鄂東南地區(qū)下三疊統(tǒng)風(fēng)暴成因類型及特征

鄂東南地區(qū)下三疊統(tǒng)風(fēng)暴成因類型及特征

隨著keell等人的提出和阿格爾重新定義風(fēng)暴巖后，風(fēng)暴巖成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。Einsele等對(duì)風(fēng)暴沉積進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié),并發(fā)表了大量有關(guān)風(fēng)暴巖,尤其是古生代以來(lái)海相碳酸鹽風(fēng)暴巖的論著。國(guó)內(nèi)對(duì)華南地區(qū)三疊紀(jì)的風(fēng)暴巖也有報(bào)道,前人的研究主要從風(fēng)暴流及風(fēng)暴碎屑流的沉積特征等方面進(jìn)行了深入研究,筆者著重從鄂東南地區(qū)早三疊世不同類型的風(fēng)暴沉積序列入手,對(duì)不同類型風(fēng)暴巖和風(fēng)暴濁流沉積的環(huán)境意義予以探討。1不同類別地層的日進(jìn)程鄂東南包括黃石市、咸寧市、赤壁市和大冶、陽(yáng)新、通山等縣(圖1)。三疊系在研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育,包括下三疊統(tǒng)大冶組、嘉陵江組,中三疊統(tǒng)蒲圻群和上三疊統(tǒng)雞公山組。風(fēng)暴巖主要發(fā)育于大冶組和嘉陵江組。大冶組可分為4段:第一段以黃綠色頁(yè)巖夾瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r為主;第二段為灰黃色、灰色薄層瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖夾中層-厚層竹葉狀灰?guī)r和砂屑灰?guī)r;第三段為灰色薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)頁(yè)巖、韻律狀灰?guī)r-頁(yè)巖;第四段為中厚層-厚層狀泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、白云巖化灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r和鮞?；?guī)r。朱利東等的研究結(jié)果表明,大冶組第一段中下部含大量雙殼類、頭足類、腕足類化石,主要有頭足類化石Hypophicerassp.,Lytophicerassp.,Ophicerassp.,Paranoritescf.ovalis,Flemingitessp.等;雙殼類化石Claraiasp.,C.griesbachi,C.wangi,C.concentrica,C.radialis,C.aurita,Bekevelliapannonica等;腕足類化石Cathasissinuate,Waagenitesbarusiensis等,其時(shí)代為早三疊世早期(格里斯巴赫期-亭納爾期)。第一段上部—第四段含頭足類化石Paranoritescf.ovalis,Koninckites?sp.,Pseudosagecerasstriatum,Xinodiscoidescf.planatus,Flemingitessp.;雙殼類化石Claraiaaurita,Pleuronectitessp.,Posidoniasp.和牙形石Neospathoduswaageni等,其時(shí)代為早三疊世晚期(史密斯期—斯派斯期)。嘉陵江組可以分為5段:第一段以灰白色、灰色中厚層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、內(nèi)碎屑和生物碎屑灰?guī)r為主;第二段為灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r、碎屑灰?guī)r;第三段為暗灰色中厚層-厚層狀白云巖、含石膏假晶白云巖、膏溶角礫巖;第四段為灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r、碎屑灰?guī)r;第五段為淺灰色中厚層-厚層狀白云巖、含石膏假晶白云巖、膏溶角礫巖。嘉陵江組化石稀少,在大冶鐵山和陽(yáng)新大王殿一帶第五段中獲得牙形石化石Hindeodellasuevica,Neospathodushomeri,N.triangularis,Neohindeodellasuevica,N.Triassia,Enantiognathussp.,Cypridodellasp.,Xaniognatussp.,其時(shí)代為早三疊世晚期。2風(fēng)暴侵蝕構(gòu)造鄂東南地區(qū)早三疊世風(fēng)暴巖主要為各種竹葉狀礫屑灰?guī)r,在大冶組第一、二段較發(fā)育,在大冶組第三、四段和嘉陵江組局部發(fā)育。風(fēng)暴成因的竹葉狀礫屑灰?guī)r為未完全固結(jié)的碳酸鹽巖在風(fēng)暴高峰期被風(fēng)暴撕裂、扯起、打碎后沉積形成的。礫石成分多為泥晶灰?guī)r,夾有少量的含鮞粒礫屑。礫屑形態(tài)多呈橢圓形、長(zhǎng)條形、棱角形,以長(zhǎng)條形為主。礫石最大為9.5cm×4.5cm,長(zhǎng)度以2.0～3.0cm為主;分選性差,磨圓度中等。礫屑沿長(zhǎng)軸定向排列(順層排列),局部礫屑呈風(fēng)暴作用特有的菊花狀、倒“小”字狀排列。風(fēng)暴沉積中發(fā)育一系列風(fēng)暴作用形成的特殊沉積構(gòu)造,即風(fēng)暴侵蝕構(gòu)造、風(fēng)暴撕裂構(gòu)造、風(fēng)暴浪構(gòu)造、風(fēng)暴渦流構(gòu)造、風(fēng)暴濁流構(gòu)造及風(fēng)暴期后快速沉積構(gòu)造等。(1)風(fēng)暴侵蝕構(gòu)造是由風(fēng)暴渦流、潮流、回流以及風(fēng)暴重力流對(duì)海底沉積物進(jìn)行沖刷、削切、掏蝕、撕扯而留下的各種侵蝕充填構(gòu)造。鄂東南地區(qū)早三疊世風(fēng)暴巖的風(fēng)暴侵蝕構(gòu)造主要有渠鑄型構(gòu)造和沖刷面構(gòu)造。渠鑄型構(gòu)造主要發(fā)育于大冶沙田、黃石黃荊山大冶組第二段風(fēng)暴沉積底部,規(guī)模較小,長(zhǎng)可達(dá)40mm,深約為18mm,充填物以鈣質(zhì)礫屑為主(圖2-A)。沖刷面構(gòu)造主要發(fā)育于鄂東南各風(fēng)暴巖底部和大冶沙田風(fēng)暴濁流沉積底部,沖刷面呈波狀起伏,沖刷面之下沖刷截切下伏巖層,沖刷面之上為異地鈣質(zhì)礫屑。(2)風(fēng)暴撕裂構(gòu)造僅發(fā)育于黃石黃荊山大冶組,其突出特征是礫屑層與下伏巖層無(wú)明顯界線,露頭剖面上可見(jiàn)礫屑多呈彎曲狀、不規(guī)則狀(圖2-B)分布,為風(fēng)暴渦流將原地半固結(jié)巖層擊碎、卷起,部分礫屑被帶走,其余礫屑迅速堆積而形成的。(3)風(fēng)暴浪構(gòu)造主要包括丘狀交錯(cuò)層理、洼狀交錯(cuò)層理、平行層理等構(gòu)造,主要見(jiàn)于黃石黃荊山和大冶沙田等地。丘狀或洼狀交錯(cuò)層理的主要特征為各層組有一低角度的侵蝕剖面并以低角度斜交(一般<15°),紋層上凸的為丘狀交錯(cuò)層理,紋層下凹的為洼狀交錯(cuò)層理,Dot和Bourgeois于1982年認(rèn)為這是特大波浪作用的產(chǎn)物。大冶組丘狀、洼狀交錯(cuò)層理可以分為簡(jiǎn)單式和復(fù)合式2種類型。簡(jiǎn)單式為單個(gè)層系組成單個(gè)丘狀體,單個(gè)丘狀體長(zhǎng)50～100cm,高1.5～4.5cm,紋層平緩,與平行層理相互過(guò)渡演化。復(fù)合式由2個(gè)或2個(gè)以上丘狀體疊置而成,丘狀體間常具截切關(guān)系,單個(gè)丘狀體長(zhǎng)50～120cm,高5～8cm。丘狀、洼狀交錯(cuò)層理常發(fā)育于風(fēng)暴層序上部的鈣質(zhì)砂屑灰?guī)r中。(4)風(fēng)暴渦流構(gòu)造主要表現(xiàn)為上旋流水構(gòu)造,是風(fēng)暴沉積特有的沉積構(gòu)造。鄂東南地區(qū)的多向流水構(gòu)造主要有放射狀、菊花狀、倒“小”字狀構(gòu)造等(圖3),發(fā)育于黃石黃荊山、大冶沙田、陽(yáng)新新屋鋪和大王殿、通山楓梓山、赤壁火車站等地的大冶組風(fēng)暴層段中。放射狀、倒“小”字狀構(gòu)造由竹葉狀礫屑排列而成。放射狀、菊花狀、倒“小”字狀構(gòu)造反映水流具有旋轉(zhuǎn)、向上的力,一般認(rèn)為,只有風(fēng)暴渦流才能提供這種水動(dòng)力,因此,通常認(rèn)為它是風(fēng)暴作用唯一的、典型的識(shí)別標(biāo)志。(5)風(fēng)暴濁流構(gòu)造主要形成于與典型風(fēng)暴沉積共生的具塊狀層理(圖2-A)、遞變層理的礫屑灰?guī)r—砂屑灰?guī)r中,并形成完整或不完整的鮑馬序列(圖4-d)。大冶沙田、黃石黃荊山發(fā)育完整的具鮑馬序列的礫屑灰?guī)r—砂屑灰?guī)r,為典型的風(fēng)暴濁流沉積。(6)風(fēng)暴期后快速沉積構(gòu)造主要表現(xiàn)為風(fēng)暴過(guò)后細(xì)粒懸浮物快速沉積形成的塊狀層理。同時(shí)風(fēng)暴停息后生物在剛沉積的灰泥上覓食、棲息而形成擾動(dòng)構(gòu)造。塊狀層理和生物擾動(dòng)構(gòu)造主要發(fā)育于大冶沙田的大冶組風(fēng)暴層段頂部,由含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r構(gòu)成,層面上生物擾動(dòng)強(qiáng)烈。3巖相類型及序列一次風(fēng)暴事件的水動(dòng)力條件變化,塑造了各階段對(duì)應(yīng)的沉積層序和沉積特征。鄂東南地區(qū)三疊系風(fēng)暴沉積層序包括A、B、C、D、E、F、G7種巖相類型:A為具塊狀層理的竹葉狀礫屑灰?guī)r;B為具遞變層理的礫屑灰?guī)r;C為具丘狀、洼狀交錯(cuò)層理和平行層理的砂屑灰?guī)r;D為具平行層理的砂屑灰?guī)r;E為具波痕交錯(cuò)層理的砂屑灰?guī)r;F為具水平層理的粉屑灰?guī)r;G為具塊狀或水平層理的泥狀灰?guī)r。它們組成以下4種典型的風(fēng)暴沉積序列:風(fēng)暴潮序列(序列1);潮下帶風(fēng)暴流序列(序列2);內(nèi)陸棚風(fēng)暴流序列(序列3);外陸棚風(fēng)暴濁流序列(序列4)。(1)潮上帶具鳥眼構(gòu)造的白云巖、模式見(jiàn)于通山楓梓山嘉陵江組第一段,其背景沉積為典型的碳酸鹽潮坪序列(圖4-A)。潮坪沉積包括潮上帶具鳥眼構(gòu)造的白云巖、潮間帶具鳥眼構(gòu)造的藻紋層白云質(zhì)灰?guī)r、潮下帶具均質(zhì)層理的灰?guī)r。風(fēng)暴沉積的塊狀竹葉狀礫屑灰?guī)r夾于潮間帶藻紋層白云質(zhì)灰?guī)r中部,礫屑灰?guī)r厚約75cm,底界面為沖刷侵蝕面。竹葉狀礫石大多平行層面排列,可見(jiàn)放射狀排列,反映為風(fēng)暴潮波及潮坪形成的風(fēng)暴沉積。(2)風(fēng)暴沉積單元見(jiàn)于黃石黃荊山、陽(yáng)新龍港新屋鋪大冶組上部,其背景沉積為潮下帶的含砂屑的泥狀灰?guī)r。在黃荊山剖面該風(fēng)暴序列厚為75cm(圖4-b),包括A、D、E、G4個(gè)沉積單元:A為具塊狀層理的竹葉狀礫屑灰?guī)r(底面為沖刷侵蝕面或沖刷渠);D為具平行層理的砂屑灰?guī)r;E為具波痕交錯(cuò)層理的砂屑灰?guī)r;G為具水平層理的泥狀灰?guī)r。該風(fēng)暴沉積的竹葉狀礫石一般長(zhǎng)3～5cm,最大長(zhǎng)度可達(dá)12cm,厚1～2cm。礫石的定向排列不明顯,常見(jiàn)放射狀、渦旋狀排列,反映以風(fēng)暴渦流為主的沉積。平行層理的灰?guī)r代表風(fēng)暴作用衰減過(guò)程中的高能沉積;波痕交錯(cuò)層理的灰?guī)r為風(fēng)暴過(guò)后的正常波浪改造沉積。該沉積序列為風(fēng)暴影響正常浪基面以上的潮下帶的近源風(fēng)暴沉積。(3)具狀層理的基巖其廣泛分布于鄂東南各地,在大冶沙田、黃石黃荊山、陽(yáng)新大王殿和龍港新屋鋪、赤壁火車站的大冶組第二段最為典型。其背景沉積為陸棚相的水平層理泥狀灰?guī)r或泥質(zhì)條帶灰?guī)r。該層序厚40～60cm,包括A、C、G3個(gè)沉積單元:A為具塊狀層理的竹葉狀礫屑灰?guī)r(底部為沖刷侵蝕面或沖刷渠)(圖2-A);C為具丘狀、洼狀交錯(cuò)層理和平行層理的砂屑灰?guī)r;G為具塊狀或水平層理的泥狀灰?guī)r(圖4-c)。具塊狀層理的竹葉狀礫屑灰?guī)r中礫石大小一般為1～5cm×0.5～1.0cm,可見(jiàn)厚度為20～40cm的撕裂狀礫石,礫石大多平行層面排列,局部呈菊花狀、倒“小”字型排列(圖3)。具丘狀、洼狀交錯(cuò)層理和平行層理的砂屑灰?guī)r厚度為5～15cm,簡(jiǎn)單式或復(fù)合式丘狀、洼狀交錯(cuò)層理較發(fā)育,局部發(fā)育平行層理。具塊狀或水平層理的泥狀灰?guī)r厚度為10～30cm,其內(nèi)常見(jiàn)生物擾動(dòng)構(gòu)造。該層序的風(fēng)暴浪成因的丘狀交錯(cuò)層理和內(nèi)陸棚相薄板狀泥質(zhì)灰?guī)r的背景沉積反映其為風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間的風(fēng)暴流沉積。(4)積序列巖相類型僅見(jiàn)于大冶沙田大冶組第二段下部(圖4-d)。其背景沉積也是陸棚相的水平層理泥狀灰?guī)r或泥質(zhì)條帶灰?guī)r。該沉積序列厚度為110cm,包括B、D、E、F、G5種巖相類型:B為具遞變層理的礫屑灰?guī)r(底部為沖刷侵蝕面);D為具平行層理的砂屑灰?guī)r;E為具波痕交錯(cuò)層理的砂屑灰?guī)r;F為具水平層理的粉屑灰?guī)r;G為具塊狀或水平層理的泥狀灰?guī)r,上述巖相類型組成典型的鮑馬序列,代表風(fēng)暴影響外陸棚(風(fēng)暴浪基面之下)的風(fēng)暴濁流沉積。4風(fēng)暴作用及沉積相風(fēng)暴作為一種熱帶海洋氣旋,多形成于南、北緯5～20°的熱帶洋面上,其影響范圍可達(dá)南、北緯35°(如西北太平洋)到40°(如北大西洋)。風(fēng)暴多形成于海溫較暖期間,北半球多形成于7～11月,南半球多形成于1～3月。風(fēng)暴為暖性低壓,其地面流場(chǎng)為氣旋式復(fù)合流場(chǎng),在衛(wèi)星照片上顯示它是一條螺旋形云帶。風(fēng)暴具有巨大的能量,其風(fēng)速一般為40～60m/s,最大可達(dá)110m/s。風(fēng)暴引起的風(fēng)暴潮流的流速可達(dá)2m/s(1961年墨西哥灣)。在水下6m深處,風(fēng)暴流流速仍可達(dá)1.6m/s(1969年8月“卡米爾”颶風(fēng)),而正常天氣的海流速度僅為0.1m/s。由于風(fēng)暴為氣旋式渦旋,其風(fēng)暴中心附近引起的風(fēng)暴流具有較大的侵蝕力和負(fù)荷力,可以搬運(yùn)較多的沉積物。凡風(fēng)暴經(jīng)過(guò)的地區(qū),都會(huì)受到風(fēng)暴或多或少的干擾。但風(fēng)暴對(duì)濱岸淺海及湖泊區(qū)影響更顯著,風(fēng)暴產(chǎn)物也最易于保存在地質(zhì)記錄中。對(duì)風(fēng)暴結(jié)構(gòu)的研究表明,對(duì)下伏水體影響最大的是風(fēng)暴低層氣流流入層,該層大氣呈渦旋式流動(dòng),并有向內(nèi)的氣流作用。因此該層氣流與水體表面摩擦就形成強(qiáng)大的渦流層,該渦流層除存在與氣流渦流一致的大渦流外,內(nèi)部還包含一系列不規(guī)則的、大小不等的小規(guī)模渦旋。風(fēng)暴渦流是貫穿風(fēng)暴作用始終的一種重要的動(dòng)力作用,廣泛作用于風(fēng)暴浪基面以上的不同地帶。除了風(fēng)暴渦流外,風(fēng)暴潮流是風(fēng)暴作用于水體引起的另一種重要流體。風(fēng)暴潮面可比正常高潮面高6m以上,因此風(fēng)暴潮流、風(fēng)暴回流、風(fēng)暴浪、風(fēng)暴觸發(fā)的沉積物重力流可影響到潮上—陸棚下部的不同地帶。各風(fēng)暴作用的流體在風(fēng)暴的不同部位是不同的,在風(fēng)暴浪基面之上,為風(fēng)暴作用帶,該帶風(fēng)暴流可觸及海底沉積物;在風(fēng)暴浪基面之下,風(fēng)暴流不觸及海底,為風(fēng)暴濁流作用帶。在正常高潮面之上主要為風(fēng)暴潮作用,因此稱風(fēng)暴潮作用帶。在正常浪基面以上雖然風(fēng)暴作用強(qiáng)烈,但風(fēng)暴浪形成的丘狀交錯(cuò)層理由于受風(fēng)暴后正常波浪的影響而保存不好;在正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間由于在風(fēng)暴過(guò)后不受正常波浪的影響而保存完好。不同環(huán)境單元的風(fēng)暴作用方式如表1所示。鄂東南地區(qū)早三疊世風(fēng)暴沉積記錄了自潮坪到風(fēng)暴浪基面以下各環(huán)境單元不同類型的風(fēng)暴沉積,保存了不同類型的沉積構(gòu)造和沉積組構(gòu),形成不同類型的沉積序列(表1,圖5)。從背景沉積看,鄂東南地區(qū)下三疊統(tǒng)大冶組—嘉陵江組為一向上變淺的充填序列,從大冶組第一段—第二段底部的外陸棚沉積、大冶組第二段上部—第三段的內(nèi)陸棚沉積、第四段的內(nèi)陸棚—潮下帶沉積,到嘉陵江組的碳酸鹽巖潮坪和局限盆地的交互沉積,自大冶組到嘉陵江組第一段的這些沉積均受風(fēng)暴影響而形成風(fēng)暴沉積。其中大冶組第二段下部保存了深陸棚背景下形成的具鮑馬序列的風(fēng)暴濁流沉積;大冶組第二段上部為中陸棚背景下的典型風(fēng)暴流沉積,具典型風(fēng)暴流沉積的三單元序列結(jié)構(gòu);大冶組第三段為淺陸棚背景下的風(fēng)暴流沉積,發(fā)育