维普资讯 http://www.cqvip.com 甘肃地质学报 2002 第11卷第2期 ACTA GEOLOGICA GANSU 2002 VoI.11 No.2 文章编号:1004—4116(2002)02—0005—0006 六盘山一带下白垩统沉积体系分析 及层序地层研究① 张彦杰 ,崔兰林 ,马惠萍。 (1.甘肃省地质调查院,甘肃兰州730000;2.甘肃省地勘局,甘肃兰州730020) 730000; 3.甘肃省地勘局第二地勘院,甘肃兰州摘 要:六盘山一带下白垩统属陆相断陷盆地沉积,发育有冲积扇、辫状三角洲及湖泊等三大 类沉积体系,对应的亚、微相沉积体相互叠置,横向上具可追索性。通过陆相层序地层学分析,认 为六盘山地区早白垩世地层构成一列完整的内陆盆地充填三级层序。根据沉积体系发育特征及 空间配置样式,在层序内部划分出低水位体系域、湖盆边缘体系域、扩张体系域、收缩体系域等4 种体系域类型,记录了盆地从初始充填一湖盆扩张一萎缩消亡的全过程。 关键词:六盘山;下白垩统;断陷盆地;沉积体系;层序地层 中图分类号:P539.2 文献标识码:A 研究区位于六盘山固原至泾源县一带,属六盘山南北向褶断带主体部分,东西两侧分别为 喜山期西吉凹陷带及平凉凹陷带。区内广泛出露断陷盆地背景下的早白垩世山麓一河流一湖 泊相碎屑岩、碳酸盐岩沉积。根据岩石组合特征及景观外貌的不同,自下而上可分为三桥组 (Ks)、和尚铺组(K )、李洼峡组(Klw)、马东山组(Kmd)、乃家河组(Kn),其展布方向与区 域构造线方向基本一致,近南北向,沉积厚度2 000余m,且南部厚度最大。本文根据正在施 测的1:25万静宁幅区调取得的阶段性资料,就下白垩统沉积体系及层序地层作一分析。 1沉积体系类型及特征 沉积体系是不同沉积环境及同一环境所沉积的不同沉积岩层的有序组合,并在三度空间 范围内具有一定延伸规模的岩层体。区内早白垩世盆地沉积体系与大多数陆相盆地一样,受 构造、物源和气候等因素的控制,是对盆地演化不同阶段构造作用的响应。六盘山区下白垩统 沉积体系配置样式主要有冲积扇一辫状三角洲一湖泊等三类,构成一个完整的内陆盆地充填 序列。 1.1冲积扇沉积体系 收稿日期:2002—09—27 ① 国土资源大调查项目“静宁幅1:25万区域地质调查”部分成果 维普资讯 http://www.cqvip.com 6 甘肃地质学报 第11卷 该沉积体系主要发育在三桥组沉积期,此时盆地东南缘断层活动,断陷伊始,在断带附近 形成陡坡,使得湖盆边缘东南地带发育冲积扇沉积体,据平面上砂砾岩体分布等特征,可分为 扇根、扇中、扇缘3个亚相。 1.1.1 扇根亚相 岩性以紫红色一巨厚层状含卵砾岩、含粗砾中一细砾岩为主,砾石成分因地而异,主要有 碳酸盐岩、砂岩及脉石英等,砾石大小混杂,无序,呈棱角状,碎屑支撑,反映强水流和快速堆积 的特点。 1.1.2扇中亚相 由紫红色厚一巨厚层中一细砾岩、砂砾岩、含砾砂岩等构成,砾石呈次棱角状,略具平行组 构及叠瓦状排列。发育砾岩一含砾粗砂岩向上变细层序,底冲刷构造多见,反映出高密度碎屑 流逐步分异出低密度泥石流的过程。 1.1.3扇缘亚相 . 由含砾砂岩夹砾岩组成,发育正粒序层理,属扇上砂砾质辫状河牵引流成因。沉积序列具 退积结构,底具冲刷,岩石成层性良好,砂、砾石具一定磨圆,砂岩发育细层粗厚的平行层理。 冲积扇沉积体与下伏地层呈角度不整合接触。各亚相不同地段发育不完整,扇体厚度几 米至数百米不等。 1.2辫状三角洲沉积体系 本区辫状三角洲沉积体出现于和尚铺组及乃家河组上部,其中以前者最为发育,分为三角 洲平原、三角洲前缘和前辫状三角洲3个亚相,后者仅识别出三角洲前缘亚相。 1.2.1辫状三角洲平原亚相 该沉积体系可划分出分流河道和堤岸两个微相。分流河道微相由浅褐灰含砾长石石英砂 岩和少量的砂砾岩组成,多形成向上变细的正旋回层序(图1),砂砾岩体在剖面上多呈断续层 的下凹透镜形态,平面上指状排列,底部冲刷面发育,砂岩发育大型槽状交错层理、板状斜层 理、平行层理。砂岩粒度概率曲线为三段型(图2b),与河流相砂岩基本一致。堤岸微相位于 河道微相之上,主要由细砂岩、粉砂岩及泥、页岩组成,与河道微相构成向上变细的层序(图 1),砂岩、粉砂岩发育块状层理、平行层理、沙纹层理,顶面见单向流浅水波痕及多边形泥裂。 泥、页岩富含植物化石,虫迹发育。 1.2.2辫状三角洲前缘亚相 和尚铺组三角洲前缘亚相分布在分流河道前缘地带。区内仅识别出河口坝微相,由灰紫 色薄一中层中一细粒长石石英砂岩和粉砂岩、粉砂质泥岩组成,分选磨圆都很好。与河道微相 等构成向上变细的旋回性层序,发育块状层理、平行层理、沙纹层理、波状层理和细层双倾的楔 状层理,顶面可见直脊链状波痕。虫孔发育。其概率累计曲线为二段型(图2a),形态与海滩 沙一致。 1.2.3前辫状三角洲亚相 前辫状三角洲亚相主要由灰绿、蓝灰色泥、页岩及少量中一薄层钙质细砂岩、粉砂岩、砂质 灰岩等构成,发育水平层理、沙纹层理、透镜状层理及波痕构造,虫孔发育。与三角洲前缘河口 坝砂、泥岩构成向上变细层序。 早白垩世沉积盆地辫状三角洲沉积体系极其发育,沉积厚度可达800余m,纵横向延伸较 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 张彦杰,等 六盘山一带下白垩统沉积体系分析及层序地层研究 7 岩性柱 岩 相 沉积相 粉砂质灰岩与泥质粉 前三角洲灰泥 砂岩渐变 一j 水平层理含砾粉砂岩,细 鲁 … 层绕砾石分布 堤岸 =} 沙纹层理,顶面具波痕泥裂 ’・・’ 变形层理砂岩 河口坝 __・——— 717=7 、 ’、 板状斜层理 【r ‘1、= ● -f7\:/\二/ _ 1 冲槽、弹跳模 水下分流河道 I L \斑块状泥岩,泥裂 堤岸 一 1 0・・口1 含砾砂岩,上部正粒序 水下分流河道 0 I 2 3 4 5 (91 图1 三角洲相沉积层序图 图2和尚铺组砂岩粒度概率累计曲线图 Fig.1 Diagram of deltoid sedimentary succession Fig.2 Heshangpu Formation grain size accumulation curve of sandstone 稳定。 1.3湖泊沉积体系 构造作用的持续活动,使得盆地不断加深,可容空间增大,在李洼峡期、马东山期、乃家河 期发育的湖泊沉积体系,可进一步划分出滨浅湖及深湖亚相。 1.3.1滨浅湖亚相 区内滨浅湖相沉积主要发育于李洼峡组、乃家河组及马东山组上部,由砂岩、泥(页)岩、泥 灰岩及滨湖滩坝鲕粒、内碎屑、层纹灰岩等组成。具退积一加积沉积结构(图3A)。发育水平 层理、沙纹层理及对称或不对称链状波痕,干缩、鸟眼、晶洞等暴露标志常见。碳酸盐岩及泥质 岩中含叶肢介、介形虫及植物化石。砂岩粒度概率曲线多为两段型(图4),其特征与现代浅海 砂岩曲线相似。 1.3.2半深一深湖亚相 马东山组中下部为深湖一半深湖相沉积,以薄层泥岩、泥灰岩、微晶灰岩、泥(页)岩和油页 A 0 I 2 3 4 5 6(9 图3湖泊相沉积层序图 图4李洼峡组砂岩粒度概率累计曲线图 Fig.3 Map of lake sedimentary succession Fig.4 Liwaxia Formation grain size accumulation curve of sandstone 璧昏 维普资讯 http://www.cqvip.com 8 甘肃地质学报 第11卷 岩为岩相标志,具加积型沉积结构(图3B),沉积粒度细、颜色深、层理薄,有机质及H2s含量 高,稀土元素富集.钙质泥岩、油页岩稀土总量为(154.1~117.0)×10~,碳酸盐岩 (53.9~97.0) : ÷:生物化石稀少。 2层序和体系域类型的发育特征 2.1层序地层分析 层序地层学是研究以不整合面或与之对应的整合面为界面、成因上有联系的旋回性地层 格架内的岩石关系。陆相盆地层序地层分析的关键是识别不同级别层序地层单元的界面,分 隔层序间的界面为不整合面,而体系域间为首次湖泛面和最大湖泛面。本区下白垩统被两个 区域性不整合面所限,内部各地层单元间呈整合接触。底部不整合面是盆地的基底面,其下是 古生代及三叠纪地层;顶部是下白垩统与第三系的分界面,在盆地的大部分地区,该界面之下 表现为明显的削蚀现象,只在洼陷部位表现为平行不整合接触关系。 六盘山地区早白垩世地层自下而上依次经历了山麓一河流一湖泊相的沉积相序演化,构 成一列完整的内陆盆地充填三级层序(图5),上述两个区域性不整合界面分别为该三级层序 的底、顶界面。 2.2体系域类型 由于陆相盆地具有多物源、多沉积中心、相带窄、相变快、水域面积小、变化大等特点,决定 了其层序体系域类型的多样性。本文据六盘山地区早白垩世地层沉积体系发育特点及空间配 置样式,将体系域类型划分为低水位体系域(LST),湖盆边缘体系域(LMST)、扩张体系域 (EST)和收缩体系域(CAST)等(图5)。 2.2.1低水位体系域(LST) 该体系域底界为盆地基底,顶界为初始湖侵面(TS),是盆地内构造背景以断裂作用为主 向坳陷作用为主转换的一个构造岩相面。盆地充填初期,由于断裂活动剧烈,湖盆和物源区高 差大,物源供给充分,湖盆范围相对较小,在盆地边缘地带形成三桥组冲积扇沉积体系。纵向 上以退积式准层序为主。 2.2.2湖盆边缘体系域(LMST) 湖盆边缘体系域是在断裂活动和基底沉降作用趋向于均匀和稳定,且以基底沉降作用为 主的条件下形成,沉积物供给速率与可容空间增大速度相当,其顶界为水进面(TS),该界面之 上的马东山组灰绿色、蓝灰色为主的泥、页岩及碳酸盐岩是水体明显变深的条件下形成的。该 体系域以三角洲及滨浅湖相沉积的和尚铺组及李洼峡组碎屑岩夹碳酸盐岩为主。纵向上以退 积式准层序为主,进积、加积型次之。 2.2.3扩张体系域(EST) 该体系域底界为LMST顶界之水进面,顶界为最大湖泛面(mrs)。由于断裂活动和基底 沉降的双重快速作用,盆地可容空间迅速增加,湖泊面积增大,水体加深,形成马东山组中、下 部深湖一半深湖相泥岩、碳酸盐岩及油页岩等沉积。大量发育向上变浅的旋回性米级层序,显 示湖平面上升最高凝缩段沉积。总体上,纵向显示加积一退积型沉积序列。 2.2.4收缩体系域(CST) 马东山晚期至乃家河期,区域构造引力场由拉张为主向挤压转换,盆地开始抬升,进入收 缩体系域发育时期。由于气候趋向于更加干旱,湖平面下降,水域收缩,陆源碎屑注入量增加, 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 张彦杰,等 六盘山一带下白垩统沉积体系分析及层序地层研究 9 沉积物向湖盆推进,形成紫红色为主的残存湖泊相及三角洲砂沉积体。纵向上以进积型 准层序为主。 厚度 地层 (m) 第三系 沉积序列 地层及特征 盆地 层序 准层 沉积相 级别 体系域 序组 演化 层序相对湖 面变化 乃 家 河 39 7 g 组 二夏二[董] ==_——L 一一I_= n_ J _ M弋厂 —— ;—呈 T一 滨 浅 湖 I 三 角 洲 相 SBl CST 进积 _= ==———』一~ 收 缩 阶 段 盆 地 升J降 马 东 —1 串山 454 二工二卫 深半 ——miS 退积 扩阶 组 三 ——r—面—]—] 湖深 一EST 张段 三雪 g I湖 进积 盆 Ⅲ 加积 地 李 三窖三 串 滨 浅 湖 相 洼 峡 组 556 一 L^ 二=二_l二j二 = 二工 _。=三一- i.. g 发 辫 LMST 展 阶 退积 段 和 — — l 尚 铺 组 840 状 = ‘—_ 角 洲 相 , = 桥 202组 。L 冲 积 扇 —Ts LST SBl 退积 始成 初形 lf 、 D o o o o 1 古生界 盆 地 基 底 国・国:国 国 国s国 国 囡s 图5六盘山一带下白垩统层序地层划分 田・o Fig.5 Classification diagram of lower Cretaceous Series strata succession in Liupanshan region 1一块状砾岩/平行层理砂岩;2一细砂岩/沙纹层理砂岩;3一粉砂岩/水平层理粉砂岩; 4一粉砂质泥岩/泥岩;5一页岩/油页岩;6一灰岩/泥灰岩;7一鲕粒灰岩/鲡粒砂屑灰岩;8一对称波痕/泥裂 9一动物化石/鱼类化石;1O一植物化石;LST一低水位体系域;LMsT一湖盆边缘体系域;EST一扩张体系域 csT一收缩体系域;Ts一水进面;mfs一最大湖泛面;SBl—I型层序界面 维普资讯 http://www.cqvip.com 甘肃地质学报 第11卷 3 结语 六盘山地区早白垩世地层是在盆地持续下沉,湖水不断加深,沉积物供给较为充足的条件 下形成的。该盆地的沉积自下而上以六盘山群三桥组、和尚铺组、李洼峡组、马东山组及乃家 河组为代表。三桥组粗碎屑岩反映盆地充填初期的低水位体系域冲积扇沉积;早白垩世早中 期,和尚铺组及李洼峡组主要为三角洲砂体及滨浅湖沉积体,其沉积序列反映了湖盆边缘体系 域沉积;早白垩世中晚期,马东山组中、下部代表湖盆扩张体系域的深湖一半深湖灰泥沉积;早 白垩世晚期,马东山组上部、乃家河组为残存湖泊相及三角洲紫红色为主的碎屑岩夹碳酸盐岩 及膏盐沉积,属于干旱气候条件下盆地收缩体系域沉积。 研究认为,六盘山地区早白垩世地层构成一列完整的内陆盆地充填三级层序,记录了盆地 从初始充填一湖盆扩张一萎缩消亡的演化过程。 参考文献: 1 2 李思田,林畅松.大型陆相盆地层序地层学研究[J]地学前缘,1995,2(3—4). 纪友亮,张世奇.陆相断陷湖盆层序地层学[M].北京:石油工业出版社,1996,22—43 陶晓风,刘登忠,朱利东,等.陆相盆地沉积作用与构造作用的关系[J].沉积学报,2001,3(19). 3 4 徐怀大,魏魁生,洪卫东译.层序地层学原理[M].北京:石油工业出版社,1993,49—55. 李思田,杨士恭,林畅松,等.论沉积盆地等时地层格架和基本建造单元[J]沉积学报,1992,i0(4):l1—22 5 RESEARCH INTo THE SEDIMENTARY SYSTEM AND SUCCESSION oF STRATA oF LoWER CRETACEoUS SERIES IN LIUPANSHAN REGIoN ZHANG Yan—j ie ,CUI Lan—lin ,MA Hui—ping (1.Geological Survey of Gansu Province,Lanzhou 730000,China; 2.Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Lanzhou 730000,China; 3.No 2 Institute of Geology and Mineral Exploration,Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Lanzhou 730020,China) Abstract:Lower Cretaceous Series in Liupanshan region belongs to continental fault depres— sion basin deposit,developped fan,braided delta and lakes sedimentary system and sub~or micro ——sedimentary system corresponding with it superimposed each other and it be able to trace in lat— era1.Through analysis of continental succession of strata,we think early Cretaceous Epoch stra— turn in Liupanshan region to consist of a perfect interior basin infill tertiary succession.On the ba— sis of the feature of sedimentary system and its distributing model in space,in succession of strata, it could divide into regions of low water level,lake—basin margin,spreading and shrinkage sys— terns.It showed that whole course of the basin from beginningⅢl—lake—basin spreading and shrinking to die out. Key words:Liupanshan;Lower Cretaceous Series;Fault depression basin;Sedimentary sys— tern;Succession of strata