阿尔及利亚撒哈拉沙漠乌埃德米亚盆地努梅拉特地区上白垩统软沉积物变形结构的成因——溶解作用

《Proceedings of the Geologists' Association》：Dissolution as the origin of soft-sediment deformation structures in the Upper Cretaceous of the Noumerat area (Oued Mya Basin, Algerian Sahara)

软沉积物变形结构（SSDS）在努梅拉特上白垩统潟湖沉积中首次由石膏溶解引发，形成塌陷碎屑岩及穹状褶皱等多样化SSDS。溶解导致覆盖黏土层下沉，伴随侧向滑动及次生石膏黏土层，层间不整合证实化学不稳定性主导变形。

　　

莫斯塔法·本齐纳（Mostapha Benzina）|阿卜杜勒马利克·德拉维（Abdelmalik Draoui）|马尔戈扎塔·皮萨尔斯卡-贾姆罗日（Ma?gorzata Pisarska-Jamro?y）|霍辛·格拉迪（Hocine Guerradi）|哈基姆·希比布（Hakim Hebib）|萨法·马阿奇（Safa Maache）

阿尔及利亚瓦尔格拉大学（Kasdi Merbeh University of Ouargla）地球科学系，邮政编码BP 511，加尔达亚路（Gharda?a Road），瓦尔格拉30000

摘要

本研究首次发现了努梅拉特（Noumerat）地区上白垩统泻湖沉积物中存在软沉积物变形结构（Soft-Sediment Deformation Structures, SSDS）的证据，这些结构是由于溶解过程形成的。硫酸盐矿物，尤其是硬石膏（anhydrite），以其易发生喀斯特化作用而闻名，溶解作用通常被认为是导致崩塌角砾岩（collapse breccia）形成的原因。然而，本研究不仅将溶解作用视为角砾岩形成的原因，还发现它是多种SSDS现象的触发因素。这些变形特征主要与努梅拉特沉积序列中硬石膏的溶解有关，该沉积序列位于阿尔及利亚北部撒哈拉沙漠的姆扎布高原（Mzab Plateau）上。随着硬石膏的溶解，上覆的泥岩层发生下沉，形成塌陷槽，并伴随侧向滑动，形成了穹隆状褶皱、排水结构以及滑塌结构等变形现象。此外，硬石膏层中的断层和裂缝显著加速了溶解过程，促进了喀斯特系统内角砾岩碎片的形成。这凸显了硬石膏的化学不稳定性和快速溶解特性。次生含石膏泥岩的存在，以及不整合面的证据，进一步支持了这一解释。

引言

当未固结或半固结的沉积物在沉积过程中或沉积后不久失去抗剪强度时，就会形成软沉积物变形结构（SSDS）（Owen, 1987; Van Loon, 2009）。在变形过程中，沉积物表现出类似粘性或流体的行为（Allen, 1977; Owen, 1987, Owen, 1996; Moretti and Ronchi, 2011; Suter et al., 2011; Tinterri et al., 2016）。SSDS常常与引发液化的地震等外源触发因素有关（Seilacher, 1969; Obermeier, 2009; Van Loon et al., 2016; Benzina et al., 2023）。地震作为外源触发因素，其作用不受沉积环境的影响（Owen and Moretti, 2011; Olabode, 2016; P?ldsaar and Ainsaar, 2015; Meng et al., 2021; Chen and Lee, 2013）。其他外源机制还包括陨石撞击（Schedl, 2015）、冰川活动（Wo?niak and Pisarska-Jamro?y, 2016; Pisarska-Jamro?y et al., 2018, Pisarska-Jamro?y et al., 2019）和气体排放（Hilbert-Wolf et al., 2016）。相比之下，内源触发因素受环境影响，例如风暴波浪（Molina et al., 1998; Alfaro et al., 2002; Chen et al., 2009; Benzina et al., 2025）、潮汐活动（Bhattacharya and Bandyopadhyay, 1998; Greb and Archer, 2007; Benzina et al., 2024）、浑浊流（Larsen, 1986, Ito et al., 2016）、沉积超载（Chiarella et al., 2016）和海啸（Matsumoto et al., 2008; Meshram et al., 2011）。

在努梅拉特沉积序列中，SSDS主要出现在与溶解硬石膏层相关的泻湖环境中。虽然溶解作用是形成崩塌角砾岩的常见机制，但其在其他多种SSDS现象中的作用尚未得到充分研究。本研究是少数将硬石膏溶解视为多种SSDS主要触发因素的案例之一（参见Moretti and Ronchi, 2011; Shanmugam, 2017）。尽管Shanmugam（2017）列出的SSDS形成机制中未包含溶解作用，但Moretti and Ronchi（2011）曾报道过与喀斯特天坑相关的溶解现象。

本研究聚焦于浅海泻湖环境中的SSDS，特别是努梅拉特沉积序列中的现象。研究目的是确定最有可能由硬石膏溶解引起的变形驱动力和机制。

地质背景

研究区域努梅拉特位于乌埃德迈亚盆地（Oued Mya Basin），靠近加尔达亚市（Gharda?a）（图1A），该地区通常被称为姆扎布高原（Mzab Plateau），位于盆地西部。乌埃德迈亚盆地是阿尔及利亚东北部撒哈拉高原上的一个广阔凹陷地带，东界为阿姆吉德岭（Amguid-Ridge）和哈西梅索德拱（Hassi Messaoud Arch），西界为阿拉尔-蒂尔赫姆特高地（Allal-Tilrhemt High）和尔德贾兰拱（Ldjerane Arch），北界为图古尔特鞍部（Touggourt Saddle），南界为穆伊迪尔盆地（Mouydir Basin）结构带。

材料与方法

野外研究在努梅拉特地区的一个活跃采石场进行，那里的岩相暴露良好。岩相序列从底部到顶部依次编号为1至10，以便于描述和讨论。软沉积物变形结构（SSDS）及其空间分布和地层关系被拍摄、分析并进行了描述。分析内容包括基础沉积学和结构学研究。

沉积序列

沉积序列厚度约为22米，主要由石灰岩和硬石膏组成，其间夹杂着泥岩（见图2中的岩相顺序）。该序列下部以厚层石灰岩（岩相编号7）为主，其中含有海洋软体动物（双壳类和腹足类）化石碎片。硬石膏出现在两个明显的层中：下部为5米厚的层（岩相编号2；图2A），上部为1.6米厚的层（岩相编号7；图2A）。

讨论

在沉积序列中，硫酸钙以不同的结晶形式存在。根据含水程度的不同，可以区分三种不同的晶体相：硬石膏（无水形式，CaSO?）、半水合物（basanite，CaSO?·0.5H?O）和石膏（二水合物，CaSO?·2H?O）（Van Driessche et al., 2017）。地壳中最丰富的硫酸盐矿物是石膏和硬石膏，它们常见于蒸发环境中。

结论

努梅拉特沉积序列属于加尔达亚地区的白垩纪地层，研究表明溶解作用是SSDS的罕见触发因素。现有文献中很少将溶解作用作为SSDS的成因（参见Shanmugam, 2017），这些文献通常将喀斯特特征如天坑和崩塌角砾岩归因于其他过程。本研究确定溶解-沉降作用是变形的主要驱动机制。研究结果表明，未饱和水与钙离子的相互作用是导致这些现象的原因。

作者贡献声明

莫斯塔法·本齐纳（Mostapha Benzina）：数据验证、监督、软件使用、资源管理、项目规划、方法设计、调查实施、数据分析、概念构建。阿卜杜勒马利克·德拉维（Abdelmalik Draoui）：软件使用、资源管理、调查实施、数据分析。马尔戈扎塔·皮萨尔斯卡-贾姆罗日（Ma?gorzata Pisarska-Jamro?y）：监督工作、方法设计、数据分析、概念构建。霍辛·格拉迪（Hocine Guerradi）：资源提供、调查实施。哈基姆·希比布（Hakim Hebib）：资源提供、调查实施。萨法·马阿奇（Safa Maache）：资源提供、调查实施。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。