華北地臺(tái)早古生代竹葉狀灰?guī)r巖石特征及成因研究進(jìn)展①

余寬宏 暢 通 邱隆偉 孫沛沛

(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 266580)

0 引言

內(nèi)碎屑是碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)組分中非常重要的一類。其中，粒徑大于2 mm的顆粒被定義為礫屑。中國(guó)華北地區(qū)寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)為規(guī)模巨大的克拉通盆地，東西長(zhǎng)約1 500 km，南北寬約1 000 km，淺水沉積地層厚達(dá)2 000 m［1］。在我國(guó)華北板塊寒武系及奧陶系廣泛分布的一類礫屑灰?guī)r，多呈扁平狀［2］。這類礫屑灰?guī)r外形似竹葉而被稱之為竹葉狀灰?guī)r。竹葉狀灰?guī)r是從其形態(tài)特征出發(fā)而定的巖石名稱，并非嚴(yán)格的巖石學(xué)名稱，但因?yàn)槠涮卣髅黠@，因此其名稱得以保留至今，但竹葉狀灰?guī)r的界定并不是特別明確。研究表明，華北地臺(tái)寒武系—奧陶系外形似竹葉狀的礫屑通常與其他形態(tài)的礫屑伴生。而有人將其籠統(tǒng)地稱之為竹葉狀灰?guī)r，有悖竹葉狀灰?guī)r定名的初衷:礫屑的外形呈竹葉狀。

對(duì)竹葉狀灰?guī)r的成因解釋，前人表述為:一類淺水沉積成因的巖石類型，指形成于淺水海洋環(huán)境中，半固結(jié)或已固結(jié)的薄層碳酸鹽巖，經(jīng)過強(qiáng)大的水流、潮汐或者風(fēng)暴作用，發(fā)生破碎、磨蝕、搬運(yùn)并堆積而成［3］。但更多的研究表明竹葉狀灰?guī)r是多種地質(zhì)作用的結(jié)果，有沉積成因、也有成巖成因［4-6］。目前，對(duì)形成于古代陸表海背景下的礫屑灰?guī)r成因有代表性的解釋見表1。

我國(guó)竹葉狀灰?guī)r研究的起步較早，比如李學(xué)清［7］對(duì)河北、山西等地的下古生界竹葉狀灰?guī)r進(jìn)行研究后做出專題報(bào)道。隨后，劉寶珺［8］、王祥珍［9］、馮增昭等［10］、孟祥化等［11］、段吉業(yè)等［12］、陳吉濤等［6］、趙小明等［13］都對(duì)竹葉狀灰?guī)r的特征及成因進(jìn)行了探討。對(duì)于華北地臺(tái)廣泛發(fā)育的竹葉狀灰?guī)r的成因有多種解釋，比如:劉寶珺［8］認(rèn)為竹葉狀灰?guī)r的形成過程，可能是先期暴露成因的干裂經(jīng)過潮汐、波浪的搬運(yùn)、改造而成。王祥珍［9］提出在陸表海環(huán)境下，薄層狀的條帶灰?guī)r經(jīng)過地震或者海嘯的改造形成。馮增昭等［10］、趙小明等［13］認(rèn)為板條狀礫屑灰?guī)r為早期成巖階段尚未固結(jié)的薄層灰泥，在風(fēng)暴或重力流下被撕裂，而后以微晶礫屑的形式重新沉積成巖。Chough 等［4］、Kwon 等［5］、陳吉濤等［6］考慮到竹葉狀灰?guī)r的多樣性，將竹葉狀灰?guī)r分為沉積成因和成巖成因兩種類型。

隨著研究的深入，越來越多的證據(jù)表明，竹葉狀灰?guī)r的定義具有一定的局限性。不僅礫屑的形態(tài)特征及產(chǎn)出狀態(tài)多樣，而且其成因也具有多樣性。另外，還有其他環(huán)境可以形成類似于竹葉狀的“假竹葉狀灰?guī)r”與之伴生，如碳酸鹽巖斜坡，屬于深水碳酸鹽巖沉積。本文在前人認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，基于野外資料，對(duì)華北地臺(tái)寒武系—奧陶系淺水環(huán)境礫屑灰?guī)r的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理，以山東省新泰地區(qū)封山剖面為例進(jìn)行分類探討。

表1 前人對(duì)竹葉狀灰?guī)r有代表性的描述及成因解釋Table 1 Characteristics and origin of limestone conglomerates from previous researchers

1 地質(zhì)背景

封山剖面位于山東省新泰市劉杜鎮(zhèn) (圖1)。剖面出露較好，從下至上依次可觀察饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組和三山子組(圖2)，其中，礫屑灰?guī)r主要發(fā)育在崮山組和炒米店組。崮山組巖性主要包括黃綠色頁巖、鏈條狀(疙瘩狀)灰?guī)r、及泥質(zhì)條帶灰?guī)r和中、薄層礫屑灰?guī)r、鮞粒石灰?guī)r等，厚約80 m［18］。炒米店組主要為中厚層泥晶灰?guī)r、黃灰色泥晶灰?guī)r、砂礫屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r等［19］。崮山組的礫屑灰?guī)r主要發(fā)育在該組上部，發(fā)育氧化圈。炒米店組則發(fā)育大量的板條狀礫屑灰?guī)r［20］。另外，在炒米店組還能見到礫屑灰?guī)r常常成層產(chǎn)出，與一套條帶狀的泥晶灰?guī)r、泥巖(或者)泥質(zhì)灰?guī)r互層，地層側(cè)向延伸廣。

圖1 封山剖面的地理位置圖Fig.1 Location of Fengshan Section

圖2 封山地層剖面圖(據(jù)陳世悅手繪)Fig.2 Stratigraphy chart(after Chen Shiyue)

2 巖石特征及成因分析

2.1 概述

對(duì)于華北地臺(tái)寒武系—奧陶系這套礫屑灰?guī)r的描述主要集中在兩方面:是否具有反映暴露環(huán)境的氧化色圈層(紅色、紫色、黃灰色、灰色);礫屑的排列狀態(tài)(定向排列、半定向排列以及雜亂排列)。不同的礫屑，從形狀、顏色、分布及組合特征都代表了不同的成因。對(duì)于其成因解釋，比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)是風(fēng)暴浪的影響，比較有分歧的地方主要在形成環(huán)境的分析方面:比如有認(rèn)為是潮坪環(huán)境的、有認(rèn)為是碳酸鹽巖緩坡環(huán)境的。對(duì)于華北地臺(tái)來說，應(yīng)該考慮到各個(gè)地區(qū)成因差別并不是太大，而且應(yīng)該考慮到古代海洋的環(huán)境特征;陸表海與現(xiàn)今陸緣海的差異;古代板塊所處的經(jīng)緯度以及古氣候等方面的特征。不論解釋為何種成因，認(rèn)為條帶狀灰?guī)r是竹葉狀灰?guī)r形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，這一點(diǎn)基本達(dá)成了共識(shí)［21］。

封山剖面寒武系礫屑的類型較多，其區(qū)別主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)礫屑的形態(tài):礫屑的形態(tài)可以有圓狀、次圓狀，球度較好和球度較差的;顆粒呈兩端磨圓的竹葉狀;顆粒呈磨圓很差，兩端有折斷特征的板條狀等形態(tài)特征;

(2)礫屑的顏色:不同礫屑的顏色可以有反映強(qiáng)烈氧化的紫褐色、紅色以及土黃色;有反映氧化條件較弱的淺黃色以及反映還原環(huán)境的灰色、灰白色;注意顏色主要參考礫屑本身的顏色，而礫屑之間雜基的顏色可能由后期氧化形成;

(3)顆粒的內(nèi)部特征:顆粒大部分為內(nèi)部無明顯結(jié)構(gòu)的泥晶灰?guī)r;也有顆粒內(nèi)部有反映原始形成環(huán)境的沉積構(gòu)造，比如波狀層理及浪成沙紋交錯(cuò)層理等;

(4)礫屑灰?guī)r的支撐結(jié)構(gòu):整體的巖石結(jié)構(gòu)特征可以為礫屑和礫屑直接接觸的顆粒支撐，也可以呈雜基支撐;雜基又可以分為:泥質(zhì)、灰質(zhì)、以及其他細(xì)小的顆粒;

(5)礫屑的排列特征:有的礫屑排列比較規(guī)則，有反映流水定向流動(dòng)形成的定向排列的特征;有反映沒有經(jīng)過太多搬運(yùn)的定向排列;反映強(qiáng)大水流的礫屑支撐帳篷構(gòu)造以及其他一些比較雜亂的結(jié)構(gòu)。

2.2 礫屑灰?guī)r特征及成因類型

2.2.1 內(nèi)部無結(jié)構(gòu)的氧化色礫屑灰?guī)r

這一類礫屑灰?guī)r的總體特征為礫屑具有氧化色邊緣或者整體呈氧化色，反映暴露環(huán)境。從封山剖面氧化色的礫屑灰?guī)r來看，又具有多種類型，主要表現(xiàn)在礫屑的形態(tài)特征、礫屑的顏色以及支撐類型方面。

(1)氧化色雜基支撐的竹葉狀灰?guī)r(圖3a，b，d，e):這一類灰?guī)r的總體特征就是顆粒呈紅色至土黃色，顆粒邊緣比顆粒內(nèi)部氧化程度要高，顏色從外至內(nèi)漸變。顆粒磨圓較好，呈兩端被削尖的梭子形(竹葉狀)，顆粒局部定向排列。顆粒之間由其他顆粒支撐。顆粒的磨圓以及顆粒之間的支撐結(jié)構(gòu)可以反映這一類竹葉狀灰?guī)r所經(jīng)歷的水動(dòng)力非常強(qiáng)。

(2)氧化色顆粒支撐的竹葉狀灰?guī)r(圖3f):這一類灰?guī)r的礫屑基本上都呈兩端磨圓的竹葉狀，定向排列特征明顯。礫屑呈點(diǎn)線接觸，顆粒之間的充填物氧化色特征明顯，泥質(zhì)含量高，吸附鐵質(zhì)氧化而表現(xiàn)為整體氧化特征。

(3)氧化色雜基支撐礫屑灰?guī)r(圖3c):這一類灰?guī)r的顆粒氧化更強(qiáng)烈，呈紫褐色，另外顆粒不具有竹葉狀的特征。礫屑之間的充填物為顆粒質(zhì)的雜基，反映強(qiáng)烈的水動(dòng)力特征。這一類灰?guī)r的球度相對(duì)較高，反映最強(qiáng)的水動(dòng)力特征。

以上礫屑灰?guī)r的形成與潮坪相關(guān)。潮坪環(huán)境的潮上帶可以發(fā)育薄層灰泥，又可以稱為潮上灰坪［22］。潮上灰坪和泥質(zhì)潮坪一樣，在水分蒸發(fā)的條件下容易干裂，形成“地花瓣”沉積構(gòu)造。這種“地花瓣”構(gòu)造就構(gòu)成了氧化色礫屑灰?guī)r的物質(zhì)基礎(chǔ)。另外，潮坪環(huán)境由于長(zhǎng)期暴露，還經(jīng)常接受風(fēng)搬運(yùn)來的泥質(zhì)(陸緣碎屑)的沉積，黏土質(zhì)含量高，黏土吸附鐵質(zhì)，更容易氧化而呈紫褐色、紅色以及土黃色。另外，潮間帶也容易發(fā)育薄層灰泥石灰?guī)r。因此，潮坪環(huán)境具備發(fā)育礫屑灰?guī)r的物質(zhì)基礎(chǔ)。

以上氧化特征明顯的礫屑灰?guī)r反映其形成于強(qiáng)氧化環(huán)境，這種環(huán)境更多的與潮坪相關(guān)，需要經(jīng)過長(zhǎng)期的暴露，而不是間歇性的暴露。另外潮坪的潮汐水道水動(dòng)力強(qiáng)烈，具備將礫屑打碎、磨蝕、搬運(yùn)的動(dòng)力條件。以往的文獻(xiàn)中在討論潮坪環(huán)境的水動(dòng)力時(shí)，傾向于分為潮上帶、潮間帶和潮下帶，從剖面上對(duì)水動(dòng)力進(jìn)行認(rèn)識(shí)。但更重要的是要從平面上來了解潮坪的水動(dòng)力特征。潮汐水道是潮坪環(huán)境水動(dòng)力最強(qiáng)的單元，甚至于可以形成潮汐三角洲，因此潮坪環(huán)境具備強(qiáng)烈的水動(dòng)力，另外，潮汐水道之外的區(qū)域，特別是潮上帶廣闊的區(qū)域水動(dòng)力弱，易于形成薄層狀的泥晶石灰?guī)r。

另外，對(duì)于潮坪的認(rèn)識(shí)還應(yīng)該從發(fā)育規(guī)模方面進(jìn)行認(rèn)識(shí)。潮坪環(huán)境是一種地形平緩寬闊、以潮汐作用為主的沉積環(huán)境。這種環(huán)境不僅沿岸發(fā)育，而且在臺(tái)地內(nèi)部的隆起、臺(tái)地邊緣都可以發(fā)育［22］。古代海洋主要為陸表海，面積大，水體淺，各個(gè)地區(qū)沉積速率的差異以及沉降速率的差異足以在臺(tái)地內(nèi)部形成大量的臺(tái)內(nèi)潮坪，為華北地臺(tái)下古生界廣泛發(fā)育的礫屑灰?guī)r的成因解釋提供環(huán)境基礎(chǔ)。

2.2.2 內(nèi)部具有結(jié)構(gòu)的氧化色竹葉狀灰?guī)r

另外在封山剖面還可見一種板條狀礫屑灰?guī)r，礫屑氧化程度不如圖3中的礫屑，但基質(zhì)氧化明顯，巖石宏觀呈土黃色(圖3g，h)。礫屑內(nèi)部的沉積構(gòu)造比較明顯，發(fā)育典型的浪成沙紋交錯(cuò)層理。浪成沙紋交錯(cuò)層理是由浪成沙波遷移形成，其主要的形成環(huán)境為濱岸、陸棚、澙湖等環(huán)境。整體的水動(dòng)力較潮坪沉積環(huán)境要強(qiáng)(潮汐水道除外)，但整體水動(dòng)力在波浪水動(dòng)力環(huán)境中算比較弱的。

這一類板條狀礫屑灰?guī)r的形成主要受到波浪的控制。礫屑的磨圓程度也較潮坪環(huán)境的礫屑差，顯然不會(huì)像潮汐水道環(huán)境那樣經(jīng)過反復(fù)沖刷磨蝕而形成兩端削尖的竹葉狀礫屑或者球度比較高的礫屑。這一類灰?guī)r形成的環(huán)境受到比較弱的波浪作用，在地面形成波狀層面構(gòu)造，在剖面形成浪成沙紋交錯(cuò)層理。另外，層狀的泥晶灰?guī)r在破碎的過程中沒有經(jīng)過多次的搬運(yùn)磨蝕和再沉積。因此，條狀狀礫屑兩端呈尖棱角狀。礫屑之間主要為線狀接觸，顆粒之間的充填物黏土含量高，吸附鐵質(zhì)而氧化成氧化色。顆粒支撐結(jié)構(gòu)，雜基主要為細(xì)粒沉積物，反映水動(dòng)力弱。礫屑的定向排列是因?yàn)闆]有經(jīng)過太多的改造，與經(jīng)過強(qiáng)烈定向水流形成的礫屑定向排列具有本質(zhì)的區(qū)別。

另外，顆粒有略微氧化的特征，顆粒之間的充填物氧化明顯，說明這一類礫屑灰?guī)r經(jīng)過短期的暴露，或者間歇性的暴露，主要是由于海平面的下降或者局部的抬升引起。

2.2.3 還原色灰質(zhì)充填竹葉狀灰?guī)r

與前兩類礫屑灰?guī)r不同，這類礫屑灰?guī)r的特征不具有氧化色，說明形成環(huán)境相對(duì)還原。礫屑以泥晶灰?guī)r為主，無內(nèi)部結(jié)構(gòu)，磨圓較好，呈比較典型的竹葉狀，定向排列。比較特別的是顆粒之間主要為灰泥充填，顆粒線接觸，顆粒支撐(圖4a，b)。

圖3 山東省封山剖面寒武系氧化色礫屑灰?guī)r特征Fig.3 Characteristics of Cambrian oxidation limestone conglomerates in Fengshan Section，Shandong

這一類礫屑灰?guī)r還有顆粒呈漩渦狀排列的特征(圖4c)，細(xì)長(zhǎng)的板條狀礫屑兩端磨圓好，反映了在較強(qiáng)的水動(dòng)力作用下經(jīng)過反復(fù)磨蝕而成。這類礫屑灰?guī)r主要是因?yàn)轱L(fēng)暴浪的作用形成。風(fēng)暴作用具有一定的周期性和相當(dāng)大的范圍，作用面積廣且持續(xù)時(shí)間短，沉積物特征具有明顯的識(shí)別標(biāo)志［23］。風(fēng)暴浪的主要?jiǎng)恿κ且子诋a(chǎn)生漩渦，在沉積物中形成上旋流水構(gòu)造，是風(fēng)暴沉積特有的沉積構(gòu)造。如菊花狀、倒“小”字構(gòu)造反映沉積水體具有旋轉(zhuǎn)、向上的力，一般認(rèn)為它們是風(fēng)暴作用的唯一的、典型的識(shí)別標(biāo)志［24-25］。因此，可以確定的是這類長(zhǎng)條狀礫屑形成的環(huán)境水動(dòng)力比較強(qiáng)，有學(xué)者認(rèn)為是形成于大型的潮汐溝道［26］，至少形成環(huán)境是相對(duì)還原的。

圖4 封山剖面淺水竹葉狀灰?guī)r及任河剖面深水斜坡板條狀礫屑灰?guī)r特征a.封山剖面淺水成因灰質(zhì)充填的竹葉狀礫屑灰?guī)r;b.封山剖面淺水竹葉狀灰?guī)r礫屑磨圓好，排列不規(guī)則，反映沉積時(shí)期水動(dòng)力強(qiáng);c.封山剖面竹葉狀灰?guī)r特征，礫屑外形呈梭子狀，兩端磨圓好，排列呈由中心向外圍放射狀排列，反映旋渦狀水動(dòng)力環(huán)境;d.揚(yáng)子地臺(tái)北緣陜西省紫陽縣任河剖面寒武系碳酸鹽巖斜坡環(huán)境板條狀礫屑灰?guī)r巖石特征，礫屑呈板條狀，磨圓差，排列定向，具有流動(dòng)成因的特征;e、f.紫陽縣任河剖面寒武系板條狀礫屑灰?guī)r，礫屑邊緣呈火焰狀，礫屑之間有流動(dòng)撕裂扯斷的特征;g.泥質(zhì)充填還原色礫屑灰?guī)r;h.壓實(shí)作用形成的微裂縫。Fig.4 Characteristics of flat-pebble conglomerates formed in shallow marine in Fengshan Section and deep-water slope in Renhe Section

在海洋斜坡碳酸鹽沉積環(huán)境也能形成類似的礫屑灰?guī)r，屬于深水碳酸鹽巖研究的范疇。淺水成因的還原色礫屑灰?guī)r與深水成因的礫屑灰?guī)r的主要區(qū)別表現(xiàn)在兩個(gè)方面:①礫屑本身的形態(tài)特征:淺水成因的礫屑磨圓較好，礫屑邊界圓滑，說明經(jīng)過反復(fù)的磨蝕所致，是水動(dòng)力較強(qiáng)的表現(xiàn);深水斜坡環(huán)境條狀礫屑磨圓差，并且常常表現(xiàn)出流動(dòng)滑移的特征，如長(zhǎng)條狀的礫屑被扯斷、礫屑的邊界呈火焰狀等。以揚(yáng)子地臺(tái)北緣陜西省紫陽縣任河剖面寒武系為例，剖面代表典型的深水碳酸鹽斜坡沉積，發(fā)育深水環(huán)境板條狀礫屑，呈還原色，顏色與前文描述的淺水還原色礫屑灰?guī)r特征相似，但礫屑本身的形態(tài)具有較大差異(圖4d，e，f)。②礫屑的組合排列特征具有較大差異。淺水礫屑常常無定向排列，反映風(fēng)暴作用攪動(dòng)形成的漩渦狀特征，而深水板條狀礫屑排列定向、且反映流動(dòng)特征。

另外，應(yīng)該注意到，形成于淺水環(huán)境和深水斜坡環(huán)的礫屑灰?guī)r在形成的物質(zhì)基礎(chǔ)方面應(yīng)該是具有共性的。層狀灰泥石灰?guī)r與貧灰質(zhì)的巖層頻繁互層是兩者共同的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2.4 還原色泥質(zhì)充填竹葉狀灰?guī)r

這類板條狀礫屑灰?guī)r之間的充填物主要為黏土質(zhì)，吸附鐵質(zhì)，暴露面呈氧化色，以此與前幾類礫屑灰?guī)r相區(qū)別。黏土質(zhì)雜基的氧化是由于后期暴露形成，不作為氧化還原環(huán)境的判斷依據(jù)。

這類礫屑的磨圓較好，定向排列特征明顯，無內(nèi)部結(jié)構(gòu)，原巖以泥晶灰?guī)r為主，顏色以灰色為主(圖4g，h)，表明形成于還原環(huán)境。另外，礫屑以線接觸、鋸齒狀接觸為主，壓實(shí)作用強(qiáng)烈，并且在壓實(shí)作用下，大部分礫屑出現(xiàn)壓裂縫或者被壓斷。還可見到除了大部分定向排列的礫屑外，還有局部的礫屑搭建成格架，反映強(qiáng)烈的風(fēng)暴作用(圖4g)。

這一類的礫屑灰?guī)r主要形成于淺海陸棚環(huán)境，在風(fēng)暴浪的作用下，條帶狀灰?guī)r被打碎、搬運(yùn)、磨蝕、再沉積、壓實(shí)等一系列作用形成現(xiàn)在的形態(tài)特征。并且，其形成過程一直處于水下，還原色特征明顯，顆粒之間的氧化色也是后期暴露在地表形成。顆粒之間的充填物較少，也反映風(fēng)暴強(qiáng)大的水動(dòng)力對(duì)于礫屑的淘洗。

2.2.5 成巖斷裂成因的板條狀礫屑灰?guī)r

以上礫屑都具有較好的磨圓，礫屑的形態(tài)及磨圓度與水動(dòng)力的作用方式和水動(dòng)力的強(qiáng)弱有很大的關(guān)系。另外，炒米店組還能見到廣泛發(fā)育的一類板條狀礫屑灰?guī)r。這類礫屑灰?guī)r呈長(zhǎng)條狀，不像風(fēng)暴作用形成的礫屑那樣呈長(zhǎng)條形的梭子狀，其斷面較為整齊(圖5a，b)?？臻g排列呈一簇一簇的相對(duì)集中，每一簇比較平行(圖5a)。

關(guān)于這一類礫屑灰?guī)r的成因，陳吉濤等［6］通過對(duì)山東濟(jì)南唐王寨剖面的研究將其解釋為成巖成因，認(rèn)為這一類礫屑主要是條帶狀灰?guī)r在壓實(shí)成巖作用過程中斷裂，后期經(jīng)過輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)或者風(fēng)暴攪動(dòng)后再沉積。礫屑的特征更支持這一成因解釋，條帶狀的泥晶灰?guī)r在壓實(shí)作用下形成的錯(cuò)斷縫就是壓實(shí)的重要證據(jù)(圖5c)。另外，這一類板條狀礫屑未經(jīng)過多期的風(fēng)暴改造，因?yàn)楦鶕?jù)礫屑的排列可以分成一組一組的，說明后期的風(fēng)暴改造作用具有整體性，如圖5a中的板條狀礫屑可以分為兩個(gè)方向的兩組。另外，板條狀礫屑的兩端斷開得比較整齊，未經(jīng)過磨圓，說明這一類灰?guī)r是形成于一種事件性的破壞作用。在強(qiáng)烈的風(fēng)暴作用下，條狀狀灰泥石灰?guī)r與泥質(zhì)含量高的沉積層沿著壓實(shí)破裂面斷裂形成團(tuán)塊狀。氧化色主要表現(xiàn)在板條狀礫屑之間黏土的氧化，不反映暴露沉積環(huán)境。

另外，華北地臺(tái)寒武系—奧陶系地層特征與韓國(guó)相應(yīng)地層層位對(duì)應(yīng)，且在韓國(guó)中部寒武系—奧陶系發(fā)育同樣背景下的一套礫屑灰?guī)r［27］。韓國(guó)首爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)也對(duì)這一類板條狀礫屑灰?guī)r進(jìn)行了研究，在其成巖成因方面取得了很多重要的研究成果。Chough等［4］認(rèn)為這種板條狀灰?guī)r更多的應(yīng)該是成巖成因，主要是在條帶狀灰泥層在固結(jié)成巖的過程中壓實(shí)、灰質(zhì)和黏土質(zhì)的不混溶作用及在脫水的過程中形成。另外，礫屑的圓化過程與灰泥的表面張力有關(guān)系。Kwon等［5］通過韓國(guó)中東部寒武系—奧陶系淺水環(huán)境板條狀礫屑灰?guī)r的研究認(rèn)為，在所研究的145層礫屑灰?guī)r中，沉積成因的只占到了7%，而93%的礫屑灰?guī)r是屬于成巖成因，可見板條狀礫屑灰?guī)r成巖成因的廣泛性。

3 問題討論

3.1 竹葉狀灰?guī)r的界定

“竹葉狀灰?guī)r”這一名稱已經(jīng)被用了很多年，但仍存在一些問題:比如，華北地臺(tái)下古生界廣泛發(fā)育礫屑灰?guī)r形態(tài)是多樣性的，既有外形似竹葉的，也有外形和竹葉相去甚遠(yuǎn)的，在我們研究過程中都籠統(tǒng)地稱之為竹葉狀灰?guī)r合不合適?在華北地臺(tái)，竹葉狀灰?guī)r、球度較好的礫屑灰?guī)r與板條狀礫屑灰?guī)r伴生，并且在封山剖面崮山組及炒米店組的分布各有側(cè)重。

3.2 物質(zhì)基礎(chǔ)

以上不同環(huán)境、不同類型的礫屑灰?guī)r，其形成的物質(zhì)基礎(chǔ)都是先要有薄層狀灰?guī)r與泥巖、灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r的互層。在此基礎(chǔ)上才有可能形成不同特征的礫屑灰?guī)r。另外，互層狀的泥質(zhì)層中泥質(zhì)含量的高低控制了形成板條狀礫屑灰?guī)r的難易程度。這種條帶狀灰?guī)r是竹葉狀灰?guī)r及板條狀礫屑灰?guī)r形成的物質(zhì)基礎(chǔ)已為各學(xué)者認(rèn)可。另外在封山剖面野外也可見到條帶狀互層灰?guī)r段與礫屑灰?guī)r發(fā)育的層段相伴生(圖6a，d)，這也是解釋其物質(zhì)基礎(chǔ)的重要證據(jù)。在揚(yáng)子地臺(tái)北緣寒武系，也能見到與華北地臺(tái)寒武系—奧陶系類似的情況，在斜坡環(huán)境發(fā)育類似的板條狀礫屑灰?guī)r，另外，這類深水板條狀礫屑灰?guī)r也是與條帶狀灰?guī)r相伴生的(圖6b)。可見，條帶狀灰?guī)r與泥質(zhì)夾層或者貧灰質(zhì)的夾層呈互層狀產(chǎn)出是板條狀灰?guī)r形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。這一點(diǎn)不論是淺水環(huán)境還是深水環(huán)境都應(yīng)該是這類礫屑灰?guī)r形成條件的共性。

圖5 封山剖面成巖斷裂成因的板條狀礫屑灰?guī)r特征a.弱攪動(dòng)成巖斷裂板條狀礫屑灰?guī)r宏觀特征，礫屑呈一簇一簇的分布，具有整體性，反映后期攪動(dòng)磨蝕作用很弱;b，c.板條狀礫屑發(fā)育清晰的壓實(shí)作用形成的錯(cuò)斷縫。Fig.5 Characteristics of flat-pebble conglomerates formed by diagenesis in Fengshan Section

華北地臺(tái)寒武系—奧陶系條帶狀灰?guī)r形成的水體總體較淺，并且厚薄不一，可見較多的淺水沉積構(gòu)造，如波痕、爬升交錯(cuò)層理(圖6c，f)。波痕是淺水沉積構(gòu)造，在封山剖面條帶狀薄層灰?guī)r層面可以見到。并且，層面上還有較多的泥質(zhì)沉積物，氧化后呈黃色(圖6c)。爬升交錯(cuò)層理是指在非黏性的細(xì)粒沉積物中，當(dāng)沉積物的供給較為充足時(shí)，底部的沉積物在水流的作用下向前遷移的同時(shí)，在垂向上處于懸浮狀態(tài)的沉積物又能夠及時(shí)的沉積疊覆在其上而形成的一種沉積構(gòu)造。爬升層理以及泥晶灰?guī)r中常見的浪成沙紋交錯(cuò)層理是潮間帶水體動(dòng)蕩的標(biāo)志之一，水動(dòng)力較弱，不屬于潮汐水道沉積構(gòu)造。

條帶狀灰?guī)r層段主要的沉積物為灰泥和陸源碎屑的泥質(zhì)，并無蒸發(fā)鹽類的沉積，說明崮山組及炒米店組沉積時(shí)期古海域?yàn)樗魍〞车拈_闊海，但基本上都為潮下低能環(huán)境，非常局限的水體，如澙湖之類的沉積單元不發(fā)育［28］?；夷嗑哂卸喾N成因:化學(xué)成因、機(jī)械成因和生物成因［29］，灰泥一旦形成，在淺水臺(tái)地區(qū)主要處于機(jī)械搬運(yùn)的狀態(tài)。圖6f可見爬升交錯(cuò)層理的紋層灰泥與黏土質(zhì)具有很好的連續(xù)性，說明在灰泥形成之后，其沉積和改造作用與黏土質(zhì)一樣，主要處于機(jī)械搬運(yùn)和沉積的狀態(tài)。

灰?guī)r層沉積的厚度與水體的清澈程度相關(guān)，陸緣碎屑物質(zhì)的供給對(duì)碳酸鹽沉積是一種稀釋作用。清水環(huán)境沉積灰泥較厚，而混水環(huán)境沉積灰泥較?。?0］，崮山組及炒米店組的薄層灰?guī)r的沉積與灰泥的沉積量和陸源泥質(zhì)的沉積量有關(guān)。

圖6 條帶狀灰?guī)r與泥質(zhì)巖、泥質(zhì)灰?guī)r互層特征及封山剖面寒武系淺水沉積構(gòu)造a.封山剖面淺水薄層狀灰?guī)r宏觀特征及其與竹葉狀灰?guī)r巖相組合關(guān)系;b.陜西省紫陽縣任河剖面寒武系深水斜坡環(huán)境條帶狀灰?guī)r宏觀特征(深水還原色板條狀礫屑灰?guī)r發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ));c.薄層灰?guī)r層面構(gòu)造，發(fā)育波痕，且層面黏土質(zhì)含量高，反映周期性的物源供給變化;d.封山剖面條帶狀灰?guī)r宏觀特征，具有起伏的波痕沉積構(gòu)造;e.沉積過程中存在動(dòng)力突變的界面，反映風(fēng)暴作用，將凹凸不平的薄層灰泥層削掉;f.爬升交錯(cuò)層理發(fā)育，反映弱水動(dòng)力淺水環(huán)境，且灰泥與黏土質(zhì)沉積物存在橫向連續(xù)性，反映灰泥的物理沉積過程。Fig.6 Carbonate-rich layers and carbonate-poor layers alternated both in shallow marine and deep-water slope and sedimentary tectonics of Cambrian shallow marine in Fengshan Section

灰泥與泥質(zhì)的互層狀產(chǎn)出，同時(shí)也反映了陸源沉積物供給的周期性波動(dòng)，這種陸源碎屑物質(zhì)的注入主要與河流、風(fēng)和冰川的作用有關(guān)，也即與大陸環(huán)境侵蝕作用及徑流作用的氣候周期性變化相關(guān)。陸緣泥注入的多少還反映大陸氣候是干旱還是潮濕。碎屑物質(zhì)的注入稀釋了碳酸鹽的產(chǎn)量，而周期性的變化導(dǎo)致了灰泥與泥質(zhì)的互層產(chǎn)出［31］。也有學(xué)者認(rèn)為，控制灰?guī)r—泥質(zhì)灰?guī)r韻律層發(fā)育的因素分為原始沉積因素，即灰泥的供給量和陸源碎屑物質(zhì)的稀釋作用，另一方面是差異成巖作用。差異成巖作用使得在壓實(shí)的過程中，泥質(zhì)灰?guī)r中的方解石壓實(shí)溶解，進(jìn)入相鄰的灰泥層中充當(dāng)膠結(jié)物，因此韻律層更加明顯。大型的陸表海能為灰泥—泥質(zhì)灰?guī)r韻律層的發(fā)育提供良好的條件，另外臺(tái)地內(nèi)部構(gòu)造穩(wěn)定的環(huán)境比大陸邊緣更有利于韻律層的發(fā)育［32］。

薄層灰泥石灰?guī)r及泥質(zhì)夾層的頻繁互層還反映了大地構(gòu)造背景的周期性。是周期性地殼運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。碎屑物質(zhì)的泥對(duì)于碳酸鹽沉積來說是一種干擾作用。陸源泥質(zhì)的供給量反映的整體大的構(gòu)造背景的周期性。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)活躍的時(shí)期，陸地風(fēng)化作用也相對(duì)強(qiáng)烈，陸源供給的泥質(zhì)沉積物也相對(duì)較多。整體的構(gòu)造背景處于相對(duì)靜止期，風(fēng)化作用產(chǎn)生的泥質(zhì)也相對(duì)少，向海洋補(bǔ)充的泥質(zhì)沉積物相對(duì)少，此時(shí)主要沉積灰泥。

除了物質(zhì)供給特征、成巖特征外，要形成華北地臺(tái)廣泛分布的這種條帶狀泥晶灰?guī)r，還需要一定的地形基礎(chǔ)。水下地形具有高低起伏是進(jìn)一步發(fā)育成潮坪的地形基礎(chǔ)，但水體的深度都不大，華北地區(qū)寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)陸表海一般都具備這些特征［33］。另外板條狀礫屑灰?guī)r之間的充填物是灰泥還是泥質(zhì)，還取決于原始物質(zhì)形成的地方距離陸地的遠(yuǎn)近。對(duì)于古代分布面積極廣的陸表海來說，風(fēng)的攜帶作用也是重要的陸源泥質(zhì)來源之一。

另外，古代的海洋整體較淺，適合于大量的生物生長(zhǎng)，大量藻類生長(zhǎng)、死亡、解體后形成灰泥，和其他成因的灰泥共同沉積，提供灰泥沉積的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.3 陸表海特征

陸表海是指分布于大陸內(nèi)部、范圍極其廣闊的淺海。陸表海分布面積廣闊，海水極淺、海底十分平緩，深度很少超過200 m，一般只有30 m，因此其坡度平緩，我國(guó)華北地區(qū)早古生代淺海海洋就是陸表海的典型代表。古代碳酸鹽巖大都是在陸表海中形成［34］。古帶淺海碳酸鹽巖沉積物形成于海水極淺的陸表海內(nèi)，造成另外一個(gè)重要特點(diǎn):在地殼活動(dòng)中，即便是微弱的地殼升降運(yùn)動(dòng)，就會(huì)使海平面發(fā)生下降或者上升，這樣就易于形成寬廣的潮坪從而產(chǎn)生大量的潮坪沉積。因此在古代碳酸鹽巖沉積環(huán)境分析時(shí)，要充分估計(jì)到古代潮坪沉積的大量存在［35］。潮上帶經(jīng)常會(huì)發(fā)育干裂構(gòu)造，經(jīng)常會(huì)顯紫紅色，表明蝕源區(qū)沉積物中富含鐵質(zhì)［36］。這種干裂構(gòu)造就是上文所說的氧化色礫屑灰?guī)r重要的來源。

這種類型的海洋環(huán)境潮坪特別發(fā)育，分布面積廣，特別是潮汐水道特別發(fā)育，構(gòu)成陸表海臺(tái)地區(qū)的高能環(huán)境［37］。陸表海潮坪環(huán)境在臺(tái)地內(nèi)部廣泛的發(fā)育，主要是由于差異沉積及差異沉降形成。如果沉積較快或者沉降較慢的地區(qū)將會(huì)出露海面形成潮坪。另外，目前對(duì)于碳酸鹽巖沉積模式越來越趨向于動(dòng)態(tài)地認(rèn)識(shí)［35］，在清水海洋環(huán)境，隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及碳酸鹽沉積的速率差異，臺(tái)地內(nèi)部的地形地貌在不停地發(fā)生變化和更迭，比如潮坪環(huán)境和潮下局限臺(tái)地環(huán)境也是在不斷發(fā)生更迭。

古代陸表海的這種環(huán)境即譚秀成等［39］稱之為“臺(tái)坪”的沉積環(huán)境，這種潮坪相對(duì)于與岸相連的潮坪來說潮汐流成因的顆粒巖類相對(duì)缺乏，但發(fā)育如干裂等明顯的暴露沉積構(gòu)造［39］。另外，陸表海潮坪之間發(fā)育局限臺(tái)地，水動(dòng)力也相對(duì)較弱，靠古陸一側(cè)受到陸源碎屑物質(zhì)供給較多，向廣海逐漸過渡為碎屑物質(zhì)與碳酸鹽混合沉積以及碳酸鹽巖臺(tái)地緩坡型［40］。條帶狀灰泥石灰?guī)r之間的黏土質(zhì)夾層含量除了與陸源黏土碎屑物質(zhì)供應(yīng)的量有關(guān)，還與陸表海不同區(qū)域距離物源區(qū)遠(yuǎn)近相關(guān)。礫屑灰?guī)r之間的雜基充填物是灰泥還是黏土質(zhì)反映了陸緣碎屑物質(zhì)的供應(yīng)量，也反映了這一類礫屑灰?guī)r形成環(huán)境距離陸地的遠(yuǎn)近。

當(dāng)然，也有學(xué)者對(duì)竹葉狀灰?guī)r形成于陸表海的大背景持懷疑態(tài)度，如譚秀成［41］通過燕山地區(qū)下奧陶統(tǒng)竹葉狀灰?guī)r的研究，認(rèn)為這一類的礫屑灰?guī)r也可以屬于深水碳酸鹽巖沉積。對(duì)于封山剖面寒武系崮山組及炒米店組這套竹葉狀灰?guī)r，淺水沉積構(gòu)造常見，還是解釋為陸表海大環(huán)境合適。

3.4 動(dòng)力來源

前人關(guān)于竹葉狀灰?guī)r形成所需要的動(dòng)力來源都存在，包括潮汐、波浪、風(fēng)暴等以及成巖階段的壓實(shí)及脫水等成巖作用，都是礫屑灰?guī)r形成的動(dòng)力來源。其中風(fēng)暴潮、風(fēng)暴浪是最主要的動(dòng)力來源。在前期潮坪環(huán)境的干裂形成地花瓣構(gòu)造以及濱淺海壓實(shí)裂縫是形成這一類灰?guī)r的前奏，風(fēng)暴作用是最主要的成型動(dòng)力來源。

3.4.1 潮汐作用

上文提到，在古代陸表海更應(yīng)該重視潮坪發(fā)育的規(guī)模以及潮汐的動(dòng)力地質(zhì)作用。潮汐沉積是在潮汐起主導(dǎo)作用的地理環(huán)境中形成的沉積物和沉積巖。潮汐沉積作用方式也具有多樣性，包括:潮汐牽引流沉積和潮汐懸浮沉積，潮汐滯水懸浮沉積。潮汐成因的環(huán)境主要為潮間帶和淺海潮下帶以潮汐為主導(dǎo)因素的環(huán)境中［42］。這種潮汐牽引流沉積以及潮汐滯水懸浮沉積可能是解釋這種泥晶灰?guī)r與泥質(zhì)互層的理由之一。潮汐是一種重要的地質(zhì)營(yíng)力，潮汐的沉積作用更是一種重要的沉積作用，特別是在陸表海，這種地質(zhì)營(yíng)力更應(yīng)該被重視［43］。

3.4.2 風(fēng)暴作用

風(fēng)暴作用是熱帶海洋風(fēng)暴氣旋對(duì)原有沉積巖及沉積構(gòu)造的改造作用［44］。晚寒武世，中國(guó)的揚(yáng)子板塊及華北板塊都處于低緯度地區(qū)(圖7)。風(fēng)暴作用的頻發(fā)也可推斷當(dāng)時(shí)的古緯度較低，屬于熱帶風(fēng)暴頻發(fā)區(qū)［45］，形成的緯度多在赤道附近的 5°～20°之間的熱帶洋面上，影響范圍多在緯度5°～30°之間，少數(shù)達(dá)到40°［46］，具有密度流和牽引流的雙重性質(zhì)，同時(shí)又具有渦流的性質(zhì)，當(dāng)風(fēng)暴略過海水表面，吹向陸地時(shí)，驅(qū)動(dòng)海水以波浪的形式前進(jìn)而形成風(fēng)暴浪，如果遇到水下高地，就會(huì)引起回流，擾動(dòng)海底沉積物并形成密度流［47］。這種古緯度的推斷也是解釋華北地臺(tái)沉積厚層碳酸鹽巖地層的依據(jù)，古代碳酸鹽巖的大量沉積也主要是因?yàn)楣虐鍓K運(yùn)動(dòng)位置處于低緯度地區(qū)［48］。

上文講到的礫屑的放射狀排列就是風(fēng)暴沉積的典型證據(jù)。風(fēng)暴初期，風(fēng)暴浪對(duì)海底沉積物進(jìn)行沖擊、掀起、破碎，而后迅速原地不動(dòng)地堆積［49］。風(fēng)暴作用的表現(xiàn)除了上文提到的竹葉狀礫屑呈菊花狀散開，還有其他的風(fēng)暴侵蝕構(gòu)造。比如，風(fēng)暴浪作用的另外一個(gè)典型特征就是大的礫屑之間被細(xì)小顆粒的礫屑與灰泥充填［50］，在封山剖面可以見到較多這種巖石特征，板條狀礫屑被風(fēng)暴潮掀起，細(xì)小顆粒的礫屑和灰泥還可以充填大的板條狀礫屑之間的空隙(圖8a)，也可以和底部質(zhì)地比較純的灰泥呈突變的沖刷面接觸(圖6e)。

潮坪環(huán)境的風(fēng)暴沉積物容易被潮汐、波浪作用改造，從而潮坪上的風(fēng)暴產(chǎn)物不易被保存，而潮下帶風(fēng)暴產(chǎn)物容易堆積［51］。正是由于這種風(fēng)暴沉積保存條件的差異，在潮坪環(huán)境的風(fēng)暴產(chǎn)物易于受到潮流的改造，而淺海陸棚的風(fēng)暴沉積產(chǎn)物易于保存，淺海陸棚的風(fēng)暴沉積構(gòu)造才保留了下來［52］。上文描述的具有氧化特征的礫屑灰?guī)r形成于高能的潮汐通道內(nèi)，由于后期的潮汐通道反復(fù)改造，風(fēng)暴的痕跡已經(jīng)不復(fù)存在，而潮下淺海陸棚低能水動(dòng)力環(huán)境保存較好。風(fēng)暴作用是華北地臺(tái)礫屑灰?guī)r形成的主要?jiǎng)恿Φ恼J(rèn)識(shí)目前較為統(tǒng)一［11］。

另外，負(fù)載構(gòu)造、球—枕構(gòu)造、火焰構(gòu)造是沉積物還未固結(jié)成巖，呈可塑性狀態(tài)時(shí)在風(fēng)暴作用下或者古地震作用下形成的構(gòu)造(圖8b～e)。這些沉積構(gòu)造的形成多是由風(fēng)暴作用形成，并以注入的方式沉積［53］。不排除古地震對(duì)未固結(jié)的灰泥層的改造以及固結(jié)之后層狀灰泥石灰?guī)r層垂向裂縫的形成，但其規(guī)模應(yīng)該比較小，不是最主要的動(dòng)力因素。

圖7 晚寒武世板塊圖(據(jù)Scotese，www.scotese.com)Fig.7 Late Cambrian Plate tectonics(after Scotese，www.scotese.com)

圖8 封山剖面板條狀礫屑形成的動(dòng)力來源證據(jù)a.風(fēng)暴作用形成的帳篷狀沉積構(gòu)造，長(zhǎng)的板條狀礫屑被風(fēng)暴掀起后，內(nèi)部充填風(fēng)暴后期細(xì)礫充填物，為典型的風(fēng)暴作用證據(jù);b.層狀灰泥石灰?guī)r層宏觀特征，可以反映灰泥在沉積成巖過程中都受到很大的改造作用;c.層狀灰泥石灰?guī)r與夾層特征，黏土質(zhì)含量高的夾層擠入到灰泥層中，為灰泥層還未固結(jié)并具有可塑性時(shí)期形成的火焰狀沉積構(gòu)造，形成這種沉積構(gòu)造的動(dòng)力大部分來自于風(fēng)暴作用，也有古地震的可能性;灰泥石灰?guī)r層發(fā)育很多垂直于巖層面的裂縫，為灰泥層固結(jié)之后，在壓實(shí)作用下形成;d.灰泥層在未固結(jié)時(shí)，在風(fēng)暴等作用下形成的變形構(gòu)造;e.灰泥層固結(jié)前在風(fēng)暴或者古地震作用下形成的球枕構(gòu)造，另外，灰泥紋層與黏土紋層具有很好的連續(xù)性也反映了灰泥的沉積過程為機(jī)械沉積。Fig.8 Evidence for flat-pebble conglomerates genesis in Fengshan Section

3.4.3 成巖作用

成巖過程中的壓實(shí)作用、脫水固化等作用對(duì)于條帶狀灰?guī)r斷裂形成板條狀礫屑灰?guī)r的貢獻(xiàn)非常大，類似的研究以韓國(guó)首爾大學(xué)學(xué)者的論述為代表［4-5］，國(guó)內(nèi)陳吉濤等［6］也對(duì)板條狀礫屑灰?guī)r的成巖成因進(jìn)行了深入的研究。成巖成因研究的深入對(duì)于傳統(tǒng)竹葉狀灰?guī)r是風(fēng)暴成因是重要的理論補(bǔ)充。特別是華北地臺(tái)寒武系—奧陶系這套礫屑灰?guī)r常年作為各大高校地質(zhì)專業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)的經(jīng)典內(nèi)容，更應(yīng)該將“竹葉狀灰?guī)r”成巖成因方面的機(jī)理進(jìn)行完善。

3.5 礫屑成因分析

華北地臺(tái)寒武系、奧陶系廣泛發(fā)育的礫屑灰?guī)r是具有多成因的，并不能籠統(tǒng)地歸結(jié)為風(fēng)暴成因的竹葉狀灰?guī)r，對(duì)于其成因可以總結(jié)如下:

(1)古代的陸表海是礫屑灰?guī)r廣泛發(fā)育的大背景。陸表海整體的水深淺，內(nèi)部沉積速率的差異以及沉降差異導(dǎo)致潮坪環(huán)境的廣泛分布。只要臺(tái)地內(nèi)部沉積較快或者抬升的地區(qū)露出海面就形成了潮坪，這種格局與現(xiàn)代陸緣潮坪發(fā)育的規(guī)模及地理位置有本質(zhì)的區(qū)別，古代陸表海潮坪的發(fā)育具有廣泛性。另外，潮下開闊臺(tái)地也較發(fā)育，整體水淺，風(fēng)暴浪能夠觸及。

(2)在這種陸表海背景下，周期性的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成陸源泥質(zhì)的周期性供給，在周期性陸源碎屑物質(zhì)稀釋碳酸鹽沉積的作用下、以及差異成巖作用下形成了條帶狀的薄層灰泥石灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r或者泥巖的互層。這種條帶狀的薄層灰?guī)r是形成礫屑灰?guī)r的物質(zhì)基礎(chǔ)。

(3)板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的歷史表明，在晚寒武時(shí)期，華北地區(qū)處于低緯度，熱帶風(fēng)暴作用成為了主要的破壞作用力。在疊加有潮汐水道的流水作用以及古地震、壓實(shí)作用等力的作用，條帶狀的薄層灰?guī)r開始破裂并演化形成各種類型的礫屑灰?guī)r。

(4)各類礫屑灰?guī)r的形成過程:

①內(nèi)部無結(jié)構(gòu)的氧化色礫屑灰?guī)r:古代陸表海潮坪環(huán)境廣泛發(fā)育，特別是臺(tái)地內(nèi)部的潮坪環(huán)境分布十分廣泛。潮上帶在長(zhǎng)期的暴露過程中形成“地花瓣”構(gòu)造，這是物質(zhì)基礎(chǔ)。這種地花瓣在長(zhǎng)期的暴露過程中，氧化的顏色比較深，從土黃色至紫褐色都有。在風(fēng)暴潮時(shí)期，這些翹起的地花瓣構(gòu)造被帶入到潮間帶，特別是潮汐水道，經(jīng)過反復(fù)的沖刷、磨蝕作用，形成磨圓非常好的氧化色礫屑灰?guī)r。球度較高的礫屑磨圓的程度高于竹葉狀灰?guī)r。潮汐水道將這些礫屑帶入潮間帶后可能與高能環(huán)境下的其他顆粒(比如鮞粒)沉積在一起，其他相對(duì)較小的顆粒作為礫屑之間的充填物。

②內(nèi)部具有結(jié)構(gòu)的氧化色竹葉狀灰?guī)r:在潮坪的潮間帶(非潮汐水道)環(huán)境形成的碳酸鹽灰泥坪在正常的沉積時(shí)期形成浪成沙紋交錯(cuò)層理以及爬升交錯(cuò)層理。潮間帶具有間歇性的暴露，暴露時(shí)期形成氧化色。風(fēng)暴潮時(shí)期，潮間帶的這種間歇暴露的灰泥坪被打碎后再沉積，未經(jīng)過遠(yuǎn)距離的搬運(yùn)及磨蝕作用。因此，礫屑呈棱角狀，磨圓差。

③還原色灰質(zhì)充填的礫屑灰?guī)r:在潮下帶的開闊海環(huán)境，水體相對(duì)比較安靜，沉積的條帶狀灰?guī)r之間的夾層受到陸源供給以及距離陸地較遠(yuǎn)的影響，泥質(zhì)含量較少。在風(fēng)暴的及古地震等作用力的作用下破裂形成灰?guī)r礫屑，經(jīng)過風(fēng)暴作用的搬運(yùn)磨蝕再沉積形成。礫屑之間的充填物主要為灰質(zhì)。另外，由于是風(fēng)暴作用的異地搬運(yùn)，礫屑的磨圓較好，可以稱之為竹葉狀灰?guī)r。

④還原色泥質(zhì)充填的竹葉狀灰?guī)r:形成于潮下帶的開闊海環(huán)境。當(dāng)周期性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較規(guī)律時(shí)，條帶狀灰?guī)r和條帶狀泥質(zhì)沉積物形成互層，在風(fēng)暴作用下破碎、搬運(yùn)、磨蝕、再沉積形成礫屑灰?guī)r。整個(gè)的沉積過程都在水下，因此表現(xiàn)為還原色。礫屑形成地區(qū)距離古陸地較近且陸緣碎屑物質(zhì)供應(yīng)充足，礫屑之間的充填物主要為泥質(zhì)。

⑤成巖斷裂成因的板條狀礫屑灰?guī)r:另外，當(dāng)條帶狀灰?guī)r固結(jié)后，在地震或者壓實(shí)作用下形成垂直于層面的裂縫，再在風(fēng)暴作用下，發(fā)生小的位移、擾動(dòng)作用。這一類礫屑灰?guī)r經(jīng)過后期的風(fēng)暴改造作用比較小，保留了壓實(shí)裂縫而沒有進(jìn)行再磨蝕。因此這類板條狀礫屑的邊緣比較整齊。

4 結(jié)論

通過前人對(duì)華北地臺(tái)礫屑灰?guī)r研究的整理及封山剖面的研究，共取得以下認(rèn)識(shí):

(1)華北地臺(tái)寒武系、奧陶系發(fā)育多種形態(tài)的礫屑灰?guī)r，在認(rèn)識(shí)礫屑灰?guī)r時(shí)應(yīng)該將其區(qū)分開，因?yàn)椴煌卣鞯牡[屑灰?guī)r代表不同的成因;

(2)陸表海是文中所列礫屑灰?guī)r形成的大背景，潮坪及開闊海是主要的形成環(huán)境，條帶狀灰?guī)r是物質(zhì)基礎(chǔ)，風(fēng)暴作用及潮汐流是主要的水動(dòng)力，古板塊構(gòu)造位置支持沉積時(shí)處于熱帶風(fēng)暴頻發(fā)地帶的解釋，另外成巖作用也是其動(dòng)力來源;

(3)華北地臺(tái)寒武系、奧陶系礫屑灰?guī)r可以從氧化還原顏色、礫屑形態(tài)及磨圓、支撐結(jié)構(gòu)等各方面出發(fā)進(jìn)行分析其成因，在分類的基礎(chǔ)上根據(jù)巖石學(xué)特征解釋其成因。

References)

1 Meng X H，Ge M，Tucker M E.Sequence stratigraphy，sea-level changes and depositional systems in the Cambro-Ordovician of the North China carbonate platform ［J］.Sedimentary Geology，1997，114(1/2/3/4):189-222.

2 Chough S K，Lee H S，Woo J，et al.Cambrian stratigraphy of the North China Platform:revisiting principal sections in Shandong province，China［J］.Geosciences Journal，2010，14(3):235-268.

3 朱筱敏.沉積巖石學(xué)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2008:168-169.［Zhu Xiaomin.Sedimentary Petrology［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，2008:168-169.］

4 Chough S K，Kwon Y K，Choi D K，et al.Autoconglomeration of limestone［J］.Geosciences Journal，2001，5(2):159-164.

5 Kwon Y K，Chough S K，Choi D K，et al.Origin of limestone conglomerates in the Choson Supergroup(Cambro-Ordovician)，mid-east Korea［J］.Sedimentary Geology，2002，146(3/4):265-283.

6 陳吉濤，韓作振，張曉蕾，等.魯西芙蓉統(tǒng)條帶灰?guī)r早期成巖變形構(gòu)造—竹葉狀礫屑灰?guī)r形成機(jī)理探討［J］.中國(guó)科學(xué)(D輯):地球科學(xué)，2009，39(12):1732-1743.［Chen Jitao，Han Zuozhen，Zhang Xiaolei，et al.Early diagenetic deformation structures of the Furongian ribbon rocks in Shandong province of China-A new perspective of the genesis of limestone conglomerates［J］.Science China(Seri.D):Earth Sciences，2009，39(12):241-252.］

7 李學(xué)清.竹葉狀灰?guī)r之巖石研究［J］.中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)志，1927，6(2):121-126.［Li Xueqing.Study on petrologic feature of flat-pebble carbonate conglomerates［J］.Geological Society of China，1927，6(2):121-126.］

8 劉寶珺.沉積巖石學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1980:1-120.［Liu Baojun.Sedimentary Petrology［M］.Beijing:Geological Publishing House，1980:1-120.］

9 王祥珍.關(guān)于“竹葉狀灰?guī)r”的命名、分類、分布和形成機(jī)理的探討［J］.礦物巖石，1981(5):31-40.［Wang Xiangzhen.Discussion on the name，classification，distribution and genesis of flat-pebble limestone conglomerates［J］.Journal of Mineralogy and Petrology，1981(5):31-40.］

10 馮增昭，王英華，李尚武.中國(guó)南方早中三疊世巖相古地理［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1997:1-162.［Feng Zengzhao，Wang Yinghua，Li Shangwu.Lithofacies Paleogeography of Early and Middle Triassic of South China［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，1997:1-162.］

11 孟祥化，喬秀夫，葛銘.華北古淺海碳酸鹽風(fēng)暴沉積和丁家灘相序模式［J］.沉積學(xué)報(bào)，1986，4(2):1-18.［Meng Xianghua，Qiao Xiufu，Ge Ming.Study on ancient shallow sea carbonate storm deposits(tempestite)in North China and Dingjiatan model of facies sequences［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1986，4(2):1-18.］

12 段吉業(yè)，安素蘭，劉鵬舉，等.華北板塊東部寒武紀(jì)地層、動(dòng)物群及古地理［M］.香港:雅園出版公司，2005:1-255.［Duan Jiye，An Sulan，Liu Pengju，et al.Cambrian Strata，F(xiàn)auna and Paleogeography in East North China Plate［M］.Hongkong:Graceland Publishing Company，2005:1-255.］

13 趙小明，牛志軍，童金南，等.早三疊世生物復(fù)蘇期的特殊沉積—“錯(cuò)時(shí)相”沉積［J］.沉積學(xué)報(bào)，2010，28(2):314-323.［Zhao Xiaoming，Niu Zhijun，Tong Jinnan，et al.The distinctive sediments in the Early Triassic recovery time:“anachronistic facies”［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2010，28(2):314-323.］

14 黃汲清.北京西山之寒武紀(jì)及奧陶紀(jì)地層［J］.中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)志，1927，6(2):69-82.［Huang Jiqing.Cambrian-Ordovician stratigraphy in Beijing Xishan Mountain［J］.Geological Society of China，1927，6(2):69-82.］

15 王堯，潘正甫.華北地臺(tái)中部曲陽奧陶系碳酸鹽巖石學(xué)及沉積學(xué)相特征［J］.地質(zhì)科學(xué)，1980(3):218-230.［Wang Yao，Pan Zhengpu.Petrography of Ordovician carbonate rocks and the characteristics of sedimentary facies in the central part of North China Platform［J］.Scientia Geologica Sinica，1980(3):218-230.］

16 章雨旭，萬渝生.北京西山竹葉狀灰?guī)r的成因［C］//中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院:地質(zhì)研究所文集，1990:56-63.［Zhang Yuxu，Wan Yusheng.Origin of the flat pebble conglomerates in the Western Hills，Beijing［C］//Bulletin of the Institute of Geology:Chinese Academy of Geological Sciences，1990:56-63.］

17 丁玉，白志強(qiáng)，劉建波，等.山東省唐王寨上寒武統(tǒng)崮山組沉積環(huán)境及竹葉狀灰?guī)r的多成因分析［J］.古地理學(xué)報(bào)，2008，10(2):125-138.［Ding Yu，Bai Zhiqiang，Liu Jianbo，et al.Multiple origins for flat-pebble limestones and sedimentary environments of the Upper Cambrian Gushan Formation at Tangwangzhai in Shandong province［J］.Journal of Palaeogeography，2008，10(2):125-138.］

18 張彬.魯西地塊寒武系劃分對(duì)比研究［D］.青島:山東科技大學(xué)，2010:1-73.［Zhang Bin.Study on the division and correlation of Cambrian in Luxi block［D］.Qingdao:Shandong University of Science and Technology，2010:1-73.］

19 馬在平，操應(yīng)長(zhǎng)，鄢繼華.山東新泰—蒙陰地區(qū)地質(zhì)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書［M］.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2008:10-11.［Ma Zaiping，Cao Yingchang，Yan Jihua.Geological Practice Instruction in Xintai and Mengying District，Shandong［M］.Dongying:China University of Petroleum Press，2008:10-11.］

20 邢吉輝.魯西地塊寒武紀(jì)巖相古地理研究［D］.青島:山東科技大學(xué)，2008:1-86.［Xing Jihui.Study on Cambrian lithofacies paleogeography in Luxi block［D］.Qingdao:Shandong University of Science and Technology，2008:1-86.］

21 管守銳.華北下古生界竹葉灰?guī)r的成因［J］.華東石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1982(1):18-26.［Guan Shourui.Origin of wormkalk in north China's Lower Palaeozoic group［J］.Journal of East China Petroleum Institute，1982(1):18-26.］

22 金振奎，石良，高白水，等.碳酸鹽巖沉積相及相模式［J］.沉積學(xué)報(bào)，2013，31(6):965-979.［Jin Zhenkui，Shi Liang，Gao Baishui，et al.Carbonate facies and facies models［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2013，31(6):965-979.］

23 梁桂香.風(fēng)暴沉積及其構(gòu)造背景［J］.世界地質(zhì)，1994，13(3):131-143.［Liang Guixiang.Storm deposit and its tectonic setting［J］.World Geology，1994，13(3):131-143.］

24 張哲，杜遠(yuǎn)生，舒雪松，等.鄂東南地區(qū)早三疊世風(fēng)暴沉積序列及其環(huán)境意義［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2006，25(2):29-34.［Zhang Zhe，Du Yuansheng，Shu Xuesong，et al.Sedimentary successions of the Early Triassic tempestite in southeastern Hubei province and their environment significance［J］.Geological Science and Technology Information，2006，25(2):29-34.］

25 張哲，杜遠(yuǎn)生，毛治超，等.湘東南桂陽蓮塘上泥盆系風(fēng)暴巖特征及其古地理、古氣候意義［J］.沉積學(xué)報(bào)，2008，26(3):369-375.［Zhang Zhe，Du Yuansheng，Mao Zhichao，et al.The Upper Devonian tempestites from Liantang，Guiyang，southeastern Hunan province and its palaeogeographic and palaeoclimatic significance［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2008，26(3):369-375.］

26 吳夢(mèng)源.北京地區(qū)霧迷山組碳酸鹽巖潮汐沉積模式［J］.河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1988，11(4):37-50.［Wu Mengyuan.Tidal sedimentation model for the carbonatite of the Wumishan Formation in Beijing area［J］.Journal of Hebei College of Geology，1988，11(4):37-50.］

27 Chen J T，Chough S K，Lee J-H，et al.Sequence-stratigraphic comparison of the upper Cambrian Series 3 to Furongian succession between the Shandong region，China and the Taebaek area，Korea:high variability of bounding surfaces in an epeiric platform［J］.Geosciences Journal，2012，16(4):357-379.

28 王兆升.華北中奧陶世陸表海的干化［J］.科學(xué)通報(bào)，1990(24):1884-1887.［Wang Zhaosheng.Drying of continental sea Middle Ordovician North China［J］.Chinese Science Bulletin，1990(24)，1884-1887.］

29 金振奎，邵冠銘.石灰?guī)r分類新方案［J］.新疆石油地質(zhì)，2014，35(2):235-242.［Jin Zhenkui，Shao Guanming.New classification scheme of limestones［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2014，35(2):235-242.］

30 黃杏珍.掃描電鏡下灰泥灰?guī)r的鑒別及其沉積環(huán)境意義的探討［J］.沉積學(xué)報(bào)，1984，2(3):91-100.［Huang Xingzhen.The identification of limemicrites with SEM and approach to its sedimentary environment［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1984，2(3):91-100.］

31 戴藴珍.灰?guī)r-泥灰?guī)r互層的形成機(jī)理［J］.巖相古地理，1993(3):62-70.［Dai Yunzhen.Limeston-marl alternation-an overview［J］.Lithofacies Paleogeography，1993(3):62-70.］

32 劉喜停，顏佳新，薛武強(qiáng).灰?guī)r—泥灰?guī)r韻律層的差異成巖作用［J］.地質(zhì)論評(píng)，2012，58(4):627-635.［Liu Xiting，Yan Jiaxin，Xue Wuqiang.Differential diagenesis of limestone—marl alternations［J］.Geological Review，2012，58(4):627-635.］

33 馮增昭.碳酸鹽巖沉積環(huán)境及巖相古地理的研究［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，1980(3):24-31.［Feng Zengzhao.Carbonate sedimentary environment and lithofacies paleogeography［J］.Petroleum Geology and Experiment，1980(3):24-31.］

34 馮增昭.略論碳酸鹽巖巖相古地理研究中的一些問題［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1983，4(1):100-108.［Feng Zengzhao.Some problems concerning lithofacies and paleogeography of carbonates［J］.Oil＆ Gas Geology，1983，4(1):100-108.］

35 范嘉松，李菊英，趙生才.論古代海洋碳酸鹽沉積環(huán)境基本模式［J］.地質(zhì)科學(xué)，1979(4):287-301.［Fan Jiasong，Li Juying，Zhao Shengcai.A basic model of the ancient marine environment for sedimentation of carbonate［J］.Chinese Journal of Geology，1979(4):287-301.］

36 趙震.一個(gè)陸表海的潮坪沉積模式［J］.沉積學(xué)報(bào)，1988，6(2):68-76.［Zhao Zhen.A sedimentary modal of the tidal flat of epicontinental sea［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1988，6(2):68-76.］

37 李增學(xué)，魏久傳，王明鎮(zhèn)，等.華北南部晚古生代陸表海盆地層序地層格架與海平面變化［J］.巖相古地理，1996，16(5):1-11.［Li Zengxue，Wei Jiuchuan，Wang Mingzhen，et al.Sequence stratigraphic framework and sea-level changes in the Late Palaeozoic Epicontinental basin in northern China［J］.Sedimentary Facies and Palaeogeography，1996，16(5):1-11.］

38 曾允孚，王成善.海洋碳酸鹽沉積相模式［J］.礦物巖石，1991，11(3):107-117.［Zeng Yunfu，Wang Chengshan.Marine carbonate depositional facies models［J］.Journal of Mineralogy and Petrology，1991，11(3):107-117.］

39 譚秀成，鄒娟，李凌，等.磨溪?dú)馓锛味侮懕砗Ｐ团_(tái)地內(nèi)沉積微相研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2008，29(2):219-225.［Tan Xiucheng，Zou Juan，Li Ling，et al.Research on sedimentary microfacies of the epicontinental sea platform of Jia 2 Member in Moxi gas field［J］.Acta Petrolei Sinica，2008，29(2):219-225.］

40 欒守亮，陳世悅，馬玉新，等.徐州大北望地區(qū)寒武系陸表海沉積特征及其演化［J］.特種油氣藏，2010，17(6):50-53.［Luan Shouliang，Chen Shiyue，Ma Yuxin，et al.Cambrian epicontinental deposit characteristics and evolution in the Dabeiwang of Xuzhou［J］.Special Oil＆ Gas Reservoirs，2010，17(6):50-53.］

41 譚秀成，廖繼佳，劉魏，等.燕山地區(qū)下奧陶統(tǒng)竹葉狀灰?guī)r與中尺度渦沉積模式［J］.海相油氣地質(zhì)，2013，18(4):33-40.［Tan Xiucheng，Liao Jijia，Liu Wei，et al.Lower Ordovician edgewise limestone and its mesoscale eddy deposition model in Yanshan region，northern China［J］.Marine Origin Petroleum Geology，2013，18(4):33-40.］

42 劉煥杰.潮汐沉積與含煤建造［J］.沉積學(xué)報(bào)，1988，6(2):42-49.［Liu Huanjie.Tidal deposits and coal-bearing formations［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1988，6(2):42-49.］

43 陳昌明，陳景山.華北地臺(tái)晚前寒武紀(jì)潮汐沉積［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1982，3(2):135-141.［Chen Changming，Chen Jingshan.The Late Precambrian tidal deposits in North China Platform［J］.Oil＆ Gas Geology，1982，3(2):135-141.］

44 李永軍，高永利，佟麗莉，等.西天山阿吾拉勒一帶石炭系阿克沙克組風(fēng)暴巖及其意義［J］.地學(xué)前緣，2009，16(3):341-348.［Li Yongjun，Gao Yongli，Tong Lili，et al.Tempestite of Akeshake Formation in Awulale area，western Tianshan and its significance［J］.Earth Science Frontiers，2009，16(3):341-348.］

45 馬瑞申，張良，杜遠(yuǎn)生，等.豫北地區(qū)寒武系風(fēng)暴巖沉積特征及其地質(zhì)意義［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2011，30(4):15-20.［Ma Ruishen，Zhang Liang，Du Yuansheng，et al.Sedimentary characteristics and its geological implications of Cambrian tempestite in northern Henan province［J］.Geological Science and Technology Information，2011，30(4):15-20.］

46 林元弼.天氣學(xué)［M］.南京:南京大學(xué)出版社，1988:195-235.［Lin Yuanbi.Synoptic Meteorology［M］.Nanjing:Nanjing University Press，1988:195-235.］

47 曾雄偉，杜遠(yuǎn)生，張哲，等.廣西桂林地區(qū)中、上泥盆統(tǒng)風(fēng)暴巖沉積特征及其地質(zhì)意義［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2007，26(6):42-46.［Zeng Xiongwei，Du Yuansheng，Zhang Zhe，et al.The sedimentary characteristics of the middle-upper Devonian tempestite and its geological implications［J］.Geological Science and Technology Information，2007，26(6):42-46.］

48 金振奎，余寬宏，潘怡，等.全球顯生宙碳酸鹽巖時(shí)空分布規(guī)律及其控制因素［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2013，27(3):637-643.［Jin Zhenkui，Yu Kuanhong，Pan Yi，et al.Global distribution of Phanerozoic carbonates and controlling factors［J］.Geoscience，2013，27(3):637-643.］

49 周麗清，邵德艷.北京十三陵中元古界薊縣系霧迷山組原地風(fēng)暴沉積的礫屑體［J］.沉積學(xué)報(bào)，1994，12(2):72-76.［Zhou Liqing，Shao Deyan.The autochthonous storm deposited rudite bodies of Wumishan Formation，Jixian System，Middle Proterozoic，the Ming tombs district，Beijing，China［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1994，12(2):72-76.］

50 張憲依，王炳山，崔樂群.魯南新元古界石旺莊組風(fēng)暴巖特征及其意義［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2009，23(4):648-654.［Zhang Xianyi，Wang Bingshan，Cui Lequn.Features and their significance for the tempestite of Neoproterozoic Shiwangzhuang Formation in south Shandong province［J］.Geoscience，2009，23(4):648-654.］

51 丁杰.棋盤山中元古界仲官屯組潮坪風(fēng)暴流沉積特征及其相模式［J］.遼寧地質(zhì)，1987(1):9-20.［Ding Jie.Tempestite in Zhongguantun Formation of the Middle Proterozoic in Qipan hill and a model of storm deposits on tidal flat［J］.Liaoning Geology，1987(1):9-20.］

52 胡明毅，賀萍.潮坪風(fēng)暴沉積特征及其研究意義［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2002，17(3):391-395.［Hu Mingyi，He Ping.The study of tidal storm deposits and its research significance［J］.Advance in Earth Sciences，2002，17(3):391-395.］

53 Chough S K，Chen J T.Generation of subsurface injection flow in a carbonate platform［J］.Geosciences Journal，2013，17(1):3-8.