川中地区下寒武统沧浪铺组下段碳氧同位素特征及其地质意义.pdf
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1、第 卷第期成都理工大学学报(自然科学版)年月 ():文章编号 ()收稿日期 。基金项目中国石油西南油气田公司勘探开发研究院科技项目()。第一作者马腾霄(),男,硕士研究生,研究方向:沉积学,:。通信作者和源(),男,硕士,工程师,研究方向:沉积学,:。川中地区下寒武统沧浪铺组下段碳氧同位素特征及其地质意义马腾霄,和源,朱利东,杨文光,曹志超,罗紫云,严威,周刚,龙虹宇,黄茂轩,陈曦,钱红杉(成都理工大学 沉积地质研究院,成都 ;中国石油西南油气田分公司 勘探开发研究院,成都 ;成都理工大学 地球科学学院,成都 )摘要探讨川中地区早寒武世沧浪铺早期古海洋环境特征。对川中地区沧浪铺组钻井资料、镜下
2、薄片以及 个碳酸盐岩样品的碳、氧同位素进行了测试分析。剔除无效数据后,结果表明,沧浪铺早期 值为 ,平均值为;值为 ,平均值为。纵向上,碳同位素值整体呈负漂移,具有先升高后降低的趋势,且底部及中上部变化幅度较小,顶部波动范围大。古海洋环境分析结果显示川中地区沧浪铺组下段古海水平均盐度为 ,古海水盐度在沧浪铺早期较低,晚期较高,与海平面波动明显有关,盐度指数和盐度低值可能由陆相淡水混入导致。古海水温度为 ,平均为 。沧浪铺组下段沉积早期温度相对较高,晚期温度波动频繁,且有明显降低的趋势。关键词四川盆地;沧浪铺组;碳氧同位素;古海洋环境 分类号 文献标志码犆 犪 狉 犫 狅 狀犪 狀 犱狅 狓 狔
3、 犵 犲 狀 犻 狊 狅 狋 狅 狆 犲 犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊 狅 犳犔 狅 狑 犲 狉犆 犪 犿 犫 狉 犻 犪 狀犆 犪 狀 犵 犾 犪 狀 犵 狆 狌犉 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀 犻 狀犮 犲 狀 狋 狉 犪 犾 犛 犻 犮 犺 狌 犪 狀犪 狀 犱狋 犺 犲 犻 狉犵 犲 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾 狊 犻 犵 狀 犻 犳 犻 犮 犪 狀 犮 犲 ,犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲 狅 犳犛 犲 犱 犻 犿 犲 狀 狋 犪 狉 狔犌 犲 狅 犾 狅 犵 狔,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔狅 犳犜 犲 犮
4、 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌 ,犆 犺 犻 狀 犪;犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺 犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲狅 犳犘 犲 狋 狉 狅 犾 犲 狌 犿犈 狓 狆 犾 狅 狉 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱犇 犲 狏 犲 犾 狅 狆 犿 犲 狀 狋,犘 犲 狋 狉 狅 犆 犺 犻 狀 犪犛 狅 狌 狋 犺 狑 犲 狊 狋犗 犻 犾 犳 犻 犲 犾 犱犆 狅 犿 狆 犪 狀 狔,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌 ,犆 犺 犻 狀 犪;犆 狅 犾 犾 犲 犵 犲 狅 犳犈 犪 狉 狋 犺犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻
5、狋 狔狅 犳犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌 ,犆 犺 犻 狀 犪犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊:;四川盆地下寒武统沧浪铺组(犮)天然气勘探前景广阔,前人对其层序地层、古生物特征、沉积演化、岩相古地理 以及成藏条件 等进行了详细的研究,而针对四川盆地寒武纪沧浪铺期古气候、古海洋环境等方面的研究较为薄弱,鲜见相关报道。海相碳酸盐岩类在形成过程 中能保存 大 量同 期 海 洋 原 始 化 学信息 。因其记录的碳、氧同位素特征能近似地反映 地 质 历 史 时 期 古 海 洋 碳、氧 同 位 素 组成 ,故而 被 广 泛 应 用 于
6、地 层,、古 环境,和成矿成藏 等方面的研究。为探究四川盆地沧浪铺期古气候、古海洋环境特征,进而为川中地区沧浪铺组油气勘探提供基础地质资料,本文对川中地区盐亭县风险探井 井沧浪铺组下段碳酸盐岩样品进行连续、系统采样,在钻井资料和薄片研究的基础上,开展碳、氧同位素测定,探讨该地区沧浪铺组下段碳酸盐岩碳、氧同位素的组成特征,进而探讨沧浪铺期古海洋环境,以期为该区沉积充填序列和油气勘探提供基础地质数据。区域地质背景四川盆地是发育于上扬子克拉通结晶基底上的大型叠合盆地,经历了多期次构造演化。研究区位于川中地区北部,区域构造上属于川中平缓构造区,主体处于乐山龙女寺古隆起北斜坡。早寒武世筇竹寺期和沧浪铺期
7、,兴凯地裂运动所形成的拉张槽处于壮年期至萎缩期,为填平补齐阶段。四川盆地寒武系发育齐全,下寒武统沧浪铺组与下伏筇竹寺组(狇)呈整合接触。筇竹寺期扬子地块在快速海侵的影响下,海平面快速上升,扬子地台整体进入沉降阶段,沉 积 了 一 套 厚 度 巨 大 的 浅海 陆 棚相 泥质 烃源岩。沧浪铺期四川盆地发生海退,川中地区水体普遍变浅,陆源碎屑供给充足,沧浪铺组表现为下段发育碳酸盐岩夹部分碎屑岩、上段发育碎屑岩的浅水陆棚相沉积特征。风险探井 井位于四川盆地中部盐亭县(图 ),钻井总深度达 ,钻遇灯影组四段。下寒武统筇竹寺组平行不整合于灯影组之上(其间缺失麦地坪组)。沧浪铺组位于该井 深度,总厚度约
8、。沧浪铺组下段主要出露大套灰岩、白云岩,偶夹数层泥质灰岩、泥岩;沧浪铺组上段岩石组合上主要包括泥岩、粉砂岩以及少量中砂岩(图 )。上述岩石特征总体代表了浅水陆棚相沉积组合。样品采集与测试川中地区盐亭县风险探井 井中,沧浪铺组总沉积厚度约 。沧浪铺组下段主要发育浅水陆棚相碳酸盐岩类,并夹少量砂泥质碎屑岩,沉积厚度约。本文的研究针对沧浪铺组下段采集的碳氧同位素样品 件,其中灰岩 件、白云岩 件、灰质泥岩件,平均采样间距为 。样品选取过程中尽可能保证样品新鲜、无明显蚀变现象。样品的碳氧同位素测试成都理工大学学报(自然科学版)第 卷图四川盆地中东部大地构造位置图(据刘昭茜等 修改)及沧浪铺组综合地层柱
9、状图犉 犻 犵 分析工作由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。测试采用碳酸盐岩碳、氧同位素连续流分析测试方法,详细处理分析流程见刘汉彬等。测 试 结 果 以 为 标 准,分 别 记 为 和 ,分 析 时 采 用 碳 酸 盐 样 品 、为标样进行校准,精度优于 和。结 果 岩石学特征沧浪铺组下段以碳酸盐岩沉积与整合其下的筇竹寺组砂泥质岩区别开,该段底部出现泥质灰岩(图 )、砂屑灰岩(图 ),其中孔隙多充填暗色沥青。向上出现鲕粒灰岩,鲕粒形态上多为放射鲕,鲕粒核心常为多晶或单晶方解石,个别细粒石英颗粒。镜下特征显示,部分鲕粒内核发育孔洞,并充填暗色沥青(图 )。重结晶颗粒灰岩中部分保留鲕粒形
10、态残余(图 )。自底部向上,沧浪铺组下段中白云质含量逐渐增加,中上部以残余鲕粒白云岩、粉细晶白云岩为主,其中白云石(部分呈菱形)占整个岩石的 以上,具粉细晶结构,部分视域保留鲕粒残余外形(图)。部分层位白云岩中含少量陆源石英碎屑,各矿物晶间孔隙中充沥青(图 、)。整个沧浪铺组下段灰质泥岩、泥质白云岩相对较少,主要呈夹层状产出(图 、)。碳氧同位素组成川中地区 井中沧浪铺组碳酸盐岩碳氧同位素分析测试结果见表。结果显示,本文样品具有 相 对 均 一 的 组 成,值 为 ,平均为 (图)。自沧浪铺组下段底部(深度 )向上至 ,样品 值为 ,而这一结果与正常碳酸盐岩 在误差范围内基本一致()。自 深度
11、向上,大量出现 ,可能反映了古海洋稳定同位素在组成上的细微变化,抑或是代表了古气候、古环境(即成岩环境)的改变。相较于碳同位素,样品氧同位素()具有较大的变化范围:,平均为 。其中,绝大多数样点 值处于大于 范围内,测试的 件样品中,共 个样点 (图)。图解结果显示,本次研究样点 碳、氧 同 位 素 具 有 较 低 的 相 关 性(犚 )。第期马腾霄,等:川中地区下寒武统沧浪铺组下段碳、氧同位素特征及其地质意义图川中地区沧浪铺组典型岩石镜下特征犉 犻 犵 ()泥质灰岩,取样深度 ;()砂屑灰岩,取样深度 ;()鲕粒灰岩,取样深度 ;()重结晶颗粒灰岩,取样深度 ;()灰质泥岩,取样深度 ;()
12、残余鲕粒白云岩,取样深度 ;()细晶白云岩,取样深度 ;()泥质白云岩,取样深度 ;()粉晶白云岩,取样深度 。全部照片皆在单偏光镜下拍摄图川中地区沧浪铺组碳酸盐岩 二元图解犉 犻 犵 碳氧同位素特征 数据有效性分析碳酸盐岩氧同位素组成主要受控于沉积水环境中水的同位素组成和沉积温度,且极易受后期构造、热液及大气降水等作用的影响。因而,在运用碳氧同位素进行古环境恢复前须对其中保存的古海洋信息完整性进行评定。一般而言,碳酸盐岩 时,则表明岩石遭受到一定程度的沉积后蚀变,其中的碳、氧同位素组成仍能基本代表沉积时期的海水同位素组成,而碳酸盐岩 则表明可能受后期成岩作用影响较大,数据已不可用。上文分析测
13、试结果 显 示,本 文 少 数 样 点 在 以 下(),暗示了一定程度的成岩蚀变。此外,研究表明,碳酸盐岩碳氧同位素之间的相关性是判断岩石是否经历成岩蚀变影响的又一特征指标:当二者相关系数较低时,说明受到的影响不大,基本保留了原始海水同位素组成的有效信息。本文研究碳酸盐岩碳氧同位素之间相关性较低(犚 ,图),说明样品受成岩蚀变影响较小。综合考虑上述缘由,为保证讨成都理工大学学报(自然科学版)第 卷表川中地区犑 犜 井寒武系沧浪铺组第一段碳、氧同位素组成犜 犪 犫 犾 犲 ,样号深度岩性 粉晶白云岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 泥岩 鲕粒白云岩 灰质泥
14、岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 泥岩白云岩 粉晶白云岩 粉晶白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 粉晶白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 鲕粒白云岩 灰质泥岩 灰质泥岩 泥质灰岩 样号深度岩性 泥质灰岩 泥质灰岩 鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 重结晶鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 重结晶鲕粒灰岩 重结晶鲕粒灰岩 重结晶鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 灰岩 灰岩 鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 鲕粒灰岩 砂质灰岩 砂质灰岩 砂质灰岩 砂质灰岩 砂质灰岩 砂质灰岩 砂质灰岩 砂质灰岩 重结晶鲕粒灰岩 鲕粒灰岩
15、泥质灰岩 泥质灰岩 泥质灰岩 论结果的准确性,本次研究在后文分析讨论中扣除上述 样点进行(表)。所选的 个样品的碳、氧同位素基本保存了海水原始的同位素信息,可以用于古环境的研究。碳、氧同位素特征 碳同位素特征自然界碳基本储藏于有机碳库和无机碳库之中,在各种碳库中,碳酸盐岩碳同位素组成最高。造成海相碳酸盐岩 值变化的原因复杂,多与区域性地质事件相关 。腕足类化石被认为是确定海相碳酸盐岩原始同位素组成的最好标准,前人采纳的早寒武世时期海相腕足类化 石 的 和 同 位 素 值 分 别 为 和 。研究区样品有效 值整 体呈 明显负偏,介于 之间,平均值为(表),整体具有先升高后降低的趋势,深度 处 至
16、 处 为波动较小;深度 处的碳酸盐岩受到一定程度的成岩蚀变,不予讨论;深度 处第期马腾霄,等:川中地区下寒武统沧浪铺组下段碳、氧同位素特征及其地质意义的碳同位素数值整体波动幅度不大,但相较下部波动明显;深度 处(即沧浪铺组下段和沧浪铺组上段界面)的碳同位素数值波动幅度十分明显(图),绝大部分样品 值处于同期海相腕足的 值分布区间内,仅件样品 低 于 该 时 期 海 相 腕 足 类 化 石 的 值。然而,亦有相关文献指出,寒武纪沉积初期至龙王庙组沉积前这段时间范围内,海相碳酸盐岩 值为 。因此,研究区碳酸盐岩样品的有效 值能够反映该区域沧浪铺组下段沉积期海水的碳同位素组成特征。目前多数学者认为,
17、海相碳酸盐岩碳同位素负偏的主要是复杂的地质因素导致的海洋原始生产力降低引起 ,。就四川盆地寒武纪而言,导致海洋原始生产力变化的因素多认为与海平面变化有关,。沧浪铺组沉积初期,生物面貌相对繁盛,四川盆地整体上呈“隆拗相间”的古地理格局,受兴凯运动影响,扬子西缘 快 速 隆 升 与 大 量 剥 蚀,相 对 海 平 面 下降 。沧浪铺组下段为海退环境下的碳酸盐岩台地混积陆棚沉积,因此样品 值整体表现为负值,沧下段沉积末期,样品 值负偏更甚,可能反映了海平面的进一步下降,为大套白云岩类形成提供理化环境。同时,由于研究区为海陆过渡相沉积环境,易受海平面变化影响,因此样品 值的相对变化趋势可能反映了海平面
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