百色盆地東部坳陷北部陡坡帶東段那讀組砂巖碎屑組分及物源分析

武文慧 侯明才 李智武

(成都理工大學沉積地質研究院,成都610059)

百色盆地是一個受北西向構造控制的、在中三疊統褶皺基底上形成的新生代內陸斷陷盆地,屬湖相沉積,其大地構造位置處于華南褶皺系之印支(右江)褶皺帶[1,2]。對于內陸湖泊沉積而言,碎屑巖相對粗粒級碎屑的成分和標型組合特征是確定物源的直接依據[3,4]。砂巖中石英及硅質巖屑屬于穩定組分,搬運距離越遠其相對含量越高。不同母巖來源的石英具有不同的標型特征,因此,可以通過石英的含量及其標型特征推斷物源。巖屑的成分同樣可以反映母巖的性質,隨著搬運距離的增加,不穩定巖屑的含量逐漸減少。此外,碎屑巖中各種重礦物之間存在著相對固定的共生關系。重礦物組合是物源搬運距離和巖性變化的極為敏感的指示劑[5]。在同一沉積盆地中,同一時期、同一物源的沉積物的重礦物組合特征基本一致,因此,可利用同時期重礦物組合推斷沉積物來源的方向。一般而言,搬運距離越遠,巖石中的穩定組分含量越高;越靠近物源不穩定組分含量越高。

對于百色盆地東部坳陷古近系那讀組的砂巖而言,以往的研究主要集中于沉積特征、儲層成巖作用特征和孔隙演化特征等方面[2,6～9],而對物源分析則涉及甚少。為此,本文以百色盆地東部坳陷北部陡坡帶東段古近系那讀組砂巖作為研究對象,根據薄片鑒定結果,從骨架顆粒、重礦物的組成特征和結構特征入手,對其物源進行詳細研究。

1 區域地質背景

百色盆地位于廣西壯族自治區西南部,屬百色、田陽、田東等縣轄區;分布在東經 106°34′～107°2l′和北緯23°23′～ 23°47′之間 ;呈北西向長條狀展布,盆地長 109 km,寬 2～14 km,面積 830 km2[1]。

百色盆地屬新生代(E-N)內陸斷陷盆地,新生界厚度約為3.4 km。其中可劃分出兩個一級構造單元：東部坳陷和西部坳陷;5個二級構造單元：頭塘凹陷、那筆凸起、田東凹陷,三塘凸起和六塘凹陷;12個三級構造單元[1,10,11].研究區位于東部坳陷北部陡坡帶東段(樣品主要采自田東凹陷北東部,圖1)。古近系那讀組為一套深灰-褐灰色泥巖、鈣質泥巖夾砂巖、砂礫巖組合,厚度為67～900 m,與下伏紅色巖組呈平行不整合接觸,或超覆不整合于中三疊統之上[1]。根據巖性組合、沉積旋回、電性特征等可將那讀組分為3段,其中第一段又分為2個亞段。具體分為：那讀組第一段第一亞段(1-1)、那讀組第一段第二亞段(1-2)、那讀組第二段(2)、那讀組第三段(E2n3)。

2 砂巖碎屑組分特征與物源關系

從薄片鑒定結果來看,那讀組的巖石類型主要由細砂巖和粉砂巖組成,其次是礫巖、粗粉砂巖和泥巖。砂巖類型(劉寶珺,1984)[12]主要是長石石英砂巖和巖屑石英砂巖,還有少量長石砂巖、巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖、石英砂巖和巖屑砂巖(圖2)。砂巖碎屑組分主要由石英和長石、各類巖屑、重礦物等構成,填隙物主要是伊利石、高嶺石、綠泥石等雜基和方解石膠結物、菱鐵礦膠結物、硅質膠結物。碎屑顆粒的粒度較細,以細粒砂狀結構為主,磨圓度以棱角狀-次棱角狀和次棱角狀為主,其次為次圓-次棱角狀、次棱角-次圓狀,次圓狀及圓狀的砂粒極少;膠結類型以基底式、基底-孔隙式、孔隙-基底式為主,其次為孔隙式、接觸-孔隙式。由以上特征可看出,那讀組砂巖的成分成熟度較高,結構成熟度較低。

2.1 Q和F端元特征與物源的關系

偏光顯微鏡下,碎屑石英和硅質巖屑是構成那讀組砂巖的主要成分,Q端元主要由石英、硅質巖巖屑和石英巖巖屑組成,其平均含量(巖石薄片上的面積比,下同)為63%。石英由單晶石英和多晶石英組成,其中單晶石英具波狀消光;多晶石英呈拉長狀,由多個石英晶體組成,石英顆粒之間呈縫合線接觸,具波狀消光,應為變質巖來源的石英。還有少部分多晶石英是由鑲嵌狀的石英晶體組成,波狀消光不明顯,可能是巖漿巖來源的石英。研究區各鉆井各層段中Q端元的平均值分別為61.8%,59.6%,53.1%;變化范圍分別為48%～86%,47%～80%,50%～55%之間(表1)。F端元主要由長石尤其是酸性斜長石構成,較為穩定的鉀長石很少見;其含量(面積比)總體上普遍較低,平均為7%。大部分鉆井中F端元的含量(面積比)都小于10%,有些砂巖中甚至不含長石。各層段中 F端元的平均值分別為5.6%,7.9%,7.4%;變化范圍分別在1%～18%,1%～18%,3%～8%之間(表1)。但在B57井的E2n1-1層段中和L35-1井的E2n1-2層段中長石的含量(面積比)均大于10%,在12%～18%之間。

表1 那讀組砂巖中Q端元和F端元的含量(面積比/%)Table 1 The average contents and variations of Q and F in sandstones of Nadu Formation

圖1 百色盆地構造單元區劃與研究區位置圖Fig.1 Tectonic division of the Baise basin and the location of study area

圖2 那讀組砂巖的主要巖石類型Fig.2 T riangular QFL plot showing the types of sandstones from Nadu Formation

Q端元代表砂巖中穩定組分,因此,根據那讀組各鉆井中Q端元的平均含量(面積比)繪制了穩定組分的變化趨勢圖(圖3)。可以看出,Q端元呈現出兩種變化趨勢,一個是受北西方向物源的影響,向南東逐漸變高;另一個是受北東方向物源的影響,向南西方向呈遞增趨勢。F端元在平面上的變化趨勢不明顯,但F端元以酸性斜長石為主,穩定的鉀長石含量極少,由此說明,那讀組砂巖搬運距離較近,屬近物源沉積。

2.2 重礦物特征與物源的關系

圖3 那讀組Q端元平均含量(面積比/%)的變化趨勢Fig.3 Isoline of the average content of Q in sandstones of Nadu Formation(arrows show the inferred paleocurrent direction)

砂巖中重礦物耐磨蝕、穩定性相對較強,能夠較多地保留其母巖的標型特征。不同的母巖類型具有特定的重礦物組合及相對含量,因此重礦物在物源分析中占有重要地位[5]。通常情況下選取碎屑顆粒比例大于75%的砂巖薄片用于重礦物分析。根據薄片分析鑒定統計得出,研究區內重礦物含量并不高,其質量分數一般變化在0.5%～5.5%之間。重礦物主要由鋯石、電氣石、黑云母、白云母、磷灰石、黃鐵礦、綠泥石、磁鐵礦、銳鈦礦等構成。重礦物的種類較多,同一個薄片中最多可達9種。其中出現頻率最高的是電氣石和鋯石,其次為白云母、黃鐵礦、黑云母、綠泥石、銳鈦礦等(表2)。按重礦物的穩定性可將研究區砂巖中的重礦物劃分為穩定重礦物、較穩定重礦物與不穩定重礦物[13～17]。其中,穩定重礦物包括鋯石、電氣石、白云母、白鈦礦、石榴石、榍石、金紅石,較穩定重礦物包括矽線石、鈦礦、鈦鐵礦、銳鈦礦,不穩定重礦物包括黑云母、磁鐵礦、綠泥石、磷灰石、綠簾石、重晶石、黃鐵礦、黝簾石。考慮到黑云母穩定性較差,經風化及成巖作用常被分解為綠泥石和磁鐵礦,而區內巖石已經過成巖蝕變,故將磁鐵礦歸入不穩定重礦物(全文對重礦物的劃分相同)。

表2 重礦物在巖石薄片中的出現頻率Table 2 Appearance frequency of heavy minerals in all thin sections

薄片統計結果表明,那讀組13口鉆井中,重礦物總的質量分數在1.02%～4.33%之間內變化,平均為 1.65%。穩定重礦物的變化范圍為0.99%～2.00%,平均為1.16%;較穩定重礦物的變化范圍為0%～0.5%,平均為0.06%;不穩定重礦物的變化范圍為0.03%～1.83%,平均為0.44%。穩定重礦物和較穩定重礦物質的變化幅度較小,而不穩定重礦物的變化幅度要大一些。根據各鉆井那讀組不穩定重礦物的統計結果得出,那讀組砂巖中不穩定重礦物的平均含量由區內北東邊向南西方向逐漸降低,反映出區內北東方向的物源對不穩定重礦物分布的影響(圖4)。結合不同母巖的重礦物組合特征,可推斷出那讀組砂巖的母巖主要是沉積巖。

圖4 各鉆井那讀組砂巖中不穩定重礦物質量分數(w/%)等值線圖Fig.4 Content isoline of instable fragments and heavy minerals in sandstones of Nadu Formation

2.3 巖屑特征與物源的關系

研究區內那讀組砂巖中的巖屑含量較低,其平均質量分數變化范圍一般在0%～15%之間,主要巖屑類型有硅質巖巖屑、碳酸鹽巖屑、粉砂巖巖屑、泥巖巖屑、石英巖巖屑、千枚巖巖屑。那讀組地層中噴出巖巖屑非常少,有些薄片中基本上不含噴出巖巖屑。按照巖屑的性質將硅質巖巖屑、碳酸鹽巖屑、粉砂巖巖屑、泥巖巖屑歸入沉積巖巖屑,噴出巖巖屑歸入巖漿巖巖屑,石英巖巖屑和千枚巖巖屑歸入變質巖巖屑。從那讀組來看,沉積巖巖屑含量最高,其次是變質巖巖屑(有些薄片中幾乎不含噴出巖巖屑)。而沉積巖巖屑中除硅質巖巖屑外,其他沉積巖巖屑如碳酸鹽巖屑等的穩定性均不高。

由此判斷,那讀期屬近物源沉積,且母巖性質主要是以沉積巖為主,其次為變質巖。按薄片統計,各鉆井中那讀組沉積巖巖屑的平均含量(面積比)在0.5%～7.9%之間變化,主要由硅質巖巖屑(屬穩定組分)和碳酸鹽巖屑(屬不穩定組分)組成,這在平面上很難判斷物源方向;而噴出巖巖屑和變質巖巖屑的含量較少,在平面上的變化趨勢不明顯。

3 結論

a.那讀組砂巖中Q端元的平均含量呈現出兩種變化趨勢,一個是受北西方向物源的影響,向南東逐漸變高;另一個是受北東方向物源的影響,向南西方向呈遞增趨勢。石英的標型特征顯示其母巖是變質巖。

b.根據那讀組砂巖中重礦物的組合特征,選用不穩定重礦物的平均含量來分析物源方向,得出由研究區北東邊向南西方向其含量逐漸降低,反映出研究區內北東方向的物源對不穩定重礦物分布的影響。

c.根據不同母巖重礦物的組合特征和巖屑的組合特征,可推斷出那讀組砂巖的母巖主要是沉積巖,其次為變質巖,且屬近物源沉積。

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