鄭亞斌 杜秀娟 邊學(xué)會(huì)

混積巖的幾點(diǎn)思考

鄭亞斌 杜秀娟 邊學(xué)會(huì)

探討了混積巖形成的根本原因和基本規(guī)律。認(rèn)為單一巖性的沉積巖是穩(wěn)定沉積環(huán)境的產(chǎn)物，而俠義混積巖是過渡環(huán)境的產(chǎn)物，混積層序則是跳躍式反復(fù)變遷的沉積環(huán)境的產(chǎn)物。隨著沉積環(huán)境的演變，沉積物（沉積巖）也發(fā)生系列性演化，如碎屑巖、碳酸鹽巖、化學(xué)巖，以及它們的混積巖或混積層序。沉積環(huán)境的不同演化速度和不同演化方式是造成不同類型混積巖的根本原因。

劉寶珺等（2002）在論述當(dāng)代沉積學(xué)研究的新進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)時(shí)曾把碳酸鹽和陸源碎屑混合沉積體系放在首位，可見混合沉積已經(jīng)成為現(xiàn)代沉積學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。在沉積學(xué)研究中傳統(tǒng)的理論認(rèn)為碳酸鹽巖與碎屑巖的沉積條件具有截然的界限，二者此消彼長(zhǎng)關(guān)系。通常碳酸鹽巖的沉積條件是溫暖而清澈的水體，不受陸源碎屑物質(zhì)的干擾，是生物和生物化學(xué)作用的產(chǎn)物。但隨著研究的深入人們逐漸認(rèn)識(shí)到除了單純的碎屑巖和碳酸鹽巖而外，還有二者的混合沉積。大量的研究發(fā)現(xiàn)混合沉積的分布范圍非常廣泛，即從古代到現(xiàn)代、從陸地到海洋、從淺水到深水都已發(fā)現(xiàn)混合沉積。

混合沉積、混積巖的基本涵義

混合沉積起初是在描述陸源碎屑巖與碳酸鹽巖混合沉積現(xiàn)象的時(shí)候提出的。1984年Mount據(jù)此提出混合沉積（mixed sediments）這一名稱。經(jīng)過大量的觀察和研究，混合沉積的概念越來(lái)越豐富。張錦泉（1989）、董桂玉（2007）、沙慶安（2001）等曾做過深入探討，并對(duì)混合沉積方式和變化特征進(jìn)行了分析，指出存在兩類不同的混合沉積，一類是陸源碎屑巖與碳酸鹽巖在同一時(shí)空混雜沉積的混合沉積現(xiàn)象，另一類是陸源碎屑巖與碳酸鹽巖的互層式混合沉積，即空間上在同一區(qū)域，時(shí)間上相互交替，反復(fù)變換的沉積現(xiàn)象。

搞清了混合沉積的概念，混積巖自然就很容易理解了?；旆e巖即是混合沉積的產(chǎn)物。楊朝青（1990）、郭福生（1990、1993、2003）、張雄華（2000）對(duì)混積巖進(jìn)行了界定、分類、命名方面的研究。如楊朝青提出了陸源碎屑、碳酸鹽、粘土的三端元混積巖分類圖，根據(jù)混積巖的成分比來(lái)進(jìn)一步分類命名；張雄華的4類混積巖分類方案與楊朝青的分類理念一致，也是按照成分比進(jìn)行分類；郭福生提出了混積層系的概念。總而言之，與混合沉積相對(duì)應(yīng)，混積巖也可以分為兩大類，即狹義的混積巖和混積層系。狹義的混積巖是多種沉積物混雜沉積的產(chǎn)物；而混積層系則是不同巖性的巖石規(guī)律性頻繁交替形成的沉積巖，是一種宏觀上混合，微觀上不混雜的特殊現(xiàn)象。俠義的混積巖與混積層系共同構(gòu)成廣義的混積巖體系。

混合沉積的成因機(jī)制探討

下面從成因機(jī)理和普遍規(guī)律上討論混積巖、混積作用的形成及其產(chǎn)物的特點(diǎn)，闡述有關(guān)混合沉積的基本概念。任何沉積巖都是在特定沉積環(huán)境中形成的，“混積”概念的提出是相對(duì)于單一巖性“純”的巖石的，比如“純”的碎屑巖和 “純”的碳酸鹽巖，要形成這些單一巖性“純”的巖石就相應(yīng)的要求具有穩(wěn)定的且僅適合某種巖石（沉積物）的沉積環(huán)境，事實(shí)上這種苛刻的要求在某個(gè)特定的時(shí)間段基本可以達(dá)到。但是在絕大多數(shù)時(shí)候都不具備這種穩(wěn)定不變的且僅適合某種特定的巖石沉積的環(huán)境，而是要么沉積環(huán)境不穩(wěn)定，有的時(shí)候適合這種巖石沉積，有的時(shí)候又快速跳躍到適合另種巖石沉積的環(huán)境；要么沉積環(huán)境本身就介于兩種甚至多種典型的單一巖性巖石沉積環(huán)境之間，是一種“混合”的、過渡的沉積環(huán)境。所以某種“純”的巖石沉積環(huán)境只是地球上沉積環(huán)境的一種特例，這種特例在地質(zhì)歷史時(shí)期上所占的比重或許并不長(zhǎng)，但是這些時(shí)期留下的沉積物卻可能很多，這可能主要是因?yàn)樵谶@樣的相對(duì)穩(wěn)定的沉積環(huán)境下沉積物更容易保留下來(lái)吧。

嚴(yán)格來(lái)講除非實(shí)驗(yàn)室條件，在自然界中幾乎不存在僅適合某種特定巖石的沉積環(huán)境，只不過不同巖石在這種環(huán)境下的沉積速率差異較大，表現(xiàn)出的現(xiàn)象為某種單一巖性的、“純”的巖石。譬如廚師炒菜，一鍋菜里放了一把鹽，炒之前知道既有菜又有鹽，炒出來(lái)以后人們能看到的是菜，鹽被溶化、淹沒到菜中了，就是“混合物”看上去像是只有一種單一事物了，但是吃的時(shí)候還是能感覺到鹽的味道，這就像巖石分析的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)里面總是有或多或少的雜質(zhì)是一樣的道理。所以是否為混積巖也是相對(duì)的。同時(shí)由于廚師不同炒出來(lái)的菜也各異，有的廚師喜歡清清爽爽，要炒什么就單炒什么，一盤是一盤，而有的廚師喜歡合起來(lái)炒雜燴菜，不管什么菜都一鍋燴，還有的廚師喜歡做拼盤，雖然一個(gè)盤子里有幾種菜，但互相并不摻雜。這里不同的廚師恰似不同的沉積環(huán)境，不同的菜就好比單一巖性的沉積巖、混積巖和混積層系。

穩(wěn)定沉積與混合沉積的關(guān)系

如果把所有沉積環(huán)境看成一個(gè)連續(xù)演化的序列，那么它就是由一些僅適合某種巖石沉積的、穩(wěn)定的沉積環(huán)境和介于這些穩(wěn)定沉積環(huán)境之間的、適合混合沉積的過渡環(huán)境組成（圖1）。

混積作用顧名思義是指混合沉積作用，狹義的混積作用就是在同時(shí)適合兩種或多種類型沉積物沉積的環(huán)境中發(fā)生的沉積作用。如果把單一巖性的、“純”巖石的沉積環(huán)境看作是一些特定的點(diǎn)，混積作用環(huán)境就是這些點(diǎn)之間的過渡狀態(tài)。

圖1　混積巖與“純”巖石的關(guān)系模式圖

圖2　狹義混積巖形成的沉積環(huán)境演化模式圖

圖3　混積層序形成的沉積環(huán)境演化模式圖

實(shí)際上，混積巖或混合沉積作用并不否認(rèn)傳統(tǒng)沉積理論中關(guān)于碳酸鹽巖沉積條件的要求，畢竟在最適合單一巖性、“純”碳酸鹽巖沉積的穩(wěn)定的沉積環(huán)境下碳酸鹽巖的產(chǎn)率是最高的。而在陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)較多的環(huán)境中碳酸鹽巖的產(chǎn)率會(huì)大大降低。

形成一種單一巖性的、“純”的沉積巖需要特定的沉積環(huán)境，不同的“純”沉積巖要求的沉積環(huán)境的區(qū)別十分清楚，而混積巖、混積層序則要求沉積環(huán)境是處于過渡環(huán)境或者沉積環(huán)境在兩種穩(wěn)定環(huán)境之間快速變動(dòng)或跳躍?？傊?，混積巖的沉積條件最突出的特點(diǎn)是變化。但是在沉積巖演化序列不同位置上穩(wěn)定停留的時(shí)間不同形成不同類型的混積結(jié)構(gòu)：狹義混積巖、混積層序以及單一巖性的、“純”的沉積巖。

狹義混積巖的沉積環(huán)境演化模式

沉積環(huán)境演化大多數(shù)時(shí)間并不是勻速的演進(jìn)，這種速度變化的方式不同決定了形成的沉積巖類型的差別。狹義混積巖—即多種沉積物同時(shí)沉積形成的巖石，其沉積環(huán)境演化特征為從時(shí)間上在過渡（混積）環(huán)境持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)而在適合單一巖性“純”巖石沉積的穩(wěn)定沉積環(huán)境持續(xù)時(shí)間很短，這種演化速度變化方式有利于形成的狹義混積巖（圖2）。事實(shí)上至少應(yīng)該有兩大類這種混積巖，即碎屑巖與碳酸鹽巖的混積巖和碳酸鹽巖與化學(xué)巖的混積巖。

混積層系的沉積環(huán)境演化模式

與狹義混積巖的沉積演化模式相反，如果沉積環(huán)境的演化過程中在適合單一巖性的、“純”的沉積巖要求的穩(wěn)定沉積環(huán)境持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，在過渡環(huán)境持續(xù)時(shí)間很短，則主要沉積的是單一巖性的巖石，混積巖很少甚至可以忽略。另一種情況是在兩種或多種穩(wěn)定環(huán)境間跳躍，同樣是過渡環(huán)境很短，且跳躍式演化又周期很短，就會(huì)出現(xiàn)幾種巖性有規(guī)律地重復(fù)的韻律性沉積，這種情況就稱為混積層系（圖3）。

關(guān)于混合沉積現(xiàn)象的討論

混合沉積與非混合沉積現(xiàn)象類似于光（電磁波）的“波粒二象性”原理，混合沉積是其“波動(dòng)性”、“連續(xù)性”的表現(xiàn)，正如光可以表征為“光波”一樣；混積層系是“量子性”、“顆粒性”表現(xiàn)，就像光可以表征為“光子”一樣。因此混合沉積其實(shí)是“波粒二象性”的一種體現(xiàn)，符合自然界的普遍規(guī)律。

混積巖是人們觀察到的一種客觀現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)是沉積環(huán)境的過渡?；旆e巖是相對(duì)單一巖性的“純”巖石而言的，通常單一巖性的巖石沉積于持續(xù)穩(wěn)定的沉積環(huán)境，而混積巖沉積于不穩(wěn)定的、過渡的沉積環(huán)境中。當(dāng)一種沉積環(huán)境向另一種沉積環(huán)境過渡時(shí)，其快慢、長(zhǎng)短差異很大，在快速實(shí)現(xiàn)過渡的情形下，沉積表現(xiàn)為從一種單一巖性的巖石幾乎直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N單一巖性的巖石。反之，若過渡期較長(zhǎng)，過程緩慢，長(zhǎng)期處于過渡沉積環(huán)境，就會(huì)出現(xiàn)混積巖。從一種穩(wěn)定的沉積環(huán)境到另一種穩(wěn)定的沉積環(huán)境的過渡過程中，其沉積物的演化為：?jiǎn)我粠r性的沉積巖—不同比例的混積巖—另一單一巖性沉積巖。

自然界中沉積環(huán)境的變遷是普遍的現(xiàn)象，但從地質(zhì)歷史上的沉積物—沉積巖來(lái)看卻并不總是出現(xiàn)混積巖。沒有混積巖或者混積巖沒有保存下來(lái)的情況，可能是穩(wěn)定沉積環(huán)境的沉積速率遠(yuǎn)高于過渡環(huán)境，或者穩(wěn)定環(huán)境時(shí)間較長(zhǎng)，而過渡階段很短。俠義的混積巖發(fā)育的情況，可能是過渡環(huán)境持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且過渡環(huán)境的沉積物容易保存。混積層系發(fā)育的情況則是在某種特定的空間范圍內(nèi)，沉積環(huán)境隨時(shí)間反復(fù)變遷，并且這種變遷往往是由一種穩(wěn)定的沉積環(huán)境快速變遷到另一穩(wěn)定的沉積環(huán)境，中間過渡階段很短或過渡環(huán)境沉積物很少，這種在兩種或多種沉積環(huán)境間來(lái)回跳躍，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就形成了混積層系，典型代表之一就是有季節(jié)性水流注入的鹽湖沉積的鹽韻律。

如果把沉積巖看成一個(gè)系統(tǒng)，則碎屑巖、碳酸鹽巖、化學(xué)巖是其主要的一級(jí)子系統(tǒng)，通常所說(shuō)的混積巖是指在一級(jí)子系統(tǒng)之間的混積巖，如碎屑巖與碳酸鹽巖的混積巖、碳酸鹽巖與化學(xué)巖的混積巖（特別是混積層系）。但實(shí)際上在子系統(tǒng)之內(nèi)，如碎屑巖也可以看成一個(gè)由礫巖、砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)巖等二級(jí)子系統(tǒng)組成的演化序列，二級(jí)子系統(tǒng)之間的混合沉積雖然通常并不稱為混積巖，其實(shí)道理仍然是一樣的，這符合自然界普遍存在的分形原理。

鄭亞斌1杜秀娟2邊學(xué)會(huì)3

1.中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司；2.中石化石油勘探開發(fā)研究院；3.華港燃?xì)獗本┦聵I(yè)部

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.003