奧陶系寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造成因研究進(jìn)展及新發(fā)現(xiàn)

廖紀(jì)佳，馬思豪，廖明光，肖雪薇，林丹，賀文亮，廖繼昊

1. 四川省天然氣地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué)，成都 610500 2. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500 3. 頁巖氣評(píng)價(jià)與開采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610091 4. 四川省煤田地質(zhì)局，成都 610072 5. 川慶鉆探物探公司一分公司，四川南充 637000

奧陶系寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造成因研究進(jìn)展及新發(fā)現(xiàn)

廖紀(jì)佳1,2，馬思豪1,2，廖明光1,2，肖雪薇1,2，林丹3,4，賀文亮5，廖繼昊5

1. 四川省天然氣地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué)，成都 610500 2. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500 3. 頁巖氣評(píng)價(jià)與開采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610091 4. 四川省煤田地質(zhì)局，成都 610072 5. 川慶鉆探物探公司一分公司，四川南充 637000

綜述了揚(yáng)子地區(qū)分布廣泛的奧陶系寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造成因的研究進(jìn)展，整合了多位學(xué)者的主要觀點(diǎn)及認(rèn)識(shí)，結(jié)合四川旺蒼唐家河等地奧陶系剖面的考察與鏡下薄片觀察，對(duì)網(wǎng)紋構(gòu)造及其成因進(jìn)行了深入研究并提出未來研究方向的思考與建議。學(xué)界目前普遍認(rèn)為這種網(wǎng)紋構(gòu)造并非暴露干裂成因，生物遺跡、海底硬地、準(zhǔn)同生變形構(gòu)造等成因解釋也缺乏足夠的證據(jù)支持，但關(guān)于水下膠縮、成巖作用以及構(gòu)造作用等解釋仍在熱烈討論中；對(duì)四川廣元旺蒼唐家河剖面寶塔灰?guī)r的野外考察過程中發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象，比如在灰色寶塔灰?guī)r中觀察到了非瀝青充填的“黑色細(xì)紋”，網(wǎng)紋構(gòu)造的形態(tài)、泥質(zhì)含量等也隨沉積旋回而呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。進(jìn)一步研究這些新的現(xiàn)象或許能為后期確定網(wǎng)紋構(gòu)造的成因提供新的證據(jù)。

奧陶系；寶塔灰?guī)r；網(wǎng)紋構(gòu)造；成因解釋

0 引言

我國著名地質(zhì)學(xué)家李四光早在20世紀(jì)20年代就對(duì)長江三峽進(jìn)行過地質(zhì)調(diào)查，并在湖北省秭歸縣新灘龍馬溪以東的雷家山建立了奧陶系寶塔組地層，因其中富產(chǎn)外形頗似寶塔、大型直殼的頭足類中華震旦角石(Sinoceraschinense)(圖1)而被命名為“寶塔灰?guī)r”[1]。丁文江在對(duì)川黔公路沿線進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)奧陶系灰?guī)r層面上廣泛發(fā)育似龜裂紋構(gòu)造或馬蹄形的印痕，提出了“馬蹄紋灰?guī)r”一詞[2]。王鈺[3]根據(jù)其風(fēng)化面裂紋構(gòu)造常呈六方形，似烏龜背殼，將其稱為“龜裂紋灰?guī)r”。

受認(rèn)識(shí)條件的限制，前期地質(zhì)學(xué)家僅把寶塔灰?guī)r的網(wǎng)紋看作一種特殊的構(gòu)造而未曾深入思考其成因，直到20世紀(jì)80年代，其成因才引起了地質(zhì)學(xué)家們熱烈的討論。目前，對(duì)這種網(wǎng)紋構(gòu)造的成因及其環(huán)境解釋有多種不同的意見：1)暴露干裂成因[4-6]；2)水下膠縮成因[7-10]；3)水下收縮成因[11]；4)成巖作用成因[12-14]；5)成巖—構(gòu)造作用成因[15]；6)準(zhǔn)同生變形構(gòu)造[16]；7)生物遺跡成因[17-18]；8)海底硬地收縮成因[19]。但直至現(xiàn)在，對(duì)其成因仍無統(tǒng)一定論。

對(duì)奧陶系寶塔灰?guī)r特殊網(wǎng)紋構(gòu)造成因的深入研究，一方面有助于重構(gòu)晚奧陶世揚(yáng)子臺(tái)地的古地理環(huán)境；另一方面，作為地質(zhì)歷史中具有特殊網(wǎng)紋形態(tài)的“時(shí)髦相”[17]，確定其成因無異于解決了地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域中的一大爭議，可以豐富現(xiàn)今的沉積學(xué)理論和巖石成因理論，對(duì)于奧陶紀(jì)(特別是晚奧陶世)的相關(guān)研究也具有重要的參考價(jià)值。

根據(jù)近30多年來國內(nèi)外發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，全面回顧了前人對(duì)寶塔灰?guī)r及其特殊網(wǎng)紋構(gòu)造成因的研究，對(duì)各方觀點(diǎn)進(jìn)行了一次系統(tǒng)歸納與總結(jié)，加深對(duì)寶塔灰?guī)r巖石學(xué)特征及特殊網(wǎng)紋構(gòu)造成因的認(rèn)識(shí)，借鑒前人的研究經(jīng)驗(yàn)以及筆者的野外調(diào)查，對(duì)未來研究方向提出建議。

圖1 寶塔灰?guī)r層面上形似寶塔的鸚鵡螺殼體和網(wǎng)紋構(gòu)造，重慶萬盛國家地質(zhì)公園Fig.1 Pagoda-like nautiloid shell and polygonal networks on the bedding surface of the Pagoda Limestone, Wansheng National Geological Park, Chongqing

圖2 揚(yáng)子區(qū)寶塔灰?guī)r分布圖(據(jù)文獻(xiàn)[10]修改)Fig.2 The map showing the distribution of the Pagoda Limestone in Yangzi area

1 地質(zhì)背景

中奧陶世末期由于加里東運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，華南板塊構(gòu)造擠壓作用不斷加劇[20-29]，大部分地區(qū)因華夏板塊的擠壓作用而抬升隆起[30]，隨著川中、黔中和江南—雪峰等邊緣隆起不斷抬升擴(kuò)大，相對(duì)海平面持續(xù)上升，鑲邊型臺(tái)地被淹沒[24,31-34]，揚(yáng)子地區(qū)由克拉通盆地逐漸變?yōu)楸桓髀∑鹚鶉薜穆『笈璧豙35-39]。揚(yáng)子隆后盆地發(fā)育于克拉通基底和中上寒武統(tǒng)與下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖臺(tái)地基礎(chǔ)之上，在隆后盆地表現(xiàn)為“掀斜效應(yīng)”，從而造就了揚(yáng)子地區(qū)晚奧陶世淺海深水的構(gòu)造—沉積空間[18,20,40]。

目前國內(nèi)學(xué)者一致認(rèn)為奧陶系寶塔組屬于上奧陶統(tǒng)，即其地質(zhì)年代為晚奧陶世，但更為精確的年代確定目前仍存在一定的分歧。以牙形石和筆石帶生物地層對(duì)比標(biāo)志[41-42]為基礎(chǔ)的巖相古地理分析表明，年代地層桑比階下限劃在Nemagraptusgracilis筆石帶之上，與寶塔組的下限基本一致[30]，而寶塔組和臨湘組頂界大致對(duì)應(yīng)凱迪階中下部[37]，即寶塔組的年代近似對(duì)應(yīng)桑比階。不過也有學(xué)者結(jié)合牙形石生物地層學(xué)以及碳同位素地層學(xué)等證據(jù)，認(rèn)為寶塔組的年代應(yīng)為凱迪期早期[43]。還有學(xué)者通過分析生物地層學(xué)數(shù)據(jù)認(rèn)為寶塔組形成時(shí)期為中桑比期—早凱迪期[14,44]。

寶塔組是揚(yáng)子板塊分布最廣、巖性最穩(wěn)定的碳酸鹽巖地層之一(圖2)，在古陸邊緣地區(qū)可超覆于不同時(shí)期的地層之上[45]。寶塔組在上、中、下?lián)P子區(qū)分布普遍，巖性單一[14,46]。揚(yáng)子板塊上寶塔灰?guī)r的覆蓋面積近1 500 000 km2，由東至西(上海北部至昆明)分布范圍超過2 000 km，由北向南(陜西南部至貴州東南部)分布約800 km[14]。

2 寶塔灰?guī)r的巖石學(xué)特征

寶塔灰?guī)r為具網(wǎng)紋構(gòu)造的泥晶灰?guī)r或生屑泥晶灰?guī)r。顏色上可劃分為紫紅色層和灰色層兩種端元類型，區(qū)域變化上表現(xiàn)為相對(duì)近岸地區(qū)巖石顏色以灰色為主，臺(tái)地邊緣地區(qū)完全呈紫紅色，其它區(qū)域以兩種顏色的互層為主，這種顏色的變化與Fe3+離子含量及Fe3+/ Fe2+的值有關(guān)[9,10,14,46]。受控于水深和沉積環(huán)境等因素，寶塔灰?guī)r厚度通常在上揚(yáng)子板塊西部和南部等相對(duì)近岸地區(qū)更大，在相對(duì)近海地區(qū)(特別是靠近臺(tái)地邊緣處)更薄，而在揚(yáng)子板塊中部其厚度約為20 m[14]。

寶塔灰?guī)r普遍發(fā)育網(wǎng)紋構(gòu)造，網(wǎng)紋在層面上呈不規(guī)則彎曲的似多角形[16](圖1)。由于差異風(fēng)化，有時(shí)泥質(zhì)充填物殘留凸起形成埂狀物，而有時(shí)泥質(zhì)充填物受到剝蝕下凹形成瘤狀凸起[9]。巖層內(nèi)則呈現(xiàn)垂直或彎曲的不完全網(wǎng)紋，貫穿地層頂?shù)酌娴淮┩赶噜彽牡貙?。裂縫Y形分叉或者合并交接處光滑，且層內(nèi)有時(shí)發(fā)育平行層面的縫合線，寬約2 mm的鋸齒狀縫合線切穿早期形成的垂向網(wǎng)紋，網(wǎng)紋中有泥質(zhì)充填[10,16]。在垂直于層面的截面上，龜裂紋并不呈“V”字形，而是上下基本等寬。經(jīng)薄片觀察發(fā)現(xiàn)，較寬的龜裂紋內(nèi)部通常有次一級(jí)的裂紋發(fā)育[6]，但在陜南地區(qū)的剖面中尚未發(fā)現(xiàn)有發(fā)育次級(jí)裂縫[10]。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)網(wǎng)紋被泥質(zhì)充填，泥紋層的厚度亦隨裂隙的寬度變化，在其兩側(cè)則充填了亮晶或微晶方解石[6,9]。縱觀寶塔組在揚(yáng)子板塊的分布，相對(duì)近岸區(qū)域的網(wǎng)紋條帶都較寬，而在板塊邊緣地區(qū)網(wǎng)紋條帶則變得更窄。總體上來說，寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋所包圍的瘤狀凸起，其特別之處在于平均規(guī)模相對(duì)較大，且垂向上比橫向上更為發(fā)育[14]。不同地區(qū)網(wǎng)紋的形態(tài)及規(guī)模大小有所不同[18]，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明地層厚度與泥質(zhì)含量對(duì)裂縫及其包圍的灰?guī)r的規(guī)模大小起控制作用?？傮w而言，單層厚度小于10 cm時(shí)，網(wǎng)紋不甚發(fā)育，地層具有瘤狀灰?guī)r特征；單層厚度不同，網(wǎng)紋的形態(tài)、規(guī)模大小也隨之出現(xiàn)差異；而沉積物的原始含水率也取決于泥質(zhì)含量，泥質(zhì)含量高則沉積物含水量高，脫水收縮率大導(dǎo)致網(wǎng)紋相應(yīng)變寬，網(wǎng)紋中的泥質(zhì)含量也相應(yīng)變高[10,18]。

寶塔灰?guī)r含有豐富的生物碎屑，生屑主要為薄殼生物[46]。根據(jù)野外觀察和室內(nèi)薄片鑒定，筆者發(fā)現(xiàn)，廣元旺蒼唐家河地層剖面中常見三葉蟲、棘皮、介形蟲，可見海綿骨針、腕足類、腹足類、雙殼類、有孔蟲等(圖3)。生物碎屑分布雜亂，沒有規(guī)律，未見分選、磨圓現(xiàn)象，殼體保存相對(duì)完好。結(jié)合旺蒼地區(qū)和前人[5-6,10,13,16,46]所觀察的不同地區(qū)寶塔灰?guī)r古生物種類可以推測(cè)，寶塔灰?guī)r形成于水體較深、浪基面以下的淺海低能環(huán)境。

3 寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造成因研究進(jìn)展

有關(guān)揚(yáng)子地區(qū)奧陶系寶塔灰?guī)r特殊的網(wǎng)紋構(gòu)造的成因，前人主要提出了以下不同解釋(表1)。

3.1 暴露干裂成因

吳勁薇等[5]在湘西北地區(qū)進(jìn)行野外考察時(shí)，在寶塔灰?guī)r內(nèi)發(fā)現(xiàn)了共生的鳥眼構(gòu)造，且鳥眼構(gòu)造下部充填了滲流粉砂，據(jù)此推測(cè)寶塔組當(dāng)時(shí)曾被抬升至大陸潛水面之上，由于暴露而在灰?guī)r中形成干裂。李協(xié)能[6]在重慶萬盛地區(qū)的寶塔組內(nèi)還發(fā)現(xiàn)大部分網(wǎng)紋在層面上形成的交角約為120°，同現(xiàn)代多次“暴露干裂一水體浸沒”的泥裂具有較大的相似性。通過對(duì)四川琪縣一敘永以南—古藺—桐梓紅花園—鳳崗以南—石汗本莊等地的考察發(fā)現(xiàn)，龜裂紋灰?guī)r層之間也發(fā)現(xiàn)了典型的暴露環(huán)境下的泥裂構(gòu)造，這也說明寶塔期沉積環(huán)境水體較淺，處于間歇性暴露環(huán)境之中。對(duì)于有關(guān)網(wǎng)紋成因的證據(jù)[47-48]，“暴露干裂”成因的支持學(xué)者認(rèn)為，之所以“龜裂紋”與斷面呈“V”形或“U”形的典型泥裂有所差別，是因?yàn)榛钴S的板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及成巖期、后生期等諸多因素對(duì)其進(jìn)行了改造所致[5-6]。

成因解釋代表學(xué)者主要證據(jù)暴露干裂成因張文堂(1962)吳勁薇等(1989)李協(xié)能等(2000)野外露頭的巖性及構(gòu)造特征；古生物組合；與龜裂紋共生的鳥眼構(gòu)造；水體化學(xué)條件；類似于泥裂120°的層面交角水下膠縮成因劉特民等(1983)姬再良(1985)方少仙等(1994)王安東等(2012)巖性及古生物組合；裂縫特征與“干縮裂紋”特征的巨大差異；寶塔期古地理環(huán)境(海侵到海退)；薄片泥紋元素分析指示出的海相沉積環(huán)境；原巖殘留體；化學(xué)分異作用及脫水受力分析水下收縮成因陳旭等(1986)難以確定早古生代碳酸鹽成巖前是否呈膠體成巖作用成因周書欣等(1992)沈建偉(1989)Zhanetal．(2016)生物碎屑組分及古氣候、古環(huán)境等；地球化學(xué)分析(包括碳氧同位素、主量及微量元素、稀土元素等)成巖—構(gòu)造作用成因王堯(1995)奧陶紀(jì)活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及壓溶作用準(zhǔn)同生變形構(gòu)造周傳明等(2000)負(fù)載作用下的反密度碎屑沉積層；古生物組合；火焰構(gòu)造和泄水構(gòu)造生物遺跡成因陳均遠(yuǎn)等(1991)許效松等(2001)盆地遷移驅(qū)動(dòng)機(jī)制造就了晚奧陶世角石生活所需的生態(tài)環(huán)境空間和特殊相海底硬地收縮成因王澤中(1996)與海底硬地相似的特征

3.2 水下膠縮(收縮)成因

有學(xué)者從古生物及其指示環(huán)境、網(wǎng)紋特征以及古地理環(huán)境等方面對(duì)寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造的“暴露干裂”成因觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。首先，黔北地區(qū)野外露頭剖面的寶塔組以發(fā)育漂浮類型鸚鵡螺組合為特征，指示當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為淺海低能環(huán)境，并非潮汐帶，這與干裂紋或泥裂所要求的潮上帶環(huán)境顯然完全不同；其次，寶塔灰?guī)r的裂縫特征與多級(jí)發(fā)育、垂向呈V形或U形的“干縮裂紋”特征差別明顯，其充填物也與上覆沉積物成分不同而與圍巖基本一致[7, 47-48]；此外，區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果也表明，華中、西南地區(qū)在晚奧陶世寶塔期經(jīng)歷了廣泛海侵—海水平靜—海退的演變過程，且由于與相鄰淺海盆地彼此連通，因此同時(shí)具有開闊海洋臺(tái)地相和淺海陸棚相的沉積特征[46]，川西北廣元河深1井寶塔灰?guī)r的薄片泥紋元素分析也指示海相沉積特征[9]。綜上所述，地質(zhì)學(xué)家們提出了新的看法，即寶塔灰?guī)r特殊的網(wǎng)紋構(gòu)造是在廣闊的寧靜水體中，呈凝膠狀態(tài)且緩慢堆積的泥質(zhì)、碳酸鈣組分以及生物碎屑沉積物在固結(jié)成巖之前膠體脫水收縮而成[9, 46]。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，沿裂縫方向展布的密集泥紋充填了網(wǎng)紋裂縫，泥紋層厚度也與裂縫的寬度變化一致[9]，這些發(fā)現(xiàn)也為“膠體脫水收縮”成因提供了佐證。隨著研究的深入，又有學(xué)者提出“化學(xué)分異作用”，對(duì)“脫水收縮”這一過程進(jìn)行了模擬：膠態(tài)黏土礦物與灰質(zhì)組分以緩慢的速率沉積，化學(xué)沉積分異作用使灰質(zhì)組分聚集，上覆壓力則造成膠態(tài)黏土礦物脫水收縮，局部產(chǎn)生張力從而形成了裂縫(圖4)，壓實(shí)作用進(jìn)一步加劇，裂縫開始互相連通并逐漸合并、加寬，最終便形成了如今所見的“網(wǎng)紋構(gòu)造”[10]。

但也有學(xué)者認(rèn)為要確定古代巖石，特別是早古生代碳酸鹽成巖前是否呈膠體狀態(tài)十分困難，此前也有學(xué)者曾論證碳酸鈣微粒不是膠體，因此用“水下收縮裂紋”的表述更為準(zhǔn)確[11]。

3.3 成巖作用成因

貴州及鄰區(qū)的寶塔組中發(fā)現(xiàn)的核形石、疊層石、頭足類、鸚鵡螺以及Fe、Mn元素相對(duì)含量均指示出該區(qū)為水深不超過50 m的淺水低能環(huán)境，由此沈建偉[13]認(rèn)為網(wǎng)紋構(gòu)造是一種淺水環(huán)境下的成巖構(gòu)造，而非同生沉積構(gòu)造。周書欣[12]結(jié)合寶塔組中發(fā)育的縫合線特點(diǎn)建立了巖溶成巖作用模式(圖5)：淺埋壓實(shí)環(huán)境中，灰泥成巖將水排入黏土層，隨著埋深增加，壓力、溫度也隨之增加，黏土層內(nèi)孔隙水由于細(xì)菌分解產(chǎn)生CO2而呈現(xiàn)酸性。隨埋深進(jìn)一步增加，在高溫、高壓和酸性孔隙水的作用下，碳酸鹽巖圍巖發(fā)生溶解并形成水平縫合線。另外，川南及貴州北部、東北部地區(qū)寶塔灰?guī)r樣品中的地球化學(xué)分析結(jié)果顯示瘤狀凸起的δ13C值要比網(wǎng)紋中的δ13C值高出0.5‰～1.0‰，主量與微量元素的含量也有明顯的區(qū)別，而與此相反，網(wǎng)紋和瘤狀凸起在δ18O值上的差異幾乎可以忽略不計(jì)(圖6)。上述證據(jù)說明網(wǎng)紋形成于成巖作用早期，沉積物和海洋孔隙水成為一套沉積系統(tǒng)(若網(wǎng)紋形成期間出現(xiàn)明顯降水，δ18O值也會(huì)降低)；而網(wǎng)紋和瘤狀凸起在δ13C值、主量元素及微量元素上的差異很可能就是固結(jié)成巖所致[14]。

3.4 成巖—構(gòu)造作用成因

由于奧陶紀(jì)處于相當(dāng)活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期[45]，故有學(xué)者認(rèn)為揚(yáng)子板塊強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)使未固結(jié)的碳酸鹽沉積物在剪切或拉張力作用下形成裂隙，此后成巖作用中晚期發(fā)生的壓溶作用又對(duì)深埋的碳酸鹽沉積物中的裂隙進(jìn)行強(qiáng)烈改造，形成了如今我們看到的更為顯著的網(wǎng)紋[15](圖7)。

圖4 裂縫形成過程示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[10])·代表泥質(zhì)質(zhì)點(diǎn)；°代表灰質(zhì)質(zhì)點(diǎn)；箭頭代表運(yùn)動(dòng)方向Fig.4 Sketch showing crack formation

圖5 寶塔灰?guī)r壓溶成巖模式(據(jù)文獻(xiàn)[12]修改)Fig.5 Diagenetic model related to pressure dissolution of Pogada limestone

圖6 A.在網(wǎng)狀條帶包圍的碳酸鹽結(jié)核上的同位素取樣點(diǎn)，樣本AFI-13-58，湖南張家界溫塘剖面；B.左圖中取樣點(diǎn)的δ13C和δ13O值(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)Fig.6 A.Stable C and O isotope sample spots across a carbonate nodule bounded by network bands, sample AFI-13-58, Wentang section, Zhangjiajie, Hunan province; B.δ13C and δ13O values of the sample spots in the left picture

圖7 “龜裂紋”灰?guī)r的成因示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[15]修改)a.沉積階段；b.受構(gòu)造應(yīng)力和成巖作用的淺埋藏階段；c.受壓溶作用的深埋藏階段；d.表生風(fēng)化作用階段Fig.7 Sketch showing the origin of cracked limestone

3.5 其它成因

除上述成因解釋外，在過去幾十年的研究中，還有不少地質(zhì)學(xué)家結(jié)合寶塔組呈現(xiàn)出的其它一些巖石學(xué)或地層學(xué)特征等證據(jù)給出了特殊的解釋。有學(xué)者通過將寶塔組網(wǎng)紋構(gòu)造與前人提出的“反密度碎屑沉積層在負(fù)載作用下形成的準(zhǔn)同生變形構(gòu)造”[49]進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，兩者不管是外部形態(tài)還是內(nèi)部構(gòu)造均十分相似，再結(jié)合古生物組合，部分富泥網(wǎng)紋中顯示出火焰狀構(gòu)造或泄水構(gòu)造等證據(jù)，認(rèn)為寶塔組網(wǎng)紋構(gòu)造是一種成巖早期形成的準(zhǔn)同生變形構(gòu)造[16]。也有學(xué)者認(rèn)為寶塔灰?guī)r特殊的網(wǎng)紋構(gòu)造是形成于水深140～450 m之間，與疊層石生長相伴生的生物遺跡構(gòu)造[17]；或者是在盆地遷移驅(qū)動(dòng)機(jī)制造就的特殊生態(tài)環(huán)境空間下，與角石相抗衡的大型軟體生物在軟底上爬行、覓食、刷行和拖尾等留下的生活行跡或其它未知造跡生物留下的痕跡形成了寶塔組的特殊網(wǎng)紋[18]。還有學(xué)者將寶塔灰?guī)r同密集層段(又稱海底硬地)[50-51]進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，二者均具有沉積時(shí)水深最大、沉降幅度大、沉積速率低及分布廣泛且?guī)r性穩(wěn)定等特征，因此認(rèn)為寶塔灰?guī)r在成巖早期可能是一種碳酸鹽海底硬地，而網(wǎng)紋則是海底硬地水下收縮的結(jié)果[19]。

4 討論

近年來，隨著新證據(jù)的發(fā)現(xiàn)和地球化學(xué)分析方法的引入，對(duì)于部分成因解釋的判斷目前已有定論。越來越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)鳥眼構(gòu)造并不僅僅保存于極淺水或間斷暴露的潮上沉積物中，而且可以形成于潮下至潮上各種低能條件的沉積環(huán)境中[52-54]。松散砂樣靜置模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，鳥眼孔中的“滲流”粉砂不一定都是暴露條件下滲流水作用的結(jié)果[54]。因此，僅憑與寶塔灰?guī)r共生的鳥眼構(gòu)造及其下部充填了滲流粉砂兩個(gè)現(xiàn)象并不能支持“暴露干裂成因”的解釋。顯微鏡下觀察結(jié)果顯示，網(wǎng)紋中有沿裂隙方向分布的原巖殘留體[9]，網(wǎng)紋中的泥質(zhì)[10]和生屑種類[14]與其包圍的灰?guī)r基本一致，由網(wǎng)紋與“圍巖”的關(guān)系可以說明，寶塔組的特殊網(wǎng)紋構(gòu)造并非先暴露干裂，再充填而形成(吳勁薇等[55]提出的“一般干裂狀態(tài)下充填”模式，見其1989年發(fā)表的文獻(xiàn)圖2)。地化分析的結(jié)果也表明，晚奧陶世寶塔期處于較深水環(huán)境[12,56-58]，與暴露干裂成因所要求的潮坪淺水環(huán)境截然不同。而且寶塔組網(wǎng)紋裂縫與“干縮裂紋”的特征也并不一致[47-48]。因此網(wǎng)紋構(gòu)造并非潮上帶干裂成因已在學(xué)界取得共識(shí)。

眾所周知，寶塔組得名于其層中盛產(chǎn)的中華震旦角石(Sinoceraschinense)，但最新的研究成果顯示，Sinoceraschinense僅產(chǎn)于我國華南(除珠江盆地)、云南西部、新疆和西藏等地，華北地區(qū)和國外并沒有確切的化石記錄[59]。緬甸和泰國也有幾乎一樣的同期地層，其中的三葉蟲和腕足動(dòng)物群基本一致；北歐(瑞典)奧陶系也發(fā)育了類似的地層(紫紅色，具有類似的網(wǎng)紋沉積構(gòu)造)。由此，筆者認(rèn)為許效松[18]提出的“生物遺跡成因”證據(jù)有待商榷，因?yàn)榫哂芯W(wǎng)紋構(gòu)造的北歐奧陶系并沒有角石的記錄，這說明網(wǎng)紋并非“抗衡角石”的遺跡。況且，揚(yáng)子地區(qū)的寶塔組覆蓋面積高達(dá)1 500 000 km2，很難想象在如此大的范圍內(nèi)，處于生物大輻射的晚奧陶世，多種生物會(huì)留下近乎一致的“生活行跡”。至于陳均遠(yuǎn)等[17]提到的“與疊層石生長相伴生的生物遺跡構(gòu)造”一說，首先需要明確的是疊層石主要生活在潮間淺水地帶，營光合作用而生長。但泥晶灰?guī)r一般指示潮下較深、較靜水的沉積，此時(shí)海水深度可能已超過了透光帶[11]，故這種說法至少在沉積環(huán)境的判斷上出現(xiàn)了矛盾。而且筆者在旺蒼地區(qū)野外考察的過程中并未見到疊層石，這一點(diǎn)也有學(xué)者曾經(jīng)證實(shí)[16]。由此可見，生物成因的解釋也不具說服力。

有學(xué)者[10, 60]對(duì)四川廣元向北至川陜交界處和烏當(dāng)?shù)貐^(qū)的黃花沖組地層進(jìn)行橫向?qū)Ρ群蟀l(fā)現(xiàn)，在這些構(gòu)造和埋藏環(huán)境大致相同的地區(qū)并未發(fā)育網(wǎng)狀裂縫。另外，筆者在重慶萬盛國家地質(zhì)公園的考察中發(fā)現(xiàn)，寶塔組中的中華震旦角石通常跨越多個(gè)網(wǎng)狀條帶，但沒有被裂縫切割，在與裂縫相交的地方也未見殼面偏移或破壞，相反，裂縫條帶總是沿其周圍彎曲并沿殼體表面外部繼續(xù)發(fā)育(圖1)。這也表明寶塔組的沉積物在成巖作用期間沒有經(jīng)歷過構(gòu)造破壞。而且筆者在對(duì)廣元旺蒼進(jìn)行野外地質(zhì)考察的過程中尚未在寶塔組發(fā)現(xiàn)其它構(gòu)造成因的現(xiàn)象，因此本文認(rèn)為構(gòu)造作用不應(yīng)是研究寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造形成機(jī)理的重要考量因素。

最后，關(guān)于海底硬地及準(zhǔn)同生變形構(gòu)造等說法，筆者認(rèn)為其解釋也未令人信服。王澤中[19]僅根據(jù)寶塔組與海底硬地某些特征相似便將網(wǎng)紋當(dāng)作海底硬地收縮的結(jié)果，顯然證據(jù)并不充分。除了以上相似的性質(zhì)外，我們同時(shí)還應(yīng)注意到海底硬地具有厚度極薄、富含有機(jī)質(zhì)及缺乏陸源物質(zhì)等重要特點(diǎn)[10]，但這些寶塔組均不具備。此外，Christ Nicolasetal.[61]的最新研究成果也顯示，揚(yáng)子地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)有海底硬地的證據(jù)。因此將寶塔組等同于海底硬地的觀點(diǎn)也不夠完善。至于用“反密度碎屑沉積層”機(jī)理去解釋網(wǎng)紋構(gòu)造的成因，并無其他學(xué)者觀察到周傳明所見到的火焰構(gòu)造或泄水構(gòu)造，筆者在旺蒼唐家河剖面也未發(fā)現(xiàn)。寶塔灰?guī)r的巖性單一(生屑泥晶灰?guī)r)，與相鄰巖層間也不存在明顯的密度差異[14]，故“準(zhǔn)同生變形構(gòu)造”一說也無法令人信服。

至于“水下收縮(膠縮)成因”一說，后來也有學(xué)者提出了諸如無法確定碳酸鈣微粒是否呈膠體狀態(tài)[11]、缺乏水下產(chǎn)生收縮裂紋的物理學(xué)條件[16]、鸚鵡螺殼體未發(fā)生殼壁破損[14]等質(zhì)疑。另一方面，寶塔組生物門類發(fā)育情況顯示為窄鹽度生物如頭足類、三葉蟲等，并與陸源碎屑的出現(xiàn)互為消長，這說明水化學(xué)條件具有多變性，并不利于“膠體”的形成，因此寶塔灰?guī)r的網(wǎng)紋構(gòu)造為“膠縮成因”的觀點(diǎn)也有待商榷。

目前這些爭議也有待進(jìn)一步研究加以判斷、證實(shí)。目前筆者調(diào)研文獻(xiàn)的情況來看，用成巖作用機(jī)理解釋寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造的成因，證據(jù)相對(duì)充分，既有詳盡的成巖模式假設(shè)[10,12]，也有地化分析數(shù)據(jù)支持[14]。實(shí)際上，水下收縮裂紋(膠體或非膠體脫水收縮)的成因解釋也包含了成巖作用的過程(泥質(zhì)膠體在上覆水體和沉積物的壓實(shí)作用下脫水收縮)，只是其機(jī)理如前文所述，尚存爭議。

目前，奧陶系寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造的成因研究還存在許多問題需要解決，比如：寶塔灰?guī)r廣布揚(yáng)子板塊1 500 000 km2的面積，不同地區(qū)寶塔灰?guī)r的特征差異是否有可能是由于古地理環(huán)境的不同而造成的？又或者說，單一的成因解釋能否解釋分布如此之廣而層位如此局限的網(wǎng)紋構(gòu)造？另外，Zhanetal.[14]提出寶塔組的網(wǎng)紋構(gòu)造是成巖作用下碳酸鹽巖巨型瘤狀凸起，筆者在旺蒼唐家河剖面考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)寶塔組底部有厚約2～3 m的地層發(fā)育似瘤狀構(gòu)造而非網(wǎng)紋構(gòu)造(圖8)，為何同屬寶塔組的相鄰層段卻沒有發(fā)育相同的網(wǎng)紋構(gòu)造？前人僅給出了網(wǎng)紋和似瘤狀構(gòu)造發(fā)育的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律[10,18]，但尚未給出合理解釋，這也將是筆者下一步研究的方向之一。最后，揚(yáng)子區(qū)的寶塔組沉積出現(xiàn)在華南奧陶紀(jì)生物大輻射期間，寶塔組產(chǎn)出的豐富動(dòng)物群的變化與這種特殊沉積構(gòu)造的發(fā)育是否存在聯(lián)系？

圖8 與網(wǎng)紋構(gòu)造相鄰發(fā)育的瘤狀構(gòu)造，四川廣元旺蒼唐家河剖面寶塔組圖A為主視圖，圖B為圖A右方的側(cè)視圖Fig.8 Nodular structure adjacent to network structure formation in Pagoda Formation, Tangjiahe section of Wangcang, Guangyuan, Sichuan

5 四川旺蒼地區(qū)寶塔灰?guī)r的新發(fā)現(xiàn)

對(duì)四川廣元旺蒼唐家河剖面的野外考察過程中，筆者發(fā)現(xiàn)了一些尚未在前人的成果中提及的特殊現(xiàn)象，比如，在垂直于灰色寶塔灰?guī)r的層面上發(fā)現(xiàn)了一些“黑色細(xì)紋”。細(xì)紋的長度從幾毫米到幾厘米不等，寬度僅1～2 mm，層面上可見部分細(xì)紋相互切割或者數(shù)條細(xì)紋匯聚的現(xiàn)象。細(xì)紋在平行層面方向上的分布差異較大，部分層面少見細(xì)紋(圖9A)，而部分層面多見，呈多角度雜亂分布，無定向性(圖9B)；在垂直層面方向上，細(xì)紋呈現(xiàn)出定向排列的特征，大部分均與地層平行，但也有部分與地層垂直，切穿平行的細(xì)紋(圖9C)。但“黑色細(xì)紋”的現(xiàn)象僅在灰色寶塔灰?guī)r中可見，目前在紅色寶塔灰?guī)r中尚未發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)紋切穿層中的生物碎屑(圖10A)，薄片內(nèi)可見呈脈狀的黑色固態(tài)物質(zhì)附著在晶體表面(圖10B,C)，疑似固體瀝青。熒光顯微鏡下觀察后發(fā)現(xiàn)，在與細(xì)紋相交的縫合線中發(fā)現(xiàn)有部分瀝青充填(圖10D縫合線中發(fā)熒光的部分)和疑似含鐵礦物，但細(xì)紋無熒光(圖10E,F)。據(jù)此，可以推測(cè)黑色細(xì)紋可能是在同生成巖作用階段，半固結(jié)的沉積物在上覆壓力作用下產(chǎn)生微裂縫，而灰?guī)r中的泥質(zhì)也在壓力作用下充填到裂縫中，形成了現(xiàn)在層面上見到的“黑色細(xì)紋”。至于縫合線中出現(xiàn)的固體瀝青，筆者認(rèn)為可能是油氣運(yùn)移時(shí)的殘留物，因?yàn)榇_有前人曾在寶塔組中進(jìn)行過油氣勘探，由此證實(shí)寶塔組中發(fā)育的縫合線很可能是裂縫性油氣藏的運(yùn)移通道。

另外，筆者還發(fā)現(xiàn)部分寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造的形態(tài)、泥質(zhì)含量隨沉積旋回而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化(圖11)，網(wǎng)紋灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r之間似乎也存在著某種旋回性(圖8)，這又是否說明網(wǎng)紋構(gòu)造的成因還受控于沉積旋回？網(wǎng)紋構(gòu)造成因的爭議尚待進(jìn)一步系統(tǒng)研究，這些新發(fā)現(xiàn)也還有待更為深入的分析，或許能為后期網(wǎng)紋構(gòu)造的成因解釋提供新的證據(jù)。

6 結(jié)論

(1) 奧陶系寶塔灰?guī)r為泥晶灰?guī)r或生屑泥晶灰?guī)r，以發(fā)育特殊的網(wǎng)紋構(gòu)造為特征，廣泛分布于揚(yáng)子板塊。

(2) 寶塔灰?guī)r網(wǎng)紋構(gòu)造的成因有多種不同的解釋：暴露干裂成因、水下膠縮成因、水下收縮成因、成巖作用成因、成巖—構(gòu)造作用成因、準(zhǔn)同生變形構(gòu)造、生物遺跡成因、海底硬地收縮等，至今尚無統(tǒng)一定論。目前學(xué)界已基本取得共識(shí)的是，這種網(wǎng)紋構(gòu)造并非干裂成因；生物遺跡、海底硬地、準(zhǔn)同生變形構(gòu)造等成因解釋缺乏足夠的證據(jù)支持；水下膠縮、成巖作用以及構(gòu)造作用等成因解釋仍在熱烈討論中。

(3) 在四川旺蒼唐家河剖面寶塔灰?guī)r中新發(fā)現(xiàn)了一些特殊現(xiàn)象：灰色寶塔灰?guī)r中發(fā)育非瀝青充填的“黑色細(xì)紋”，具體組分有待進(jìn)一步研究；網(wǎng)紋構(gòu)造的形態(tài)、泥質(zhì)含量等在垂向上表現(xiàn)出旋回性。這些新發(fā)現(xiàn)或許能為后期網(wǎng)紋構(gòu)造的成因解釋提供新的證據(jù)。

圖9 寶塔灰?guī)r層面上的“黑色細(xì)紋”特征，四川廣元旺蒼唐家河剖面A,B均為平行層面方向，C為垂直層面方向；a,b,c為A,B,C(拋光面)對(duì)應(yīng)的層面清繪圖Fig.9 The "black fine lines" on Pogada limestone, Tangjiahe section of Wangcang, Guangyuan, Sichuan

圖10 單偏光(A、B、C、E)和熒光(D、F)顯微鏡下的微縫合線和黑色細(xì)紋B、C、D為圖A黃框中的局部放大，黑色細(xì)紋和縫合線的位置如圖所示Fig.10 Microstylolite and black fine lines under polarization and fluorescence microscope

圖11 野外露頭剖面上網(wǎng)紋構(gòu)造隨沉積旋回呈現(xiàn)出的規(guī)律性變化，四川廣元旺蒼唐家河剖面寶塔組Fig.11 Regular change of network structure along with the sedimentary cycle on field outcrops, Pagoda Formation, Tangjiahe section of Wangcang, Guangyuan, Sichuan

致謝 感謝中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所詹仁斌研究員提供有關(guān)資料并進(jìn)行多次有益交流探討，論文在修改過程中得到了西南石油大學(xué)地科院陳景山教授、董兆雄教授、張廷山教授和曾偉副教授的寶貴意見和建議，西南石油大學(xué)地科院趙敬松副教授為論文提供了鏡下薄片鑒定支持，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師林峰為論文提供了熒光實(shí)驗(yàn)支持，張星宇先生為本文提供了重慶萬盛地區(qū)中華震旦角石的野外照片，在此一并表示感謝！最后，感謝審稿人及編輯部提出的寶貴意見。

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Research of the Origin of Network Structure in the Ordovician Pagoda Limestone：Advances and New Discovery

LIAO JiJia1,2, MA SiHao1,2, LIAO MingGuang1,2, XIAO XueWei1,2, LIN Dan3,4, HE WenLiang5, LIAO JiHao5

1. Natural Gas Geology Key Laboratory of Sichuan Province, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China 2. School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, China 3. Sichuan Key Laboratory of Shale Gas Evaluation and Exploitation, Chengdu 610091, China 4. Sichuan Coalfield Geology Bureau, Chengdu 610072, China 5. CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company, Nanchong 637000, China

Pagoda limestone, which is widely distributed in Yangtze area, refers to a set of micritic limestone or bioclastic micritic limestone in Ordovician Pagoda Formation. The unique network structure is developed pervasively throughout the entire Pagoda Formation in bedding-plan view, and these networks are similar to turtle shell or horseshoe, so it is also known as "turtle-shell cracks" or "horseshoe cracks". In this study, combining with the field survey in Tangjiahe section of Wangcang in Sichuan province, we systematically reviewed the literature on the issue of the unique network structure, and summarized the main views about the explanations. Up to now, agreements have been achieved that the cracks should not be considered as an evidence of desiccation during surface exposure; biogliph, hardground and other origins are lack of evidence; while syneresis, diagenesis and other causes are still in heated discussion. In addition, some new phenomena were observed on Tangjiahe section, for example, we found the black fine lines on the bedding surface of gray Pagoda limestone. Both the existing problems and the new findings may boost the study on the origin of the special network structure in Pagoda Formation. They can also help improve our understanding of the mechanisms of the special networks.

Ordovician; Pagoda limestone; network structure; the explanation of origin; new discovery

1000-0550(2017)02-0241-12

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.02.004

2016-12-08； 收修改稿日期： 2017-01-27

油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(PLN1523)；四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(16ZA0078)；西南石油大學(xué)青年教師“過學(xué)術(shù)關(guān)”項(xiàng)目(201231010014)[Foundation: Open Fund of State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, No. PLN1523; Major Project of Education Department in Sichuan Province, No. 16ZA0078; Young scholars development fund of Southwest Petroleum University No. 201231010014]

廖紀(jì)佳，男，1983年出生，博士，講師，沉積學(xué)和儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)，E-mail: liaojijia198433@163.com

廖明光，男，教授，E-mail: liaomg@swpu.edu.cn

P512.2 P534

A