严兆彬 郭福生 彭花明 刘礼洁

(1.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室培育基地 南昌 330013;2.中国矿业大学(北京) 北京 100083)

李蔚秾和俞从流［1］在浙江江山大陈岭原卢衍豪等［2］命名的杨柳岗组中发现了Arthricocephalus(节头虫)化石，根据该化石与下扬子地区、贵东等地区的化石分析对比，认为该化石产出于早寒武世，并结合岩石学特征，把原杨柳岗组下段的白云质灰岩命名为大陈岭组。大陈岭组岩石学特征表现为浅水相沉积，却产深水相化石，其沉积相一直不能得到很好的解释。作者在浙西做寒武系调查时，发现大陈岭期至少存在一次地震引起的海啸事件，且海啸沉积异常层对应着深水相化石产出层位，本文在对浙西下寒武统大陈岭组地震事件及其引起的海啸事件沉积研究的基础上，结合前人对大陈岭组的研究认识，认为浙西大陈岭组对应于海啸沉积层段存在着沉积环境的突变，其局部的反映较深水相的沉积异常应为海啸沉积作用所致。

1 大陈岭组地震—海啸沉积事件

研究区位于扬子板块与华南构造带的接触部位，属浙西北构造区，北邻开化—淳安深断裂，南面为江山—绍兴深断裂，是早古生代浙皖海盆的东南部分。该区古生界岀露较为齐全，其中江山碓边剖面和常山黄泥塘剖面分别是国际寒武系江山阶金钉子剖面和国家奥陶系达瑞威宁节金钉子剖面［3，4］。作者在对浙西寒武系调查时，发现大陈岭组存在两套地震事件沉积，其中开化裴岭脚剖面地震事件沉积最为齐全，常山芳村剖面和白石剖面能够识别出第二期地震事件，至江山碓边剖面则不见地震作用痕迹(图1)。两期地震事件是受开化—淳安大断裂早期活动的影响所致［5，6］，两期地震事件的时间间隔不到 5 Ma，第一期地震事件的震级不低于6级，第二期地震事件的震级约为7～7.6［7］，第一期地震事件沉积中发育典型的海啸事件沉积产物—海啸岩，第二期地震事件沉积层中未见海啸作用沉积物，但不能断定第二期地震作用未引起海啸作用。

2 大陈岭组沉积异常特征

2.1 沉积及生物异常

大陈岭组岩性为深灰色中厚层微晶含云灰岩，向上变为薄层状微晶灰岩，具微晶结构。层间夹泥质白云岩条带、薄层的炭质页岩，中部和上部还夹有硅质岩结核(江山碓边剖面)、硅质条带(常山白石和芳村剖面)或硅质岩层(开化裴岭脚剖面)。整体水平纹层发育，可见大量鸟眼构造(图2A，B)和缝合线构造。厚度三地大致相当，江山为38.2 m，常山芳村为34.6 m，开化裴岭脚为32.2 m。其中第一期地震—海啸事件沉积物位于裴岭脚剖面的中部(14.7～17.1 m)。海啸沉积层厚0.54 m，与下伏白云质灰岩呈海啸不整合接触，向上为逐渐过渡为正常背景沉积层(图2C)。海啸岩层内具有多层纹层状沉积层，且纹层表现出不规则的旋回性和波动性，显示为波动的顶端纹层变薄，而底端纹层变厚，且纹层见可见多层不连续、不规则灰泥质、泥质碎屑，与上下岩层在沉积物组合特征上具有明显的沉积异常。沉积异常层为含塑性砾白云质灰岩和层状白云质灰岩，发育塑性砾构造、平行层理构造和丘状层理构造，局部可见软沉积物的沉荷构造(图2E)和火焰状构造(图2F)。海啸岩是牵引流沉积，塑性砾是在沉积过程中那些未完全固结的岩块在牵引力作用下的产物，丘状层理是由平缓的丘状纹层组成的一种层理。本地丘状层的长高比大，纹层倾角小，个别丘状层理中可见液化脉(图2D)。乔秀夫等［8］认为由海啸形成的丘状层往往被液化脉或微断层所截切，而风暴成因丘状层则不见。

大陈岭组系李蔚秾、俞从流［1］1965年命名，命名剖面位于浙江江山县大陈村边上的大陈岭，仅有一个三叶虫化石带 Arthricocephalus-Changaspis带［9］，厚32.5 m。主要分布于浙西、浙北、浙东北等地，分为两个地层小区，其中浙西为江山—临安地层小区，浙东北、浙北为杭州—嘉兴地层小区［10］。杭州—嘉兴地层小区大陈岭组厚度、生物化石组合变化较大，如淳安县宋村剖面大陈岭组厚261m，产Arthicocephalus.sp.，而富阳县上万剖面虽然顶部缺失，厚159.7 m，腕足类Lingulella sp.Homotreta sp.Acrothele sp.软舌螺Hyolithes sp.及蠕虫等［11］。江山—临安地层大陈岭组相对稳定，厚32.2～38.2 m，化石稀少，仅在中上部层位中发现了少量的节头虫类的三叶虫Arthicocephalus，Arthricocephalites和Changaspis三个属，不或很少与底栖的Redlichia共生，可能是营漂浮或游泳生活的［12］。浙西早寒武世三叶虫化石的构成和演替表现为从无到有，从荷塘期中期和晚期营游泳或漂浮生活的Hunanocephalus等属，到大陈岭期的半游泳生活的节头类三叶虫Arthicocephalus等属的变化过程。说明浙西早寒武世由荷塘期至大陈岭期海平面下降、海水变浅，构成早寒武世海退系列［13］。

图1 浙西地震事件沉积岀露点示意图Fig.1 The sketch map of the exposed sedimentary location in western Zhejiang

图2 大陈岭组沉积异常特征图版A.白云质灰岩中发育大量的鸟眼构造;B.A中的部分放大，鸟眼构造顺层分布;C.海啸岩层，与下部的白云质灰岩呈海啸不整合接触，向上逐渐过渡为正常背景沉积，发育大量塑性砾构造、丘状层理等;D.C中的部分放大，丘状层理长宽比大，且被液化脉(黑色脉状物质)截切;E.海啸岩层中的平行层理及沉荷构造(黑色团块状物质);F.海啸岩层中的平行层理及火焰状构造。Fig.2 Photos of abnormal sediments in Dachenling FormationA.bird's eye structure of dolomitic limestone;B.local enlargement of the bird's eye structure in A;C.unconformable contact between tsunami-related stratum and its lower dolomitic limestone，and towards upper they show normal sedimentary features with gravel structure;D.local enlargement of C，showing relatively large ratios of aspect for hummocky bedding，which is cut by liquid veins;E.parallel bedding and heavy load structure of tsunami-related stratum;F.parallel bedding and flame structure of tsunami-related stratum.

2.2 碳氧同位素异常

海相碳酸盐岩C、O同位素值的变化特征，在一定程度上能够反映古海平面的变化［14～17］。作者曾对浙西碳酸盐岩地层做了大量的碳氧同位素研究工作［18～24］。浙江江山下寒武统大陈岭组碳酸盐岩δ13C、δ18O值的变化范围和均值分别为-1.9‰～0.6‰、-12.1‰～-7.9‰和-0.08‰、-10‰。正常海相石灰岩的δ13C值为0±2‰［25］。本区碳同位素位于正常范围之内，同位素地层曲线具有明显的旋回性变化特征。以均值为基准，在大陈岭组的中上部有碳同位素的正漂移。许多学者对碳同位素地层曲线与层序地层及海平面变化的关系作过详细研究［26～32］。在影响海相碳酸盐岩碳同位素的众多因素中，有机碳氧化与相对埋藏量是最重要的［17，33］。当有大量有机碳快速埋藏时，由于有机碳中往往富集12C，从而使自然界碳库以及与之平衡的海水中无机碳的13C富集，相应沉积碳酸盐的δ13C发生正向漂移［26］。海洋有机碳的埋藏速率明显受海平面变化的控制，海平面上升时，有机碳埋藏速率大，δ13C 相应增加［34，35］。据李玉成［34］研究，华南晚二叠世碳酸盐岩碳同位素变化曲线是逐渐降低的，与全球海平面变化趋势一致，灰岩碳同位素高值区和高海平面相对应，而低值区和低海平面相对应，表明碳同位素记录的海平面变化具全球性。彭苏萍等［35］对塔里木盆地C-O碳酸盐岩碳氧同位素研究表明，碳酸盐岩的δ13C演化与海平面的升降呈明显的正相关关系。本区的碳同位素的演化曲线与Veizer et al.［15］的碳同位素年代演化曲线相比，在此处多了正漂移，并且与前人对野外露头的研究资料相较，此处并不存在着海水变深的证据。作者利用碳氧同位素对地震液化脉脉体和围岩的对比研究认为，浙西地震事件期间，软沉积变形是发生在浅水区，且脉体中有大量的陆源碎屑物的注入［24］。因此用传统的沉积学观点解释大陈岭组中、上部短暂的碳同位素正漂移存在着困难。

2.3 大陈岭组沉积相观点上的分歧

自1965年李蔚秾［1］命名出大陈岭组以来，虽然地质学者都认识到自大陈岭期开始，浙西下扬子江南区地壳有所抬升，海水明显低于荷塘期，但关于大陈岭组的沉积相分析一直存在两种观点:其一是认为处于相对较深水的碳酸盐盆地、缓坡相［36～44］。蒲心纯等［36］认为在大陈岭期，上、下扬子区的岩相古地理与荷塘期都有差异。上扬子区处于陆源碎屑陆棚向碳酸盐台地的过渡阶段，以陆源沉积为主，碳酸盐沉积为辅的混积型缓坡，下扬子区为碳酸盐缓坡，而鄂中地区则处于两者之间。冯增昭等［40～43］通过单一因素做图法，综合分析，认为该区在早寒武世大陈岭期属于碳酸盐岩盆地相;其二是认为该区在早寒武世大陈岭期为较浅水沉积的碳酸盐台地相，甚至是台地潮坪相［5，12，18，45，46］。卢衍豪等［12］认为虽然大陈岭期仅发现了深水相的浮游生物化石，但从沉积环境看来，表现的海平面已较前一期(荷塘期)下降，海水深度已变浅，沉积物由荷塘组上部的硅质岩变为大陈岭组的碳酸盐岩类，有点类似地台型的沉积。张敬礼［45］研究发现浙西大陈岭组的白云质灰岩中发育丰富的鸟眼构造，属碳酸盐台地潮坪相。彭花明等［46］、郭福生等［18］、严兆彬等［5］通过详细的野外调查和岩石学特征研究，发现浙西大陈岭组从荷塘期的炭质、硅质页岩直接转换到大陈岭期的中厚层状白云质灰岩，且白云质灰岩中发育大量的鸟眼构造(图2A，B)和缝合线构造。说明浙皖海盆在早寒武世存在一次海平面快速变浅事件。对比浙江江山碓边剖面，常山芳村、白石剖面和开化裴岭脚剖面大陈岭组岩相组合特征，认为从浙江江山到开化虽然水体逐渐变深，但仍是较浅水环境，属碳酸盐岩台地潮坪相。

3 大陈岭组海啸作用沉积异常探讨

3.1 海啸沉积异常国内外研究进展

海啸是由于海底突发事件如海底地震、火山爆发、滑坡或塌陷等所激起的巨浪，这些巨浪引起海水激荡上涌，形成惊涛骇浪，咆哮声如虎啸，故称海啸［47］。海啸作用可以使得原来已经形成的沉积物被搅动起来，也可以把不同环境的沉积物质带到一起，形成特殊的沉积，称为海啸沉积，而所形成的岩石多称为海啸岩［47，48］。

海啸事件是比较常见且破坏性强，但对海啸沉积作用和海啸的研究远远不及对风暴、地震、浊流等其它海洋事件沉积的研究，尤其是海啸作用对沉积异常的影响未能引起人们足够的重视。中外地质工作者对海啸作用和海啸沉积还是做出了一些十分有意义的成果。①海啸作用、海啸岩的主要识别标志、海啸作用对软沉积变形的影响等［47，49～55］;②海啸岩与风暴岩的对比研究［56］;③海啸作用导致的沉积环境异常的研究。Y.Takashimizu et al.［57］在对日本中部深切山谷海啸成因的沉积物做沉积相和沉积序列的研究时认识到，受海啸引起的寄引流可以影响沉积序列的中、上部的悬浮沉积部分，可以引起相应的沉积异常层;M.A.Rodríguez Pascua et al.［58］对晚中新世的贝蒂克山链外部(西班牙)全新世时期的地震活动和古震积岩时也提及沉积异常层，但他认为震积岩中的液化卷曲变形段即震褶岩段为沉积异常层;④海啸作用导致的生物沉积异常的研究。张延山等［59］在对四川盆地东部嘉陵江组二段地震事件研究中发现震级岩的上部具有壳体反扣的介壳层，认为是由地震诱发的海啸扰动造成的;S.Leroy et al.［60］对晚全新世发生在马尔马拉海南部地震引起的海啸沉积物中的介形亚纲动物壳瓣和植物孢粉做详细的研究分析发现:仅仅964 cm深度的孢粉和粒子级分析表明了从漫滩沼泽相到开阔湖相的变化，是由海啸洗涤各区残留物聚集于此的结果，反映了局部环境的突变，且在4 m深度的位置是唯一的富含种子和介形亚纲动物壳瓣的一易碎混合层，这次是一次地震造成的;F.Dilce et al.［61］对巴西北部的Cameta盆地上白垩统河口沉积物的变形研究中也发现地震引起的海啸沉积造成了河口环境的反常;Dawson和Stewart［62］提到浅海相背景沉积具有海啸作用导致的沉积异常;F.Massari et al.［63］对意大利东南部的Pliocene of Salento地区的潜海相沉积层中共3.5 m厚的具瓣鳃类碎片混合沉积是有多次海啸事件所致;A.Vött et al.［64］通过对希腊西部的3处灰质碎屑滩岩沉积学、微生物学、地球化学等的综合研究，认为是由海啸作用造成了这3处灰质碎屑滩岩沉积。

3.2 大陈岭组沉积异常的海啸成因探讨

海啸是一种海底突发性的高能事件。由于其波长长(可达几十公里到几百公里)、浪高也大(可达20余米)，传播速度快(可达800 km/h，即222 m/s)，且引发自海洋底部任何深度、任何部位。因此，海啸沉积作用可以发生在海底任何深度、任何部位［47］。基于上述原理，在浙西的第一期地震事件沉积中，除开化之外的其它地区也可能有啸积岩的存在，只是由于其没有与典型的震积岩和震浊积岩共生，而很难分辨。同样第二期地震沉积事件也有引发海啸的可能。结合前人的研究认识发现，在浙西大陈岭组中发现的三叶虫化石均是产于大陈岭组的中部［1，9～11，45，64］。在浙西寒武系下统与中统之间的界线划分时因为缺乏化石依据，而以下寒武统大陈岭组灰白色厚层白云质灰岩与中寒武统杨柳岗组灰黑色薄层灰岩之间为界线［12］。而浙西大陈岭期的第一期地震事件沉积就产出于大陈岭组的中下部，第二期地震事件沉积产出于大陈岭组的中上部［5］。

反映营浮游或游泳的化石与鸟眼构造共生，给沉积环境的解释带来了困惑。作者根据对浙西大陈岭组震积岩产出层段的研究，结合前人对该区的古生物研究成果，认为在早寒武世大陈岭期下扬子区的江南分区整体抬升，浙西地区已属于碳酸盐岩台地相，因抬升过程中开化—淳安大断裂的活动引发了地震，而地震的震级足够大，从而进一步引发海啸，海啸波及整个浙西地区，海啸的巨浪携带着深水和半深水的浮游生物向浅水区涌去，并在浅水的台地相沉积，最终形成了浙西大陈岭组中相悖的沉积相特征。

研究区内的碳同位素正漂移度不大，其最大值为0.6‰，且位于大陈岭组的中上部，但碳同位素的正漂移对应的短暂的海平面的升高与区内利用均变论对同层段的岩相研究的结果相悖。均变论对地质学的发展曾起了积极作用，但长期以来使人们忽视地史中的灾变事件，因而使地学界在解释可辨认的地史记录和与其相关的地球化学记录时产生了许多困难与错误，均变渐进和灾变事件交替是地层中的客观记录。当强地震引起的海啸接近大陆海岸时，地震波长减小，波幅增大，沿岸水在短时间内升高，最大是可达30 m［8］，大陆架的海平面升高后开始振荡，使原来已经沉积的和较深水处没有完全沉积的及浮游类生物在海平面振荡结束后在近岸区再沉积下来，这样就使得地层中出现了岩相与古生物相悖的现象，较深水沉积物的带入，会在碳氧同位素中表现出来。碳同位素正漂移的层位与研究区地震引起的海啸造成的海啸沉积层位相当，浙西一带的沉积异常应是海啸作用的结果。

4 结论

(1)海啸作用可以导致来自不同环境，不同源区的物质混杂堆积在一起，形成沉积异常层，若不与典型地震事件沉积共生，会给沉积环境或沉积相的解释带来困惑。

(2)浙西早寒武世大陈岭组沉积相一直存在较深水相和浅水相两种观点。较深水相依据:①大陈岭期台地虽然抬升，但继承了荷塘期深水沉积特征;②大陈岭组中上部层段产营漂浮或游泳生活的节头虫类三叶虫，组内不见底栖类化石;③碳氧同位素数据显示大陈岭中晚期具有一次海水变深的特征，与漂浮或游泳生活生物化石产出层位相当。浅水相依据:①大陈岭期海平面较荷塘期下降，具有类台地型沉积特征;②白云质灰岩中发育大量鸟眼构造，是台坪相沉积标志;③浙西海盆寒武纪早期演化和岩相组合特征，结合地震液化脉体碳氧同位素研究，浙西整体为较浅水环境，属碳酸盐岩台地潮坪相。

(3)浙西早寒武世大陈岭组存在一套地震—海啸沉积事件，且海啸岩的产出层位与较深水相化石产出层位、碳同位素正漂移层位相当。作者综合分析认为，反映较深水相的生物是海啸作用带来的结果，海啸作用导致了早寒武世具有短暂地、急剧海平面上升，同时把半深水相的沉积物搅动起来并带到浅水区沉积下来，造成大陈岭组0.54 m厚的沉积物异常，并最终在碳氧同位素上表现出来。

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