湘西北龍山地區下奧陶統桐梓組潮坪風暴巖的發現及其意義

黃樂清 劉 偉

(湖南省地質調查院 長沙 410116)

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湘西北龍山地區下奧陶統桐梓組潮坪風暴巖的發現及其意義

黃樂清 劉 偉

(湖南省地質調查院 長沙 410116)

報道了湘西北地區早奧陶世桐梓組地層中的風暴巖，并對該套事件沉積體的區域展布及表現形式進行了系統闡述。通過對野外剖面的仔細觀測和室內資料的綜合研究，普遍見指示潮坪環境的半球狀疊層石、羽狀交錯層理等，并識別出各種侵蝕—撕裂構造、粒序層理、韻律層理、變形層理及沙紋—波狀層理等風暴沉積標志，丘狀交錯層理常保存不全，綜合分析后認為該風暴巖為潮坪風暴沉積，并進一步劃分出4種類型的風暴沉積序列。同時，區內桐梓組見有大套滑塌重力流沉積，經對比，可能為同一颶風事件在不同環境中產生的不同物質記錄。該套風暴巖具有重要的地質意義：風暴沉積特征的變化蘊含了豐富的氣候變化信息，反映出晚寒武世至早奧陶世時期全球溫室繼承、轉型的一種氣候響應。風暴巖、風暴濁積巖及滑塌角礫巖的發現，為該時期“鄂西臺洼”的存在提供了新的沉積學證據；也為區內含礦段地層的精細劃分和對比提供實際參考；同時，對分析華南板塊的向北漂移提供了更仔細、更可靠的參考數據。

風暴巖 風暴沉積序列 桐梓組 龍山地區 湘西北

風暴巖(tempestite)的概念由Kelling和Mullin[1]在20世紀70年代中后期首先提出。隨后，Aigner[2]對風暴巖的定義進行了擴充，提出風暴沉積(storm deposit)泛指所有受風暴作用影響的沉積。與50年代鮑馬提出的濁流沉積理論一樣，這一理論被認為是沉積學研究一個里程碑性的事件[1-4]。20世紀80年代初期，隨著劉寶珺院士等[27]首次將“風暴巖”這一概念引入國內，早期眾多的學者，如劉寶珺、葉連俊、余林青、孟祥化等[27-29,32]開辟了我國風暴巖研究的先河。后來的學者在風暴巖概念的深化[17,23]、巖性特征[5-16,18]、典型沉積序列[5-15]、沉積模式[10-12,18,26]及地質意義[4-6,10-12,15-16,18,20,26,41]等方面都作了大量研究，涵蓋了不同沉積環境(如淺海陸棚環境、潮坪環境及三角洲、湖泊環境)中風暴巖沉積特點。這些研究成果極大地深化了對風暴沉積的認識，推動了事件地層學和沉積學研究的進步。

然而，前人眾多的研究主要集中在風暴相序完整的淺海陸棚區，對近岸的、易改造、難保存的潮坪環境中的風暴巖研究較少，這是由于序列完整的潮坪風暴巖較難發現，資料的欠缺使得潮坪風暴沉積具一定研究價值。同時，對揚子地臺早古生代風暴沉積的研究主要集中于寒武紀地層[10-14,18,27]，志留紀次之[15-16,20]，奧陶紀時期風暴沉積的報道也僅見鄰區零星文獻[7-9]。尚未見有關于湘西北地區早奧陶世時期風暴巖沉積的相關報道。

筆者在對湘西北龍山地區奧陶系桐梓組地層的調查中有幸發現了多期潮坪風暴沉積，露頭清晰、層序完整，具典型的風暴沉積構造，諸如侵蝕—撕裂構造、粒序層理、韻律層理、變形層理、沙紋—波狀層理及不明顯的丘狀交錯層理等風暴沉積標志。該套風暴巖的發現，不僅豐富了國內關于潮坪風暴沉積的研究材料、深化了湘西北地區早奧陶世兩河口期的古地理、古氣候、古構造的理論認識，而且對探討該區風暴沉積模式的空間變化、明確風暴巖與成礦環境的聯系等具有實際意義。

1 地質概況

研究區位于上揚子地塊東南緣、武陵山弧北西之桑石小區，是湘西弧形構造帶的一部分，先后經歷了武陵期、雪峰期至加里東期、海西期、印支期至燕山期4個大的發展階段[21-22]。早奧陶世兩河口時期，揚子地臺基本上繼承了晚寒武世的古地理格局，為典型的穩定型碳酸鹽沉積建造序列(圖1)。隨著該時期海侵作用的加強，巖石特征、古生物面貌、沉積層序均發生了顯著改變，總體由一套含三葉蟲、腕足、頭足、雙殼類等生物化石的開闊—局限臺地相之石灰巖超覆在上寒武統含三葉蟲的潮坪白云巖之上，海侵作用明顯。其頂部以一套區域展布穩定的深灰色頁巖與上覆紅花園組分界(圖2)。區內無巖漿活動，未見巖漿巖體。此外，桐梓組亦是區內“江家埡式”層控型鉛鋅礦賦礦層位之一。

通過本次野外剖面測制工作，對龍山地區奧陶系桐梓組的巖石學特征、沉積構造及序列進行了詳細研究，調查發現，研究區下奧陶統桐梓組為一套淺灰色中厚層—塊狀白云質粉晶灰巖、灰質云巖夾顆粒(鮞粒、礫屑)粉晶灰巖。局部夾滑塌、風暴成因的角礫巖，發育羽狀交錯層理，藻疊層構造普遍發育。以局限臺地之潮坪相為優勢相沉積(圖1)。風暴成因礫屑灰巖多集中在該組地層的中上部(圖2)。

圖1 湘西北及鄰區早奧陶世桐梓期巖相古地理[22,45]及剖面位置圖Fig.1 The lithofacies and paleogeography of the Tongzhi Formation in North-west Hunan

2 風暴沉積特征

風暴作用作為一種陣發性高能事件，其獨特的水動力學特點及沉積機理形成別具一格的沉積構造和沉積序列。如：丘狀交錯層理、侵蝕—撕裂構造、粒序層理及沙紋—波狀層理等典型沉積標志。

2.1 沖刷—充填構造

沖刷—充填構造包括了底沖刷面和渠鑄型構造，是風暴沉積作用的典型識別標志之一[5-6]。侵蝕面在區內普遍可見。該面呈波狀起伏(圖3c、圖4)，波幅度較大，一般3～5 cm，少數達6～10 cm，波峰圓緩，波谷陡峭，反映風暴渦流作用中等強度。沖刷面上、下巖性突變分界，其上常為淺色砂礫屑灰巖或藻礫屑灰巖，礫屑呈團塊狀、次棱角狀、竹葉狀等，集合體多以疊瓦狀排列，反映出后期定向牽引流的進一步改造。沿沖涮面偶見有渠鑄模構造，是風暴增長期和(或)高峰期的形成的強大渦流，旋切海底沉積物形成刨蝕坑，并經后期充填形成，又稱之為口袋狀構造。在研究區常見獨特的口袋狀構造(圖3c)，這些“口袋”寬約8～16 cm，下切深度約3～5 cm，呈上寬下窄的漏斗形，渠壁傾角介于35°～60°之間，渠模內充填發育波狀紋層的砂屑灰巖。反映風暴渦流的強度中等偏大。

2.2 撕裂構造

風暴撕裂構造是風暴作用過程中風暴撕裂半固結的巖層而形成的構造[18]。巖層中此類構造主要見于礫屑堆積層中。礫屑常為斷開的條帶狀或角礫狀(圖3g)，與下伏巖層無明顯界線，呈有“根”連接。條帶呈彎曲、折斷或完全分離，沿裂縫可拼湊成一個完整體，撕裂特征明顯。有時可見被風暴流帶來的灰巖碎塊與粉、砂屑混雜堆積(圖3g,o)。風暴撕裂構造可能形成于風暴作用仍較強的區域。與撕裂構造伴生的有蠕動變形構造，可能代表了風暴衰減期對沉積物的改造。

2.3 遞變層理、韻律層理

該類型層理主要集中于風暴序列底部，自下而上由礫屑灰巖向砂屑灰巖過渡構成具二元結構的遞變層理，垂向上多個粗尾遞變層理疊置復合而形成韻律層理(圖3f)。單個遞變層段厚約為8～14 cm，疊置面上風暴巖掏蝕現象普遍，呈波狀，其波長不定，以2～4 cm為主，高約1～3 cm。礫屑灰巖層中礫屑長軸約2～18 mm，大者可達50 mm，呈針狀、板條狀或竹葉狀，集合體呈菊花狀、倒“小”字型、放射狀(圖3e)，與潮道、濁流、震積等成因的礫屑相區分。

礫屑灰巖的韻律性顯出該時期的風暴事件頻繁。值得注意的是，礫屑灰巖孔滲性較好，在該套風暴礫屑灰巖層中常見有后期的灰白色方解石充填(圖3m)，為區內鉛鋅礦的沉淀提供了有利的場所。

2.4 沙紋交錯層理和丘狀交錯層理

研究區內完整的丘狀交錯層理不甚發育，可能是在潮坪環境下，往復頻繁的水流作用破壞所導致。交錯層常以沙紋交錯層理產出，前積紋層成對排列成束狀層系，具定向性，上下層有截切關系；沉積界面呈波狀起伏，波峰、波谷均較圓緩(圖3d)，波形寬約8～15 cm，波幅較小，高約0.5～2 cm，其巖性以砂屑灰巖為主，波谷常含一定量的粗屑，有時為透鏡狀灰巖塊體。這種沉積構造反映出風暴浪衰減時定向水流的沉積特點，并迅速向正常沉積過渡。

2.5 其他沉積構造

此外，桐梓組巖層中見有其他豐富的沉積構造，如：塊狀層理、水平層理及滑塌構造、火焰狀構造、蠕動構造等同沉積變形構造。其中，塊狀層理常與侵蝕礫屑層相伴生，疊置于礫屑層之上，巖性常以粉—砂屑灰巖為主，粒序特征不明顯(圖4c)，為風暴回流期大量的顆粒質卸載、堆積而成，顯重力流的性質；水平層理見于泥—粉晶灰巖中，為晴天正常海的背景沉積。滑塌構造以大量的塌積角礫出現為特征(圖3k)，角礫大小約2～50 mm，大者可達30 cm，成分以云質灰巖、泥晶灰巖為主，多“懸浮”于泥晶灰巖基質中，塌積角礫之下的紋層有“被壓彎”的特點，可能是在一定坡度下，受風暴觸發或震動后產生短距離滑塌便固結所形成的。蠕動變形構造常與滑塌構造相伴生，從形態上看，該構造類似于“石香腸”構造，成緊閉的“S”形，局部因受力過度而角礫化(圖3l)。火焰狀構造規模較小，“火焰”高約1～4 cm，呈尖舌狀植入上覆灰巖層中(圖3g)。顯然，這種同沉積構造反映了在風暴沉積期后，由下伏飽含水份的塑性灰泥在不均勻的負荷作用下，向上擠入而形成舌狀體。另外，見有呈席狀分布的生物介殼層，厚約10～22 cm，以雙殼類為主，殼體優選方向明顯，稍有破碎，與疊層石伴生(圖3i)，可能是被風暴浪搬運至潮坪上的堆積物。

圖2 湘西北龍山地區桐梓組沉積—層序綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of Tongzhi Formation in Longshan, North-west Hunan

圖3 湘西北龍山地區桐梓組中的風暴沉積構造A.羽狀交錯層理；B.半球狀—柱狀藻疊層石；C.“口袋狀”底蝕構造，橫向上與丘狀紋層伴生；D.丘狀—沙紋交錯層理，相互截切；E.“放射狀”礫屑，礫屑呈針葉狀，無磨圓；F.韻律層理，由遞變層理(放射狀礫屑層)疊置復合而成；G.風暴撕裂構造，各撕裂塊體可拼合成整體；H.濁積序列，呈條帶狀，底蝕現象明顯；I.成層展布、具優選方位的貝殼層(黃圈內)；J.火焰狀構造；K.滑塌角礫灰巖特征；L.同沉積(蠕動)變形構造，呈“S”形，變形強烈處呈角礫狀(鉛筆左側)；M.礫屑灰巖(方解石充填)；N.風暴角礫特征(a為粒屑灰巖碎塊，b為藻灰巖碎塊)；O.角礫灰巖。Fig.3 Storm sedimentary structures of the Tongzhi Formation in North-west Hunan

3 風暴沉積序列

前人研究表明[9,17]，風暴巖的剖面序列特征及橫向展布是其主要的識別標志，而某些沉積構造只能作為輔助識別標志。通過綜合考慮各類風暴沉積標志的組合關系，筆者將桐梓組上部的風暴巖劃分為3個差別明顯的風暴沉積序列類型及1個風暴濁積序列。在測區內主要發育正常風暴序列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3種類型，序列Ⅳ主要出露于測區北部(龍山縣遼葉鄉一帶，剖面A)，常與滑塌角礫灰巖層伴生(圖2、圖3H，k)。

3.1 序列Ⅰ

該類型風暴在研究區最為發育，沉積序列厚約40～65 cm，以發育較厚的粗粒滯留沉積(A段)、遞變層理的粗顆粒灰巖(B段)、沙紋交錯層理(C段)及疊層藻灰巖(D段)為特征(圖4a)。該序列與理想的風暴序列相比[2,48]，較為接近。其中，A段的底礫滯留沉積厚度較大，可達12～26 cm，占序列厚度近半。礫屑分布無規律，橫臥狀、近直立狀、倒八字排列等均可見到。礫屑呈灰色，無氧化圈，成分中多見云質組分，大多與下伏背景沉積相似，形狀以長條形為主，大小混雜，磨圓度較差，亦見有撕裂狀構造。礫屑間多充填有大量灰泥、灰砂，顯雜基支撐特點。總體屬近源沉積。B段為含陸源石英砂的粒屑灰巖，顯粒序的特點。粒屑灰巖中常見為角礫組分，與陸源石英砂混雜一起，反映出近岸帶物質的混入。C段厚約5～10 cm，巖性為粉—砂屑灰巖，發育有浪成沙紋層理及不完整的丘狀層理，丘狀層理常被浪成沙紋層理截切。D段位于沉積序列的頂部，疊層藻大多呈半球狀、穹狀或柱狀，個別直立的柱狀疊層藻因下一期的風暴作用而被改造至傾斜或斜臥。疊層藻灰巖的頂部常被下一期風暴作用所刨蝕。

從上述風暴沉積序列可以看出，該套風暴巖是潮上帶或潮間低能帶的含白云質灰坪、藻坪等沉積物遭受強大風暴襲擊形成大量長條形礫屑及灰泥、灰砂，經風暴潮流短距離搬運后，由于重力作用，快速卸載，形成粗粒滯留沉積及粒序層。當風暴渦流開始作用時，形成了具緩波狀丘狀層理，并被風暴作用后期(衰退期)的回流所侵蝕，使得各前積紋層相互截切、疊置。因此，該套風暴巖的沉積位置在水體較淺的潮間—潮上低能帶附近。

3.2 序列Ⅱ

該種類型的風暴巖主要以發育具刨蝕底面的風暴角礫灰巖、遞變—韻律層理的砂—礫屑灰巖為特征，不發育風暴丘狀層理(圖4b)。沉積單元由A、B、D等3部分組成，垂向上呈現為不同組構的礫屑粗顆粒有序疊置。A段(下部)為具刨蝕底面的風暴角礫巖段，厚度介于5～14 cm，巖性主要為原地鏟蝕、撕裂的角礫灰巖，角礫灰巖與下伏巖層呈“有根”連接，各塊體間可拼合成整體，原地撕裂特征明顯。角礫成分與下伏層相同，主要有泥晶灰巖、含云質灰巖等，角礫大小約2～40 mm，大者長徑可達20 cm，無磨圓，分選極差，排列方位無規律。B段(中部)據礫屑排列特點可分為2部分，B1為具遞變—韻律層理的砂礫屑灰巖段，厚度約5～10 cm，其底界與A段呈波狀接觸，侵蝕面之上為最具特色的針葉狀礫屑，呈放射狀，橫臥或紊亂等多種方式排列 (圖3e)，往上隨風暴能量的減弱而沉積砂屑灰巖層，顯示風暴遞變層的形態。部分B1層中的砂礫屑呈定向甚至疊瓦狀排列，即為B2段，該段巖性、厚度與B1段相似，不同之處是巖層中的礫屑稍有磨圓，礫屑呈橢球狀、竹葉狀、條帶狀，反向疊瓦狀組構特征明顯，反映出潮道環境中的往復水流的改造作用。剖面上表現為多個Sb1～Sb2序列的沉積單元不等厚疊加，并構成該風暴沉積的主要部分。上述排列方式使巖石結構具明顯的顆粒支撐、三角形或多邊形格架結構，形成大小不等、形狀不規整的原始孔隙，并隨后被灰白色亮晶方解石充填(圖3m)。D段為泥晶灰巖段，巖性單一，厚度約8～20 cm，反映風暴間歇期(或停歇期)晴天的正常海水沉積。由于多期的風暴沖刷，該段常常保存不完整。

根據該套風暴巖中巖石顆粒成分單一、礫屑具反向疊瓦狀組構特等顯著特點分析，該序列沉積位置在水體較淺的潮間高能帶附近。

3.3 序列Ⅲ

該種類型的風暴序列以發育渠模侵蝕面、“放射狀”礫屑灰巖及塊狀層理的粒屑灰巖為特征(圖4c)。序列厚約40～60 cm，B段為覆于侵蝕面之上的放射狀礫屑灰巖，厚6～14 cm，與下伏層紋石灰巖層截然接觸，風暴截切巖層明顯。礫屑層橫向上厚度不穩定，呈透鏡狀展布。礫屑具典型風暴沉積特點的放射狀、倒“小”字型、直立或橫臥狀等，礫屑個體較小，常為毫米至厘米級，巖石切面呈針葉形，局部見疊層石碎塊，呈“懸浮”狀保存于B段中(圖3n)。向上出現塊狀層理段，含礫屑砂屑結構，為C段，該段厚約15～26 cm，是風暴衰減后由于風暴回流的攜帶或風暴對海水剪切力的下降而使懸浮顆粒在重力作用下快速沉降形成。至頂部為D段，即正常藻紋層灰巖段，紋層呈水平或微波狀，為風暴退去、正常潮坪環境的沉積體。相比序列Ⅰ而言，缺少底部粗粒滯留沉積(A段)，添增了塊狀層理的粒屑灰巖段，底部的放射狀排列的礫屑灰巖段直接覆蓋在下伏紋層灰巖之上，其異地礫屑特征明顯，反映水體更深、風暴作用能量減弱的特點。該序列沉積位置在水體相對較深的潮間—潮下低能帶附近。

圖4 湘西北龍山地區桐梓組中的風暴沉積序列a-1.風暴序列Ⅰ露頭全貌；a-2. 序列Ⅰ頂部半球狀—波狀藻疊層石；a-3. 序列Ⅰ底部礫巖層，個別礫石近于直立；b-1.風暴序列Ⅱ露頭全貌；b-2. 序列Ⅱ中顯定向—疊瓦排列的礫屑層(B2層)；b-3.序列Ⅱ底部呈放射狀排列的針狀礫屑層(B1層)；c-1.風暴序列Ⅲ露頭全貌；c-2.序列Ⅲ定部的藻紋層，常呈柱狀—層狀，被顆粒灰巖截切；c-3.針狀礫屑，集合體呈放射狀、橫臥、雜亂排列；d-1. 剖面A中風暴濁積序列Ⅳ露頭全貌；d-2、d-3.條帶—侵蝕特征。Fig.4 Storm deposit sequences of the Tongzhi Formation in North-west Hunan

圖5 湘西北龍山地區風暴巖的產出環境、水動力條件及沉積模式Fig.5 Sedimentary environment, hydrodynamic condition and mode in North-west Hunan

3.4 序列Ⅳ

該類型風暴沉積序列僅在工作區北部發育(圖1、圖2中剖面A)，區域上呈線狀展布。以B、D段的交互疊置呈現出韻律層理為特征沉積，單個韻律厚約4～7 cm，使灰巖層呈現大致平行的寬條帶外貌(圖4d)。下部單元B段巖性為砂礫屑灰巖，風化后砂感特征明顯，為該序列沉積的主體。具正粒序構造，底蝕沖刷面構造清晰，規模較小，呈尖谷或緩波狀，為較深水處的風暴濁流沉積。D段為暗色微晶灰巖，不顯層理，屬正常晴天的背景沉積。上述特征表現為不完整的濁積序列，與風暴回流形成的密度流相關，進而在浪基面之下快速卸載形成的濁積序列。該濁積序列常與滑塌角礫灰巖相伴生(圖3k、圖5)，顯然，該序列屬于風暴觸發而形成的深水重力流。

4 討論

碳酸鹽風暴巖作為一種突發性、瞬時性的事件沉積，不僅對古代海洋(或湖泊)的古氣候、古地理分析等方面具有明顯的指示作用，而且對區域上地層等時對比及探討成礦地質環境之間也具有重要的參考價值。

4.1 對古氣候與古地理的指示

統計表明，近幾十年來，隨著氣候變暖，颶風活動有增頻、加劇之趨勢。據文獻考證，歷史上造成死亡人數達10萬以上的臺風災難就有8次，經濟損失無以數計[47]。臺風異常活動是全球氣候變暖、還是臺風年代際周期性變化的結果？現在依然是爭論的焦點[46]。由于臺風器測資料年限太短，科學家們期許通過分析地質記錄來重建古氣候而指導現代氣候的研究。寒武紀時期，揚子地臺廣布白云巖等蒸發型沉積物，碎屑巖區多見云母片[42]，表明氣候炎熱干燥。如前文所述，該時期風暴活動頻繁；至早奧陶世，沉積體由蒸發臺地向局限潮坪—開闊臺地過渡，巖性為云巖與灰巖的交互沉積，亦發育的風暴沉積體疊置，暗示著早奧陶世延續了自寒武紀以來地球溫室效應下的氣候特征。然而，前人基于沉積建造、生物類型、構造—古地理等方面的變化，將上揚子地臺的奧陶系—志留系定義為一個不同于震旦系—寒武系的新的、完整的超層序[21,24,45]。且相比之下，早奧陶世時期的風暴活動在其頻率、強度方面均不及寒武紀時期。因此，該時期亦是氣候轉型的重要時期，從而在這個角度上論證了氣候變暖進而使海水升溫是颶風形成的關鍵因素之一。

同時，風暴作為熱帶—亞熱帶海洋的一種熱帶氣旋，影響范圍多在緯度5°～30°間，主要形成于赤道附近5°～20°的區域，因此，風暴巖的頻繁出現往往是低緯度熱帶氣候條件的標志[5,11]。關于華南奧陶紀的古緯度，劉育燕等[43]、吳漢寧等[44]對揚子陸塊的古地磁研究結果表明，奧陶紀時，揚子板塊在南緯6.2°～7.3°附近，并隨后向北漂移。通過研究區風暴巖的規模和強度可以佐證早奧陶世桐梓組沉積時期揚子陸塊位于低緯度赤道附近颶風帶控制地區，這也與古地磁的研究結論相一致。

4.2 地質體劃分與對比

多數學者認為，風暴沉積作為周期性的、瞬時的事件性沉積，作用面積廣而持續時間短，沉積特征又非常明顯，易于與其他沉積區分，因此風暴沉積可作為上揚子東南緣湘西北海盆范圍內等時對比標志[4,23]，研究區桐梓組上部層段中的風暴巖及該組上覆頁巖層，作為該時期區域上的地層等時對比的良好標志層。更具實際意義的是，區內多個鉛鋅礦化點產出層位主要集中在桐梓組的上部，與該套風暴巖具大致相同層位(圖2)，因此，風暴沉積不失為在礦床勘探中對礦段進行精細劃分的一種實用輔助標志。

4.3 盆地構造意義

部分學者認為，奧陶紀是區別于寒武紀的另一個超層序的開始[21,24,45]。劉寶珺等[21]最早提出早奧陶世，揚子板塊東南緣處在被動大陸邊緣向前陸盆地的過渡階段。周名魁等[22]認為早奧陶世時期在被動大陸邊緣持續較穩的沉降過程中伴有一定的構造活動，由板塊碰撞受擠壓引起板內局部撓曲作用，在大陸斜坡中形成相對深陷的北東向長條形凹地。王劍等[24]依據早奧陶世區域上沉積的陸源碎屑、等深巖的變化特點等將早奧陶世劃入閉合造山階段應。雷卞軍等[45]通過對鄂西兩河口期碳酸鹽重力流沉積的研究，提出了“鄂西臺洼”，并認為其向南延伸到研究區的鄰區(桑植)一帶。筆者在對湘西北龍山、桑植、保靖地區展開地質調查時，亦發現了大量與同沉積斷裂活動有關的重力流沉積(圖3k)，反映出基地劇烈活動或盆地內部差異隆陷的特點。此外，從風暴序列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3種類型，可以看出，各序列底部的侵蝕—沖刷面在區內均較為發育，反映風暴營力及風暴回流作用大。梁桂香等[23]認為在緩斜坡帶，是風暴重力流和遠源濁流沉積的有利場所。綜合上述特征，可以認為該時期在穩定的臺內環境下，局部構造仍然較活躍，區域上北東向長條形臺洼經過龍山地區，并在內存形成一定傾角的古斜坡(圖5)。區內風暴序列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ底蝕構造的廣布及序列Ⅳ的形成與海底坡度相關。因此，桐梓組發育的塌積角礫巖及風暴濁流序列，這無疑可以成為早奧陶世時期鄂西臺洼存在、海底形態在構造活動下復雜多變的有力證據之一。

4.4 與成礦的關系

前人在風暴作用與成礦作用之間的內在聯系方面積累了大量研究成果。葉連俊等[28]率先首次注意到磷塊巖是由于風暴浪沖擊地臺邊緣磷淺灘，并使礫屑沉積于陸棚區而形成。劉寶珺等[27]從動力學角度解釋了揚子地臺西緣磷質聚集機理的問題，提出由風暴作用驅動了上升洋流的循環與補給，對磷質進行簸選、使之富集成礦。孟祥化等[32]、曹志安等[33]在風暴作用在鋁土礦形成過程中的影響方面進行了探討，認為風暴作用過程中，渦流對底質含鋁沉積物的攪動形成差異懸浮，在風暴減退期，由于物質的順序分異而形成條帶狀鋁土礦石。胡益成等[34]、蘇華成[35]等提出異地藏煤的概念，并詳細論述了風暴流對原生泥炭物質的侵蝕、搬運、再沉積形成異地煤的過程。歸納起來講，即通過風暴浪對原始含礦沉積層產生機械破碎，并將破碎層經過浪流(或回流)搬運至合適環境中再沉積，從而次生富集成礦。那么，早奧陶世桐梓組地層中的鉛鋅成礦是否也存在這種規律呢？

在研究區的礦產調查工作中發現，桐梓組上部多為區內鉛鋅礦含礦層段之一，恰巧的是，該段巖層亦是風暴巖發育的層段(圖2)，這二者之間的耦合有無必然聯系？前人通過分析寒武—奧陶系地層中礦石的流體包裹體及C、O、H、Pb同位素等手段對成礦物質來源進行了深入的探討，結果也大相徑庭，但歸結起來，總體認為是在后生階段，受構造作用的驅動，含礦熱液沿斷裂向上運移，由于物理化學條件的改變而成礦就位，并在多期次的構造活化、萃取、遷移機制下再次富集成礦[30-31,36-37]。此外，多數認為桐梓組/紅花園組分層界線處的頁巖層作為一種含礦熱液運移的隔擋層，使礦體在頁巖附近沉淀下來[39-40]。然而，有一種觀點值得引起重視：藻類及其他微生物在生命活動中能吸收大量Pb、Zn等元素，從而使生物體自身成為Pb、Zn的富集體[31,38]。風暴強大的沖擊破壞力，造成沉積地層的撕裂、破碎，成礦物質釋放出來[41]，并被攜帶至近岸，成礦物質被大量的藻類、微生物等吸附(區內亦發現疊層藻灰巖與鉛鋅含量正相關的現象(圖2))。在后期的含礦熱液活動中，對圍巖產生礦質的萃取并遷移、沉淀，從而利于富集成礦。此外，該套風暴沉積中發育典型的針狀、竹葉狀灰巖，野外露頭中也見有大量后期的方解石充填孔隙現象(圖3m)，其原生孔隙發育，反映出該礫屑灰巖層既是含礦熱液運移的良好通道，亦為礦質的沉淀提供有利的場所。

4.5 潮坪風暴巖發育的控制因素初探

多數學者認為，在潮坪環境中，風暴沉積難以保存[26,48]，原因是后期的潮汐作用將會對風暴沉積產物再次改造、破壞，甚至完全消失。對于潮坪風暴沉積的保存條件卻鮮見報道。研究區的潮坪風暴巖以高頻重復疊置，其風暴巖發育的控制因素是多方面的，涉及到風速、風暴持續時間、水深、正常潮流方向、海平面變化及物源等。經分析，認為區內風暴沉積的主要控制因素如下：

一方面，區內的疊層石，多呈柱狀、半球狀，其獨特的藻黏結結構具有一定的抗浪作用。多期風暴序列疊加在潮上—潮間帶的疊層藻灰巖之上，充填在毗鄰疊層石之間的風暴體由于疊層石能一定程度上阻擋潮汐流或風暴回流而得以保存。關于疊層石礁的障壁作用部分文獻中也有提及[49]。通過統計已見報道的潮坪風暴巖發現[4,13,49]，多數保存完好的潮坪風暴沉積均見小型疊層礁(丘)，局部見疊層石被風暴流改造而傾斜，有時可見與波狀層理疊加在一起的丘狀交錯層理，這都暗示了潮坪風暴巖的保存與疊層石的發育情況息息相關。

另一方面，相對海平面的上升，對潮坪風暴巖的保存較為有利。劉鵬舉等[7]指出風暴沉積在露頭層序地層劃分中，對于海進體系域和高水位體系域早期的識別具有重要的指示作用。隨著桐梓組風暴巖段相對海平面的上升(圖2)，由于海水加深導致潮汐流對基底的沉積物改造減弱，從而使先期沉積的風暴序列得以完整的保存下來。

5 結論

(1) 湘西北龍山地區發育潮坪風暴沉積，主要見有侵蝕—撕裂構造、粒序層理、韻律層理、變形層理、沙紋—波狀層理等風暴沉積標志，丘狀交錯層理不明顯。該風暴沉積為區域上首次發現，完善了早奧陶世時期湘西北地區的沉積類型。

(2) 區內共發育4種類型的風暴沉積序列，分別為序列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及序列Ⅳ，其中，前三者均位于風暴浪基面之上，為潮坪風暴沉積；序列Ⅳ位于風暴浪基面之下，為風暴—濁流沉積。此外，對區內各風暴序列的古地理位置進行了分析，并由此構建了風暴沉積模式。

(3) 該套風暴巖具有特殊的地質意義。一是風暴沉積的變化蘊含了豐富的氣候變化信息，是寒武—奧陶紀時期全球溫室轉型的一種氣候響應。二是確定了揚子板塊的古緯度位于赤道附近5°～20°的區域，為分析華南板塊的向北漂移提供更仔細、更可靠的參考數據。三是風暴濁積巖及滑塌角礫巖的發現，為該時期“鄂西臺洼”的存在提供了新的沉積學證據。四是風暴巖廣布、等時的特點對區內相當層位中含礦巖段的劃分和對比具有實際參考價值；同時，其與含礦層段在空間上的耦合，也暗示著風暴作用與成礦作用之間存在某種內在聯系。

(4) 分析認為，區內潮坪風暴巖的發育與疊層藻灰巖及海平面變化相關聯。

致謝 感謝湖南省地質調查院召市區調項目組對本研究工作的支持和幫助。

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Characteristics of Tempestite of Lower Ordovician Tongzi Formation, in the Longshan Area, Northwestern Hunan and Its Geological Significance

HUANG LeQing LIU Wei

( Hunan Institute of Geology Survey, Changsha 410116, China)

This is the first time to report storm deposit in the Tongzi Formation, Lower Ordovician in the northwest Hunan Province. Meanwhile, the author demonstrates the distribution and manifestation of the sedimentary deposits systematically. Based on careful field observation and laboratory analysis, indications of the tidal flat environment such as hemispheric stromatolites, Herringbone cross bedding are widely present in the succession. The sedimentary structures of the storm deposit such as erosion -tear structure, graded bedding, rhythmic bedding, deformed bedding and the sand grain-wave bedding have been identified, excluding hummocky cross-stratification. Based on the analysis, the storm deposit in this Formation is the tidal flat storm deposit. And, four types of storm deposits have been recognized. Meanwhile, big slump gravity flow deposits are identified in Tongzi Formation, which must be the different material records of the same hurricane in different environments. Study of the storm deposit indicates that the tempestites carry important poleoclimate inFormation and frequent occurrences of storms responded to climate changes from late Cambrian to lower Ordovician. The discovery of tempestite, the storm turbidite and slump breccias provide new lines of evidence for the Western Hubei platform depression in this period and suitable reference for fine stratigraphic division and correlation of ore-containing block Formation as well as more reliable reference data for the analysis of the north draft of the South China Plate.

tempestite; succession; Tongzi Formation; Longshan area; northwest Hunan province

1000-0550(2016)05-0830-12

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.003

2015-03-20； 收修改稿日期： 2015-05-17

中國地質調查局區域地質調查項目(1212011220510)[Foundation: Regional Geological Survey Project of China Geological Survey, No.1212011220510]

黃樂清 男 1985年出生 碩士 助理工程師 沉積學 E-mail:huang_xueshu@163.com

P588

A