郝 彬，劉 偉，汪澤成，徐安娜，姜 華，黃士鵬

（中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京100083）

混合沉積作為一種沉積機理特殊而又有重要意義的沉積現(xiàn)象，廣泛出現(xiàn)在顯生宙不同地質(zhì)時期的陸、海、淺水、深水等不同沉積環(huán)境中［1，2］，主要是指硅質(zhì)碎屑與碳酸鹽的混合沉積［1］。混合沉積又有狹義和廣義之分，狹義的是指陸源碎屑與碳酸鹽的混合（在同一巖層內(nèi)），即混合沉積的典型產(chǎn)物——混積巖；而廣義的混合沉積則包括了狹義的混合沉積和陸源碎屑與碳酸鹽交互沉積，兩者可以交替互層、夾層及橫向相變［3］。郭福生等將這些互層和夾層的組合命名為“混積層系”［4］。由于混合沉積特殊的沉積機理，對于其研究一方面有助于了解沉積環(huán)境的構(gòu)造運動、海（湖）平面變化、沉積動力學(xué)、沉積速率、古氣候、物源及其間的關(guān)系，另一方面該類沉積組合中往往具有良好的油氣生、儲、蓋組合，對于尋找新的油氣勘探區(qū)具有重要意義，因此，近些年來受到了越來越多的關(guān)注［5－10］。在四川地區(qū)，下古生界不僅有陸源碎屑沉積，而且還有海相碳酸鹽沉積，二者巖性多不純，混合沉積發(fā)育。其中下奧陶統(tǒng)作為混合沉積最為發(fā)育的層段之一，是研究混合沉積的理想層系。目前，盡管前人對上揚子地區(qū)混合沉積已進(jìn)行了一些探討，并提出了2種混積相［11］，但對其成因機制以及控制因素未有深入的討論。因此，深入了解四川盆地下奧陶統(tǒng)的混合沉積特征、混合沉積環(huán)境以及控制因素，不僅為混合沉積研究領(lǐng)域提供新的資料，同時可以為類似地區(qū)、層系的研究提供有價值的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地的大地構(gòu)造位置，處于揚子準(zhǔn)地臺上偏西北一側(cè)，屬于揚子準(zhǔn)地臺的一個Ⅰ級構(gòu)造單元，囊括了四川省中東部和重慶市大部（圖1）。盆地輪廓呈菱形，西北和東南兩邊稍長，東北和西南兩邊稍短，面積約為0.18×106km2。盆地內(nèi)分為6個Ⅱ級構(gòu)造單元，從西向東分別為川西拗陷帶、川北低平褶皺帶、川中平緩褶皺帶、川西南低陡褶皺帶、川東高陡褶皺帶和川南低陡褶皺帶。

早奧陶世時，上揚子地區(qū)發(fā)育了范圍廣闊的碳酸鹽巖鑲邊臺地，而西部的康滇古陸在早加里東期大面積隆升，造成早奧陶世混合沉積的發(fā)育。下奧陶統(tǒng)自下而上分為桐梓組、紅花園組以及湄潭組下部。而湄潭組下部主要以大套的泥頁巖為主，混合沉積并不發(fā)育，因此，本文所指的下奧陶統(tǒng)混合沉積研究主要是針對桐梓組與紅花園組。

桐梓組主要分布于川北旺蒼、黔北、黔南、川南及川東等地，可分為3段：上段及下段主要為頁巖、粉砂巖和砂巖，夾薄層灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r；中段主要為中厚層白云巖和生物碎屑灰?guī)r，夾頁巖。與下伏洗象池群呈平行不整合接觸，厚度由西向東變厚。

圖1 四川盆地構(gòu)造綱要圖Fig.1 The structural outline map of Sichuan Basin

紅花園組主要為灰色至深灰色中厚層至塊狀生物碎屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，常夾一些泥頁巖及粉砂巖，厚度為10～80m，橫向變化較大。

2 巖石學(xué)特征

研究區(qū)中，桐梓組與紅花園組主要以碳酸鹽巖為主，次為陸源碎屑巖，兩者巖性多不純。

2.1 砂礫巖類

砂礫巖主要分布在川西南、川中地區(qū)。砂礫巖類包括砂巖、含礫砂巖（圖2-A）、白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)粉砂巖。碎屑成分主要以石英為主，長石、巖屑次之；顆粒分選性從較好到差，呈次棱角狀—次圓狀，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主。

2.2 泥頁巖

泥頁巖在研究區(qū)廣泛發(fā)育，顏色主要以紫紅色、灰綠色、黑色為主。部分泥頁巖因含碳酸鹽較多，而成為灰（云）質(zhì)泥巖（圖2-C）。多發(fā)育水平層理、塊狀層理。

2.3 碳酸鹽巖

碳酸鹽巖在研究區(qū)同樣分布廣泛，顏色以灰色、灰綠色、灰黃色、褐色為主。主要巖石類型包括灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖（圖2-D）、砂質(zhì)白云巖（圖2-E）、鮞?；?guī)r、砂屑灰?guī)r等，局部地區(qū)可見角礫狀灰?guī)r（圖2-G）。

3 混合沉積特征

前人對于混積巖的分類和命名做過很多工作，最早是由 Mount提出的砂（陸源碎屑）、異化粒、灰泥和泥質(zhì)黏土四端元立體圖分類法［1］。隨后，楊朝青等提出的黏土、陸源碎屑、碳酸鹽三端元分類法，將碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞25%、陸源碎屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞10%的混合沉積歸為混積巖［12］。張雄華同樣采用了黏土、陸源碎屑、碳酸鹽的三端元圖，但認(rèn)為除了將黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞50%的部分稱為黏土巖之外，應(yīng)將碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～95%、陸源碎屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～95%的混合沉積稱為混積巖［13］。梁宏斌等則認(rèn)為狹義的混積巖指的是碳酸鹽巖中含10%～50%的陸源碎屑（或碎屑巖中含10%～50%的碳酸鹽）［14］。不難看出，上述分類方案存在的分歧主要是對混積巖中組分含量的界定以及幾個端元的選擇。沙慶安認(rèn)為沉積物確為陸源碎屑與碳酸鹽的混合，而不是成巖作用或以后的假混合，就可以稱為混積巖，也不一定非要對具體的含量給予界定［3］。筆者也認(rèn)為分類方案應(yīng)該簡單且便于實用，梁宏斌等提出的方案［14］便清晰明了，但10%的下限卻可以適當(dāng)放寬或取消，因為次要組分含量雖然很少，但反映了陸源碎屑和碳酸鹽的混合，有別于純凈的陸源碎屑巖和碳酸鹽巖，具有重要的意義。本文在此分類原則的基礎(chǔ)之上，通過鉆井資料、巖心、露頭剖面的觀察，認(rèn)為研究區(qū)混合沉積主要有2種類型：混積巖、混積層系。

圖2 四川盆地下奧陶統(tǒng)混積巖特征Fig.2 The characteristics of the mixed-sedimentary rocks from Lower Ordovician in Sichuan Basin

3.1 混積巖

混合沉積的典型產(chǎn)物就是混積巖。研究區(qū)內(nèi)混積巖類型多樣，如砂質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)云巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)云巖、云質(zhì)泥巖和白云質(zhì)砂巖等（表1、表2）。桐梓組沉積期，該類沉積多發(fā)育于川西南、川中地區(qū)，且越向東北、東南方向，其在地層中占的比例越低，至川東、川南的東南部，僅有零星分布，且在地層中占的比例微乎其微（圖1、表1、表2）。紅花園組沉積期，該類沉積分布范圍變小，主要發(fā)育在川西南地區(qū)西部，其他地區(qū)不發(fā)育。

3.2 混積層系

混積層系在研究區(qū)內(nèi)也非常發(fā)育，垂上主要表現(xiàn)為陸源碎屑巖、混積巖、碳酸鹽巖的交替出現(xiàn)或呈夾層出現(xiàn)。受離物源區(qū)的遠(yuǎn)近、物源供應(yīng)的多少的影響，不同的相帶，會出現(xiàn)不同的混積層系。川西南地區(qū)離康滇古陸較近，桐梓組沉積期，大部分處于混合潮坪環(huán)境，混合沉積特征主要以砂巖、泥巖與砂質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖互層或夾層的形式出現(xiàn)，僅在潮下帶會出現(xiàn)一些純的粉晶白云巖、鮞狀白云巖。紅花園組沉積期，物源供應(yīng)量減弱，相對于兩河口期，以陸源碎屑巖－混積巖為主的混積層系分布范圍向北縮小，宮深1井區(qū)出現(xiàn)了35m厚的砂屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r。

川中、川南的北部和川東的西部距物源稍遠(yuǎn)，桐梓組沉積期，大部分地區(qū)處于混合局限臺地中，混合沉積特征垂向上分異明顯，下部主要以灰?guī)r、白云巖與泥頁巖的互層為特征；中部往往砂質(zhì)含量開始增多，混合沉積特征以砂巖、粉砂巖、泥巖與砂質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖互層或夾層的形式出現(xiàn)；上部則主要以白云巖、灰?guī)r與泥頁巖互層為特征，含少量的砂巖、粉砂質(zhì)白云巖和泥質(zhì)白云巖。紅花園組沉積期，沉積環(huán)境演化為開闊臺地，混積層系主要包括兩類，與沉積亞相有關(guān)。臺內(nèi)灘亞相以砂屑灰?guī)r或鮞?；?guī)r夾黑色頁巖為特征，而灘間海亞相則為泥晶白云巖與黑色泥頁巖的互層沉積。

表1 四川盆地桐梓組主要巖石類型Table 1 The distribution and percentage of the main rock types from Tongzi Formation in Sichuan Basin

表2 四川盆地紅花園組主要巖石類型Table 2 The distribution and percentage of the main rock types from Honghuayuan Formation in Sichuan Basin

川南的南部、川東的中東部離西部的康滇古陸距離更遠(yuǎn)，幾乎沒有砂質(zhì)顆粒的帶入。桐梓組下部、上部主要以泥晶灰?guī)r、細(xì)晶灰?guī)r與泥頁巖的互層沉積或砂屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r夾泥頁巖為特征，中部為細(xì)晶白云巖、泥晶白云巖、灰質(zhì)白云巖夾一些薄層狀泥頁巖、泥質(zhì)白云巖。而紅花園組則以砂屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、細(xì)晶灰?guī)r為主，夾少量的泥頁巖。

4 混合沉積成因類型

由于混合沉積本身的復(fù)雜性，目前對于混合機理的類型劃分同樣存在著不同的認(rèn)識。最早是由Mount提出了淺海環(huán)境下的4類混合沉積機理［1］：間斷混合（punctuated mixing）、相混合（facies mixing）、原地混合（insitu mixing）、母源混合（source mixing）。并且此劃分方案在過去的研究中得到了廣泛的應(yīng)用［9，15，16］。盡管如此，從目前看來稍有不妥。李祥輝認(rèn)為，混合沉積作用并不一定要限定于淺海環(huán)境，而是可以發(fā)生在CCD面之上的深海環(huán)境，并且相混合、源區(qū)混合更可能發(fā)生在斜坡和深海扇環(huán)境，間斷混合與原地混合同樣可以發(fā)生在深海，只是概率沒有淺海高而已［17］。隨后，張雄華將混積巖和混積層系成因歸納為5種類型［1］：事件突變沉積混合、相緣漸變沉積混合、原地沉積混合、侵蝕再沉積混合和巖溶穿插沉積混合。董桂玉提出的方案則是根據(jù)混合沉積的定義、成因、成分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造及接觸關(guān)系等因素，按照“沉積事件＋剖面結(jié)構(gòu)”的原則，將混合沉積的類型歸納為漸變式混合沉積、突變式混合沉積和復(fù)合式混合沉積3類［6］。楊永劍等在對塔里木盆地上奧陶統(tǒng)桑塔木組混合沉積研究時，參考了“沉積事件＋剖面”的原則來劃分混合沉積的類型，即漸變型、突變Ⅰ型、突變Ⅱ型、復(fù)合Ⅰ型、復(fù)合Ⅱ型5個類型［18］。雖然楊永劍等與董桂玉提出的方案術(shù)語［5］類似，但實際含義仍存在不小的差異［18］。本文通過對上述各個方案的剖析，并與研究區(qū)內(nèi)的鉆井資料相對比，認(rèn)為以“沉積事件＋剖面結(jié)構(gòu)”為原則的劃分方案能更好地反映垂向上的相序變化，因此將研究區(qū)內(nèi)混積層系的成因類型劃為4類：漸變型（漸變式混合沉積）、突變型、復(fù)合Ⅰ型（復(fù)合式混合沉積Ⅰ）、復(fù)合Ⅱ型。

（1）漸變型：指由正常沉積形成的，與上下巖石在成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造方面為漸變過渡關(guān)系，沒有突變標(biāo)志。此類混合沉積往往發(fā)育于相鄰環(huán)境的過渡地帶，兩邊的沉積物會擴散到其中，而形成狹義的混積巖。同時，伴隨著海平面的緩慢上升與下降，剖面垂向序列上，陸緣碎屑或碳酸鹽巖含量會發(fā)生相互消長的現(xiàn)象。此類沉積多發(fā)育于混積潮坪和混積局限臺地內(nèi)，開闊臺地中較少。如陽深1井，巖性從下向上依次為鮞?；?guī)r、灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、粉砂質(zhì)白云巖（圖3）。

（2）突變型：主要由突發(fā)事件所形成，巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等方面在剖面上表現(xiàn)為突變接觸。根據(jù)發(fā)育的環(huán)境不同分為Ⅰ型和Ⅱ型。其中Ⅰ型主要發(fā)育于以碎屑沉積為主的相帶，如混積潮坪、混積陸棚等。以峨眉張山剖面為例，在將近20m厚的潟湖相綠色頁巖中，夾著2m厚的竹葉狀灰?guī)r，這代表了一次強烈的風(fēng)暴沉積（圖3）。Ⅱ型主要發(fā)育于以碳酸鹽巖為主的沉積中，如混積臺地、混積臺地邊緣淺灘。突發(fā)事件則主要是指風(fēng)暴浪、重力流以及短期內(nèi)的大量物源供給。突變Ⅱ型普遍發(fā)育于桐梓組中部，這可能是在此期間，康滇古陸為上揚子地區(qū)間斷性地提供了大量的陸源碎屑，如陽深2井，可見大套灰綠色白云巖夾2～3m厚的細(xì)砂巖（圖3）。

（3）復(fù)合Ⅰ型（復(fù)合式混合沉積Ⅰ）：本文所指的復(fù)合Ⅰ型并非楊永劍等方案中的復(fù)合Ⅰ型［18］，而是借用了其方案中的命名術(shù)語，目的是為了能與其他成因類型在命名上匹配。四川盆地下奧陶統(tǒng)中，發(fā)育更為廣泛的其實是董桂玉［5］提出的復(fù)合式混合沉積Ⅰ型。其指的是由正常事件形成的一類巖石，且與上下巖石間在成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等表現(xiàn)為突變接觸。雖然其剖面結(jié)構(gòu)與突變型較為相似，但并未有突發(fā)事件的參與。例如池7井，鮞?；?guī)r與泥頁巖的互層，且呈突變接觸（圖3）。盡管一般認(rèn)為淺灘微相中由于水動力較強，很少含有陸源碎屑物質(zhì)；但當(dāng)海平面迅速上升時，碳酸鹽巖臺地生長速率在短期內(nèi)無法追趕上海平面的上升導(dǎo)致顆?；?guī)r被細(xì)粒陸源碎屑物質(zhì)覆蓋，隨后海平面的下降重新又沉積顆粒灰?guī)r。彭水剖面同樣也具有類似的結(jié)構(gòu)（圖3），為泥晶灰?guī)r與泥頁巖的互層，屬灘間海亞相。通過對鉆井資料的統(tǒng)計，此類混合沉積成因類型多見于開闊臺地環(huán)境中，并主要發(fā)育于兩河口早期、晚期，以及整個紅花園組沉積期。

圖3 四川盆地下奧陶統(tǒng)混積層系類型及特征Fig.3 The classification and characteristics of the mixed-sedimentary sequence from Lower Ordovician

（4）復(fù)合Ⅱ型：指在一定時期內(nèi)的強烈構(gòu)造抬升或其他原因造成海平面急速下降，使得大量的陸源碎屑注入盆地的一種混合。與突變型相比，此類混合在時間跨度上要長，多數(shù)發(fā)育于靠近陸源的混積潮坪中。如老龍1井發(fā)育2套由砂巖向上過渡到砂質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖的巖相序列（圖3），這說明兩河口期，盆地西側(cè)可能至少存在2次構(gòu)造快速抬升，海平面急速下降，大量陸源物質(zhì)注入盆地，由于離物源較近，沉積環(huán)境突變?yōu)樯捌?；隨后隨著海平面的緩慢上升，砂坪演化為混合坪。

5 混合沉積的控制因素

影響混合沉積的因素很多，也比較復(fù)雜，且大多數(shù)情況下都是互相影響、共同起作用的［2］。其中最主要的因素包括構(gòu)造運動、海平面變化、物源、水動力條件和氣候條件等［19－21］。

5.1 構(gòu)造運動

構(gòu)造運動對于混合沉積來說是最重要的一個因素，不僅控制著物源區(qū)和沉積區(qū)的分布與狀態(tài)，進(jìn)而影響物源的供給量和供給方向，而且直接通過控制盆地類型、地形變化以及間接影響到水動力條件來控制混合沉積的類型。早加里東期，揚子板塊西緣因受康滇古陸和龍門山島鏈隆升的影響，整個板塊呈現(xiàn)西高東低、隆拗相間的構(gòu)造格局，康滇古陸與天井山古陸成為穩(wěn)定的陸源區(qū)。研究區(qū)內(nèi)洼陷處，由于地形坡度較大，受一些誘發(fā)因素的影響，常形成一些重力流沉積，突變型混積層系發(fā)育，并且由于地形較低，泥質(zhì)相對較多；相對隆起處，水體較淺，則形成以碎屑巖或碳酸鹽巖為主的巖石序列，漸變型與復(fù)合型混積層系則相對發(fā)育（圖4）。

5.2 海平面變化

海平面的變化也是一個很重要的因素，海水的升降一方面直接影響到碳酸鹽的產(chǎn)率，另一方面也影響到陸源碎屑的供給范圍。研究區(qū)下奧陶統(tǒng)經(jīng)歷了2個完整的Ⅲ級海侵—海退變化（圖5），桐梓組的中下部構(gòu)成了Sq1，而其上部與紅花園組構(gòu)成Sq2。Sq1時，海侵體系域中陸源碎屑分布范圍較小，僅出現(xiàn)在四川盆地西南部，混積層系主要為漸變型和突變Ⅰ型。而在遠(yuǎn)離物源區(qū)的地方，水體相對較深。當(dāng)水體突然加深時，碳酸鹽產(chǎn)率降低甚至完全停止，其上被一些泥頁巖所覆蓋；隨后水體較淺，再次沉積灰?guī)r：因此大部分混積層系為復(fù)合Ⅰ型。早期HST，由于基準(zhǔn)面仍處于上升階段，混合沉積作用與海侵體系域上部相似，是混合沉積最不發(fā)育的一個階段。晚期HST，基準(zhǔn)面開始下降，大量的陸源碎屑注入盆地中，混積巖十分發(fā)育，垂向上陸源碎屑巖、白云巖以及泥（砂）質(zhì)白云巖呈互層或夾層產(chǎn)出。相對于Sq1，Sq2屬于退積的過程，因此，陸源碎屑注入范圍較Sq1時縮小，且混積巖欠發(fā)育，盆內(nèi)大部分地區(qū)混積層系都以復(fù)合Ⅰ型為主。

5.3 物源

圖4 四川盆地下奧陶統(tǒng)桐梓組混合沉積模式Fig.4 The mixed sedimentary model of the Lower Ordovician Tongzi Formation in Sichuan Basin

圖5 四川盆地下奧陶統(tǒng)層序地層格架Fig.5 The sequence stratigraphic framework of Lower Ordovician in Sichuan Basin

物源對于混合沉積的控制主要表現(xiàn)在物源供給量和物源供給方向上。上文已經(jīng)提到，早奧陶世，康滇古陸和天井山古陸是上揚子克拉通盆地的陸源區(qū)，分別位于四川盆地的西南部和西北部。因此，在平面上，靠近古陸的地區(qū)以陸源碎屑沉積為主，然后向東開始出現(xiàn)大量的混積巖；至盆地東部，陸源碎屑影響較小，混積巖減少，甚至消失，以出現(xiàn)碳酸鹽巖與泥頁巖呈互層或夾層為主的混積層系為特征。陸源供給量影響著混合沉積的發(fā)育規(guī)模［19］，而供給量的大小則受到構(gòu)造運動、海平面變化以及氣候的影響。構(gòu)造運動具有旋回性，早奧陶世正好處于構(gòu)造運動的減弱期，再加上早奧陶世總體上是一個水體加深的過程，就造成了從桐梓組至紅花園組沉積期陸源碎屑供應(yīng)量減少的一個趨勢。

5.4 氣候

奧陶紀(jì)初期，上揚子地臺處于中低緯度較溫暖的環(huán)境［22］，這對于碳酸鹽巖的形成非常有利。但桐梓組中發(fā)現(xiàn)的冷水型化石表明［21］，兩河口期偶爾也受到了來自南部高緯度逆時針旋轉(zhuǎn)的冷水流的影響。當(dāng)高緯度地區(qū)的冷水到達(dá)低緯度地區(qū)后，導(dǎo)致低緯度地區(qū)水體溫度下降，碳酸鹽巖的產(chǎn)率快速下降，甚至停止，這時就以沉積陸源碎屑物質(zhì)為主；當(dāng)水溫上升時，碳酸鹽巖產(chǎn)率再次增高，大量的碳酸鹽巖沉積下來。另外，中低緯度降水非常豐富，這為混合沉積的發(fā)育提供了條件。

5.5 水動力條件

水動力條件往往受海平面、海底地形以及與廣海連通狀況的影響。當(dāng)水動力較強時，如臺內(nèi)灘、灘緣帶處，往往混合沉積不發(fā)育（圖4），強大的水動力條件會將一些細(xì)粒的沉積物搬運至水體能量較弱的灘間海以及臺緣斜坡處。當(dāng)水動力較弱時，如臺內(nèi)低洼處，海平面快速上升時，或者是灘后潟湖中受濁流、風(fēng)暴以及碳酸鹽巖隨水體深度變化等因素的影響，混合沉積會非常發(fā)育。

6 結(jié)論

a.四川盆地下奧陶統(tǒng)混合沉積發(fā)育，混積特征明顯。狹義的混積巖主要分布在川西南、川南西部、川中的廣大地區(qū)。川南東部、川東大部主要以碳酸鹽巖與陸源碎屑巖的互層或夾層混合沉積為主。

b.混合沉積本身非常復(fù)雜，下奧陶統(tǒng)混積層系的成因類型主要包括漸變型（漸變式混合沉積）、突變型、復(fù)合Ⅰ型（復(fù)合式混合沉積Ⅰ）、復(fù)合Ⅱ型。

c.混合沉積的發(fā)育受多種因素的聯(lián)合控制，且相互影響。早奧陶世，上揚子地區(qū)構(gòu)造活動較弱，由于海平面的逐漸上升造成物源供給面積的減少，同時偶爾受冷水流的影響，造成桐梓組比紅花園組混合沉積更為發(fā)育，分布更為廣泛。

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