塔西北下寒武統(tǒng)風暴活動特征及其沉積學響應

白瑩，羅平，劉偉，曹穎輝，徐兆輝，王珊，龔驥遙

1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083 2.中國石油渤海鉆探工程有限公司第二鉆井分公司，河北廊坊 065007

0 引言

在塔西北阿克蘇露頭區(qū)可見多套類型不同的下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組風暴巖，它們微觀上可具由菌藻類直接或間接形成的微生物結構，宏觀上多與形態(tài)各異的微生物丘共生或混生。這種鮮有研究的組合整體上符合風暴沉積的宏觀定義[1-7]，也與“貧乏骨骼的風暴?！边@一標準地質現(xiàn)象相對應[8-13]。宋金民等[14-15]曾對塔西北蘇蓋特布拉克地區(qū)的風暴下部回流沉積物進行研究，并將與三葉蟲碎片伴生的藍細菌凝塊結構整體歸為機械成因，但并未從生物成因方面進行考慮；另一方面，與風暴巖伴生的微生物丘往往被識別為截切生物丘，并被認為是鑒別碳酸鹽巖風暴沉積的重要標志，這一約定俗成的概念忽視了微生物丘對風暴上部回流的減弱和阻擋作用[16-18]。

因此，本文立足于塔西北蘇蓋特布拉克地區(qū)和昆蓋闊坦地區(qū)，在野外露頭實測和鏡下薄片鑒定的基礎上，闡明了塔西北下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組的風暴沉積特征，并對微觀微生物結構以及宏觀微生物建造的保存和分布關系進行探討，力求為“貧乏骨骼的風暴海”這個地質時期提供一個較為典型的實例，同時也為風暴沉積的進一步研究提供一定的思考。

1 研究區(qū)地質背景

研究工區(qū)位于新疆阿克蘇地區(qū)烏什縣境內，東北距阿克蘇市約70～80 km，構造分區(qū)上屬于柯坪斷隆東段(圖1)。晚震旦世末期柯坪運動導致地殼區(qū)域性上升，寒武系底界與震旦系奇格布拉克組之間呈平行不整合接觸，之后直到志留紀工區(qū)始終處于穩(wěn)定克拉通發(fā)展階段。早寒武世塔里木板塊漂移至岡瓦納古陸西部，大致位于赤道附近，早期經(jīng)歷了大規(guī)模海侵后，不整合面上沉積了分布廣泛的黑色頁巖、含磷硅質巖和磷塊巖，并以此為基礎形成了碳酸鹽緩坡，之后受持續(xù)海退的影響逐漸演變?yōu)闇\水鑲邊碳酸鹽臺地[15,19-22]。研究層位肖爾布拉克組下伏玉爾吐斯組，上覆吾松格爾組，沉積時間約為521～515 Ma，主要沉積環(huán)境為緩坡—臺地邊緣沉積。工區(qū)內肖爾布拉克組厚度約為100～200 m，可分為“下黑上白”兩段，其中下段為深灰色塊狀包殼凝塊石云巖，主要發(fā)育層狀微生物巖；上段為淺灰色塊狀凝塊石云巖，主要發(fā)育風暴沉積與塊狀微生物巖[20-22]。

2 研究區(qū)風暴沉積特征

風暴沉積多分布在熱帶風暴頻頻發(fā)生的熱帶淺海陸棚區(qū)，可被視為淺海陸棚環(huán)境的典型沉積物，其整體分帶特征主要受控于“三面”，包括平均海平面(MSL)、正常浪基面(FWB)和風暴浪基面(SWB)[1,14,17-18]；另一方面事件性爆發(fā)的風暴災害天氣具有四期(可依次分為平靜期—高峰期—衰減期—停息期)周期活動特征，作為風暴沉積的直接驅動力，具有五種與風暴相關的流態(tài)：風暴下部回流(分為風暴碎屑流和風暴濁流)、風暴渦流，以及風暴上部回流(分為風暴漫流和風暴潮流)。因此，風暴沉積的發(fā)育位置和沉積特征主要受控于“三面”、“四期”、“五流態(tài)”(表1)。

圖1 塔西北地質簡圖及其相關露頭位置Fig.1 Geological map of NW Tarim Basin and location of the study area

表1 塔西北地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組風暴流態(tài)模式Table 1 Flow regime model of the Xiaoerbulak Formation, Lower Cambrian, NW Tarim Basin

2.1 蘇蓋特布拉克地區(qū)風暴沉積序列特征

蘇蓋特布拉克地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組風暴沉積物整體厚約20～30 m，單條剖面可見多套風暴巖和丘狀微生物丘相間發(fā)育，呈混生關系，其具體表現(xiàn)為風暴平息，微生物丘發(fā)育；風暴來臨，微生物丘遭到截切，丘塌積物可見于風暴巖中(圖2)。

筆者結合風暴沉積物的沉積特征與發(fā)育環(huán)境，總結出了4種風暴沉積序列(圖3)：

序列I1為風暴下部回流—風暴濁流沉積，為風暴衰減期至停息期的產(chǎn)物，分布在SWB以下的外緩坡環(huán)境，以遞變紋層段(E1)為主要識別特征，巖性主要為具毫米級遞變層理的亮晶砂—粉屑灰?guī)r(圖4a)，對應細組分碎屑流與海水充分混合后形成的低密度流[14,16-18]。背景沉積物為外緩坡正常沉積物，由于水體深度過大微生物結構普遍不發(fā)育，巖性以泥晶灰?guī)r為主，有時可含少量砂屑，多具水平層理。

圖2 蘇蓋特布拉克地區(qū)微生物丘—風暴巖沉積特征Fig.2 Bioherm and tempestite characteristics in the Sugaitblak area

圖3 蘇蓋特布拉克地區(qū)肖爾布拉克組風暴序列類型Fig.3 Types of storm deposit sequences in the Lower Cambrian, Xiaoerblak Formation, Sugaitblak area

序列II1(圖4b)主要發(fā)育在SWB和FWB之間，中緩坡下部，背景沉積物為條帶狀灰?guī)r，鏡下可見微生物席構造(圖4c)，可視為發(fā)育微生物席的無擾動席底[23-24]。微生物席主要由毫米級微生物紋層構成，多與有機質共生，部分可被浸染，整體呈彌散狀且延伸較遠。序列II1整體具二元結構，由下部：風暴渦流—風暴碎屑流沉積物，以及上部：風暴下部回流沉積物組成。其中下部沉積物為風暴高峰期產(chǎn)物[14,25-27]，主要由礫屑段構成，底層可見沖刷—充填構造，可包括沖刷侵蝕面，渠模、缽模等。礫屑段自下而上可分為三亞段。竹葉狀礫屑段(A1)位于底部，整體厚約3～10 cm，下部礫屑呈板條狀，多平行層面分布，約(0.4～1)×(0.5～2) cm2，整體分選不好，磨圓度差，多呈棱角狀。上部礫屑多為竹葉狀，約(0.2～0.5)×(0.3～1.5) cm2，多呈雜亂狀至“V”字狀排列，磨圓度整體較差，該段自下而上反映風暴渦流對底質的逐漸改造過程(圖4d)；粒狀礫屑段(A2)位于中部，礫屑大小約(0.1～1)×(0.4～2) mm2，整體成分復雜，可包括席底碎片、微生物丘碎片以及部分它源砂屑，分選不好，雜亂分布，可見大礫屑之間被小礫屑和砂屑充填，整體上礫屑具有一定的磨圓度，多呈次棱角狀—次圓狀(圖4e)。生屑礫屑段(A3)位于上部，生屑以三葉蟲和骨針為主，大小約(0.1～2)×(0.5～3) mm2，多呈彎曲狀至長條狀，生屑多具包殼結構，基質以泥晶灰?guī)r為主，可含少量砂屑。生屑和砂屑之間可見房室狀表附菌零星發(fā)育，直徑約0.2～1 mm(圖4f)。A2到A3段反映了風暴流的性質已從風暴渦流演變?yōu)轱L暴碎屑流[14]。風暴下部回流沉積物對應風暴高峰期至衰減期產(chǎn)物，自下而上可見具有粒序結構、厚約3～5 cm的砂屑層(B段)，厚約5～10 cm的平行層理段(C)(圖4g)，以及厚約20 cm的丘狀紋層段(D)，頂面可見具有水平層理的深灰色泥質灰?guī)r段(E2)。

序列III1主要發(fā)育在中緩坡上部，大致位于FWB附近，該序列的標志性構造為微生物截丘構造，具有典型的二元結構(圖5a)。侵蝕間斷面下部微生物丘一般高1～2 m左右，可分為丘基、丘核、丘蓋這三部分。丘基位于底部，厚約0.5 m ，主要由深灰色泥晶灰?guī)r、層紋石灰?guī)r和凝塊石灰?guī)r組成，為微生物丘發(fā)育的基礎，也可看作是斜坡背景沉積物(圖5b)。丘核位于中部，厚約1.5 m ，主要由凝塊石灰?guī)r組成，具有團狀凝塊(圖5c)，直徑約0.1～2 cm，鏡下主要由房室狀表附菌凝塊狀顯微組構組成，直徑約0.5～2.5 mm(圖5d)。丘蓋位于頂部，厚約0.5 m ，主要由顆粒白云巖組成，鏡下可見大小不一、成分復雜的礫石呈雜亂狀分布，礫石大小約(0.3～2)×(0.4～3) mm2(圖5e)。

微生物丘的頂部和側部可見明顯的截切侵蝕間斷面(圖5a)。間斷面之上主要為掏蝕微生物丘的風暴碎屑流沉積物，該沉積物主要由粒狀礫屑段(A2)構成，可見受風暴改造的微生物丘碎片呈礫屑產(chǎn)出(圖6a)，大小約(0.2～2)×(0.3～2.5) mm2，多與礫級—粗砂級包殼顆粒以及部分無機砂屑伴生，指示微生物丘受到了強風暴的改造。風暴碎屑流沉積物的上部為生屑礫屑段(A3)，生屑大小約(0.1～0.8)×(0.2～2.5) mm2，可見生屑呈漂浮狀分布于泥晶基質，部分生屑邊緣可見由于微生物生長而產(chǎn)生的凝塊結構，此外還有大量成分復雜的砂屑與丘屑與生屑伴生，可能為風暴上部回流受到微生物丘的阻擋，折回后帶回來了的大量砂屑沉積物(圖6b)。至上部則漸變?yōu)檫f變紋層段(E1)。

圖5 蘇蓋特布拉克地區(qū)風暴沉積序列III1微生物丘特征a.序列III1，微生物截丘構造以及由丘基、丘核、丘蓋構成的微生物丘，與上部風暴沉積物以一侵蝕間斷面相間隔；b.丘基，鏡下可見微生物紋層構造，紋層厚約0.3 mm，以及弱凝塊結構，凝塊直徑約0.5 mm；c.丘核，宏觀可見團狀凝塊，最大直徑大約1.8 cm；d.丘蓋，鏡下可見成巖作用較強烈的房室狀表附菌，最大直徑大約2mm；e.丘蓋，鏡下可見礫石結構，大小約(0.4～1.5)×(0.5～2.4) mm2Fig.5 Characteristics of type III1 tempestites and bioherms in the Sugaitblak area

圖6 蘇蓋特布拉克地區(qū)風暴沉積序列III1上部風暴沉積物和序列IV1沉積特征a.序列III1，粒狀礫屑段(A2)，礫屑主要由微生物丘碎片組成，大小約(0.4～1.5)×(0.5～1.8) mm2；b.序列III1，生屑礫屑段(A3段)，可見漂浮在泥晶基質中的生屑，大小約(0.1～0.4)×(0.2～2.2) mm2，右上角黃箭頭處可見凝塊構造；c.序列IV1，粒狀礫屑段(A2)，大小約(0.3～0.8)×(0.3～2) mm2，隱約可見包殼構造；d.序列IV1，粒序段(B)，見生屑，左下角的凝塊構造由房室狀表附菌構成，直徑約0.3～1.5 mm，右上角的凝塊構造由枝狀表附菌構成，集合體約(0.1～0.8)×(0.2～2.5) mm2，引自文獻[15]Fig.6 Characteristics of type III1 and type IV1 tempestites in the Sugaitblak area

序列IV1主要發(fā)育在FWB之上，MSL之下，位于微生物丘后部，大致對應內緩坡沉積環(huán)境。沖越截切微生物丘的風暴上部回流沉積物覆蓋在富砂背景沉積物之上，其下部為粒狀礫屑段(A2)，礫屑大小約(0.2～1)×(0.3～2.5) mm2，成分復雜，部分隱約具有包殼構造(圖6c)。上部主要為粒序段(B)，砂級顆粒主要由大量包殼顆粒以及少量的三葉蟲碎片構成，部分可見由表附菌構成的顯微凝塊構造，可包括房室狀表附菌以及枝狀表附菌(圖6d)。

2.2 昆蓋闊坦地區(qū)風暴沉積序列特征

昆蓋闊坦地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組風暴沉積物厚約10～20 m。與蘇蓋特布拉克地區(qū)相比，單條剖面的風暴沉積序列數(shù)量較少，僅為幾個；風暴沉積序列厚度較小，僅為幾十厘米左右；僅見一套透鏡狀微生物丘，與風暴巖呈共生關系，即風暴平息，微生物丘發(fā)育；風暴來臨，微生物丘停止生長。

在昆蓋闊坦地區(qū)識別出了4種微生物丘—風暴巖沉積序列(圖7)：

序列I2形成于風暴衰減期至停息期，主要為外緩坡相風暴濁流沉積，總體沉積特征和序列I1類似。

序列II2位于中緩坡下部，形成于風暴高峰期，主要為風暴渦流—風暴碎屑流沉積，背景沉積物為具有泥晶包殼、亮晶核心結構的包殼顆粒，約(0.3～1)×(0.3～6) mm2(圖8a)，可向上過渡為具有微生物紋層結構的微生物席，指示水體的局限性向上逐漸減弱，流動性向上逐漸增強。風暴沉積物發(fā)育在微生物席底之上，和序列II1相比，其二元結構不甚明顯。竹葉狀礫屑段(A1)，礫屑約(0.3～2)×(1～8) cm2，基本呈斷續(xù)狀近平行層面分布(圖8b)，個別可見礫屑一端被掀起，一端尚未脫離基底(圖8c)，指示弱風暴渦流。生屑礫屑段(A3)，可見生屑漂浮在具有明顯的席狀結構的泥晶基質中(圖8d)。砂屑層(B)具有粒序結構，整體來說A3-B段對應風暴碎屑流到風暴下部回流的轉變。

圖7 昆蓋闊坦地區(qū)肖爾布拉克組風暴序列類型Fig.7 Types of storm deposit sequences in the Lower Cambrian, Xiaoerblak Formation, Kungaikuotan area

圖8 昆蓋闊坦地區(qū)風暴沉積序列II2和序列III2特征a.序列II2，具有包殼結構的背景沉積物，大小約(0.5～0.8)×(0.5～5) mm2；b.序列II2，竹葉狀礫屑段(A1)，宏觀上礫石平行層面分布，礫石大小約(0.5～1)×(1.5～7) cm2；c.序列II2，竹葉狀礫屑段(A1)，可見礫石右端尚未脫離基底，左端被掀起；d.序列II2，生屑礫屑段(A3)，生屑漂浮在具有明顯的席狀結構的泥晶基質中；e.透鏡狀微生物丘，宏觀上見花斑狀凝塊；f.宏觀上的花斑狀凝塊主要由枝狀表附菌構成，表附菌集合體約(0.5～2)×(2～5) mm2Fig.8 Characteristics of type II2 and type III2 tempestites in the Kungaikuotan area

序列III2的背景沉積物為包殼顆粒，指示較為局限的環(huán)境。位于中緩坡上部的透鏡狀微生物丘(圖8e)在微觀上主要由枝狀表附菌(圖8f)組成，集合體大小約(0.3～2.5)×(1～6) mm2。丘下部可見粒序段(B)，巖性主要為薄層狀砂屑白云質灰?guī)r，指示被礁體擋回的風暴上部回流。

序列IV2主要發(fā)育在FWB之上的內緩坡環(huán)境，位于微生物丘的后部。背景沉積物為球粒灘，球粒多呈黏聚狀，直徑約0.2 mm(圖 9a)，球粒聚集程度的差異可顯示出紋層結構，鏡下可見球粒過于密集的地方可出現(xiàn)壓溶縫合線構造(圖9b)。正常沉積物之上為沖越層狀微生物丘的風暴上部回流沉積物。上部主要為成分復雜的砂礫屑粒序段(B)，下部多見包殼顆粒和核形石碎片(圖9c)，上部多為砂屑，部分視域可見由灌木狀微生物組成的房室狀表附菌集群形成的顯微凝塊，直徑約0.2～2 mm，邊緣可見由暗色泥晶套(圖9d)。粒序段(B)可向上漸變?yōu)楹蛄５哪噘|灰?guī)r(E2)。

3 塔西北地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組風暴沉積模式

根據(jù)塔西北下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組風暴沉積特征(圖10)，可見受控于“三面”、“四期”、“五流態(tài)”的風暴沉積具有不同的沉積特征，也對生物的活動和生長具有不同的影響[27]。

平靜期為緩坡沉積物正常沉積時期，未見明顯的風暴沉積物，指示風暴尚未發(fā)生，或距離上一段風暴活動有一段時間。此時微生物主要通過兩種方法參與成巖。第一種是中緩坡下部—外緩坡環(huán)境下，微生物群與沉積環(huán)境相互作用，在水動力條件較好的環(huán)境以造席為主，而在較為局限的環(huán)境以則以包殼作用為主。第二種是中緩坡上部—內緩坡環(huán)境下，微生物通過自身生長—鈣化的方式建架成丘，在開闊地區(qū)發(fā)育丘狀微生物丘建造，以枝狀表附菌建架成礁，較為局限的地區(qū)發(fā)育層狀微生物丘建造，以房室狀表附菌建架成礁。

高峰期為風暴活動的強盛時期，此時風暴作用強度較大，活動頻率較高。此時風暴中心往往位于中緩坡，風暴對沉積物的改造主要包括對底質的刨蝕沖刷作用，以及顆粒物質的卷揚作用。因此，其對生物活動的影響也主要體現(xiàn)在兩個方面：

首先，強烈的風暴渦流可將原地巖層撕裂扯起。首先風暴可改造底質背景沉積物。由于此處背景沉積物為微生物席底，自身礦化作用導致微生物席過早固結，而位于席間的無機成因灰?guī)r多處于半固結狀態(tài)，因此在風暴撕扯構造中可見背景沉積物多沿席面斷裂但微生物席本身并無變形現(xiàn)象，而變形及與基底相連部分往往為無機成因灰?guī)r。成層斷裂的礫屑多呈板狀，在渦流的持續(xù)作用下邊角可被磨損成竹葉狀。渦流過后礫屑在底部迅速堆積并形成竹葉狀灰?guī)r，由于堆積速度過快這些礫屑往往按照渦流原本的漩渦形狀進行排列。其次風暴作用可對微生物丘造成影響。其具體表現(xiàn)在平靜期形成的微生物丘逐漸停止生長，或者被風暴作用破壞并產(chǎn)生丘屑。這也能從側面說明枝狀表附菌所形成的丘狀微生物丘抗浪形較弱，而房室狀表附菌所形成的層狀微生物丘抗浪形更強[28-29]。另外風暴高峰期可導致大生物的死亡和埋藏，但是在指示風暴高峰期的竹葉狀灰?guī)r中卻不見蹤跡，這是由于風暴的卷揚作用將其搬離原地的緣故。具體過程將在衰減期進行敘述。

圖9 昆蓋闊坦地區(qū)風暴沉積序列IV2特征a.序列IV2，球粒灘，球粒呈黏聚狀，直徑約0.2 mm；b.序列IV2，球粒密集之處可見壓溶縫合線構造；c.序列IV2，粒序段(B)，下部礫屑成分復雜，礫屑多由包殼顆粒和核形石碎片組成；d.序列IV2，粒序段(B)，上部多由砂屑組成，砂屑之間可見顯微凝塊構造，主要由房室狀表附菌構成，大小約0.5～1.8 mmFig.9 Characteristics of type IV2 tempestites in the Kungaikuotan area

圖10 塔西北地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組風暴沉積模式Fig.10 Depositional model of the Lower Cambrian Xiaoerblak Formation, NW Tarim Basin

衰減期為風暴活動的減弱時期，此時風暴活動頻率逐漸減緩，強度也有所減弱。風暴渦流在高峰期可將部分顆粒物質卷起并呈懸浮狀態(tài)，風暴衰減時懸浮顆粒形成風暴下部回流和風暴上部回流[15,18]。風暴下部回流的驅動力主要為風暴作用力以及重力，主要包括風暴碎屑流以及風暴濁流，無法將兩者區(qū)分時可統(tǒng)稱為風暴下部回流沉積。其中風暴碎屑流主要位于SWB之上，中緩坡下部，主要由分選不好、成分復雜的粗顆粒物質構成，搬運不遠但有一定磨圓度。風暴碎屑流的上部具有明顯的粒序結構，指示衰減期風暴作用對顆粒產(chǎn)生的向上托舉力已經(jīng)逐漸開始減弱；一般可含有大量完整度不高的生屑，為風暴高峰期死亡的生物異地埋藏所致，生屑邊緣可見包殼結構和凝塊結構，加之指示強水動力的房室狀表附菌零星發(fā)育卻沒有建架成礁，說明風暴作用雖然強度已經(jīng)減弱，但仍在持續(xù)。風暴碎屑流在SWB之下發(fā)展為外緩坡相風暴濁流沉積，為風暴碎屑流的細組分與海水充分混合后形成的低密度流，形成毫米級或厘米級遞變紋層，說明此時風暴活動已經(jīng)完全停止，重力和海流作用力取代風暴作用力，已經(jīng)成為了風暴濁流沉積的主要動力。由于深水環(huán)境不適合微生物的生長發(fā)育，因此風暴停息期并沒有微生物構造發(fā)育。

風暴上部回流包括風暴漫流和風暴潮流[15,18]。對于發(fā)育風暴沉積的地區(qū)來說，一方面強大的風暴上部回流會再次沖蝕微生物丘，并將頂部破碎的微生物丘碎屑和生屑搬運至丘后部的半開闊—半局限臺地中。由于微生物丘的阻攔作用會減弱上部回流的風暴能量并將其打回，因此風暴沉積物往往搬運距離不遠，而且容易呈尖滅狀—透鏡狀產(chǎn)出。其中富砂的半開闊臺地上部回流沉積物中可發(fā)育表附菌顯微凝塊構造；而在發(fā)育球粒結構的半局限臺地則多發(fā)育帶包殼結構的顯微凝塊構造。另一方面，風暴上部回流可被微生物丘阻擋并折回，折回后的沉積物多為砂屑，且不含生物結構。風暴衰減期后期，風暴上部回流將無法沖越甚至到達微生物丘，因此總體上來說風暴下部回流存在的時間遠大于上部回流，這也能從側面說明為什么絕大多數(shù)風暴模式都建立在下部回流的基礎上。

4 討論

4.1 風暴沉積的主控因素

露頭觀察和室內鑒定結果表明，風暴巖的發(fā)育位置和沉積特征主要受控于“三面”，包括MSL、FWB和SWB；“四期”，包括平靜期、高峰期、衰減期與停息期；“五流態(tài)”，包括風暴下部回流(包括風暴碎屑流和風暴濁流)、風暴渦流與風暴上部回流(包括風暴漫流和風暴潮流)。然而，在蘇蓋特布拉克地區(qū)，風暴沉積序列自下而上表現(xiàn)為“E1”、“A1+ A2+ A3+ B + C + D + E2”、“A2+ A3+E1”、“A2+ B”；在昆蓋闊坦地區(qū)，風暴沉積序列自下而上表現(xiàn)為“E1”、“A1+ A3+ B”、“B”、“B+E2”。這是因為風暴沉積特征還可受控于古風暴中心的三維發(fā)育位置。

早寒武世塔里木板塊位于岡瓦納古陸西部，受洋脊強烈擴張的影響，塔里木板塊開始快速向北東漂移，直到泥盆紀板塊才處于相對靜止的狀態(tài)[21-22]。受限于碳酸鹽巖剩磁強度較弱以及重磁化影響，目前有關塔里木盆地寒武紀古緯度的恢復并沒有取得實質性進展。僅有學者曾恢復出塔里木板塊在震旦紀早期位于49.20° S，至早奧陶世末期位于20° S[30]。近年來有學者利用雅爾當山下奧陶統(tǒng)白云崗組的樣品，得出早奧陶世塔里木板塊大致位于5°～30° S[31]。根據(jù)塔里木板塊的移動方向可以推測出早寒武世塔里木板塊大致位于5°～49.20°之間，這與風暴的主要形成緯度5°～45°大致對應[32]。但目前在塔里木盆地其他地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)下寒武統(tǒng)風暴沉積，加之塔西北地區(qū)蘇蓋特布拉克剖面發(fā)育的V字排列礫石為風暴中心——風暴渦流的直接沉積證據(jù)[25]，因此塔西北地區(qū)可以視作塔里木盆地早寒武世的古風暴中心，而蘇蓋特布拉克地區(qū)可視作塔西北地區(qū)的古風暴中心。

位于古風暴中心的蘇蓋特布拉克地區(qū)，其風暴沉積特征和昆蓋闊坦地區(qū)具有明顯的區(qū)別：首先，無論是風暴礫屑層厚度，還是風暴礫屑大小，蘇蓋特布拉克地區(qū)均明顯大于昆蓋闊坦地區(qū)，而且前者風暴礫巖多為雜亂狀—花狀排列，而后者多呈平行—似平行狀排列；其次，在昆蓋闊坦地區(qū)丘狀層理不甚發(fā)育，而蘇蓋特布拉克地區(qū)可見比較明顯的丘狀層理和渠模，而后者更接近于理想的風暴下部回流沉積序列；最后，房室狀表附菌與枝狀表附菌相比，前者指示更加強大的水動力環(huán)境，一般也具有更強的抗浪性，加之由房室狀表附菌構成的丘狀微生物丘出現(xiàn)了截丘構造，這也許能說明昆蓋闊坦地區(qū)并不位于古風暴的中心發(fā)育位置。其之所以出現(xiàn)和蘇蓋特布拉克地區(qū)類似的沉積特征，并嚴格受控于“三面”、“四期”、“五流態(tài)”這三種因素，是由于位于古風暴中心位置的強烈颶風波及范圍較廣的緣故，這種沉積現(xiàn)象同樣可見于美國威斯康星州上寒武統(tǒng)地層中[32]。

古風暴的中心發(fā)育位置會影響微生物丘—風暴巖沉積序列的整體特征。比如在風暴平靜期，蘇蓋特布拉克地區(qū)發(fā)育微生物席構造，指示開闊環(huán)境，而昆蓋闊坦地區(qū)發(fā)育包殼構造，指示較為局限的環(huán)境。兩者均處于緩坡—臺地沉積環(huán)境，卻出現(xiàn)了較為截然的沉積現(xiàn)象，這可能是因為前者較大的風暴作用力加速了水體的流動，并帶來了充足的氧氣和養(yǎng)料，而后者則略顯遜色。加之風暴高峰期、衰減期與停息期，蘇蓋特布拉克地區(qū)也多發(fā)育與微生物直接相關的凝塊構造，而昆蓋闊坦地區(qū)仍然可見包殼結構，這也許能說明為什么蘇蓋特布拉克地區(qū)可發(fā)育較為壯觀的多套微生物丘—風暴巖沉積組合，而昆蓋闊坦地區(qū)卻僅發(fā)育一套透鏡狀微生物丘。

4.2 “貧乏骨骼的風暴海”形成條件

“貧乏骨骼的風暴?！币话闾刂负浼o至早奧陶世，這個承前啟后的地質時期主要包含了兩個引人注目的地質現(xiàn)象。

第一個現(xiàn)象是早托莫特期早期發(fā)生的顯生宙早期第一幕藍細菌鈣化作用事件，為微生物碳酸鹽巖的“寒武紀—早奧陶世復蘇期”揭開序幕[8-13]。然而在早寒武世，后生生物和微生物共同形成的復合礁開始廣泛發(fā)育于南歐、中東、北美和澳大利亞等地區(qū)，因此早寒武世也被稱作是“后生動物的先驅階段”[33]。因此塔西北地區(qū)這種微生物丘—風暴巖組合也可被理解為“時錯相”[34-36]?！皶r錯相”多存在于滅絕事件之后，但這與早寒武世實際情況顯然不符，這是因為除了物種滅絕，環(huán)境因素也可以影響微生物碳酸鹽巖的豐度。比如在波斯灣和巴哈馬現(xiàn)代碳酸鹽巖臺地，后生動物往往在開闊的海洋環(huán)境中成礁，因為后生動物的生長需要富氧、貧養(yǎng)的恒溫水域[37-45]。雖然在早寒武世早期，較高的全球大氣二氧化碳含量可導致溫室效應，而且大規(guī)模海侵事件可引起塔里木板塊海水的“貧養(yǎng)反饋”，但較高的波浪和風暴能量可以加快水體的流動，因此下部營養(yǎng)豐富的水體可以被及時補充進來[39-47]。加之強大的水動力條件可引起海水濁化，因此古杯類的分布與多樣化被貧氧富氧渾濁的海水環(huán)境抑制[33,48]。但對于微生物來說，新元古代末期的“雪球”冰期，全球氣候變暖，大氣中氧氣含量的升高激活了微生物的二氧化碳濃縮機制，加之早寒武世較高的大氣溫度和二氧化碳水溶量可增加海水中碳酸鈣的飽和度，從而可促進微生物鈣化，進而導致本區(qū)大量的鈣化微生物得以保存并參與微生物礁的建造[39-45]。

第二個現(xiàn)象是以竹葉狀礫屑為代表的風暴沉積物廣泛發(fā)育在寒武紀至早奧陶世地層中。通過對塔西北露頭區(qū)的觀察，筆者認為這種現(xiàn)象主要由三個因素決定：1)竹葉狀灰?guī)r的直接成因是因為板塊在相應的地史時期位于赤道附近，受赤道風暴帶的影響非常強烈[25-26]。2)前文已經(jīng)指出竹葉狀灰?guī)r產(chǎn)自被風暴改造過的、發(fā)育無擾動微生物席構造的條帶狀灰?guī)r。而這種無擾動微生物席底僅僅發(fā)育在沒有大生物擾動，或者大生物尚未出現(xiàn)的時代。因此奧陶紀生物多樣性重大事件(GOBE: Great Ordovician Biodiversification Event)之后，大生物擾動的出現(xiàn)導致無擾動席底再次轉變?yōu)榛旌舷?，而于此相關條帶狀灰?guī)r的缺失，直接限制了地層中竹葉狀灰?guī)r的含量和分布[49-50]，另外加里東運動導致的大規(guī)模造山運動使得志留紀后部分地區(qū)轉化為碎屑巖沉積而非微生物碳酸鹽巖沉積也是值得考慮的因素之一[1]。至三疊紀，地層中重新出現(xiàn)竹葉狀灰?guī)r，同樣是因為Pangaean古陸位于低緯度帶內，受赤道颶風、臺風以及由對流形成的巨型季風的影響非常強烈[1]，加之二疊紀大滅絕事件(End-Permian Mass Extinction)導致早三疊世微生物巖富集，發(fā)育無擾動微生物席的條帶狀灰?guī)r重新出現(xiàn)的緣故[36,51]。3)大生物的缺乏使得風暴沉積鮮受生物擾動的影響，以及微生物丘對非風暴水流的減弱和阻擋作用避免了風暴沉積的二次改造，因此事件性風暴沉積可以完整地保存下來，易于識別且特征明顯。

5 結論

本文為“貧乏骨骼的風暴?！边@一承前啟后的地質時期提供一個較為典型的實例，同時也為風暴沉積的進一步研究提供一定的思考。

(1) 在塔西北阿克蘇露頭區(qū)，蘇蓋特布拉克地區(qū)和昆蓋闊坦地區(qū)均發(fā)育微生物丘—風暴巖沉積序列。風暴巖宏觀上與微生物丘混生或共生，微觀上可見不同類型的微生物結構。

(2) 風暴沉積序列I至IV的沉積環(huán)境依次為外緩坡、中緩坡下部、中緩坡上部、內緩坡，說明風暴沉積的分布位置主要受控于“三面”，包括MSL、FWB、SWB。風暴沉積序列I至IV的相應流態(tài)依次為“風暴下部回流(包括風暴碎屑流和風暴濁流)—風暴濁流”、“風暴渦流—風暴碎屑流—風暴下部回流”、“風暴碎屑流—風暴上部回流(包括風暴漫流和風暴潮流)”、“風暴上部回流”，分別對應“風暴衰減期至停息期”、“風暴高峰期”、“風暴衰減期”、“風暴衰減期”，加之主要形成于“風暴停息期”的背景沉積物，可見風暴沉積序列的特征可受控于“四期”、“五流態(tài)”。

(3) 蘇蓋特布拉克地區(qū)和昆蓋闊坦地區(qū)的風暴沉積序列仍具有明顯的區(qū)別，這是因為風暴沉積特征還可受控于風暴中心的三維發(fā)育位置的緣故。

(4) “貧乏骨骼的風暴?！钡男纬蓷l件主要包括微生物碳酸鹽巖的繁榮昌盛，以及竹葉狀礫屑為代表的風暴沉積物的廣泛發(fā)育。其中前者主要取決于物種滅絕事件以及環(huán)境的影響，而后者的產(chǎn)生主要取決于板塊位置和微生物的大量發(fā)育，保存主要取決于生物擾動的缺乏和微生物丘的阻擋作用。