在本次宝鼎盆地晚三叠世含煤岩系研究中,层序的定义及体系域的划分采用 Exxon 公司 “Vail ”学派的观点,即层序是一套相对整合的、成因上有联系的地层单元,以不整合面及横向上可与之对比的整合面为界 (Van Wagoner et al.,1990) 。层序底界与层序内初始湖泛面之间的地层单元为低位体系域,初始湖泛面与最大湖泛面之间为湖侵体系域,最大湖泛面与层序顶界面之间为高位体系域。
4.2.1 层序界面的识别
层序界面在湖盆边缘通常表现为区域性不整合面或河道下切冲刷面,而在湖盆内部常为连续沉积的整合面。其识别的具体特征如下:
图4.1 宝鼎盆地层序界面特征Fig.4.1 Characteristics of sequence boundary in Baoding Basin
1) 区域不整合面和构造应力转换面: 早三叠世丙南组或晚二叠世玄武岩顶部与上覆大荞地组底部为一区域不整合界面,两者之间为平行不整合接触,其间有较长时期未接受沉积或遭受剥蚀 (图4.1 左) 。晚三叠世大荞地组与宝鼎组之间界面为一区域性构造应力转换面,下部大荞地组沉积期盆地以拉张应力为主,为受东部攀枝花断裂带控制的断陷盆地,自下而上拉张应力减弱,沉积物粒度变粗,为逆粒序盆地充填过程; 上部宝鼎组沉积期盆地以挤压应力为主,为大型拗陷盆地,自下而上挤压应力增强,沉积物粒度变细,为正粒序盆地充填过程 (图4.1 右) 。
2) 下切谷砂砾岩体发育: 伴随着湖平面相对下降,由河流回春作用形成的下切谷是层序界面的典型标志。下切谷充填沉积一般以叠置的厚层及透镜状砂砾岩体为特征,可根据下切谷砂体的规模及其垂向的叠置关系把层序界面处的下切谷沉积与次一级层序的河道砂岩区别开来。
3) 沉积相转换面: 一般是从湖盆水体变浅再变深的转换面,这是湖盆内缺乏下切谷充填砂体时或者在冲积平原河道间识别层序边界的重要标志。
4) 不整合面上的古土壤层: 古土壤层一般是基底暴露经成土作用形成的,古土壤在冲积平原河道间地区是识别层序界面的极好标志 (Aiken et al.,1995) ,如图4.2 所示。古土壤可根据以下特征予以识别: 垂向上颜色有规律地变化; 由下向上沉积构造逐渐消失,地层的硬结度逐渐减弱; 有植物根化石存在; 红色、紫红色泥岩中成壤钙结核存在;泥裂及泥质网状结构是地层暴露的标志; 黏土质泥岩中的伪背斜构造、棱柱状构造等土壤构造等 (杨利军等,2002; 何志平,2006; 窦建伟,1997) 。
图4.2 宝鼎盆地河道底部层序界面与河道间层序界面Fig.4.2 Sequence boundaries represented by the incised valley fill in the channel area and the paleosol in the interfluvial area in the Baoding Basin
5) 层序界面上、下地层颜色、岩性突变 (图4.3) : 如下三叠统丙南组与上三叠统大荞地组之间,界面之下为干旱气候形成的滨海平原紫红色砂泥岩,界面之上为温暖潮湿气候形成的灰色煤系。又如宝鼎组与下侏罗统冯家河组之间,界面之下为灰色含煤岩系,界面之上为紫红色内陆干旱气候形成的非煤系。
6) 在界面上下电性特征发生突变: 如 GR 曲线及视电阻率曲线在界面上、下有显著差异,GR 值快速减小、视电阻率快速增大部位一般可能发育层序界面 (图4.4) 。
图4.3 宝鼎盆地上、下地层颜色突变型层序界面ig.4.3 Sequence boundary reflected by color change in the Baoding Basin
图4.4 宝鼎盆地河道底部层序界面与河道间层序界面的测井曲线特征Fig.4.4 Characteristics of the logging curves at the sequence boundaries represented by the incised valley fill in the channel area and the paleosol in interfluvial area in the Baoding Basin
4.2.2 初始湖泛面的识别
初始湖泛面理论上为湖水体首次漫过坡折带或漫过低位下切谷所形成的湖泛面。其识别特征如下:
1) 一般将河道下切谷砂砾岩之上覆盖的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等细粒岩石的底面定为初始湖泛面 (图4.5 左) ; 对于多个河道叠置的组合情况,一般将单河道砂岩厚度由向上变厚转为向上变薄的转折点定为初始湖泛面 (图4.5 右,图4.5 左) 。
2) 在没 有河 道 发 育 的地带,初 始 湖 泛 面 与 层序 界 面 重 合,此 时 古 土 壤 可 能 比 较发育。
3) 在测井曲线上一般把首次出现 GR 值快速增大、视电阻率快速减小的位置定为初始湖泛面。
图4.5 宝鼎盆地三角洲平原与湖泊过渡带对称型层序特征Fig.4.5 Characteristics of symmetric fourth-order sequence in the transitional area between delta plain and lacustrine in Baoding Basin
4.2.3 最大湖泛面的识别
该界面为一个基准面旋回内基准面或可容空间速率增加最快、水体最深时形成的沉积面。其识别特征如下:
1) 在一套向上变细、变深的沉积序列中,代表最深的岩相一般为滨浅湖相泥岩、粉砂质泥岩,这样的岩性一般以相对较大的厚度出现时,可将其底面作为最大湖泛面的位置。
2) 最深的岩性岩相若在剖面上重复出现,那么在厚度上向上变到最厚的一个层位的底面时即为最大湖泛面的位置。
3) 最大湖泛面上的沉积物在测井曲线 上主要 表 现 为 (张 占 松,2000; 李 凤杰 等,2003) : ①高 GR; ②低自然电位、尖峰状高阻、高密度、高声波 (为薄层钙质泥页岩或灰岩反映) ; ③低自然电位、低电阻标志层 (反映比较纯的海或湖相泥岩的存在) ; ④位于向上变细的测井响应到向上变粗的测井响应的拐点处 (反映相对水平面上升至最大后转为下降的趋势) 。
图4.6 宝鼎盆地三角洲平原非对称型层序特征Fig.4.6 Characteristics of asymmetric fourth-order sequence in the delta plain setting of the Baoding Basin
在本次研究中,最大湖泛面位置具有以下特征: ① 测井曲线上为自然伽马值最大、电阻率最小的湖相泥岩位置或全区发育煤层的顶板; ② 往往位于沉积物由向上变细到向上变粗的序列的转折处,也就是沉积物堆积方式由退积到加积或进积的转折点 (图4.6,图4.7) 。
根据以上层序界面识别原则,结合研究区层序界面特征,首先根据区域不整合面和区域构造应力转化面将宝鼎盆地晚三叠世含煤岩系划分为两个二级层序 (SⅡ1 和 SⅡ2) ,分别对应于下部的大荞地组和上部的宝鼎组; 下部 SⅡ1 进一步识别出 4 个三级层序界面和 12 个四级层序界面,将研究区大荞地组主要含煤地层划分为 3 个三级层序、11 个四级层序; 上部 SⅡ2 进一步识别出 5 个三级层序界面,将上部宝鼎组划分为 4 个三级层序。根据大荞地组所含植物群的时代分布,将大荞地组地质时代确定为晚三叠世早、中期即晚三叠世卡尼期至诺利早期,延续了大约 14.7Ma,划分的每个三级层序延续的时间大约为4.9Ma,四级层序延续的时间大约为 1.3 Ma; 而上部宝鼎组每个三级层序延续的时间大约为 7.25Ma (四川省地质矿产局,1991; 马玉孝,2001; 徐仁等,1999) 。
宝鼎盆地晚三叠世含煤岩系层序地层格架如图4.8 所示。
图4.7 宝鼎盆地辫状河、冲积扇沉积体系层序特征Fig.4.7 Characteristics of fourth-order sequence in the braid river and alluvial fan system in the Baoding Basin
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