论文部分内容阅读
传统定义是用CaCO3的含量来加以区分灰岩和泥灰岩的,将CaCO3含量在95%-100%的岩石称为灰岩,而将CaCO3含量在35%-65%之间的岩石则称为泥灰岩,但是现在泥灰岩的定义已经改变了。在灰岩-泥灰岩韵律中,灰岩层指的是浅色的抗风化的岩层,而暗色的不耐风化的岩层则称为泥灰岩层,并且泥灰岩层受到强烈的压实作用,而灰岩层受到很微小的压实作用或者没有受到压实作用。灰岩和泥灰岩仅仅是个描述术语,没有严格的化学成分界线。
从结核状(泥灰岩为主)到很好的层状(灰岩为主)变化的灰岩泥灰岩韵律存在于显生宙的陆棚和深海环境中。它们在显生宙的分布大体上与文石海和方解石海的波动相符合,主要分布在方解石海时期。
灰岩-泥灰岩韵律中的差异成岩作用是指泥灰岩中的碳酸钙经过溶解、迁移和再沉淀在灰岩中再次分配。这种模型的前提是灰岩中的低镁方解石胶结物来自泥灰岩中文石的溶解。当泥灰岩中的文石被溶解完后,差异成岩作用将会停止。由于差异成岩作用,可能会在均一的沉积物中形成灰岩-泥灰岩韵律,这将会影响灰岩-泥灰岩韵律对旋回地层的解释。
华南中二叠世广泛发育灰岩-泥灰岩韵律,为我们研究其成因提供了条件。研究区在中二叠世为一个统一的陆表海,形成了华南大台地,水体总体比较安静,没有古陆存在。灰岩-泥灰岩韵律相伴生的天青石(菊花石)、燧石结核、高的有机质含量是本区的特色。通过野外和室内详细的研究工作,发现本区灰岩-泥灰岩韵律与世界其它地区具有相似的特征:
灰岩包括灰泥岩和粒泥岩。常见的生物碎屑有钙藻、有孔虫、蜒、腕足,软体动物和介形虫等,偶见三叶虫、苔藓虫。生屑颗粒保存完好,没有被压实的迹象。扫描电镜观察发现,颗粒之间被微亮晶方解石胶结。野外经常以透镜体的形式被泥灰岩包围。
泥灰岩中常见介形虫和腕足,其它见海百合茎、有孔虫等,少见藻类。生屑颗粒大都破碎,并且具有一定的定向。颗粒之间充满泥晶。有机质和粘土矿物富集,微缝合线发育。野外经常围绕灰岩透镜体生长,而形成马尾状。
通过对生屑颗粒类型的统计,发现灰岩中富集文石质的颗粒类型,而泥灰岩中富集方解石质的颗粒类型,本文认为这是在早期成岩阶段的差异成岩作用所致。结合前人的研究基础,本文认为灰岩和泥灰岩在海水埋藏成岩环境中经历了差异成岩作用。有机质在细菌的参与下被氧化,改变了孔隙水的化学梯度,导致不稳定的碳酸盐矿物溶解。发生溶解的区域位于硫酸盐还原带,而发生沉淀的部位在铁还原带或者甲烷生成带。泥灰岩中由于文石的溶解导致受到后期压实作用的强烈改造,灰岩由于先前的胶结作用而受到较小的影响。
有机质的氧化是发生差异成岩作用的动力,因此有机质输入的多少对灰岩-泥灰岩韵律的发育类型具有重要的影响。有机质的输入量与原始生产力正相关,即生产力高的时候,有机质输入量就高,更容易产生孔隙水化学梯度的改变,从而形成泥灰岩为主的韵律层。当生产力降低时,形成灰岩为主的韵律层。生产力的变化导致韵律类型的变化,组成沉积旋回。
结合前人对研究区内典型矿物-海泡石和天青石的研究及燧石结核的研究成果,本文提出了灰岩-泥灰岩的形成序列:
1、沉积阶段。原始沉积物由文石、高镁方解石、低镁方解石、生物硅和有机质组成,在水流的作用下形成原始层理,随后被广泛发育的生物扰动构造破环,形成均一的沉积物。
2、早期成岩阶段。有机质在细菌的参与下降解,孔隙水化学梯度改变,导致不稳定组分的溶解,其中文石溶解为天青石提供锶离子,高镁方解石溶解为海泡石和有机白云石提供镁离子,生物硅溶解形成燧石结核。在此过程中,灰岩被微亮晶胶结,并伴随有硅质交代,泥灰岩中产生“泥质成分”-海泡石。
3、中晚期成岩阶段。此过程包括机械压实作用和化学压实作用。灰岩由于先前的胶结作用,受到的影响比较小;而泥灰岩中缺乏胶结,在机械压实作用阶段,生屑颗粒被压碎,并且具有一定的定向性,在化学压实作用阶段,由于有机质和粘土矿物的被动富集,使得微缝合线特别发育,并产生鞍状白云石。
4、表生成岩阶段。后期构造运动的抬升,方解石脉大量发育,伴随着油气运移和生物碎屑颗粒的硅化作用,在泥灰岩中经常有沥青充填,最终形成我们今天看到的灰岩-泥灰岩韵律。