风暴岩的特征及地质意义

论文提要自Kelling等提出、Aiger重新定义风暴岩(tempestites)以来，风暴岩一度成为国内外沉积学界的研究热点，取得了不少成果。国内学者自20世纪80年代开始对风暴事件沉积进行研究，发表了大量有关风暴岩的论著，同时不少学者对现代风暴潮也进行了研究。但有关广西风暴岩的报道较少，而泥盆系风暴岩则未见报道。桂林地区奇峰镇和垌村中、上泥盆统发育典型的风暴岩，风暴沉积的发现对认识中、晚泥盆世的古地理、古气候和古海洋具有重要意义。风暴岩特征及地质意义摘要：风暴岩是在风暴影响下在海洋和水盆地中形成的沉积岩。风暴沉积是特定环境下发生的事件沉积，风暴岩的识别对重建古沉积环境具有重要意义。对风暴岩的研究，不仅对风暴沉积作用机制的研究、古地理和古气候的恢复有着重要意义，而且对成矿环境和成矿地质特征等分析也具有十分重要的意义。关键词：风暴岩风暴沉积中、上泥盆统古海洋风暴岩(tempestite)是在风暴影响下在海洋和水盆地中形成的沉积岩。代表地质历史中风暴作用形成的特殊沉积物组合。近滨和陆棚由风暴浪造成的，属浅水沉积，厚度介于几mm至lm以上。岩石可为陆缘碎屑岩，又可为碳酸盐岩，甚至是磷酸盐岩。由于风暴岩特殊的沉积动力学特征和在古地理重建中的重要地位，风暴岩不仅可作为地层划分对比的标志，而且对分析沉积盆地的古地理(深度和轮廓)，揭示盆地构造性质都具有重要的意义。已成为国内、外沉积学界研究的热点。目前，国内外沉积学工作者主要通过动力地层学分级法、遗迹学特征与沉积特征等方法，将风暴岩的研究应用到古环境重建、古气候恢复、古构造判别及地层对比之中。风暴是在热带海洋上生成的强大而深厚的气旋性涡旋的统称。风暴沉积是由风暴作用影响海水而导致海底沉积物引发的一种特殊事件沉积。Kelling等首先提出风暴岩(tempestite)的概念，用以代表浅海中的风暴作用形成的风暴岩。Aigner将其含义扩充为风暴沉积(stormdeposit),意指所有受风暴作用影响的沉积。风暴岩的概念提出后，一度成为国内、外沉积学界的热点。80年代后国内学者发表了大量有关风暴岩的论著。国内对泥盆纪风暴岩报道仅限于新疆、甘肃及江苏等地，华南地区泥盆纪风暴岩报道较少。―、风暴岩的特征(一)岩石学特征风暴岩按其成因分为原地风暴岩、近源风暴岩和远源风暴岩。原地风暴岩为未完全固结的碳酸盐岩在风暴高峰期被风暴撕裂、扯起、打碎后就地沉积形成，分布于馒头组上部，为砾屑灰岩。砾屑含量70%-85%,呈竹叶状(少数具塑性变形)，“竹叶”长度为0.5-15cm，成分为泥晶灰岩。颗粒支撑，杂基为泥晶,砾屑分布杂乱，偶见放射状排列,底部尚见个别砾屑与原地薄层灰岩相连。近源风暴岩中:①砾屑灰岩分布于馒头组中部。砾屑有两种，其一为片状介屑，含量约40%，大小为1-5cm，其二是次圆状灰岩砾屑，含量为20%,大小为1-3cm。砾屑间为粉屑和泥晶充填，为风暴回流对原地沉积物进行改造及风暴回流携带物沉积而成。②粉屑灰岩分布于九里桥组和馒头组中部，泥质含量15%-25%,微晶、粉屑含量75%-85%,具丘状交

错层理，属风暴衰退期由风暴携带悬浮物沉积而成。③粉砂质灰岩分布于刘老碑组上部和九里桥组，粉砂成分为石英，沿丘状纹层或平行纹层层面集中分布,为风暴携带物差异沉降沉积而成。④泥质粉砂岩、细砂岩分布于刘老碑组上部和寿县组上部,粒序层及丘状、凹状交错层理发育，为风暴回流携带物沉积和风暴回流对原地沉积物改造后再沉积而成。远源风暴岩由风暴浊流形成,岩性为泥晶灰岩及含粉屑泥晶灰岩，主要分布于刘老碑组下部，具砂纹层理和底部冲刷面。(二)沉积构造特征底面构造底面构造是识别风暴沉积的重要标志。本区常见的风暴岩底面构造有冲刷面、底模及撕裂构造等，其形态和特征(见图1)。其中，冲刷面有平坦状、波状、复杂形状等形态；底模主要为多向槽模，模长10-40cm,高0.6-1.5cm,底部圆滑，充填物为异地陆屑，主要见于刘老碑组中上部；而撕裂构造仅见于馒头组上部，其突出特征是砾屑层与下伏岩层无明显界线，露头剖面上可见下部个别砾屑的根部仍与下伏薄层泥晶灰岩相连，上部砾屑则多具旋转状、放射状分布，为风暴旋涡流将原地半固结岩层击碎、卷起，部分砾屑被带走、其余砾屑迅速堆积而形成。A BA BD4—波状；B—平坦状;C一不规则状*上部见指状构造撕扯构选

见放射状、倒1小”字状构造；E—生物礁丘截切构i&F-槽模图1风暴岩的形态特征流动构造风暴岩主要的流动构造有丘状交错层理、粒序层理、波状层理、平行层理、砂纹层理及放射状、倒“小”字状多向流水构造等，下面着重介绍丘状交错层理和多向流水构造。丘状交错层理:具丘状和凹状表面形态，其形成与风暴摆动浪有关。Bose(1988)将其分成被动式和主动式丘状两类。本区产出的丘状交错层理大多为主动式，见于刘老碑组上部和馒头组中部，主要特点是各细层向脊部发散增厚而向两端变薄收敛。依产出层位及组合特征分述如下:简单式由单个层系组成丘状体，单个丘状体长约5-50cm,高1-15cm,纹层平缓，发育

于寿县组上部和刘老碑组中上部含陆屑灰岩和泥质粉细砂岩中；复合式由两个或两个以上丘状体叠置而成，丘状体间常具截切关系,单个丘状体长20-80cm,高l-12cm,发育于馒头组中部及九里桥组下部泥质灰岩中。多向流水构造：由风暴旋涡流形成，是风暴沉积特有的沉积构造。本区多向流水构造主要有放射状、指状、倒“小”字状构造等见于馒头组中上部风暴层段中。放射状、倒“小”字状构造发育于馒头组上部砾屑灰岩中，由竹叶状砾屑排列而成,其下部常可见到撕扯构造，顶面多具上凸形态。指状构造则发育于馒头组中部介屑灰岩中，由长条形介屑排列而成，位于砾屑层的中上部，而其下部介屑、砾屑则呈叠瓦状排列，说明下部为定向流水的碎屑流沉积，中上部为旋涡流沉积。风暴期后构造：即软底，反映风暴停息后生物在刚沉积的灰泥上觅食、栖息，形成扰动灰岩。较典型的软底见于馒头组风暴层段顶部，由含泥质泥晶灰岩构成，层面上生物扰动强烈,生物蚀孔和逃逸迹依稀可辨。三、风暴岩剖面结构类型 ：Allen认为，理想的风暴岩层序除了特征的侵蚀底面外,还包括粒序段(A)、块状段(B)、丘状交错层理段(C)、平行层理段(D)、沙纹层理段(E)和泥岩段(F)。然而在实际剖面中很难见到上述完整层序。见到的风暴岩剖面类型主要有以下几种(见图2)。VIVI图2风暴岩剖面结构类型I、II、III型见于刘老碑组下部条带状灰岩之风暴层段中。I型结构突出的特征是上部层段完整而缺失下部层段，单个风暴岩剖面层序厚5-8cm,由D、E、F段组成。其中,D段厚2-3cm,由泥晶灰岩组成,底界为平整或微波状冲刷面，有机质平行层理面分布;E段厚l-2cm,由含泥质泥晶灰岩组成，发育砂纹层理和微波状层理；F段为富泥质、有机质泥晶灰岩。II型结构由I型的D、E段重复构成。III型由B、C、E、F四段组成。其中,B段厚l-2cm,为含粉屑灰岩，略显粒序；C段厚l-1.5cm,为泥晶灰岩，偶见简单式丘状交错层理，丘长5-8cm,高0.5cm；E和F段与I型结构中E、F段相同。露头剖面上以II型常见，由II型夹I、III型在纵向上重复叠置，构成厚20-30cm风暴层段。W、V型见于刘老碑组上部陆屑风暴层段中。W型由A、BiCiF段组成，厚8-12cm。其中,A段厚2-3cm,为具粒序层理的粉细砂岩，底界偶见槽模；B段厚l-2cm,为粉砂岩，略具平行层理；C段厚2-4cm,由钙质粉砂岩或粉砂质灰岩组成，具简单式丘状交错层理，丘长5-10cm,高0.5-lcm；F段为泥质灰岩或钙质泥岩，厚2-3cm°V型由C、F段组成，厚25-35cm。其中,C段为粉砂岩，具大型丘状交错层理,丘长达1.5-2m,丘高25-35cm，底界为波状冲刷面；F段为具水平层理的钙质泥岩。上述剖面结构以发育下部层段为特征，岩石成分以陆源石英为主，含少量云母、海绿石，而原地沉积则为泥晶灰岩和泥页岩,说明风暴岩是由风暴回流携带的大量陆源物质滞留于陆棚环境沉积而成。V型见于下震旦统寿县组上部，由A、CiDiF段组成。A段为粒序层，由石英砂岩组成；C段为粉细砂岩，丘状交错层理发育；D段为泥质粉砂岩；F段为泥岩。整个剖面结构厚5-12cm,由风暴回流沉积形成，属近源风暴岩。⑷、哪型见于下震旦统九里桥组风暴层段中。⑷型由A、BiF段组成。其中,A段为粉细砂岩，具粒序结构，底界为凹凸不平状冲刷面；B段为泥质粉砂岩，块状结构；F段为灰黄色泥页岩。哪型由A、BiCiEiF段组成。其中，A段为石英砂岩，厚2-5cm，具正粒序；B段为厚1-4cm的含粉砂泥质灰岩，略显平行层理；C段为厚l-5cm的泥质灰岩，见简单式丘状层理，丘长5-20cm,高l-5cm；E段为泥质灰岩，波状层理发育，偶见砂纹层理;F段为泥晶灰岩或泥页岩，厚0.5-2cm。上述两种剖面结构在纵向上的叠置构成100-150cm厚的风暴层段，其底界为凹凸不平的冲刷面，界面下部藻礁灰岩常见削顶或截切现象。剖面上由50-150cm厚的藻礁灰岩与100-150cm厚的风暴岩组成6个旋回，成为九里桥组很有特色的沉积特征。IX型见于馒头组中部条带状灰岩中，由A、BiCiF段组成。A段为砾屑、生屑灰岩，厚2-4cm,底部砾屑包括介屑和灰岩砾屑，具叠瓦状，中上部介屑偶见放射状、指状分布；B段厚2-3cm,由含介屑砂屑灰岩组成，不显层理；C段厚8-12cm,为含粉屑泥晶灰岩，具简单复式丘状层理，丘长70-100cm,高8-12cm；C段底界为冲刷面；F段为厚5-15cm的生物扰动灰岩,形成于开阔海环境。X型见于馒头组上部，由A、F段组成。A段厚20-50cm,为砾屑灰岩，顶、底面凹凸不平，底部砾屑具放射状，偶见撕裂构造;F段为原地沉积泥晶灰岩，属原地风暴岩,形成于潮下带环境,由尚末固结的灰岩被风暴撕裂、卷起后再就地沉积而成。四、风暴岩的研究意义风暴沉积是特定环境下发生的事件沉积，风暴岩的识别对重建古沉积环境具有重要意义。首先，风暴岩的识别有利于沉积时古纬度的恢复。现代风暴多发生于低纬度热带地区，主要形成于赤道附近5-20。的区域，影响范围多在纬度5-30。间，风暴岩的频繁出现往往是低纬度热带气候条件的标志。其次，风暴岩特征与水深关系密切,风暴沉积主要发生于正常浪基面与风暴浪基面之间，因此，风暴岩的形成环境多为陆棚浅海；在物源供给充足情况下甚至保存在正常浪基面之上。风暴流是风暴在滨岸和海底引起的一种特殊流体,具有密度流和牵引流的双重性质，同时又具有涡流的特征。当风暴掠过海水表面，吹向陆地时，驱动海水以波浪形式前进而形成风暴浪，风暴浪如遇海底高地形则引起回流,并扰动海底沉积物而形成密度流。当风暴衰退时，密度流中的颗粒迅速下沉，在靠陆一侧形成近源风暴岩,在远离陆岸一侧形成远源风暴岩。在风暴停息或间歇期，起主导作用的是底部牵引流,因此常形成波状纹层或浪成交错层理。这种由风暴流所产生的沉积物和沉积构造组合称为风暴岩。风暴作用作为一种突发事件，从其发生、发展到结束都有其独特的水动力学特点，并能形成特殊的沉积构造和沉积序列。因此，对风暴岩的研究,不仅对风暴沉积作用机制的研究、古地理和古气候的恢复有着重要意义，而且对成矿环境和成矿地质特征等分析也具有十分重要的意义。参考文献吴瑞棠，张守信等，现代地层学，武汉:中国地质大学出版社，1989。AignerT.Calcareoustempestites:Storm-dominatedstratificationinupperMuschelkalklimestones.(MiddleTrias,SW-Germany).Cyclican