混積巖的幾點(diǎn)思考

鄭亞斌 杜秀娟 邊學(xué)會(huì)

混積巖的幾點(diǎn)思考

鄭亞斌 杜秀娟 邊學(xué)會(huì)

探討了混積巖形成的根本原因和基本規(guī)律。認(rèn)為單一巖性的沉積巖是穩(wěn)定沉積環(huán)境的產(chǎn)物，而俠義混積巖是過(guò)渡環(huán)境的產(chǎn)物，混積層序則是跳躍式反復(fù)變遷的沉積環(huán)境的產(chǎn)物。隨著沉積環(huán)境的演變，沉積物（沉積巖）也發(fā)生系列性演化，如碎屑巖、碳酸鹽巖、化學(xué)巖，以及它們的混積巖或混積層序。沉積環(huán)境的不同演化速度和不同演化方式是造成不同類(lèi)型混積巖的根本原因。

劉寶珺等（2002）在論述當(dāng)代沉積學(xué)研究的新進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)時(shí)曾把碳酸鹽和陸源碎屑混合沉積體系放在首位，可見(jiàn)混合沉積已經(jīng)成為現(xiàn)代沉積學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。在沉積學(xué)研究中傳統(tǒng)的理論認(rèn)為碳酸鹽巖與碎屑巖的沉積條件具有截然的界限，二者此消彼長(zhǎng)關(guān)系。通常碳酸鹽巖的沉積條件是溫暖而清澈的水體，不受陸源碎屑物質(zhì)的干擾，是生物和生物化學(xué)作用的產(chǎn)物。但隨著研究的深入人們逐漸認(rèn)識(shí)到除了單純的碎屑巖和碳酸鹽巖而外，還有二者的混合沉積。大量的研究發(fā)現(xiàn)混合沉積的分布范圍非常廣泛，即從古代到現(xiàn)代、從陸地到海洋、從淺水到深水都已發(fā)現(xiàn)混合沉積。

混合沉積、混積巖的基本涵義

混合沉積起初是在描述陸源碎屑巖與碳酸鹽巖混合沉積現(xiàn)象的時(shí)候提出的。1984年Mount據(jù)此提出混合沉積（mixed sediments）這一名稱(chēng)。經(jīng)過(guò)大量的觀(guān)察和研究，混合沉積的概念越來(lái)越豐富。張錦泉（1989）、董桂玉（2007）、沙慶安（2001）等曾做過(guò)深入探討，并對(duì)混合沉積方式和變化特征進(jìn)行了分析，指出存在兩類(lèi)不同的混合沉積，一類(lèi)是陸源碎屑巖與碳酸鹽巖在同一時(shí)空混雜沉積的混合沉積現(xiàn)象，另一類(lèi)是陸源碎屑巖與碳酸鹽巖的互層式混合沉積，即空間上在同一區(qū)域，時(shí)間上相互交替，反復(fù)變換的沉積現(xiàn)象。

搞清了混合沉積的概念，混積巖自然就很容易理解了。混積巖即是混合沉積的產(chǎn)物。楊朝青（1990）、郭福生（1990、1993、2003）、張雄華（2000）對(duì)混積巖進(jìn)行了界定、分類(lèi)、命名方面的研究。如楊朝青提出了陸源碎屑、碳酸鹽、粘土的三端元混積巖分類(lèi)圖，根據(jù)混積巖的成分比來(lái)進(jìn)一步分類(lèi)命名；張雄華的4類(lèi)混積巖分類(lèi)方案與楊朝青的分類(lèi)理念一致，也是按照成分比進(jìn)行分類(lèi)；郭福生提出了混積層系的概念。總而言之，與混合沉積相對(duì)應(yīng)，混積巖也可以分為兩大類(lèi)，即狹義的混積巖和混積層系。狹義的混積巖是多種沉積物混雜沉積的產(chǎn)物；而混積層系則是不同巖性的巖石規(guī)律性頻繁交替形成的沉積巖，是一種宏觀(guān)上混合，微觀(guān)上不混雜的特殊現(xiàn)象。俠義的混積巖與混積層系共同構(gòu)成廣義的混積巖體系。

混合沉積的成因機(jī)制探討

下面從成因機(jī)理和普遍規(guī)律上討論混積巖、混積作用的形成及其產(chǎn)物的特點(diǎn)，闡述有關(guān)混合沉積的基本概念。任何沉積巖都是在特定沉積環(huán)境中形成的，“混積”概念的提出是相對(duì)于單一巖性“純”的巖石的，比如“純”的碎屑巖和 “純”的碳酸鹽巖，要形成這些單一巖性“純”的巖石就相應(yīng)的要求具有穩(wěn)定的且僅適合某種巖石（沉積物）的沉積環(huán)境，事實(shí)上這種苛刻的要求在某個(gè)特定的時(shí)間段基本可以達(dá)到。但是在絕大多數(shù)時(shí)候都不具備這種穩(wěn)定不變的且僅適合某種特定的巖石沉積的環(huán)境，而是要么沉積環(huán)境不穩(wěn)定，有的時(shí)候適合這種巖石沉積，有的時(shí)候又快速跳躍到適合另種巖石沉積的環(huán)境；要么沉積環(huán)境本身就介于兩種甚至多種典型的單一巖性巖石沉積環(huán)境之間，是一種“混合”的、過(guò)渡的沉積環(huán)境。所以某種“純”的巖石沉積環(huán)境只是地球上沉積環(huán)境的一種特例，這種特例在地質(zhì)歷史時(shí)期上所占的比重或許并不長(zhǎng)，但是這些時(shí)期留下的沉積物卻可能很多，這可能主要是因?yàn)樵谶@樣的相對(duì)穩(wěn)定的沉積環(huán)境下沉積物更容易保留下來(lái)吧。

嚴(yán)格來(lái)講除非實(shí)驗(yàn)室條件，在自然界中幾乎不存在僅適合某種特定巖石的沉積環(huán)境，只不過(guò)不同巖石在這種環(huán)境下的沉積速率差異較大，表現(xiàn)出的現(xiàn)象為某種單一巖性的、“純”的巖石。譬如廚師炒菜，一鍋菜里放了一把鹽，炒之前知道既有菜又有鹽，炒出來(lái)以后人們能看到的是菜，鹽被溶化、淹沒(méi)到菜中了，就是“混合物”看上去像是只有一種單一事物了，但是吃的時(shí)候還是能感覺(jué)到鹽的味道，這就像巖石分析的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)里面總是有或多或少的雜質(zhì)是一樣的道理。所以是否為混積巖也是相對(duì)的。同時(shí)由于廚師不同炒出來(lái)的菜也各異，有的廚師喜歡清清爽爽，要炒什么就單炒什么，一盤(pán)是一盤(pán)，而有的廚師喜歡合起來(lái)炒雜燴菜，不管什么菜都一鍋燴，還有的廚師喜歡做拼盤(pán)，雖然一個(gè)盤(pán)子里有幾種菜，但互相并不摻雜。這里不同的廚師恰似不同的沉積環(huán)境，不同的菜就好比單一巖性的沉積巖、混積巖和混積層系。

穩(wěn)定沉積與混合沉積的關(guān)系

如果把所有沉積環(huán)境看成一個(gè)連續(xù)演化的序列，那么它就是由一些僅適合某種巖石沉積的、穩(wěn)定的沉積環(huán)境和介于這些穩(wěn)定沉積環(huán)境之間的、適合混合沉積的過(guò)渡環(huán)境組成（圖1）。

混積作用顧名思義是指混合沉積作用，狹義的混積作用就是在同時(shí)適合兩種或多種類(lèi)型沉積物沉積的環(huán)境中發(fā)生的沉積作用。如果把單一巖性的、“純”巖石的沉積環(huán)境看作是一些特定的點(diǎn)，混積作用環(huán)境就是這些點(diǎn)之間的過(guò)渡狀態(tài)。

圖1　混積巖與“純”巖石的關(guān)系模式圖

圖2　狹義混積巖形成的沉積環(huán)境演化模式圖

圖3　混積層序形成的沉積環(huán)境演化模式圖

實(shí)際上，混積巖或混合沉積作用并不否認(rèn)傳統(tǒng)沉積理論中關(guān)于碳酸鹽巖沉積條件的要求，畢竟在最適合單一巖性、“純”碳酸鹽巖沉積的穩(wěn)定的沉積環(huán)境下碳酸鹽巖的產(chǎn)率是最高的。而在陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)較多的環(huán)境中碳酸鹽巖的產(chǎn)率會(huì)大大降低。

形成一種單一巖性的、“純”的沉積巖需要特定的沉積環(huán)境，不同的“純”沉積巖要求的沉積環(huán)境的區(qū)別十分清楚，而混積巖、混積層序則要求沉積環(huán)境是處于過(guò)渡環(huán)境或者沉積環(huán)境在兩種穩(wěn)定環(huán)境之間快速變動(dòng)或跳躍。總之，混積巖的沉積條件最突出的特點(diǎn)是變化。但是在沉積巖演化序列不同位置上穩(wěn)定停留的時(shí)間不同形成不同類(lèi)型的混積結(jié)構(gòu)：狹義混積巖、混積層序以及單一巖性的、“純”的沉積巖。

狹義混積巖的沉積環(huán)境演化模式

沉積環(huán)境演化大多數(shù)時(shí)間并不是勻速的演進(jìn)，這種速度變化的方式不同決定了形成的沉積巖類(lèi)型的差別。狹義混積巖—即多種沉積物同時(shí)沉積形成的巖石，其沉積環(huán)境演化特征為從時(shí)間上在過(guò)渡（混積）環(huán)境持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)而在適合單一巖性“純”巖石沉積的穩(wěn)定沉積環(huán)境持續(xù)時(shí)間很短，這種演化速度變化方式有利于形成的狹義混積巖（圖2）。事實(shí)上至少應(yīng)該有兩大類(lèi)這種混積巖，即碎屑巖與碳酸鹽巖的混積巖和碳酸鹽巖與化學(xué)巖的混積巖。

混積層系的沉積環(huán)境演化模式

與狹義混積巖的沉積演化模式相反，如果沉積環(huán)境的演化過(guò)程中在適合單一巖性的、“純”的沉積巖要求的穩(wěn)定沉積環(huán)境持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，在過(guò)渡環(huán)境持續(xù)時(shí)間很短，則主要沉積的是單一巖性的巖石，混積巖很少甚至可以忽略。另一種情況是在兩種或多種穩(wěn)定環(huán)境間跳躍，同樣是過(guò)渡環(huán)境很短，且跳躍式演化又周期很短，就會(huì)出現(xiàn)幾種巖性有規(guī)律地重復(fù)的韻律性沉積，這種情況就稱(chēng)為混積層系（圖3）。

關(guān)于混合沉積現(xiàn)象的討論

混合沉積與非混合沉積現(xiàn)象類(lèi)似于光（電磁波）的“波粒二象性”原理，混合沉積是其“波動(dòng)性”、“連續(xù)性”的表現(xiàn)，正如光可以表征為“光波”一樣；混積層系是“量子性”、“顆粒性”表現(xiàn)，就像光可以表征為“光子”一樣。因此混合沉積其實(shí)是“波粒二象性”的一種體現(xiàn)，符合自然界的普遍規(guī)律。

混積巖是人們觀(guān)察到的一種客觀(guān)現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)是沉積環(huán)境的過(guò)渡。混積巖是相對(duì)單一巖性的“純”巖石而言的，通常單一巖性的巖石沉積于持續(xù)穩(wěn)定的沉積環(huán)境，而混積巖沉積于不穩(wěn)定的、過(guò)渡的沉積環(huán)境中。當(dāng)一種沉積環(huán)境向另一種沉積環(huán)境過(guò)渡時(shí)，其快慢、長(zhǎng)短差異很大，在快速實(shí)現(xiàn)過(guò)渡的情形下，沉積表現(xiàn)為從一種單一巖性的巖石幾乎直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N單一巖性的巖石。反之，若過(guò)渡期較長(zhǎng)，過(guò)程緩慢，長(zhǎng)期處于過(guò)渡沉積環(huán)境，就會(huì)出現(xiàn)混積巖。從一種穩(wěn)定的沉積環(huán)境到另一種穩(wěn)定的沉積環(huán)境的過(guò)渡過(guò)程中，其沉積物的演化為：?jiǎn)我粠r性的沉積巖—不同比例的混積巖—另一單一巖性沉積巖。

自然界中沉積環(huán)境的變遷是普遍的現(xiàn)象，但從地質(zhì)歷史上的沉積物—沉積巖來(lái)看卻并不總是出現(xiàn)混積巖。沒(méi)有混積巖或者混積巖沒(méi)有保存下來(lái)的情況，可能是穩(wěn)定沉積環(huán)境的沉積速率遠(yuǎn)高于過(guò)渡環(huán)境，或者穩(wěn)定環(huán)境時(shí)間較長(zhǎng)，而過(guò)渡階段很短。俠義的混積巖發(fā)育的情況，可能是過(guò)渡環(huán)境持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且過(guò)渡環(huán)境的沉積物容易保存。混積層系發(fā)育的情況則是在某種特定的空間范圍內(nèi)，沉積環(huán)境隨時(shí)間反復(fù)變遷，并且這種變遷往往是由一種穩(wěn)定的沉積環(huán)境快速變遷到另一穩(wěn)定的沉積環(huán)境，中間過(guò)渡階段很短或過(guò)渡環(huán)境沉積物很少，這種在兩種或多種沉積環(huán)境間來(lái)回跳躍，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就形成了混積層系，典型代表之一就是有季節(jié)性水流注入的鹽湖沉積的鹽韻律。

如果把沉積巖看成一個(gè)系統(tǒng)，則碎屑巖、碳酸鹽巖、化學(xué)巖是其主要的一級(jí)子系統(tǒng)，通常所說(shuō)的混積巖是指在一級(jí)子系統(tǒng)之間的混積巖，如碎屑巖與碳酸鹽巖的混積巖、碳酸鹽巖與化學(xué)巖的混積巖（特別是混積層系）。但實(shí)際上在子系統(tǒng)之內(nèi)，如碎屑巖也可以看成一個(gè)由礫巖、砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)巖等二級(jí)子系統(tǒng)組成的演化序列，二級(jí)子系統(tǒng)之間的混合沉積雖然通常并不稱(chēng)為混積巖，其實(shí)道理仍然是一樣的，這符合自然界普遍存在的分形原理。

鄭亞斌1杜秀娟2邊學(xué)會(huì)3

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