Sedimentology

Các lớp đá phấn chứa phốt phát từ Santonian‐Lower Campanian và Lower Maastrichtian tại miền Bắc Pháp, miền Nam nước Anh và Bỉ là các mỏ phốt phát trầm tích lớn nhất ở châu Âu. Bài báo này tổng hợp lại các dữ liệu về địa tầng, trầm tích học, địa chất học đá, khoáng vật học và địa hóa học của các lithofacies, đồng thời trình bày dữ liệu mới. Các mô hình lắng đọng và diagenesis cho các mỏ đá phấn chứa phốt phát được phát triển dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm đã được công bố và từ các quan sát các hệ thống phốt phát hóa sản xuất cao và thấp hiện đại. Kết luận cho thấy rằng các đá phấn chứa phốt phát được lắng đọng trong môi trường được oxy hóa tốt, có dòng chảy. Quá trình phốt phát hóa yêu cầu phải duy trì một cân bằng tinh tế giữa tốc độ lắng đọng carbon hữu cơ và carbonate ở mức độ vừa phải, tốc độ tích tụ trầm tích lớn giảm và tốc độ bioturbation được nâng cao. Sự kết tủa của carbonate-fluorapatite (francolite) diễn ra đồng hành với quá trình phân hủy carbon hữu cơ do vi khuẩn, xảy ra trong phạm vi vài cm của giao diện trầm tích-nước biển, và chủ yếu diễn ra trong các cơ thể vi sinh và lớp phủ vi sinh vật. Ngoài thành phần hữu cơ, cấp độ phosphate trong nước lỗ cũng được nâng cao nhờ phosphate hấp thụ trên các oxihydroxide sắt, được giải phóng trong quá trình khử sắt. Quá trình khoáng hóa có thể chủ yếu xảy ra sau quá trình oxy nhưng diễn ra trong lớp trầm tích dày trong đó vật chất hữu cơ biển đang trải qua quá trình phân hủy vi sinh kết hợp với cả điều kiện hiếu khí và kị khí. Phosphogenesis xảy ra chủ yếu ở các vùng biên NE của Bể Anglo-Paris nơi có nền biển nông hơn và điều kiện địa dương học phù hợp. Các đợt phốt phát hóa bị giới hạn bởi sự biến động mực nước biển, điều này đã kiểm soát hiệu quả của dòng chảy xói mòn tạo ra và duy trì các bể phốt phát và có thể đã kích thích năng suất địa phương.

The sedimentary record of the Arabian Shelf offers a unique opportunity to study the Cretaceous (Albian–Turonian) greenhouse climate from a palaeoequatorial perspective. In particular, hemipelagic to pelagic carbonate successions from the extensive Shilaif intra‐shelf basin have the potential to produce an excellent record of carbon cycle perturbations during this interval. This study presents a 269 m thick chemostratigraphic (carbonate δ¹³C and δ¹⁸O) record from the Middle Albian to Early Turonian of central Abu Dhabi (United Arab Emirates), representing over 14 Myr of uninterrupted carbonate sedimentation. The Mauddud to Shilaif formations represent outer ramp to basinal intra‐shelf carbonates with variations from laminated organic‐rich to clean bioturbated intervals. Isotopic evidence of the latest Albian Anoxic Event (Oceanic Anoxic Event 1d), Middle Cenomanian Event I and the Cenomanian–Turonian Anoxic Event (Oceanic Anoxic Event 2) are confirmed and biostratigraphically calibrated by means of calcareous nannofossils. The carbon isotope record allows correlation with other regional records and well‐calibrated records across the Tethyan Ocean and represents a significant improvement of the chronostratigraphic framework of the United Arab Emirates (Shilaif) and Oman (Natih) intra‐shelf basins. The study further confirms that low carbon isotope values corresponding to the two source rock intervals in the Shilaif Formation clearly precede the isotopic expressions of Oceanic Anoxic Event 1d and Oceanic Anoxic Event 2.

Nguyên nhân của sự hình thành cát khối lớn trong chuỗi các lớp trầm tích lơ lửng thường được cho là do sự đổ cát nhanh chóng do sự mất ổn định của dòng chảy trong các dòng lơ lửng có mật độ cao kiểu xung, bị sụp đổ. Tính tổng quát của mô hình này ở đây bị nghi ngờ, và chúng tôi đề xuất rằng sự lắng đọng nhanh chóng của cát khối lớn cũng xảy ra do sự không đồng nhất trong các dòng lơ lửng có mật độ cao kéo dài, gần ổn định. Chúng tôi cố gắng loại bỏ sự không rõ ràng trong việc sử dụng các thuật ngữ 'giảm tốc' và 'mất ổn định' liên quan đến các dòng chảy lực hấp dẫn không đồng nhất, và nhấn mạnh rằng, giống như bất kỳ dòng hạt nào, sự mất ổn định không phải là điều kiện tiên quyết cho sự lắng đọng trầm tích. Chúng tôi đề xuất một cơ chế lắng đọng dần dần của cát dưới một dòng chảy ổn định hoặc gần ổn định, và sự di chuyển lên của ranh giới dòng lắng đọng bị chi phối bởi sự siêu tập trung hạt và sự lún giảm. Sự hình thành các cấu trúc kéo sẽ bị ngăn cản do không có giao diện lưu biến sắc nét giữa các phần thấp nhất của dòng chảy và lớp lắng đọng vừa hình thành. Sự lắng đọng tiếp tục miễn là dòng hạt hướng xuống tới ranh giới lắng đọng được cân bằng bởi nguồn cung hạt từ trên hoặc từ hạ nguồn. Cát khối lắng đọng theo cách này không hẳn là kết quả của 'lắng đọng lơ lửng trực tiếp' vì nó được đặc trưng bởi các tương tác giữa các hạt, sự lún bị cản trở, cắt và, có thể, sự liên kết giữa các hạt. Độ dày của cát khối kết quả không liên quan đến độ dày của dòng chảy mẹ, và sự biến thiên theo chiều dọc trong lớp lắng đọng có thể tiết lộ rất ít về cấu trúc chiều dọc của dòng chảy, ngay cả trong suốt quá trình lắng đọng. Các đỉnh mỏng, được phân lớp bình thường hoặc lớp bùn là dấu hiệu cuối cùng của dòng chảy bền vững đang yếu đi.

Các trầm tích glaciomarine từ cuối Westphalian đến Artinskian ở các bể Karoo và Kalahari của miền nam châu Phi bao gồm các loại hình diamictite khối và phân lớp, mudrock có vật liệu do băng trôi, sandstone, rhythmite bụi và shale cùng với một lượng nhỏ conglomerate tạo thành một chuỗi chu kỳ có thể nhận ra qua cả hai bể. Một chu kỳ hoàn chỉnh bao gồm một đơn vị đáy bền chắc của diamictite có vẻ khối lượng lớn được lót bởi diamictite phân lớp mềm hơn, sandstone và mudrock với tổng độ dày lên đến 350 m. Bốn chu kỳ chính được quan sát, mỗi chu kỳ được phân cách bởi các bề mặt phân giới. Sự thay đổi facies bên trong một số chu kỳ là hiện diện.

Sự lắng đọng carbonat nhiệt đới trong kỷ Đệ Tứ bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các cấu trúc địa chất địa phương và khu vực ở Đông Nam Á. Bài báo này phác thảo sự phát triển của sự hình thành Tonasa từ Eocen đến giữa Đệ Tứ tại Nam Sulawesi, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến lắng đọng, phân bố các kiểu đá và sự phát triển chuỗi địa chất. Việc phát triển một mô hình kiểu đá cho nền tảng carbonat nhiệt đới trong kỷ Đệ Tứ này cung cấp một phép phân tích có ý nghĩa cho các carbonat tương tự ở Đông Nam Á mà ít được nghiên cứu hơn, thường là mục tiêu cho các cuộc khảo sát hydrocarbon. Nghiên cứu này cũng có ý nghĩa đáng kể đối với việc nghiên cứu các carbonat đồng bộ kiến tạo, các yếu tố kiểm soát lắng đọng carbonat, sự phát triển nền tảng carbonat trong các khu vực sau cung và kiến trúc địa chất Đông Nam Á. Bản đồ chi tiết các kiểu đá, ghi chép, phân tích đá mỏng và phân tích sinh tầng cho thấy rằng sự hình thành Tonasa ban đầu được lắng đọng như một phần của một chuỗi lấn biển trong bối cảnh sau cung. Đến thời kỳ Eocen muộn, carbonat nước nông đã được lắng đọng trên phần lớn Nam Sulawesi, hình thành một khu vực nền tảng rộng lớn (dài 100 km). Sự lắng đọng nước nông tiếp tục diễn ra không ngừng ở một số khu vực của nền tảng cho đến giữa Đệ Tứ. Ở những nơi khác, hoạt động đứt gãy bình thường đã tạo ra các nền tảng khối đứt gãy, với việc các khối đá dưới chân được phơi bày và hình thành các gờ bang ở các khu vực đối diện. Các kiểu đá trên đỉnh nền tảng là các kiểu đá tích tụ và chủ yếu được chiếm ưu thế bởi các foraminifera lớn bám đáy. Các sườn dốc thấp, đặc biệt là các sườn dốc của khu vực trên, được đặc trưng bởi sự phát triển của các ramp. Các đứt gãy, bị ảnh hưởng một phần bởi các cấu trúc tồn tại trước đó, đã hoạt động định kỳ và hình thành các cạnh hẹp đứng. Sự lún kỷ địa chất biến đổi ở quy mô khu vực đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phát triển của nền tảng carbonat Tonasa, trong khi các ảnh hưởng trên toàn nền tảng do sự tăng lên của mực nước biển khu vực chưa được xác định. Mô hình máy tính của nền tảng Tonasa xác nhận rằng không gian tiếp nhận và hình học lắng đọng quan sát được có thể được tạo ra chỉ bởi đứt gãy khối và sự lún kỷ địa chất khu vực. Mô hình cũng cho thấy rằng sự lún kỷ địa chất khu vực và sự mở rộng, nghiêng so với hướng kéo dài chính, là thấp ở các khu vực biên giới của lưu vực sau cung. Tốc độ lắng đọng nước nông cho nền tảng carbonat nhiệt đới này, chủ yếu là foraminifera, là thấp hơn một mức độ so với các nền tảng nước ấm hiện đại được chiếm ưu thế bởi san hô hoặc ooid.

Các quan sát mới liên quan đến mức độ xói mòn và lắng đọng do dòng chảy gây ra trong đường đi của dòng chảy mờ Grand Banks năm 1929 đã được trình bày. Hầu hết các quan sát có sẵn từ Thung lũng Eastern Valley, Fan Laurentian. Dữ liệu Seabeam và SeaMARC I tiết lộ xói mòn dòng chảy rộng lớn dọc theo thung lũng với khoảng cách 200 km từ nơi ngắt quãng. Các kênh xói mòn trên đáy thung lũng được phát triển ưu tiên gần các rìa thung lũng và các sườn của các cao điểm nội thung lũng. Các hình thái đáy đối xứng (được gọi là sóng sỏi) được hình thành trong lớp đá cuội và đá cuội nhỏ bị xói mòn ở đáy thung lũng. Ngược lại, tại giới hạn xa của Thung lũng Eastern, các lớp lắng đọng dày của sỏi granule chỉ ra lắng đọng dưới dòng chảy mờ đang giảm tốc. Các hình thái đáy đối xứng (được gọi là macrodunes) được hình thành trong các trầm tích sỏi granule này.

Phân bố không gian của cả hai hình thái đáy và các khu vực đào xói cho thấy dòng chảy mờ vào năm 1929 đang tăng tốc trong 100 km đầu tiên từ điểm ngắt quãng và đang xói mòn cũng như cuốn theo trầm tích từ đáy thung lũng với khoảng cách ít nhất 200 km. Khi mất đi sự ràng buộc ở bên tại giới hạn xa của Thung lũng Eastern, dòng chảy mờ đã lan rộng sang hai bên và bắt đầu lắng đọng trầm tích khi nó giảm tốc. Việc xói mòn do dòng chảy tại đáy thung lũng đại diện cho một nguồn tiềm năng từ 50 đến 100 km3 trầm tích để được đưa vào trầm tích tạo thành.

Dãy pyroclastic Suwolbong ở phía tây đảo Cheju, Hàn Quốc, bao gồm các lớp đá viền được bảo tồn một phần của một nhẫn tuff bazan thuộc địa tầng Đệ Tứ, với vòi phun nằm cách bờ biển hiện tại khoảng 1 km về phía biển. Chuỗi này bao gồm breccia, lapillistone, lapilli tuff và tuff. Mười tám kiểu facies trầm tích được thiết lập và tổ chức thành sáu chuỗi facies theo phương ngang (LFS) và bảy chuỗi facies theo phương thẳng đứng (VFS).

Các LFS 1, 4 và 5 bắt đầu với lapilli tuff nguyên khối, sau đó biến đổi xuống dòng thành các đơn vị tuff có lớp thẳng (LFS 1), lớp gợn sóng (LFS 4) hoặc lớp cồn cát (LFS 5). Chúng đại diện cho sự trào ngược cơ bản tương đối 'khô', trong đó nồng độ hạt giảm xuống dòng với sự gia tăng dần dần của cả quá trình kéo và phân loại. LFS 2 bắt đầu với lapilli tuff bị mất trật tự và nguyên khối, và chuyển thành các đơn vị phân tầng thô ở hạ lưu. Điều này là kết quả của sự trào ngược cơ bản tương đối 'ướt', trong đó việc phân loại kém do sự kết dính của tro ẩm. LFS 3 bao gồm lapilli tuff được phân loại tốt và tuff phân tầng ở phía hạ lưu, gợi ý về việc lắng đọng từ sự rơi và trào ngược kết hợp của sự phun khí hóa 'khô' tương đối. Tất cả bảy chuỗi facies theo phương thẳng đứng nói chung bao gồm hai đơn vị facies của lapilli tuff thưa hạt thô và một lớp tuff mịn ở trên. Các chuỗi này gợi ý về sự lắng đọng từ trào ngược cơ bản, bao gồm một đầu lũ biến động và một đuôi nồng độ thấp.

Các quá trình lắng đọng trong nhẫn tuff Suwolbong chủ yếu được chi phối bởi một trào ngược cơ bản tương đối 'khô'. Trào ngược cơ bản bao gồm sự lơ lửng biến động và nồng độ cao gần vòi phun, nơi mà các sản phẩm lắng đọng thường không phân tầng do thiếu vận chuyển kéo. Khi trào ngược cơ bản trở nên loãng về phía hạ lưu thông qua sự rơi của các mảnh vụn và sự trộn lẫn không khí xung quanh, nó phát triển thành các xoáy lốc lớn và được phân tách thành tải trọng đáy hạt thô và lơ lửng hạt mịn ở trên hình thành các đơn vị phân tầng mỏng. Tiếp theo xuống dòng, trào ngược có thể được làm mát và giảm thể tích hoặc được đẩy lên không trung, tùy thuộc vào nhiệt độ của nó. Nhẫn tuff Suwolbong bao gồm một chu kỳ từ ướt đến khô tổng thể với một số chu kỳ khô đến ướt bên trong, gợi ý về sự giảm tổng thể về sự phong phú của nước bên ngoài và sự dao động trong tỷ lệ tăng magma.

Các thành tạo Pikeville, Hyden và Four Corners thuộc nhóm Breathitt ở miền Đông Kentucky, Hoa Kỳ, bao gồm sáu hiệp hội facies chính cùng với một số tiểu hiệp hội. Những hiệp hội facies này bao gồm đá siltstone vùng biển ngoài, heterolith cửa sông được phân lớp nhịp điệu, trầm tích đồng bằng lũ chủ yếu là cát mịn, các phần kênh nhỏ, các kênh phân phối lớn và các thể chất lũ lớn, chồng lên nhau. Các thể chất lũ chồng lên nhau được xâm thực vào nhiều loại trầm tích biển mở và đồng bằng delta, có chiều rộng lên đến vài kilomet và thể hiện nhiều loại cát lấp khác nhau. Những complexes lũ này được hiểu là các lớp lấp thung lũng bị xâm thực.

Các parasequence và tập hợp parasequence không thể xác định. Tuy nhiên, có thể xác định các hệ thống tracts dựa trên vị trí tuần tự, các hiệp hội facies và sự thay đổi hệ thống trong phong cách kiến trúc và hình học thể chất trầm tích. Phần nghiên cứu của nhóm Breathitt bao gồm các chuỗi thứ tự cấp 4 chồng lên nhau, xảy ra trong các tập hợp thứ tự thấp, thứ tự xuyên và thứ tự cao liên quan đến sự phát triển của chu trình mức độ nền tần số thấp hơn.

Trong tập hợp thứ tự thấp, sự xâm thực liên quan đến ranh giới chuỗi thứ tự cấp 4 liên tiếp đã thường xuyên loại bỏ hết HST và TST của các chuỗi bên dưới, đến mức các lớp lấp thung lũng bị xâm thực cấp 4 tiếp theo được hòa trộn lại với nhau. Trong tập hợp thứ tự xuyên, sự xâm thực ở mức tối thiểu và các lớp lấp thung lũng bị xâm thực có xu hướng xếp chồng lên nhau một cách riêng biệt với lượng tối đa TST và HST cát mịn ở giữa. Tập hợp thứ tự cao là giai đoạn chuyển tiếp giữa các tập hợp thứ tự thấp và thứ tự xuyên trong việc bảo tồn lượng trầm tích xuyên và cao. Các lớp lấp thung lũng bị xâm thực có xu hướng xếp chồng một cách riêng biệt.

Các chu kỳ lithologic có kích thước mét, được quan sát trong lõi và ghi chép từ đá phấn Maastricht tại mỏ Dan, đã được nghiên cứu để xác định cơ chế lắng đọng của chúng và mối quan hệ với sản xuất hydrocarbon. Phần dưới của các chu kỳ bao gồm đá phấn có độ xốp, màu kem, chủ yếu không có cấu trúc stylolitic, thường có lớp mỏng với sự bioturbation hạn chế (chủ yếu là các lỗ thoát). Các chu kỳ được phủ bởi những khoảng mỏng hơn của đá phấn cứng, có màu trắng đến xám, với các lớp stylolitic và nồng độ vật liệu sinh học, sự đào bới mạnh mẽ và rất ít cấu trúc trầm tích ban đầu được bảo tồn. Các đỉnh chu kỳ chứa gần gấp đôi lượng Mg so với các phần có độ xốp hơn của chu kỳ và cũng có giá trị δ¹⁸O lớn hơn một chút (−4,1‰ cho các đỉnh; −4,4‰ cho các vùng xốp). Có sự giảm đáng kể độ dày chu kỳ trung bình, cũng như độ dày tổng thể của phần đá phấn Maastricht, từ Tây Nam đến Đông Bắc qua mỏ Dan. Việc giảm kích thước chu kỳ phần lớn là kết quả của việc giảm độ dày của đá phấn xốp từ các phần thấp hơn của các chu kỳ và do đó phản ánh trong độ xốp và thấm trung bình thấp hơn ở phía Đông Bắc của mỏ. Những dữ liệu này cho thấy rằng quá trình loại bỏ theo đợt đã lấy đi các thành phần hạt mịn từ các khu vực cao ở Đông Bắc. Cơ sở chu kỳ xốp được lắng đọng với tốc độ tương đối cao mà không cho phép sự bioturbation hoàn toàn; các lớp thi preserved, cùng với các lỗ thoát, phản ánh sự xâm nhập trầm tích theo đợt ở những khu vực nằm cạnh các điểm cao của đáy biển. Đỉnh chu kỳ rõ ràng tích lũy chậm hơn (trong suốt khu vực, nhưng đặc biệt trên các điểm cao đáy biển), có thể bởi vì năng suất của các sinh vật plankton giảm. Sự lắng đọng chậm hơn cho phép bioturbation hoàn toàn hơn và phá hủy cấu trúc trầm tích, và cũng dẫn đến sự đông đặc calcite cao magiê hình thành trên đáy biển (đủ để tạo ra trầm tích cứng hơn và bảo tồn các đường hầm tốt hơn, nhưng không đủ để hình thành các nền cứng thực sự). Do đó, nồng độ magiê cao và độ xốp giảm của các đỉnh chu kỳ phản ánh các quá trình diagenetic rất sớm mà chỉ bị biến đổi một phần bởi quá trình diagenesis do chôn lấp.

Tốc độ lắng đọng đá phấn, như được suy luận từ bằng chứng vật lý và địa hóa học, dường như là một yếu tố kiểm soát quan trọng về đặc tính của reservoir trong các đá phấn ở Biển Bắc. Các độ xốp và độ thấm trung bình cao nhất được tìm thấy ở những khu vực có tỷ lệ tích lũy trầm tích cao nhất, nơi mà quá trình diagenesis đáy biển được tối thiểu hóa. Các trũng địa hình tại thời điểm lắng đọng có thể được mong đợi có các đặc tính sản xuất tốt nhất, và các đỉnh địa hình đồng trầm tích nên có các phần mỏng nhất và các đặc tính vật lý kém nhất.

Mô hình cơ học liên tục cho việc nén dưới tác động của lực hấp dẫn của trầm tích được xây dựng với giả thiết rằng trầm tích ở dưới áp suất bình thường và trong trạng thái căng thẳng một chiều. Độ bền của trầm tích được đặc trưng bằng các quy luật ứng suất hiệu quả được áp dụng từ cơ học đất. Mô hình này là một công thức toán học tương đối đơn giản mà cho ra độ rỗng như một hàm của độ sâu chôn lấp. Hình dạng của biểu đồ độ rỗng được kiểm soát bởi hai tham số cơ học, chỉ số nén và tỷ lệ rỗng tại một ứng suất hiệu quả là 100 kPa. Mô hình đã được xác thực bằng cách phân tích dữ liệu độ rỗng - độ sâu của các trầm tích ooze và phấn từ Cao nguyên Ontong Java, thu thập trong Chuyến thám hiểm 130 của Chương trình Khoan Đại dương. Các tham số cơ học của trầm tích được ước lượng bằng phương pháp bình phương tối thiểu để điều chỉnh biểu đồ lý thuyết cho phù hợp với dữ liệu độ rỗng. Biểu đồ lý thuyết mô tả chính xác dữ liệu độ rỗng của ooze trong các khoảng độ sâu từ 100 m trở lên. Tuy nhiên, ở các quy mô chiều dài nhỏ hơn từ 10-50 m có sự sai lệch hệ thống giữa các giá trị độ rỗng lý thuyết và dữ liệu độ rỗng của ooze. Sự sai lệch độ rỗng tương quan với sự thay đổi trong kích thước hạt trung bình của trầm tích, phần nào là do sự thay đổi về mật độ của foraminifera. Trong trường hợp của ooze, các tham số cơ học ước lượng nhất quán với các giá trị đã công bố có được từ các thí nghiệm nén một chiều. Ngược lại, các tính chất cơ học ước lượng cho phấn khác biệt so với các giá trị đã công bố. Độ rỗng của phấn thấp hơn mức có thể giải thích bởi sự nén cơ học. Giải thích này được hỗ trợ bởi dữ liệu tốc độ sóng nén (sóng P). Trong các phần phấn, tốc độ sóng P tăng nhanh hơn với độ sâu chôn lấp so với trong các phần ooze, gợi ý rằng các tính chất đàn hồi của trầm tích đang gia tăng do sự liên kết giữa các hạt.