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碳酸盐斜坡沉积层序成因地层研究
7.5.1 前言
层序地层学已广泛应用于前陆盆地、海沟、岛弧等各种盆地和构造背景（Walder et al.,1992）中，但碳酸盐斜坡尤其是重力流沉积层序地层研究，相对薄弱。有资料（Cook,1991;Tose,1991;Grammer et al.,1992;Glaser et al.,1991;Chiocci,1992;Trincardi,1992）认为，重力流仅出现于低水位期，并将重力流作为判识低水位体系域的重要标志（Tose,1991;Steinhauff,1995）。但通过右江盆地二叠系碳酸盐斜坡层序地层研究证实，海平面升降旋回的各个时期均可形成重力流，并具有相应的层序内部构型及成因格架。
右江盆地以其特殊的结构、沉积、生物、古地理、构造活动、火山作用等特点以及丰富的矿产资源，长期以来，深受广大地质学家们的广泛重视，并作了大量工作。由于受沉积构造背景的影响，二叠系层序由孤立台地、台间盆地和斜坡沉积构成，其中斜坡相带占相当大的比例（图7.7），作为位于碳酸盐岩台地或孤立台地与台间盆地或深水盆地之间特殊的过渡带，与典型大陆斜坡相比，具有坡度大、水体相对浅、重力流发育等特点（Walder et al.,1992），对揭示全球海平面变化及油气勘探具特殊意义。本书通过右江盆地二叠系斜坡沉积体系和层序特征的研究，建立了斜坡相带尤其是重力流沉积层序地层格架及相应的层序发育模式。
图7.7 右江盆地构造古地理环境
IP—孤立台地；PB—台间盆地；OP—开阔台地
7.5.2 盆地类型及演化
右江盆地系指由红河－金沙江断裂、弥勒－师宗断裂、贵阳－丹池断裂、钦防断裂所围限的滇东南、黔南及广西大部地区。早古生代，右江地区位于华南准地槽与扬子准地台过渡带；晚古生代，右江地区处于华南联合板块西南被动边缘裂谷背景，呈现裂陷海槽包绕碳酸盐孤立台地分布的古地理格局（图7.7）。早二叠世，由于古特堤斯洋东部裂谷作用，具被动陆缘裂谷性质，总体具台、盆相间格局，东南隅钦防海槽转变为被动陆缘走滑盆地。早二叠世末，因东吴运动的影响，钦防海槽皱褶关闭，右江盆地除西部残余台盆外，整体抬升为陆。晚二叠世，右江盆地进入弧后裂谷盆地阶段，并具深水台盆包绕孤立台地分布的沉积格局，东南隅钦防地区进入前陆盆地发展时期。晚二叠世末，由于苏皖运动的影响，右江盆地结束其晚古生代裂谷盆地发展史，并进入大陆边缘活动发展阶段。
7.5.3 斜坡体系
广泛分布于右江盆地各期地层，为上扬子陆棚台地或右江孤台与台盆或钦防深水盆地之间的宽窄不一的过渡带，通常形成具有特殊成因意义的斜坡沉积物，主要由异地沉积物组成，具体包括浊流、碎屑流、颗粒流、滑积相、塌积相、悬浮相等（图7.8），与原地丘礁沉积呈不等厚韵律交替出现或指状接触关系，底栖生物与浮游生物混生，其分布受不同组系同生断裂控制。根据斜坡几何形态及沉积特点（Walder et al.,1992），识别出跌积型（或侵蚀型）、滑积型（或沟槽型）和沉积型（或加积型）斜坡3种类型。
跌积型斜坡主要分布于右江弧后裂谷盆地，其次多见于右江被动陆缘裂谷盆地滇东南－桂西地区和钦防被动陆缘走滑盆地。主要由岩崩或垮塌角砾岩和碎屑流角砾屑灰岩构成，原岩为台缘骨架岩、障积岩或颗粒灰岩，向盆地过渡为火山碎屑物质、中密度浊流沉积和硅质泥岩，并夹高密度钙屑浊流、颗粒流、液化流及其过渡沉积，发育逆粒序和各种截切构造，常见等深岩，类似于Mario Coniglio（Walder et al.,1992）的斜坡基底裙和碳酸盐海底扇模式。
图7.8 各种典型斜坡相成因序列
A—悬浮相（平乐二塘剖面）；B—碎屑流相（来宾峨头山剖面）；C—塌积相（河池五圩剖面）；D—浊积相（来宾陶邓剖面）；E—等深积相（广南那苏剖面）（B和E据Walder et al.,1992，有修改）
滑积型斜坡多见于右江被动陆缘裂谷盆地中东部及北侧，以发育结核状灰泥岩、条带状灰泥岩、假角砾岩屑灰岩和硅质灰岩为特征，常见中低密度钙屑浊积岩、正粒序碎屑流角砾屑灰岩及低密度钙屑浊积岩，发育层内截切面、剪碎带、滑移岩块以及平移和旋扭滑积物，偶见生物丘礁，原地、异地化石埋藏相混生，相当于Mario Coniglio（Walder et al.,1992）的镶边台地斜坡裙模式。
沉积型斜坡发育于右江被动陆缘裂谷盆地中南部，由中、低密度浊积岩、灰泥岩、粉屑粒泥灰岩、假角砾灰岩夹硅质灰岩构成，偶夹风暴岩，常见丘礁沉积，以原地化石埋藏相为主，近同于Mario Coniglio（Walder et al.,1992）的开阔台地斜坡模式。
7.5.4 层序格架
7.5.4.1 低水位体系域
为相对海平面快速下降时期沉积产物。在沉积型斜坡背景，台缘及上斜坡表现为暴露冲刷侵蚀面，甚至发育小型冲沟或U型水道，并充填滞留砾石或角砾，下斜坡或盆缘发育钙屑浊积岩和混屑浊积岩（图7.9），在低水位晚期局部有利位置，发育低水位期生物丘礁（表7.7，表7.8）。相应的准层序类型主要有：①岩崩→滑塌型角砾屑灰岩→液化流沉积→浊流沉积→自生碳酸盐楔；②碎屑流沉积→颗粒流沉积→浊流沉积→碳酸盐进积复合体；③岩崩→角砾屑灰岩→碎屑流沉积→浊流沉积；④碎屑流沉积→颗粒流沉积→浊流沉积；⑤重力流沉积→自生碳酸盐楔和碳酸盐进积复合体；⑥重力流沉积→自生碳酸盐楔→上斜坡生物丘礁。
图7.9 桂北河池五圩典型斜坡层序剖面结构
在滑积型斜坡环境，低水位体系域具有如下主要特点：①滑塌角砾岩→条带状灰泥岩→硅质灰岩；②结核状灰泥岩→灰泥丘→滑积相（Chiocci,1992）；③无论基质部分还是碎屑部分，均显示出低的成分成熟度；④结构成熟度低。基质和碎屑支撑，高密度和低密度重力流混杂堆积，粒序特征不明显，常夹有远洋悬浮相沉积，表明为坡度大、宽度窄的斜坡下部短距离搬运快速堆积产物；⑤中上斜坡要表现为冲刷侵蚀状态，沉积物主要发育于下斜坡；⑥在结构剖面上，自下而上冲刷面→弱递变层夹悬浮相→悬浮相，成分成熟度逐渐增高。
在跌积型斜坡相带，低水位体系域主要表现为：①沉积厚度较大，由泥质硅质岩、硅质泥岩和重力流沉积构成；②重力流沉积成分复杂。主要有台缘的钙屑岩崩、滑塌、浊流、碎屑流、颗粒流沉积夹煤屑，深源的火山碎屑流－浊流沉积和热水硅质浊积岩，陆源的粉砂泥质浊积岩、炭泥质浊积岩和煤屑沉积。准层序特征和类型主要有：①高密度杂基支撑碎屑流沉积→低密度浊积岩→悬浮型火山灰流沉积，底部为冲刷侵蚀面；②含粉砂泥质浊积岩和低密度钙屑浊积岩互层→硅质泥岩；③火山凝灰质泥质硅质岩→含粉砂泥岩；④悬浮型火山灰流沉积→含灰硅质泥岩→灰泥岩等。
7.5.4.2 陆棚边缘体系域
陆棚边缘体系域层序构成、发育过程及控制因素总体与低水位体系域相似。但由于该期海平面下降速率通常小于盆地沉降速率，除继承性台缘、台内沉积高地（如礁滩）暴露外，台地上广大继承性沉积洼地、斜坡、台盆背景，仍处于海水淹没状态，暴露时间短，侵蚀量小，沉积相带向盆地迁移明显，因而陆棚边缘体系域与低水位期沉积相比，亦存在较大差异（表7.5），主要表现在：①在中上斜坡相带，由侵蚀充填垮塌堆积→颗粒灰岩→生物层灰岩或丘礁灰岩构成的加积－进积型厚层退覆沉积体，向盆缘斜坡和台盆方向逐渐转变为向上变深变细沉积序列，多为由加积退覆式灰泥岩和泥灰岩夹低密度钙屑浊积岩透镜体构成的厚层楔状体，层面多与下斜坡坡面平行或假平行，向台盆方向通过岩相转换面或冲刷侵蚀面与下伏高水位期重力流沉积相区别，向台地通过初始海泛面与上覆海侵体系域退积型准层序组隔开（表7.5）；②重力流沉积相对不发育，以远源低密度浊积岩为主；③在陆棚边缘体系域沉积期，海平面下降到台缘附近，仅相当短时间即开始缓慢上升，重力流沉积相对少（Trincardi F,1992）。
表7.5 陆棚边缘体系域与低水位体系域主要差异
7.5.4.3 海侵体系域
海侵期斜坡环境特征（Steinhauff,1995）主要表现在：①构造沉降及相对海平面快速上升；②沉积物源包括火山碎屑、半远洋悬浮相、台缘物质；③沉积作用主要取决于海平面上升速率、远洋悬浮物、台缘及热源供给，因而造成斜坡层序特殊的内部构架（表7.6）。但不同地区及不同类型斜坡，其准层序特征各异。在沉积型斜坡，海侵体系域准层序类型主要有：①改造再沉积颗粒灰岩或悬粒灰岩（float stone）→极薄层悬浮相和泥灰岩互层→生物层灰岩或生物丘和灰泥丘→悬浮相灰泥岩；②冲刷充填含细砾屑灰泥岩→泥粒灰岩和粒泥灰岩→含浮游相灰泥岩；③火山碎屑浊积岩和钙屑浊积岩→放射虫灰泥岩；④含火山碎屑灰泥岩→火山碎屑浊积岩→悬浮相泥屑灰岩和泥岩；⑤含悬浮相火山凝灰质泥灰岩→灰泥丘→含放射虫硅质泥岩；⑥钙屑碎屑流沉积→浊流沉积→悬浮相灰泥岩；⑦重力流成因斜坡裙→生物丘→生物礁→海绵骨针灰质硅质岩。
表7.6 碳酸盐斜坡沉积层序地层模型
续表
在滑积型斜坡，主要表现为向上变薄的硅质灰泥岩→泥质硅质岩→硅质岩退积型准层序组（图7.9），斜坡脚发育火山碎屑浊积岩，上斜坡主要表现为小型冲沟、U型水道和海侵冲刷充填沉积，中斜坡夹有较多的海底冲刷侵蚀岩块，并发育丘滩礁组合，顶部为薄层放射虫硅泥质灰岩，如在桂中地区斜坡上部发育角砾岩块，中斜坡局部发育丘滩礁序列，顶部为薄层含海绵骨针微晶灰岩；在桂北地区斜坡，层序主要由硅质灰岩组合或灰泥岩组合构成，顶部为薄层含锰磷酸盐硅质泥岩，富含浮游相生物组合。
对跌积型斜坡而言，由于槽台地势差异明显，斜坡坡度大，相带窄，并与深水台盆处于断槽背景上，故海侵体系域特征与深水台盆地相似，准层序类型主要包括：①火山碎屑浊积岩→硅质泥岩夹火山凝灰岩→硅质岩夹悬浮相火山灰沉积；②火山碎屑流和浊流沉积→泥质硅质岩；③火山碎屑浊积岩和钙屑浊积岩→泥质硅质岩和放射虫泥岩；④含海绵骨针泥灰岩→泥岩→放射虫硅质岩；⑤泥岩→含锰、磷、黄铁矿硅质泥岩→海绵骨针硅质岩等；⑥硅灰岩→含钙屑浊积岩透镜体的硅泥岩→含深水遗迹相骨针岩和放射虫岩。
7.5.4.4 高水位体系域
高水位期层序发育主要受控于：①构造沉降；②相对海平面变化；③台缘重力流；④碳酸盐自旋回；⑤半远洋悬浮相等（Glaser et al.,1991）。在滑积型斜坡背景，准层序特征主要表现为：①含硅质骨针灰泥岩→低密度钙屑碎屑流和钙屑浊流沉积→高密度钙屑碎屑流沉积→礁灰岩→礁角砾云岩，顶部具褐铁矿壳；②钙屑浊积岩→碎屑流角砾屑灰岩→泥粒灰岩→海绵骨架岩→礁角砾云岩；③钙屑浊积岩→岩崩塌积岩→生物层灰岩；④低密度钙屑碎屑流沉积→高密度钙屑碎屑流沉积→灰云质崩塌角砾岩；⑤泥晶灰岩→粒泥灰岩→钙屑碎屑流沉积→丘礁灰云岩等。在跌积型斜坡环境，高水位期构造活动和火山作用趋于稳定和平静，斜坡层序发育主要受台缘重力流、碳酸盐生产率、半远洋沉积、微量悬浮相火山灰及深部热源硅的综合控制（Steinhauff,1995）。准层序特征主要表现为：①硅泥岩→含浮游生物灰泥岩→泥灰岩夹钙屑浊积岩；②硅质骨针灰泥岩夹钙屑浊积岩→泥灰岩夹钙屑碎屑流沉积；③岩崩、滑塌堆积→颗粒流沉积→钙屑浊积岩→炭质泥屑浊积岩；④硅质岩夹灰泥岩角砾→钙屑碎屑流沉积→高密度钙屑浊积岩夹岩屑和煤屑；⑤含硅泥岩夹火山悬浮相→粒泥灰岩→生物层灰岩；⑥含硅质海绵灰泥岩夹钙屑浊积岩→泥粒灰岩→颗粒灰岩→钙屑岩块和角砾堆积；⑦含放射虫泥灰岩→追补型丘滩组合→并进型生物礁→混积型生物礁（Melim et al.,1995），顶部强烈白云岩化（图7.9）。
在沉积型斜坡相带，高水位期构造活动及海平面相对稳定，台缘相带向外不断增生加宽加厚，逐渐变陡的丘滩礁组合成为斜坡主要沉积物来源，台缘的迅速向外营建通常导致沉积型、滑积型和跌积型斜坡的交替发育，不同地区及演化时期，体系域特征各异。但总体而言，沉积型斜坡层序沉积背景及准层序类型与滑积型斜坡的相近。
7.5.5 层序发育模式
碳酸盐斜坡沉积层序发育是下列因素的函数（Grammer et al.,1992;Chiocci,1992;Schlager,1986）：①相对海平面变化；②台缘重力流；③同沉积构造；④基底地形。其中，相对海平面变化直接影响斜坡层序的组合特征、几何形态、充填序列、内部构型及成因格架（Masetti,1991;Mullins etal.,1988）。通过右江盆地斜坡体系及层序格架研究，建立综合的碳酸盐斜坡层序发育模式（图7.10）。模式表明，在海平面升降旋回的不同时期，环境物化条件不同，层序内部构型及成因格架各异。在低水位早期，海平面快速下降至台缘以下位置，斜坡中上部—台缘—台地暴露地表，仅下斜坡及台盆没于水下，环境主要受相对海平面、基底地形及物源性质的影响。由于受“低海平面”和相应台地－台缘暴露剥蚀物源的影响（图7.10），发育由盆内钙屑和陆源硅屑构成的混屑浊积岩和少量钙屑浊积岩，并下超在台盆相硅质岩或硅质泥岩或硅质灰岩沉积之上；在低水位晚期，相对海平面由静止开始缓慢上升（图7.10），向中上斜坡推覆，并成为环境的主控因素，台缘物源逐渐减少，相对浅水区（如中斜坡）以生物泥粒灰岩或颗粒灰岩为主，向台盆方向逐渐变为粒泥灰岩、泥灰岩和灰泥岩或由浮游相构成厚层旋回沉积。在陆棚边缘区，相对海平面下降至台缘附近，仅相当短时期即开始缓慢上升（图7.10），因而该期仅台内高地（如丘礁滩组合）、台缘局部暴露地表，斜坡和台盆处于海平面以下，相对海平面和基底地形是层序的主控因素。由于该期暴露时间短，侵蚀量少，因而与低水位期相比，陆源硅屑及混屑含量相对少。从而造成该期以原地厚层浮游相灰岩加积退覆体夹混屑浊积岩或钙屑浊积岩透镜体为特色，在局部有利部位发育丘礁。
在海侵早期，海平面相对快速上升，并向台地方向超覆（图7.10）。环境主控因素包括相对海平面、同生断裂及伴生的火山活动、远洋因素等（Chiocci,1992）。因为该期海平面上升速率通常超过沉积物产生速率，在中上斜坡，先期低水位或陆棚边缘向台盆后退，上超于暴露侵蚀的中上斜坡—台地上，形成下部海侵体系域，并以浮游相硅质灰岩、放射虫灰泥岩、薄层泥灰岩夹冲刷滞留砂砾屑灰岩透镜体为特征。向盆缘－下斜坡，由于同生断裂、火山活动及远洋因素的影响，造成以火山碎屑浊积岩、浮游相硅质灰岩－硅质泥岩互层夹钙屑碎屑流沉积组合为特征；在海侵晚期（图7.10），相对海平面继续较快上升，若由全球海平面上升和构造作用共同引起相对海平面迅速上升，则台地碳酸盐生产率变小或长期停止，沉积物向外台地的搬运量大大减少，斜坡－台地背景进入相对深水环境，以浮游相硅质灰岩、硅质泥岩薄层夹钙屑碎屑流及其再改造砂沉积为主，形成饥饿斜坡或低沉积速率的凝缩层（Masetti,1991）；在海侵末期或最大海泛期，斜坡水体过深，可能位于CCD面之下，由于台缘物源和斜坡自身沉积物生产率近于零，远洋沉积物和火山活动是主要的控制因素，因而造成深水硅质岩、骨针岩、放射虫岩、深水遗迹相薄层和火山碎屑浊积岩互层。
高水位早期表现为相对海平面缓慢上升（图7.10），台地－台缘碳酸盐岩生产率接近海平面上升速率，台地初始加积加厚，上斜坡稍微增生变陡，但因斜坡主体仍处于水深状态，远洋因素占主导地位，故仍以浮游相沉积夹小型钙屑浊积岩透镜体为特征；高水位晚期，海平面相对静止至缓慢下降，构造相对稳定，环境物化条件有利于生物繁盛，碳酸盐生产率超过海平面上升速率，引起斜坡加积作用和进积作用的最大速率（Glaser et al.,1991;Chiocci,1992），使斜坡变得超负荷，有利于台缘不断营建、增生变陡、重力垮塌，此时斜坡环境主要由台缘物源和相对海平面控制，斜坡高水位沉积表现为S型或倾斜型沉积（Trincardi,1992），并下超到较老的海侵沉积之上。因海底胶结作用变弱，该期重力流与海侵期相比，以富颗粒贫灰泥的岩相为特征（Mullins et al.,1988），具体表现为大规模钙屑重力流的发育，并具有自上斜坡→台盆，从塌积相→颗粒流→碎屑流→浊流沉积、粒度逐渐变细、坡度相对变低的趋势；高水位末期，台缘暴露地表，局部侵蚀，允许台缘物质向海搬运，因而造成远洋浮游相和具暴露成因相的重力流沉积共生。
图7.10 碳酸盐斜坡层序发育模式
