滇西北衙地區(qū)中三疊統(tǒng)北衙組風暴沉積特征及其古地理意義

董黎陽，王 劍，尹福光，王 鵬，周業(yè)鑫，3

(1.中國地質(zhì)科學院，北京 100037;2.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081;3.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059)

風暴巖的概念由Kelling和Mullin(1975)提出，指經(jīng)風暴作用擾動后，在淺海盆地再沉積形成的遞變濁積巖［1］，并將風暴巖沉積環(huán)境局限在正常浪基面與風暴浪基面之間的淺海陸棚。隨后，T.Aigner(1979)提出風暴沉積，泛指所有受風暴作用影響的沉積，其沉積環(huán)境最淺可至潮上帶［2］。國內(nèi)學者嚴欽尚(1984)提出濱岸和淺海風暴沉積的層理特征、形成機理、區(qū)域差異和沉積模式［3］;孟祥化等(1986)在華北碳酸鹽臺地發(fā)現(xiàn)受風暴影響的潮坪沉積并提出其相序模式［4］;胡明毅等(1997)于湘西北楊家坪中寒武統(tǒng)地層中發(fā)現(xiàn)了明確的潮坪風暴沉積，并將潮坪風暴沉積劃分為不同于正常淺海陸棚區(qū)風暴巖的二段式層序:即礫屑白云巖風暴段(S段)和正常潮坪沉積段(N 段)［5，6］。眾多學者也先后在現(xiàn)代海岸帶識別出潮坪風暴沉積(張國棟等，1987;許世遠等，1997)，并建立了相應(yīng)近岸地帶現(xiàn)代風暴沉積層序［7-10］。

一個完整的風暴沉積剖面序列自下而上包括:A.粒序?qū)佣危哂型蛔兊捉绾蜎_刷充填構(gòu)造;B.平行層理段;C.丘狀交錯層理段;D.水平層理段;E.泥質(zhì)層段［11，12］。然而，由于后期水流或再次風暴作用的破壞，常造成風暴沉積序列的不完整。對潮坪風暴沉積來說，其形成后往往遭受潮汐作用的反復(fù)沖洗，使得潮坪風暴沉積各段保存很不完整［6］。潮坪風暴沉積區(qū)別于深水陸棚風暴沉積的顯著標志為沉積物相對粗且厚、粒序?qū)佣纬Ｒ陨锼樾蓟規(guī)r或粗砂屑灰?guī)r為主、底侵蝕充填構(gòu)造發(fā)育。

早、中三疊世時期，滇西北衙地區(qū)處于峨嵋山玄武巖噴發(fā)結(jié)束、盆地快速熱沉降、快速海侵的構(gòu)造背景下，研究區(qū)的沉積相從早三疊世青天堡組河流相、三角洲相、水下沖積扇相快速過渡到中三疊世北衙組潮坪相。本次在滇西北衙地區(qū)中三疊統(tǒng)北衙組中發(fā)現(xiàn)的潮坪環(huán)境風暴沉積現(xiàn)象豐富、獨特。風暴序列下部滯留沉積和上部韻律層理段組呈明顯的二元結(jié)構(gòu)，發(fā)育波狀侵蝕底面、粒序?qū)樱覝舫练e中的灰泥礫屑及層間孔洞、鳥眼等指示了潮坪環(huán)境。由于潮汐的強烈作用，序列各段均保存不完整。研究區(qū)風暴沉積的發(fā)現(xiàn)，豐富了滇西地區(qū)中三疊統(tǒng)北衙組碳酸鹽巖沉積的類型，對進一步認識鹽源-麗江盆地中三疊世的古地理、古氣候條件具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚子陸塊西緣，中三疊統(tǒng)北衙組沉積時期，研究區(qū)處于被動大陸邊緣，發(fā)育陸相-淺水碳酸鹽臺地沉積［13-17］。區(qū)內(nèi)三疊系自下而上包括青天堡組、北衙組、中窩組、松桂組(如圖1)。青天堡組為一套河流相、三角洲相的黃紅色礫巖、含礫長石巖屑砂巖、紫紅色泥巖、紅色粉砂巖，頂部灰質(zhì)成分漸多。北衙組與下伏青天堡組為整合接觸，可分為三段:下段為礫屑灰?guī)r、網(wǎng)紋狀灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r互層，夾碎屑巖薄層;中段為薄層灰白色砂屑白云巖、致密純凈白云巖;上段為深色隱晶灰?guī)r。上覆中窩組與北衙組為平行不整合接觸，接觸面發(fā)育厚約1m的鋁土礦，中窩組底部為鮞粒灰?guī)r、生屑灰?guī)r，向上變?yōu)樵寤規(guī)r，發(fā)育點礁，局部夾泥巖層。松桂組為厚層礫巖、含礫砂巖、碳質(zhì)泥巖，與下伏中窩組為整合接觸。三疊系自下而上組成一個海水變深后又變淺的沉積序列。

本文研究的風暴沉積主要發(fā)育在鶴慶縣南部的筆架山剖面和倒流菁剖面之北衙組中部的灰?guī)r段沉積中，其主要為灰色角礫灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r、泥巖等的互層，夾白云巖薄層，其背景沉積為薄層網(wǎng)紋狀灰?guī)r(圖2-a)，內(nèi)部鳥眼及層間孔洞構(gòu)造非常發(fā)育(圖2-b)，層面上常含有大量的生物遺跡，整體上代表潮坪沉積環(huán)境。

圖1 研究區(qū)位置圖及三疊系地層序列Fig.1 Location of the study area and stratigraphic sequences of the Triassic strata

2 風暴沉積特征

2.1 侵蝕底面

侵蝕底面是在風暴起始和高峰階段，強烈的風暴渦流對沉積底面進行強烈的沖刷、侵蝕而形成的一種構(gòu)造，是風暴沉積的典型標志［11，12］。研究區(qū)風暴沉積中發(fā)育渠模和沖刷面兩種侵蝕底面。渠模反映強侵蝕作用，主要見于筆架山剖面，其形態(tài)上寬下窄，侵蝕底面深約5cm，指示風暴渦流的強度比較大。沖刷面于筆架山和倒流菁剖面中均有發(fā)育(圖3a)，起伏幅度較小，約1～2cm，波峰緩而波谷陡，偶有泥礫，指示風暴渦流作用不是很強。

2.2 粗粒滯留沉積

粗粒滯留沉積往往發(fā)育于侵蝕底面之上，是風暴高峰期風暴渦流對原沉積層進行掏蝕、掀起、撕裂、攪動并沿沉積底層進行短距離搬運后再沉積而成，是風暴沉積的典型特征［18，19］，其于研究區(qū)筆架山剖面最為發(fā)育(圖3b)，主要由灰?guī)r礫屑組成。礫屑一般5～10cm，最大40cm。礫屑多呈次棱角狀，顯示搬運距離較近。礫屑呈放射狀、扁平狀、倒“小”字型及透鏡狀等形態(tài)，大部分呈顆粒支撐，局部顯基質(zhì)支撐。多數(shù)向上粒度逐漸變小且磨圓度變差，礫屑成分為網(wǎng)紋狀灰?guī)r，其內(nèi)部生物擾動強烈，部分礫屑為生物遺跡蟲管。雜基、填隙物為鈣泥質(zhì)，含有較多陸源物質(zhì)如長石、巖屑及生物碎屑。

圖2 北衙地區(qū)北衙組風暴沉積段的背景沉積Fig.2 The background deposits of the storm deposits from the Middle Triassic Beiya Formation in the Beiya region

2.3 粒序?qū)永砗蛪K狀層理

當風暴減弱或風暴密度流流速開始降低時，沉積物按重力分異依次沉降，形成向上變細的粒序?qū)樱?1，12，20］。其在筆架山剖面中極為發(fā)育(圖3c)，單個粒序?qū)油ǔ：窦s0.5～0.8m，多表現(xiàn)為灰?guī)r礫屑由下往上粒度逐漸變小的正粒序，礫徑由底部的3～5cm變?yōu)轫敳康?.5～3cm，磨圓亦隨之變差。偶見逆粒序，其見于粒序?qū)拥纳隙?，為沉積時重力作用因素小于剪切力作用因素的產(chǎn)物［11，12］。塊狀層是由于風暴密度流懸浮顆粒快速堆積而形成的沉積構(gòu)造［11］，剖面上常位于正粒序之上，與其呈過渡關(guān)系。

2.4 生物逃逸構(gòu)造

風暴作用期間，當沉積作用快速發(fā)生時，生物為了不被埋葬而大量向上活動形成逃逸跡，因此生物逃逸跡是快速沉積的一個重要標志［13，21］。生物逃逸構(gòu)造在研究區(qū)剖面中常發(fā)育于風暴層序的下部，在網(wǎng)紋狀灰?guī)r、礫屑灰?guī)r中均很發(fā)育，尤以礫屑灰?guī)r底部為甚，普遍可見大量的生物鉆孔，幾何形態(tài)以垂直管型為主，多為逃逸跡，蟲管細長，斷面近圓形，直徑一般＜10mm(圖3d)。偶爾可見U型管型，在小范圍內(nèi)密集分布，其形態(tài)復(fù)雜，粗細相差懸殊，分布密集，對層理有著很大的破壞作用，尤以巖層頂部破壞最為劇烈，在單一的巖層中常具有由下而上破壞程度加劇的韻律性。生物擾動劇烈的灰?guī)r經(jīng)地表風化作用后，常形成角礫狀、“姜塊”狀構(gòu)造，層理大部或完全消失［13］。

2.5 平行層理

風暴沉積中的平行層理是風暴高峰期能量較高的牽引流作用產(chǎn)物(姜在興，2003)。其在研究區(qū)筆架山剖面與倒流菁剖面中均有發(fā)育，見于小礫屑灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r及生物碎屑灰質(zhì)泥巖中。小礫屑灰?guī)r中的平行層理表現(xiàn)為近乎等大的灰?guī)r小角礫組成厚0.1m的薄層(圖3e)。

2.6 丘狀交錯層理

丘狀層理被認為是風暴浪形成的一種原生沉積構(gòu)造，常作為鑒別風暴巖的標志性構(gòu)造。研究區(qū)灰?guī)r中見有一處丘狀交錯層理(圖3f)，發(fā)育于礫屑灰?guī)r中，位于平行層段之上。丘高0.1～0.3m，丘直徑0.8～1.5m，凸起紋層與平行紋層的傾角約10°。其頂部為韻律層段所截切。

2.7 韻律層理

潮坪環(huán)境中潮汐流的周期性變化可形成泥質(zhì)層與灰質(zhì)層或砂質(zhì)層的韻律互層，研究區(qū)韻律層理主要見于筆架山剖面中，多位于平行層理段之上，表現(xiàn)為泥質(zhì)層與灰質(zhì)層的互層(圖3g)。單個泥質(zhì)紋層厚約0.1m，灰質(zhì)層則稍厚，紋層平直或略有波狀起伏。韻律層理代表了風暴作用減弱、潮汐作用占據(jù)主導(dǎo)地位的潮坪環(huán)境。

2.8 水平層理

水平層理是風暴作用趨于停止時，呈漂浮狀態(tài)的灰泥質(zhì)緩慢沉降而成。對于潮坪環(huán)境來說，由于這期間潮汐的反復(fù)作用，水平層理多保存不完全。研究區(qū)水平層理見于含泥質(zhì)較多的灰質(zhì)泥巖中(圖3h)，平行層理單層厚1～2cm，含有大量的生物碎屑。

圖3 北衙地區(qū)風暴沉積構(gòu)造特征Fig.3 Sedimentary structures in the storm deposits in the Beiya region

3 風暴沉積序列

風暴作用不同發(fā)展階段的水動力條件決定了風暴沉積的垂向序列［19］。北衙地區(qū)風暴沉積主要表現(xiàn)為二段式層序，即礫屑灰?guī)r風暴段(S段)和正常潮坪沉積段(N段)。在垂向上，剖面中風暴沉積似鮑馬序列的A、B、C段保存較好，D、E段則發(fā)育較少。這說明風暴沉積形成后，遭受過潮汐及波浪作用的強烈改造，導(dǎo)致其保存不完整。根據(jù)各段發(fā)育的具體情況，劃分出4種風暴序列。

類型I:

該序列組合簡單，在剖面中最為常見，僅由粒序?qū)永矶?A)與正常潮坪環(huán)境網(wǎng)紋狀灰?guī)r(N)組成。厚度較大，常大于1m。粒序?qū)永矶伪憩F(xiàn)為礫徑較大的礫屑組成正粒序，局部見有逆粒序。網(wǎng)紋狀灰?guī)r多為薄層狀，與粒序段之間為突變接觸。

類型II:

自下往上依次由粒序?qū)佣?A)、丘狀交錯層理段(C)、韻律層(D)構(gòu)成，上覆正常潮坪沉積網(wǎng)紋狀灰?guī)r(N)，序列厚約0.9m。其中粒序?qū)佣魏穸冗_到序列的一半，礫屑個體較大，向上粒度快速變小，礫間泥質(zhì)含量增多;丘狀交錯層理段厚約0.2m，只在筆架山剖面發(fā)育一處，說明其形成后多被改造破壞;韻律層段厚約0.2m，其向上過渡為正常沉積網(wǎng)紋狀灰?guī)r，代表風暴作用漸弱，潮汐作用漸占主導(dǎo)。

類型III:

由塊狀層理段(A)、平行層理段(B)構(gòu)成，序列厚0.8m，上覆網(wǎng)紋狀灰?guī)r(N)。塊狀層理段與平行層理段厚度相當，均約0.4m。塊狀層理段由礫屑灰?guī)r組成，顆粒較少，礫徑平均0.5～2cm，多為棱角狀;平行層理段單層厚約0.1m，巖性為含泥質(zhì)較多的小礫屑灰?guī)r，磨圓與分選均較好，代表風暴高峰期流速較高的牽引流對其進行過一定距離的搬運。

類型IV:

由粒序?qū)永矶?A)、韻律層理段(D)、泥質(zhì)層段(E)構(gòu)成，上覆正常潮坪沉積的網(wǎng)紋狀灰?guī)r(N)。該風暴序列厚度變化較大(0.8～1.2m)。該序列中D、E、N的組合說明風暴作用衰減期風暴與潮汐的共同作用，形成了潮汐-風暴-潮汐組合。

4 古地理及古氣候意義

4.1 古地理意義

圖4 北衙地區(qū)風暴沉積序列Fig.4 Depositional sequences of the storm deposits in the Beiya region

北衙地區(qū)北衙組薄層網(wǎng)紋狀灰?guī)r發(fā)育波狀紋層、鳥眼構(gòu)造、層間孔洞格造，普遍具有白云巖化，為典型的潮坪環(huán)境潮水期與憩水期交替沉積垂向加積產(chǎn)物。風暴沉積段主要特征是粗粒滯留沉積及粒序?qū)永矶伟l(fā)育，其礫屑成分主要為泥晶網(wǎng)紋狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，與背景沉積一致，說明這些礫屑物質(zhì)是在風暴潮作用下搬運再沉積而成，從礫屑分選磨圓均較差可以得出其搬運距離較近。豐富的生物擾動構(gòu)造及大量的生物碎屑亦表明，風暴沉積的沉積位置應(yīng)為碳酸鹽臺地-潮坪，推測其水深約數(shù)米。該風暴巖組合上覆層位為正常天氣下沉積的中薄層狀白云巖，鳥眼構(gòu)造普遍發(fā)育。在倒流菁等地還見有較多的石鹽假晶及紫紅色氧化圈大量出現(xiàn)，表明其為水體很淺的瀉湖產(chǎn)物。北衙組沉積時期，水體較淺，總體處于灰泥混合坪-瀉湖環(huán)境。在這里，沉積物以灰泥為主，沉積速度中等偏慢，生物活動有充分的時間進行。當風暴來臨，強烈的風暴浪對原始沉積層產(chǎn)生強烈破壞作用，形成風暴密度流，就地或短距離搬運后仍在潮坪至碳酸鹽臺地沉積下來。

前人研究表明，二疊紀玄武巖噴發(fā)結(jié)束后，位于揚子西緣的鹽源-麗江盆地經(jīng)歷快速的熱沉降，海平面快速上升，海侵方向來自北側(cè)的甘孜-理塘洋［13］，拉開了三疊紀大規(guī)模海侵的序幕。中三疊世時期，在研究區(qū)北側(cè)的長槍-棋木林一帶，尚存在一障壁島鏈，鹽源-麗江地區(qū)為一向北開口的半閉塞海盆［13，14］。北衙地區(qū)北衙組潮坪風暴沉積的發(fā)現(xiàn)，豐富了研究區(qū)三疊紀海侵大背景下不同沉積環(huán)境的沉積物類型。

4.2 古氣候意義

風暴是熱帶、亞熱帶海洋的一種熱帶氣旋，多形成于赤道附近(緯度5°～ 20°)的熱帶洋面上［22］。中低緯度地區(qū)受赤道暖流影響，是強風暴的重要發(fā)源地和內(nèi)源風暴碳酸鹽巖沉積的主要場所［18］。古地磁數(shù)據(jù)表明，中三疊世時期，揚子陸塊位于赤道附近。二疊紀峨眉山玄武巖噴發(fā)后，揚子西緣仍處于局部環(huán)境相對動蕩的環(huán)境中，加之赤道暖流的影響，造成揚子西緣北衙地區(qū)在此時處于一個多風的氣候條件下，北衙組風暴沉積的發(fā)現(xiàn)對揚子陸塊西緣古氣候研究具有重要的意義。

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