風(fēng)暴巖的特征及地質(zhì)意義

論文提要自Kelling等提出、Aiger重新定義風(fēng)暴巖(tempestites)以來，風(fēng)暴巖一度成為國內(nèi)外沉積學(xué)界的研究熱點，取得了不少成果。國內(nèi)學(xué)者自20世紀(jì)80年代開始對風(fēng)暴事件沉積進(jìn)行研究，發(fā)表了大量有關(guān)風(fēng)暴巖的論著，同時不少學(xué)者對現(xiàn)代風(fēng)暴潮也進(jìn)行了研究。但有關(guān)廣西風(fēng)暴巖的報道較少，而泥盆系風(fēng)暴巖則未見報道。桂林地區(qū)奇峰鎮(zhèn)和垌村中、上泥盆統(tǒng)發(fā)育典型的風(fēng)暴巖，風(fēng)暴沉積的發(fā)現(xiàn)對認(rèn)識中、晚泥盆世的古地理、古氣候和古海洋具有重要意義。風(fēng)暴巖特征及地質(zhì)意義摘要：風(fēng)暴巖是在風(fēng)暴影響下在海洋和水盆地中形成的沉積巖。風(fēng)暴沉積是特定環(huán)境下發(fā)生的事件沉積，風(fēng)暴巖的識別對重建古沉積環(huán)境具有重要意義。對風(fēng)暴巖的研究，不僅對風(fēng)暴沉積作用機(jī)制的研究、古地理和古氣候的恢復(fù)有著重要意義，而且對成礦環(huán)境和成礦地質(zhì)特征等分析也具有十分重要的意義。關(guān)鍵詞：風(fēng)暴巖風(fēng)暴沉積中、上泥盆統(tǒng)古海洋風(fēng)暴巖(tempestite)是在風(fēng)暴影響下在海洋和水盆地中形成的沉積巖。代表地質(zhì)歷史中風(fēng)暴作用形成的特殊沉積物組合。近濱和陸棚由風(fēng)暴浪造成的，屬淺水沉積，厚度介于幾mm至lm以上。巖石可為陸緣碎屑巖，又可為碳酸鹽巖，甚至是磷酸鹽巖。由于風(fēng)暴巖特殊的沉積動力學(xué)特征和在古地理重建中的重要地位，風(fēng)暴巖不僅可作為地層劃分對比的標(biāo)志，而且對分析沉積盆地的古地理(深度和輪廓)，揭示盆地構(gòu)造性質(zhì)都具有重要的意義。已成為國內(nèi)、外沉積學(xué)界研究的熱點。目前，國內(nèi)外沉積學(xué)工作者主要通過動力地層學(xué)分級法、遺跡學(xué)特征與沉積特征等方法，將風(fēng)暴巖的研究應(yīng)用到古環(huán)境重建、古氣候恢復(fù)、古構(gòu)造判別及地層對比之中。風(fēng)暴是在熱帶海洋上生成的強(qiáng)大而深厚的氣旋性渦旋的統(tǒng)稱。風(fēng)暴沉積是由風(fēng)暴作用影響海水而導(dǎo)致海底沉積物引發(fā)的一種特殊事件沉積。Kelling等首先提出風(fēng)暴巖(tempestite)的概念，用以代表淺海中的風(fēng)暴作用形成的風(fēng)暴巖。Aigner將其含義擴(kuò)充為風(fēng)暴沉積(stormdeposit),意指所有受風(fēng)暴作用影響的沉積。風(fēng)暴巖的概念提出后，一度成為國內(nèi)、外沉積學(xué)界的熱點。80年代后國內(nèi)學(xué)者發(fā)表了大量有關(guān)風(fēng)暴巖的論著。國內(nèi)對泥盆紀(jì)風(fēng)暴巖報道僅限于新疆、甘肅及江蘇等地，華南地區(qū)泥盆紀(jì)風(fēng)暴巖報道較少。―、風(fēng)暴巖的特征(一)巖石學(xué)特征風(fēng)暴巖按其成因分為原地風(fēng)暴巖、近源風(fēng)暴巖和遠(yuǎn)源風(fēng)暴巖。原地風(fēng)暴巖為未完全固結(jié)的碳酸鹽巖在風(fēng)暴高峰期被風(fēng)暴撕裂、扯起、打碎后就地沉積形成，分布于饅頭組上部，為礫屑灰?guī)r。礫屑含量70%-85%,呈竹葉狀(少數(shù)具塑性變形)，“竹葉”長度為0.5-15cm，成分為泥晶灰?guī)r。顆粒支撐，雜基為泥晶,礫屑分布雜亂，偶見放射狀排列,底部尚見個別礫屑與原地薄層灰?guī)r相連。近源風(fēng)暴巖中:①礫屑灰?guī)r分布于饅頭組中部。礫屑有兩種，其一為片狀介屑，含量約40%，大小為1-5cm，其二是次圓狀灰?guī)r礫屑，含量為20%,大小為1-3cm。礫屑間為粉屑和泥晶充填，為風(fēng)暴回流對原地沉積物進(jìn)行改造及風(fēng)暴回流攜帶物沉積而成。②粉屑灰?guī)r分布于九里橋組和饅頭組中部，泥質(zhì)含量15%-25%,微晶、粉屑含量75%-85%,具丘狀交

錯層理，屬風(fēng)暴衰退期由風(fēng)暴攜帶懸浮物沉積而成。③粉砂質(zhì)灰?guī)r分布于劉老碑組上部和九里橋組，粉砂成分為石英，沿丘狀紋層或平行紋層層面集中分布,為風(fēng)暴攜帶物差異沉降沉積而成。④泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖分布于劉老碑組上部和壽縣組上部,粒序?qū)蛹扒馉?、凹狀交錯層理發(fā)育，為風(fēng)暴回流攜帶物沉積和風(fēng)暴回流對原地沉積物改造后再沉積而成。遠(yuǎn)源風(fēng)暴巖由風(fēng)暴濁流形成,巖性為泥晶灰?guī)r及含粉屑泥晶灰?guī)r，主要分布于劉老碑組下部，具砂紋層理和底部沖刷面。(二)沉積構(gòu)造特征底面構(gòu)造底面構(gòu)造是識別風(fēng)暴沉積的重要標(biāo)志。本區(qū)常見的風(fēng)暴巖底面構(gòu)造有沖刷面、底模及撕裂構(gòu)造等，其形態(tài)和特征(見圖1)。其中，沖刷面有平坦?fàn)睢⒉?、?fù)雜形狀等形態(tài)；底模主要為多向槽模，模長10-40cm,高0.6-1.5cm,底部圓滑，充填物為異地陸屑，主要見于劉老碑組中上部；而撕裂構(gòu)造僅見于饅頭組上部，其突出特征是礫屑層與下伏巖層無明顯界線，露頭剖面上可見下部個別礫屑的根部仍與下伏薄層泥晶灰?guī)r相連，上部礫屑則多具旋轉(zhuǎn)狀、放射狀分布，為風(fēng)暴旋渦流將原地半固結(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。A BA BD4—波狀；B—平坦?fàn)?C一不規(guī)則狀*上部見指狀構(gòu)造撕扯構(gòu)選

見放射狀、倒1小”字狀構(gòu)造；E—生物礁丘截切構(gòu)i&F-槽模圖1風(fēng)暴巖的形態(tài)特征流動構(gòu)造風(fēng)暴巖主要的流動構(gòu)造有丘狀交錯層理、粒序?qū)永?、波狀層理、平行層理、砂紋層理及放射狀、倒“小”字狀多向流水構(gòu)造等，下面著重介紹丘狀交錯層理和多向流水構(gòu)造。丘狀交錯層理:具丘狀和凹狀表面形態(tài)，其形成與風(fēng)暴擺動浪有關(guān)。Bose(1988)將其分成被動式和主動式丘狀兩類。本區(qū)產(chǎn)出的丘狀交錯層理大多為主動式，見于劉老碑組上部和饅頭組中部，主要特點是各細(xì)層向脊部發(fā)散增厚而向兩端變薄收斂。依產(chǎn)出層位及組合特征分述如下:簡單式由單個層系組成丘狀體，單個丘狀體長約5-50cm,高1-15cm,紋層平緩，發(fā)育

于壽縣組上部和劉老碑組中上部含陸屑灰?guī)r和泥質(zhì)粉細(xì)砂巖中；復(fù)合式由兩個或兩個以上丘狀體疊置而成，丘狀體間常具截切關(guān)系,單個丘狀體長20-80cm,高l-12cm,發(fā)育于饅頭組中部及九里橋組下部泥質(zhì)灰?guī)r中。多向流水構(gòu)造：由風(fēng)暴旋渦流形成，是風(fēng)暴沉積特有的沉積構(gòu)造。本區(qū)多向流水構(gòu)造主要有放射狀、指狀、倒“小”字狀構(gòu)造等見于饅頭組中上部風(fēng)暴層段中。放射狀、倒“小”字狀構(gòu)造發(fā)育于饅頭組上部礫屑灰?guī)r中，由竹葉狀礫屑排列而成,其下部常可見到撕扯構(gòu)造，頂面多具上凸形態(tài)。指狀構(gòu)造則發(fā)育于饅頭組中部介屑灰?guī)r中，由長條形介屑排列而成，位于礫屑層的中上部，而其下部介屑、礫屑則呈疊瓦狀排列，說明下部為定向流水的碎屑流沉積，中上部為旋渦流沉積。風(fēng)暴期后構(gòu)造：即軟底，反映風(fēng)暴停息后生物在剛沉積的灰泥上覓食、棲息，形成擾動灰?guī)r。較典型的軟底見于饅頭組風(fēng)暴層段頂部，由含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r構(gòu)成，層面上生物擾動強(qiáng)烈,生物蝕孔和逃逸跡依稀可辨。三、風(fēng)暴巖剖面結(jié)構(gòu)類型 ：Allen認(rèn)為，理想的風(fēng)暴巖層序除了特征的侵蝕底面外,還包括粒序段(A)、塊狀段(B)、丘狀交錯層理段(C)、平行層理段(D)、沙紋層理段(E)和泥巖段(F)。然而在實際剖面中很難見到上述完整層序。見到的風(fēng)暴巖剖面類型主要有以下幾種(見圖2)。VIVI圖2風(fēng)暴巖剖面結(jié)構(gòu)類型I、II、III型見于劉老碑組下部條帶狀灰?guī)r之風(fēng)暴層段中。I型結(jié)構(gòu)突出的特征是上部層段完整而缺失下部層段，單個風(fēng)暴巖剖面層序厚5-8cm,由D、E、F段組成。其中,D段厚2-3cm,由泥晶灰?guī)r組成,底界為平整或微波狀沖刷面，有機(jī)質(zhì)平行層理面分布;E段厚l-2cm,由含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r組成，發(fā)育砂紋層理和微波狀層理；F段為富泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)泥晶灰?guī)r。II型結(jié)構(gòu)由I型的D、E段重復(fù)構(gòu)成。III型由B、C、E、F四段組成。其中,B段厚l-2cm,為含粉屑灰?guī)r，略顯粒序；C段厚l-1.5cm,為泥晶灰?guī)r，偶見簡單式丘狀交錯層理，丘長5-8cm,高0.5cm；E和F段與I型結(jié)構(gòu)中E、F段相同。露頭剖面上以II型常見，由II型夾I、III型在縱向上重復(fù)疊置，構(gòu)成厚20-30cm風(fēng)暴層段。W、V型見于劉老碑組上部陸屑風(fēng)暴層段中。W型由A、BiCiF段組成，厚8-12cm。其中,A段厚2-3cm,為具粒序?qū)永淼姆奂?xì)砂巖，底界偶見槽模；B段厚l-2cm,為粉砂巖，略具平行層理；C段厚2-4cm,由鈣質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)灰?guī)r組成，具簡單式丘狀交錯層理，丘長5-10cm,高0.5-lcm；F段為泥質(zhì)灰?guī)r或鈣質(zhì)泥巖，厚2-3cm°V型由C、F段組成，厚25-35cm。其中,C段為粉砂巖，具大型丘狀交錯層理,丘長達(dá)1.5-2m,丘高25-35cm，底界為波狀沖刷面；F段為具水平層理的鈣質(zhì)泥巖。上述剖面結(jié)構(gòu)以發(fā)育下部層段為特征，巖石成分以陸源石英為主，含少量云母、海綠石，而原地沉積則為泥晶灰?guī)r和泥頁巖,說明風(fēng)暴巖是由風(fēng)暴回流攜帶的大量陸源物質(zhì)滯留于陸棚環(huán)境沉積而成。V型見于下震旦統(tǒng)壽縣組上部，由A、CiDiF段組成。A段為粒序?qū)?，由石英砂巖組成；C段為粉細(xì)砂巖，丘狀交錯層理發(fā)育；D段為泥質(zhì)粉砂巖；F段為泥巖。整個剖面結(jié)構(gòu)厚5-12cm,由風(fēng)暴回流沉積形成，屬近源風(fēng)暴巖。⑷、哪型見于下震旦統(tǒng)九里橋組風(fēng)暴層段中。⑷型由A、BiF段組成。其中,A段為粉細(xì)砂巖，具粒序結(jié)構(gòu)，底界為凹凸不平狀沖刷面；B段為泥質(zhì)粉砂巖，塊狀結(jié)構(gòu)；F段為灰黃色泥頁巖。哪型由A、BiCiEiF段組成。其中，A段為石英砂巖，厚2-5cm，具正粒序；B段為厚1-4cm的含粉砂泥質(zhì)灰?guī)r，略顯平行層理；C段為厚l-5cm的泥質(zhì)灰?guī)r，見簡單式丘狀層理，丘長5-20cm,高l-5cm；E段為泥質(zhì)灰?guī)r，波狀層理發(fā)育，偶見砂紋層理;F段為泥晶灰?guī)r或泥頁巖，厚0.5-2cm。上述兩種剖面結(jié)構(gòu)在縱向上的疊置構(gòu)成100-150cm厚的風(fēng)暴層段，其底界為凹凸不平的沖刷面，界面下部藻礁灰?guī)r常見削頂或截切現(xiàn)象。剖面上由50-150cm厚的藻礁灰?guī)r與100-150cm厚的風(fēng)暴巖組成6個旋回，成為九里橋組很有特色的沉積特征。IX型見于饅頭組中部條帶狀灰?guī)r中，由A、BiCiF段組成。A段為礫屑、生屑灰?guī)r，厚2-4cm,底部礫屑包括介屑和灰?guī)r礫屑，具疊瓦狀，中上部介屑偶見放射狀、指狀分布；B段厚2-3cm,由含介屑砂屑灰?guī)r組成，不顯層理；C段厚8-12cm,為含粉屑泥晶灰?guī)r，具簡單復(fù)式丘狀層理，丘長70-100cm,高8-12cm；C段底界為沖刷面；F段為厚5-15cm的生物擾動灰?guī)r,形成于開闊海環(huán)境。X型見于饅頭組上部，由A、F段組成。A段厚20-50cm,為礫屑灰?guī)r，頂、底面凹凸不平，底部礫屑具放射狀，偶見撕裂構(gòu)造;F段為原地沉積泥晶灰?guī)r，屬原地風(fēng)暴巖,形成于潮下帶環(huán)境,由尚末固結(jié)的灰?guī)r被風(fēng)暴撕裂、卷起后再就地沉積而成。四、風(fēng)暴巖的研究意義風(fēng)暴沉積是特定環(huán)境下發(fā)生的事件沉積，風(fēng)暴巖的識別對重建古沉積環(huán)境具有重要意義。首先，風(fēng)暴巖的識別有利于沉積時古緯度的恢復(fù)。現(xiàn)代風(fēng)暴多發(fā)生于低緯度熱帶地區(qū)，主要形成于赤道附近5-20。的區(qū)域，影響范圍多在緯度5-30。間，風(fēng)暴巖的頻繁出現(xiàn)往往是低緯度熱帶氣候條件的標(biāo)志。其次，風(fēng)暴巖特征與水深關(guān)系密切,風(fēng)暴沉積主要發(fā)生于正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間，因此，風(fēng)暴巖的形成環(huán)境多為陸棚淺海；在物源供給充足情況下甚至保存在正常浪基面之上。風(fēng)暴流是風(fēng)暴在濱岸和海底引起的一種特殊流體,具有密度流和牽引流的雙重性質(zhì)，同時又具有渦流的特征。當(dāng)風(fēng)暴掠過海水表面，吹向陸地時，驅(qū)動海水以波浪形式前進(jìn)而形成風(fēng)暴浪，風(fēng)暴浪如遇海底高地形則引起回流,并擾動海底沉積物而形成密度流。當(dāng)風(fēng)暴衰退時，密度流中的顆粒迅速下沉，在靠陸一側(cè)形成近源風(fēng)暴巖,在遠(yuǎn)離陸岸一側(cè)形成遠(yuǎn)源風(fēng)暴巖。在風(fēng)暴停息或間歇期，起主導(dǎo)作用的是底部牽引流,因此常形成波狀紋層或浪成交錯層理。這種由風(fēng)暴流所產(chǎn)生的沉積物和沉積構(gòu)造組合稱為風(fēng)暴巖。風(fēng)暴作用作為一種突發(fā)事件，從其發(fā)生、發(fā)展到結(jié)束都有其獨特的水動力學(xué)特點，并能形成特殊的沉積構(gòu)造和沉積序列。因此，對風(fēng)暴巖的研究,不僅對風(fēng)暴沉積作用機(jī)制的研究、古地理和古氣候的恢復(fù)有著重要意義，而且對成礦環(huán)境和成礦地質(zhì)特征等分析也具有十分重要的意義。參考文獻(xiàn)吳瑞棠，張守信等，現(xiàn)代地層學(xué)，武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1989。AignerT.Calcareoustempestites:Storm-dominatedstratificationinupperMuschelkalklimestones.(MiddleTrias,SW-Germany).Cyclican