《Sedimentary Geology》：Steep nested clinoforms in the mixed siliciclastic?carbonate Eocene Sobrarbe Deltaic Complex, Aínsa Basin, Spain
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浅海推进系统嵌套斜层理的形成与保存机制研究，揭示细粒沉积物早期胶结作用对陡峭前沿斜坡的保存作用，通过岩性分析和无人机影像解析不同尺度斜层理的沉积过程与古环境条件，提出斜层理陡峭程度与颗粒大小无必然关联的论点。
Leticia Rodriguez-Blanco | Miguel Poyatos-Moré | Ivar Midtkandal | Ingrid Anell
挪威奥斯陆大学地球科学系
摘要
本研究探讨了埃奥世Sobrarbe三角洲复合体露头中嵌套斜坡形态的形成过程，并指出细粒沉积物中的早期胶结作用有助于保存陡峭的三角洲前积体。小尺度斜坡（厚度几十米，长度几百米）记录了三角洲前积的高频周期以及同期碳酸盐岩的发育过程，而大尺度斜坡（厚度几十米，长度几公里）则记录了大陆架和斜坡上的长期高能量作用，包括对先前三角洲/大陆架沉积物的重新改造。通过对三个高频周期的详细岩性分析，发现小尺度斜坡从水下通道逐渐过渡到远端三角洲前缘和大陆架环境。最粗的颗粒主要分布在三角洲前缘的沉积物中，这表明在某些时期粗粒沉积物向深水区的输送受到限制，从而促进了三角洲前缘/大陆架上同期碳酸盐岩的生成。富含碳酸盐的层位的早期胶结作用保持了相对陡峭但细粒的斜坡结构，防止了其崩塌。在细粒岩性中观察到陡峭的胶结前积体，这一现象挑战了三角洲斜坡与颗粒大小之间的简单关系。此外，我们认为早期胶结作用与原位碳酸盐岩生成有关，这可能是由于三角洲前积各阶段之间的沉积间断所促成的。该研究还强调了识别这类硅质碎屑-碳酸盐混合环境中的异质性的重要性，并有助于理解浅海前积系统的沉积过程和沉积构造。
引言
"嵌套斜坡"是指一种沉积构造，其中小尺度斜坡存在于大尺度斜坡内部并对其形成有所贡献（Midtkandal等人，2019年）。通常情况下，小尺度斜坡的坡度比包含它们的较大尺度斜坡更陡。尽管许多研究已经注意到斜坡的嵌套现象（例如Pellegrini等人，2020年及其中的参考文献），但很少有研究详细探讨其形成机制。
斜坡的规模主要受沉积空间和限制垂直堆积的因素控制（例如沉积物通量、沉积物供应、水柱能量等）（Pirmez等人，1998年；Steel和Olsen，2002年）。前积体的坡度强烈依赖于沉积物类型（颗粒大小、成分、结构），一般而言，较粗的颗粒、颗粒支撑的结构以及较高的碳酸盐含量会导致更陡的坡度（Schlager和Camber，1986年；Orton和Reading，1993年）。Gilbert型三角洲通常具有高坡度，与砂砾沉积物相关（Budai等人，2021年及其中的参考文献）。由于碳酸盐沉积物具有较高的内聚力，它们往往形成更陡且更不规则的坡度（Kenter和Schlager，1989年）。在多种硅质碎屑三角洲和海岸带环境中，斜坡前积体中的早期成岩作用常产生结核和/或胶结层，这与较低的沉积速率和海平面变化有关（Bj?rkum和Walderhaug，1990年；Molenaar和Martinius，1990年；Taylor等人，1995年；Taylor等人，2000年；Coll等人，2013年；García-García等人，2013年；Travé等人，2023年）。
大多数关于斜坡的研究基于地震数据集的解释，因此受到地震分辨率和地下数据可用性的限制（Cattaneo等人，2004年；Holgate等人，2014年；Anell和Midtkandal，2017年；Bryn等人，2019年；Trincardi等人，2019年；Zimmer和Howell，2021年）。由于露头中的斜坡角度较小且暴露面积有限，对这些斜坡的研究相对较少（Steel和Olsen，2002年；Plink-Bj?rklund，2008年；Hubbard等人，2010年；Poyatos-Moré等人，2016年；Haugen，2017年；Olsen，2017年；Grasseau等人，2019年；Cosgrove等人，2020年；Rodriguez Blanco等人，2020年；Steel等人，2023年）。然而，露头非常适合观察高分辨率的岩性变化和多尺度斜坡内部的过程（Nichols和Bauer，2015年；Bauer等人，2020年）。当斜坡表面在露头中可追踪时，它们本质上代表了剖面信息，有助于研究相、结构和生物活动如何在一个较短的时间窗口内从近端向远端过渡。
本研究聚焦于西班牙Aínsa盆地埃奥世Sobrarbe三角洲复合体露头中的嵌套斜坡，其中小尺度斜坡（厚度几十米）存在于大尺度斜坡（厚度几十米）内部。本研究旨在探讨这些陡峭小尺度斜坡的形成和保存机制，并评估高分辨率露头数据如何补充大尺度几何分析。具体研究目标包括：（i）利用岩相分析和无人机影像记录小尺度斜坡的内部结构；（ii）解释形成和保存陡峭斜坡表面的沉积过程和古环境条件。研究结果有助于理解浅海前积系统的沉积过程、相分异和沉积构造。
地质背景
南比利牛斯前陆盆地从白垩纪晚期到中新世经历了挠曲沉降，这是由于伊比利亚板块与欧亚板块碰撞导致比利牛斯山脉生长所致（图2A；例如Puigdefàbregas等人，1992年；Mu?oz等人，1992年；Mu?oz等人，2013年）。由于板块俯冲方向倾斜，从东向西的变形具有明显的时间差异，使得原有的前积盆地演变为背靠背的盆地（例如Bentham等人，1992年；Arbués等人）。
研究范围
本研究主要关注Sobrarbe组的浅海沉积物（图3A-B）。这些沉积物属于一系列厚度约100米的斜坡体，沿Buil向斜的侧翼呈近似倾斜方向出露（图3A、4）。这些以硅质碎屑为主的斜坡体展示了从南部河流沉积（Escanilla组，图3B、4）向北部逐渐变深的大陆架和斜坡沉积的过渡过程。
材料与方法
本研究结合了以下方面的成果：（i）野外沉积学数据的采集；（ii）基于无人机的数字露头模型的图像分析。我们在Arcusa东南部的Cruz de Coello地区研究了两个露头：一个主要呈南北走向的主露头，包含三个不同的小尺度斜坡层序（I至III周期）；另一个次要露头呈西北-东南走向，显示出与主露头相同层次的沉积物。
相组合
共识别出八种相组合（FA1–8），它们通过沉积结构、层理构造、层理几何形态、化石含量等方面的差异进行区分（图7）。这些相组合与之前在Sobrarbe三角洲复合体中发现的相组合类似（例如Wadsworth，1994年；Dreyer等人，1999年；Grasseau等人，2019年；Cosgrove等人，2020年）。本文进一步详细描述了小尺度斜坡的特征。
两种斜坡尺度的发展
研究中的地层序列显示出重复的模式（I至III周期）：首先是底部的砂岩单元的堆积，随后是三角洲前缘的前积作用（图11、图12），这表明存在两种不同的条件：1）导致砂岩单元堆积的条件；2）导致小尺度陡峭斜坡堆积的条件。
结论
Sobrarbe三角洲复合体中发现的嵌套斜坡可以归因于在大尺度斜坡边缘沉积的陡峭小尺度砂坝斜坡，这种形成可能受到活跃构造作用的促进，并通过早期胶结作用得以保存，从而防止了三角洲前缘的崩塌。这样，Gilbert型斜坡的形成和保存过程在粉砂到极细砂沉积物中得到了解释。
小尺度斜坡的存在表明该时期以河流作用为主。
CRediT作者贡献声明
Leticia Rodriguez-Blanco：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学研究、资金获取、概念构建。
Miquel Poyatos-Moré：撰写 – 审稿与编辑、可视化、研究、资金获取、概念构建。
Ivar Midtkandal：撰写 – 审稿与编辑、可视化、资金获取、概念构建。
Ingrid Anell：撰写 – 审稿与编辑、资金获取、概念构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
特别感谢Cai Puigdefàbregas和José M. Samsó提出的宝贵建议和富有意义的讨论。LRB还感谢巴塞罗那自治大学地质系的热情接待与合作。无人机摄影测量的数据采集和建模技术得到了Conor Lewis的建议；同时感谢John Howell和Simon Buckley（SAFARI项目）的支持，使这些培训成为可能。LRB在巴塞罗那和卑尔根的研究之旅也得到了他们的帮助。
