变事件在陆相环境中的具体表现,为认识微生物席在全球的空间分布提供新资料。     

川西坳陷深层叠复连续型致密砂岩气藏成因及形成过程

川西坳陷深层上三叠统须家河组发育典型的致密砂岩气藏,由于该气藏多期构造演化、多期生排烃过程、多期成藏及储层致密化过程复杂的特点,其成因类型和成因机制经过多年的勘探和研究仍然存在争议。文章在剖析典型气藏的基础上,结合研究区构造演化、烃源岩生排烃史和储层致密化过程的研究,综合判识了致密气藏的成因类型,并分析其成因机制。研究结果表明：川西坳陷深层须家河组致密砂岩气藏具有“叠复连续资源潜力大、构造高点低点富气共存、高孔低孔储层含气共存、高压低压气层共存、气水分布复杂”的地质特征。目前气藏的成因类型为“后成”型致密气藏与“先成”型致密气藏的叠加复合型,属叠复连续型致密气藏。川西坳陷深层须家河组演化过程中存在浮力成藏下限和成藏底限,致密砂岩气藏形成和演化受控于2个界限控制下的3个流体动力场的分布和演化。叠复连续型致密砂岩气藏成藏过程可划分为4个阶段：①三叠纪沉积初至三叠纪末,初期天然气成藏条件准备阶段;②三叠纪末至中侏罗世末,早期常规气藏形成阶段;③中侏罗世末至晚侏罗世末,“先成”型致密气藏与“后成”型致密气藏形成阶段;④早白垩世至今,叠复连续型致密油气藏形成及改造阶段。     

贵阳地区早,中三叠世成因岩石地层系统

贵阳地区早、中三叠世位于台地边缘剧烈相变地带,在海平面变化由快速上升、缓漫下降到突然下降的变化过程中,形成了一套发育于二叠纪末、三叠纪初的淹没事件所形成的凝缩序列为基底的碳酸盐台地沉积体系。包括了三套具有密切成因联系且富有规律性的岩石地层系统。     

四川盆地叠合演化与油气聚集

根据前人成果和石油勘探资料,对赋存在扬子板块上的四川盆地进行了解剖,认为盆地经历了震旦纪、寒武纪—志留纪、石炭纪—二叠纪—中三叠世、晚三叠世—侏罗纪—早白垩世和晚白垩世—新生代盆地沉降、隆升剥蚀五大构造演化阶段。震旦纪、寒武纪—志留纪盆地演化阶段受周缘断陷的控制,以碎屑岩、膏盐岩和碳酸盐岩建造为特征,盆地基底整体表现为西高、东低的构造格局。中奥陶世末的构造事件形成了川中古隆起,志留纪末的构造事件导致了盆地的整体隆升与剥蚀。在经历了志留纪末期的构造变形、隆升改造后,石炭纪—中三叠世进入陆表海盆地演化阶段,以碳酸盐岩和膏盐岩建造为主要特征,整体表现为西南隆、东北降的构造格局。茅口组沉积末的构造事件导致了盆地隆升和剥蚀,中三叠世末的构造事件形成了泸州—开江古隆起,盆地消亡,地层遭受剥蚀。晚三叠世前陆盆地叠合在前期海相盆地之上,导致了盆地西低、东高的构造格局,侏罗纪—早白垩世表现为大型陆内坳陷盆地。侏罗纪末的构造事件使川东高陡构造带形成,早白垩世末构造事件导致了盆地的消亡与整体隆升,晚白垩世—新生代盆地沉积在西南部局限分布。盆地叠合演化形成了震旦系、下寒武统、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组、二叠系梁山组、龙潭组、上三叠统、下侏罗统等多套富含有机质的烃源岩,与盆地内叠合连片发育的中—上寒武统、下—中三叠统、上三叠统、侏罗系和中新统等多套膏盐岩或泥岩、煤系构成了盆地内良好的源-盖组合,成为盆地油气富集的基础。每套优质的盖层之下都发育了一套优质的储层,并与构造作用形成的圈闭形成了盆地良好的储-圈组合,成为油气富集的必要条件,形成了盆地下组合、中组合和上组合三大勘探层系。勘探成果显示,古隆起、古斜坡和烃源岩分布的配置控制盆地的油气分布。     

滨里海盆地的岩相古地理特征及其演化

滨里海盆地内充填了巨厚的古生代、中生代和新生代沉积物。在剖面上可分为三套地层组合，即盐下层系、含盐层系和盐上层系。盐下层系为下古生界-下二叠统，包括巨厚的碎屑岩和碳酸盐岩沉积，在泥盆纪-早二叠世，滨里海盆地周缘广大地区普遍发育碳酸盐岩，在许多古隆起上还发育生物礁体，说明这一时期盆地的滨、浅海地带具有浅、清、暖的沉积环境，盆外陆源碎屑供应较少。含盐层系为下二叠统上部孔谷阶。早二叠世中-后期由于持续构造抬升，盆地气候变得干旱，海水变浅，潮上带蒸发环境发育，以致这一时期广泛发育盐类沉积，形成含盐层系，主要由盐岩和硬石膏层构成，并形成许多大小不等的盐丘构造。盐上层系为上二叠统-第四系。晚二叠世-三叠纪盆地又经历了一次大的海侵，为浅海陆棚环境，局部为海陆过渡三角洲相。侏罗纪-白垩纪在总的浅海陆棚环境下，盆地不同地区也形成了湖泊和瀉湖环境。晚二叠世以后形成的盐上层系沉积，主要为碎屑岩，在局部地区有碳酸盐岩。     

华北地区三叠纪地层发育特征及原始沉积格局分析

在对华北地区三叠系垂向发育特征及横向展布规律研究的基础上,从岩性特征、厚度变化、地层接触关系等方面进行分析,并结合有关地层剥蚀量方面的研究,对三叠纪期间华北地区的原始沉积格局进行了讨论：早、中三叠世、华北板块内部基本上继承了晚海西期以来的构造格局与沉积特点,为一大型内陆沉积盆地,以河湖相的稳定杂色砂泥岩沉积为主;晚三叠世开始的印支运动使华北东部全面抬升,盆地向西部退缩：西南部仍为统一的大型沉积盆地,发育温暖潮湿环境下的河流一湖泊相沉积;东部以隆升剥蚀为主,造成先期沉积的下、中三叠统的剥蚀缺失,一些地区剥蚀深及古生界,仅局部地区发育小型的山间盆地     

华北盆地三叠纪物源特征及其沉积—构造演化

华北盆地三叠纪沉积厚度大,分布广泛,其地层沉积特征很好地记录了周缘造山带或隆起区在该时期的构造演化过程。目前,前人已经对华北各地区三叠纪碎屑物源进行了大量研究,而对于物源区的认识仍存在分歧,对于盆缘地区沉积—构造演化过程的研究也相对较少。通过整理前人对华北各地区三叠纪碎屑物源研究的锆石年龄数据,并结合造山带构造演化过程和地层沉积特征,对华北盆地三叠纪碎屑物源及沉积—构造演化过程进行了整体研究。结果表明:华北北部三叠纪沉积物源均来自北缘的内蒙古隆起,锆石年龄和地层沉积特征记录了源区逐渐增强的岩浆活动和隆升过程。华北南部地区在该时期主要接受来自华北南缘二叠纪沉积盖层和北秦岭造山带的碎屑物质供给,华北南缘伴随着秦岭造山过程可能在中三叠世就已经逆冲隆升并遭受剥蚀,两者的协同演变共同控制着盆地南部沉积演化过程。鄂尔多斯盆地西北部碎屑物源主要来自阿拉善地块和北祁连造山带,西南部地区物源则主要来自盆地西南缘再旋回沉积盖层和北祁连造山带,分别为伸展和挤压状态下的内陆盆地沉积。早—中三叠世,华北盆地为统一的大型内陆沉积盆地,晚三叠世,盆地南、北缘发育沿褶皱逆冲带分布的陆内前陆盆地系统。     

桂西右江裂谷的伸展作用和伸展不整合

桂西地区普遍发育的下-中三叠统浊积岩系与古生界碳酸盐岩系之间的所谓“不整合接触关系”是一个重要的又有争议的地质问题。通过对这类接触关系的深入细致调查和分析,笔者发现它是由中二叠世末开始持续大规模拉张的右江裂谷因拉张伸展运动使局部层位缺失所致,为伸展不整合。右江裂谷的伸展作用始于泥盆纪初,在中二叠世末至中三叠世最为强烈,于三叠纪晚期裂谷抬升成陆时才结束,其特点为发生的空间规模大、持续时间长,由此形成的古潜山构造在后期构造发展及成矿作用中具有重要意义。     

桂西右江盆地伸展构造特征

桂西右江盆地属扬子陆块西南缘晚古生代—中生代复合型裂谷盆地,在区域引张体制下,呈现盆-台相间、堑-垒式断块构造等以伸展作用为主的构造格局。台缘斜坡环境二叠纪海绵礁、同沉积角砾岩带和浊积岩系等构造-沉积事件层发育;台内及边缘以上泥盆统与下石炭统、上石炭—下二叠统与中二叠统、中二叠统与上二叠统、下三叠统与中三叠统之间为主的平行或微角度或超覆不整合,分别反映了柳江、黔桂、东吴、桂西伸展不整合构造运动事件。文章旨在通过该盆地晚古生代—三叠纪伸展构造特征的总结,为深入探讨其动力学背景及演化机制提供有益的参考。     

华北及其以北地区晚古生代—早中生代构造格架主体特点

从全球尺度对原大西洋与古亚洲洋构造域大地构造旋回及其演化特征进行对比研究,有助于了解巨型构造域内的区域构造演化的关联性。建立古大陆构造单元属性"动态行为"的理念,将复合造山区与毗邻大地构造单元进行关联分析,揭示出华北前陆盆地的形成发展与毗邻复合造山区的构造演化进程密切相关。华北及其以北地区晚古生代—早中生代构造格架的主体特点是:1)蒙古—兴安复合造山区发育石炭纪—二叠纪陆表海盆地、裂陷槽和上叠盆地,及三叠纪的山间盆地;2)华北前陆盆地与复合造山区构造演化进程同步,在古陆上形成石炭纪海相和海陆交互相沉积,二叠纪—中三叠世的陆相沉积,以发育红层和局部形成膏盐为特点;3)原华北古陆北缘"构造岩浆活化带"属晚古生代—早中生代蒙古—兴安复合造山区最南端的构造单元,具有构造前锋带属性。     

古环境、古气候分析对P-T之交灭绝事件的启示——以豫西济源孙家沟组为例

二叠纪—三叠纪之交,海洋和陆地均经历了地球历史上最严重的生物危机,大灭绝事件前后沉积环境的恢复及古气候的重建是生物大灭绝事件研究的基础。济源盆地位于华北板块南缘,二叠纪—三叠纪陆相地层发育完整且接触清晰,是研究华北板块二叠纪—三叠纪之交古气候和沉积环境演化的良好区域。以豫西济源大峪镇剖面孙家沟组为研究对象,综合运用岩石学、沉积学、古生物学和地球化学方法对研究区进行了系统研究。结果表明：济源孙家沟组从下部曲流河环境逐渐过渡为滨湖环境。孙家沟组下、中段地化数据表明当时的年降水量较低,古温度与化学风化强度较高,反映了干旱—半干旱为主的气候特征,可能为全球性巨型季风影响的结果,并由此导致了“济源动物群”的消失和微生物成因沉积构造（MISS）的发育。中段沉积期末期气候向湿润转变,到上段顶部干旱气候再次占据主导地位并持续至早三叠世。整体上,孙家沟组沉积期呈湿润—干旱—半湿润—干旱的气候变化,干旱炎热的气候可能是研究区陆地生态环境遭到破坏的重要原因,环境的退化加剧了陆相生物灭绝;根据岩性特征、古气候、古环境、MISS等,综合推测P-T之交灭绝事件发生在孙家沟组沉积期早期。     

松辽盆地西斜坡中—晚二叠世古沉积环境演化及油气地质意义

大兴安岭南部—松辽盆地西斜坡晚二叠世古沉积环境一直以来备受争议,关于该地区中—晚二叠世古环境演化方面的研究也鲜见报道。本文采用元素地球化学和有机地球化学相结合的研究方法,对松辽盆地西斜坡蒙科地1井中—晚二叠世古沉积环境演化特征进行综合研究。结果表明,中二叠世为明显的海相沉积,沉积水体相对较深,期间可能存在多次干热—暖湿波动,其中中二叠世ZSI晚期—ZSII早期较为明显,水体性质体现为咸水—微咸水—半咸水,水体还原性—偏氧化性—还原性,气候干热—温湿—干热。晚二叠世早期为微咸水—半咸水海相沉积,至晚二叠世晚期转变为淡水—微咸水海陆过渡相沉积,期间存在两次明显的气候环境波动,与中二叠世哲斯组沉积中期气候环境变化相似,表现为水体变浅、咸度降低、还原性减弱,气候由干热转向温湿。晚二叠世以来气候逐渐向温暖湿热转变,水体逐渐变浅,可能与二叠纪—三叠纪之交气候变暖有关。至三叠纪、侏罗纪时期,区域处于构造抬升阶段,沉积环境由海陆过渡相环境转变为陆相沉积。结合TOC、古生产力指标分析得出,中二叠世ZSI晚期—ZSII2早期、晚二叠世LXI晚期、晚二叠世LXII中期、晚二叠世LXIII沉积期偏湿润的气候条件和低咸度、弱还原—偏氧化性的沉积水体环境,是形成厚度较大、富有机质烃源岩的有利的气候环境条件。     

华北板块北缘东段库伦杂岩的发现及其构造意义

在华北板块北缘东段辽宁与内蒙古交界的库伦旗地区新发现了以晚古生代变质火山岩为主体的库伦杂岩.通过剖面测制,确定库伦杂岩岩石组合包括凝灰岩、安山岩及变沉积岩.凝灰岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素测试结果为391.0±3.7 Ma,确定库伦杂岩形成时代为中泥盆世.地球化学特征显示库伦杂岩形成于晚期岛弧环境.通过对新发现的中泥盆世库伦杂岩及相关古生代的沉积事件、岩浆事件及变形的研究,结合本区古生代杂岩、岩浆岩及火山沉积地层研究成果,建立了华北板块北缘东段古生代增生型造山带的构造演化过程,其经历了志留纪活动大陆边缘阶段、泥盆纪弧-陆碰撞阶段、石炭纪—中二叠世活动大陆边缘阶段和晚二叠世碰撞造山阶段.志留系方家屯岩组、西别河岩组形成于弧后盆地环境,反映了奥陶纪—志留纪研究区处于活动大陆边缘环境;泥盆纪库伦杂岩火山-沉积为弧-陆碰撞结果,伴随伸展背景下的岩浆活动.石炭纪—中二叠世研究区在碰撞后伸展背景下重新拉张,接受了白家店岩组、酒局子岩组沉积并导致了佟家屯岩组火山岛弧的形成.晚二叠世古亚洲洋闭合,发生陆-陆碰撞,后造山作用延续到三叠纪.     

纤维状方解石脉与构造流体研究

纤维状方解石脉作为同构造期流体活动产物,被认为是在超高压构造应力作用下形成的一种高压流体排泄的标型矿物,记录了构造变形过程中的流体特征。从基本概念出发,介绍了纤维状方解石脉和构造流体的基本特征、形成机理和环境条件等。以大巴山前陆构造发育的纤维状方解石脉为例,综述了纤维状方解石脉和构造流体的研究方法、思路、内容及其构造意义,强调了构造脉体在古应力场恢复和构造变化研究中的重要意义。