doc】加拿大阿尔伯达UTIKUMA湖地区Gilwood砂岩（泥盆纪）的沉积历史

1、加拿大阿尔伯达utikuma湖地区gilwood砂岩（泥盆纪）的沉积历史加拿大阿尔伯达utikuma湖地区gi1wood砂岩(泥盆纪)的沉积历史m0nzersshawa着摘要王晓玲译王宏植皮斯淘背斜(pe丑ceriverarch一侧沉积的几组砂岩形成lr个良柏q禽油气幽闭.gilwood砂岩就是其中之一.这组砂岩也watt,mountaii1shale的组成部分岩的平均组成如下:57嘧石英,微斜长石l6%.斜长石l%,黑云母1叻.胶结物i5呖.孔隙io%.j【f构造丰富.层状和槽状交错层理,渡状交错纹理,粒级原理,纹煨褙积纹理及其它蟮坡构造都有所见.除了固定的几个地区是双模式外.砂岩的粒级分是

2、单模式的.凡部分样品是正态分布分选性中等偏下.占流向分析,砂t岩结构和几何特征在很大程度上显示出gihvood砂岩足三伯洲沉积.从西向东分带.并稍受北北东向而来的长近岸流影响.颗粒的圆度.石英粒间的缝合线,石英的商含量和重矿物的低含量都显示出砂岩组可能至少经过二次旋回沉积,皮斯河地块庄甲泥盆纪曾被沉积物覆盖.从gi1wood砂岩的结构和构造町以归纳出沉积环境可分为三类:河流,过渡和近海相组每一类型的沉积构造都有其特征.引言在艾伯塔中西部皮斯河地区下伏的前寒武纪复合基底在早泥盆纪时隆起形成rj受斯河背斜.与隆起伴生有块状断裂cdemil】c.1958.p64).泥盆纪时,源于这一突起的沉积物在其

3、周围形成了几个砂岩条,其中之一便是gilwood.整个泥盆纪基底-曹上升,到泥盆纪末,这一隆起f沉.从这时起.它便以每英里35英尺的速率向南西方向倾斜.据姑burwash报道(1957.基底主要成分为:片麻石英二长石,花岗石,片岩,粒状长岩,辉长岩,石英j长岩.以及具有少量石英岩和夫理岩的正长岩.gfiwood砂岩往北东方向的向上挤形成j地圈闭,嘲闭又构成,在艾伯塔中北部utikuma湖东北和东侧的nipisi油田图1).该油田覆盖面积约li5f方英里,平均产油指数i6lfh.43apil965年1月位flsd.10.sec24.twp79.rce8.wartmountainshale中互层的

4、舌肤和透镜状砂岩构成了guthrie(1956所称的gi】wood砂岩._wattmountainshale是law955,p.950)对e】kpoint组最上部分的命名.在艾伯塔西北部,其最大厚度为j55ft.含有页岩,粉砂岩,砂岩,灰岩角砾硬石膏岩和自云岩等岩段.这套岩石可追踪到典型的elkpoint组出露区艾伯塔东中部的e1kpoint镇.在那儿它包括50ft厚的红色和绿色页岩.以及覆于第层膏盐之上的5ft粉砂岩(jaw,1955p,1950).wartmquntainshale也相当于西北ipintpoint的amco页岩系.研究匪内,wtmountainshale下伏maskeg层.

5、上覆siauepoint岩层这l4的wattmountain,shale厚度分布从20到95ft,包括页岩,粉砂岩和砂岩.页岩组多为墨绿,红棕及深灰色:含有粘土和粉砂级颗粒及粗中粒石英颗粒.页岩多为块状,有时为片状和薄板状.某些井中这套受岩为狄质或混杂成分.kramers和lerbekmo(1967)用x一射线技术研究了这套页岩,发现有下面几种矿物成分:石英,长石,碳酸盐矿物,伊利石.绿泥石,云母和辉石.他们认为,就矿物成分而言,深灰色和红棕色贞岩没有显着差异,颜色不同可能是由铁离子的氧化状态j起的wartmountainshale属于中泥盆系.meql】ri960)和broun(1966),

6、认为中d的界线应覆在watt,mountainshale之上的siauepoint组的顶都.研究过程中从岩心里取得一没有确切年代的鱼类化石碎片bothriolepisf?),一种原始鱼,也在岩心中发现dsd.j0.sec.32.twp.80,rge,8,w,5th,meridian).据kay和calbert的研究(1955.p.225).这是一种上泥盆纪标准化石.asmussiacalladensis也在jll=l井中的wattmountainshale内发现,/copeland(1962.p,j3),这也叫.能是上泥盆纪化石.根据这一一点呵以断定wartmountainshale的年代町能

7、是上泥盆纪.gi1woood砂岩描述一,概述:gihvood砂岩透镜体明显集中在utikuma湖的东侧和东南侧.这里,砂页岩的平均比率为3:,这一地医单个砂岩透镜体的厚度口j达20ft均粒径的降低,在东北.东和东南方旬个沉积的挤压方向.砂岩变薄.向西,d与基底相触而消失.砂岩的颜色有以下几种:浅黄色荻褐色.绿灰色和浅红灰色.颜色受粉砂基质.锈染和岩成分的影响一二:,成分:0lwood砂岩中长石含量较少.平均成分为:57%石英,l6%徽斜长石,l%斜长石,1%黑云母15%胶结物和lo%的l隙.胶结物是硬石膏,亮晶方解石和白云石.总的看.向西砂岩的胶结物变少幔脆).该方向上石膏胶结物减少,但亮晶方

8、解石胶结物则以相反的比率增多.白云石含量较少,其无明显分布模式.三,结构:石英颗粒次圆状,挤压缝台许多颗粒可见硅质增生.含液泡和微晶粒.颗粒为等轴或稍带二向,极少数为自形.某些石英有多复合结构f多晶石英),与燧石相似.有些薄片中._】i见挤压缝合石英颗粒源在胶结物中,颗粒问并无接触.主要的长石矿物微斜长石一定程度上分解为粘土.颗粒为次圆状,稍有裂开.piagioclase虽在薄片中很少见.但仍是存在的.它是中间成份,许多很新鲜t未分解):植袱掀拣alujlhl前襁:b一向前pat:图zg】0.d砂岩中见到的爻错层类型gilmod砂岩的成份多为单一粒级单元中有少部分沉积物具有两个粒径总值(双模式

9、).砂岩中的双模式显示出在其沉积形成过程中至少有两个源或喇种运移介质.但该区沉积以一个源区为主,另一个作用很小.歪斜率函数柯i1准偏差图(图3)表明该主体沉积为正态分布(以砂级为主带一个很小的粉砂级拖尾1,其余为负态分布样品的分选性小等偏下(5一1.6.负态分布样品则更靠近:中等分选程度(<1.0).分选差呈正态分卉i的样品表明为快速沉积这种情况主要出现在河道沉积或河嘴.尤其是供水期,当水流呈湍流,粗细颗粒混杂在一起时.稍呈负偏差的分选好的样品表明海岸沉积(fredman,196l,mason和f0ik,1958,inman.19491.有些取自utikuma湖东岸边界区的样品属负整分布

10、且中偏上等分选,多为海岸沉积.结构主要由搬运模式,介质能量条件的控制,用统计参数探索沉积环境的偿试就是基f这种观点.沉积构造页岩象砂岩一样也有沉积构造.交错纹理,微波状纹理,平行纹理,渡状纹理,透镜状纹理,诏积纹理和虫迹等页砂序列构造都有出现另一方面.砂岩中又有中等规模的交锚层理,页岩碎屑,植物残余,褶积纹理和虫迹等构造.研究区内,各种不等的构造在一定部位占据优势.这些构造可反映出沉积作用发生的环境.因此,它们总是伴随一定的沉积环境或至少是次一级环境而出现.这里讨论的火部分构造都在文献中有详尽的描述.为r避免术语上的混乱,某些流动构造将同其成困和伴随环境一起讨论.本区内有五个岩心进行-r取心时

11、其原始位置的定向工作.并且为r分析古流态,对这些岩心中的流动构造都进行r测量.,交错层理gjlwood所有砂岩段中,交错层理是很常见的.微层(交错层)沉积在各方向上以一倾斜角与层系面相交根据其下部界面,可以观察到两种类型.平面(图1,3)和槽状【圈2,一措横剖面a-a取出的样品;一沿横宵面bb.取出的样品;一沿横剖面cc取出的样品一沿横nndd取出的样品图3沿横剖面一-,ii,cc和一口t横剖面线见图)取心的所有样品图i区的样品是从研究基东部的岩心中取出的,它显示出正态分布,分选中等到好ii区的样品是从沿utikuffla湖东部岩心中取出的,它显示出负态和正态分布.分选中等.iii区的样品是从

12、研究区西部岩心中取出的,它主要显示为正态分布,分选差4,5).面状存在于连续沉积单元.平均厚度4时.光滑边界,某些有侵蚀f图2)一这种类的徽层与下界面可相切,也可不相切:不相切微层的倾斜一般较相切微层更大.平均约为25.面状棚q某些微层粒级町以粗砂,中砂到细砂级变化.据botvinkina和yablokov(j964,p40j.韵律细层是河和三角洲相沉积的特征.在砂体周围这主要出现在其厚度减小的方向上.有时也出现在高角度交错层中.kleii1fl965)详细地讨论过它们的成因.在亮晶方解石胺结物含量相对高的西部硼区,各微层交替地,有选择地出瑚方解石胶结这种葛:f塑l:iiii:图例国c1,固2

13、固l3)圃4a面(,1e四(66凸盯团【b】日司(1)(5)9)毋粒:图4gj纹层:12)卷曲纹理;(3)槽形交错层理;(4)平面交错层理;平面交错层理,分线碎屑;(6j动物穴:(7)植物穴;波痕飘移交错层理;u0)长岸流;ud长岸流濞释的);水流;水流(解释的)04j聿啵很粗.粗粒;q自中细粒wood砂岩中平均粒度,沉积结构和古水流方向的分布类型的前积层疏松地堆积一起,亮晶方解石在早期引入.槽状型规模较小.微层与下界相切(图2).姗的侵蚀面成弯曲状r图2).大量出现在分流嘴坝和分流道中.l8,-,圃cl,国t斗i一河道-勰:2分流河口沙3一远端沙坝:4一地表天然冲积堤;5一水底天然冲积堤,6

14、一三角洲前沉积图5表示某些三箭ll亚环境的示意图中等厚度的面状型沉积单元表明,沉积期间流体存在时间短.这一点和交错层微层倾斜多方向都显示出沉积物是跳动(脉冲)形式带八沉积位置的,最可能的携带者是河流.二,波纹状漂积交错绷哩这种纹理(图3)在很缸的砂和粉砂中常见.它们显示出波纹层互相重迭.每个波纹漂迭9在下方相邻波纹的缓坡上:这种构造指示砂从1倘蔑流动的微紊流中沉积出来isonders,1965,p2o1=这可在砂体的东和东北部外侧一些井的取心中见到.有时,波纹断开.形成在页岩中的细砂透镜体.coleman(1966)把这种构造看作透镜状屡,并认为多出现在三角洲前沿三,粒级屠粒级层显示从下到上粒

15、级由很粗或粗变到中等的减小过程.有时粒级层的上部稍呈纹层状.粒级层颗粒岩从微紊流中沉出并停留荣部.随流速的降低,更细的沉积物便沉积在先沉积的粗颗粒上面.这种构造形成于紊流进入一个相对平静的水体的时候.四,碎片几乎每个岩心的砂岩中都叮见到从4mm到32mm大小的页岩碎屑有的碎屑与walt,mountain,shale相似.是深绿色页岩,另外的则是浅褐色.这些碎片为透镜状,并且总是平行层理面或泥质沉积物上破裂下来再带到新的位置的.从其形态上可以看出,从水动力的角度看.它们的运动状态与比它们小得多的,在周围共同沉积的砂粒相同.它们的出现表明.搬运它们的流体在早期能量高并呈湍矾深绿色页岩碎片可能源于也

16、是形成watt.mauntain.shale的湖盆浅褐色碎片则nr能从泥滩或洪稠跨特入.colelnan和caglianon965,p,147)考察过这种构造,他们将其归入粘土类,主要出现在mississippi三角洲的分流嘴坝和分流河道中.五,滔积纹层褶积纹层是具有不同成分和结构的变形交替纹层.主要组分是中细砂和粉礁褶积通常是连续的,形成很小的背斜和向斜f图2).背斜的顶部常偏向一定方向.纹层变形可能发生在沉积过程中或其随后,而在上覆物质沉积之前(sanders,1965.p2o1).含褶积纹层的沉积单元通常厚度为几英寸,粒级向上进入页岩和很细的砂岩单元.有些褶积层位变形更严重.表明这些层位

17、在沉积之后发生相对于下伏层独立的变形背斜顶部的倾斜可能由重力控制.因此认为,这里讨论的褶积纹层是小型的滑移构造,它的出现表明沉积时曾有过滑动.这种构造可在密西西比三角洲的水下部分中见到.六,纹层纹层的平均厚度小于1cm.这里纹层指平行或稍有波动的结构或颜色交替纹理(很瓣j砂,粉砂或粘d二)三角洲相中的颜色和结构纹层都具有重要意义.象密西西比这样的活动三角洲,大部分纹层是在水下形成的.其戍因既可能是由于流速变化l起的颗粒分异,也町以是水体的比学变化引起的化学分异(coleman和gagliano,l965,p134).七.其它类型的沉移构造流动和非流动的其它类的啪构造在glwood砂岩中还发现它

18、们包括(图5,虫孔和植物残余(图4).它们同以上讨论的构造一-起分布在gjlwood砂岩中,归纳如表i.gilwood砂岩某些亚相中的沉积构造陆细前三角洲前沿滑坡前一牯=沿或水席分嘴分河棚土洲坝流坝流道f部位褶!纹j纹j虫孔槽状交错层理面状交错.0fj面状交错层(带粒度徽层)植物残宗页岩碎片页岩块被状凛迭(徽交错纹理)透镜状理沉积解释一,物源砂岩的成份和结构表明其物源为一个与皮斯河隆起和canadi地盾复台基底非常相似的火成岩区.而颗粒的园度,砂粒的成熟度,高含量的缝合和松胶结石英粒以及低含量萤旷物等都显示出浚砂岩至少是-二次沉积.石英颗粒缝合被认为是压溶的结果.因此,这些颗粒在其被重造的前沉

19、积中是互相接触的因为在最后的沉积位置早期的胶结物会阻止砂粒接触这些结论表明,皮斯河隆起曾有沉积覆盖.现在所r见的沉积岩则仅是其被改造的结粜.河流订能切开沉积覆盖并揭起基底部份,因此露出了新鲜的棱角状斜长石,但这种情况微少.至,i少在研究区物蠲l内是如此.二古水流测定交错层的古水流分析表明,沉积期主要有两个水流方向:一个是东北,一个是南南西.但这一分析仅作了5个定位岩心,其中4个取自油田北部.故不能定量地说明整个地区的情况.油田南半部的水流方向还存在很大疑问(图4).北东向的水流则与粒径减小,砂岩厚度减小,粉砂质减少和分选性提高相一致.该方向上的水流可以源于河流.河道沉积的发散中心就是现在的ut

20、ikum湖.南西方向的水流被认为是长岸流.它们改造了沉积物并将其带向南方以至皮斯河地块周围.三沉积环境研究区内某些地方一定的沉积构造出现的高频率可能是沉积环境的特征(图4).与niger和missippi等现代三角洲比较,至少呵以看出,某些地区常出现三角洲水下相的特有构造,见表1.综台结构和沉积构造的解释,可将gilwood砂岩分为三类,即:河相,过渡相和近海岸相(河流相:砾和很粗的砂,分选差.粉砂含量较高:近岸海相:中粒砂,中等分选,粉砂含量低).河流相的代表是洪积原和河道亚相过渡相包括海滩和上部三角洲亚相.近岸海相包括三角洲前沿,有分流嘴坝和席状坝;前三角洲,主要沉积细粉砂和粘士三角洲沉积内的亚相位置见图5.应该强调,这里环境的解释仅以沉积物构造为基础,可能导致偏差.某些沉积构造形成的物理条件可能在多种环境中出现.例如:裙积纹理,槽状交错层,波纹源迭交错纹理,虫孔和粒径层在三角洲和半深海环境中都有发现(shawa.1966).结果通过手标本和薄片的结构分析,并辅以古水流分析沉积构造和gilwood砂岩几何分析等手段,得出:该砂岩主体沉积为三角洲相环境.三角洲沿海岸发育.互切的河道不断改变位置.该三角洲