风成系统中的盐壳诱导沉积结构：以巴西东南部埃斯皮尼亚索超群（Mesoproterozoic, Espinha?o Supergroup）的加尔霍杜米格尔地层（Galho do Miguel Formation）为例探讨的古环境意义及对水库异质性的影响

《Journal of South American Earth Sciences》：Salt Crust-Induced Sedimentary Structures in Eolian Systems: Paleoenvironmental and Reservoir Heterogeneity Implications from the Galho do Miguel Formation (Mesoproterozoic, Espinha?o Supergroup, SE Brazil).

　　

卡洛斯·塔巴雷利（Carlos Tabarelli）|乔治奥·巴西利奇（Giorgio Basilici）|阿奎拉·费雷拉·梅斯基塔（áquila Ferreira Mesquita）

巴西圣保罗州坎皮纳斯州立大学地球科学研究所地质与自然资源系，邮编13083-870

摘要

本研究探讨了盐壳和微生物表面稳定作用在中元古代风成系统中控制沉积过程、相构和储层异质性的作用。位于巴西东南部的加略杜米格尔组（Galho do Miguel Formation，属于埃斯皮尼亚索超群Espinha?o Supergroup）记录了一个受地下水位频繁波动强烈影响的湿-干混合风成环境。通过相分析结合露头尺度结构特征和岩石学研究，识别出三种相组合：(FA1) 由盐壳生长和溶解形成的不规则砂透镜体组成的湿间沙丘沉积物，这些砂透镜体在局部受到微生物席的稳定作用；(FA2) 在过渡性湿润条件下沉积的水平层理砂层；以及(FA3) 代表干横向或新月形沙丘沉积物的交错层理砂岩。这些相的垂直叠置反映了从湿间沙丘环境向完全发育的干风成系统的反复干燥过程。与盐壳相关的沉积结构（如皱褶状、凹向上或凸向上的透镜体）以及微生物诱导的沉积结构（MISS）为前寒武纪无植被环境中表面稳定、干燥和沉积物的保存提供了证据。湿间沙丘沉积物构成了一个与经典干风成模型根本不同的混合生物沉积系统。这些过程导致了强烈的纹理和几何异质性，表现为大规模、分选不良的盐壳崩塌透镜体与分选良好的风成砂的并置。这种异质性对储层特征具有重要意义，因为与盐壳相关的沉积物充当了渗透性屏障，将原本高质量的风成储层分隔开来。研究结果强调了地下水位控制的湿风成过程在古代沙漠系统中的重要性及其对储层结构的影响。

引言

风成系统是地质记录的基本组成部分，保存了由空气动力学过程和沉积物可用性控制的过去气候和环境条件的证据（Kocurek, 1991; Mountney and Jagger, 2004）。尽管这些系统通常与干旱沙漠相关联，但它们受到地下水位位置的强烈影响，地下水位决定了风成序列的积累和保存（Mesquita et al., 2021）。地下水位的变化控制着“干”系统（以空气动力型地貌为主）和“湿”系统之间的转换，在湿系统中，表面水分促进了沉积物的凝聚和独特沉积结构的形成（Basilici et al., 2021）。

在湿风成系统中，地下水位与间沙丘区域的沉积表面交汇，促进了短暂水体的形成，如干湖（playa lakes）和盐沼（sabkhas）（Goodall et al., 2000）。在这些环境中，由于干旱气候条件导致的高蒸发率促使蒸发矿物沉淀，形成了盐壳（Smoot and Castens-Seidell, 1994）。这些盐壳是动态特征，它们在干燥阶段通过毛细蒸发作用生长，在洪水事件中发生改变或溶解（Goodall et al., 2000; Basilici et al., 2021）。

风成过程与蒸发过程之间的相互作用在控制储层质量和异质性方面起着重要作用。与盐壳相关的沉积物常常形成大规模、低渗透性的砂岩透镜体，与相邻风成沙丘的高渗透性、分选良好的砂形成鲜明对比（Goodall et al., 2000）。这种纹理对比在沉积序列中产生了显著的各向异性，其中与盐壳相关的沉积物作为渗透性屏障或隔板，可能形成烃类储层中的流体流动分隔结构（Chandler et al., 1989; Goodall et al., 2000）。

尽管盐壳在沉积学和经济上具有重要意义，但由于其高溶解性，其在古代岩石记录中的保存潜力较低，这使得识别它们变得具有挑战性（Smoot and Castens-Seidell, 1994）。这一挑战在前寒武纪地层中尤为突出，因为缺乏植被的情况下，表面稳定机制可能主要由微生物席和盐壳主导（Noffke, 2010; Basilici et al., 2021）。本研究通过分析位于巴西东南部的加略杜米格尔组（Galho do Miguel Formation，中元古代）来探讨这一问题，该地层记录了一个受地下水位波动强烈控制的湿-干混合风成系统。通过详细的相分析、结构特征描述和岩石学观察，我们识别出了与盐壳生长和溶解相关的沉积结构，以及表明前寒武纪无植被环境中表面稳定作用的微生物诱导沉积结构（MISS）。虽然之前的研究（例如Abrantes Jr. et al., 2020）记录了该地层中盐壳的普遍存在，但本研究通过详细阐述地下水位的高频率变化和大规模盐壳崩塌透镜体的形成机制，进一步加深了理解，并提出了一个新的结构模型，这对储层异质性具有直接意义。这些数据的整合有助于识别连接湿间沙丘、过渡性砂层和干沙丘沉积物的反复干燥循环。通过记录蒸发、生物和风成过程之间的相互作用，本研究为古代湿风成系统的保存提供了新的见解，并评估了它们对沉积异质性和储层结构的影响。

章节摘录

地质背景

研究区域位于埃斯皮尼亚索岭（Espinha?o Ridge）南部，这是中央阿拉苏艾带（Ara?uaí Belt）的形态表现。这个新元古代-寒武纪造山带位于巴西东南部的圣弗朗西斯科克拉通（S?o Francisco Craton）东缘（图1A, B）。研究岩石属于中元古代的埃斯皮尼亚索超群（Espinha?o Supergroup，图1C），这是一个沉积在克拉通内裂谷-凹陷盆地（埃斯皮尼亚索盆地Espinha?o Basin）中的厚层变质沉积序列。该盆地经历了交替的

方法

野外工作在巴西迪亚曼蒂纳（Diamantina）的加略杜米格尔组（Galho do Miguel Formation）进行，旨在获取岩石学和结构数据。研究区域包括约8,600平方米的采石场露头，大致位于南纬18°15'12"至18°15'18"、西经43°44'31"至43°44'44"之间。所描述的采石场面向南北方向。尽管该地区经历了绿片岩相的变质作用，但原始沉积结构保存得非常完好。宏观观察显示

结果

根据岩石类型、纹理和观察到的沉积结构，识别出三种相组合：(i) 具有不规则透镜体的砂岩（FA1），(ii) 具有水平层理的砂岩（FA2），以及(iii) 具有交错层理的砂岩（FA3）。下面将对每种相组合进行描述和解释。

岩相之间的空间和时间关系

岩相的垂直叠置呈现出向干燥方向发展的趋势，其中FA1（湿润）逐渐过渡到FA2（中间状态），最终形成FA3（干燥状态）（图10A, B）。FA1代表地下水位最高的时期，其特征是多种多样的结构，表明较为湿润的条件。最常见的特征是不规则的砂透镜体（皱褶状、凹向上或凸向上），这些透镜体被认为是盐壳溶解空隙的填充物（图4和图5）

结论

• i.
  加略杜米格尔组记录了一个受地下水位控制的沉积系统，其特征是干湖环境（FA1）、过渡性风成砂层（FA2）和干新月形或新月形沙丘（FA3）之间的周期性交替。
• ii.
  干湖环境（FA1）主要由盐壳的非生物生长和溶解过程驱动。在水文稳定期间，底栖微生物席在局部殖民了基底

CRediT作者贡献声明

阿奎拉·费雷拉·梅斯基塔（áquila Ferreira Mesquita）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论、概念化。乔治奥·巴西利奇（Giorgio Basilici）：撰写——审稿与编辑、监督、方法论、资金获取、概念化。卡洛斯·恩里克·戈麦斯·塔巴雷利（Carlos Henrique Gomes Tabarelli）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、资源协调、项目管理、方法论、调查、资金获取、数据分析、概念化

资金支持

本研究得到了国家石油、天然气和生物燃料局（ANP）通过石油勘探和储层地质人力资源培训计划（PRH-19.1）（CT）以及FAPESP（项目2017 03649-9）（GB）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：卡洛斯·恩里克·戈麦斯·塔巴雷利报告称获得了国家石油天然气和生物燃料局的财务支持。乔治奥·巴西利奇报告称获得了圣保罗州研究基金的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能构成利益冲突

致谢

本工作是卡洛斯·恩里克·戈麦斯·塔巴雷利在巴西圣保罗州立大学（State University of Campinas）的硕士论文项目的一部分。作者衷心感谢圣保罗州立大学提供的宝贵机构支持，以及他们培养了一个充满活力的学术社区，这对本研究做出了重要贡献。本研究还得到了国家石油、天然气和生物燃料局（ANP）的人力资源计划（PRH-ANP）（资助）的支持