上揚(yáng)子區(qū)北緣寶塔組龜裂紋灰?guī)r結(jié)構(gòu)分異特征及發(fā)育模式

周 剛 錢紅杉 龍虹宇 曾云賢 嚴(yán) 威 朱 華 和 源 王文之 黃茂軒 陳 曦 聶 晶

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

1 概述

寶塔組是中上揚(yáng)子地區(qū)分布最為廣泛的上奧陶統(tǒng)中地層之一，地層厚度薄，但厚度平面分布較為穩(wěn)定，延綿范圍可達(dá)1×104km2[1-2]，因其具有特殊外形的腦紋狀（也稱龜裂紋）結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)出大量的中華震旦角石（Sinoceras chinense），成為了奧陶紀(jì)地層的重要標(biāo)志，同時(shí)其具有如此奇特的形態(tài)結(jié)構(gòu)并能廣泛分布于上揚(yáng)子地臺(tái)，其成因及環(huán)境指示也是地學(xué)界關(guān)注的問題之一。眾多學(xué)者從沉積學(xué)、地球化學(xué)、地層學(xué)、古生物學(xué)等多方面對(duì)揚(yáng)子板塊寶塔組展開了大量的分析與研究[3-11]，也對(duì)寶塔組特殊的龜裂紋成因開展了相關(guān)探索，關(guān)于上揚(yáng)子地區(qū)上奧陶統(tǒng)寶塔組分布范圍廣且具有奇異形態(tài)的灰?guī)r裂紋的形成原因，前人對(duì)此有較大的分歧，提出了不同的解釋，有關(guān)這些成因分析不同的學(xué)者也提出了質(zhì)疑（表1）。

表1 上奧陶統(tǒng)寶塔組龜裂紋結(jié)構(gòu)成因與爭(zhēng)議表（改自廖紀(jì)佳等[12]）

通過總結(jié)前人對(duì)龜裂紋灰?guī)r形態(tài)結(jié)構(gòu)形成的觀點(diǎn)，可以看出目前針對(duì)其形成原因具有明顯的多解性，包括暴露干裂成因、水下膠縮成因，成巖作用成因，構(gòu)造作用成因，準(zhǔn)同生變形構(gòu)造成因，生物遺跡以及海底硬收縮成因等，至今仍尚未定論，但是主流觀點(diǎn)仍以成巖作用成因?yàn)橹?。盡管前人將龜裂紋灰?guī)r作為一個(gè)整體開展了系統(tǒng)的成因探討，但看似結(jié)構(gòu)單一的“龜裂紋灰?guī)r”，是否存在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖性、生物種類和沉積環(huán)境的差異性尚待明確。

為此，本文以上揚(yáng)子北緣寶塔組龜裂紋灰?guī)r為研究對(duì)象，在前人的研究基礎(chǔ)上，通過進(jìn)行系統(tǒng)的野外剖面實(shí)測(cè)觀察、室內(nèi)普通薄片分析及地球化學(xué)分析測(cè)試等工作，對(duì)龜裂紋灰?guī)r的宏觀結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型、不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造的巖石和巖相類型、生物化石構(gòu)成及各自的沉積環(huán)境特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并探討了龜裂紋結(jié)構(gòu)分異的主控因素，建立龜裂紋綜合發(fā)育模式。

2 地質(zhì)背景

四川盆地奧陶系在沉積發(fā)展過程中，由于盆地不同時(shí)期發(fā)展起來的深大斷裂對(duì)構(gòu)造格局的控制十分明顯，這些不同方向的深大斷裂（基底斷裂和地殼斷裂），不僅控制著盆地奧陶系的區(qū)域性巖相變化、沉積速率的變化，同時(shí)也控制盆地奧陶系寶塔組沉積厚度的變化。上揚(yáng)子北緣寶塔組廣泛出露，厚度10～60 m（圖1）。

圖1 上揚(yáng)子地區(qū)北緣寶塔組厚度圖

3 龜裂紋灰?guī)r宏觀結(jié)構(gòu)類型及其時(shí)空分布

寶塔組龜裂紋灰?guī)r的概念，是由王鈺[13]在1945年根據(jù)其巖石表面所發(fā)育形成的似烏龜背殼紋路的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所提出的。前人將裂紋包圍的圍巖稱為“巖塊”“基質(zhì)”或“基塊”，本次研究也沿用前人術(shù)語，方便理解。通過研究的深入作者發(fā)現(xiàn)在微觀鏡下龜裂紋結(jié)構(gòu)的基質(zhì)與紋路區(qū)分度不大，而在野外宏觀露頭其表現(xiàn)出并非單一的宏觀結(jié)構(gòu)，其在不同深度有不同的結(jié)構(gòu)樣式。通過多次野外剖面實(shí)測(cè)觀察，根據(jù)寶塔組“龜裂紋”灰?guī)r在野外宏觀露頭的形態(tài)、規(guī)模大小、顏色的不同將其宏觀結(jié)構(gòu)類型分為以下幾種類型。

3.1 腦紋狀結(jié)構(gòu)

其平面上裂紋呈“凹、凸”等文字形狀，也類似于“S”形的波浪形（圖2a）。屬于張裂縫，裂紋寬1～2 cm，裂紋寬度整體均勻，其交匯處十分圓滑，未見由于破裂形成的平直裂縫。由于差異風(fēng)化作用造成其紋路呈凹槽狀或?yàn)橥蛊鸬臈l帶狀（圖2b），其被裂紋包圍的基質(zhì)為不規(guī)則狀，長寬在5～15 cm范圍內(nèi)，單層厚度在30～60 cm。其剖面結(jié)構(gòu)也可看出裂紋較寬，泥質(zhì)充填。基質(zhì)巖性以云化的含生屑泥晶灰?guī)r為主。此種宏觀結(jié)構(gòu)類型一般分布在寶塔組上部。

圖2 上揚(yáng)子地區(qū)北緣上奧陶統(tǒng)寶塔組腦紋狀與似波浪狀龜裂紋灰?guī)r典型照片

3.2 似波浪狀結(jié)構(gòu)

此種結(jié)構(gòu)可視為腦紋狀結(jié)構(gòu)與魚鱗狀結(jié)構(gòu)的過渡類型，其裂紋縫寬1 cm左右，形態(tài)似腦紋狀-魚鱗狀過渡形態(tài)的似波浪狀（圖2c），裂紋較為圓滑也可見細(xì)小的平直裂縫（圖2d），其性質(zhì)介于塑性與剛性之間。被裂紋包圍的基質(zhì)大小較為均一，直徑約5～8 cm。單層厚度在中層以上，約20～40 cm。此種結(jié)構(gòu)形態(tài)類似于魚鱗狀，但相較于魚鱗狀其泥質(zhì)條帶呈線形定向且平行分布，破裂更具有成排性。巖性主要為含生屑泥晶灰?guī)r。此種宏觀結(jié)構(gòu)一般分布在寶塔組上部。

3.3 魚鱗狀結(jié)構(gòu)

其宏觀裂紋似“魚鱗狀”或“馬蹄形”（圖3a），裂紋凸出較為明顯，縫寬有向上變窄的趨勢(shì)，似倒轉(zhuǎn)的“V”形，紋寬約0.3～0.6 cm，裂紋寬度較波浪狀變窄。整體上基質(zhì)較為渾圓，似六邊形過渡為橢圓形，成集群出現(xiàn)，瘤體基質(zhì)大小均一，直徑約為4～8 cm。單層厚度在15～30 cm。剖面結(jié)構(gòu)呈順層產(chǎn)出的條帶狀，破裂作用可見，發(fā)育較為平直的裂縫（圖3b）。此種結(jié)構(gòu)發(fā)育在含泥晶生屑灰?guī)r中，鏡下可見生屑種類豐富。魚鱗狀結(jié)構(gòu)的龜裂紋灰?guī)r一般在寶塔組中上部可見。

3.4 透鏡狀結(jié)構(gòu)

其層面可見裂縫平直，基質(zhì)渾圓，凸起明顯（圖3c），直徑為5cm左右。整體宏觀結(jié)構(gòu)凹凸不平形似透鏡狀，沉積厚度薄，層厚在10 cm以內(nèi)（圖3d）。此種龜裂紋結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)在寶塔組底部，巖性組合為泥灰?guī)r夾頁巖。

圖3 上揚(yáng)子地區(qū)北緣上奧陶統(tǒng)寶塔組魚鱗狀與透鏡狀龜裂紋灰?guī)r典型照片

3.5 網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)

巖石表面較為平整，未見明顯的凹凸現(xiàn)象。裂紋風(fēng)化后充填顏色為黑綠色（圖4），縫寬約為0.4 cm，基質(zhì)直徑約在4～8 cm，其層厚以中—薄層狀為主，層厚在20 cm以內(nèi)。此種結(jié)構(gòu)裂紋寬度細(xì)窄，泥質(zhì)含量少裂縫較為平直，屬于脆性破裂。此種龜裂紋結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)在寶塔組下部，巖石類型主要為泥灰?guī)r，也包括泥晶灰?guī)r，及含生屑泥晶灰?guī)r。

圖4 上揚(yáng)子地區(qū)北緣上奧陶統(tǒng)寶塔組網(wǎng)格狀龜裂紋灰?guī)r典型照片

4 沉積環(huán)境判別

地球化學(xué)元素承載著眾多的地球沉積信息，包括其演變歷史及沉積環(huán)境，沉積巖中的不同化學(xué)元素之間的比值及含量可以表征其沉積環(huán)境的差異性，這也讓地球化學(xué)元素成為判斷沉積環(huán)境的重要指標(biāo)。所以可以根據(jù)地化元素的各種特征來研究沉積巖形成時(shí)期的古環(huán)境特性[14]。

本次在研究區(qū)上奧陶統(tǒng)寶塔組重點(diǎn)解析3種結(jié)構(gòu)類型的龜裂紋灰?guī)r，并進(jìn)行樣品采集，包括腦紋狀灰?guī)r、魚鱗狀灰?guī)r及網(wǎng)格狀灰?guī)r，每種宏觀類型采集2～4件新鮮的巖樣進(jìn)行測(cè)試分析，同時(shí)我們也對(duì)腦紋狀灰?guī)r的裂紋與基質(zhì)分別取樣測(cè)試，共采集9件樣品。測(cè)試分析手段根據(jù)研究內(nèi)容的需要主要包括主微量元素、稀土元素等。樣品的制備及常量、微量、稀土元素檢測(cè)均委托成都市成華區(qū)成都譜譜檢測(cè)技術(shù)有限公司完成。常量元素采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES、美國 PE 5300V），依據(jù)GB/T3286（1～9）—1998石灰石、白云石化學(xué)分析方法[15]；GBT 14506.28—2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分：16個(gè)主次成分量測(cè)定[16]；GBT 14506.30—2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30部分：44個(gè)元素量測(cè)定[17]。微量元素和稀土元素采用 ICP-MS（電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，Aglient Technologies7700 Series ICP-MS），依據(jù) GB/T3286（1～9）—1998石灰石、白云石化學(xué)分析方法[15]；GBT 14506.30—2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第29部分：稀土等22個(gè)元素量測(cè)定[18]；GBT 14506.30—2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第 30部分：44個(gè)元素量測(cè)定[17]。

4.1 不同龜裂紋灰?guī)r地球化學(xué)元素特征

4.1.1 主量元素特征

主量元素也常被稱為常量元素，是地殼中含量最多的元素，也是在巖石中占比最大的那些元素。通常包括 Si、Ti、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、P這幾種元素或者其氧化物形式[19]。

研究區(qū)寶塔組不同類型龜裂紋灰?guī)r主量元素經(jīng)分析，作為碳酸鹽巖主要成分的造巖元素CaO，其值在9個(gè)樣品中普遍含量最高，介于31.869%～46.764%，均值為42.652%。網(wǎng)格狀灰?guī)r其SiO2值介于7.897%～26.157%，Al2O3值介于2.995%～6.428%，以及Fe化合物值的含量都相對(duì)較高，而CaO相對(duì)減少，反映其受陸源物質(zhì)影響較高，泥質(zhì)含量相對(duì)偏多。腦紋狀灰?guī)r中MgO的值在1.175%～3.178%之前，相對(duì)偏高，結(jié)合其鏡下觀察的白云石顆粒，和前文推斷其為潮坪沉積，佐證了其沉積于較為干旱的氣候條件與環(huán)境。此外通過對(duì)比其裂紋和基質(zhì)間元素差別可知，腦紋狀灰?guī)r裂紋中親石元素比基質(zhì)中元素含量高，并且其K2O的比例也高于基質(zhì)，表明裂紋中的黏土礦物濃度高于基質(zhì)。魚鱗狀灰?guī)r中其親石元素如SiO2、Al2O3也略有偏高，分別介于9.709%～14.179%、1.833%～3.494%，結(jié)合鏡下觀察認(rèn)為其成分也存在著一定的泥質(zhì)含量但少于網(wǎng)格狀，多于腦紋狀灰?guī)r。

4.1.2 微量元素特征

除去地殼中常量元素之外的其他元素統(tǒng)稱為微量元素，也稱痕量元素或微跡元素[20]。地層中微量元素的分布和分配與其形成的環(huán)境密切相關(guān)，所以沉積物中的微量元素保存了相當(dāng)豐富的地質(zhì)信息，可以記錄沉積環(huán)境的變遷[21]。在沉積環(huán)境的識(shí)別中，U、V、Sr、Ba、Ni、Th、B等元素應(yīng)用得比較廣泛，這些元素不僅可以用于區(qū)分氧化還原環(huán)境，也可用于區(qū)分海水和淡水沉積，并且可以用來判斷古氣候條件[22-23]。

研究區(qū)寶塔組不同類型龜裂紋灰?guī)r微量元素經(jīng)分析，沉積巖往往用大陸上地殼平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[24]，在寶塔組不同類型龜裂紋灰?guī)r微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛網(wǎng)圖上可知[25]（圖5），這3種類型的龜裂紋灰?guī)r有著大致相似的微量元素分布模式，即以富集Ni、Sr、Th虧損Cu、Cd、Bi為特征。除此之外腦紋狀灰?guī)r中明顯富集V和Pb元素，魚鱗狀灰?guī)r中還富集Cr元素，而網(wǎng)格狀灰?guī)r中Cu虧損明顯。

圖5 寶塔組龜裂紋灰?guī)r平均上地殼標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛網(wǎng)圖

4.1.3 稀土元素特征

稀土元素又可以細(xì)分為輕稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）兩個(gè)亞級(jí)，根據(jù)礦物特點(diǎn)其中輕稀土元素（LREE）具有較低的原子序數(shù)和較小的質(zhì)量包括La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu。重稀土元素（HREE）具有較高的原子序數(shù)和較大的質(zhì)量包括 Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Sc，Y[19,26]。

研究區(qū)所采集的稀土元素經(jīng)分析，輕稀土LREE值介于69.72～109.934，均值為75.052，其中腦紋狀灰?guī)rLREE值介于66.972～77.693，均值為73.707；魚鱗狀灰?guī)rLREE值介于53.830～69.707，均值為63.852；網(wǎng)格狀灰?guī)rLREE值介于56.307～109.934，均值為84.126。重稀土HREE值介于6.468～12.334，均值為8.85。腦紋狀灰?guī)rHREE值介于7.454～8.26，均值為7.857；魚鱗狀灰?guī)rHREE值介于6.468～8.794，均值為7.870；網(wǎng)格狀灰?guī)rHREE值介于7.205～12.344，均值為10.079。

本文選擇北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化的常用值對(duì)本次研究區(qū)寶塔組3種不同結(jié)構(gòu)類型的龜裂紋樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，整體上寶塔組不同類型龜裂紋灰?guī)r樣品REE分配模式均表現(xiàn)為右傾型（圖6）。發(fā)現(xiàn)不同樣品之間的稀土元素配分模式差別不大，整體上都表現(xiàn)為輕稀土元素富集、重稀土元素弱虧損型，分布曲線在LREE具有稍大的斜率，而在HREE處折線較為平直。

圖6 寶塔組龜裂紋灰?guī)r稀土元素北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖

在圖中可以看出三種樣品的配分形式表現(xiàn)出顯著的Eu負(fù)異常，呈“V”字形樣式。Eu可作為判別氧化還原的標(biāo)志，當(dāng)沉積物中Eu虧損時(shí)為氧化環(huán)境，其正常時(shí)表征為還原環(huán)境[20]。由此可以看出三種類型的龜裂紋灰?guī)r均為氧化條件下沉積的。其中網(wǎng)格狀灰?guī)rEu虧損度較其他兩種偏低，表明其偏向弱氧化環(huán)境。

此外腦紋狀灰?guī)r在圖中顯示出Ce偏正異常，其余兩種類型龜裂紋灰?guī)r均偏負(fù)異常。Ce負(fù)異常表示正常的海相沉積，認(rèn)為腦紋狀灰?guī)rCe偏弱正異常的結(jié)果是由于是成巖作用導(dǎo)致的。

4.2 不同龜裂紋灰?guī)r地球化學(xué)元素指示的環(huán)境特征

4.2.1 古氣候

MgO/CaO比值是氣候變化的良好指示劑，高值對(duì)應(yīng)干熱氣候，低值指示潮濕氣候[28-31]。3種宏觀類型的龜裂紋樣品整體來看MgO/CaO比值低，為 0.002 31 ～ 0.068 40，平均為 0.034 60（表 2），腦紋狀灰?guī)r均值為0.052 50，魚鱗狀灰?guī)r均值為0.024 10，網(wǎng)格狀灰?guī)r均值為0.033 50，3種類型龜裂紋灰?guī)r比值差異不大。反映了寶塔組沉積期為潮濕氣候。

4.2.2 古鹽度

元素地球化學(xué)方法在古環(huán)境研究中得到了廣泛應(yīng)用。其中m=100×MgO/Al2O3、Sr/Ba、K/Na值是常用的古鹽度定性判別指標(biāo)[31-35]。

m=100×MgO/Al2O3是根據(jù)沉積巖中MgO的親海性和Al2O3的親陸性特征而建立的[29-31,35]。①淡水沉積環(huán)境m＜1；②陸海過渡性沉積環(huán)境m值為1～10；③海水沉積環(huán)境m值為10～500；④陸表海環(huán)境（或潟湖沉積環(huán)境）m＞500。本次研究的寶塔組樣品值介于23.107～137.337，平均值為51.920（表2），所有樣品的m值均在10～500之間，反映了寶塔組為海洋沉積環(huán)境。腦紋狀灰?guī)rm值基本是其他類型的龜裂紋灰?guī)rm值的3倍，介于90.310～137.337，由于沉積環(huán)境在由淡水向海水過渡的過程中，m值隨水體鹽度的增大而逐漸增加，可知腦紋狀灰?guī)r相鹽度較其他類型大，并且結(jié)合鏡下其含的生屑種類少，表明其沉積環(huán)境較為咸化。

除此之外對(duì)古鹽度進(jìn)行表征通常采用Sr/Ba比值法[23,36]。一般來說，海相咸水環(huán)境Sr/Ba＞1；半咸水環(huán)境0.6＜Sr/Ba＜1；微咸或淡水環(huán)境Sr/Ba＜0.6[37-38]。研究區(qū)寶塔組樣品Sr/Ba比值介于0.057～1.871（表2），圍繞比值1變化幅度不大，平均值為1.020，沉積環(huán)境基本在微咸—半咸水之間，其中腦紋狀灰?guī)rSr/Ba均值約為0.611，介于半咸水環(huán)境，與前文推測(cè)的潮上帶蒸發(fā)環(huán)境古鹽度相符，魚鱗狀灰?guī)rSr/Ba均值約為1.460，網(wǎng)格狀Sr/Ba均值約為1.238，均大于海相咸水環(huán)境臨界值1，表明其是正常海水的沉積環(huán)境中形成。

另外，水體鹽度越高，K和Na就越容易被黏土礦物吸附，且K相對(duì)于Na的吸附量也越大[39]。研究區(qū)寶塔組腦紋狀灰?guī)r中K/Na比值介于13.000 00～8.200 00之間（表2），均大于魚鱗狀及腦紋狀灰?guī)rK/Na比值，進(jìn)一步說明腦紋狀灰?guī)r沉積時(shí)水體鹽度高于其余兩種類型龜裂紋灰?guī)r，水體更加咸化。

表2 比值法的古氣候和古鹽度判別表

4.2.3 氧化還原條件

地球化學(xué)中某些元素或元素的比值可以很好地揭示巖石沉積的古氧相環(huán)境，通過對(duì)這些元素或元素比值的解析，可以重建當(dāng)時(shí)的古氧化—還原環(huán)境。本文研究選用Ni/Co、U/Th、V/Cr和V/Sc來研究沉積環(huán)境的古氧相（表3）。數(shù)據(jù)分析結(jié)果詳見表4。

表3 比值法的氧化還原條件劃分標(biāo)準(zhǔn)表

研究區(qū)寶塔組樣品Ni/Co的值介于1.570～4.810，均值約為3.606，均小于5。U/Th值介于0.027 6～0.167 0，平均值為0.114 0，均小于其氧化環(huán)境最大參考值0.750。V/Cr值介于0.950～4.019，平均值為1.640，網(wǎng)格狀灰?guī)rV/Cr均值約為1.510，魚鱗狀灰?guī)r比值平均約為1.070，說明魚鱗狀灰?guī)r相較于網(wǎng)格狀灰?guī)r含氧量更高。值得注意的是，V/Sc值介于4.500～12.880，平均值為6.516，整體小于其參考值10（表4）。魚鱗狀灰?guī)rV/Sc均值約為5.2，網(wǎng)格狀灰?guī)r比值平均為5.85。以上4種方法均表明寶塔組3種龜裂紋灰?guī)r為氧化環(huán)境下沉積的產(chǎn)物，這也和作者在野外及鏡下觀察到大量的生物種屬所生存的條件相對(duì)應(yīng)，與林良彪等[40]觀點(diǎn)一致。通過分類比較，網(wǎng)格狀灰?guī)r較魚鱗狀灰?guī)r更偏向于弱氧化—弱還原環(huán)境。值得注意的是腦紋狀灰?guī)rV/Cr比值在2.880～4.019，指示為貧氧環(huán)境，V/Sc比值平均約為11.791，同樣顯示其沉積環(huán)境為缺氧環(huán)境，本文推測(cè)主要為裂紋中的灰泥所影響，其有可能是在淺埋藏厭氧條件下形成的，故揭示為厭氧環(huán)境。

表4 比值法的古氧相判別表

5 結(jié)構(gòu)分異的主控因素及發(fā)育模式

研究區(qū)奧陶系寶塔組龜裂紋灰?guī)r大規(guī)模廣泛發(fā)育，從前文研究可知，龜裂紋并非單一的宏觀結(jié)構(gòu)，而是形成了多種結(jié)構(gòu)類型。本章作者將從沉積學(xué)、古生物學(xué)及地球化學(xué)等角度結(jié)合前人的研究成果分析寶塔組龜裂紋灰?guī)r沉積分異的主控因素及其發(fā)育模式。

5.1 龜裂紋灰?guī)r形成的主控因素

針對(duì)寶塔組龜裂紋結(jié)構(gòu)是如何形成以及影響因素，前人已進(jìn)行了大量研究，提出了諸如暴露干裂成因、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、生物遺跡成因以及海底硬地收縮等多種形成原因，目前為止尚未就龜裂紋成因形成統(tǒng)一定論。目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可的是，該種龜裂紋灰?guī)r網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并非干裂所形成的，而生物遺跡、海底硬底以及準(zhǔn)同生變形構(gòu)造等成因還缺乏足夠的證據(jù)支撐，目前主要關(guān)注的成因主要為水下膠縮、成巖作用以及構(gòu)造作用成因[12]。

通過前人提出的多種成因模式，結(jié)合本次對(duì)不同龜裂紋類型灰?guī)r進(jìn)行了樣品測(cè)試的結(jié)果分析，認(rèn)為研究區(qū)不同結(jié)構(gòu)類型的龜裂紋灰?guī)r主要受控于沉積環(huán)境、泥質(zhì)組分含量等綜合因素，成巖作用、構(gòu)造作用、沉積速率是造成裂紋形成的主要因素。

5.1.1 沉積環(huán)境

通過前文所分析的地球化學(xué)數(shù)據(jù)、氧化還原條件、古鹽度等結(jié)果認(rèn)為不同類型的龜裂紋灰?guī)r受不同沉積環(huán)境的影響與限制。

淺水區(qū)易于形成腦紋狀龜裂紋灰?guī)r，通過前文地球化學(xué)特征分析，認(rèn)為腦紋狀灰?guī)r主要形成于鹽度高、富氧及較為干旱的蒸發(fā)環(huán)境，并且在近岸的淺水區(qū)泥質(zhì)含量高，為裂紋中的泥質(zhì)提供的來源，在較為干旱的蒸發(fā)環(huán)境下沉積物脫水更易形成裂紋較寬的腦紋狀灰?guī)r。魚鱗狀灰?guī)r形成于鹽度正常的海水，處于內(nèi)緩坡—中緩坡水深進(jìn)一步加深且弱氧化的環(huán)境中。而網(wǎng)格狀石灰?guī)r主要形成于弱還原、偏深水區(qū)的正常海水環(huán)境。因此，氧化還原條件、古水深及古鹽度等沉積環(huán)境造成了龜裂紋灰?guī)r的分異性。

5.1.2 泥質(zhì)含量

通過前人研究表明，“龜裂紋”形成的主要過程就是脫水，沉積物脫水量越大，體積收縮率則越大，裂縫相應(yīng)變寬[41-42]而沉積物原始含水率的高低取決于泥質(zhì)含量，泥質(zhì)含量越高，則沉積物的含水量越高，脫水量則越大。所以泥質(zhì)含量的高低對(duì)于裂縫的形態(tài)和規(guī)模起著重要作用。寶塔組垂向上泥質(zhì)含量差別較大，通過對(duì)比分析研究表明，不同的泥質(zhì)含量和含水性會(huì)對(duì)應(yīng)的不同的龜裂紋結(jié)構(gòu)類型，其中泥質(zhì)含量高，含水量高，更容易塑化形成腦紋狀等裂紋較寬且圓滑均一的龜裂紋灰?guī)r，而泥質(zhì)含量低，含水量低，純度較高的泥晶灰?guī)r更易形成的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的龜裂紋灰?guī)r，以脆性破裂平直的裂縫為主。雖然五種龜裂紋灰?guī)r均是緩坡沉積，但泥質(zhì)含量高的條件下更容易形成腦紋狀龜裂紋灰?guī)r。

5.1.3 成巖作用、構(gòu)造作用及沉積速率

龜裂紋灰?guī)r網(wǎng)狀裂縫形成過程如下：沉積物沉淀之后，成巖作用中的膠質(zhì)凝縮作用起到了重要作用，層面上裂縫主要呈現(xiàn)S形，各個(gè)方向受力均勻，在水平面上沉積物自某一中心點(diǎn)向周圍脫水，產(chǎn)生的收縮力為似同心圓狀，不受其他作用力的影響，這種情況下形成近圓形、多邊形或者S形的裂縫。

在寶塔組沉積期，研究區(qū)沒有重大的構(gòu)造作用，本文認(rèn)為龜裂紋灰?guī)r的形成是以穩(wěn)定的構(gòu)造背景為基礎(chǔ)的。此外在碳酸鹽緩坡沉積環(huán)境中，海平面上升會(huì)導(dǎo)致沉積速率的降低，從而產(chǎn)生凝縮作用。沉積速率慢有助于化學(xué)沉積分異作用，有利于網(wǎng)狀縫的形成。龜裂紋灰?guī)r中泥質(zhì)含量越高，其裂紋縫隙越寬。

綜上所述，龜裂紋灰?guī)r形成的影響因素較多，其結(jié)構(gòu)分異受沉積環(huán)境及泥質(zhì)含量的高低制約比較明顯，此外成巖作用、穩(wěn)定的構(gòu)造背景、較慢沉積速率有利于網(wǎng)狀裂縫的形成。

5.2 龜裂紋灰?guī)r發(fā)育模式

綜合以上研究，對(duì)龜裂紋灰?guī)r平面發(fā)育模式進(jìn)行了總結(jié)。認(rèn)為不同結(jié)構(gòu)類型的龜裂紋灰?guī)r在平面上具有一定的發(fā)育規(guī)律，且形成了各自的巖性、古生物、沉積環(huán)境（古鹽度、氧化還原條件、水動(dòng)力條件等）上的差異性。

腦紋狀灰?guī)r以云化含生屑泥晶灰?guī)r為主，層厚屬于中—厚層狀，發(fā)育于內(nèi)緩坡潮坪環(huán)境，在潮間帶和潮上帶均可見，雖然水淺富氧，但在這種鹽度較高，氣候干燥的條件下，生物種類及含量都較少?？梢娙~蟲，以及淺水的標(biāo)志腹足類和藻類。由于沉積區(qū)位于淺水帶，其泥質(zhì)含量高，含水量高，易于塑性變形，加之一定的地形坡度，形成了寬度均一的裂紋與中間被圍裹的基質(zhì)構(gòu)成的腦紋狀灰?guī)r。

似波浪狀灰?guī)r屬于腦紋狀灰?guī)r和魚鱗狀灰?guī)r間的過渡類型，巖石類型以含生屑泥晶灰?guī)r為主，生屑種類較多，鏡下可見4種以上，以三葉蟲、棘皮、腕足、介形蟲等為主。層厚屬于中-厚層狀。其泥質(zhì)含量高但少于腦紋狀，其裂紋形似波浪狀具有塑性特質(zhì)但也見平直的剛性裂縫發(fā)育（圖2a），其形成過程與腦紋狀灰?guī)r類似，通過脫水。其發(fā)育于內(nèi)緩坡—中緩坡的過渡帶。

魚鱗狀灰?guī)r以生屑泥晶灰?guī)r及泥晶生屑灰?guī)r為主，層厚屬于中層狀，和腦紋狀灰?guī)r為過渡沉積，生屑含量高且種類豐富，可見三葉蟲、棘皮、腕足、雙殼、腹足、介形蟲等。其沉積水深在平均低潮面—風(fēng)暴浪基面之上，發(fā)育于內(nèi)緩坡潮間帶及潮下帶，處于氧化環(huán)境。在野外露頭見其裂縫破裂方向與波痕方向一致，且平行于岸線分布（圖3a），推測(cè)在內(nèi)緩坡沉積時(shí)準(zhǔn)同生期構(gòu)造掀斜作用下滑移導(dǎo)致巖石層面破裂，最終形呈魚鱗狀灰?guī)r。

網(wǎng)格狀灰?guī)r巖性以泥灰?guī)r，泥晶灰?guī)r及含生屑泥晶灰?guī)r為主，發(fā)育于中緩坡—外緩坡過渡沉積，在此階段水體加深，基本為弱氧化—弱還原環(huán)境，生物化石以角石、三葉蟲、菊石等浮游生物為主，結(jié)合前人研究資料，Zhan等[6]在龜裂紋灰?guī)r中也見菊石發(fā)育，根據(jù)其宏觀結(jié)構(gòu)可將其劃分為網(wǎng)格狀灰?guī)r，菊石角石等主要生存于水體偏深的中緩坡沉積環(huán)境，與本文觀點(diǎn)相符。由于其沉積環(huán)境水體加深，整體上泥質(zhì)含量增加，但其脫水速度變慢，只有層面呈網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，其層面剖面仍以平直裂縫為主，可能在淺埋藏期破裂作用所導(dǎo)致的。

透鏡狀灰?guī)r為灰色泥灰?guī)r夾頁巖的巖性組合，經(jīng)差異風(fēng)化作用在剖面顯示出透鏡狀結(jié)構(gòu)，可見水平層理發(fā)育。層厚屬于薄層—極薄層狀，發(fā)育于外緩坡沉積環(huán)境，生屑少見，屬于水深偏深的弱還原環(huán)境。

基于以上，綜合沉積相及環(huán)境分析，本文總結(jié)出上揚(yáng)子北緣上奧陶統(tǒng)寶塔組龜裂紋灰?guī)r的發(fā)育模式（圖7）。

圖7 上揚(yáng)子地區(qū)北緣上奧陶統(tǒng)寶塔組龜裂紋灰?guī)r發(fā)育模式圖

6 結(jié) 論

在野外剖面系統(tǒng)踏勘和實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)普通薄片、地球化學(xué)等綜合測(cè)試分析，對(duì)龜裂紋結(jié)構(gòu)類型及其巖性、古生物、古環(huán)境信息進(jìn)行了綜合分析，從沉積學(xué)、古生物學(xué)及地球化學(xué)等角度結(jié)合前人的研究成果分析寶塔組龜裂紋灰?guī)r沉積分異的主控因素并探討性建立了龜裂紋灰?guī)r發(fā)育模式。研究取得了如下主要認(rèn)識(shí)和結(jié)論：

1）綜合探討認(rèn)為研究區(qū)不同結(jié)構(gòu)類型的龜裂紋灰?guī)r主要受控于沉積環(huán)境、泥質(zhì)組分含量等綜合因素，成巖作用、構(gòu)造作用、沉積速率是造成裂紋形成的主要因素。

2）綜合分析，探討性建立了基于巖石類型、生物種類、水動(dòng)力條件、古鹽度、氧化還原條件等信息的龜裂紋灰?guī)r結(jié)構(gòu)類型時(shí)空發(fā)育模式，認(rèn)為從淺水區(qū)到深水區(qū)具有腦紋狀、似波浪狀、魚鱗狀、網(wǎng)格狀、透鏡狀等的主體龜裂紋結(jié)構(gòu)類型發(fā)育序列。