四川廣元清風(fēng)峽剖面上泥盆統(tǒng)風(fēng)暴沉積特征及其古環(huán)境意義*

黃 程 沈宇葳 文 馨

1 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500 2 西南石油大學(xué)碳酸鹽巖沉積-成巖地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500 3 中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部，四川成都 610041

1 概述

風(fēng)暴沉積是指受風(fēng)暴作用影響而形成的一種特殊事件沉積，常見(jiàn)于正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間的淺海陸棚區(qū)(Balletal.， 1967;嚴(yán)欽尚，1984;Aigner，1985;金振奎等，1995;李壯福和郭英海，2000)，亦見(jiàn)于正常浪基面之上的三角洲、陸架和潮坪(孟祥化等，1986;胡明毅和賀萍，2002;Myrowetal.， 2008)或?yàn)I淺湖環(huán)境(杜遠(yuǎn)生等，2001;李磊等，2013)。古代風(fēng)暴事件沉積的直接物質(zhì)記錄為風(fēng)暴巖，其形成通常與特殊的古地理、古氣候密切相關(guān)(Duke，1985;Jinetal.， 2013)。因此，自風(fēng)暴沉積和風(fēng)暴巖的概念提出以來(lái)(Kelling and Mullin，1975;Aigner，1979)，風(fēng)暴事件沉積一度成為國(guó)、內(nèi)外沉積學(xué)界的研究熱點(diǎn)(劉寶珺等，1986;陳林洲等，1991;龔一鳴，1993;白萬(wàn)備等，2018)，其研究時(shí)代從前寒武紀(jì)跨越至新生代(李壯福和郭英海，2000;宋金民等，2012;李磊等，2013)。不同學(xué)者對(duì)風(fēng)暴沉積的研究主要集中于3方面： (1)風(fēng)暴事件沉積標(biāo)志的識(shí)別及其沉積過(guò)程分析(Allen，1982;Dott and Bourgeois，1982;Itoetal.， 2001;Yangetal.， 2006;Quin，2011;Di Celmaetal.， 2020)；(2)不同沉積環(huán)境風(fēng)暴沉積序列的建立(Aigner，1982，1985;劉寶珺等，1986;孟祥化等，1986;陳林洲等，1991;胡明毅和賀萍，2002)；(3)基于風(fēng)暴沉積過(guò)程的古環(huán)境、古氣候、盆地演化歷史的恢復(fù)(Brandt and Elias，1989;Myrowetal.， 2008;Jinetal.， 2013;景宇軒等，2015)。特別是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵地史時(shí)期的風(fēng)暴沉積過(guò)程分析，可以為該時(shí)期氣候、環(huán)境變遷歷程提供重要的沉積學(xué)證據(jù)。

中—晚泥盆世之交的環(huán)境變化和氣候變遷對(duì)泥盆紀(jì)生態(tài)系統(tǒng)造成了重大影響，從而拉開(kāi)了顯生宙五大生物滅絕事件之一的晚泥盆世生物滅絕事件的序幕(Walliser，1996;House，2002)。然而，目前對(duì)于中—晚泥盆世之交環(huán)境和氣候變化的認(rèn)識(shí)仍存在爭(zhēng)議。通過(guò)剖析中—晚泥盆世之交風(fēng)暴事件的沉積過(guò)程，可以為中—晚泥盆世之交氣候、環(huán)境變遷歷程提供重要的沉積學(xué)證據(jù)。在泥盆系發(fā)育良好的龍門(mén)山地區(qū)，早泥盆世—中泥盆世風(fēng)暴巖已有大量報(bào)道(如魏欽廉等，2011；許安濤等，2018；張昊等，2019)，然而，晚泥盆世初期風(fēng)暴巖的系統(tǒng)研究幾乎沒(méi)有。這主要與兩方面因素有關(guān)： 一方面，以大量層孔蟲(chóng)礁灰?guī)r發(fā)育為特征的觀霧山組一直以來(lái)被認(rèn)為是中泥盆世吉維特期地層，其頂部地層的穿時(shí)特征(跨越中—上泥盆統(tǒng)界線)一直沒(méi)有引起足夠重視，缺少牙形石年代學(xué)證據(jù)；另一方面，龍門(mén)山地區(qū)晚泥盆世初期地層(土橋子組底部)形成于盆地邊緣環(huán)境(鮮思遠(yuǎn)等，1995)，缺少風(fēng)暴沉積學(xué)證據(jù)。本研究以野外露頭和室內(nèi)巖相分析為基礎(chǔ)，結(jié)合古生物年代學(xué)分析，首次對(duì)四川廣元清風(fēng)峽剖面上泥盆統(tǒng)觀霧山組碳酸鹽風(fēng)暴沉積特征、風(fēng)暴沉積序列進(jìn)行了詳細(xì)解剖，系統(tǒng)論述了研究區(qū)風(fēng)暴巖的古地理、古緯度、古氣候意義，試圖為上揚(yáng)子地區(qū)中—晚泥盆世之交的生物—環(huán)境事件研究提供重要的古環(huán)境信息。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

龍門(mén)山地區(qū)位于上揚(yáng)子地塊西緣，四川盆地與松潘—甘孜造山帶之間，北接西秦嶺構(gòu)造帶，南臨康滇構(gòu)造帶(圖 1-a)。自揚(yáng)子地臺(tái)基底固結(jié)之后，龍門(mén)山地區(qū)經(jīng)歷了兩大構(gòu)造演化階段。

第一階段，震旦紀(jì)—中三疊世的裂陷活動(dòng)使龍門(mén)山地區(qū)發(fā)育了一系列NE向同沉積正斷層，形成了拉張背景下的斷陷盆地沉積(羅志立等，1988;龍學(xué)明，1991;劉文均等，1999)。由于受志留紀(jì)末期加里東運(yùn)動(dòng)的影響，上揚(yáng)子地塊整體抬升為陸，僅在受斷裂沉降控制的上揚(yáng)子古陸周緣有巨厚的泥盆系沉積(侯鴻飛等，1988)。從早泥盆世開(kāi)始，海水自西部松潘—甘孜海侵入龍門(mén)山坳陷區(qū)，形成濱岸碎屑沉積。中—晚泥盆世，海侵范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，開(kāi)始向北東超覆，形成碎屑巖—碳酸鹽巖混積陸棚相、碳酸鹽巖臺(tái)地相、臺(tái)緣斜坡相和盆地邊緣相沉積(龍學(xué)明，1991;鮮思遠(yuǎn)等，1995)。

龍門(mén)山沉積坳陷區(qū)內(nèi)的泥盆系呈NE-SW向的帶狀分布于北川—廣元地區(qū)，其中以唐王寨—仰天窩一帶泥盆系發(fā)育最完整(甘溪剖面，厚約4700 m)，自下而上發(fā)育平驛鋪組(D1p)、白柳坪組(D1b)、甘溪組(D1gx)、謝家灣組(D1xj)、二臺(tái)子組(D1et)、養(yǎng)馬壩組(D1-2y)、金寶石組(D2j)、觀霧山組(D2-3gw)、土橋子組(D3tq)、小嶺坡組(D3xl)、沙窩子組(D3sw)、茅壩組(D3m)和長(zhǎng)灘子組(D3ct)。平驛鋪組至白柳坪組為砂質(zhì)海岸環(huán)境下的陸源碎屑沉積序列，由石英砂巖、泥巖及部分雜砂巖組成；甘溪組至金寶石組為陸源碎屑巖與海相碳酸鹽巖混合型地層，代表混積陸棚沉積；觀霧山組至長(zhǎng)灘子組主要為碳酸鹽巖夾生物礁層，代表碳酸鹽巖臺(tái)地沉積(侯鴻飛等，1988;鮮思遠(yuǎn)等，1995)。

第二階段，由于晚三疊世以來(lái)中國(guó)南北大陸的拼合作用和印度—?dú)W亞板塊的碰撞作用，龍門(mén)山地區(qū)的早期正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)，形成具有“南北分段，東西分帶”特征的褶皺—沖斷構(gòu)造(Chen and Wilson，1996;劉文均等，1999;劉樹(shù)根等，2009)(圖 1-b)，最后在龍門(mén)山?jīng)_斷帶及川西前陸盆地形成巨厚的陸相沉積。

3 研究材料與方法

本次研究實(shí)測(cè)的清風(fēng)峽剖面位于四川省廣元市朝天區(qū)北部約2 km附近的清風(fēng)峽谷公路旁(圖 1-c，1-d)， GPS位置為105°52′45.65″ E、 32°39′24.75″ N，大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子板塊西北緣的龍門(mén)山?jīng)_斷帶北段(圖 1-b)。剖面泥盆系自下而上發(fā)育金寶石組和觀霧山組，厚約41.6 m。本研究以野外巖相學(xué)和沉積學(xué)特征觀察為基礎(chǔ)，對(duì)剖面觀霧山組進(jìn)行系統(tǒng)野外分層，并對(duì)剖面中部(第16-17層)各期次風(fēng)暴巖(共6期)的沉積構(gòu)造特征進(jìn)行詳細(xì)描述和分析。以野外分層為基礎(chǔ)，對(duì)剖面觀霧山組系統(tǒng)采集巖石薄片樣品47件、牙形石樣品15件。

a—龍門(mén)山造山帶與鄰區(qū)構(gòu)造單元示意圖；b—龍門(mén)山斷裂帶構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)熊連橋等，2019；有修改)及清風(fēng)峽剖面位置； c—研究區(qū)地質(zhì)圖；d—清風(fēng)峽剖面露頭，亮黃色虛線為風(fēng)暴巖出露位置圖 1 四川廣元清風(fēng)峽剖面位置及其鄰區(qū)地質(zhì)背景圖Fig.1 Location of Qingfengxia section in Guangyuan City，Sichuan Province and adjacent areas’ geological maps

按照Huang和Gong(2016)所述微體化石處理方法，開(kāi)展室內(nèi)牙形石樣品的碎樣、酸解、分選、挑樣和鑒定工作。通過(guò)對(duì)鑒定出的牙形石化石(共3屬11種)進(jìn)行生物年代學(xué)分析，從而卡定風(fēng)暴巖的形成時(shí)間。通過(guò)偏光顯微鏡觀察觀霧山組薄片中巖性和古生物特征，詳細(xì)分析風(fēng)暴巖及其沉積背景。以沉積環(huán)境分析為基礎(chǔ)，結(jié)合風(fēng)暴沉積構(gòu)造組合特征，建立不同風(fēng)暴沉積序列，分析風(fēng)暴沉積過(guò)程。牙形石前處理在西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院微體古生物實(shí)驗(yàn)室完成。牙形石和薄片拍照在西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

4 巖性地層與生物地層特征

由于受古地貌影響，雖然清風(fēng)峽剖面泥盆系僅發(fā)育金寶石組和觀霧山組(圖 2)，但是其地層演化特征與甘溪剖面具有相似性，顯示混積陸棚向碳酸鹽巖臺(tái)地演化過(guò)程。

金寶石組厚約11.46 m，由多個(gè)向上變淺的沉積旋回組成(第0-8層)。旋回底部為灰綠色薄層粉砂巖、泥巖，具水平層理，旋回上部為淺黃色中—厚層石英細(xì)砂巖，石英含量達(dá)80%以上，石英顆粒呈次棱角狀，分選較好，砂巖層具逆粒序特征、可見(jiàn)楔狀交錯(cuò)層理，顯示濱岸沉積環(huán)境。在金寶石組頂部(第8層)，灰質(zhì)組分逐漸增多，由鈣質(zhì)石英砂巖逐漸向含砂屑的生屑泥晶灰?guī)r過(guò)渡，見(jiàn)雙殼類(lèi)、棘皮類(lèi)生屑，顯示陸源碎屑與碳酸鹽巖混合沉積過(guò)程。

右側(cè)野外照片中帶圈的阿拉伯?dāng)?shù)字代表風(fēng)暴巖期次(共6期)；風(fēng)暴沉積柱狀圖中A-F代表風(fēng)暴序列中不同沉積單元(A—礫屑段，B—粒序?qū)永矶危珼—丘狀交錯(cuò)層理段，F(xiàn)—水平層理段)；巖性柱一列中：M—泥晶灰?guī)r，W—顆粒泥晶灰?guī)r，P—泥晶顆?；?guī)r，G—亮晶顆粒灰?guī)r，C—礫屑灰?guī)r圖 2 四川廣元清風(fēng)峽剖面地層、巖性和風(fēng)暴巖特征Fig.2 Stratigraphy, lithology and characteristics of tempestites in Qingfengxia section，Guangyuan City，Sichuan Province

a—泥晶灰?guī)r，少量竹節(jié)石生屑因生物擾動(dòng)呈環(huán)狀分布(亮黃色箭頭處)，單偏光，第10層底部；b—泥晶生屑灰?guī)r，大量生屑因生物擾動(dòng)呈環(huán)狀分布(亮黃色箭頭處)，單偏光，第9層底部；c—細(xì)晶白云巖，單偏光，第16層底部；d—泥晶生屑灰?guī)r，見(jiàn)棘皮類(lèi)、腕足類(lèi)化石，單偏光，第16層中部；e—含白云石泥晶灰?guī)r，含少量腹足類(lèi)化石，染色片，單偏光，第16層上部；f—生屑似球?；?guī)r，似球粒充填于腹足體腔內(nèi)，顆粒灰?guī)r與泥灰?guī)r之間為風(fēng)暴侵蝕面(虛線處)，染色片，單偏光，第17層下部；g—生屑泥晶灰?guī)r，生屑主要為腕足類(lèi)、腹足類(lèi)，腹足殼體內(nèi)發(fā)育示頂?shù)讟?gòu)造，單偏光，第18層中部；h—生物灰?guī)r，生物主要為保存完整的腕足類(lèi)，單偏光，第18層上部；i—生屑泥晶灰?guī)r，生屑主要為較破碎的介形類(lèi)和腹足類(lèi)，單偏光，第19層下部。T—竹節(jié)石；G—腹足類(lèi)；E—棘皮類(lèi)；O—介形類(lèi)；B—腕足類(lèi)圖 3 四川廣元清風(fēng)峽剖面觀霧山組巖性和古生物顯微照片F(xiàn)ig.3 Photomicrographs of lithology and palaeontology in the Guanwushan Formation at Qingfengxia section， Guangyuan City，Sichuan Province

觀霧山組厚30.14 m(圖 2)。觀霧山組下部(第9-14層)為具瘤狀結(jié)構(gòu)的灰色薄—中層生屑泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r夾泥巖，生物擾動(dòng)構(gòu)造較發(fā)育(生物擾動(dòng)指數(shù)約為2～3)(圖 3-a，3-b)(Tayloretal.， 2003)，生物豐度和分異度均較高，以窄鹽度生物為主(圖 3-a，3-b)，如腕足類(lèi)、牙形石、竹節(jié)石、棘皮類(lèi)等，部分層位(第14層)發(fā)育腕足類(lèi)生物層，代表水體相對(duì)開(kāi)闊的臺(tái)地環(huán)境。觀霧山組中部(第15-17層)為灰色中層生屑顆粒灰?guī)r、似球粒顆?；?guī)r夾礫屑灰?guī)r、細(xì)晶白云巖(圖 3-c至3-f)，生屑主要為棘皮類(lèi)、腹足類(lèi)、雙殼類(lèi)等，發(fā)育粒序?qū)永?、丘狀交錯(cuò)層理等。根據(jù)礫屑灰?guī)r分布特征，自下而上可識(shí)別出6期風(fēng)暴巖，分布于第16層底部(第1期)、第16層頂部(第2-3期)和第17層底部(第4-6期)(圖 2)。觀霧山組上部(第18-20層)為灰色中層生屑泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r夾泥巖、泥晶灰?guī)r，見(jiàn)水平層理，生物種類(lèi)相對(duì)單一，以廣鹽度生物為主，如腹足類(lèi)、雙殼類(lèi)、介形類(lèi)等(圖 3-f至3-i)，僅部分層位(第18層)可見(jiàn)窄鹽度生物，如腕足類(lèi)和牙形石。因此，觀霧山組上部地層(第18-20層)總體代表水體相對(duì)局限的臺(tái)地環(huán)境，即半局限—局限臺(tái)地環(huán)境(圖 2)。觀霧山組與下伏金寶石組呈整合接觸，與上覆中二疊統(tǒng)梁山組呈假整合接觸。

a，e，f—Mesotaxis asymmetrica(Bischoff and Ziegler);b—Polygnathus decorosus Stauffer;c，d—Mesotaxis guanwushanensis(Tian);g，h—Icrio￣dus brevis Stauffer;i—Icriodus subterminus Youngquist;j—Icriodus symmetricus Branson and Mehl;k，l—Icriodus expansus Branson and Mehl;m—Polygnathus reitlingerae Ovnatanova and Kononova;n～p—Polygnathus webbi Stauffer;q—Polygnathus alatus Huddle;r—Polygnathus praepolitus Kononova。標(biāo)本a～f、h～m、r采自觀霧山組第9層；標(biāo)本g、n～q采自觀霧山組第18層。除標(biāo)本b、m為側(cè)視外，其余標(biāo)本均為口視圖 4 四川廣元清風(fēng)峽剖面觀霧山組牙形石生物組合Fig.4 Conodont assemblage of the Guanwushan Formation at Qingfengxia section，Guangyuan City，Sichuan Province

龍門(mén)山地區(qū)泥盆系標(biāo)準(zhǔn)剖面(甘溪剖面)觀霧山組厚約480 m，巖性具有三段式特征： 底部為生物礁灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r；中部為強(qiáng)烈白云巖化的泥晶生屑灰?guī)r、細(xì)晶白云巖；頂部為生屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r夾細(xì)晶白云巖(侯鴻飛等，1988)。前人牙形石生物地層研究結(jié)果顯示觀霧山組橫跨中—上泥盆統(tǒng)界線，觀霧山組頂部為晚泥盆世弗拉期早期沉積物(龔大明，1990;蔣武等，1996)。清風(fēng)峽剖面觀霧山組牙形石生物組合為:Mesotaxisguanwushanensis(=falsiovalis)，M.asymmetrica，Icriodusbrevis，I.expansus，I.subterminus，I.symmetricus，Polygnathusalatus，Pol.decorosus，Pol.reitlingerae，Pol.praepolitus，Pol.webbi(圖4)。

該組合中的標(biāo)準(zhǔn)分子M.guanwushanensis常分布于弗拉期早期的下M.guanwushanensis帶至Palmatolepistransitans帶(江大勇等，2000;Lietal.，2009)，M.asymmetrica常見(jiàn)于弗拉期早期的上M.guanwushanensis帶至下Pa.hassi帶(Ziegler and Sandberg，1990;江大勇等，2000)，其余分子主要分布于中泥盆世吉維特期晚期至晚泥盆世弗拉期早—中期(龔大明，1990;Ziegler and Sandberg，1990)。因此，綜合巖性、牙形石組合特征來(lái)看，清風(fēng)峽地區(qū)觀霧山組為晚泥盆世弗拉期早期地層，對(duì)應(yīng)甘溪剖面觀霧山組頂部地層。

5 風(fēng)暴沉積特征

5.1 風(fēng)暴沉積構(gòu)造

在淺海陸棚區(qū)，由風(fēng)暴作用引起的風(fēng)暴潮以強(qiáng)大的動(dòng)力將攪起的海底沉積物攜帶至不同環(huán)境，形成一系列特殊的沉積構(gòu)造，如底面侵蝕構(gòu)造、粗粒滯留沉積、風(fēng)暴撕裂構(gòu)造、風(fēng)暴浪構(gòu)造(如丘狀交錯(cuò)層理、洼狀交錯(cuò)層理、粒序?qū)永?、平行層理?以及多向水流組構(gòu)等(Aigner，1982;Allen，1982;Duke，1985;陳林洲等，1991;張哲等，2008)。

5.1.1 丘狀、洼狀交錯(cuò)層理

丘狀、洼狀交錯(cuò)層理是識(shí)別風(fēng)暴沉積最典型的標(biāo)志。它們通常被認(rèn)為是風(fēng)暴擺動(dòng)波和旋渦流觸及淺海底床形成的風(fēng)暴層理構(gòu)造(孟祥化等，1986)，或者是風(fēng)暴浪與沉積底流干涉效應(yīng)的結(jié)果(Dukeetal.， 1991)。丘狀交錯(cuò)層理的底部為傾角很小的波狀侵蝕面，其上為與底面平行的寬緩波狀層系，層系曲面向上凸和向下凹，頂面為微凸圓丘狀，向四周緩緩傾斜(圖 5-e，5-f)。根據(jù)丘狀交錯(cuò)層理的層系組合特征，可劃分為簡(jiǎn)單式、復(fù)合式和疊加式(陳林洲等，1991)。研究區(qū)僅發(fā)育簡(jiǎn)單式丘狀交錯(cuò)層理，即由單個(gè)層系組成1層丘狀體，厚約2～3 cm，單個(gè)丘體波長(zhǎng)與波高比值在3︰ 1至5︰1之間(圖 5-f)。單個(gè)層系由多個(gè)紋層組成，紋層由生屑泥晶灰?guī)r組成，生屑顆粒順層分布。紋層厚度約2 mm，紋層傾角較緩(6°～8°)。單個(gè)丘體紋層厚度不均，丘體上凸部紋層較平直、厚度較小，朝凹槽方向紋層逐漸變厚。

相對(duì)于研究程度較高的丘狀交錯(cuò)層理而言，洼狀交錯(cuò)層理的概念還不十分明確，目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為洼狀交錯(cuò)層理是丘狀交錯(cuò)層理的伴生部分，即向上凸起丘之間的向下凹的部分(陳世悅等，2010;蔡全升等，2020)。雖然洼狀交錯(cuò)層理有孤立產(chǎn)出的實(shí)例，但是通常都是與露頭現(xiàn)象不完整有關(guān)(陳世悅等，2010;蔡全升等，2020)。研究區(qū)內(nèi)洼狀交錯(cuò)層理與丘狀交錯(cuò)層理伴生，以低角度切割淺洼坑，淺洼寬度一般為5～6 cm，其內(nèi)部充填平行于洼坑底界的細(xì)層，向上變?yōu)槠骄彶罨虮舜似叫械膶永?圖 5-f)。

5.1.2 底面侵蝕構(gòu)造

風(fēng)暴底面侵蝕構(gòu)造是由風(fēng)暴渦流、潮流、回流以及風(fēng)暴重力流對(duì)海底沉積物沖刷、侵蝕、掏蝕而留下的各種侵蝕充填構(gòu)造，其中包括沖刷面、渠模、袋模和缽模等。清風(fēng)峽剖面觀霧山組風(fēng)暴侵蝕構(gòu)造主要為渠模、沖刷面(圖 5-a，5-b)，分別代表風(fēng)暴的強(qiáng)、弱侵蝕作用。沖刷面構(gòu)造見(jiàn)于風(fēng)暴流沉積底部，沖刷面呈波狀起伏截切下伏巖層，侵蝕面寬度為2～20 cm，深度為1～3 cm(圖 5-b)。沖刷面之上為鈣質(zhì)礫屑。渠模構(gòu)造發(fā)育于風(fēng)暴沉積底部，渠模兩壁近垂直切入下伏沉積物中，渠模寬約3 cm，深約5 cm，充填物為砂屑灰?guī)r(圖 5-a)。

5.1.3 粗粒滯留沉積

風(fēng)暴粗粒滯留沉積是由風(fēng)暴渦流、風(fēng)暴浪作用將原地半固結(jié)的沉積物擊碎卷起，將部分礫屑或介殼搬運(yùn)至另一地區(qū)沉積下來(lái)，另一部分礫屑或介殼由于風(fēng)暴能量的衰減而迅速堆積于原地。清風(fēng)峽地區(qū)粗粒滯留沉積主要為異地或近原地礫屑，分布于侵蝕面之上。礫屑成分單一，均為泥晶灰?guī)r。礫屑長(zhǎng)0.2～7 cm(圖 6)，形態(tài)多樣，如彎曲狀、撕扯狀、帶狀、扁片狀和竹葉狀等(圖 5-a至5-e)。部分彎曲狀、竹葉狀礫屑呈花瓣?duì)睢⒎派錉?、倒“小”字狀排列于砂屑灰?guī)r中(圖 5-c，5-d)，礫屑之間以顆粒支撐為主，該組構(gòu)橫向分布不穩(wěn)定。部分異地礫屑分選和磨圓度均較好，呈疊瓦狀排列，與上部介殼層呈波狀起伏接觸(圖 5-e)，顯示單向水流特征。

a—底面侵蝕構(gòu)造，渠模內(nèi)充填砂屑灰?guī)r，侵蝕構(gòu)造之上為礫屑層，第16層底部；b—底面侵蝕構(gòu)造，侵蝕面之上為倒“小”字狀排列的礫屑，礫石磨圓度較好，具正粒序，第16層上部；c—具花瓣?duì)罱M構(gòu)的2期風(fēng)暴礫屑層，礫屑為泥晶灰?guī)r，第2期礫屑層之上為粒序?qū)永?，?7層中部；d—放大的風(fēng)暴礫屑花瓣?duì)罱M構(gòu)，第17層中部；e—具丘狀和洼狀交錯(cuò)層理(亮黃色虛線處為層理底部)的風(fēng)暴層，向上過(guò)渡為波狀層理和水平層理，向下為介殼粒序?qū)雍偷[屑層，礫石分選和磨圓均較好，呈疊瓦狀排列，第16層；f—照片e局部放大，風(fēng)暴丘內(nèi)紋層在上凸部較薄，向凹槽方向逐漸變厚圖 5 四川廣元清風(fēng)峽剖面觀霧山組風(fēng)暴沉積構(gòu)造Fig.5 Sedimentary structures of storm deposits in the Guanwushan Formation at Qingfengxia section，Guangyuan City，Sichuan Province

5.1.4 粒序?qū)永?/p>

粒序?qū)永硎秋L(fēng)暴衰退期由于水體支撐力降低，沉積物在重力分異作用下有規(guī)律地沉降而成。研究剖面粒序?qū)永砭鶠檎Ｐ?，發(fā)育于沖刷面之上，主要有2種類(lèi)型： 一種底部為礫屑灰?guī)r，向上礫屑含量減少，逐漸過(guò)渡為砂屑灰?guī)r(圖 5-c)；另一種為生物介殼層，呈透鏡狀分布于礫屑層之上，介殼主要為棘皮類(lèi)、雙殼、腕足類(lèi)碎片，殼體破碎程度高，多直立或與層面斜交，殼體含量自下而上逐漸減少(圖 5-e)，砂屑含量增加，逐漸過(guò)渡為泥晶灰?guī)r。

5.1.5 波狀層理和水平層理

波狀層理是在風(fēng)暴能量減弱時(shí)振蕩水動(dòng)力作用下形成的沉積構(gòu)造。研究剖面波狀層理發(fā)育于粒序?qū)永碇系哪嗑Щ規(guī)r中，由波狀起伏的細(xì)紋層疊置而成，紋層厚度小于2 mm(圖 5-f)。水平層理是風(fēng)暴作用后正常天氣條件下形成的沉積物。水平層理發(fā)育于波狀層理上部的泥晶灰?guī)r中，紋層平直、連續(xù)性較好，厚度為毫米級(jí)(圖 5-e)。

圖 6 四川廣元清風(fēng)峽剖面各期風(fēng)暴巖粗粒滯留段粒徑分布Fig.6 Particle size distribution of coarse lag deposits in different periods of tempestites at Qingfengxia section， Guangyuan City，Sichuan Province

5.2 風(fēng)暴沉積序列

一個(gè)完整的風(fēng)暴沉積序列記錄著風(fēng)暴事件各個(gè)階段的風(fēng)暴作用強(qiáng)度、作用方式、沉積特征等綜合信息。根據(jù)風(fēng)暴能量的變化，Kreisa和Bambach(1982)將風(fēng)暴事件分為高峰期、衰減期和停息期3個(gè)階段。Allen(1982)把風(fēng)暴事件更詳細(xì)地劃分為風(fēng)暴前期、風(fēng)暴增強(qiáng)期、風(fēng)暴高峰期、風(fēng)暴衰減期和風(fēng)暴后期5個(gè)階段，并建立了理想的風(fēng)暴沉積序列，自下而上分別為： 礫屑段(A)；粒序段(B)；塊狀或平行層理段(C)；丘狀交錯(cuò)層理段(D)；弱沙紋交錯(cuò)層理段(E)、泥巖段(F)。由于風(fēng)暴沉積序列受風(fēng)暴作用的強(qiáng)度、風(fēng)暴沉積的離岸距離、風(fēng)暴持續(xù)時(shí)間、海底地形和后期改造(機(jī)械作用、生物擾動(dòng)等)等多種因素的影響(Allen，1982;劉寶珺等，1986)，完整的風(fēng)暴沉積序列很難在地層中保存下來(lái)。根據(jù)風(fēng)暴沉積構(gòu)造的組合特征，在研究區(qū)的6期風(fēng)暴巖中可識(shí)別出3種典型的風(fēng)暴沉積序列： (1)潮坪風(fēng)暴潮序列(序列Ⅰ)；(2)潮下風(fēng)暴流序列(序列Ⅱ)；(3)淺水陸棚風(fēng)暴流序列(序列Ⅲ)(圖 7)。

風(fēng)暴沉積柱狀圖中：A-F代表風(fēng)暴序列中不同沉積單元(A—礫屑灰?guī)r段，B—粒序?qū)永矶?，D—丘狀交錯(cuò)層理段，E—波狀層理段， F—水平層理段)；M—泥晶灰?guī)r；W—顆粒泥晶灰?guī)r；P—泥晶顆?；?guī)r；G—亮晶顆?；?guī)r；C—礫屑灰?guī)r圖 7 四川廣元清風(fēng)峽剖面風(fēng)暴沉積序列類(lèi)型及其分布模式Fig.7 Distribution model of storm sedimentary sequences in Qingfengxia section，Guangyuan City，Sichuan Province

5.2.1 潮坪風(fēng)暴潮沉積序列(序列Ⅰ)

該序列發(fā)育于剖面第16層底部(圖 2-a)，厚約34 cm，下部為具底面侵蝕構(gòu)造的礫屑灰?guī)r段(A)，上部為含白云石泥晶灰?guī)r段(F)。序列底面侵蝕構(gòu)造明顯，常見(jiàn)波狀沖刷面、渠模構(gòu)造。侵蝕面寬度為2～10 cm，深度為1～2 cm，平均深寬比約為0.2。侵蝕面之下為泥晶灰?guī)r層，侵蝕面之上為礫屑層，厚約28 cm。礫屑長(zhǎng)1～7 cm，平均礫徑為5 cm(圖 6-a)，呈平行層面排列。礫屑形態(tài)多為透鏡狀、條帶狀，礫屑分選差，磨圓度一般，礫徑向上逐漸變小，形成風(fēng)暴礫屑遞變層理。礫屑之間為細(xì)晶白云巖充填，見(jiàn)鳥(niǎo)眼構(gòu)造。

底部侵蝕面指示風(fēng)暴潮流對(duì)底層的侵蝕過(guò)程。遞變層理反映風(fēng)暴事件能量衰減過(guò)程，底部粒徑較大的礫屑是在風(fēng)暴能量最高時(shí)沉積，隨著風(fēng)暴能量降低，在同一位置沉降的礫屑粒徑逐漸變小。雖然礫屑具有一定的磨圓度，但是分選較差，反映礫屑經(jīng)歷的搬運(yùn)距離較短，指示近源風(fēng)暴沉積特征。礫屑段之上的含白云石泥晶灰?guī)r層厚約6 cm，白云石微晶呈彌散狀分布于方解石晶體之間，見(jiàn)少量廣鹽度生物碎屑(如腹足類(lèi)、介形類(lèi))(圖 3-e)，代表風(fēng)暴后期的潮坪沉積物。該序列與潮坪相帶內(nèi)風(fēng)暴沉積特征十分相似(胡明毅和賀萍，2002;宋金民等，2012)，反映風(fēng)暴潮流將潮下灰泥沉積物搬運(yùn)至潮坪的沉積過(guò)程(圖 7)。

5.2.2 潮下風(fēng)暴流沉積序列(序列Ⅱ)

該序列發(fā)育于剖面第16、17層中上部(圖 2-b，2-d)，厚6～15 cm，由含底面侵蝕構(gòu)造的礫屑灰?guī)r段(A)和粒序段(B)組成。序列底面侵蝕構(gòu)造發(fā)育在泥晶灰?guī)r之上，主要為波狀沖刷面，侵蝕面寬度為3～20 cm，深度為1～3 cm，深寬比為0.1～0.5。侵蝕面之上的礫屑層厚3～6 cm，礫屑長(zhǎng)0.2～1.2 cm，平均礫徑長(zhǎng)0.4～0.5 cm(圖 6-b，6-c，6-e，6-f)，分選好，磨圓度較好。

礫屑形態(tài)多為塑性變形的彎曲狀、扁片狀和竹葉狀等(圖 5-c，5-d)，反映高能的底部水流對(duì)未完全固結(jié)沉積物的擠壓、攪動(dòng)過(guò)程(孟祥化等，1986)。礫屑常呈放射狀、花瓣?duì)詈偷埂靶　弊譅钆帕?，反映以風(fēng)暴渦流為主的沉積特征(陳林洲等，1991)。礫屑分選和磨圓度均相對(duì)于序列Ⅰ更好，反映該期風(fēng)暴礫屑經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)。橫向上，礫屑層分布不穩(wěn)定，呈透鏡狀產(chǎn)出。縱向上，礫屑含量減少、礫徑變小，砂屑含量增加，表現(xiàn)出正粒序特征，反映風(fēng)暴潮流在較高流態(tài)下的懸浮沉積過(guò)程(Kelling and Mullin，1975;Allen，1982;劉寶珺等，1986)。該序列之上常覆后一期礫屑灰?guī)r段和粒序段，局部可見(jiàn)2期礫屑混合沉積的現(xiàn)象，反映多期風(fēng)暴對(duì)沉積物的疊加改造作用。該序列以缺少丘狀交錯(cuò)層理的顆粒沉積為主，顯示沉積位置處于正常浪基面以上的高能沉積環(huán)境。序列頂部為具水平層理的泥晶灰?guī)r，見(jiàn)少量廣鹽度生物，如腹足類(lèi)、雙殼類(lèi)，代表風(fēng)暴停息期后的沉積。該序列與典型的潮下風(fēng)暴流沉積序列十分相似(宋金民等，2012)，代表風(fēng)暴渦流和風(fēng)暴回流將淺水沉積物搬運(yùn)至正常浪基面以上至平均低潮線以下的風(fēng)暴沉積過(guò)程(圖 7)。

5.2.3 淺水陸棚風(fēng)暴流沉積序列(序列Ⅲ)

該序列發(fā)育于剖面17層底部(圖 2-c)，厚約20 cm，由含底面侵蝕構(gòu)造的礫屑灰?guī)r段(A)、含生物介殼的粒序?qū)永矶?B)、丘狀交錯(cuò)層理段(D)、波狀層理段(E)、水平層理段(F)組成。序列底部的底面侵蝕構(gòu)造主要為波狀沖刷面，侵蝕面寬度為2～10 cm，深度為1～2 cm，平均深寬比約為0.2。

侵蝕面之上為礫屑灰?guī)r層，厚約7 cm。礫屑長(zhǎng)1～4 cm，平均礫徑為1.9 cm(圖 6-d)，呈疊瓦狀排列(圖 5-e)，顯示風(fēng)暴回流的單向水流特征(Di Celmaetal.， 2020)。礫石多為橢球形或球形，分選較好，顯示礫屑經(jīng)歷了較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)。礫屑灰?guī)r層之上為介殼灰?guī)r層，呈透鏡狀分布，厚約6 cm。介殼類(lèi)型較單一，主要為棘皮類(lèi)、腹足類(lèi)碎屑，粒徑在1～3 mm之間，生物殼體破碎，多直立或與層面斜交保存，顯示風(fēng)暴浪、風(fēng)暴底流的強(qiáng)烈簸選作用。介殼之間為砂屑灰?guī)r，殼體含量向上逐漸減小，灰泥含量逐漸增大，顯示正粒序特征，反映風(fēng)暴能量衰減期的風(fēng)暴回流在高流態(tài)下的懸浮沉積過(guò)程(Kelling and Mullin，1975;Allen，1982;劉寶珺等，1986)。

粒序?qū)又蠟榧?xì)粒沉積物組成的簡(jiǎn)單式丘狀交錯(cuò)層理，厚約2～3 cm。丘狀交錯(cuò)層理為風(fēng)暴能量衰減時(shí)風(fēng)暴浪、渦流以及沉積底流共同作用的產(chǎn)物(孟祥化等，1986;Dukeetal.， 1991)，常見(jiàn)于風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間(Dott and Bourgeois，1982)。由于丘狀交錯(cuò)層理的波長(zhǎng)隨風(fēng)暴能量的增強(qiáng)而增大(Itoetal.， 2001)，研究區(qū)丘狀交錯(cuò)層理波長(zhǎng)(5～6 cm)明顯小于開(kāi)闊水體(波長(zhǎng)15～20 cm；陳林洲等，1991)，反映研究區(qū)風(fēng)暴能量相對(duì)較小，水體較局限。丘狀交錯(cuò)層理之上為波狀層理段，厚約2 cm，由波狀起伏的灰泥紋層疊置而成，代表風(fēng)暴停息期懸浮物在低流態(tài)下的沉積過(guò)程。序列頂部的水平層理泥晶灰?guī)r段厚3～4 cm，代表風(fēng)暴停息期后正常天氣時(shí)的沉積物。該序列發(fā)育特征與風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間的淺水陸棚風(fēng)暴流沉積序列十分相似(陳林洲等，1991;張哲等，2008;宋金民等，2012)，指示風(fēng)暴浪、風(fēng)暴回流將淺灘中碎屑、介殼搬運(yùn)至灘間海的沉積過(guò)程(圖 7)。

6 討論

6.1 沉積環(huán)境意義

目前報(bào)道的絕大多數(shù)風(fēng)暴巖主要分布于淺海陸棚—緩坡、潮坪—濱岸帶(Marsaglia and Klein，1983;宋金民等，2012)，具有良好的指相意義。一直以來(lái)，川西北龍門(mén)山地區(qū)泥盆系觀霧山組的沉積環(huán)境存在爭(zhēng)議。前期學(xué)者研究認(rèn)為吉維特期至弗拉期，隨著上揚(yáng)子古陸的逐漸夷平，陸源輸入減少，上揚(yáng)子地臺(tái)西緣開(kāi)始形成礁灘緩坡臺(tái)地(鮮思遠(yuǎn)等，1995)，但也有學(xué)者根據(jù)觀霧山組中發(fā)育厚層狀角礫白云巖及滑塌變形層理等沉積構(gòu)造，認(rèn)為川西北地區(qū)觀霧山組為臺(tái)地邊緣—前緣斜坡相沉積(熊連橋等，2017)。郝毅等(2020)根據(jù)地化分析結(jié)果，認(rèn)為這些角礫白云巖為局限蒸發(fā)環(huán)境下準(zhǔn)同生期巖溶崩塌的產(chǎn)物。本研究在觀霧山組中發(fā)現(xiàn)的礫屑灰?guī)r均為風(fēng)暴成因，可歸為3種近源風(fēng)暴巖序列： 潮坪序列(序列Ⅰ)；潮下序列(序列Ⅱ)；淺水陸棚序列(序列Ⅲ)。觀霧山組中的生物(侯鴻飛等，1988;蔣武等，1996;本研究)都是以淺水生物組合為特征，指示淺水沉積環(huán)境。從構(gòu)造—沉降研究結(jié)果來(lái)看，龍門(mén)山地區(qū)泥盆系沉積受北川—映秀斷裂控制： 斷裂以西為地槽建造的深水斜坡—盆地相沉積；斷裂以東以穩(wěn)定型的濱岸—淺海陸棚沉積為主(龍學(xué)明，1991)。清風(fēng)峽剖面沉積相分析結(jié)果顯示： 金寶石組與觀霧山組之間為碳酸鹽—陸源碎屑混積沉積(圖 2)，指示混積陸棚沉積過(guò)程；觀霧山組沉積于開(kāi)闊臺(tái)地向局限臺(tái)地轉(zhuǎn)變的過(guò)渡環(huán)境。因此，本研究發(fā)現(xiàn)的近源風(fēng)暴巖進(jìn)一步證明觀霧山組為淺水碳酸鹽巖臺(tái)地沉積物。

6.2 古地理意義

風(fēng)暴氣旋常形成于熱帶、亞熱帶海洋，影響范圍多在緯度5°～35°之間，少數(shù)可達(dá)45°(Marsaglia and Klein，1983)。Jin等(2013)統(tǒng)計(jì)了近160多年來(lái)大西洋和東太平洋地區(qū)的颶風(fēng)記錄，發(fā)現(xiàn)赤道至南北緯10°以內(nèi)很少有風(fēng)暴活動(dòng)，而10°～30°熱帶地區(qū)則為風(fēng)暴頻發(fā)區(qū)。風(fēng)暴巖是由海洋風(fēng)暴氣旋對(duì)原始沉積物再造的特殊沉積記錄(Allen，1982;Marsaglia and Klein，1983)，可以為恢復(fù)板塊古緯度位置提供重要證據(jù)(張哲等，2008;陳世悅等，2010;Jinetal.， 2013)。研究區(qū)觀霧山組頂部風(fēng)暴巖的發(fā)現(xiàn)，指示上揚(yáng)子龍門(mén)山地區(qū)在晚泥盆世處于低緯度熱帶、亞熱帶地區(qū)。另一方面，觀霧山組中層孔蟲(chóng)—珊瑚礁十分發(fā)育，也指示龍門(mén)山地區(qū)在晚泥盆世位于熱帶低緯度區(qū)。古地磁研究結(jié)果表明，泥盆紀(jì)龍門(mén)山地區(qū)位于南緯15.5°(蔣武等，1996)，廣西那藝位于古赤道附近(白志強(qiáng)，1998)?；趲r性、古地磁重建的晚泥盆世全球古地理圖(Boucotetal.，2013)顯示，龍門(mén)山地區(qū)相對(duì)于古赤道附近的廣西而言，更靠近南半球。綜合風(fēng)暴巖、古生物和古地磁等證據(jù)表明，研究區(qū)在晚泥盆世時(shí)應(yīng)位于南緯10°以上的低緯度熱帶、亞熱帶地區(qū)。

6.3 古氣候意義

7 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)四川廣元清風(fēng)峽地區(qū)晚泥盆世弗拉期初期觀霧山組風(fēng)暴巖的詳細(xì)解剖，識(shí)別出潮坪風(fēng)暴潮、潮下風(fēng)暴流和淺水陸棚風(fēng)暴流3種近源風(fēng)暴沉積序列。近源風(fēng)暴巖的沉積環(huán)境分析顯示，川西北地區(qū)觀霧山組沉積于淺水環(huán)境，而非臺(tái)地邊緣和斜坡環(huán)境?；陲L(fēng)暴巖古緯度分析，本研究認(rèn)為上揚(yáng)子龍門(mén)山地區(qū)在晚泥盆世位于南半球10°以上的低緯度地區(qū)，并逐漸向北漂移。由于晚泥盆世弗拉期初期全球廣泛發(fā)育的風(fēng)暴巖與該時(shí)期表層海水升溫和快速海侵密切相關(guān)，因此，該時(shí)期風(fēng)暴巖不僅可作為氣候變化的標(biāo)志，而且可作為低緯度地區(qū)全球地層劃分對(duì)比的標(biāo)志層。