《Sedimentary Geology》:Palynofacies analysis as a tool for recognizing turbidity current deposits in monotonous fine-grained series: Implications for source rock heterogeneity in the Menilite Beds, Outer Carpathians, Poland
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•孢粉相分析揭示了细粒梅尼利特层中隐藏的异质性。•浊流作用局部决定了梅尼利特层中的干酪根成分。•浊积岩将富含氢的颗粒输送到更远离海岸线的区域。•综合分析有助于更好地理解源岩特征及沉积环境。引言浊积岩是由浊流沉积形成的。虽然这类地质事件发生得极为迅速,但单层浊积岩的沉积时间可从几分
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孢粉相分析揭示了细粒梅尼利特层中隐藏的异质性。
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浊流作用局部决定了梅尼利特层中的干酪根成分。
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浊积岩将富含氢的颗粒输送到更远离海岸线的区域。
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综合分析有助于更好地理解源岩特征及沉积环境。
引言
浊积岩是由浊流沉积形成的。虽然这类地质事件发生得极为迅速,但单层浊积岩的沉积时间可从几分钟(砾石和砂粒级物质)到数天(细粒粉砂和泥质物质不等)(Stow和Smillie,2020)。首个浊积岩相模型由Bouma在1962年提出。此后,人们通过现代深水区的沉积物岩心、地下钻孔以及地表露头对浊积岩进行了广泛研究。这些研究记录了多种类型的沉积物,从薄层的粉砂-泥质层到厚层的砾石-砂粒-泥质层序列都有(Stow和Smillie,2020)。
浊积岩也会在前陆盆地中沉积(DeCelles和Giles,1996),这类盆地的沉积层厚度通常在2至8公里之间。随着时间推移,这些盆地可能演变为具有较高烃类生成潜力的区域。在受浊积岩影响的环境中,细粒且富含有机质的沉积物是重要的烃类源岩,其有机质的富集、保存和转化过程受到初级生产力、氧化还原条件、沉积物供应量以及沉积过程等多种因素的复杂影响(例如Liang等人,2016;Wang等人,2017)。对这类源岩系统的评估通常采用有机地球化学方法(如总有机碳含量、Rock-Eval热解法以及干酪根特征分析)与孢粉相分析相结合的综合手段。这种多学科方法已被广泛用于判断有机质类型、保存状况、热成熟度以及古环境特征(Koch等人,2017;Valdon等人,2023;Sabuni,2025)。
梅尼利特层的沉积始于早渐新世的外喀尔巴阡盆地,当时该地区属于副特提斯海的一部分。那时,该盆地与全球海洋部分隔离,导致水体循环受限、盐度降低,并且还会周期性出现底层水缺氧现象。正因如此,这里形成了以细粒、富含有机质为主的沉积物,这类沉积物被认为是外喀尔巴阡地区最重要的烃类源岩之一。
为确定有机质的类型及其热成熟度——这些都是评估梅尼利特层烃类潜力所必需的参数——人们采用了多种方法,主要包括地球化学方法,如Rock-Eval热解法、生物标志物分析以及有机岩石学分析(例如Kosakowski等人,2009;Kosakowski等人,2018;Sachsenhofer等人,2015;Jirman等人,2018;Rauball等人,2019;Odrzygó?d?等人,2023)。这些方法还能为了解有机质的来源、保存状态及其转化过程提供有价值的定性信息。
然而,这些方法无法详细分析颗粒状有机质的组成与分布情况(即“孢粉相”),从而限制了高分辨率古环境重建的可行性。因此,对于那些看似均匀的细粒梅尼利特层序列而言,其中颗粒状有机质在空间和垂直方向上的变化情况仍缺乏足够的研究数据。
孢粉相分析能够补充传统的地球化学方法,为重建沉积环境以及喀尔巴阡盆地的演化历史提供更为全面的依据。基于此,本研究结合孢粉相分析、紫外荧光显微镜检测以及Rock-Eval热解法,旨在探究梅尼利特层中颗粒状有机质的分布特征、异质性及其变化规律,进而评估其在重建沉积环境及烃类生成潜力方面的作用。
章节节选
地质背景
喀尔巴阡山脉是阿尔卑斯山系的东延部分,其形成是由于特提斯洋在一系列微板块与东欧地台的碰撞过程中闭合所致(Froitzheim等人,2008)。这一过程很可能导致东欧地台被俯冲到这些微板块之下(例如R?dulescu和S?ndulescu,1973;Royden等人,1982;Golonka等人,2006)。这样一来,东欧地台上的沉积物便发生了变形
研究材料
在本研究中,共采集了来自波兰外喀尔巴阡地区的64个梅尼利特层样本(其中18个来自Monasterz,26个来自Sukowate DOM,20个来自Sukowate BOM;见图1、图2)。
这些样本均取自西里西亚构造单元,而梅尼利特层在该单元内的烃类潜力在波兰地区是最为突出的(Kotarba和Koltun,2006)。每个地层段样本的数量和采集位置取决于该区域的露出程度。具体来说,剪切带的存在情况以及
孢粉相分析及紫外光下的有机质分析
所有样本都按照华沙大学地质学院的孢粉学分析技术进行处理(Filipek,2020)。首先将63至142克的碎岩置于37%的盐酸中处理至少一小时,以去除其中的碳酸盐。之后用清水冲洗样品并过滤。随后,再将样品置于70%的氢氟酸中处理至少一周,以去除硅酸盐和二氧化硅。处理后的有机残留物会通过15微米的筛子进行过滤
Monasterz地区
在MON 10、MON 12、MON 13和MON 15号样本中发现了剪切面。这些发现表明,露头的其他部位也可能存在剪切面,尤其是在以页岩和泥岩为主的较低地层段。因此,有机质组成的层序变化仅能在砂岩比例较高的上部地层中得到体现。
根据无定形有机质的相对丰度,可将此处划分为两种孢粉相类型
Monasterz地区
Monasterz地区的梅尼利特层以细粒岩石为主,这些岩石在局部地区的总有机碳含量相当高(Ziemianin等人,2015;Odrzygó?d?等人,2023),最高可达20%(Kotarba等人,2007)。分析样本中无定形有机质的含量较高,再加上总有机碳含量也处于较高水平,这表明在梅尼利特层沉积期间,至少在局部地区存在着缺氧环境。此外,较高的总有机碳含量也可能反映出该地区的初级生产力较为旺盛。泰森图(
梅尼利特层中有机质的保存状况
在海洋环境中,有许多因素会影响有机质的输入与保存,其中包括气候、有机质的来源与供应量、海表状况、初级生产力、水深、沉积物类型及堆积速率、底层水的含氧量、氧化还原条件的变化以及吸附作用、水动力作用导致的筛选效应、微生物和后生动物的生物活动、地质构造环境,还有成岩作用等
结论
通过结合孢粉相分析、地球化学分析以及沉积学分析,可得出以下结论:
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尽管Monasterz、Sukowate DOM和Sukowate BOM地区的梅尼利特层在整体上都具有细粒的岩石特征,但其有机质特性却存在明显差异,这些差异反映了不同的沉积环境。
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Monasterz地区的梅尼利特层是在静止且缺氧的环境中沉积形成的,属于半远洋到远洋环境的沉积作用,其沉积过程发生在某些事件之间
作者贡献说明
Anna Filipek:负责论文的写作与修改、原始稿撰写、可视化处理、结果验证、研究监督、软件使用、资源协调、项目管理、方法设计、实验研究、资金申请、正式数据分析、数据整理以及研究概念的构建。
利益冲突声明
作者声明存在以下可能被视为利益冲突的财务利益或个人关系:Anna Filipek表示获得了ORLEN SA公司的资金支持。其他作者则声明自己没有可能影响本文研究结果的任何财务利益或个人关系。
致谢
特别感谢波兰科学院的A. Wysocka以及波兰的L. Jankowski,他们提出的建设性意见大大提升了本文的质量。作者还感谢Jordan Todes对英文稿件的校对工作。同时也要感谢M. Strzelczyk在Monasterz地区的野外工作协助,以及Rados?aw Staniszewski在图表制作方面提供的帮助。
本项目部分资金由ORLEN S.A.提供,资助项目名为“用于确定特定区域的分析方法的开发
Anna Filipek