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海相泥页岩沉积过程研究进展

李一凡1，魏小洁2，樊太亮1

1. 中国地质大学（北京）能源学院，北京市海淀区，100083

2. 中国地质科学院地质力学研究所，北京市海淀区，100081

导读

海相泥页岩的岩相命名方法应考虑结构（粒度）、层理及矿物成分等特征，结构方面着重参考砂级、粗泥级（粗粉砂级）、中泥级（细粉砂-中粉砂级）和细泥级（黏土级-极细粉砂）的占比，将泥岩划分为砂质泥岩、粗粒泥岩、中粒泥岩和细粒泥岩；层理描述注重纹层的连续性（连续或者不连续）、形态（板状、波状或者曲线状）和几何关系（平行或者不平行）；矿物成分则比较粘土矿物、石英和碳酸盐岩矿物的相对含量，以50%为含量界限，将细粒沉积岩分为了粘土质、硅质和钙质，若三种成分的含量均未超过50%，则以最多的两种成分排序命名。

图1 异轻流、异重流和浪控沉积重力流形成示意图

浅海陆棚是泥页岩沉积的主要环境，其细粒沉积物主要搬运与沉积过程包括风成输入、异轻流、重力流（前三角洲浊流、异重流和浪控沉积物重力流）及风暴流（ 图1 ）。风源输入的来源主要包括沙尘和火山灰，有时在底流改造作用下会保留层理特征，其中火山灰层可作为等时标志层；异轻流主要由河流输入的泥质悬浮沉积组成，可漂浮几百公里，悬浮沉积后形成水平纹层；前三角洲浊流由前三角洲斜坡的垮塌引起，持续时间短，搬运距离近，其主控沉积物搬运机制表现为沉积物重力流——牵引搬运——悬浮沉积的变化过程；异重流是指河流输入中的高密度流体，可由超大洪水或者是在潮湿环境下的高山地区河流中产生，完整的异重流沉积表现为对称的粒序变化，体现了异重流搬运能力由弱到强再由强到弱的变化周期；浪控沉积物重力流是由异轻流或者异重流（近三角洲区域）等沉积下来的沉积物在风浪和底流的作用下进行二次搬运和沉积，搬运机制表现为表现从牵引搬运——沉积物重力流——悬浮沉积的转换过程；风暴流是指在风暴浪的作用下，在岸线形成了一个向离岸方向运动的底流，沉积物搬运机制表现为由混合流的侵蚀和牵引搬运向悬浮沉积的转换。

前文所述的细粒沉积物搬运与沉积过程主要分布在陆棚海区域，其搬运的最远距离可达上百公里，搬运所需的最小坡度为 。相较而言，陆表海的延伸范围更广，可达上千公里，坡度更缓，大部分区域坡度在 之间，显然，广大陆表海区域的细粒沉积物无法被上述的水动力能量所搬运。近年研究表明，广大陆表海区域的细粒沉积物搬运机制主要为在潮汐作用或者季风作用下形成的远岸底流。水槽实验显示，在底流的作用下，细粒沉积物会形成砂级大小的絮凝状颗粒，以推移载荷的形式向前搬运，形成流水波纹。然而，由于细粒沉积物的高含水率，早期形成的流水波纹在后期的压实作用下会形成“平行”层理或者低角度斜层理。在古代陆表海泥页岩中广泛分布的“平行”层理或者低角度斜层理都可能是底流作用下形成的流水波纹（ 图2 ）。

图2 海相泥页岩中的典型沉积特征

A 美国犹他州Tropic页岩钾质斑脱岩层中的残余丘状交错层；B 四川井研地区筇竹寺组页岩中的水平层理；C美国纽约州Sonyea Group页岩中的浊流沉积；D 美国犹他州白恶系Ferron页岩中典型的异重流沉积层，可见多个对称性粒序层；E 美国怀俄明州Mowry页岩中的浪控沉积物重力流层理；F 四川井研地区筇竹寺组页岩中的风暴流层理；G 贵州习水地区龙马溪组页岩中的流水波纹（黄色虚线标识）；H 美国犹他州Mowry页岩中的流水波纹

沉积特征的精细描述推动了泥页岩层序地层格架的建立，三级层序界面的识别在于寻找可对比的主要侵蚀面，泥页岩中常见的主要侵蚀面包括：粉砂质滞留沉积（几厘米厚指示主要侵蚀面）；砂质滞留沉积；生物骨架滞留沉积；黄铁矿滞留沉积（10毫米以上指示主要侵蚀面）；低角度削截；变形构造；突变接触的页岩层面；而层序内准层序的划分除了要寻找次要侵蚀面外，还需依靠对精细描述的沉积特征进行定量化统计与分析，通过定量统计泥页岩微相沉积特征的纵向变化及分布趋势，分析其主控水动力条件，可以分别建立了风浪、河流和潮汐作用下的泥质陆棚准层序模式。

不难看出，厘米-毫米级沉积特征精细描述与定量化分析和水槽模拟实验的有机结合已是当前海相泥页岩沉积过程的主要研究思路与方法。

论文相关信息

第一作者： 李一凡博士，中国地质大学(北京)副教授，主要从事细粒沉积学、沉积地球化学及非常规油气勘探等方面的教学与研究工作，E-mail:

基金资助： 国家自然科学基金项目（41702124，41802155）；国家自然科学基金企业创新发展联合基金项目（U19B6003-01-02）

DOI：

引用格式： 李一凡,魏小洁,樊太亮.海相泥页岩沉积过程研究进展[J/OL].沉积学报：1-23[2020-12-24].