施昱萱
长江大学地球科学学院,湖北武汉430100
摘要:由于现今能观察到各种构造背景和气候条件下的河流沉积,所以河流沉积是较容易理解的一种沉积体系。然而,沉积盆地的河流充填部分的层序地层学的应用最具有挑战性,尤其是孤立的或远离滨线和海水影响的河流沉积。这种情况在超补偿盆地是常见的,受非海相沉积作用的控制,其中只有非海相部分的地层中保存有记录,或者只有在非海相部分的数据具有效性。在后一种情况下,尽可能的扩大观测范围至整个盆地,用来研究河流和同期海岸及海相体系之间的关系。尽管如此,现代地层学还是充分地提供了地层记录通用的成因分析方法,从单一沉积体系规模到整个盆地规模。
关键词:河流体系层序;河流旋回性;可容空间.
0引言
由于现今能观察到各种构造背景和气候条件下的河流沉积,所以河流沉积是较容易理解的一种沉积体系。然而,沉积盆地的河流充填部分的层序地层学的应用最具有挑战性,尤其是孤立的或远离滨线和海水影响的河流沉积。这种情况在超补偿盆地是常见的,受非海相沉积作用的控制,其中只有非海相部分的地层中保存有记录,或者只有在非海相部分的数据具有效性。在后一种情况下,尽可能的扩大观测范围至整个盆地,用来研究河流和同期海岸及海相体系之间的关系。尽管如此,现代地层学还是充分地提供了地层记录通用的成因分析方法,从单一沉积体系规模到整个盆地规模。
1 河流体系层序影响因素
河流体系还受很多沉积作用以外的因素影响,包括海平面升降、气候、物源区构造作用和盆地沉降作用。区分它们在河流沉积中的相对控制作用最具挑战性,尽管在开始的现场研究和实践工作中会形成一些标准。构造的影响可以通过贯穿同沉积期的倾斜方位和地形坡度的时间变化来分析,以及埋藏深度的变化,也可以通过对古水流方向、体系结构因素、河流类型和后期粘土矿物成岩作用的分析来推断。 通过岩相和生物相分析,联合同位素地球化学、格架和早期成岩环境的岩石学特征研究,人们已经对基准面和气候对河流体系的相对控制作用有了很好的评价。
海平面的变化和与之有关的滨线迁移也许只能影响从滨线向河流上游有限的范围内的河流作用,关注这一点非常重要。这段距离大概几十公里,低坡度河流最大超过200km。超过基准面向陆方向的控制界限之外,河流主要受控于气候和构造作用的综合影响。河流的流程,含蓄地指盆地的河流部分,可以分成受下游因素影响的远端地区和上游因素影响的近端地区。
2河流旋回性
2.1 受基准面变化控制的河流旋回性
在基准面变化控制河流作用的情况下,通过沉积或侵蚀点的向陆移动,河流加积作用和深切作用两个地区都从海岸线向上游方向穿时延伸。因此,基准面上升期间,沉积地区的逐渐扩大导致了河流的上超模式。但是,基准面下降期间,深切谷向陆方向的延伸与剥蚀点向上游方向的移动有关。河流的加积和深切作用通过河流能量流动的变化得到解释,河流能量流动的变化响应于河流地形下游部分的斜坡梯度变化。同样地,基准面上升期间,滨岸加积作用引起滨线附近河流剖面变浅,进而又触发河流的加积作用。在基准面下降期间,暴露地面的海底比强制海退开始时的河流梯度剖面要陡,它将激发河流发生侵蚀作用,从海岸线开始,逐渐向上游扩展。
因为沉积和侵蚀的交叉点在基准面上升和降落阶段向上游移动,新老河流剖面斜坡梯度的差异,分别随着从滨线向上到河流不受基准面移动控制点的距离的增加而减少。
河道和洪泛平原地层结构成分的比率在欠补偿阶段取决于基准面上升的速率。基准面的快速,上升使洪泛平原的加积作用增加,导致整个序列的分选更好。海侵和早期高位体系域经常具有这样的结构特征。基准面缓慢上升发育合并的河道充填沉积,因为凸岸只有极少有效的可容空间。同时,可容空间减少期间,河道的堆积伴随频繁的冲刷决口,这有助于沉积物的横向延伸。在低可容空间条件下的河道合并通常发育于低位和晚期高位体系域。后期高位混合的河道充填由于后期与陆上不整合有关的侵蚀作用很难保存,沉积层序的河流部分一般显示向上变细的韵律。河流地层学的这些基本理论,也有文献报道适用于扇三角洲体系,其中河流内部结构的叠置样式与基准面和有效可容空间的变化有关,扇三角洲体系受相似的冲积扇的河流作用和进积水体基准面波动之间的响应关系的支配。
2.2 与基准面变化无关的河流旋回性
在基准面波动影响范围之外,河流基本受“上游因素控制,“上游因素”包括气候变化、物源区构造作用和盆地沉降。在这样的背景下,河流沉积不再是完整的标准低位、海侵和高位体系域。因为河流作用和任何同期的滨线迁移之间没有关系。相反,基于河流体系结构成分的相对丰度,不整合为边界的上游主控河流层序可以划分为低和高可容空间体系域。这与低、高可容空间环境的区别不同,低、高可容空间环境参考特殊构造条件的沉降模式,它们每-一个可能包括如上讨论的低、高可容空间体系域。
上游主控河流体系域距物源区较近,因此更容易受物源区构造作用的影响,另外受气候对沉积物供应和流量的影响及盆地沉降造成的河流有效可容空间总量的影响。与基准面变化无关的河流沉积旋回,可能受稳定构造区气候旋回的影响或受长期稳定气候条件下构造旋回的影响。
2.2.1 气候影响
反映气候变化的河流层序主要受轨道强制控制,即受104~10年周期冰川消长的米兰科维奇旋回控制。气候变化对河流的流量有直接影响,因而改变河流搬运能力和沉积物载荷之间的平衡。河流载荷参数的任何变化可以改变河流梯度剖面的位置,使其在地形上下移动。相对于载荷增大的河流搬运能力(能量) 将使新的梯度剖面位于地形之下(负河流可容空间),并引发河流的深切作用。相对于搬运能力增大的沉积载荷将使新的梯度剖面位于地形之上(正河流可容空间),并触发河流的加积作用。
2.2.2 构造旋回
在长期稳定的气候条件下,高频叠置的构造沉降和上升旋回也会导致河流沉积旋回性的发育。这种不整合为界的河流层序模式,其形成不受海洋的影响,需要适应单一的构造条件,因为构造沉降、上升的机制和方式在不同类型沉积盆地的变化相当大。
4低与高可容空间环境
不考虑河流沉积物堆积期间是否存在海洋影响,同机枳机降模式对川流序列中个整合结构体系和沉积成分具有深远的影响。在缓慢和快速沉降盆地或其他地区可观测的河流结构体系的区别,导致了低、高可容空间环境之间的差异。如果明确河流沉积和滨线迁移的相互关系,低和高可容空间环境可能主导正常低位、海侵、高位体系域或构造、气候条件控制的河流层序的低和高可容空间体系域。因此,河流层序地层学模式与构造环境的关系密切,而与盆地欠补偿或超补偿特性关系不大。
参考文献
[1]谈明轩,朱筱敏,张自力,刘强虎,石文龙.断陷盆地拗陷期河流层序样式及其地貌响应:以渤海湾盆地沙垒田凸起区新近系明化镇组下段为例[J].古地理学报,2020,22(03):428-439.
[2]胡光明,倪超,王军,赵文栋.河流层序地层学研究现状与存在的问题[J].地质科技报,2011,30(06):55-59.
[3]陈留勤,郭福生,梁伟.河流相层序地层学研究现状及发展方向[J].地层学杂志,2014,38(02):227-235.