徐錦龍,洪天求

(1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽 合肥 230009)

四川江油馬角壩地區(qū)上石炭統(tǒng)層序地層研究

徐錦龍1,洪天求2

(1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽 合肥 230009)

應(yīng)用露頭層序地層學基本原理和方法、結(jié)合碳酸鹽巖微相、古生物學、成巖作用、沉積相和沉積事件等理論，對江油馬角壩地區(qū)上石炭統(tǒng)碳酸鹽巖地層進行了露頭層序地層研究。研究表明，研究區(qū)晚石炭世為典型的陸表海沉積，地形平坦，地殼下降相對緩慢，海水較淺，沉積物界面與海平面接近，主體為碳酸鹽巖開闊臺地和淺灘沉積環(huán)境。水體主體深度為0～50m，為低幅高頻低速的海平面變化。根據(jù)沉積層序界面的露頭和鏡下標志，共劃分出7個三級層序，反映了研究區(qū)晚石炭世具有7次相對較大的海平面升降旋回。發(fā)育TST和HST，普遍缺失LST，局部CS難以識別。平均每個層序時限約為2.7Ma，并伴隨著多次四級、五級乃至高頻海平面變化，共同組成了研究區(qū)簡單而復(fù)雜的碳酸鹽巖地層格架。動力機制主要源于晚古生代冰川型全球海平面變化，其原因可能為晚古生代冰期(大洋水體積的周期型變化或大陸冰蓋的增長和衰減)和風暴事件共同作用的結(jié)果，同時受到古地形、物源和沉積物供應(yīng)量變化的制約。其中，CSQ1、CSQ3和CSQ4對應(yīng)的海平面變化幅度較大，海平面變化速率主要為突發(fā)性的快遞上升到緩慢下降或緩慢上升到相對下降的特點。CSQ2、CSQ5、CSQ6和CSQ7對應(yīng)的海平面變化幅度不大，為緩慢上升和緩慢下降的特點。

層序地層；上石炭統(tǒng)；海平面變化；江油馬角壩地區(qū)

層序地層學作為一種新興的具有完整理論體系的劃分、對比和分析沉積地層的新方法，為精確的地層劃分、對比、巖相古地理再造和油氣勘探提供了新理論和新方法，已成為油氣勘探的重要理論和手段之一[1]。層序地層學起源于海相地層，主要受控于構(gòu)造沉降、海平面升降、沉積物供給和氣候四大因素，相互制約著層序的形成。碳酸鹽巖作為重要的海相地層之一，也是目前油氣勘探的主攻方向，其層序地層研究還相對薄弱。有關(guān)沉積層序級別劃分、海平面變化驅(qū)動機制和不同相帶間層序?qū)Ρ确矫妫源嬖谥S多不同認識。

本文采用露頭層序地層學原理和方法、結(jié)合碳酸鹽巖微相、古生物學、成巖作用、沉積相和沉積事件等理論，在詳細的沉積學研究和精細的地層劃分與對比基礎(chǔ)上，對江油馬角壩地區(qū)3條主干剖面上石炭統(tǒng)碳酸鹽巖地層進行了露頭層序地層研究。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于龍門山推覆構(gòu)造帶的北段，石炭紀處于揚子板塊的西緣半封閉海灣環(huán)境(圖1)，發(fā)育一套以局限-半局限臺地、開闊臺地相為主的碳酸鹽巖沉積[2]。上石炭統(tǒng)發(fā)育齊全，出露良好，化石豐富，是研究四川盆地乃至上揚子地區(qū)晚石炭世沉積特征的經(jīng)典地區(qū)之一。上石炭統(tǒng)沉積類型以碳酸鹽巖為主，顏色淺、巖相分異和層序界限不明顯，三級、四級和五級層序發(fā)育良好，為該區(qū)層序地層研究帶來一定的困難。近年來，不少學者對此開展了工作，并取得了豐富的成果，張遴信[3]和王治平，葉干[4]對蜓和珊瑚類進行了較全面的總結(jié)；楊劍[5]對江油匡南地區(qū)的巖石地層進行了重新劃分；方少仙等[6]和馮增昭等[7]曾對沉積古地理進行了較全面的研究；覃建雄等[2]、李儒峰等[8]和梅冥相等[9]對龍門山地區(qū)石炭系層序地層進行了研究；王增吉[10]以底棲腕足類、珊瑚及蜓類為主體,建立了上石炭統(tǒng)可進行區(qū)域?qū)Ρ鹊幕M合帶。筆者根據(jù)生物化石組合的特點，將研究區(qū)上石炭統(tǒng)劃分為黃龍組和船山組下段，石炭系-二疊系界線位于小獨山階之頂。以上研究成果為本次工作奠定了基礎(chǔ)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造區(qū)劃及所研究剖面位置圖[11]

Fig.1 Tectonic setting of the measured sections in the Majiaoba region, Jiangyou, Sichuan (modified from Li Guohua et al., 2003)

石炭-二疊系界線問題歷來爭論較大，結(jié)合最新的研究成果認為Pseudoschwagerina的首次出現(xiàn)[12-14]作為二疊系的開始。由于本區(qū)未進行精確的生物地層界線的研究，因此本研究結(jié)合揚子區(qū)和全球小獨山階的特點，以小獨山階與紫松階之間的碳酸鹽巖遭受到明顯的淡水淋濾作用，以兩者的整合(雙龍剖面)或平行不整合(沉水剖面)即核形石灰?guī)r的消失作為石炭-二疊系界線。

2 三級層序的劃分依據(jù)

20世紀70年代后期至80年代前期，Vail 等[15-16]在地震地層學基礎(chǔ)上創(chuàng)立起來的一門新的地層學分支科學。層序是層序地層學研究的基本單元，指在一定年代地層格架內(nèi)，由一個成因上相關(guān)、內(nèi)部相對整合連續(xù)的地層單元，其頂、底被不整合面或與之相對應(yīng)的整合面所限定、重復(fù)出現(xiàn)并有成因聯(lián)系的、限制的巖石地層組合[15]。不同地區(qū)局部受到的沉積條件(構(gòu)造升降、全球性海平面變化沉積物供應(yīng)以及氣候)的差異(非勻速和不等幅)[17-18]，將影響其控制的沉積層序，進而導致各地沉積層序存在一定的差異，即便在同一盆地的不同位置也不盡相同。

三級層序是層序地層學研究的主要對象和基本層序地層單位，是一套以不整合或可與其對比的整合界面為界，相對統(tǒng)一、彼此有成因關(guān)系的地層[19]，其平均時限延續(xù)約為2～5 Ma，在層序地層學研究和開展全球性對比中具有特別重要的意義[18、20]。同時，它又是一個爭議較多的層序地層單位；Goldhammer等[21]認為是1～10Ma，Vail等[20]提出為1～5Ma，Mitchum等[22]和van Wagoner等[23]認為是1～3Ma?？偟内厔菔菚r代自老至新時限逐漸變短，但不明顯?？傊?，三級層序所限定的時限較長(1～10 Ma，筆者認為2～5Ma更為合適)，就其原因可能與古地理條件、沉積物補給以及區(qū)域性構(gòu)造運動的影響和疊加有關(guān)，不恰當?shù)淖R別也可能是造成其時限變化較大的一個重要因素。

在地質(zhì)發(fā)展歷史中，石炭紀是聯(lián)合古陸(Pangea)形成的重要轉(zhuǎn)折時期。層序地層學的研究對于認識石炭紀的沉積盆地演化、古地理格局和全球區(qū)域?qū)Ρ染哂兄匾饬x[2、8、24-27]。中國南方石炭系可劃分為兩個二級層序，上石炭統(tǒng)命名為SS11，主要由羅蘇階、滑石板階、達拉階和小獨山階與早二疊世的紫松階組成。上揚子地區(qū)的上石炭統(tǒng)在大部分地區(qū)發(fā)育齊全，不同地區(qū)可識別出3～6個三級層序。如川滇黔桂地區(qū)可識別4個三級層序[26]，滇黔桂盆地及其鄰區(qū)可識別出3個三級層序[27]；滇西南地區(qū)可劃分為5個三級層序；黔南地區(qū)可劃分為6個三級層序[28]。而王鴻禎則指出，上石炭統(tǒng)可劃分為14個三級層序，時限為2.36Ma(老上石炭統(tǒng)劃分方案，新方案使得晚石炭世由33Ma變?yōu)?9Ma)。以上差異的形成不僅與其所處的古地理位置差異(缺失部分層序)有關(guān)，還與層序級別劃分、確定層序的標準、不同相帶間層序?qū)Ρ?、三級層序的界面和時間延續(xù)等方面的認識有密切的關(guān)系[29-31]。

根據(jù)馬永生等的研究[1]，上石炭統(tǒng)相當組之間，其三級層序單元也存在較大的差異：廣西那坡大坡躍石炭系馬平組可劃分為5個三級層序；云南懂有石炭系馬平組可劃分為4個三級層序；貴州獨山鐵坎石炭系馬平組可劃分為3個三級層序。

總之，三級層序認識上不確定的原因主要是層序級別劃分、確定層序的標準、不同相帶間層序?qū)Ρ?，三級層序界面和時間延續(xù)等方面存在一定的差異[29-31]。因此，如何正確識別三級層序就成為層序地層學研究的關(guān)鍵，而層序劃分的關(guān)鍵是有關(guān)界面的識別，包括層序的底界面、初始海泛面和最大海泛面。其中最為重要的是層序底界面的識別，這是層序劃分的基礎(chǔ)和前提。

3 沉積層序劃分及其特點

三級層序是層序地層學研究的主要對象，層序內(nèi)體系域的劃分關(guān)鍵是識別和確定初始海泛面(ffs)和最大海泛面(mfs)，從而確定層序邊界及其內(nèi)部的沉積體系域。研究區(qū)晚石炭世構(gòu)造運動不強烈，海平面升降較為頻繁，但升降幅度不大，整體處于碳酸鹽臺地相區(qū)[2]，主要發(fā)育海侵體系域(TST)和高水位體系域(HST)，局部發(fā)育低水位體系域(LST)。

覃建雄等[2]對該區(qū)石炭系進行了層序地層研究，提出上石炭統(tǒng)包括4個三級層序，其中威寧組2個，馬平組2個(包括紫松階一個三級層序)，即馬角壩地區(qū)上石炭統(tǒng)僅發(fā)育3個三級層序，層序時限5～11.5Ma。馬永生等[1]對揚子地區(qū)石炭系進行了層序地層對比研究，顯示該區(qū)存在5個三級層序。江油馬角壩地區(qū)上石炭統(tǒng)以厚度薄、顏色淺、巖性差異小為特征，給三級層序的劃分帶來了一定的困難，使得在三級層序劃分過程中對層序邊界的確定存在一定的差異。傳統(tǒng)的露頭層序地層學方法可能對層序關(guān)鍵界面、體系域特征的識別帶來局限，必須結(jié)合碳酸鹽巖微相、古生物學、成巖作用等多學科知識，探討該地區(qū)的層序地層格架。

3.1 層序邊界的確定

陸表海盆沉積層序邊界有Ⅰ型層序邊界和Ⅱ型層序邊界。Ⅰ型層序邊界是海平面相對下降造成陸上或水下侵蝕作用，具有很好的等時性，是層序地層劃分的基礎(chǔ)。其識別標志有地表或海底侵蝕、地層上超、巖性巖相及古生物突變和區(qū)域可對比性等。在研究區(qū)常表現(xiàn)為沉積間斷、古風化殼、假整合面和暴露面，即古風化殼，從長溝組灰色泥質(zhì)灰?guī)r到黃龍組紫紅色粉砂巖的過渡(CSQ1/C1界線)；黃龍組下段鳥眼-窗格構(gòu)造和溶蝕孔裂隙等淺水暴露標志(CSQ2/CSQ1界線)；黃龍組與船山組之間的含鮞粒巖屑顆?；?guī)r，陸緣石英磨圓度極好，局部含量可達60%，顯示了離陸緣很近的暴露標志(CSQ5/CSQ4界線)；船山組下段與船山組上段的淡水成巖作用(P1/CSQ7界線)。

Ⅱ型層序邊界表現(xiàn)為上下地層之間為整合接觸，巖性、巖相和古生物呈漸變過渡，海平面也呈過渡變化。在研究區(qū)的表現(xiàn)形式主要為巖性漸變過渡和沉積環(huán)境的過渡(CSQ4/CSQ3、CSQ5/CSQ4、CSQ6/CSQ5等界線)。

3.2 層序中的地層界面

層序內(nèi)劃分體系域的關(guān)鍵是識別和確定初始海泛面和最大海泛面。

初始海泛面為海侵體系域與下伏低水位體系域的物理界面，通常表現(xiàn)為一個非常明顯的副層序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面，下部為進積到加積的副層序組，上部為退積副層序組。研究區(qū)一般不發(fā)育低水位體系域，使得初始海泛面與層序邊界重合，表現(xiàn)為巖性漸變面(生物碎屑顆粒灰?guī)r與核形石顆?；?guī)r轉(zhuǎn)換面)和沉積環(huán)境突變面(開闊臺地與臺地邊緣淺灘漸變過渡)。

最大海泛面指海平面上升速率變緩，趨于相對穩(wěn)定，達到最大海侵時的沉積物界面，是沉積層序中唯一的等時面，為高水位體系域與下伏海侵體系域的物理界面。研究區(qū)的表現(xiàn)形式主要是薄層生物碎屑粒泥灰?guī)r、灰土黃色泥巖、泥灰?guī)r與泥巖組成的瘤狀層等。

4 層序地層分析

根據(jù)露頭層序地層原理，主要考慮層序關(guān)鍵界面、體系域特征、層序區(qū)域追蹤對比性，并通過對巖石地層、生物地層、微相和成巖作用的研究，將馬角壩地區(qū)上石炭統(tǒng)劃分出7個三級層序，分別命名為CSQ1-CSQ7。上述7個三級層序反映研究區(qū)晚石炭世具有7次相對較大的海平面升降旋回，若以晚石炭世(318～299Ma)19Ma計，平均每個層序約為2.7Ma，這與三級層序平均時間延續(xù)約為2～5 Ma大致相當[20、18、22-23]，與上揚子川滇黔桂地區(qū)[26-27、30]可能存在一定的差異，其原因可能為層序級別劃分、確定層序的標準不一致所致。

在淺水陸表海和克拉通盆地構(gòu)造背景下，沉積層序的底部大部分以海侵體系域開始(低水位體系域僅部分層序存在)，其上為高水位體系域。通過對馬角壩地區(qū)典型剖面的觀測研究，建立了該地區(qū)上石炭統(tǒng)層序地層格架(圖2)，主要表現(xiàn)為黃龍組含4個三級層序(羅蘇階1個、滑石板階1個和達拉階2個)和船山組下段含3個三級層序(小獨山階)，其中每個三級層序又可細分為若干個四～五級或高頻層序和準層序，其劃分依據(jù)和特征如下。

4.1 第一層序CSQ1

對應(yīng)的巖石地層單位為黃龍組下段下部。以灰白色生物碎屑灰?guī)r夾兩套紫紅色風暴巖組成一個三級層序。

層序底界面：位于早晚石炭世之間的平行不整合。該平行不整合是早石炭世末本區(qū)發(fā)生大規(guī)模海平面下降而遭受陸上暴露的標志，屬Ⅰ型層序界面。

低水位體系域:由臺緣潮坪相紫紅色鐵泥質(zhì)粉砂巖組成，僅見于江村剖面，具明顯的沖刷界面(覃建雄等[2]認為其為臺緣斜坡相塌積巖)。在雙龍水泥廠剖面為暗紫紅色中層狀含巖屑泥質(zhì)灰?guī)r。

初始海泛面：以灰白色中層生物碎屑粒泥灰?guī)r和灰泥球粒灰?guī)r為主，代表晚石炭世滑石板階海侵的開始。

海侵體系域：滑石板階早期，由于海平面的上升，沉積了灰白色厚層生物碎屑泥?；?guī)r、生物碎屑顆?；?guī)r和包殼生物碎屑顆?；?guī)r，富含窄鹽度的有孔蟲、腕足類和棘皮動物等化石，屬于追上型碳酸鹽巖臺地，形成退積型沉積序列。

最大海泛面：以一套風暴巖代表一次大規(guī)模突發(fā)性的海侵事件的發(fā)生。底部的灰綠色介殼灰?guī)r與紫紅色含礫生物碎屑灰?guī)r組成的滯留層代表最大海泛面。同時，見海綠石，使得介殼層呈現(xiàn)灰綠色，底部見沖刷構(gòu)造。

高水位體系域：以灰白色厚層生物碎屑灰?guī)r、集合粒顆?；?guī)r、礫屑灰?guī)r等為特征，含大量的蜓、非蜓有孔蟲、棘皮動物、刺毛珊瑚和藻類等化石。同時，中間發(fā)育一套近源極淺水風暴巖。該層序高水位體系域總體處于開闊臺地或臺地邊緣環(huán)境中，碳酸鹽巖產(chǎn)率一般，發(fā)育追上型碳酸鹽巖沉積，晚期又演變成滯后型碳酸鹽巖沉積，形成進積-加積型沉積序列。

4.2 第二層序CSQ2

對應(yīng)的巖石地層單位為黃龍組下段上部。以灰白色生物碎屑灰?guī)r和頂部兩套風暴巖組成一個三級層序。

層序底界面：位于滑石板階上下部之間的暴露面，可見底部大量的紫紅色風化殼泥巖，屬Ⅰ型層序界面。

初始海泛面：本區(qū)缺乏低水位體系域，因此，初始海泛面與層序邊界重合，表現(xiàn)為短暫的暴露面。以灰白色厚層生物碎屑灰?guī)r的出現(xiàn)作為海侵的開始。

海侵體系域：以灰白色-淺灰色厚層生物碎屑泥粒-顆粒灰?guī)r為特征，生物碎屑破碎嚴重，常被泥晶套包裹。碳酸鹽巖沉積速率快，屬于追上型碳酸鹽巖臺地，形成退積型沉積序列。。

最大海泛面：以淺灰色厚層生物碎屑顆?；?guī)r中見大量的黃鐵礦顆粒作為最大海泛面。

高水位體系域：以紫紅色礫巖產(chǎn)出，位于氧化面以上，發(fā)育生物碎屑顆?；?guī)r和包殼生物碎屑顆?；?guī)r。同時可見粗-細-粗和細-粗的粒序?qū)永?，整體表現(xiàn)為淺水的風暴沉積層序，主要表現(xiàn)為一個海退旋回。沉積水體較淺，為滯后型碳酸鹽巖臺地沉積，形成進積-加積型沉積序列。

圖2 江油市馬角壩地區(qū)上石炭統(tǒng)剖面微相特征、微相類型、沉積環(huán)境及層序特征綜合柱狀圖

Fig.2 Generalized column showing sedimentary microfacies, environments and sequence stratigraphy of the Upper Carboniferous strata in the Majiaoba region, Jiangyou, Sichuan

4.3 第三層序CSQ3

相對應(yīng)的巖石地層單位為黃龍組中段。以灰白色厚層生物碎屑灰?guī)r組成一個三級層序。

層序底界面：位于滑石板階與達拉階之間平行不整合面，屬Ⅰ型層序界面。

初始海泛面：本區(qū)缺乏低水位體系域，因此，初始海泛面與層序邊界重合，可能表現(xiàn)為短暫的暴露面。以灰白色厚層生物碎屑灰?guī)r的出現(xiàn)作為海侵的開始。

海侵體系域：灰白色厚層生物碎屑泥粒-顆?；?guī)r和放射鮞粒顆?；?guī)r形成的局限-開闊-局限臺地組成海侵體系域。富含蜓、非蜓有孔蟲、腕足類和藻類化石。反映了一種中低能半局限臺地環(huán)境。富顆粒相和貧灰泥相特征顯示了一種相對追上型碳酸鹽巖臺地沉積，形成退積型沉積序列。

最大海泛面：以灰白色厚層生物碎屑顆?；?guī)r夾一層20cm的黃綠色泥巖(凝縮段)作為最大海泛面。

高水位體系域：由淺灰色厚層灰泥石灰?guī)r、生物碎屑粒泥灰?guī)r-灰白色厚層包殼生物碎屑顆?；?guī)r的變化表明海平面緩慢上升，物源豐富，碳酸鹽巖產(chǎn)率高，發(fā)育追上型碳酸鹽巖沉積，形成加-進積型沉積序列。

4.4 第四層序CSQ4

相對應(yīng)的巖石地層單位為黃龍組上段。以灰白色厚層灰泥石灰?guī)r和生物碎屑顆?；?guī)r和鮞粒-砂屑灰?guī)r組成一個三級層序。

層序底界面：位于上、下達拉階內(nèi)部整合面，未露出地表，以淺灘相的包殼生物碎屑顆粒灰?guī)r向灰泥石灰?guī)r轉(zhuǎn)變的分界面作為海侵的開始，屬于Ⅱ型層序界面。

初始海泛面：本區(qū)缺乏低水位體系域，因此，初始海泛面與層序邊界重合，表現(xiàn)為整合面。以灰白色厚層生物碎屑灰?guī)r的出現(xiàn)作為海侵的開始。

海侵體系域：灰白色厚層灰泥石灰?guī)r和生物碎屑粒泥灰?guī)r形成的局限-開闊臺地作為海侵體系域。蜓、非蜓有孔蟲的含量不足25%，富灰泥相，表明海平面上升較快，沉積物堆積速率較慢，沉積物不足以充填海平面上升產(chǎn)生的可容空間，屬于滯后型碳酸鹽巖臺地，形成退積型沉積序列。

最大海泛面：本層序最大海泛面位置不詳，初步以灰白色生物碎屑粒泥灰?guī)r的消失作為最大海泛面。

高水位體系域：由淺灰色厚層生物碎屑顆?；?guī)r組成的開闊臺地向鮞粒-砂屑顆粒灰?guī)r組成臺地邊緣淺灘的演化，沉積物不足以充填海平面上升產(chǎn)生的可容空間，屬于滯后型碳酸鹽巖臺地，形成向上變淺的進積型層序序列。

4.5 第五層序CSQ5

相對應(yīng)的巖石地層單位為船山組下段下部。在馬角壩地區(qū)沉水剖面，14套灰白色生物碎屑顆粒泥粒-顆?；?guī)r-核形石顆?；?guī)r組成的韻律層可能構(gòu)成了CSQ5、CSQ6和CSQ7，對其層序的劃分較難，有待進一步的地化數(shù)據(jù)進行證實。在馬角壩地區(qū)雙龍剖面，三級層序界限清晰，現(xiàn)主要以其沉積特征進行詳細的層序地層分析。

CSQ5以淺灰色、灰白色生物碎屑顆?；?guī)r組成一個三級層序。

層序底界面：可能為黃龍組和船山組平行不整合面，晚石炭世發(fā)生小規(guī)模的海平面下降，導致形成陸上暴露標志。以黃色、紫紅色鐵質(zhì)砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為特征，常呈透鏡狀，分布極不穩(wěn)定，中間夾厚約1m的透鏡狀淺灰色厚層生物碎屑泥?；?guī)r，見陸源石英和蜓類化石，屬Ⅰ型層序界面。

低水位體系域:由潮坪相黃色、紫紅色鐵泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，僅見于雙龍剖面，具明顯的沖刷界面。在沉水剖面表現(xiàn)為暗紫紅色中層狀含鮞粒巖屑顆?；?guī)r。

初始海泛面：以淺灰色厚層-塊狀生物碎屑泥粒-顆?；?guī)r夾泥巖斑塊為主，代表晚石炭世小獨山階海侵的開始。

海侵體系域：以淺灰色厚層-塊狀生物碎屑泥粒-顆?；?guī)r為主，見不同程度的鋁土質(zhì)泥巖斑塊。生物碎屑含量特別高，主要為雙殼類、海百合、有孔蟲和蜓類。以上特征表明，該時期沉積水體較淺，生物種屬豐富，物源豐富，為臺地邊緣相沉積，屬于追上型碳酸鹽巖臺地，形成退積型沉積序列。

最大海泛面：以灰黃色鋁土質(zhì)泥巖和淺灰色薄層灰泥石灰?guī)r夾生物碎屑泥?；?guī)r條帶為特征，泥巖不穩(wěn)定，常變化為灰?guī)r間的夾層，見褐灰色斑點(黃鐵礦風化斑點？)，可能屬于較深水環(huán)境。

高水位體系域：以灰白色厚層生物碎屑顆粒灰?guī)r和生物碎屑泥?；?guī)r為特征，含大量的蜓、非蜓有孔蟲、棘皮動物、雙殼類和藻類等化石。以上特征表明，該時期沉積水體極淺，富含生物碎屑、亮晶膠結(jié)，為臺地邊緣淺灘沉積，屬于向上變淺的進積型層序。局部呈現(xiàn)多個生物碎屑顆粒-核形石泥粒-顆?；?guī)r的旋回層，似正粒序，中間無明顯界限，可能指示了四、五級層序乃至高頻層序格架。

4.6 第六層序CSQ6

相對應(yīng)的巖石地層單位為船山組下段中部。以淺灰色、灰白色生物碎屑顆粒-核形石顆?；?guī)r組成一個三級層序。

層序底界面：位于上、下小獨山階內(nèi)部整合面，未露出地表，以淺灘相的生物碎屑顆粒灰?guī)r向核形石泥?；?guī)r-顆?；?guī)r漸變過渡，屬Ⅱ型層序界面。

初始海泛面：本區(qū)缺乏低水位體系域，因此，初始海泛面層序邊界重合，表現(xiàn)為整合面。以多個生物碎屑顆粒-核形石泥粒-顆?；?guī)r的旋回層的出現(xiàn)為標志，中間無明顯界限。

海侵體系域：以淺灰、灰白色厚層生物碎屑顆?；?guī)r-核形石顆粒灰?guī)r為特征，富含有孔蟲、蜓類、棘皮動物和雙殼類化石。以上特征表明沉積水體較淺，沉積物堆積速率較慢，為臺地邊緣淺灘沉積，屬于退積型碳酸鹽巖臺地。

最大海泛面：以灰色薄層狀灰泥石灰?guī)r的出現(xiàn)為界，局部形成生物碎屑粒泥灰?guī)r與灰泥石灰?guī)r形成的似瘤狀灰?guī)r，見少量有孔蟲和蜓類化石，可能為較深水開闊臺地環(huán)境。

高水位體系域：由灰白色厚層含核形石生物碎屑顆?；?guī)r和核形石顆?；?guī)r為特征，核形石致密，呈正粒序。核形石的同心紋層明顯，局部可達15mm×21mm。生物碎屑分布于核形石間隙內(nèi)，亮晶膠結(jié)，富含有孔蟲、蜓類、棘皮動物和雙殼類化石，局部呈定向分布，其特征表明其為臺地邊緣淺灘環(huán)境，可能為進積型碳酸鹽巖臺地。

4.7 第七層序CSQ7

相對應(yīng)的巖石地層單位為船山組下段上部，以淺灰色、灰白色生物碎屑顆粒-核形石顆?；?guī)r組成一個三級層序。

初始海泛面：本區(qū)缺乏低水位體系域，因此，初始海泛面常與層序邊界重合，表現(xiàn)為整合面。以多個生物碎屑顆粒-核形石泥粒/顆粒灰?guī)r的旋回層的出現(xiàn)為標志，中間無明顯界限。

海侵體系域：以淺灰、灰白色厚層生物碎屑顆?；?guī)r和核形石顆粒灰?guī)r夾零星鋁土質(zhì)泥巖斑塊為特征，向上變?yōu)樯锼樾剂Ｄ嗷規(guī)r。底部富含有孔蟲、蜓類、棘皮動物和雙殼類化石，頂部生物含量明顯減少。以上特征表明沉積水體由淺變深，沉積物堆積速率較慢，為臺地邊緣淺灘向開闊臺地環(huán)境沉積過渡，屬于退積型碳酸鹽巖臺地。

最大海泛面：以淺灰?guī)ё霞t色生物碎屑粒泥灰?guī)r，富含黃鐵礦為特征，可能屬于相對較深開闊臺地環(huán)境。

高水位體系域：淺灰色帶紅色生物碎屑顆?；?guī)r、核形石顆?；?guī)r，局部重結(jié)晶作用較強，表現(xiàn)為粗晶白云巖，含腕足類、蜓類、有孔蟲等化石。以上特征表面沉積水體極淺，受淡水淋濾作用影響明顯，重結(jié)晶作用和白云石化作用明顯，屬于臺地邊緣相環(huán)境，可能為進積型碳酸鹽巖臺地。

綜合所述，研究區(qū)上石炭統(tǒng)可劃分為7個三級層序，其沉積環(huán)境主要為開闊臺地和臺地邊緣淺灘環(huán)境，這與Vail[15]認為三級層序時限范圍是1～5Ma基本吻合。其中黃龍組下段時代近似為羅蘇階和滑石板階，相當于Bashkirian(318.1～311.7 Ma)階，時限6.4Ma，見兩個三級層序，每個級層序的時限約為3.2Ma；黃龍組上段時代近似為達拉階，相當于Moscovian(311.7～306.5 Ma)階，時限4.8 Ma，見兩個三級層序，每個三級層序時限約為2.4Ma；船山組下段時代近似為小獨山階，相當于Kasimovian和Gzhelian(306.5～299.5 Ma)階，時限7.0 Ma，見3個三級層序，每個三級層序的時限約為2.3Ma。以上7個三級層序顯示以下特征：

(1)低水位體系域常以黃色鋁土質(zhì)泥巖、紫紅色泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖和灰色含鮞粒巖屑顆?；?guī)r為特征，沖刷界面較清晰，陸源石英和巖屑較多，生物含量較少，存在一定程度的沉積間斷，整體為潮坪和局限臺地環(huán)境。

(2)海侵體系域常以生物碎屑泥粒灰?guī)r、生物碎屑粒泥灰?guī)r和生物碎屑顆?；?guī)r為特征，為明顯的退積型副層序組?？梢娒黠@的海平面上升過程，生物碎屑類型豐富、含量高，泥質(zhì)含量中等，整體為開闊臺地-臺地邊緣生物灘環(huán)境。

(3)凝縮層見于TST上部，局部不易區(qū)分，常以淺灰色、灰色薄層灰泥石灰?guī)r、含生物碎屑灰泥石灰?guī)r、生物碎屑粒泥灰?guī)r、鋁土質(zhì)泥巖和似瘤狀灰?guī)r組成。內(nèi)部含保存完整的原地生物化石，主要為腕足類和有孔蟲為主，局部黃鐵礦發(fā)育，反映了最大海泛面。顏色深、薄層狀，生物含量少，為TST退積型和HST加積-進積型副層序組的轉(zhuǎn)換面。

(4)高水位體系域常為臺地邊緣淺灘和生物碎屑灘環(huán)境、主要以生物碎屑顆粒灰?guī)r和核形石顆?；?guī)r等為主，局部見淡水淋濾作用，少量白云石化，向?qū)有蝽?，淡水淋濾作用更明顯，為加積-進積型副層序組。見多個生物碎屑灰?guī)r-核形石灰?guī)r旋回層，可能代表了多次的四、五級層序海平面變化旋回。

(5)Ⅰ型層序界面常見沉積間斷，表現(xiàn)為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、潮坪相黃色泥巖和淡水淋濾的灰?guī)r和沖刷界面，界面之上緊接TST。Ⅱ型層序界面常為整合界面，表現(xiàn)為生物碎屑灰?guī)r與核形石灰?guī)r等巖性轉(zhuǎn)換面，為HST進積型-TST退積型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面。

5 沉積層序與海平面變化規(guī)律

研究區(qū)7個三級層序反映了晚石炭世具有7個較大的海平面升降旋回，平均每個旋回約為2.3～3.2Ma，與Vail[20]三級層序平均時間延續(xù)約為2～5 Ma大致相當，與川滇黔桂地區(qū)石炭紀三級層序時限基本一致[26、30]。研究區(qū)的沉積相和海平面相對變化曲線反映7個較大的海平面變化旋回，其成因可能與全球冰蓋的增長和衰減及洋中脊的變化有關(guān)。

CSQ1所對應(yīng)的海平面升降，為晚石炭世的海侵開始，瞬間升降幅度最大，發(fā)生了兩次較大的風暴沉積，沉積深度可能達到風暴浪基面附近，見介殼堆積層，沉積速率較大，可能沉積時限最短。其對北川茨子婭和江油馬角壩地區(qū)影響較大，主體為風暴沉積，海平面快速上升到最高點，后期又相對緩慢下降，沉積了似潮坪/臺地邊緣淺灘相的生物碎屑灰?guī)r。

CSQ2海平面升降幅度不大，海水較淺，沉積物界面與海平面較接近，其容納空間較小，主要為以極淺水風暴沉積生物碎屑顆粒灰?guī)r為主。正粒序、反粒序和復(fù)合粒序發(fā)育。沉積剖面見核形石泥?；?guī)r層，巖性在江油、北川一帶分布不穩(wěn)定，僅見北川茨子婭-江油馬角壩一帶的局部地區(qū)。

CSQ3對應(yīng)的海平面，先是緩慢上升，而后下降，幅度較大，延續(xù)時間可能最長。整個川西北地區(qū)和川東地區(qū)沉沒在海平面以下，成為開闊臺地相和局限臺地相海盆。碳酸鹽巖分布廣泛，是晚石炭世最大的一次海侵事件，川東地區(qū)豐富的油氣資源與該期海平面變化存在直接和密切的關(guān)系。

CSQ4與CSQ3類似，先是緩慢上升，而后下降，幅度偏大，整個川西北地區(qū)和川東地區(qū)接受碳酸鹽沉積，但深度較CSQ3淺。

CSQ5對應(yīng)的海平面變化，先為緩慢上升，而后相對快速下降，沉積層局部暴露水面，發(fā)生沉積間斷，沉積間斷的延續(xù)時間不長。局部為潮坪相鐵泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，局部為鮞粒巖屑顆粒灰?guī)r(可能為整合接觸)。

CSQ6和CSQ7對應(yīng)的海平面變化，升降幅度不大，海水較淺，沉積物界面與海平面較接近，其容納空間較小，主要為生物碎屑顆粒灰?guī)r和核形石顆?；?guī)r沉積，為晚古生代海平面持續(xù)海退的結(jié)果。生物碎屑灰?guī)r-核形石灰?guī)r旋回層的發(fā)育為層序內(nèi)高頻層序，其成因與周期性的晚古生代冰川消融事件有密切的關(guān)系，其中CSQ6的水深較CSQ7較深。

總之，研究區(qū)主體為開闊臺地到臺地邊緣淺灘相，CSQ1水深可能突發(fā)性達到風暴浪基面，變化幅度不超過100m；其它均在浪基面附近，變化幅度主體為0～50m之間為主，為低幅海平面變化。

從海平面升降造成的海水進退的速度、幅度和頻率考慮，CSQ1、CSQ3和CSQ4對應(yīng)的海平面變化幅度較大，海平面變化速率主要表現(xiàn)為突發(fā)性的快遞上升到緩慢下降或緩慢上升到相對下降的特點。CSQ2、CSQ5、CSQ6和CSQ7對應(yīng)的海平面變化幅度不大，同一層序內(nèi)環(huán)境變化為開闊臺地到臺地邊緣淺灘環(huán)境，海平面變化具有緩慢上升和緩慢下降的特點。

從海水進退或升降過程中的振蕩頻率來看，對應(yīng)的海平面變化呈低頻的海平面上升或海退，高頻的海平面下降和海進，其海平面升降的細節(jié)變化均和更高級的海平面變化密切相關(guān)。研究區(qū)晚石炭世和早二疊世部分組成一個二級旋回，呈現(xiàn)出一個明顯的大的海退-海進過程，最大海退為達拉階早期，與CSQ3對應(yīng)。在這個大的海退-海進過程中，伴隨著多期的次級海平面變化。在晚石炭世共發(fā)生7次周期性的三級層序海平面變化，并伴隨著多次四級、五級乃至高頻海平面變化，進而組成了簡單而復(fù)雜的晚石炭世地層格架，其原因可能主要是晚古生代冰期和風暴事件共同作用的結(jié)果。

6 沉積層序形成機制探討

研究區(qū)晚石炭世為相對穩(wěn)定的碳酸鹽臺地環(huán)境。這一時期岡瓦納大陸冰川的消長引起了全球海平面變化，進而形成了不同的層序地層格架。同時，不同的大地構(gòu)造環(huán)境、物源供給和沉積速率差異造成了不同地區(qū)地層格架的差異。研究區(qū)處于構(gòu)造較為穩(wěn)定的清水碳酸鹽臺地環(huán)境，巖石類型單調(diào)，水深變化幅度主體不大于50m，生物種屬豐富，主體表現(xiàn)為三級層序地層格架，局部呈現(xiàn)為較好的四級乃至高頻海平面變化的副層序級的沉積記錄。

總之，研究區(qū)獨特的碳酸鹽層序沉積格架的動力機制主要源于晚古生代冰川型全球海平面變化，其成因可能與大洋水體積的周期型變化或大陸冰蓋的增長和衰減有密切關(guān)系[19]，同時受到古地形、物源和沉積物供應(yīng)量變化的制約[31]。

7 結(jié)論

通過對研究區(qū)3條石炭系剖面露頭層序地層學的分析，結(jié)合碳酸鹽巖微相、古生物學、成巖作用、沉積相和沉積事件等理論，得出如下結(jié)論：

(1)研究區(qū)石炭紀為典型的陸表海沉積，地形平坦，構(gòu)造下降相對緩慢，海水較淺。沉積物界面與海平面接近，主體為碳酸鹽開闊臺地和淺灘沉積環(huán)境。水體深度主體為0～50m左右，為低幅高頻低速的海平面變化。

(2)江油馬角壩地區(qū)上石炭統(tǒng)可劃分出7個三級層序，反映了研究區(qū)晚石炭世具有7次相對較大的海平面升降旋回。若以晚石炭世(318～299Ma)19Ma計，平均每個層序約為2～7Ma，這與三級層序平均時間延續(xù)約為2～5Ma基本一致。三級層序發(fā)育TST和HST，有時缺失LST，局部CS難以識別。

(3)從海平面升降造成的海水進退的速度、幅度和頻率考慮，CSQ1、CSQ3和CSQ4對應(yīng)的海平面變化幅度較大，海平面變化速率主要為突發(fā)性的快遞上升到緩慢下降或緩慢上升到相對下降的特點。CSQ2、CSQ5、CSQ6和CSQ7對應(yīng)的海平面變化幅度不大，為緩慢上升和緩慢下降的特點。晚石炭世7次周期性的三級層序海平面變化，伴隨著多次四、五級乃至高頻海平面變化，進而組成了簡單而復(fù)雜的碳酸鹽巖地層格架，可能是晚古生代冰期和風暴事件共同作用的結(jié)果。

(4)研究區(qū)獨特的碳酸鹽巖層序沉積格架的動力機制主要源于晚古生代冰川型全球海平面變化，其成因可能與大洋水體積的周期性變化或大陸冰蓋的增長和衰減有密切關(guān)系，同時受到古地形、古氣候、物源和沉積物供應(yīng)量變化的制約。

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Sequence stratigraphy of the Upper Carboniferous strata in the Majiaoba region,Jiangyou, Sichuan

XU Jin-long1, HONG Tian-qiu2

(1.AnhuiInstituteofGeologicalSurvey,Hefei230001,Anhui,China; 2.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,Anhui,China)

The Upper Carboniferous strata in the Majiaoba region, Jiangyou, Sichuan are known for well-developed sections and abundant fossils, and thus selected as a classical area for the study of sedimentary characteristics of the Sichuan Basin and even the whole area of the Upper Yangtze area during the Late Carboniferous. Sequence stratigraphy of the Upper Carboniferous strata in the Majiaoba region, Jiangyou, Sichuan is based on the principles and methods of sequence stratigraphy, in integration of carbonate microfacies, palaeontology, diagenesis, sedimentary facies and depositional events. Seven third-order sequences have been distinguished, and represent seven major cycles of sea-level changes in this region. The transgressive and highstand systems tracts are recognized while the low stand systems tract is absent and condensed sections are seldom observed. Each sequence has recorded the time duration of ca. 2.7 Ma, and may be accompanied by several fourth- to fifth-order high-frequency sea-level changes, which may be constrained by the Late Palaeozoic glacial-type sea-level changes, storm events, palaeotopography, palaeoclimatology, provenance and sediment supply.

sequence stratigraphy; Upper Carboniferous; sea-level change; Majiaoba region in Jiangyou

1009-3850(2015)03-0001-10

2014-07-02； 改回日期： 2014-07-12

徐錦龍(1985-)，男，助理工程師，古生物學與地層學。E-mail：xujinlong0909@126.com

國家自然科學基金面上項目(批準號41072085)資助

TE121.3+4

A