馬帥,陳世悅,汪峰,邵鵬程,王志金

中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266555

歐龍布魯克地塊古生代風(fēng)暴沉積特征及地質(zhì)意義

馬帥,陳世悅,汪峰,邵鵬程,王志金

中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266555

為進(jìn)一步研究歐龍布魯克地塊古生界頻繁發(fā)育的風(fēng)暴沉積所暗含的地質(zhì)信息，探討風(fēng)暴頻發(fā)型古氣候?qū)Σ癖本壍貐^(qū)古生代沉積的影響，對(duì)研究區(qū)古生界各剖面進(jìn)行了詳細(xì)的野外勘察及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等綜合分析，以底面侵蝕構(gòu)造、礫屑結(jié)構(gòu)、化石滯留層、丘狀交錯(cuò)層理以及同沉積渦流侵蝕構(gòu)造等作為典型的沉積構(gòu)造標(biāo)志，識(shí)別出包括風(fēng)暴高峰期、原地卸載期、回流期、渦流期以及停息期等風(fēng)暴作用不同階段產(chǎn)物。根據(jù)不同階段風(fēng)暴產(chǎn)物的組合形式，將出露的多套風(fēng)暴沉積劃分為代表不同沉積環(huán)境下的風(fēng)暴序列類型，其中早古生代發(fā)育5種原地或近源型風(fēng)暴沉積序列，晚古生代則發(fā)育對(duì)應(yīng)原地?cái)噭?dòng)型、近源型以及深水緩坡型風(fēng)暴沉積的風(fēng)暴沉積序列。再綜合研究區(qū)各古生界剖面的巖性等特征，印證了歐龍布魯克地塊早古生代為持續(xù)海侵的淺海環(huán)境，而晚古生代則整體處于陸表海環(huán)境下海陸過(guò)渡相沉積的環(huán)境變化特征。

歐龍布魯克地塊;古生代;風(fēng)暴沉積;地質(zhì)意義

0 引言

有關(guān)風(fēng)暴沉積的研究始于19世紀(jì)末期，Gilbert[1]首先報(bào)道了相關(guān)的沉積構(gòu)造研究。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，國(guó)外地質(zhì)學(xué)家對(duì)風(fēng)暴沉積開(kāi)展了大量工作，Kellingetal.[2]、Einseleetal.[3]先后界定并完善了風(fēng)暴巖、風(fēng)暴沉積的概念，而Harmsetal.[4],Hamblinetal.[5]等對(duì)丘狀交錯(cuò)層理的研究無(wú)疑是風(fēng)暴沉積研究中的一大突破。20世紀(jì)80年代不同學(xué)者分別對(duì)碎屑巖與碳酸鹽巖風(fēng)暴沉積的標(biāo)準(zhǔn)序列進(jìn)行了詳細(xì)研究，并與濁流進(jìn)行了相應(yīng)的對(duì)比[6-10]，這一系列的工作使得風(fēng)暴沉積理論成為“繼濁流理論之后的又一次劃時(shí)代性的突破”。國(guó)內(nèi)學(xué)者在結(jié)合國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)暴沉積的形成機(jī)制、沉積模式等進(jìn)行了相關(guān)的介紹，目前國(guó)內(nèi)各大板塊比如揚(yáng)子、塔里木、華北等地均有古生代風(fēng)暴沉積作用的相關(guān)報(bào)道[11-18]，但位于柴達(dá)木盆地北緣地區(qū)的歐龍布魯克地塊卻未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。筆者在研究區(qū)歐山、石灰溝、城墻溝以及旺尕秀等古生代剖面發(fā)現(xiàn)大量風(fēng)暴沉積證據(jù)，而該區(qū)古生代風(fēng)暴沉積的發(fā)現(xiàn)及研究對(duì)于深入了解該區(qū)古生代古海洋、古氣候、構(gòu)造—古地理格局有著獨(dú)特且重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

歐龍布魯克地塊作為柴北緣最早形成的微大陸，整體位于宗務(wù)隆構(gòu)造帶與柴北緣早古生代縫合帶之間，由于造山作用的影響，靠近柴北緣構(gòu)造帶的大陸邊緣在古生代初期已形成灘間山島弧構(gòu)造帶[19]。研究區(qū)下古生界穩(wěn)定型沉積建造僅在歐龍布魯克山—大煤溝一帶出露，完整記錄了寒武系—下奧陶統(tǒng)地層；而上古生界主要出露于石灰溝—城墻溝—旺尕秀一線(圖1)。

早古生代歐龍布魯克地塊進(jìn)入穩(wěn)定克拉通盆地發(fā)育時(shí)期，沉積了一套被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下的碳酸鹽巖—碎屑巖混合建造。本區(qū)寒武系歐龍布魯克群主要為一套淺海臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積建造，僅下部發(fā)育少量紫紅色碎屑巖；而奧陶系僅發(fā)育下統(tǒng)，包括下部多泉山組及頂部石灰溝組，發(fā)育碳酸鹽巖建造—筆石頁(yè)巖沉積，中、上奧陶統(tǒng)及志留系均受加里東運(yùn)動(dòng)影響已被剝蝕。研究區(qū)上古生界地層系統(tǒng)包括泥盆系阿姆尼克組，下石炭統(tǒng)城墻溝組、懷頭他拉組以及上石炭統(tǒng)克魯克組、扎布薩尕秀組。晚古生代研究區(qū)受北部宗務(wù)隆裂陷槽開(kāi)合演化控制，泥盆紀(jì)—早石炭世沉積環(huán)境受海侵作用影響由陸相轉(zhuǎn)為淺海相；晚石炭世海平面變化頻繁，整體為一套陸表海沉積環(huán)境下的碎屑巖—碳酸鹽巖混合建造[20](圖2)。

圖1 歐龍布魯克地塊及鄰區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[19]修改)Fig.1 Geological map of Olongbluk block and adjacent region (modified from reference [19])

2 風(fēng)暴巖沉積特征

歐龍布魯克地塊古生界地層內(nèi)普遍存在風(fēng)暴作用痕跡，巖石類型包括生物碎屑灰?guī)r、顆?；?guī)r、泥晶灰?guī)r、角礫灰?guī)r、礫屑云巖、泥巖等多種類型，由于受風(fēng)暴巖形成的位置影響，不同層位風(fēng)暴沉積序列不盡相同且沉積構(gòu)造多樣。通過(guò)對(duì)研究區(qū)古生界地層的野外地質(zhì)調(diào)查，總結(jié)歸納了該區(qū)風(fēng)暴巖沉積構(gòu)造的類型，認(rèn)為該區(qū)風(fēng)暴序列底部發(fā)育風(fēng)暴侵蝕作用形成的波狀沖刷面、渠模等底面侵蝕構(gòu)造；侵蝕面之上則發(fā)育不同類型的風(fēng)暴滯留沉積層；滯留層之上為風(fēng)暴衰弱期形成的具定向排列的竹葉狀灰?guī)r或發(fā)育平行層理的顆?；?guī)r，同時(shí)發(fā)育丘狀交錯(cuò)層理、波痕以及同沉積渦流侵蝕構(gòu)造等，覆蓋其之上的則是正常沉積。

2.1 底面侵蝕構(gòu)造

底面侵蝕構(gòu)造是風(fēng)暴高峰期時(shí)風(fēng)暴浪對(duì)下伏沉積物侵蝕改造而形成的沉積構(gòu)造，與上覆粗粒滯留沉積共同組成了風(fēng)暴沉積的典型標(biāo)志[21]。在時(shí)間上涵蓋了下伏被侵蝕地層的沉積、風(fēng)暴起始期、風(fēng)暴加強(qiáng)期以及高峰期四個(gè)地質(zhì)事件的時(shí)間段。研究區(qū)所發(fā)現(xiàn)的典型底面侵蝕構(gòu)造包括渠模及風(fēng)暴沖刷面等，其中沖刷面多呈波狀起伏狀態(tài)，其上、下巖性大多差異較大(圖3a、圖4a)；而渠模則為高強(qiáng)度風(fēng)暴渦流侵蝕的產(chǎn)物，侵蝕下伏地層較深，侵蝕面與層面夾角可達(dá)45°(圖3b)。

2.2 風(fēng)暴滯留沉積

風(fēng)暴滯留沉積是指風(fēng)暴高潮期—衰弱早期，從風(fēng)暴浪中快速卸載的大顆粒的介殼、粗粒內(nèi)碎屑或礫石等形成的沉積單元，研究區(qū)主要發(fā)育三種不同類型風(fēng)暴滯留層，包括：礫屑灰?guī)r層，雜亂堆積的竹葉狀灰?guī)r層以及珊瑚、海百合莖與泥巖撕裂屑組成的生物化石層。其中礫屑灰?guī)r滯留層段主要發(fā)育雜基支撐的礫屑灰?guī)r(圖3c)以及受風(fēng)暴撕裂作用形成的微晶灰?guī)r或顆?；?guī)r(圖3d)，其中灰?guī)r礫石成分與下伏地層一致，礫屑粒度大者15 cm、小者1 cm，分選極差，磨圓度以次棱角狀為主；雜基為灰泥、砂質(zhì)顆粒。在雜亂堆積的竹葉狀灰?guī)r層中，灰?guī)r礫屑排列混雜，呈“人”字形、倒“小”字形、菊花狀、水平狀堆積[22-23]，直立或高角度傾斜，部分顆粒表面存在氧化圈，顆粒間常見(jiàn)灰泥雜基支撐(圖3e)。風(fēng)暴滯留沉積中常見(jiàn)塊狀層理與粒序?qū)永?圖3f，g)，部分竹葉狀灰?guī)r層形成下凹頂凸的透鏡體。礫屑灰?guī)r中的雜基支撐、塊狀與粒序?qū)永硪约爸袢~狀礫屑的雜亂堆積均反映了風(fēng)暴高潮期—衰弱早期快速卸載、原地或近原地堆積的沉積過(guò)程，顆粒幾乎未受風(fēng)暴回流改造，因此部分層位保存了上凸的頂面。

圖2 歐龍布魯克地塊古生代綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Paleozoic Olongbluk block

圖3 歐龍布魯克地塊下古生界風(fēng)暴沉積構(gòu)造特征a.歐山剖面奧陶系石灰溝組風(fēng)暴侵蝕面，上覆灰?guī)r侵蝕下伏暗色頁(yè)巖，箭頭指示灰?guī)r礫石；b.歐山剖面寒武系中歐龍布魯克組風(fēng)暴作用形成的高角度渠模，礫屑灰?guī)r下侵泥質(zhì)灰?guī)r，箭頭指示礫屑灰?guī)r；c.歐山剖面寒武系上歐龍布魯克組風(fēng)暴成因的礫屑灰?guī)r；d.歐山剖面寒武系中歐龍布魯克組受風(fēng)暴撕扯作用形成的灰?guī)r顆粒；e.歐山剖面寒武系上歐龍布魯克組風(fēng)暴形成的雜亂堆積竹葉狀礫屑灰?guī)r；f.歐山剖面寒武系下歐龍布魯克組具粒序?qū)永淼牡[屑云巖；g.歐山剖面寒武系中歐龍布魯克組具粒序?qū)永淼牡[屑灰?guī)r；h. 歐山剖面寒武系中歐龍布魯克組弱定向排列的竹葉狀礫屑灰?guī)r。Fig.3 Tempestite sedimentary structure characteristics of Early Paleozoic Olongbluk block

生物化石滯留層中見(jiàn)大量單體珊瑚與海百合莖(圖4d，e，g)，各個(gè)生物體之間充填泥巖及灰?guī)r碎屑(圖4h)。珊瑚、海百合莖整體混雜堆積，排列方向不定，且大小各異，大者可達(dá)10 cm×3 cm，一般4 cm×1.5 cm，化石保存完整，斷面多呈尖棱角狀(圖4i)，該層珊瑚化石與生物碎屑灰?guī)r、泥巖碎屑及上覆結(jié)晶灰?guī)r、泥巖構(gòu)成一個(gè)完整的風(fēng)暴前—風(fēng)暴—風(fēng)暴后的碳酸鹽巖風(fēng)暴沉積序列。下伏生物碎屑灰?guī)r發(fā)育由風(fēng)暴前正常天氣下生物擾動(dòng)活動(dòng)所產(chǎn)生的遺跡化石，在該層之上的生物化石層可能是由于受較強(qiáng)風(fēng)暴浪的破壞，限制了生物的活動(dòng)空間，從而導(dǎo)致生物群體迅速死亡，然后隨水流搬運(yùn)到異地沉積，并非原地生長(zhǎng)而沉積下來(lái)，其沉積的環(huán)境應(yīng)該在風(fēng)暴浪基面附近。這種生物化石層在正常碳酸鹽沉積中并不常見(jiàn)，此處單一生物的密集活動(dòng)并不能反映研究區(qū)當(dāng)時(shí)的真實(shí)生態(tài)活動(dòng)，推測(cè)就是由于風(fēng)暴這種事件性因素限制了生態(tài)的復(fù)雜性[24-25]。

2.3 具長(zhǎng)軸定向排列的竹葉狀灰?guī)r、平行層理及丘狀交錯(cuò)層理

在風(fēng)暴回流的作用下，部分原地雜亂堆積的竹葉狀灰?guī)r最終呈優(yōu)選方位堆積(圖3h)，而在離岸較遠(yuǎn)、回流強(qiáng)度較大的位置，回流會(huì)攜帶砂質(zhì)顆粒發(fā)生高流態(tài)運(yùn)動(dòng)，形成平行層理(圖5a)。丘狀交錯(cuò)層理是指示風(fēng)暴作用的最佳證據(jù)，當(dāng)風(fēng)暴衰退時(shí)，由于回流的速率降低，原來(lái)呈懸浮狀態(tài)的細(xì)粒碎屑物質(zhì)迅速沉降，經(jīng)進(jìn)一步減弱的風(fēng)暴流產(chǎn)生的浪生震蕩水流改造后形成的丘狀交錯(cuò)層理。本區(qū)存在一種與風(fēng)暴渦流有關(guān)的丘狀交錯(cuò)層理，即當(dāng)風(fēng)暴浪觸抵海床底部沉積物時(shí)，在風(fēng)暴浪或風(fēng)暴渦流強(qiáng)烈的剪切、擺動(dòng)作用的共同影響下，在砂質(zhì)碳酸鹽巖沉積物的表面形成丘狀凸起及洼坑，在起伏表面上砂質(zhì)碳酸鹽巖顆粒逐漸加積形成該層理(圖5b)。丘狀交錯(cuò)層理丘高3.5 cm、寬度約5 cm，中心厚向兩側(cè)逐漸收斂，由砂質(zhì)云巖顆粒組成。

2.4 對(duì)稱波痕

風(fēng)暴衰減期，原地卸載或經(jīng)過(guò)搬運(yùn)的顆粒碳酸鹽巖被風(fēng)暴浪衰減期形成的振蕩水流改造后可形成類似對(duì)稱波痕的構(gòu)造(圖5c)。研究區(qū)發(fā)育的波痕規(guī)模較小，一般位于風(fēng)暴巖之上，波長(zhǎng)約為10～12 cm，波高為4～5 cm。

2.5 同沉積渦流侵蝕構(gòu)造

圖4 歐龍布魯克地塊石炭系風(fēng)暴沉積特征a.旺尕秀剖面石炭系克魯克組風(fēng)暴形成的波狀沖刷面，受風(fēng)暴渦流影響的生物碎屑灰?guī)r侵蝕下伏泥巖；b.旺尕秀剖面石炭系克魯克組風(fēng)暴巖層面丘狀凸起；c.石灰溝剖面石炭系克魯克組地層中塊狀生物碎屑灰?guī)r侵蝕下部泥晶灰?guī)r段；d.旺尕秀剖面石炭系克魯克組風(fēng)暴沉積序列(遠(yuǎn)景)；e.旺尕秀剖面克魯克組風(fēng)暴沉積序列(近景)，箭頭指示灰?guī)r層內(nèi)渦流侵蝕構(gòu)造(剖面)；f.旺尕秀剖面克魯克組風(fēng)暴沉積灰?guī)r層內(nèi)渦流侵蝕構(gòu)造，呈凸—洼相間狀(層面)；g.旺尕秀剖面石炭系克魯克組風(fēng)暴沉積序列生物化石層及渦流侵蝕構(gòu)造層面；h.旺尕秀剖面克魯克組風(fēng)暴沉積生物化石層，可見(jiàn)單體珊瑚斷面，箭頭指示充填于各化石之間的黑色泥巖碎屑；i.旺尕秀剖面克魯克組風(fēng)暴沉積生物化石滯留層及泥巖夾層；j.旺尕秀剖面克魯克組風(fēng)暴渦流改造形成的灰?guī)r，箭頭指示披覆于灰?guī)r之上的薄層泥巖。Fig.4 Tempestite characteristics of Carboniferous Olongbluk block

圖5 歐龍布魯克地塊下古生界風(fēng)暴沉積構(gòu)造特征a.歐山剖面寒武系上歐龍布魯克組發(fā)育平行層理的顆?；?guī)r；b.歐山剖面寒武系下歐龍布魯克組發(fā)育小型丘狀交錯(cuò)層理的砂質(zhì)白云巖，箭頭指示丘狀凸起；c. 歐山剖面寒武系中歐龍布魯克組泥晶灰?guī)r中發(fā)育的對(duì)稱波痕；d.石灰溝剖面奧陶系多泉山組灰?guī)r中同沉積變形構(gòu)造。Fig.5 Tempestite sedimentary structure characteristics of Early Paleozoic Olongbluk block

同沉積渦流侵蝕構(gòu)造被認(rèn)為是陸表海背景下攪動(dòng)型風(fēng)暴沉積的典型構(gòu)造[26]，此后,黃操明等[27]通過(guò)物理模擬證明其與風(fēng)暴渦流密切相關(guān)，這種風(fēng)暴浪具有上升漩渦的性質(zhì)，可將底部沉積物卷?yè)P(yáng)起來(lái)再進(jìn)行沉積。當(dāng)風(fēng)暴掀起的巨浪強(qiáng)烈沖刷海岸帶，并在回流時(shí)將這些物質(zhì)攜帶回海里，形成高密度回流。當(dāng)這些密度流被帶到風(fēng)暴浪基面與正常浪基面之間的海底地帶，將呈懸浮狀態(tài)沉積下來(lái)。此時(shí)無(wú)固定方向的觸及海底的巨浪的峰、谷經(jīng)過(guò)沉積物表面時(shí)，便形成平緩的波狀傾斜，由于灰?guī)r粒度成分較碎屑巖細(xì)，且均一性好，因此一般不像碎屑巖丘狀交錯(cuò)層理一樣具有明顯的內(nèi)部層理，僅表現(xiàn)為層面上的丘凹狀起伏[27]，研究區(qū)旺尕秀剖面石炭系風(fēng)暴巖中所發(fā)育的同沉積渦流侵蝕構(gòu)造頂、底層面均呈丘狀—洼狀起伏(圖4b)，斷面上類似于“石香腸”構(gòu)造(圖4e)，但層面上與石香腸構(gòu)造截然不同，突起呈半球形，凸—洼相間出現(xiàn)(圖4f，g)，說(shuō)明其為攪動(dòng)型風(fēng)暴浪對(duì)盆地底部的灰泥沉積沖刷破壞后在原地或短距離搬運(yùn)后沉積的產(chǎn)物。該類構(gòu)造有兩種，一種由渦流侵蝕面及塊狀粒序生屑灰?guī)r構(gòu)成，不發(fā)育泥巖薄層；一種則在渦流侵蝕面之間發(fā)育泥巖薄層，該層泥巖向上彎曲，且厚度不穩(wěn)定，披覆在渦流改造后的灰?guī)r之上(圖4i，j)，屬于風(fēng)暴間歇期水體中的泥質(zhì)懸浮組分卸載的產(chǎn)物。渦流侵蝕面之上發(fā)育生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r層，該層主要發(fā)育塊狀層理，部分層段向上生物碎屑顆粒減少且粒度下降，略具正粒序性，認(rèn)為是風(fēng)暴高峰期渦流攪動(dòng)侵蝕后再沉積而成。

3 風(fēng)暴沉積序列

3.1 早古生代風(fēng)暴沉積序列類型及沉積環(huán)境

研究區(qū)早古生代風(fēng)暴沉積層數(shù)多，風(fēng)暴層厚度變化較大且序列保存程度不一，整體以原地或近源型風(fēng)暴沉積為主，回流發(fā)育較少，可見(jiàn)攪動(dòng)型風(fēng)暴作用痕跡，反映研究區(qū)早古生代沉積水體均位于風(fēng)暴浪基面之上，大多處于正常浪基面附近，且古海底坡腳較緩。隨著風(fēng)暴活動(dòng)由開(kāi)始到高潮，后逐漸轉(zhuǎn)入衰退直至結(jié)束，不同風(fēng)暴作用階段即表現(xiàn)出不同的沉積特征，研究區(qū)早古生代由于風(fēng)暴作用強(qiáng)度不同可分為高峰期(Ta、Tb)、衰減期(Tc、Td)以及停息期(Te)下的5個(gè)沉積單元。Ta、Tb單元反映了風(fēng)暴開(kāi)始至高峰期時(shí)的沉積產(chǎn)物，發(fā)育明顯的底面侵蝕構(gòu)造以及塊狀礫屑灰?guī)r、雜亂排列的竹葉狀灰?guī)r等不同類型的滯留沉積。Tc、Td單元代表風(fēng)暴衰退期時(shí)沉積產(chǎn)物，發(fā)育平行層理、丘狀交錯(cuò)層理、波痕等沉積構(gòu)造，同時(shí)可見(jiàn)具弱定向排列的礫屑灰?guī)r。Te單元?jiǎng)t代表研究區(qū)早古生代風(fēng)暴沉積過(guò)后停息期的正常沉積，巖石類型包括生物碎屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、泥巖等(圖6)。

圖6 歐龍布魯克地區(qū)早古生代風(fēng)暴沉積序列及分布圖Fig.6 Tempestite sedimentary sequence and its distribution of Early Paleozoic Olongbluk block

寒武紀(jì)初期，研究區(qū)整體處于潮坪環(huán)境，水動(dòng)力條件較弱。此時(shí)形成的風(fēng)暴序列B發(fā)育Ta、Tb、Tc、Td四個(gè)沉積單元，巖石類型包括竹葉狀白云巖、礫屑白云巖，顆粒間填隙物亦為白云巖顆粒。該序列中最顯著的特點(diǎn)是砂屑白云巖中發(fā)育丘狀交錯(cuò)層理(圖5b)，但該層理丘體規(guī)模較小，反映風(fēng)暴衰減期，當(dāng)風(fēng)暴觸及海底后，由于海水較淺，能量很弱，所掀起的波浪規(guī)模較小，對(duì)沉積物表面造成影響不大，綜合推斷該序列發(fā)育于正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間的潮下帶環(huán)境(圖6B)。此后海平面急劇下降導(dǎo)致海底長(zhǎng)期暴露出水面，發(fā)育鹽巖假晶、鳥眼構(gòu)造、泥裂等沉積構(gòu)造，該時(shí)期研究區(qū)整體處于潮上—潮間帶，水動(dòng)力條件極弱，巖性以粉晶白云巖、礫屑白云巖、砂屑白云巖、紫紅色泥巖為特點(diǎn)。該時(shí)期風(fēng)暴作用下形成的序列A發(fā)育Tb、Tc、Te3三個(gè)單元，底部沖刷面較為平緩，未見(jiàn)塊狀礫屑碳酸鹽巖段，下部竹葉狀白云巖雜亂堆積。當(dāng)風(fēng)暴浪經(jīng)過(guò)時(shí)，受海底影響，能量大幅減弱，絕大多數(shù)粗粒碳酸鹽巖顆粒已經(jīng)卸載，之后風(fēng)暴能量繼續(xù)減弱，此時(shí)風(fēng)暴浪所攜帶的碎屑顆粒已經(jīng)大幅減少且粒度較細(xì)，加之此時(shí)風(fēng)暴對(duì)海床侵蝕能力較弱，因此該類風(fēng)暴序列粒度及厚度均較小。且該環(huán)境下坡度較小，風(fēng)暴回流流速不大，因此序列中部發(fā)育弱定向排列的竹葉狀灰?guī)r，粒度略具正序性(圖3f)。結(jié)合其背景沉積，推斷該套序列A應(yīng)發(fā)育在浪基面附近潮上—潮間帶洼池中，屬原地—近源型風(fēng)暴沉積(圖6A)。

寒武紀(jì)早—中期，研究區(qū)海平面上升，且變化頻繁，沉積物受陸源碎屑供給中懸浮組分影響較大，巖性主要為泥晶灰?guī)r、顆?；?guī)r夾薄層泥巖條帶。此時(shí)研究區(qū)受風(fēng)暴作用影響形成的序列C發(fā)育Tb、Tc、Td、Te2四個(gè)沉積單元，序列底部具明顯侵蝕面，說(shuō)明其處于風(fēng)暴浪基面之上。由于該時(shí)期風(fēng)速及風(fēng)暴浪的能量不是很大，大顆粒的物質(zhì)無(wú)法攜帶，向上僅發(fā)育雜亂堆積的竹葉狀礫屑灰?guī)r(圖3e)，缺少Ta段礫屑灰?guī)r，綜合判斷該套風(fēng)暴沉積序列發(fā)育于正常浪基面之下的局限臺(tái)地或臺(tái)內(nèi)閉塞海灣環(huán)境(圖6C)。

寒武紀(jì)中—晚期，氣候溫暖濕潤(rùn)，海平面持續(xù)上升，研究區(qū)此時(shí)水流循環(huán)條件良好，受陸源碎屑物質(zhì)影響極弱，巖性在廣闊海域內(nèi)極為穩(wěn)定，屬于開(kāi)闊臺(tái)地—臺(tái)地邊緣環(huán)境。此時(shí)風(fēng)暴作用形成的序列D所發(fā)育的沉積單元較為完整，底部侵蝕面之上發(fā)育塊狀礫屑灰?guī)r(圖3c)，碳酸鹽巖顆粒粒徑較大，序列厚度大，不發(fā)育波痕、層理等風(fēng)暴回流構(gòu)造。正常沉積層段則發(fā)育平行層理等高流態(tài)構(gòu)造及生屑灰?guī)r等顆粒碳酸鹽巖。該類風(fēng)暴序列發(fā)育在正常浪基面附近，屬于原地?cái)噭?dòng)型風(fēng)暴沉積(圖6D)。

奧陶紀(jì)時(shí)期，研究區(qū)海水循環(huán)良好，氧氣充足，鹽度正常，沉積物類型主要受到先前地貌、風(fēng)暴、潮汐、海平面變化等影響，整體處于臺(tái)地邊緣淺灘—前緣斜坡環(huán)境。該時(shí)期研究區(qū)發(fā)生風(fēng)暴作用時(shí)，序列E僅發(fā)育Ta單元。底部發(fā)育風(fēng)暴渦流對(duì)灰?guī)r底面改造形成的同沉積渦流侵蝕構(gòu)造，而由于研究區(qū)此時(shí)的特殊環(huán)境，該類風(fēng)暴序列的另一個(gè)特點(diǎn)是其上、下地層中泥晶灰?guī)r普遍發(fā)育同沉積變形、角礫碳酸鹽巖等斜坡滑動(dòng)成因構(gòu)造(圖5d)。該套地層中風(fēng)暴作用與滑動(dòng)變形交互出現(xiàn)，且該處坡腳較緩，回流作用不明顯，綜合推斷序列E應(yīng)發(fā)育于臺(tái)緣斜坡的頂部且在正常浪基面之下的位置(圖6E)。

3.2 晚古生代風(fēng)暴沉積序列類型及沉積環(huán)境

研究區(qū)晚古生代風(fēng)暴沉積多集中發(fā)育在石炭紀(jì)中—晚期，從巖性組合看，該時(shí)期整體為一套陸表海沉積環(huán)境下的碳酸鹽巖—碎屑巖混合沉積建造，海平面變化頻繁，海床廣闊且地形平坦，海底一般位于風(fēng)暴浪基面之上，正常浪基面附近，發(fā)育原地?cái)噭?dòng)型、近源型以及深水緩坡型風(fēng)暴巖，極緩的古坡角導(dǎo)致風(fēng)暴作用難以形成風(fēng)暴回流，主要體現(xiàn)為風(fēng)暴渦流反復(fù)的挖蝕、改造、懸浮、近距離搬運(yùn)沉積物[26]。按照研究區(qū)晚古生代風(fēng)暴作用階段的差異性可將其完整序列分為Sa～Se五類沉積單元，對(duì)應(yīng)著風(fēng)暴高峰期(Sa)、風(fēng)暴減弱早期沉積物原地卸載(Sb)、風(fēng)暴回流期(Sc)、風(fēng)暴渦流期(Sd)、風(fēng)暴后正常沉積(Se)。

研究區(qū)石炭紀(jì)克魯克組發(fā)育早期，整體為清水與渾水的混合沉積，海平面變化極為頻繁，海水每次進(jìn)退，在碳酸鹽臺(tái)地、障壁島和潟湖的潮坪上均不同程度的發(fā)育泥炭坪環(huán)境，造成區(qū)域性薄煤層賦存。因此該時(shí)期風(fēng)暴序列Ⅰ中，可見(jiàn)夾有灰?guī)r礫石的泥巖層直接覆蓋于灰?guī)r頂部侵蝕面之上，并且灰?guī)r層下部與煤線伴生。含灰?guī)r礫石的泥巖層內(nèi)發(fā)育向上凸起的底層面，而上部層內(nèi)則發(fā)育水平層理，反應(yīng)風(fēng)暴過(guò)后極弱的水動(dòng)力條件(圖7-Ⅰ)。而序列Ⅱ?yàn)檠芯繀^(qū)石炭系克魯克組一個(gè)典型風(fēng)暴沉積序列，為多期風(fēng)暴疊加結(jié)果，發(fā)育Sa、Sb、Sd2、Se1、Se2等沉積單元。先期風(fēng)暴在衰退期形成具有正粒序結(jié)構(gòu)的生物碎屑灰?guī)r層，并伴有風(fēng)暴渦流侵蝕痕跡。后期能量較強(qiáng)的風(fēng)暴又對(duì)先期沉積物強(qiáng)烈沖刷，形成侵蝕面；在此之上滯留層為經(jīng)風(fēng)暴浪近距離搬運(yùn)后迅速卸載的單體珊瑚化石層，上覆灰?guī)r層中發(fā)育風(fēng)暴衰退期時(shí)形成的同沉積渦流侵蝕構(gòu)造，再向上過(guò)渡到正常天氣下沉積的生屑灰?guī)r段及泥巖段(圖7-Ⅱ)。

此后研究區(qū)受陸源碎屑影響加強(qiáng)，發(fā)育扇三角洲等海陸過(guò)渡相沉積，直至克魯克組中晚期，以陸表海環(huán)境為特點(diǎn)的性質(zhì)更為顯著，形成潮坪—局限臺(tái)地的混合沉積。此時(shí)在研究區(qū)廣闊淺海環(huán)境中形成的風(fēng)暴序列Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均屬于典型的原地或近原地?cái)噭?dòng)型風(fēng)暴沉積，序列底部發(fā)育渦流侵蝕面，層面之上發(fā)育生物碎屑灰?guī)r，并向上逐漸遞變?yōu)轭w?；?guī)r及泥晶灰?guī)r，具有明顯粒序性，上覆正常環(huán)境下沉積的泥巖中幾乎不含化石，海床廣闊且地形平坦。序列Ⅳ中發(fā)育極薄層泥披覆，是由于風(fēng)暴浪將潮坪或者潟湖中的泥質(zhì)攪起并以懸浮狀態(tài)搬運(yùn)至碳酸鹽巖沉積地后沉積而成(圖7-Ⅳ)。序列Ⅴ發(fā)育于大套生物碎屑灰?guī)r中，受風(fēng)暴渦流與回流共同作用，該風(fēng)暴序列中發(fā)育小型丘狀交錯(cuò)層理，由于生物碎屑顆粒供應(yīng)充分，可能為臺(tái)緣斜坡頂部生物碎屑灘環(huán)境下的風(fēng)暴沉積(圖7-Ⅴ)。

石炭紀(jì)克魯克組發(fā)育末期，受古地形影響，風(fēng)暴序列Ⅵ主要發(fā)育Sc、Se2兩個(gè)沉積單元(圖4c)。其中Sc為發(fā)育塊狀層理的生物碎屑灰?guī)r段，可見(jiàn)介殼類等生物碎屑顆粒，向上未見(jiàn)有明顯的遞變現(xiàn)象，反應(yīng)一次高流態(tài)快速堆積過(guò)程，在形成過(guò)程中侵蝕掉較還原環(huán)境的深水沉積物而形成的風(fēng)暴重力流層型；而Se2單元中泥晶灰?guī)r的泥鈣質(zhì)含量高，生物含量較少，發(fā)育水平層理。推測(cè)該序列為能量較低的深水環(huán)境受風(fēng)暴回流作用的影響，誘導(dǎo)遠(yuǎn)端發(fā)生重力流沉積，主要發(fā)育在浪基面附近臺(tái)地邊緣斜坡環(huán)境，屬于深水緩坡型風(fēng)暴沉積。

圖7 歐龍布魯克地區(qū)晚古生代風(fēng)暴沉積序列及分布圖Fig.7 Tempestite sedimentary sequence and its distribution of Late Paleozoic Olongbluk block

4 地質(zhì)意義及討論

風(fēng)暴沉積作為地質(zhì)歷史時(shí)期中一種重要的事件沉積，其形成的風(fēng)暴巖、風(fēng)暴序列不僅能夠解釋風(fēng)暴作用機(jī)制本身，同時(shí)在地層劃分與對(duì)比、沉積古環(huán)境、海盆演化等多方面具有重要意義[28]。研究區(qū)古生代風(fēng)暴作用頻發(fā)，僅歐龍布魯克山剖面就見(jiàn)數(shù)層風(fēng)暴巖，并且整體古生代風(fēng)暴滯留沉積中的碳酸鹽巖礫石粒徑較大，說(shuō)明風(fēng)暴強(qiáng)度較大。這種強(qiáng)烈、高頻性的風(fēng)暴改造暗示在古生代歐龍布魯克地區(qū)應(yīng)位于赤道兩側(cè)低緯度風(fēng)暴作用帶，這與該地區(qū)古地磁的研究結(jié)論一致[29-31]。

本文所建立的研究區(qū)古生代風(fēng)暴沉積模式，印證了歐龍布魯克地塊古生代沉積演化的過(guò)程，認(rèn)為歐龍布魯克地塊在早古生代為持續(xù)海侵的淺海環(huán)境，而晚古生代整體處于陸表海環(huán)境下海陸過(guò)渡相沉積，對(duì)研究區(qū)古環(huán)境、古地貌的恢復(fù)具有重要的參考價(jià)值。此外通過(guò)研究區(qū)早古生代與晚古生代風(fēng)暴沉積模式的建立，區(qū)分了研究區(qū)不同時(shí)期風(fēng)暴巖形成的動(dòng)力差異，為歐龍布魯克地塊的古生代演化提供沉積地質(zhì)學(xué)證據(jù)。

5 結(jié)論

(1) 歐龍布魯克地塊古生界普遍發(fā)育風(fēng)暴沉積，典型風(fēng)暴沉積標(biāo)志包括底面侵蝕構(gòu)造、多種類型的風(fēng)暴滯留層、定向排列的竹葉狀礫屑灰?guī)r、平行層理、丘狀交錯(cuò)層理、波痕以及同沉積渦流侵蝕構(gòu)造等。

(2) 研究區(qū)早古生代風(fēng)暴沉積整體以原地或近源型為主，回流發(fā)育較少，可見(jiàn)攪動(dòng)型風(fēng)暴作用痕跡。而晚古生代風(fēng)暴沉積多集中發(fā)育在石炭紀(jì)中—晚期，發(fā)育原地?cái)噭?dòng)型、近源型以及深水緩坡型風(fēng)暴巖，極緩的古坡角導(dǎo)致風(fēng)暴作用難以形成風(fēng)暴回流，主要體現(xiàn)為風(fēng)暴渦流反復(fù)的挖蝕、改造、懸浮、近距離搬運(yùn)等沉積作用。

(3) 研究區(qū)古生界風(fēng)暴巖的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明該區(qū)古生代整體處于低緯度風(fēng)暴高發(fā)區(qū)域。其中早古生代時(shí)持續(xù)海侵，沉積水體均位于風(fēng)暴浪基面之上，大多處于正常浪基面附近，且古海底坡腳較緩。而研究區(qū)晚古生代多受原地?cái)噭?dòng)型風(fēng)暴影響，反映水體深度應(yīng)在正常浪基面附近，整體水深不大，海平面變化頻繁，經(jīng)歷由淺海臺(tái)地到陸表海的環(huán)境變化。

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Sedimentary Characteristics and Geological Significance of Storm Deposite of Paleozoic in the Olongbluk Block

MA Shuai,CHEN ShiYue,WANG Feng,SHAO PengCheng,WANG ZhiJin

College of Earth Science and Technology, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266555, China

To further explore the geological significance of the tempestites of Paleozoic that exposed in the Olongbluk block, and investigate the effect of frequently strorm climate on the sedimentary characteristic of Paleozoic in northern Qaidam basin, a comprehensive field geology survey and laboratory analysis have been carried out in the study area, and several typical sedimentary structures have been distinguished in the area, e.g. scour, ripple mark, hummocky cross-stratification, and syngenetic deformation structure. According to the differernt lithology and other characteristics, each set of tempestite can be divided into different sections: activity period, off-load period, returning period, whirling period and rest period. Depending on the combination of the sections, tempestites can be divided into different kinds of storm sequences to represent different sedimentary environment. The early Paleozoic developed five storm sequences which represent in-situ-type sequence or near source sequence, and the late Paleozoic developed near source sequence, in-situ-agitational sequence and deep-slope sequence. Under the research of the lithological characteristics of Paleozoic, the Olongbluk area was in a shallow sea environment which was always effected by transgression in early Paleozoic,and changed into epicontinental sea environment in the late.

Olongbluk block; Paleozoic; tempestite; geological significance

1000-0550(2017)01-0035-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.01.004

2015-12-30；收修改稿日期： 2016-04-13

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(12120115003301)[Foundation: China Geological Survey Project, No.12120115003301]

馬帥,男,1990年出生,博士研究生,沉積學(xué)與層序地層學(xué),E-mail:mas0302@163.com

P512.2

A