熊玉強(qiáng)

(中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院,山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

風(fēng)暴巖主要分布在中南和東北一帶,眾多學(xué)者在山東新泰、沂水楊莊地區(qū)均發(fā)現(xiàn)報道了寒武系風(fēng)暴沉積[1]。晚寒武世,華北地臺不僅為克拉通內(nèi)穩(wěn)定的淺海沉積環(huán)境,且處于低緯度赤道颶風(fēng)帶控制之下,風(fēng)暴作用頻繁,風(fēng)暴沉積極其發(fā)育,在該區(qū)的上寒武統(tǒng)地層中留下了豐富的風(fēng)暴沉積記錄,風(fēng)暴巖廣泛分布于九龍群炒米店組[2-3]。對風(fēng)暴沉積進(jìn)行研究,不僅是該區(qū)晚寒武世沉積作用、沉積環(huán)境的研究的重要方面,而且對華北地臺沉積環(huán)境及古地理、古氣候的研究具有重要意義。本次主要從礫屑灰?guī)r的分類、沉積構(gòu)造、沉積序列、形成機(jī)制等方面研究了山東濟(jì)南—淄博地區(qū)內(nèi)上寒武統(tǒng)風(fēng)暴沉積的特征,對其沉積特征和沉積環(huán)境進(jìn)行了分析,研討了該區(qū)的沉積模式。

1—一級單元界線;2—二級單元界線;3—三級單元界線;4—四級單元界線;5—五級單元界線;6—斷裂及推測斷裂;7—不整合界線;8—單元代號;9—研究區(qū)范圍

1 風(fēng)暴礫屑灰?guī)r的分類

根據(jù)礫屑的來源與搬運距離的遠(yuǎn)近關(guān)系,將礫屑灰?guī)r分為原地型礫屑灰?guī)r和異地型礫屑灰?guī)r2種類型[6-7]。

1.1 原地型礫屑灰?guī)r

為風(fēng)浪就地沖積、掀起、擠壓、破碎已固結(jié)的碳酸鹽沉積物原地堆積而成,頂面云朵狀,其礫屑呈扁平狀,單一礦物成分,與下伏巖層成分一致,磨圓、分選性皆差,基本無氧化圈,顆粒支撐結(jié)構(gòu),放射狀、協(xié)調(diào)皺紋狀排列等,下部平緩,上部直立(圖2,照片1)。

圖2 文祖石門炒米店組呈協(xié)調(diào)皺紋狀排列的原地型風(fēng)暴礫屑灰?guī)r素描圖

1.2 異地型礫屑灰?guī)r

為風(fēng)暴潮流將破碎的碳酸鹽礫屑搬運至外地堆積而成,據(jù)其搬運距離可分為近源和遠(yuǎn)源2種。遠(yuǎn)源礫屑灰?guī)r產(chǎn)出水體較深,上下皆為較深水薄層泥灰?guī)r,近源礫屑灰?guī)r產(chǎn)出水體相對較淺,皆是風(fēng)暴回流碎屑流再次搬運堆積而成,礫石成分較復(fù)雜,常具有氧化圈,與下伏層面為沖刷接觸,與上覆巖層呈平行連續(xù)沉積,菊花狀、輻射狀至雜亂排列(照片2,圖3)。

照片1 竹葉狀灰?guī)r(濟(jì)南市市中區(qū)仲宮鎮(zhèn)侯家莊)

照片2 炒米店組具紫紅色氧化圈礫屑灰?guī)r(層面)(濟(jì)南市歷城區(qū)港溝鎮(zhèn)瓦屋脊)

圖3 文祖娘娘廟炒米店組異地型風(fēng)暴礫屑灰?guī)r礫石排列素描圖

2 風(fēng)暴成因的沉積構(gòu)造

早寒武世炒米店組風(fēng)暴作用形成的沉積構(gòu)造發(fā)育,且種類繁多,除具備風(fēng)暴礫巖礫石成分和排列特征外,發(fā)育底面構(gòu)造、頂面構(gòu)造、丘狀層理、截切充填構(gòu)造等,本次主要對該區(qū)風(fēng)暴成因的沉積構(gòu)造及與環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行研述[8]。

Bose.P.K通過對硅質(zhì)碎屑巖中丘狀層理的大量研究,提出了一個關(guān)于HCS形成深度的判別標(biāo)志,利用丘狀層理的波長、丘高、二者的比率及丘狀或凹狀層理的比率等參數(shù),可判斷形成深度。在我國華北地臺的早寒武世的風(fēng)暴沉積中,丘狀層理的波長/丘高的比率和主動/被動HCS的比率也具有重要的環(huán)境指示意義[6,9-10]。對石匣、娘娘廟等地的丘狀層理的波長、丘高數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計測量,作出了丘狀層理各參數(shù)值散點圖(圖4),與Bose提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)圖4a、圖4b、圖4c圖中波長、波高及波長/波高比相差不大,根據(jù)波長/波高比,水深范圍在40～65m,相應(yīng)層位巖性組合為泥質(zhì)條帶灰泥巖、粉砂屑灰?guī)r和礫屑灰?guī)r不等厚互層,可判斷形成環(huán)境為中緩坡。圖4d中根據(jù)波長/波高比,水深范圍65～80m,相應(yīng)層位巖性組合為薄層灰泥巖夾頁巖夾礫屑灰?guī)r,形成環(huán)境為深緩坡。圖4中波長/波高比判斷的沉積環(huán)境和根據(jù)巖性組合判別的環(huán)境基本一致,而波長、波高則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Bose依據(jù)硅質(zhì)碎屑巖研究建立的標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)環(huán)境的波長、波高。

1—波長;2—波高;3—波長/波高

3 風(fēng)暴沉積序列

正常天氣沉積與風(fēng)暴天氣沉積交替構(gòu)成風(fēng)暴沉積,上部為正常天氣沉積和下部為風(fēng)暴沉積構(gòu)成一個風(fēng)暴沉積旋回即風(fēng)暴沉積序列,該序列往往發(fā)育不全,該區(qū)可識別的沉積序列主要有2類4種。

3.1 原地型風(fēng)暴沉積序列

3.1.1 中緩坡原地型風(fēng)暴沉積序列

如圖5所示,于寒武紀(jì)九龍群炒米店組中上部發(fā)育,其構(gòu)造特征見表1。

表1 中緩坡原地型風(fēng)暴沉積序列特征

1—下伏的正常天氣沉積;2—破碎的條帶灰?guī)r,為風(fēng)暴對下伏巖層的破壞和改造;3—風(fēng)暴高峰期旋渦流形成的雜亂或直立排列礫屑灰?guī)r沉積;4—風(fēng)暴后正常天氣披蓋沉積;5—上覆的正常天氣沉積

3.1.2 淺緩坡原地型風(fēng)暴沉積序列

如圖6Ⅰ所示,炒米店組中上部較發(fā)育,其構(gòu)造特征見表2。

表2 淺緩坡原地型風(fēng)暴沉積序列特征

1—下伏正常天氣沉積;2—風(fēng)暴天氣沉積;3—風(fēng)暴衰減期懸浮顆粒沉積;4—風(fēng)暴過后披蓋沉積

3.2 異地型風(fēng)暴沉積序列

3.2.1 深緩坡風(fēng)暴碎屑流沉積序列

如圖6Ⅱ所示,炒米店組中部發(fā)育,其構(gòu)造特征見表3。

表3 深緩坡風(fēng)暴(異地型)碎屑流沉積序列特征

3.2.2 中緩坡生物丘—風(fēng)暴碎屑流沉積序列

如圖6Ⅲ所示,于寒武世中部發(fā)育,其構(gòu)造特征見表4。

表4 中緩坡生物丘—風(fēng)暴(異地型)碎屑流沉積序列特征

4 風(fēng)暴礫屑灰?guī)r沉積機(jī)制

該區(qū)早寒武世風(fēng)暴成因的礫屑灰?guī)r發(fā)育廣泛,炒米店組的各個層位中皆有分布,根據(jù)前人的研究[5-6,8,11-16],結(jié)合該區(qū)的風(fēng)暴沉積特征,將風(fēng)暴成因的礫屑灰?guī)r的形成機(jī)制概括為3種:風(fēng)暴漲潮流—回流、風(fēng)暴漫流和風(fēng)暴旋流。

4.1 風(fēng)暴漲潮流—回流

風(fēng)暴漲潮流的回流的能量很大,可將大量的海岸沉積物搬運到離岸較遠(yuǎn)的陸棚區(qū)再沉積,發(fā)育遞變層理沉積。

4.2 風(fēng)暴漫流

風(fēng)暴漲潮面超過濱岸,發(fā)生浸漫流,侵蝕沖刷后濱、潮坪沉積物從而形成漫流碎屑流沉積。

4.3 風(fēng)暴旋流

風(fēng)暴氣旋為熱帶低氣旋,產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切作用,導(dǎo)致海底未固結(jié)或半固結(jié)的沉積物產(chǎn)生變形、改造、再沉積,從而成為原地型風(fēng)暴礫屑灰?guī)r。

該區(qū)這3種機(jī)制形成的風(fēng)暴礫屑灰?guī)r都存在,其中,深—中緩坡發(fā)育的遠(yuǎn)源異地型礫屑灰?guī)r多為第一種成因,特征是:風(fēng)暴礫屑灰?guī)r上下往往皆是較深水的薄層灰泥巖,礫屑大多來自較淺水環(huán)境,成分復(fù)雜、分選性差,呈菊花狀、放射狀已至雜亂排列,形成環(huán)境較深。較淺的淺緩坡(淺緩坡上部)發(fā)育的異地型礫屑灰?guī)r多為第二種成因,其特征:礫屑粒度較粗,分選、磨圓度較好,可發(fā)育氧化圈,大多呈基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu),基質(zhì)成分為細(xì)內(nèi)碎屑,與下伏層面呈沖刷接觸,形成環(huán)境較淺。原地型的礫屑灰?guī)r多為第三種成因,其特征為:頂面呈云朵狀,單一成分,與下伏巖層一致,磨圓、分選性皆差,呈顆粒支撐結(jié)構(gòu),基質(zhì)與正常天氣原地沉積物粒度和成分相同。

5 結(jié)論

(1)風(fēng)暴巖主要發(fā)育于早古生代寒武紀(jì)九龍群炒米店組,集中分布于該組中下部層位,且風(fēng)暴巖由開始到結(jié)束,表現(xiàn)為層厚由薄-厚-薄的變化規(guī)律,反映了風(fēng)暴事件所能影響的水體深度由淺到深再到淺的特征。

(2)區(qū)域?qū)Ρ?炒米店組巖性相對穩(wěn)定,對比性強(qiáng),但厚度變化明顯,在九曲、章丘等地厚度明顯較厚,在范莊、仲宮厚度則明顯減薄,說明該期海侵方向為由東至西向,該區(qū)可識別的沉積序列主要有2類4種。

(3)形成機(jī)制大致分為3類:深—中緩坡發(fā)育的遠(yuǎn)源異地型礫屑灰?guī)r多為風(fēng)暴漲潮流—回流成因;較淺的淺緩坡(淺緩坡上部)發(fā)育的異地型礫屑灰?guī)r多為風(fēng)暴漫流成因;原地型的礫屑灰?guī)r多為風(fēng)暴旋流成因。