魏钦廉，王起琮，陈亮，赖生，王晗

山西中阳上寒武统三山子组下部风暴岩沉积特征及其成因

魏钦廉1，王起琮1，陈亮2，赖生1，王晗1

（1西安石油大学地球科学与工程学院；2中国石油长庆油田分公司油田开发处）

通过山西中阳柏洼坪剖面上寒武统三山子组野外剖面测量、采样和室内鉴定，建立了三山子组风暴岩的岩石学和沉积构造等沉积相标志。本研究区风暴岩具有异地近源型风暴岩沉积特征，并发育底面侵蚀形成的渠模构造。认为研究区三山子组沉积环境为开阔台地—局限台地，而不是前人认为的环陆白云岩潮坪。

风暴岩；上寒武统；三山子组；岩石类型；沉积特征

风暴流及其作用产物——风暴沉积，是近年提出的一个重要概念。风暴岩则是指在风暴影响下在海洋和水盆地中形成的沉积岩［1-3］。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，它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中。

对研究区山西中阳上寒武统三山子组的沉积环境，存在较多的观点分歧，有研究者认为是环陆白云岩坪沉积环境［4］，有学者认为是开阔台地沉积环境［5］。笔者通过对中阳柏洼坪剖面发现的上寒武统三山子组风暴岩系统的研究，以及揭示该地区风暴岩的沉积特征和成因类型，以期为研究区三山子期古地理、古气候及沉积环境分析提供依据。

1 区域地质背景

柏洼坪剖面（图1）位于山西省西部吕梁市中阳县城关东南侧、沁水盆地西缘、吕梁山脉中段西麓，具有交通便利、露头良好的特点，适合于露头剖面研究。研究区在构造上位于晋西挠褶带与吕梁隆起过渡带，因沁水盆地位于吕梁古陆边缘，海水由东南向西北侵进，并在中寒武世早期侵达中阳地区［6］。晋西挠褶带在中-晚元古代—古生代处于相对隆起状态，仅在中-晚寒武世、早-中奥陶世、中-晚石炭世有较薄的沉积，各统的沉积厚度约100～200 m。中生代侏罗纪末隆起，与华北地台分离，成为鄂尔多斯盆地的东部边缘。燕山运动使吕梁山隆升并向西推挤，加上基底断裂的影响，形成南北走向的晋西挠褶带。

图1 山西中阳柏洼坪剖面位置示意图

早古生代期间，鄂尔多斯盆地南缘即为华北地台的南部边缘,鄂尔多斯盆地南缘和中东部地层小区的地层系统与华北地台的基本一致，因此可沿用华北地台的划分标准：寒武系自下而上划分为下统辛集组和朱砂洞组，中-下统馒头组，中统张夏组和上统三山子组［7］。研究区三山子组厚度约120m，其下部岩性主要为灰紫色薄层状钙质页岩和青灰色薄板状灰岩，夹中层状竹叶灰岩；上部岩性主要为浅灰色—浅黄绿色波层状含泥细晶白云岩，夹中层状竹叶白云岩。本文研究的目的层位于三山子组下部。

2 沉积特征

岩石学特征通过野外剖面观察和镜下岩性鉴定，研究区三山子组下部与风暴沉积有关的岩石类型主要为泥页岩、细晶鲕粒灰岩（图2a）、亮晶骨屑灰岩、亮晶竹叶灰岩和泥晶灰岩薄层（图2b）。其中，石灰岩、含白云质灰岩的颜色为浅灰色和灰色，泥页岩为灰黄色和紫色。

图2 山西中阳柏洼坪剖面三山子组下部风暴沉积岩镜下特征

沉积构造特征风暴沉积作用可以巨大的威力在沉积物中形成独具特色的一系列风暴沉积构造，如风暴侵蚀构造、风暴撕裂构造、风暴浪构造、风暴涡流构造、风暴浊流构造及风暴期后快速沉积构造等。研究区上寒武统三山子组反映风暴流沉积的构造主要为渠模（口袋状构造），缺乏丘状交错层理（图3）。渠模是风暴流的典型沉积构造［6］。每当风暴来临，强烈的气流摩擦海水形成强大的定向水流或涡流，在海底冲蚀或旋切沉积物，形成刨蚀坑，坑内充填粗碎屑沉积。这些刨蚀坑在岩层断面上表现为口袋状特征，故通常称之为口袋构造，又称为渠模构造。三山子组渠模构造一般深5～20cm，宽5～70cm，渠模内充填浅灰色—灰色石灰岩（图3）。

3 风暴岩成因类型

3.1 风暴沉积序列与特征

风暴成因的砾屑灰岩，横向上与泥页岩等之间既有突变也有渐变，在纵向上其堆积体的沉积序列有两种成因类型（图4）。

图3 山西中阳柏洼坪露头剖面三山子组风暴岩典型识别标志

风暴沉积序列Ⅰ主要分布于三山子组下部层位的上部，以灰紫色泥页岩为主，夹青灰色含白云质灰岩，灰岩底部发育小型的渠模构造。灰岩厚度较小，厚度和宽度一般均小于10cm，呈透镜状产出，灰岩顶界面较平缓（图4a），其风暴强度较小（图5a）。

图4 风暴岩沉积序列类型与特征

风暴沉积序列Ⅱ主要分布于三山子组底部，它自下而上由数个灰紫色泥页岩与亮晶鲕粒含白云质灰岩构成岩性组合。灰岩底部往往发育较大的渠模构造，灰岩厚度一般为20 cm左右，宽度延伸较长（长度一般为0.5～2 m），灰岩厚度大于泥页岩厚度（图4b），其风暴强度较大（图5b、5c）。

3.2 风暴岩类型与特征

根据风暴岩的形成环境和结构特征，可划分出原地风暴岩、近源风暴岩和远源风暴岩等三种成因类型［3］（图6）。

原地风暴岩一般具有砾屑呈特殊放射状的特征，岩层顶界面不平整，上层面呈上下起伏的云朵状轮廓，具有代表风暴衰减后保留的各种砾屑原始堆积的顶面形态，上覆岩层嵌入“云朵”中（图7）［9］。研究区各风暴岩顶面较平缓，且缺乏各种放射状砾屑特征，因此，可排除原地风暴岩成因。根据风暴岩沉积序列等特征判断，本区主要发育近源风暴岩沉积类型。

图5 近源型风暴岩的风暴强度与沉积厚度关系示意图［8］

图6 典型风暴岩的形成条件和类型［3］

图7 原地风暴岩的粗颗粒灰岩层面形态及内部砾石排列状态［9］

近源风暴岩和远源风暴岩近源风暴沉积发育有大型的底冲刷渠模构造。随着风暴强度的减弱或随着风暴中心变远，风暴对海底的扰动和对底面的侵蚀在减弱，因而风暴沉积的砾屑层、粒序层在横向上随距离风暴中心的逐渐变远而厚度变薄（呈透镜状），其凹状交错层理由发育到较缺乏（图5b至5a）。随着风暴的强度继续减小，其风暴沉积层序过渡为远源风暴沉积［8］。

4 三山子组风暴岩沉积环境

中阳柏洼坪剖面三山子组风暴岩具有典型的近源型风暴沉积特征，其岩性为灰色中层状砾屑灰岩，发育有大型的底冲刷渠模构造。与其它地区的风暴沉积相比，本研究区的近源风暴岩沉积序列中缺乏丘状交错层理，说明当时的沉积环境不利于丘状交错层理发育或保存。影响丘状交错层理发育的因素可能是多方面的，不仅与风暴的强度、作用时间等密切相关，而且可能与沉积物的粒度大小、海底地形的坡度也相关。综合分析认为，本区丘状交错层理的缺乏应该是保存问题，而不是发育问题，这主要与风暴浪形成的水动力条件相关，应是在风暴衰退期受到风暴水动力改造而遭到了破坏。三山子组风暴岩中发育有鲕粒灰岩，说明其水动力条件是较强的。

柏洼坪剖面三山子组的上部发育风暴岩沉积序列Ⅰ，说明其风暴强度较弱，属于近源风暴岩中远端内陆棚沉积环境；剖面下部发育风暴岩沉积序列Ⅱ，说明其风暴强度较大，属于近源风暴岩中近端开阔台地—局限台地沉积环境（图8）。

图8 山西中阳柏洼坪露头三山子组下部风暴岩沉积剖面结构图

5 结论

（1）根据风暴岩成因，山西中阳研究区风暴岩属于近源类型。近源风暴沉积以砾屑灰岩和鲕粒灰岩与泥页岩不等厚互层组合为主，发育大型底冲刷渠模构造，缺乏丘状交错层理。

（2）中阳柏洼坪三山子组剖面下部发育Ⅱ型风暴岩沉积序列，上部发育Ⅰ型风暴岩沉积序列，反映出地层从下往上沉积过程中海平面有上升趋势。

（3）研究区三山子组沉积环境为开阔台地—局限台地沉积，而不是前人研究认为的环陆白云岩坪沉积。

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编辑：赵国宪

Sedimentary Characteristics and Genesis of Upper Cambrian Sanshanzi Tempestite at Zhongyang in Shanxi Province

Wei Qinlian,Wang Qicong,Chen Liang,Lai Sheng,Wang Han

Many features of storm sediments may indicate ancient water depth,but also the restoration of the ancient climate.Analysis of sedimentary basins and restoration of palaeogeography are of practical significance,especially in judging the continental tectonic nature and background.Base on the outcrop measurement,sampling and indoor identification to Upper Cambrian Sanshanzi Formation at the Baiwaping tempestite outcrop in zhongyang,Shanxi province,sedimentary facies markers that include petrology,paleontology and sedimentary structures of Sanshanzi tempestite are studied and recognized.The tempestite is characterized by allogenic and proximal storm sedimentation and develops ditch structures formed by bottom erosion.Comprehensive study suggests that the regional sedimentary environment of Sanshanzi Formation is the open platform to the restricted platform rather than the dolostone tidal flat that the previous scholars has regarded as.

Tempestite;Upper Cambrian;Sanshanzi Formation;Rock type;Sedimentary characteristics

P588.2

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2013.04.006

1672-9854(2013)-04-0041-05

2013-07-01；改回日期：2013-08-16

本文受国家油气科技重大专项（编号：2011ZX05005-004-08HZ）、国家自然科学基金项目（编号：41173035）与国家自然科学基金项目（编号：41372118）联合资助

魏钦廉：1976年生，副教授。2000年毕业于江汉石油学院石油与天然气地质专业，2008年获成都理工大学理学博士学位。主要从事石油地质研究。通讯地址：710065陕西省西安市电子二路东段18号；电话：（029）88383037

Wei Qinlian：male,D Sc,Associate Professor.Add：School of Earth Sicences and Engineering,Xi′an Shiyou University Xi′an,710065,China