层序地层的关键界面是指层序界面、初始湖泛面和最大湖泛面等, 这些关键界面的识别对于层序划分有着极其重要的意义。

2.1.1 层序界面的识别

层序界面在湖盆边缘通常表现为区域性不整合面或河道下切冲刷面, 而在湖盆内部常为连续沉积的整合面。研究区层序界面具体特征如下:

1)区域不整合面

是指盆地范围内发育的不(假)整合面, 与构造运动事件一致, 如上三叠统默勒组与下侏罗统热水组之间由燕山运动形成的不整合面是划分层序及构造层序的典型界面(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 区域不整合面Fig.2 Regional unconformity surface

2)下切谷冲刷面

区内一些大规模分布的砂岩体代表伴随着湖平面相对下降, 由河流回春作用形成的下切谷, 其底面是层序界面的典型标志, 下切谷充填沉积一般以叠置的厚层及透镜状砂砾岩体为特征, 可根据下切谷砂体的规模及其垂向的叠置关系把层序界面处的下切谷沉积与次一级层序的河道砂岩区别开来(邵龙义等, 2008), 如下侏罗统热水组底部和木里组底部灰白色粗砂岩以及江仓组中部浅灰色粗砂岩均为下切谷沉积, 可作为层序S2、层序S3及层序S4的低位体系域沉积(图3)。

图3

Fig.3

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	图3 下切谷冲刷层序界面Fig.3 Sequence boundary of incised valley scouring surface

3)古土壤层

古土壤层一般是基底暴露经成土作用形成, 代表一段时间的沉积间断, 侧向上可与下切谷砂体对比的古土壤是识别冲积平原背景下河道间地区层序界面的极好标志。在外力哈达矿区上侏罗统享堂群底面夹有紫红色砂质泥岩, 是一种氧化土, 可认为是以古土壤为代表的层序界面。

2.1.2 初始湖泛面的识别

初始湖泛面(initial flooding surface)理论上为湖水首次漫过坡折带或漫过低位下切谷所形成的湖泛面, 研究区一般将河道砂砾岩之上覆盖的泛滥盆地相泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等细粒岩石的底面定为初始湖泛面。在没有河道发育的地带, 初始湖泛面与层序界面重合, 此时古土壤可能比较发育。研究区下侏罗统热水组下部灰白、浅绿色厚层粗粒砂岩作为下切谷充填沉积, 其顶面即是初始湖泛面(图5)。

图4

Fig.4

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	图4 外力哈达矿区侏罗系岩性、沉积环境和层序地层综合柱状图Fig.4 Comprehensive column of lithology, sedimentary environments and sequence stratigraphy of the Jurassic in Wailihada mining area

图5

Fig.5

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	图5 外力哈达矿区侏罗系沉积相及层序地层对比Fig.5 Map showing the Jurassic facies variation and sequence stratigraphic correlation in Wailihada mining area

2.1.3 最大湖泛面的识别

最大湖泛面(maximum flooding surface)是一个层序中基准面或可容空间速率增加最快、水体最深时形成的沉积面, 它是湖侵体系域的顶界面, 其识别特征如下:(1)在一套向上变细、变深的沉积序列中, 代表环境水体最深的岩相一般为滨浅湖相泥岩、粉砂质泥岩, 这样的岩性以相对较大的厚度出现时, 可将其底面作为最大湖泛面的位置; (2)最深的岩相若在剖面上重复出现, 那么在厚度向上变到最厚的一个层位的底面即为最大湖泛面的位置。研究区各组段中厚层黑色块状泥岩的底面多是水体变深— 变浅的转换面, 这些泥岩的底面代表各层序的最大湖泛面(图5)。

依据上述层序地层关键界面的识别特征, 可在外力哈达矿区侏罗系中识别出6个层序界面, 以这6个层序界面为界, 可将侏罗系划分为5个三级层序(图4, 图5)。

现就S1~S5各层序特征分述如下:

1)层序S1:对应于下侏罗统热水组, 层序底界为上三叠统默勒组细砂岩顶部的不整合面, 层序顶界为热水组顶部, 其特征是发育含紫红色条带的灰绿色砂质泥岩, 局部具有鲕状结构, 紫红色砂质泥岩属于氧化土古土壤层, 代表了当时暴露形成的沉积间断。在该层序识别出低位体系域、湖侵体系域和高位体系域(图4、图5)。

低位体系域对应于热水组下段, 其底界与层序界面一致。主要由厚层辫状河道相灰白色粗砂岩、含砾粗砂岩组成, 具交错层理。东西向剖面上可见东部W10孔和西部W8孔附近发育含砾粗砂岩透镜体, 代表当时的低位体系域下切谷充填沉积。由于低位体系域沉积期陆源碎屑供应充足, 可容空间增加速率较低, 一般不发育煤层。

湖侵体系域对应于热水组中段, 全区发育, 主要由辫状河三角洲分流河道及分流间湾沉积组成, 分流河道以灰白色粗砂岩、含砾粗砂岩及细砂岩组成, 分流间湾由发育水平层理及沙纹层理的灰绿色泥岩、粉砂岩组成。东西向剖面上, 研究区的东部和西部该体系域发育较厚, 中部较薄。东部W10孔附近岩石粒度较粗(图5), 反映出该孔可能靠近当时的物源区位置。湖侵体系域底部的初始湖泛面以下伏低位体系域下切谷砂岩之上的细粒沉积为代表, 岩相上表现为:向上为一套三角洲平原分流间湾灰绿色细砂岩、泥岩及煤层, 代表基准面开始漫过下切谷的沉积。湖侵中期全区发育煤层2, 粉末状, 结构单一, 厚度不大, 但连续性较好。

高位体系域对应于热水组上段, 主要由大套的下三角洲平原分流间湾灰绿色砂质泥岩组成(图4), 局部夹具交错层理砂岩。最大湖泛面位于上三角洲平原分流间湾相泥岩及砂质泥岩之下。东西向剖面上, 有自西向东渐薄的趋势, 高位体系域基本没有可采煤层发育, 仅在部分地区夹有薄煤层, 如W15孔见到的煤层1厚度仅有0.2m, 可能与高位体系域可容空间增加速率过大而不利于成煤有关。

2)层序S2:对应于中侏罗统木里组, 层序底界是一下切谷冲刷面, 其上为辫状河三角洲平原辫状河道灰白色粗砂岩沉积, 层序顶界为木里组的顶界面, 木里组顶部发育厚层深灰色泥岩。在该层序识别出低位体系域和湖侵体系域, 高位体系域因上覆层序底界下切谷河道的冲刷作用而未被保存。

低位体系域对应于木里组下段, 体系域界面与层序界面一致, 发育辫状分流河道沉积, 以厚层灰白色粗砂岩和细砂岩为代表, 砂岩中石英含量较高, 厚层块状, 局部含砾, 底部含镜煤化炭屑。东西方向上, 下切谷砂岩在西部发育较薄, 向东厚度逐渐增加, 岩石粒度也逐渐变粗, 低位体系域没有煤层发育。

湖侵体系域对应于木里组上段, 全区发育, 为辫状分流河道沉积, 岩性由深灰— 浅绿色砂质泥岩、灰白色粗砂岩组成, 中部为灰色粉砂岩, 夹紫红色, 部分为鲕状结构(图4)。东西向厚度变化不大, 岩石粒度同样表现出向东渐粗的趋势(图5)。西部初始湖泛面为上三角洲平原分流间湾沼泽碳质泥岩, 东部则为冲积平原相粗砂岩、细砂岩、砂质泥岩(W15孔、W14孔和W10孔)。湖侵体系域没有煤层发育, 仅在部分地区见有碳质泥岩(如W20孔)。

3)层序S3:对应于江仓组下段, 层序底界为辫状河三角洲分流河道灰白色粗砂岩, 属下切谷冲刷, 顶部为江仓组灰黑色泥岩。由于三角洲平原分流河道间缺失低位体系域, 所以在该层序仅识别出湖侵体系域, 且只在中部发育(图5), 而高位体系域不发育。

湖侵体系域对应于木里组下段, 仅中部发育(W20孔和W18孔附近), 由三角洲平原分流河道中砂岩和分流间湾黄绿色细砂岩、碳质泥岩和灰黑色泥岩组成, 其中W18孔有厚层中砂岩。湖侵体系域没有煤层发育。

4)层序S4:对应于江仓组上段, 层序底界面为滨湖相浅灰色粗砂岩沉积, 顶部为江仓组灰白色、深灰色泥岩。由于上升隆起造成的剥蚀, 该层序在全区发育较差, 仅在W20孔识别出湖侵体系域和高位体系域。

湖侵体系域由砂质泥岩夹细砂岩组成, 富含湖相瓣鳃类动物化石, 岩性致密坚硬; 高位体系域为浅湖相灰黑色碳质泥岩和深灰色泥岩, 并含大量湖相化石(图5)。最大湖泛面位于浅湖相底界, 发育钙质泥岩。

5)层序S5:对应于上侏罗统, 层序底面为辫状河三角洲平原紫红色砂质泥岩, 顶界为紫色砂质泥岩, 反映了基准面下降— 暴露— 上升旋回的暴露面, 由于暴露遭受剥蚀, 在该层序识别出湖侵体系域和高位体系域。东西向上仅西部发育该层序。

湖侵体系域由辫状河三角洲分流间湾砂质泥岩及细砂岩组成, 含蓝绿色条带; 东西向上, 表现出自西向东渐薄尖灭的趋势。湖侵体系域岩石粒度较细, 没有煤层发育。

高位体系域由辫状河三角洲分流间湾绿灰色砂质泥岩及粗砂岩、含砾粗砂岩组成(如W28孔), 有黄铁矿结核及动物化石碎片。最大湖泛面位于分流间湾绿灰色砂质泥岩、灰黑色泥岩之下, 代表基准面漫过下切谷后的沉积。横向上厚度变化不大(图5)。