歐龍布魯克地塊古生代風暴沉積特征及地質(zhì)意義

馬帥,陳世悅,汪峰,邵鵬程,王志金

中國石油大學(華東)地球科學與技術學院,山東青島 266555

歐龍布魯克地塊古生代風暴沉積特征及地質(zhì)意義

馬帥,陳世悅,汪峰,邵鵬程,王志金

中國石油大學(華東)地球科學與技術學院,山東青島 266555

為進一步研究歐龍布魯克地塊古生界頻繁發(fā)育的風暴沉積所暗含的地質(zhì)信息，探討風暴頻發(fā)型古氣候?qū)Σ癖本壍貐^(qū)古生代沉積的影響，對研究區(qū)古生界各剖面進行了詳細的野外勘察及室內(nèi)實驗等綜合分析，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)造標志，識別出包括風暴高峰期、原地卸載期、回流期、渦流期以及停息期等風暴作用不同階段產(chǎn)物。根據(jù)不同階段風暴產(chǎn)物的組合形式，將出露的多套風暴沉積劃分為代表不同沉積環(huán)境下的風暴序列類型，其中早古生代發(fā)育5種原地或近源型風暴沉積序列，晚古生代則發(fā)育對應原地攪動型、近源型以及深水緩坡型風暴沉積的風暴沉積序列。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)境下海陸過渡相沉積的環(huán)境變化特征。

歐龍布魯克地塊;古生代;風暴沉積;地質(zhì)意義

0 引言

有關風暴沉積的研究始于19世紀末期，Gilbert[1]首先報道了相關的沉積構(gòu)造研究。自20世紀70年代開始，國外地質(zhì)學家對風暴沉積開展了大量工作，Kellingetal.[2]、Einseleetal.[3]先后界定并完善了風暴巖、風暴沉積的概念，而Harmsetal.[4],Hamblinetal.[5]等對丘狀交錯層理的研究無疑是風暴沉積研究中的一大突破。20世紀80年代不同學者分別對碎屑巖與碳酸鹽巖風暴沉積的標準序列進行了詳細研究，并與濁流進行了相應的對比[6-10]，這一系列的工作使得風暴沉積理論成為“繼濁流理論之后的又一次劃時代性的突破”。國內(nèi)學者在結(jié)合國外研究成果的基礎上對風暴沉積的形成機制、沉積模式等進行了相關的介紹，目前國內(nèi)各大板塊比如揚子、塔里木、華北等地均有古生代風暴沉積作用的相關報道[11-18]，但位于柴達木盆地北緣地區(qū)的歐龍布魯克地塊卻未見相關報道。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)大量風暴沉積證據(jù)，而該區(qū)古生代風暴沉積的發(fā)現(xiàn)及研究對于深入了解該區(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入穩(wěn)定克拉通盆地發(fā)育時期，沉積了一套被動大陸邊緣環(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—筆石頁巖沉積，中、上奧陶統(tǒng)及志留系均受加里東運動影響已被剝蝕。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)受北部宗務隆裂陷槽開合演化控制，泥盆紀—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[19]修改)Fig.1 Geological map of Olongbluk block and adjacent region (modified from reference [19])

2 風暴巖沉積特征

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，由于受風暴巖形成的位置影響，不同層位風暴沉積序列不盡相同且沉積構(gòu)造多樣。通過對研究區(qū)古生界地層的野外地質(zhì)調(diào)查，總結(jié)歸納了該區(qū)風暴巖沉積構(gòu)造的類型，認為該區(qū)風暴序列底部發(fā)育風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)育不同類型的風暴滯留沉積層；滯留層之上為風暴衰弱期形成的具定向排列的竹葉狀灰?guī)r或發(fā)育平行層理的顆粒灰?guī)r，同時發(fā)育丘狀交錯層理、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)造是風暴高峰期時風暴浪對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暴沉積的典型標志[21]。在時間上涵蓋了下伏被侵蝕地層的沉積、風暴起始期、風暴加強期以及高峰期四個地質(zhì)事件的時間段。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)；而渠模則為高強度風暴渦流侵蝕的產(chǎn)物，侵蝕下伏地層較深，侵蝕面與層面夾角可達45°(圖3b)。

2.2 風暴滯留沉積

風暴滯留沉積是指風暴高潮期—衰弱早期，從風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，顆粒間常見灰泥雜基支撐(圖3e)。風暴滯留沉積中常見塊狀層理與粒序?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暴高潮期—衰弱早期快速卸載、原地或近原地堆積的沉積過程，顆粒幾乎未受風暴回流改造，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暴沉積構(gòu)造特征a.歐山剖面奧陶系石灰溝組風暴侵蝕面，上覆灰?guī)r侵蝕下伏暗色頁巖，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大量單體珊瑚與海百合莖(圖4d，e，g)，各個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)成一個完整的風暴前—風暴—風暴后的碳酸鹽巖風暴沉積序列。下伏生物碎屑灰?guī)r發(fā)育由風暴前正常天氣下生物擾動活動所產(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風暴浪的破壞，限制了生物的活動空間，從而導致生物群體迅速死亡，然后隨水流搬運到異地沉積，并非原地生長而沉積下來，其沉積的環(huán)境應該在風暴浪基面附近。這種生物化石層在正常碳酸鹽沉積中并不常見，此處單一生物的密集活動并不能反映研究區(qū)當時的真實生態(tài)活動，推測就是由于風暴這種事件性因素限制了生態(tài)的復雜性[24-25]。

2.3 具長軸定向排列的竹葉狀灰?guī)r、平行層理及丘狀交錯層理

在風暴回流的作用下，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、回流強度較大的位置，回流會攜帶砂質(zhì)顆粒發(fā)生高流態(tài)運動，形成平行層理(圖5a)。丘狀交錯層理是指示風暴作用的最佳證據(jù)，當風暴衰退時，由于回流的速率降低，原來呈懸浮狀態(tài)的細粒碎屑物質(zhì)迅速沉降，經(jīng)進一步減弱的風暴流產(chǎn)生的浪生震蕩水流改造后形成的丘狀交錯層理。本區(qū)存在一種與風暴渦流有關的丘狀交錯層理，即當風暴浪觸抵海床底部沉積物時，在風暴浪或風暴渦流強烈的剪切、擺動作用的共同影響下，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 對稱波痕

風暴衰減期，原地卸載或經(jīng)過搬運的顆粒碳酸鹽巖被風暴浪衰減期形成的振蕩水流改造后可形成類似對稱波痕的構(gòu)造(圖5c)。研究區(qū)發(fā)育的波痕規(guī)模較小，一般位于風暴巖之上，波長約為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暴沉積特征a.旺尕秀剖面石炭系克魯克組風暴形成的波狀沖刷面，受風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暴沉積序列(遠景)；e.旺尕秀剖面克魯克組風暴沉積序列(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暴沉積生物化石層，可見單體珊瑚斷面，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)育平行層理的顆粒灰?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)造被認為是陸表海背景下攪動型風暴沉積的典型構(gòu)造[26]，此后,黃操明等[27]通過物理模擬證明其與風暴渦流密切相關，這種風暴浪具有上升漩渦的性質(zhì)，可將底部沉積物卷揚起來再進行沉積。當風暴掀起的巨浪強烈沖刷海岸帶，并在回流時將這些物質(zhì)攜帶回海里，形成高密度回流。當這些密度流被帶到風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。此時無固定方向的觸及海底的巨浪的峰、谷經(jīng)過沉積物表面時，便形成平緩的波狀傾斜，由于灰?guī)r粒度成分較碎屑巖細，且均一性好，因此一般不像碎屑巖丘狀交錯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)，說明其為攪動型風暴浪對盆地底部的灰泥沉積沖刷破壞后在原地或短距離搬運后沉積的產(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，認為是風暴高峰期渦流攪動侵蝕后再沉積而成。

3 風暴沉積序列

3.1 早古生代風暴沉積序列類型及沉積環(huán)境

研究區(qū)早古生代風暴沉積層數(shù)多，風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暴沉積為主，回流發(fā)育較少，可見攪動型風暴作用痕跡，反映研究區(qū)早古生代沉積水體均位于風暴浪基面之上，大多處于正常浪基面附近，且古海底坡腳較緩。隨著風暴活動由開始到高潮，后逐漸轉(zhuǎn)入衰退直至結(jié)束，不同風暴作用階段即表現(xiàn)出不同的沉積特征，研究區(qū)早古生代由于風暴作用強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個沉積單元。Ta、Tb單元反映了風暴開始至高峰期時的沉積產(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單元代表風暴衰退期時沉積產(chǎn)物，發(fā)育平行層理、丘狀交錯層理、波痕等沉積構(gòu)造，同時可見具弱定向排列的礫屑灰?guī)r。Te單元則代表研究區(qū)早古生代風暴沉積過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

寒武紀初期，研究區(qū)整體處于潮坪環(huán)境，水動力條件較弱。此時形成的風暴序列B發(fā)育Ta、Tb、Tc、Td四個沉積單元，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是砂屑白云巖中發(fā)育丘狀交錯層理(圖5b)，但該層理丘體規(guī)模較小，反映風暴衰減期，當風暴觸及海底后，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致海底長期暴露出水面，發(fā)育鹽巖假晶、鳥眼構(gòu)造、泥裂等沉積構(gòu)造，該時期研究區(qū)整體處于潮上—潮間帶，水動力條件極弱，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。該時期風暴作用下形成的序列A發(fā)育Tb、Tc、Te3三個單元，底部沖刷面較為平緩，未見塊狀礫屑碳酸鹽巖段，下部竹葉狀白云巖雜亂堆積。當風暴浪經(jīng)過時，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，之后風暴能量繼續(xù)減弱，此時風暴浪所攜帶的碎屑顆粒已經(jīng)大幅減少且粒度較細，加之此時風暴對海床侵蝕能力較弱，因此該類風暴序列粒度及厚度均較小。且該環(huán)境下坡度較小，風暴回流流速不大，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應發(fā)育在浪基面附近潮上—潮間帶洼池中，屬原地—近源型風暴沉積(圖6A)。

寒武紀早—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。此時研究區(qū)受風暴作用影響形成的序列C發(fā)育Tb、Tc、Td、Te2四個沉積單元，序列底部具明顯侵蝕面，說明其處于風暴浪基面之上。由于該時期風速及風暴浪的能量不是很大，大顆粒的物質(zhì)無法攜帶，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，綜合判斷該套風暴沉積序列發(fā)育于正常浪基面之下的局限臺地或臺內(nèi)閉塞海灣環(huán)境(圖6C)。

寒武紀中—晚期，氣候溫暖濕潤，海平面持續(xù)上升，研究區(qū)此時水流循環(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，屬于開闊臺地—臺地邊緣環(huán)境。此時風暴作用形成的序列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。該類風暴序列發(fā)育在正常浪基面附近，屬于原地攪動型風暴沉積(圖6D)。

奧陶紀時期，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、風暴、潮汐、海平面變化等影響，整體處于臺地邊緣淺灘—前緣斜坡環(huán)境。該時期研究區(qū)發(fā)生風暴作用時，序列E僅發(fā)育Ta單元。底部發(fā)育風暴渦流對灰?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)此時的特殊環(huán)境，該類風暴序列的另一個特點是其上、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成因構(gòu)造(圖5d)。該套地層中風暴作用與滑動變形交互出現(xiàn)，且該處坡腳較緩，回流作用不明顯，綜合推斷序列E應發(fā)育于臺緣斜坡的頂部且在正常浪基面之下的位置(圖6E)。

3.2 晚古生代風暴沉積序列類型及沉積環(huán)境

研究區(qū)晚古生代風暴沉積多集中發(fā)育在石炭紀中—晚期，從巖性組合看，該時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，海底一般位于風暴浪基面之上，正常浪基面附近，發(fā)育原地攪動型、近源型以及深水緩坡型風暴巖，極緩的古坡角導致風暴作用難以形成風暴回流，主要體現(xiàn)為風暴渦流反復的挖蝕、改造、懸浮、近距離搬運沉積物[26]。按照研究區(qū)晚古生代風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，對應著風暴高峰期(Sa)、風暴減弱早期沉積物原地卸載(Sb)、風暴回流期(Sc)、風暴渦流期(Sd)、風暴后正常沉積(Se)。

研究區(qū)石炭紀克魯克組發(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，海水每次進退，在碳酸鹽臺地、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。因此該時期風暴序列Ⅰ中，可見夾有灰?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，反應風暴過后極弱的水動力條件(圖7-Ⅰ)。而序列Ⅱ為研究區(qū)石炭系克魯克組一個典型風暴沉積序列，為多期風暴疊加結(jié)果，發(fā)育Sa、Sb、Sd2、Se1、Se2等沉積單元。先期風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，并伴有風暴渦流侵蝕痕跡。后期能量較強的風暴又對先期沉積物強烈沖刷，形成侵蝕面；在此之上滯留層為經(jīng)風暴浪近距離搬運后迅速卸載的單體珊瑚化石層，上覆灰?guī)r層中發(fā)育風暴衰退期時形成的同沉積渦流侵蝕構(gòu)造，再向上過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，發(fā)育扇三角洲等海陸過渡相沉積，直至克魯克組中晚期，以陸表海環(huán)境為特點的性質(zhì)更為顯著，形成潮坪—局限臺地的混合沉積。此時在研究區(qū)廣闊淺海環(huán)境中形成的風暴序列Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均屬于典型的原地或近原地攪動型風暴沉積，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，受風暴渦流與回流共同作用，該風暴序列中發(fā)育小型丘狀交錯層理，由于生物碎屑顆粒供應充分，可能為臺緣斜坡頂部生物碎屑灘環(huán)境下的風暴沉積(圖7-Ⅴ)。

石炭紀克魯克組發(fā)育末期，受古地形影響，風暴序列Ⅵ主要發(fā)育Sc、Se2兩個沉積單元(圖4c)。其中Sc為發(fā)育塊狀層理的生物碎屑灰?guī)r段，可見介殼類等生物碎屑顆粒，向上未見有明顯的遞變現(xiàn)象，反應一次高流態(tài)快速堆積過程，在形成過程中侵蝕掉較還原環(huán)境的深水沉積物而形成的風暴重力流層型；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。推測該序列為能量較低的深水環(huán)境受風暴回流作用的影響，誘導遠端發(fā)生重力流沉積，主要發(fā)育在浪基面附近臺地邊緣斜坡環(huán)境，屬于深水緩坡型風暴沉積。

圖7 歐龍布魯克地區(qū)晚古生代風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

風暴沉積作為地質(zhì)歷史時期中一種重要的事件沉積，其形成的風暴巖、風暴序列不僅能夠解釋風暴作用機制本身，同時在地層劃分與對比、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)古生代風暴作用頻發(fā)，僅歐龍布魯克山剖面就見數(shù)層風暴巖，并且整體古生代風暴滯留沉積中的碳酸鹽巖礫石粒徑較大，說明風暴強度較大。這種強烈、高頻性的風暴改造暗示在古生代歐龍布魯克地區(qū)應位于赤道兩側(cè)低緯度風暴作用帶，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)古生代風暴沉積模式，印證了歐龍布魯克地塊古生代沉積演化的過程，認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)境下海陸過渡相沉積，對研究區(qū)古環(huán)境、古地貌的恢復具有重要的參考價值。此外通過研究區(qū)早古生代與晚古生代風暴沉積模式的建立，區(qū)分了研究區(qū)不同時期風暴巖形成的動力差異，為歐龍布魯克地塊的古生代演化提供沉積地質(zhì)學證據(jù)。

5 結(jié)論

(1) 歐龍布魯克地塊古生界普遍發(fā)育風暴沉積，典型風暴沉積標志包括底面侵蝕構(gòu)造、多種類型的風暴滯留層、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)早古生代風暴沉積整體以原地或近源型為主，回流發(fā)育較少，可見攪動型風暴作用痕跡。而晚古生代風暴沉積多集中發(fā)育在石炭紀中—晚期，發(fā)育原地攪動型、近源型以及深水緩坡型風暴巖，極緩的古坡角導致風暴作用難以形成風暴回流，主要體現(xiàn)為風暴渦流反復的挖蝕、改造、懸浮、近距離搬運等沉積作用。

(3) 研究區(qū)古生界風暴巖的發(fā)現(xiàn)說明該區(qū)古生代整體處于低緯度風暴高發(fā)區(qū)域。其中早古生代時持續(xù)海侵，沉積水體均位于風暴浪基面之上，大多處于正常浪基面附近，且古海底坡腳較緩。而研究區(qū)晚古生代多受原地攪動型風暴影響，反映水體深度應在正常浪基面附近，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

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

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

P512.2

A