阜宁组二段水平层理细粒沉积岩整体呈深灰色, 但细化到纹层尺度, 颜色则变得复杂, 包括深灰色、灰色、灰白色、土黄色等。纹层的颜色与其岩性成分密切相关。根据国内常用的岩性分类图版(姜在兴等, 2013), 阜二段水平层理细粒沉积岩主要包括碳酸盐岩、黏土岩和混合型细粒沉积岩, 粉砂岩少见(图 2)。对比发现, 不同颜色纹层的宏观组合样式与其整体岩性成分特征对应良好: 以浅色纹层为主或具明暗双色纹层的细粒沉积岩(图 3-a, 3-d)碳酸盐含量基本大于50%, 但也有极少数样品为粉砂岩(图 4-a); 由2种以上颜色纹层组成的细粒沉积岩(图 4-d; 图 5-c)各组分端元占比通常不超过50%, 属于混合型细粒沉积岩; 以深灰色纹层为主的细粒沉积岩(图 3-e; 图 5-d)基本为黏土岩, 且岩心通常破碎。

图 2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 2 苏北盆地高邮— 金湖凹陷阜二段水平层理细粒沉积岩岩性分类Fig.2 Types of fine-grained sedimentary rocks with horizontal bedding in the Member 2 of Funing Formation in Gaoyou and Jinhu sags, Subei Basin

图 3

Fig.3

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 3 苏北盆地高邮— 金湖凹陷阜二段薄纹层状构造典型纹层特征 a— He4井, 2302.55 m, 岩心剖面, 浅色富碳酸盐岩层平直或透镜状产出(已水洗使纹层结构更加清晰, 但颜色整体变暗; 干燥情况下呈浅灰色), 碳酸盐含量71%, 长英质含量13.1%, 黏土及其他矿物含量15.9%; b— 图a的普通薄片(单偏光), 泥晶碳酸盐组分呈层状或透镜状产出; c— Min17井, 1862.9 m, 岩心剖面上细纹层平直连续, 岩心截面上见大量生物介壳, 碳酸盐含量76.6%, 长英质含量12.7%, 黏土及其他矿物含量10.7%; d— 图c的普通薄片(单偏光), 生物介壳层状排列, 与泥晶碳酸盐岩层互层; e— Lin1井, 2726.32 m, 纹层平直连续, 岩心破碎, 碳酸盐含量2.4%, 长英质含量32.6%, 黏土及其他矿物含量65%; f— 图e的普通薄片(单偏光), 黏土矿物层状富集Fig.3 Typical thin-laminated features of sedimentary rocks in the Member 2 of Funing Formation in Gaoyou and Jinhu sags, Subei Basin

图 4

Fig.4

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 4 苏北盆地高邮— 金湖凹陷阜二段具水动力变化的薄纹层状构造典型纹层特征 a— F1井岩心, 781.5 m, 大套水平层理中见小型交错层理, 碳酸盐含量21.3%, 长英质含量54.2%, 黏土及其他矿物含量24.5%; b— 图a的素描; c— 图a的普通薄片(正交光, 染色), 石英、长石颗粒层状富集, 具正韵律; d— Lin1井岩心, 2658.83 m, 细纹层平直连续且具2种以上颜色, 碳酸盐含量37.4%, 长英质含量25.4%, 黏土及其他矿物含量37.2%; e— 图d的普通薄片(正交光, 染色), 石英、长石颗粒层状富集, 正韵律明显, 发育微型冲刷面; f— 图e的素描Fig.4 Typical thin-laminated feautres in horizontal bedding of sedimentary rocks with hydrodynamic change in the Member 2 of Funing Formation in Gaoyou and Jinhu sags, Subei Basin

图 5

Fig.5

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 5 苏北盆地高邮— 金湖凹陷阜二段厚纹层状构造典型纹层特征 a— Lin1井岩心, 2600.95 m, 纹层连续、略呈波状; b— 图a的普通薄片(单偏光), 黏土夹层状断续分布于碳酸盐层系之间, 陆屑层状富集, 见微型冲刷面, 碳酸盐含量67.9%, 长英质含量13.2%, 黏土及其他矿物含量18.9%; c— Z7井岩心, 1913.16 m, 纹层整体平直, 见小型交错层理; d— 图c的普通薄片(单偏光, 染色), 陆屑层状富集、具正韵律, 见生物介壳碎片定向排列, 碳酸盐含量31.7%, 长英质含量38.2%, 黏土及其他矿物含量30.1%; e— W5井, 938.9 m, 纹层平直连续, 岩心破碎; f— 图e的普通薄片(单偏光, 染色), 黏土矿物与泥晶碳酸盐组分垂向含量差异形成纹层, 碳酸盐含量18.7%, 长英质含量29%, 黏土及其他矿物含量52.3%Fig.5 Typical thick-laminated features of sedimentary rocks with horizontal bedding in the Member 2 of Funing Formation in Gaoyou and Jinhu sags, Subei Basin

阜宁组二段细粒沉积岩的宏观沉积构造包括水平层理和块状层理, 也可见过渡层理、交错层理及变形层理等。水平层理是研究区最常见的层理构造, 平行叠置的纹层是其基本特征。有学者根据纹层厚度大小将水平层理进一步细分为页状层理和纹理(张顺等, 2014b; 陈世悦等, 2016)。岩心观察发现研究区细粒沉积岩水平层理单纹层厚度多为1~2 mm, 很少超过5 mm, 并且纹层的厚度与其形态特征关系密切, 可一定程度地反映水动力条件差异。故根据纹层单层厚度将水平层理分为薄纹层状构造(纹层厚度小于1 mm)和厚纹层状构造(纹层厚度大于1 mm)2类。

单纹层厚度在1 mm及以下的水平层理, 其纹层在宏观尺度下基本平直, 指示了相对安静的沉积水体。需要说明的是, 本次在薄纹层状构造中也发现了罕见的小型交错层理(图 4-a, 4-b)以及微型冲刷面(图 4-e, 4-f)。上述特征表明阜二段具薄纹层状构造的细粒沉积岩并非都是在完全静水条件下悬浮沉积的。薄纹层状细粒沉积岩的黏土矿物含量整体较高, 均值约38%; 碳酸盐含量约29%(图 2)。

单纹层厚度在1 mm以上的水平层理, 其纹层在宏观尺度下整体平直, 但局部常略呈波状, 甚至偶见小型交错层理(图 5-c), 反映沉积水体整体稳定, 但存在短暂动荡。厚纹层状细粒沉积岩的碳酸盐含量整体较高, 均值约40%; 黏土矿物含量约26%(图 2)。

综合岩性特征与纹层厚度, 将研究区阜宁组半深湖— 深湖细粒沉积岩划分为2种类型和多种亚类型(表 1): (1)具薄纹层状沉积构造的细粒沉积岩样品共93块, 其中21块分布在E₁f 23亚段, 12块分布在E₁f 22亚段, 60块分布在E₁f 21亚段。该类岩石黏土含量整体较高且岩性复杂, 细分为薄纹层状碳酸盐岩、薄纹层状混合型细粒沉积岩、薄纹层状黏土岩和薄纹层状粉砂岩共4个亚类; (2)具厚纹层状沉积构造的细粒沉积岩样品共79块, 其中53块分布在E₁f 23亚段, 10块分布在E₁f 22亚段, 16块分布在E₁f 21亚段。该类岩石普遍具有较高的碳酸盐含量, 细分为厚纹层状碳酸盐岩、厚纹层状混合型细粒沉积岩和厚纹层状黏土岩3个亚类。

表 1

Table1

表 1(Table1)

表 1 苏北盆地高邮— 金湖凹陷阜二段古盐度特征及不同类型水平层理细粒沉积岩样品分布 Table1 Palaeosalinity characteristics and distribution of different types of sedimentary rock samples with horizontal bedding in the Member 2 of Funing Formation in Gaoyou and Jinhu sags, Subei Basin 亚段 薄纹层状样品数 厚纹层状样品数 古盐度/‰ 碳酸 盐岩 /个 混合型 沉积岩 /个 黏土岩 /个 粉砂岩 /个 合计 碳酸 盐岩 /个 混合型 沉积岩 /个 黏土岩 /个 合计 分布 范围 均值 样品数 /个 占比 /% 样品数 /个 占比 /% E1f 21 8 26 25 1 60 79 5 11 0 16 21 12.06~36.1 21.96 E1f 22 4 7 1 12 55 2 5 3 10 45 16.06~39.86 29.13 E1f 23 3 10 8 21 28 16 25 12 53 72 17.23~79.45 35.04

表 1 苏北盆地高邮— 金湖凹陷阜二段古盐度特征及不同类型水平层理细粒沉积岩样品分布 Table1 Palaeosalinity characteristics and distribution of different types of sedimentary rock samples with horizontal bedding in the Member 2 of Funing Formation in Gaoyou and Jinhu sags, Subei Basin

需要说明的是, 在细粒沉积岩的分类研究中, TOC通常是非常重要的指标。有学者将有机质作为一类组分端元(姜在兴等, 2013), 或在图 2分类基础上根据TOC指标开展进一步细分(张顺等, 2014)。本次对比发现, 研究区阜二段水平层理细粒沉积岩的TOC均值与其纹层厚度关系密切: 薄纹层状细粒沉积岩TOC均值普遍较高(大于2%), 而厚纹层状细粒沉积岩TOC均值明显偏低(约1%)。故在岩石分类时未单独考虑TOC指标。

镜下观察发现研究区细粒沉积岩中的碳酸盐组分多为化学成因, 但亦有生物成因。由于指示的沉积环境不同, 薄纹层状碳酸盐岩可进一步分为泥晶碳酸盐岩和生物介壳富集的碳酸盐岩2类。

1)泥晶碳酸盐岩中的纹层。薄纹层状— 泥晶碳酸盐岩在阜二段均有分布、以E₁f 21亚段为主(表 1), 平面上主要分布在金湖凹陷至高邮凹陷S20-W1-F1井一线以西的地区。该类岩石宏观上呈现出明暗双色纹层交替出现, 纹层整体平直连续, 浅色层亦可呈透镜状产出(图 3-a)。镜下可见纹层厚度50~100 μ m, 其中亮色纹层为泥晶碳酸盐的层状富集或小型碳酸盐透镜体的组合(图 3-b), 暗色层则具有较高的黏土组分; 纹层界限分明、基本平直或略呈波状; 石英和长石颗粒相对少见, 通常为细粉砂级别, 在暗色/亮色层系中均有见到(图 3-b); 此外部分样品偶见生物介壳水平排列在暗色层中。该类岩石有机碳含量较高, TOC介于0.9%~3.75%之间, 均值2.34%(11个样品)。

2)生物介壳富集的碳酸盐岩中的纹层。金湖凹陷闵桥地区阜二段E₁f 21亚段大量发育一类相对特殊的薄纹层状碳酸盐岩, 其岩心剖面同样由整体平直连续的明暗双色纹层组成, 特别之处在于岩心截面因大量生物介壳的存在而显得凹凸不平(图 3-c)。薄片观察发现, 该类岩石由亮色泥晶碳酸盐纹层和富含大量水平排列生物介壳的暗色纹层叠置形成层偶, 层偶厚度可达500 μ m(图 3-d); 纹层界面清晰但略有弯曲, 表明水体并非完全安静。该类岩石TOC含量较高, 一般为2.2%~2.38%(3个样品)。前人研究表明, 苏北盆地阜二段介形类化石多为中华金星介(李道琪, 1984)。

混合型细粒沉积岩在高邮— 金湖凹陷分布广泛, 平面上在多口井中均有钻遇, 垂向上以E₁f 21亚段为主(表 1)。该类岩石宏观上可见2种以上颜色的纹层, 纹层基本平直连续(图 4-d)。镜下观察发现粉砂级石英和长石颗粒、黏土矿物及泥晶碳酸盐的纵向含量存在差异, 形成了厚度约100 μ m的层偶(图 4-e)。层偶普遍具正韵律, 其底部为大量粉砂级别的石英和长石颗粒, 向上碳酸盐和黏土含量逐渐增加, 其界面通常不平直, 可见微型冲刷面(图 4-e, 4-f), 指示了一定的水动力强度。不同层偶的物质成分垂向变化存在差异, 因而纹层在宏观尺度下表现出多种颜色。该类岩石有机碳含量变化较大但均值较高, TOC介于0.24%~5.02%之间, 均值2.65%(41个样品)。

黏土岩在垂向上主要分布在E₁f 21亚段(表 1), 平面上主要分布在高邮凹陷中东部。该类岩石普遍破碎。纹层平直连续且颜色差异较小, 整体为深灰色(图 3-e)。镜下可见黏土矿物层状富集(图 3-f), 纹层厚度极小(10~20 μ m)且十分平直(图 3-f), 应当形成于十分稳定的水体环境。该类岩石TOC变化较大, 介于0.22%~3.63%之间, 均值2.29%(28个样品)。

阜二段该类岩石十分少见, 本次仅在高邮凹陷F1井观察到。该样品纹层颜色较浅, 呈灰色— 灰白色, 岩心坚硬, TOC含量仅有1.28%。宏观可见与水平层理共生的小型交错层理(图 4-a, 4-b), 反映了水动力条件的微弱变化。该样品在平面上位于远离物源区的高邮凹陷, 垂向上位于湖侵范围最大的E₁f 21亚段, 交错层理的出现或许与底流有关(陈世悦等, 2017)。镜下见纹层由大量粉砂— 黏土级别的陆源碎屑与泥晶碳酸盐组分共同组成厚度200~400 μ m的层偶, 层偶具一定的正韵律(图 4-c)。

厚纹层状碳酸盐岩在垂向上主要分布在E₁f 23亚段(表 1), 平面上集中分布在远离物源区的高邮凹陷。该类岩石宏观可见厚度较大(2~4 mm)的浅色纹层夹极薄(远小于1 mm)的暗色纹层, 整体平直连续但略呈波状(图 5-a)。镜下可见纹层主要由泥晶碳酸盐组成。石英和长石颗粒层状富集且形成微型冲刷面。黏土矿物呈夹层状产出, 略呈波状、断续分布, 应当是早期沉积的纹层遭受破坏和改造后的结果(图 5-b)。该类岩石有机碳含量中等, TOC介于0.18%~1.89%之间, 均值1.17%(14个样品)。

厚纹层状混合型细粒沉积岩在整个阜二段均有发育(表 1), 平面分布亦较为广泛, 在高邮— 金湖凹陷多口井中均有见到。该类岩石颜色整体偏黄, 宏观可见较厚(1~5 mm)的纹层, 基本平直、局部略呈波状, 可见小型交错层理(图 5-c)。镜下见纹层主要由黏土— 粉砂级别的石英、长石颗粒及泥晶碳酸盐组成。部分样品可见少量定向排列的破碎生物介壳, 其产状在不同纹层中存在差异(图 5-d): 在以泥晶碳酸盐为主的纹层中, 破碎的生物介壳水平排列, 以悬浮沉积为主; 而陆屑颗粒较多的纹层中可见产状倾斜的破碎生物介壳, 指示了水流的侧向迁移。该类岩石有机碳含量偏低, TOC介于0.04%~1.72%之间, 均值0.89%(27个样品)。

需要说明的是, 在具有厚纹层状沉积构造的岩石中, 碳酸盐岩与混合型细粒沉积岩是垂向快速过渡变化的。例如图 5-c中颜色最浅的纹层(测试点A)实测碳酸盐占比65.5%, 长英质占比14.1%, 黏土及其他矿物占比20.4%, 属于碳酸盐岩; 其下颜色较深的纹层(测试点B)碳酸盐占比31.7%, 长英质占比38.2%, 黏土及其他矿物占比30.1%, 属于混合型细粒沉积岩。

厚纹层状黏土岩在垂向上主要分布在E₁f 23亚段(表 1), 平面上主要分布在金湖凹陷和高邮凹陷西部。该类岩石宏观可见厚度较大(2~5 mm)的暗色纹层平行叠置, 岩心相对破碎(图 5-e), 黏土含量高、但未见含量超过60%的样品。镜下可见岩石由主要由黏土级别的陆源碎屑和泥晶碳酸盐组成, 不同物质含量的纵向差异形成纹层(图 5-f)。结合全岩资料可知, 该类纹层中的陆屑以黏土矿物为主(> 50%), 且应当存在黏土级的石英、长石颗粒(均值约27%)。该类岩石有机碳含量中等, TOC介于0.29%~2.3%之间, 均值1.2%(10个样品)。

多种物质组分, 包括陆源沉积物(石英和长石颗粒、黏土矿物及有机质)、生物沉积物(生物格架/碎屑及生物生产的有机质)和内生沉积物(主要是碳酸盐)等的空间混合和垂向叠置, 形成了高邮和金湖凹陷阜宁组二段水平层理细粒沉积岩中的各类纹层。在此过程中, 一方面, 水平层理的形成虽以悬浮沉积作用为主, 但并不是连续缓慢堆积的过程, 而是不同组分在一系列沉积事件中的记录(Zolitschka et al., 2015), 包括径流增加、藻华、碳酸盐组分的强烈沉淀(Stockhecke et al., 2012), 等等; 另一方面, 纹层的形成与湖水分层现象有关(王冠民和钟建华, 2004; 陈世悦等, 2017), 即湖水分层导致不同密度的物质组分先后沉积。因此在分析纹层的形成时, 需要分别探讨不同物质组分在湖泊中出现与沉积的过程。

5.1.1 碳酸盐组分

较高的碳酸盐含量是苏北盆地乃至中国东部盆地古近系细粒沉积岩的普遍特征(陈世悦等, 2016; 张顺等, 2016; 鄢继华等, 2017)。苏北盆地阜宁组二段水体咸化(傅强等, 2007), 有利于湖泊水体分层和碳酸盐组分的大量出现; 此外特定的沉积环境有利于介形虫等生物的繁盛, 可生产大量碳酸盐生物格架。

1)干旱气候有利于碳酸盐生产并导致水体强分层, 泥晶碳酸盐颗粒季节性富集。

本次基于研究区阜宁组二段共93个样品的X衍射全岩、X衍射黏土及微量元素测试数据, 利用Couch法完成了古盐度定量分析, 发现阜二段沉积时期研究区水体古盐度介于10.53‰ ~79.45‰ 之间, 均值28.93‰ 。其中有26个样点古盐度介于25‰ ~35‰ 之间, 属于咸水; 24个样点大于35‰ , 属于超咸水。阜二段沉积时期研究区或曾遭受黄海海侵(傅强等, 2007), 这可能有利于碳酸盐生产。但考虑到该时期金湖凹陷以西更加封闭的洪泽凹陷(图 1-c)已出现石膏沉积(傅强等, 2007; 刘玉瑞, 2016), 认为研究区阜二段大量咸水— 超咸水样品的出现应当与气候干旱有关, 这也与中国东部古近纪阶段性的干旱气候(徐崇凯等, 2018)相符。

研究区大量泥晶碳酸盐颗粒的出现具有很强的季节性意义。一方面, 干旱气候下的古盐度升高在夏季尤为显著(Zolitschka et al., 2015), 且夏季水生生物繁盛也能诱发碳酸钙沉淀(朱光有等, 2005); 另一方面, 古盐度的增加使高盐度(密度)的水体下沉, 低盐度水体上浮, 进一步强化了水体分层。当水体分层时, 高密度的碳酸盐颗粒优先沉淀, 层状富集形成纹层, 因而泥晶碳酸盐纹层具有季节性意义。

2)生物介壳季节性富集, 夏季过高的水体盐度不利于生物繁盛。

阜宁组二段细粒沉积岩中的生物介壳通常零星出现且破碎(图 5-d), 完整生物介壳的大量富集仅在金湖凹陷闵桥地区被观察到(图 3-d)。闵桥地区阜二段沉积早期的火山喷发, 一方面提供了大量营养物质, 另一方面玄武岩形成的水下低隆减少了金湖凹陷西部河流注入对该区的影响。上述条件形成了营养丰富的清水环境, 有利于介形虫生长, 故而介壳化石在该区大量出现。

进一步分析发现, 生物介壳的繁盛同样具有季节性意义。镜下可见介壳水平排列在黏土矿物含量较高的纹层中, 而在泥晶碳酸盐富集的纹层中却未出现, 二者组成层偶(图 3-d), 说明夏季过高的水体盐度不利于介形虫生长。泥晶碳酸盐颗粒和黏土— 生物介壳的季节性沉积, 最终产生了宏观上明暗相间的纹层。

5.1.2 陆源碎屑

陆源碎屑主要从金湖凹陷西部等地区随淡水注入湖盆(图 1-c), 也有部分陆屑通过风力搬运进入湖盆。此外底流搬运也是纹层中陆源碎屑的供给方式(图 4-a), 但在研究区相对少见。

1)周期性淡水注入控制陆源碎屑数量, 水体分层使黏土矿物层状富集。

湖泊沉积物中的陆源碎屑数量主要受控于河流径流量, 而研究区河流的径流量应当主要受控于季节性的降水量变化(张来明, 2016), 陆源碎屑纹层的形成也因此具有季节性。在分层的湖泊中, 河水多以平流或层间流的方式输入, 并在一定条件下发生悬浮沉积(王冠民, 2012), 因而阜二段陆源碎屑富集的纹层多具正韵律(图 4-e, 4-f; 图 5-d), 纹层底部长石、石英颗粒富集, 而顶部黏土矿物富集。这是由于水体温度在4 ℃时达到最大, 夏季表层水体温度升高和冬季表层水体温度降低均有利于湖水分层。因此夏、冬季节粉砂级石英和长石颗粒更易沉淀, 而黏土矿物更可能悬浮在表层水体中, 直到春季和秋季随着水体分层的减弱才发生沉积。

2)风力搬运提供陆源碎屑颗粒。

除了河流作用, 陆源碎屑也可能通过风力搬运进入湖泊, 这在受河流注入影响较小的泥晶碳酸盐纹层中尤为明显(图 3-b, 3-d)。阜二段碳酸盐纹层中常见零星分布的陆源碎屑(多为石英)颗粒, 这类颗粒磨圆度较差且大小相近, 很难用水流搬运模式去解释, 更可能与风力搬运有关。有观点认为该类陆屑颗粒与季节性的风力变化有关(王冠民等, 2007)。

5.1.3 有机质

1)藻类的季节性繁盛。

阜二段沉积时期, 高邮— 金湖凹陷轮藻、蓝绿藻(李道琪, 1984)等生物的繁盛提供了大量有机质, 藻类勃发应该与当时金湖凹陷闵桥地区持续的火山作用有关。除此之外, 藻类繁盛还具有很强的季节性(王冠民和钟建华, 2004), 例如春秋两季随着湖水分层的减弱, 底层营养物质的上升有利于表层藻类的爆发。在扫描电镜背散射照片中, 有机质与矿物颗粒具有截然不同的灰度, 因而能被很好识别。图 6是在中国石化无锡地质所完成的大面积扫描电镜背散射成像照片(Maps), 由近千张连续的扫描电镜照片拼接而成, 可在大范围内(本次观察范围1.5× 1.9 mm)观察岩石的物质组成和孔隙结构。图 6-a与图 3-a来自同一块薄纹层状— 泥晶碳酸盐岩样品, 背散射照片中的有机质已用蓝色渲染, 该类有机质多被黏土矿物吸附(图 6-b), 以有机质— 黏土复合体的形式存在(蔡进功等, 2009)。有机质层状富集在碳酸盐纹层之间, 反映了湖泊藻类的季节性繁盛。

图 6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 6 苏北盆地高邮— 金湖凹陷阜二段水平层理细粒沉积岩有机质分布 a— He4井, 2302.55 m, 扫描电镜背散射照片(取自图 3-a样品), 已根据灰度差异染色, 有机质层状富集; b— 图a的局部放大, 有机质层状分布; c— D1井, 1547.04 m, 扫描电镜背散射照片, 已根据灰度差异染色, 有机质星散状分布; d— 图c的局部放大, 有机质分布在陆屑颗粒间Fig.6 Distribution of organic matter in sedimentary rocks with horizontal bedding in the Member 2 of Funing Formation in Gaoyou and Jinhu sags, Subei Basin

2)汇水区有机质随周期性淡水注入湖盆。

淡水携带陆屑进入湖泊的同时, 也带来了汇水区的有机质和营养物质, 这在气候湿润时期尤为明显(Zolitschka et al., 2015; 鄢继华等, 2017)。图 6-c为混合型细粒沉积岩样品的Maps扫描电镜照片。可见有机质除了层状富集, 还大量分布在陆源碎屑富集的纹层中, 与陆源碎屑共生(图 6-d), 应当与淡水注入有关。

湖泊纹层中的不同物质组分, 其产生(或注入湖泊)和沉积的过程均具表现出季节性特征, 纹层也因此具有季节性意义。纹层中单一物质的成因分析相对简单, 但实际情况中观察到的纹层往往由多种组分混合形成(图 4-e; 图 5-d), 不同纹层之间的界限也可能并不清晰(图 4-c; 图 5-f)。有学者认为这是气候和环境条件在单一季节时段内仍然不断变化的体现(Zolitschka et al., 2015), 也有学者将其解释为水体弱分层的响应(金忠慧, 2017)。上述针对不同物质组分在纹层中形成过程的分析是偏理论化的, 但高邮— 金湖凹陷阜二段的普遍规律是: 薄纹层状构造中单一纹层的物质组成比厚纹层状构造更加简单, 并且不同纹层之间的界限更加清晰(图 3, 图 4, 图 5)。与厚纹层状构造相比, 薄纹层状构造应当形成于季节性气候变化更加显著、水体分层程度更强的沉积环境。

生物扰动、入湖河水及波浪的影响均不利于纹层的保存, 只有沉积后不发生侵蚀、再悬浮或再沉积作用, 反映原始环境特征的纹层才能被保存下来。现今见到的纹层厚度越小, 表明其保存下来的气候变化信息越丰富。水体深度越大或水体分层越明显, 纹层越容易保存。

5.2.1 水体深度

水平层理发育在正常浪基面以下, 其中薄纹层状构造的形成深度应当大于厚纹层状构造, 其纹层特征的保存情况亦相对更好。薄纹层状构造中的纹层在宏观尺度和微观尺度下均基本平直, 不同物质组分在垂向上区分明显(图 3, 图 4), 纹层的季节性特征保存较好; 厚纹层状构造在宏观尺度下可略呈波状或与小型交错层理伴生, 镜下可见早期沉积的纹层被打乱、打断(图 5-b), 部分纹层记录遭到破坏, 保存相对较差。事实上纹层形成后遭受改造的现象是普遍存在的, 即便是在薄纹层状构造中亦可能出现交错层理(图 4-a), 镜下也能见到的微型冲刷面(图 4-e), 表明颗粒在整体悬浮沉积的过程中仍然伴随有侧向迁移、并改造先前沉积的纹层, 但这并不影响薄纹层状构造中纹层特征保存良好的整体规律。

对比阜二段共172块样品, 发现水平层理的纹层厚度分布具有明显的层段差异性: 阜二段下部E₁f 23亚段薄纹层占比28%; 阜二段中部E₁f 22亚段段薄纹层占比55%; 阜二段上部E₁f 21亚段薄纹层占比79%(表 1)。E₁f 21亚段明显较高的薄纹层状构造占比, 与该亚段沉积时期湖侵规模达到最大相呼应, 表明薄纹层状构造在水深增加时更常见。全岩分析数据也表明, 阜二段部分薄纹层状细粒沉积岩的碳酸盐含量较低, 而厚纹层状构造碳酸盐含量普遍较高。前人统计观察发现湖泊细粒沉积物的碳酸盐含量通常随着水深增加而降低(吴靖等, 2016), 由此可推测, 厚纹层状沉积构造更可能形成于相对水体较浅的环境。

由此可见, 纹层厚度的增加往往伴随纹层特征的破坏, 而纹层厚度与水深密切相关, 因此水体深度是研究区影响纹层保存状况的重要因素。

5.2.2 水体分层程度

水体分层可形成高密度的底部水体来保护沉积物不被低密度外来流体侵蚀, 同时可以在湖底形成不利于底栖生物生长的缺氧环境, 这些都有利于纹层的保存。研究区阜二段普遍较高的古盐度有助于水体分层, 这显然有利于纹层的保存。进一步分析发现, 阜二段上部E₁f 21亚段形成于苏北盆地阜二段湖侵规模最大的沉积时期, 也是薄纹层状构造最发育的层段。与湖平面上升对应的是, 该时期高邮— 金湖凹陷古盐度均值由阜二段中下部沉积时期的30‰ 左右降低至22.3‰ (表 1), 但仍然属于半咸水。由此推测, 在阜二段古盐度整体较高的背景下, 水体分层程度并不是决定纹层保存情况的首要因素。在研究古盐度较低的其他湖盆时, 水体分层程度应得到更多关注。