李红等：混积岩中重矿物形貌学特征及物源意义

混积岩中重矿物形貌学特征及物源意义

——以川北寒武系第二统仙女洞组为例

李红1，李飞1,2，龚峤林1，曾楷1，邓嘉婷1，王浩铮1，苏成鹏1,3

1. 西南石油大学地球科学与技术学院，成都 610500

2. 中石油碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学研究分室，成都 610500

3. 中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，成都 610041

导语

滨海环境下的混积体系受水动力条件、颗粒分选等因素的影响，一些反映原始物质组成的物源分析方法可能不太适用，给“源—汇”分析工作带来了一定难度。笔者选取四川盆地北部汉南—米仓山地区寒武系第二统仙女洞组发育典型的三个浅水混积岩主导的剖面，对同时期不同沉积环境下混积岩中的细粒碎屑组分进行系统的岩石学和重矿物形貌学工作，探讨了该地区仙女洞组的物源情况，为川北地区古地理格局恢复、混积岩体系下细粒碎屑组分的物源分析方法提供了一定的参考。

研究目的

混积岩能够同时提供碳酸盐沉积以及陆源碎屑物质供给两方面的线索，因而在沉积动力学、古地理学、古气候学以及物源示踪等领域受到越来越多的关注。受颗粒性质、滨海水动力条件、风化和成岩作用等因素影响，混积岩中陆源碎屑含量不稳定且粒径普遍偏细，亚稳定—不稳定重矿物会发生不同程度丢失。但在长期风化、剥蚀和搬运过程中，锆石、电气石等稳定重矿物经河流入海后大量卸载，排除再旋回因素后，总体表现为从滨岸向浅海粒度变细的特点，同时台地（或陆架）边缘高能相带受波浪颠选影响亦会出现重矿物相对富集的现象。因此，在缺乏充足陆源碎屑供给的情况下，从水体能量相对较高的混积岩中分选出陆源碎屑组分并对其中特定的重矿物进行岩石学和形貌学分析，可为认识当地物源情况提供线索。

研究方法

选取汉南—米仓山地区寒武系第二统仙女洞组发育典型的唐家河、田垭和大河坝剖面，对混积岩样品进行薄片观察、重砂分选以及重矿物形貌学分析。其中重砂分选按细粒单矿物分选方法挑选出纯净的锆石、磷灰石、石榴石等颗粒，然后进行样品制靶、抛光等处理，以便后期进行形貌学（粒径、延长系数和磨圆度）分析。采用ImageJ软件测量锆石颗粒的圆度值，颗粒的长宽比指示晶粒的延长系数。根据现代河流沉积物中的碎屑矿物磨圆分类方案，将磨圆度划分为四类：棱角状（0~0.4）、次圆状（0.4~0.6）、圆状（0.6~0.8）和破裂改造圆状（0.8~1.0）（图1）。其中，比较特殊的破裂改造颗粒主要呈圆状或次圆状，但其中一侧因机械断裂而呈现出较锐利的边缘。将统计的矿物延长系数划分为小（<1.5）、中（1.5~2.0）、大（>2.0）三个组。

图1 碎屑锆石磨圆度划分方案

结果及结论

（1）碳酸盐主导的混积岩颜色主要为浅青灰色，碳酸盐颗粒类型包括古杯、鲕粒，和簇状钙化蓝细菌等，颗粒之间以钙质胶结为主；碎屑物质主要以粉砂—泥级组分占主导（图2a-c）。镜下观察发现，细粒碎屑组分主要分布于碳酸盐颗粒或胶结物之间的孔隙，呈分散状，类型主要为石英、长石、岩屑和粘土矿物，粒级在粉砂—泥级之间，其中陆源组分含量不超过15%，而重矿物含量不足1%（图2d-f）。进一步的电子探针分析显示这些重矿物粒径在10~100 μm，常见锆石、黄铁矿、磷灰石和金红石等（图2g-l）。大部分的重矿物呈棱角—次圆状，小部分重矿物常作为石英或长石包裹体产出（图2h-j）。

图2 米仓山地区仙女洞组混积岩及重矿物特征

（a~c）依次为大河坝、唐家河、田垭剖面混积岩宏观特征，其中在古杯，鲕粒和钙化蓝细菌间充填陆源碎屑；（d）砂质微生物岩，可见凝块结构，含细粒陆源碎屑组分。勉县大河坝剖面；（e）含砂泥质鲕粒微生物岩，可见放射状结构鲕粒和钙化的肾形菌，含细粒陆源碎屑组分。旺苍唐家河剖面；（f）砂质鲕粒灰岩，鲕粒具致密的暗色层状结构，含细粒陆源碎屑组分。南江田垭剖面；（g~l）碎屑矿物电子探针背散射图像，重矿物粒径明显比轻矿物小，磷灰石和黄铁矿有时以包裹体形式赋存于长石等矿物中，黄铁矿晶型较好

（2）滨岸环境下的陆源碎屑含量最高，混积台地边缘陆源碎屑含量明显减少，同时易风化重矿物比例降低。另一方面，混积台地边缘稳定重矿物中的碎屑锆石粒径和延长系数与滨岸环境相比明显变小（图3），且同一级别延长系数下锆石磨圆变好。这显示混积台地边缘锆石以小粒径、再旋回类型为主，缺乏新鲜类型的补充。这些证据表明沧浪铺期汉南古陆已经发育并向盆地内部提供物源，滨海重矿物的分布发育主要受水动力条件和搬运距离影响，成岩作用对保存的重矿物类型亦有较为明显的约束。同时，沿米仓山周缘环带状分布的浅水高能（含砂）砂质鲕粒滩和（含砂）砂质古杯—凝块石丘（礁）的发育也暗示了陆源碎屑近源供给的特点。

图3 研究区仙女洞组碎屑锆石的延长系数和磨圆度特征

研究意义

这些初步结果表明，混积体系下滨岸至台地环境的细粒重矿物形貌学特征可为“深时”物源判别研究提供了新的方向，更系统的工作有待下一步开展。此外，四川盆地寒武系沧浪铺组是四川盆地油气勘探新的重要接替层位，理清沉积期物源方向有助于进一步认识上扬子北缘寒武纪早期古地理格局。

论文相关信息

第一作者：李红，西南石油大学硕士研究生，地质学，E-mail: feinan.li@gmail.com

基金资助：国家自然科学基金（41872119, 41502115）；四川省科技计划项目（20YYJC1185）

DOI：10.14027/j.issn.1000-0550.2020.073

引用格式：李红,李飞,龚峤林,曾楷,邓嘉婷,王浩铮,苏成鹏.混积岩中重矿物形貌学特征及物源意义——以川北寒武系第二统仙女洞组为例[J/OL].沉积学报：1-24[2020-09-11]. https://doi.org/10.14027/j.issn.1000-0550.2020.073