生物碎屑沉积序列中沼泽沉积物的地层学与古环境意义：巴西东北部的莫罗杜沙维斯地层

湖缘沉积岩性分类及层序界面成因机制研究——以巴西塞吉佩-阿尔agoas盆地莫罗多切瓦斯组为例，揭示泥质结核岩与微晶生物岩的二元结构及其与湖侵/退旋回的响应关系，建立 pedogenic 过程主导的沉积-层序模型，为裂谷湖系统储层非均质性评价提供新依据。

玛丽拉·安德拉德（Marila Andrade）|帕特里克·弗尔·达尔·博（Patrick Führ Dal’ Bó）|阿曼达·罗德里格斯（Amanda Rodrigues）|朱莉娅·法沃雷托（Julia Favoreto）|莱昂纳多·博尔吉（Leonardo Borghi）|莫里西乌斯·纳西门托·梅内塞斯（Maurícius Nascimento Menezes）

里约热内卢联邦大学地球科学研究所地质系沉积地质学实验室（Lagesed），巴西里约热内卢21941-916

摘要

莫罗多查韦斯地层（莫塞佩-阿拉戈阿斯盆地，巴西东北部）代表了早白垩世裂谷-湖泊系统中沉积的碳酸盐-硅质碎屑岩序列之一，这些序列与南大西洋的开启有关。在该地层中，沼泽相间隔保存了关键证据，揭示了陆地暴露和水文变化的情况，为了解边缘湖泊环境的演变提供了宝贵信息。然而，尽管这些沉积物具有重要意义，但关于其起源、空间分布及其与基底变化的关系仍知之甚少。以往的研究将其中一些沉积物归类为深湖沉积物，忽略了塑造它们的成土作用和成岩过程。本研究的目的是解释沼泽相沉积物的形成机制，并探讨其在石灰岩序列中的地层学和古环境意义。研究结果确定了两种主要的沼泽相岩性：结核泥岩和微晶壳岩。它们的垂直分布表明这些沉积物形成于岸脊后的受保护边缘水域。在区域范围内，沼泽相间隔与三个最大退积面（MRS1–MRS3）相对应，这些退积面标志着湖泊水位下降和沉积空间减少的时期。所提出的地层模型细化了莫罗多查韦斯地层的沉积和地层框架，表明沼泽相沉积物记录了湖泊边缘反复出现的水文和气候波动。

引言

沼泽相沉积物形成于周期性暴露于成土作用的水体边缘，这种暴露是由于季节性气候波动造成的。在这种条件下，岩石既保留了原始沉积结构，也保留了成土作用特征（例如，Freytet, 1973; Freytet and Plaziat, 1982; Alonso-Zarza, 2003）。这类环境通常具有低坡度地形、波动的水位、以淡水为主以及间歇性的蒸发作用，从而导致浅水湖泊沉积和陆地暴露之间的交替（Platt and Wright, 1992; Wright and Platt, 1995）。

沼泽相碳酸盐岩中常见的原始沉积特征包括层理、细粒沉积物、含壳屑层或其他生物碎屑颗粒，这些沉积物形成于浅水、低能量的湖泊环境中。相比之下，成土作用和早期成岩过程会产生结核构造、角砾化、环粒状裂隙、溶解特征以及与根系相关的结构（Freytet and Plaziat, 1982; Alonso-Zarza and Tanner, 2010）。这些特征共同记录了水文、气候和地球化学因素对边缘湖泊系统的综合影响。

这些岩性在地层记录中是关键指标，记录了从水下到陆地环境的转变，并反映了由构造活动和气候波动驱动的沉积空间变化（Alonzo-Zarza, 2003; Verrecchia, 2007）。在莫罗多查韦斯地层（莫塞佩-阿拉戈阿斯盆地，巴西东北部）的白垩纪时期，沼泽相沉积物形成于湖泊边缘，间歇性的陆地暴露和低能量沉积条件记录了相对稳定的水文状况和/或湖泊水位波动。从环境角度来看，它们反映了湖泊沉积和陆地暴露之间的交替；从气候角度来看，它们表明了干旱和蒸发加剧的时期；从构造角度来看，它们与断层边界边缘的沉降减缓或局部抬升有关（Alonzo-Zarza, 2003; Alonso-Zarza and Tanner, 2010; Alonso-Zarza et al., 2012）。

从地层学角度来看，这些间隔通常与陆地不整合面或序列边界重合，标志着沉积空间减少和非沉积期（MacNeil and Jones, 2006）。在其他裂谷盆地中也观察到了类似的关系，其中沼泽相层被用来划分大陆沉积物中的序列边界（例如，Martínez and Meléndez, 2000）。在莫罗多查韦斯地层中，识别这些间隔为关联沉积周期和重建裂谷-湖泊系统中的短期水文和构造波动提供了重要工具。

尽管文献中对沼泽相序列的记录相对较为完善，但其在富含石灰岩的序列中的具体特征仍不甚清楚。以往的研究在莫罗多查韦斯地层中报告了与沼泽相关的特征，但通常是作为更广泛的湖泊或壳屑岩相分析中的简要观察结果（例如，Chinelatto et al., 2018; Porto-Barros et al., 2020; Favoreto et al., 2021; Favoreto et al., 2022）。然而，这些研究并未将沼泽相间隔作为主要研究对象，也未在综合沉积框架内进行系统描述或解释。本文通过详细的沉积学、岩石学和地层学分析，包括对该盆地南部四个钻井的对比研究，识别并描述了两种主要的沼泽相岩性。这两种岩性的主要区别在于结核物质与微晶生物碎屑物质的相对丰度。这种差异反映了母岩成分的不同，导致它们在成土作用下的不同响应。这些观察结果有助于建立成土-成岩模型，从而更好地理解沉积物的形成和沉积后的变化。

此外，本研究通过将具有区域意义的沼泽相间隔及其相关的最大退积面定位在Favoreto等人（2021）提出的地层框架中，进一步完善了对该地层的理解，从而将该边缘亚环境整合到以石灰岩为主的裂谷-湖泊沉积系统中。此外，识别沼泽相间隔为古环境重建和水库特征分析提供了新的见解。这些岩性记录了控制裂谷-湖泊系统演变的关键水文和气候波动，以及直接影响孔隙度、渗透率和岩性异质性的成土-成岩作用。因此，识别这些岩性对于评估含石灰岩序列中的水库质量和分布至关重要。

地质背景

莫塞佩-阿拉戈阿斯盆地是巴西东部边缘的裂谷盆地之一，被归类为不对称裂谷（Azambuja et al., 1998; Souza-Lima et al., 2002; Campos Neto et al., 2007）。它位于巴西东北部，包括莫塞佩州和阿拉戈阿斯州，北邻佩尔南布科-帕尔纳伊巴盆地，西南邻雅库伊佩盆地（Campos Neto et al., 2007）。该盆地的基底由米阿巴（Miaba）和瓦扎-巴里斯（Vaza-Barris）地区的元古代变质岩构成。

材料与方法

本研究重点关注莫罗多查韦斯地层中沼泽相沉积物的详细特征，分析了分布在四个井芯（2-SMC-01-AL、2-SMC-02-AL、2-SMC-03-AL和2-SMC-04-AL）中的34个间隔，总长度为447米，采样地点位于圣米格尔多斯坎波斯市（São Miguel dos Campos）的Atol采石场（图1）。然而，仅识别出9.5米的沼泽相沉积物，占总沉积物的2.1%（表1）。

从沼泽相沉积物中采集样本用于后续分析。

结果

根据沉积学、岩石学和古生物学特征（如结核化、干裂、微晶化、填充原生孔隙的地质花瓣结构以及轮藻化石的存在），在研究井中共识别出24个沼泽相间隔（表1）。结核化是莫罗多查韦斯地层中所有沼泽相间隔中最显著和普遍的特征。

沼泽相沉积物及其形成机制的识别标准

多位学者指出，沼泽相石灰岩容易与地下水或成土作用形成的钙结岩混淆，尤其是后者，因为它们具有相似的质地，并且这些环境常常在空间和地层上紧密相邻（Esteban and Klappa, 1983; Armenteros and Daley, 1998; Alonso-Zarza, 2003）。因此，诸如结核化、微晶化、干裂、角砾化或非饱和水胶结等单一特征不足以单独区分这两种沉积类型。

结论

• 在莫罗多查韦斯地层中识别出两种主要的沼泽相岩性：（1）结核泥岩，其特征为复杂的结核和普遍的干裂；（2）微晶壳岩，主要含有微晶生物碎屑、简单结核和非饱和水胶结物。这些观察结果表明，微晶化和结核化是独立但同时发生的地质过程，反映了基底成分的相互作用。

CRediT作者贡献声明

阿曼达·罗德里格斯（Amanda Rodrigues）：撰写、审稿与编辑、概念构思。朱莉娅·法沃雷托（Julia Favoreto）：撰写、审稿与编辑、概念构思。莱昂纳多·博尔吉（Leonardo Borghi）：撰写、审稿与编辑、资源协调、项目管理和资金获取。莫里西乌斯·纳西门托·梅内塞斯（Maurícius Nascimento Menezes）：撰写、审稿与编辑。玛丽拉·安德拉德（Marila Andrade）：撰写初稿、数据可视化、验证、方法论研究、概念构思。帕特里克·弗尔·达尔·博（Patrick Führ Dal’ Bó）：撰写、审稿与编辑、概念构思

未引用参考文献

Alonso-Zarza et al., 1992b; Alonso Zarza et al., 1992a; Armenteros and Edwards, 2012; Calvo et al., 1989; Chinelatto et al., 2018; Ghannem et al., 2020; Kaesler, 2005; Larena et al., 2024; Lerman et al., 2012; Platt and Wright, 2023; Smith et al., 2015; Stoops, 2018; Valenzuela et al., 2023.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究是在与ANP编号23009-4的科研项目“构造-地层控制对桑托斯盆地前盐层水库分布和质量的影响”（“Impacto dos controles tectônicos - estratigráficos na distribuição e qualidade de reservatórios, do intervalo Pré-sal, da Bacia de Santos”）的合作下进行的，该项目由Shell Brasil石油有限公司在ANP的科研资助计划“Compromisso de Investimentos com Pesquisa e Desenvolvimento”下资助。