龐謙，李凌，胡廣，譚秀成，馬騰，趙東方，蘆飛凡，陳虹宇，熊鷹

1.西南石油大學地球科學與技術學院，成都 610500 2.中石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室沉積與成藏分室 西南石油大學，成都 610500

川北地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組鈣質結核特征及成因機制

龐謙1,2，李凌1,2，胡廣1,2，譚秀成1,2，馬騰1,2，趙東方1,2，蘆飛凡1,2，陳虹宇1,2，熊鷹1,2

1.西南石油大學地球科學與技術學院，成都 610500 2.中石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室沉積與成藏分室 西南石油大學，成都 610500

不同成因的鈣質結核在研究沉積水體、早期成巖環(huán)境及泥頁巖的壓實程度方面具有重要意義。通過對川北地區(qū)旺蒼縣下寒武統(tǒng)筇竹寺組鈣質結核拋光，發(fā)現結核內部具有層理、暗色圈層和張裂縫構造。結核和圍巖的層理關系和具有漂浮狀的微觀結構特征表明，該地區(qū)結核是形成于壓實作用之前的成巖早期結核。對結核中Al、Ti、Ca、K、Na元素分析表明，結核的元素分布受到結核內部裂縫的影響。結核內部富含生物碎屑和其形成深度為數十米的特征，推測結核主要是在硫酸鹽還原帶生長。結核具有暗色圈層之間層理不彎曲和元素移動的特征，揭示了結核為透入性生長，在整個結核生長階段就開始大量同時結晶。Mg/Ca和Sr/Ca的比值說明，結核內部鈣質成分為富鎂方解石—生物成因方解石。結核中富含鈣質成分的原因可能是圍巖中的生物成因方解石大量向結核運移所致。裂縫的形態(tài)特征表明，裂縫為張裂縫。對結核上部地層的沉積特征研究表明，張裂縫的成因很可能與筇竹寺頂部的濁積巖和滄浪鋪組底部的似瘤狀灰?guī)r快速搬運沉積有關。

鈣質結核;裂縫;筇竹寺組;成因機制;川北地區(qū)

0 引言

結核是沉積巖中常見而又復雜的一類沉積構造。根據結核的形成階段不同，可劃分為同生(如鮞粒)、成巖(例如鈣質結核)和后生結核(主要為菱鐵礦結核)三個不同形成時期[1]。其中尤以處于成巖期鈣質結核的研究最為廣泛[2]，該類結核在揭示古生態(tài)學和古環(huán)境重建[3-4]、古生物地球化學演化過程[5]、記錄地震發(fā)生[6]、反映上覆地層快速沉積[7]以及成巖帶的識別[8-9]等方面極具重要的意義。

鈣質結核形態(tài)多樣，具有橢圓狀、長柱狀、透鏡狀、面包狀和盤狀等形狀[6,10-11]，部分結核內部產生龜裂狀裂紋或裂縫[7,12]。結核受到有機質沉積速率和氧化速率的影響，孔隙流體成分發(fā)生改變，使得鈣質發(fā)生膠結，形成于沉積界面以下幾米至幾百米[13-16]。它們廣泛的分布于沖積體系[17]、湖泊環(huán)境[18]和海相環(huán)境[19-21]中。

關于早期成巖鈣質結核的形成機理，一般有以下幾種：1)硫酸鹽還原細菌在富含有機質的沉積物中消耗硫酸根而生成碳酸氫根導致鈣質結核形成[9,22]；2)甲烷滲漏作用也被認為是鈣質結核產生的誘因[11,19]；3)干旱—半干旱環(huán)境下的蒸發(fā)作用[17]；4)海水較深的外陸棚至盆地環(huán)境下的底流和洋流作用促使沉積中斷，沉積物早期膠結形成結核[23]?？傮w上結核生長模式通常有同心圈層狀[24-25]和透入性[16,26-27]兩種。

結核中存在的裂縫，其成因長期解釋為富水凝膠脫水干縮[24,28]，形成的網狀裂縫稱為龜背石構造，但對本區(qū)結核中存在的裂縫的形態(tài)特征分析，結核中的裂縫有其他成因。對鈣質結核中是否存在透入性生長的生長模式，一直是討論的焦點[2,27]。雖然Fisheretal.[26]和Feistner[29]對菱鐵礦結核和硅質結核中膠結物進行了分析，認為透入性生長模式的存在，但未有證據表明該類生長模式在鈣質結核中存在[16,27]。另外，Goldbergetal.[30]和張先進等[31]分別對貴州地區(qū)、峽東地區(qū)的下寒武統(tǒng)結核進行了討論。其中，貴州地區(qū)結核形成于黑色頁巖之中，結核成分為重晶石—黃鐵礦結核，與本區(qū)結核成分差異大。張先進等[31]對峽東地區(qū)結核的形成環(huán)境和成因機制進行了探討，但未對結核的具體成因和生長模式進行分析。綜上認為，本文有必要對川北地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組結核的成因、生長模式和裂縫成因做進一步的分析和討論。

本研究首先對川北地區(qū)旺蒼縣唐家河剖面下寒武統(tǒng)筇竹寺組中結核進行詳實地野外觀察后，選擇該地區(qū)兩類典型結構的結核，通過結核光面、普通薄片分析了結核的結構和構造，并在此基礎上進行主微量元素分析，旨在解開旺蒼地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組鈣質結核的形成機制和裂縫的成因。

1 地質背景

旺蒼縣位于上揚子地臺北緣(圖1)，晚震旦世開始，該區(qū)處于被動大陸邊緣，地殼升降運動頻繁，但沉積環(huán)境總體較為穩(wěn)定，震旦系與寒武系之間為平行不整合接觸[32]。早寒武世，整個揚子臺地受揚子海侵，沉積一套黑色頁巖和泥巖，廣泛超覆于震旦系之上[33-34]。下寒武統(tǒng)筇竹寺組是一套淺海相炭質頁巖、鈣質粉砂巖和粉砂質灰?guī)r沉積物[35]。上覆地層為下寒武統(tǒng)滄浪鋪組，在其底部沉積臺緣斜坡相的似瘤狀灰?guī)r[36]。下伏地層為下寒武統(tǒng)寬川鋪組，其巖性為微晶白云巖，與上覆筇竹寺組為平行不整合接觸。

筇竹寺組在該區(qū)厚約100 m(圖2)，巖性從下到上依次可分為下中上三段[35,37]。下段為滯留淺海相的黑色的炭質頁巖、砂質泥巖和泥質砂巖；中段為正常淺海相頁巖、粉砂巖和粉砂質灰?guī)r，偶夾灰?guī)r透鏡體；上部為正常淺?！毕碌湍軒П訝钅嗟[巖與黃灰色鈣質粉砂巖互層。

2 野外剖面及鈣結核發(fā)育特征

唐家河剖面位于旺蒼縣鼓城鄉(xiāng)米倉山風景區(qū)內，該剖面震旦系和寒武系地層出露良好，巖性變化大，相變迅速，出露埃迪卡拉系燈影組和寒武系的寬川鋪組、筇竹寺組及滄浪鋪組。筇竹寺組與滄浪鋪組界限清晰，巖性從泥頁巖突變?yōu)榛規(guī)r。筇竹寺組在該剖面中出露(圖2e)，下部為極薄層泥巖與鈣質粉砂巖互層，向上漸變?yōu)闃O薄層的鈣質粉砂巖夾少量泥質粉砂巖。在筇竹寺組頂部發(fā)育鮑馬序列C段沉積(圖2a)。

本文所研究的結核產自于該剖面筇竹寺組極薄層泥質粉砂巖地層中，結核呈平臥的長柱狀和橢球狀，均呈順層分布。賦存結核的巖層，發(fā)育丘狀交錯層理和水平層理(圖2c，d、圖3)。結核繼承發(fā)育圍巖中的水平層理(圖2d)和丘狀交錯層理(圖2c、圖3)，且結核內部的層理無明顯變形特征。結核CT2A內部清晰可見丘狀交錯層理，丘徑約20 cm，丘高15 cm，發(fā)育十幾個極細紋層，上部傾斜層系組與下部層系組相切割，且下部層系具有向上微凸的特征，其內部具有兩個深灰色的暗色圈層(圖3)。兩塊結核內部均具有裂縫(寬約0.5 cm)，呈鋸齒狀，充填方解石，切割結核中的暗色圈層。裂縫寬度從中心至邊緣逐漸變窄，但未穿過結核。結核與圍巖的邊界清晰，位于結核中部處的圍巖層理被結核截斷，向上圍巖層理彎曲且層厚逐漸變薄，上部圍巖層理向上微凸，下部圍巖層理具有向下凹的特征(圖2c，d，e)。

圖1 四川盆地北部地區(qū)地質背景(據沈騁等[36])Fig.1 Geologic setting of the northern area in Sichuan basin (after Shen et al.[36])

圖2 結核賦存層位圖a.鮑馬序列c段，濁積巖；b.似瘤狀灰?guī)r，L`似瘤狀礫屑灰?guī)r，R為異地碳酸鹽巖巖塊；c.結核CT2A；d.結核CT3A；e.結核宏觀賦存層位狀態(tài)Fig.1 Stratigraphical setting of the conservation of concretions

圖3 結核CT2A光面及內部結構演化圖P1表示結核形成之前的丘狀交錯層理；P2代表在原始沉積的基礎上結核形成的暗色圈層結構；P3表示結核形成之后產生的裂縫。Fig.3 Cross section of concretion CT2A and evolution of internal structure

3 鈣質結核巖石學特征

對結核和圍巖分別磨制普通薄片，具有以下特征：結核中膠結物為方解石，含量近60%，由晶形較好的亮晶方解石和泥晶方解石組成；碎屑成分為次棱角—棱角狀石英、黏土礦物和以黏土礦物構成的次圓狀砂屑，石英和砂屑均呈漂浮狀分布(圖4b，e)；其次，含有球形藻和暗色有機質團塊(圖4a，e，f)。圍巖中主要含棱角狀—次棱角狀石英和黏土礦物，方解石膠結物含量少，約5%(圖4c，d)。圍巖富石英和黏土礦物而貧方解石膠結物，巖性為粉砂質泥巖和粉砂巖，結核富含方解石膠結物，含較少的石英和黏土礦物。

4 鈣質結核地球化學特征

為獲得鈣結核的成因，對圍巖和結核等間距地進行微鉆取樣(圖5)，共獲得10件粉末樣。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)和電感偶合等離子體質譜儀(ICP-MS)對結核主微量元素進行分析，結果見表1。

結核CT2A中Al2O3含量在35 812.20～42 268.80 μg/g之間。其中，CaO含量最為豐富，介于316 433.00～345 117.00 μg/g之間，K2O和Na2O含量分別在5 811.54～6 943.75 μg/g和11 381.50～13 101.60 μg/g之間；微量元素Ti含量介于1 297.80～1 549.80 μg/g之間；Sr/Ca質量比分布在0.001 5～0.003 2之間，Mg/Ca質量比介于0.021 3～0.022 8之間。CaO含量從結核的中心至邊緣逐漸減少，在圍巖處減少到36 529.50 μg/g，K2O和Na2O的百分含量變化具有從結核中心至邊緣逐漸增加的規(guī)律，Al2O3含量從結核的中心到邊緣逐漸增高，在結核的圍巖處達到最高。結核中的高CaO含量，與其富含亮晶鈣質膠結具有明顯的對應關系(圖5)。

結核CT3A的Al2O3含量在45 759.60～63 363.60 μg/g之間；CaO含量最高，介于283 395.00～311 640.00 μg/g之間；K2O和Na2O的含量分別在8 359.05～12 978.00 μg/g和12 881.00～16 445.00 μg/g之間。微量元素Ti含量介于1 768.80～2 719.20 μg/g之間。Sr/Ca比和Mg/Ca比分別在0.001 8～0.002 9和0.028 5～0.040 9之間。與結核CT2A相比，結核CT3A從中心至邊緣，CaO、Al2O3、K2O、Na2O和Ti含量在裂縫處呈“V”字形特征(圖5)。

5 討論

5.1 結核形成的相對時間

識別結核形成的相對時間，不僅對直觀認識泥頁巖的壓實程度具有重要意義[38]，而且對結核的成因機制認識具有重要作用[39]。成巖早期形成的結核能夠保存很多原始沉積時的微觀特征，這些特征能夠間接說明結核的形成相對時間[40-42]。并且，結核和圍巖中層理間的關系也能表明結核形成的相對時間，Sellés-Martínez[39]對結核與圍巖中均存在層理的情況，總結出以下三種關系：結核內部層理和圍巖層理均發(fā)生彎曲(圖6a)，這表明在結核外部邊緣，圍巖的壓實作用與結核生長同時發(fā)生；結核內部層理平直不彎曲，圍巖層理彎曲且層厚發(fā)生改變(圖6b)，說明結核生長時間早，形成于圍巖壓實作用之前；結核中的層理與圍巖中的層理均不彎曲(圖6c)，反映結核形成于圍巖完全壓實之后。

圖4 結核和圍巖的顯微鏡下特征a，b.結核CT2A和CT3A內部的普通顯微鏡下照片(單偏光)；c，d.分別為結核CT3A和CT2A的圍巖顯微鏡下照片(單偏光)；e，f.分別為結核內部微觀結構圖(結核CT2A)；spr.亮晶方解石膠結物，org.有機質，st.砂屑，qz.石英碎屑，mspr.微亮晶方解石膠結物，sa.球形藻。Fig.4 Microscopic characteristics of the concretions and the surrounding rock

圖5 兩塊結核的常微量元素從中心至邊緣變化特征Fig.5 The variation of two concretions of major and trace element from center to edge

表1 結核和圍巖的元素含量(μg/g)及比值(wt.%)

在該區(qū)，結核中清晰可見未發(fā)生明顯變形和位移的水平層理和丘狀交錯層理，但圍巖上下的層理均發(fā)生彎曲變形(圖2c，d)，這與圖6b的模式相一致。同時，在顯微鏡下可見漂浮狀的粉泥屑、石英碎屑和生物碎片(圖4a，b)，而在圍巖中未見這些結構特征。另外，結核中的Al/Ca比值在0.09～0.1之間，圍巖中的Al/Ca比值在2.5～3.4之間。其中Al元素主要賦存于黏土礦物中，Ca元素主要存在于碳酸鹽巖之中，這兩種元素含量的比值進一步表明，結核與圍巖的物質成分差異大，這種差異是由于結核中鈣質膠結物含量多，結核未經歷壓實作用而導致的。綜上，低Al/Ca比值、保存完好的微細結構和結核層理平直而圍巖彎曲的特點均表明結核形成于成巖早期。

圖6 結核形成的相對時間與層理之間的關系(據Sellés-Martínez[39]修改)a.結核形成與壓實作用同時發(fā)生；b.結核形成于壓實作用之前；c.結核形成于圍巖完全壓實之后Fig.6 The relationship of the concretions of forming relative time and bedding(from Sellés-Martínez[39])

由于不同的成巖階段具有與之大致對應的埋藏深度，例如早成巖期的埋藏深度一般較淺[15]，因此結核的形成深度同樣可以定性闡明結核的形成相對時間。關于結核的形成深度，前人也做了大量的研究，Baldwinetal.[43]建立起孔隙度與頁巖的壓實模型：D(km)=6.02(1-φ)6.35；其中D是結核形成的深度，φ是地層的孔隙度。一般在結核形成深度實際估算時，可用結核中的膠結物含量來代替孔隙度值[13,38]。從鏡下觀察，發(fā)現該區(qū)結核中鈣質膠結物的含量約為55%，代入上述公式，可知推斷該區(qū)結核其形成深度約為38 m。

5.2 結核的成因

對結核成因分析，有助于認識泥頁巖的成巖環(huán)境[15]?？傮w而言，早期成巖結核的成因包括硫酸鹽還原細菌降解有機質成因、甲烷泄露成因、蒸發(fā)作用和海洋底流作用。其不同成因的結核，在形態(tài)、結構構造和地球化學特征上具有明顯的差異。

成巖早期結核通常形成于沉積界面以下幾米—幾百米內[15,47]。對現代沉積物研究表明[48-49]，在沉積物內存在以下幾個成巖帶：有氧帶、Fe、Mn和硝酸鹽還原帶、硫酸鹽細菌還原帶和甲烷氣生成帶(圖7)。其中，硫酸鹽還原帶和甲烷氣生成帶均具有還原有機質生成碳酸氫根的能力，硫酸鹽還原帶被認為是結核的主要生成區(qū)帶[16]。川北地區(qū)筇竹寺組廣泛發(fā)育水平層理，位于浪基面之下，該環(huán)境下有利于有機質的產生和保存，并且前人對該區(qū)開展烴源巖評價研究[37,50]，有機碳含量在0.21%～4.78%之間，這些都說明沉積物中有充足的有機質，具有硫酸鹽細菌還原有機質的物質基礎。另外，在結核中可見保存較好的硅質生物碎屑(圖4f)，埋藏于此的生物具有提供豐富的有機質的優(yōu)勢，從而促使硫酸鹽還原階段降解更多的有機質而產生碳酸氫根，這也很有可能是結核能夠形成和隨機分布的主要控制因素。

通過薄片觀察和主量元素分析，結核內部具有比圍巖高很多的鈣質含量，認識和區(qū)分結核和圍巖中的鈣質來源有利于認識結核的成因。Sr/Ca和Mg/Ca質量比能夠用來區(qū)分自生文石、高鎂方解石、生物成因方解石和陸源成分[4,51]。Mg/Ca和Sr/Ca比表明，結核中鈣質成分為高鎂質和生物成因方解石，而圍巖是陸源碎屑和高鎂方解石的混合(圖8)。結核和圍巖在成分上的差異可能是圍巖中生物成因的碳酸鹽巖組分差異性溶解和運移所致。硫酸鹽還原細菌氧化沉積物中的有機質和還原硫酸根離子，并且導致堿性環(huán)境和碳酸氫根的產生[16]，這可能是生物成因方解石在結核中沉淀的原因。同時，在圍巖中未發(fā)現任何生物碎屑(圖4c，d)，這可能也從側面說明結核中的生物成因方解石來源于圍巖中鈣質生屑的溶解。

圖7 開闊海富有機質沉積物理想演化剖面(據Mozley等[15]，Claypool[48]；Roberts等[49]；修改)Fig.7 Ideal evolution profiles of organic-rich open sea(modified from Mozley et al.[15];Claypool[48];Roberts et al.[49])

圖8 兩塊結核及其圍巖的Mg/Ca和Sr/Ca比關系圖(據Bayon等[51]；修改)Fig.8 cross-pot of Mg/Ca and Sr/Ca of two concretions and the surrounding rocks(modified from Bayon et al.[51])

5.3 結核生長模式

成巖結核的生長模式總結起來具有兩種，即同心圈層生長和透入性生長[27]。結核內部常具有同心圈層結構和因壓實作用從中心至邊緣Ca2+逐漸減少、Al2O3逐漸增加的趨勢，這些特征通常用同心圈層生長模式解釋[13,24]。但Mozley[2]認為，這些特征也可以用更加復雜的生長模式來解釋。菱鐵礦結核和硅質結核中的膠結物有規(guī)律的變化特征能夠直接證明結核以透入性生長模式生長[26,29]。但在方解石結核中沒有證據反應該類模式[27]。

從結核CT2A中的元素分布規(guī)律和具有暗色圈層狀結構來看，似乎符合同心圈層狀生長模式，但結核中裂縫的存在，使得結核中的元素分布規(guī)律變得復雜。該區(qū)結核中裂縫與暗色圈層之間的切割關系表明，裂縫形成于暗色圈層之后，即在結核的形態(tài)形成之后(圖3)。裂縫被方解石充填和未穿出結核的特征，說明裂縫中膠結物成分的來源只可能來自結核內部。結核CT2A中的裂縫位于結核中部，其元素變化特征可能是由逐步壓實作用而導致，但從結核CT3A裂縫兩邊的Al、Ti、Na、K、Ca元素含量分布呈“V字形”特點可以看出，裂縫的存在對結核內部的元素分布存在影響，這說明結核CT2A從中心至邊緣漸變的分布規(guī)律很有可能不是受地層逐漸壓實而產生的，而是在裂縫形成之后，結核內形成低壓區(qū)域，使得結核內部的元素發(fā)生運移分配。同時，對結核CT3A中的裂縫兩側Al2O3和CaO含量分析發(fā)現(圖5)，靠近結核中心兩個采樣點的Al2O3含量明顯比邊緣高，而CaO則相反，這同樣說明兩塊結核內的元素從中心至邊緣沒有明顯的分布規(guī)律。另外，宏觀上原始沉積的紋層，在結核中的暗色圈層與暗色圈層之間的層理沒有發(fā)生變形，這也能從側面說明結核未經歷逐漸壓實過程，間接地表明暗色圈層不是從內到外逐步形成。因此，同心圈層生長模式不成立，而是在結核內大量鈣質同時膠結，并逐步充填孔隙的透入性生長過程。

5.4 裂縫成因

結核內部通常發(fā)育一期或多期的裂縫，形狀常為同心狀、放射狀、網狀、近垂直的透鏡狀[4,6,24,52-53]，通常分布于結核中部，裂縫內常充填方解石和重晶石。裂縫通常能反映地層的流體壓力[7]，其膠結物用于分析成巖時的流體特征、溫度及上覆地層沉積速率[4]。

對于結核中出現裂縫，目前有以下四種解釋：結核內部脫水產生裂縫[24]；壓實作用和孔隙水的異常高壓產生構造張裂縫[7]；細菌降解有機物產生的氣體聚集導致[14]；結核膠結過程同時期地震所致[6]。

一些非裂縫型結核(如峽東地區(qū)結核)和裂縫型結核具有相似的形態(tài)和地化特征，但不是所有的結核都具有裂縫，這說明裂縫需要在特定的條件下才能形成。Astin[7]和Scotchman[54]認為張裂縫形成于高上覆應力而低水平方向應力條件下，并且在快速埋藏階段易形成裂縫，所需要的沉積物埋深十米至幾百米不等。Houslow[53]進一步研究認為當結核內部的孔隙流壓大于圍巖時結核才能形成裂縫，同時認為在小于10 m的埋深下就能形成裂縫。

該區(qū)裂縫呈單個近垂直透鏡狀(圖3)，裂縫寬度從中心至邊緣逐漸變窄至結核外緣消失，這與超孔隙壓力梯度從中心至邊緣依次減弱相對應，并且呈現明顯的鋸齒狀，為典型的張裂縫特征。邊緣三個方向的主應力值大小關系為σ1>σ2>σ3(圖9)，使得結核呈橢球狀。該地區(qū)在早寒武世期間沒有發(fā)生構造抬升運動，說明結核只可能受到來自上覆地層的持續(xù)壓力和孔隙流體壓力。

圖9 結核中裂縫在橫剖面和縱剖面中的特征及裂縫形成時的應力特征Fig.9 The fracture and stress characteristics in cross-section and longitudinal section

在結核形成時期，結核中富含鈣質膠結物，而圍巖中鈣質含量少，導致圍巖滲透率高而結核滲透率小，結核在受到上覆快速埋藏沉積條件下，易在各向形成超壓。通過對結核上覆地層沉積特征分析，發(fā)現有兩次事件具有快速沉積的特點，能使結核中孔隙流壓和結核上部壓力增加：一處是位于筇竹寺組頂部，快速沉積厚度達8 m的濁積巖；另一處是位于滄浪鋪組底部的似瘤狀灰?guī)r沉積，該處在沉積時位于臺地邊緣斜坡，沉積后的灰?guī)r受到重力驅動產生大規(guī)模的搬運和再沉積作用[36]。這兩次快速沉積使得該地層局部區(qū)域在垂向上形成超壓，從而形成近垂直的裂縫。

6 結論

(1) 結合圍巖與結核的層理關系、微觀特征和Al/Ca比表明，川北地區(qū)筇竹寺組地層中的結核形成于壓實作用之前，為成巖早期結核。

(2) 通過對結核成因探討表明，結核的生長過程最主要是在硫酸鹽細菌還原帶，即沉積物中的有機質和硫酸根在硫酸鹽還原細菌的作用下，使得鈣質大量沉淀，結核開始生長。同時，結核中暗色圈層之間的層理沒有發(fā)生彎曲變形，結核形成之后內部元素具有移動的特點，說明該地區(qū)結核不是以同心圈層模式生長，而是以透入性的方式生長。

(3) 對結核形態(tài)和力學特征認識，表明裂縫為張裂縫，其成因可能是受到上覆地兩期快速事件性沉積作用而導致的。

致謝 感謝審稿專家提出的寶貴意見；感謝沈騁博士在野外工作中給予的指導；感謝楊義豪、林園洪和趙旭在野外工作中的幫助。

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Characteristics and Genetic Mechanism of Calcareous Concretions in the Early Cambrian Qiongzhusi Formation of Northern Sichuan Basin

PANG Qian1,2, LI Ling1,2, HU Guang1,2, TAN XiuCheng1,2, MA Teng1,2, ZHAO DongFang1,2,LU FeiFan1,2, CHEN HongYu1,2, XIONG Ying1,2

1. School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China 2. The Sedimentary and Accumulation Department of Key Laboratory of Carbonate Reservoirs, PetroChina, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China

Calcareous concretions of different genesis have a great significance in the study of early diagenetic environment, the sedimentary water body and shale of compacted degree. By polishing, the calcareous concretion shows the interior textures including bedding, dark circles structure and tension cracks during the lower Cambrian Qiongzhusi stage in Wangcang, north of Sichuan Basin. The relationship of concretions and surrounding rock of bedding and the preservation of sedimentological micro-features in the concretion matrix point to an early diagenetic concretions and forming before compaction. Not obvious systematic geochemical variations including Al, Ti, Ca, K, Na from concretion center to edge suggests that the element distribution of concretions are affected by cracks. The rich bioclastic and forming about tens meters under the sediment-water interface suggest the concretions may primarily grow during sulfate-reduction. The two characteristics which the beddings are not deformed among the concentric circles and the move of elements reveal that the concretions are pervasive growth which the calcium crystallites of the concretions nucleated at virtually the same time across the entire concretion. The ratios of Mg/Ca and Sr/Ca indicate that the internal calcium components of concretions is magnesium-rich calcite and biogenic calcite. The large migration of calcium in the biogenic calcite of the surrounding rock lead to the rich calcium component in the concretions. Fracture morphology shows the crack is tension cracks. The rapid transportation and deposition of turbidite at the top of Qiongzhusi Formation and analogous-nodular limestone at the bottom of Canglangpu Formation may be the cause of tension cracks.

calcareous concretions; crack; Qiongzhusi Formation; genetic mechanism; northern Sichuan Basin

1000-0550(2017)04-0681-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.04.003

2016-07-11； 收修改稿日期： 2016-10-24

中國石油科技創(chuàng)新基金項目計劃(2016D-5007-0102)；國家科技重大專項(2016ZX05004002-001)[Foundation: Science and Technology Innovation Foundation of CNPC, No.2016D-5007-0102; National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China, No.2016ZX05004002-001]

龐謙,男,1993年出生,碩士研究生,儲層地質學,E-mail: 709964864@qq.com

李凌,女,副教授,E-mail: lilinglily73@163.com

P534.41

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