综述碳酸盐台地对海平面升降的响应

综述碳酸盐台地对海平面升降的响应[摘要]综述碳酸盐台地对海平面升降的响应，并主要从碳酸盐岩的成礁作用、成岩结构与环境、沉积旋回三个方面阐述了海平面对典型地区碳酸盐岩台地的影响机制，并在已经了解影响机制的基础上通过同期沉积岩石中的沉积环境信息,例如碳酸盐岩层序格架中的颜色、成分、磁化率、化学元素(包括常量、微量、稀有元素和有机元素)及稳定同位素组成等地质信息的反映论证碳酸盐台地对海平面升降的有效响应。[关键词]碳酸盐台地海平面升降碳酸盐岩是现代油气勘探的重要目标,海平面升降对碳酸盐岩台地的生长具重要影响。一、碳酸盐岩介绍浅海碳酸盐岩沉积以相对厚的加积和前积沉积形式出现在温暖的热带区，它可以环绕在盆地周缘或成为盆内的孤立台地。其最显著的两个特征如下：自源特点，碳酸盐形成环境位于盆地之内，而且基本上主要发育于正常海相环境；形成机理，碳酸盐的形成与生物及生物化学过程紧密相关，碳酸盐岩发育的环境有着特殊的物理化学条件。碳酸盐岩沉积有四个主要的控制因素分别是：构造沉降，它产生了沉积物的沉积空间；沉积物的多少，它控制古水深主要由洋流和化学沉积供给；气候，它是控制沉积物类型的主要因素，其中降雨量和温度对碳酸盐岩、蒸发岩的分布、对于硅质碎屑沉积的类型和数量是相当重要的；全球海平面升降变化，它是控制地层分布模式和岩相分布的主要控制因素(vailandtodd，1981)。对碳酸盐岩台地的影响意义深远，研究两者之间的影响关系和控制因素对未来层序地层的勘探研究具有指导作用。二、台地边缘生物礁成礁作用对海平面升降的响应碳酸盐岩是现代油气勘探的重要目标,常见的碳酸盐岩台地边缘生物礁及浅滩是碳酸盐岩储层勘探的重要部分,海水的水深、温度、以及海水的养分等因素制约这生物礁的生长和发育。地质历史时期的海平面变化、区域构造以及海水化学成分等因素控制生物礁的生长规律和空间形态。海平面的升降即造成水深的改变，水深影响了光照情况而光照直接影响了珊瑚礁的生长状况。可知光照强度随着水深的增加呈指数降低,而有机质的生长数率随着光照强度呈指数的降低而呈双曲正切关系降低(如图1）。海平面上升，光照降低，生物礁成礁作用减弱。碳酸盐岩的产出通常遵循s型模式,另外生物礁和浅滩组合成为台地的镶边构造。随着海平面的上升,台地边缘的礁前斜坡越来越陡。台地边缘的加积之外,也有退积的情况。当海平面上升较快时,台地边缘向岸退却,以保证生物礁的生长潜能和海平面的上升保持平衡。海平面的上升时碳酸盐岩台地镶边逐步升高,台内泻湖变深,并向岸方向迁移。当镶边台地被海平面淹没时,岩相发生突变,逐步的迁移上超中断。另外,台地边缘有着强烈的垂向堆积的趋势,生物礁加积于生物礁之上,浅滩加积于浅滩之上。这样,对应于海平面变化的体系域侧向迁移停止。生物礁台地对冰期、间冰期时海平面升降亦可作出的响应。在间冰期，间冰川高水位、台地顶部洪泛期碳酸盐岩沉积物的产生量和输出量最大，台地碳酸盐岩沉积物的产出。在冰期即冰川低位期,碎屑沉积物对海盆的输出量最大,而对于碳酸盐岩镶边台地来说,情况恰恰相反。三、碳酸盐岩的成岩结构对海平面升降的响应不同体系域内发育的成岩作用类型和特征，认为海侵体系域主要发育方解石胶结作用和白云石化作用,高位体系域主要发育有方解石胶结作用和大气淡水溶蚀作用等。通过层序地层对比,同一层序、同一体系域内成岩作用类型和特征在横向上的发育情况表明,海侵体系域内成岩作用随着海侵的进行不断向陆推进,成岩作用尤其是白云石化作用发育带呈向陆的楔形高位体系域内成岩作用随着加积和进积作用的不断进行,成岩作用尤其是溶蚀作用发育带呈向海的楔形。四、旋回理论分析三级海平面变化反映了米兰科维奇长周期变化，具有周期性波动的特点。低频长周期和高频短周期海平面波动都有其特征的振幅和频率，它们相互叠加产生全球海平面波动。全球海平面变化和构造沉降速率、沉积供给速率三者之间相互作用并在时间和空间上形成一系列复杂的地层叠置样式。全球海平面变化与构造沉降之和决定了相对海平面升降幅度，进而控制沉积物可容纳空间的大小（如图2）。海平面变化之下的碳酸盐岩沉积旋回既是海平面振荡幅度较低时,海平面逐渐下降,潮坪沉积物向浅水陆棚区推进、延伸。较高幅海平面振荡来说,滨线向海迁移的速率会超过大多数现代潮坪向海推进的最大速率(5km/ka),从而形成宽广的潮坪相或废弃坪相(abandonedflats)沉积，随着海平面下降至低水位,在没有暴露的外陆棚沉积区也可能会受到中至高幅海平面振荡的影响,形成整合型向上变浅的沉积旋回序列。五、碳酸盐岩沉积对海平面变化响应的证据通过同期沉积岩石中,例如碳酸盐岩层序格架中的颜色、成分、磁化率、化学元素(包括常量、微量、稀有元素和有机元素)及稳定同位素组成等地质信息反映沉积对海平面变化的响应。证据一：碳酸盐岩磁化率反映海平面变化，尽管碳酸盐岩是一类磁性很弱的岩石，但通过对黔南泥盆纪一石炭纪碳酸盐岩台地的磁化率进行分析，结合层序地层学的研究，发现相对海平面变化是控制碳酸盐岩磁化率大小的重要因素；证据二：碳酸盐岩中所含锶同位素的演化规律对应海平面变化，锶同位素是指示海平面升降变化的灵敏指示剂。87sr/86sr值的高低与同期海平面的升降呈负相关关系,地史中海相碳酸盐岩的87sr/86sr值正偏移意味着海平面下降和古陆扩大,负偏移则反映海平面上升和古陆收缩。因此,在没有大规模海底火山活动的影响下,全球海平面的变化是海水锶同位素组成最重要的控制因素；证据三：在台地和浅滩边缘，与堆积速度有关，发育有两种具不同微晶灰岩和海底胶结物含量的碳酸盐岩体系。①并进型碳酸盐体系：碳酸盐沉积速率，大于或等于海平面的相对上升。识别标志是，在台地边缘胶结物少，以富颗粒贫灰泥的准层序占优势，具有丘形和斜交的形态。②追补型碳酸盐体系：碳酸盐沉积速度相对小于海平面上升，即缺氧、缺少营养物质、高盐度或低水温。识别标志是，在台地边缘具有广泛的早期胶结特征，含大量的富泥准层序，表现为s型沉积剖面。六、结束语本文综述性的探讨了碳酸盐岩对海平面影响的几种响应并在最后以三个证据说明海平面的影响具有效性真实性。当然现在陆上所见海相碳酸盐岩只是地史上沧桑变化的结果，它反映海平面的相对变动。由于海平面变动的因素和海平面变动的判据很多，在应用碳酸盐岩分析海平面变动时还应当结合具体地质情况和其他标志采集综合分析，以及考虑地动背景的影响，这样才能更具可靠性和说服力，更真实地反映地史上的海平面变动与碳酸盐台地间的响应关系。参考文献：[1]张海军,王训练,丁林,夏国英,王雷,王清山，2007，冰川型海平面变化控制下的台地碳酸盐岩成岩作用:以陕西镇安西口石炭-二叠系界线剖面为例.[2]伊海生，2011，测井曲线旋回分析在碳酸盐岩层序地层研究中的应用.[3]徐国强，刘树根，武恒志，李智武，孙玮，2005，海平面周期性升降变化与岩溶洞穴层序次关系探讨.[4]江茂生，朱井泉，陈代钊，张任枯，乔广生，2002，塔里木盆地奥陶纪碳酸盐岩碳、银同位素特征及其对海平面变化的响应.[5]郑艳刚,袁美云,徐维胜,2009,台地边缘生物礁生长规律和控制因素综合研究.[6]吴亚生,范嘉松,金玉开,2003,晚二叠世末的生物礁出露及其意义.[7]马莉,李涛,王蕾,2011,由淡水到海相碳酸盐岩层序的沉积演化.[8]周雁,陈洪德,王成善,王正元,梁西文,文可东,2006,运用层序不对称性分析海平面变化特征.