鄂爾多斯盆地西緣徐莊組風(fēng)暴沉積特征及沉積模式

關(guān)鍵詞 礫屑灰?guī)r；風(fēng)暴沉積；鄂爾多斯盆地；徐莊組

0 引言

20世紀(jì)70年代，Kelling et al.[1]首先提出風(fēng)暴巖（tempestite）這一概念，并對風(fēng)暴沉積過程進(jìn)行了討論。隨后，Kumar et al.[2]以及Aigner[3]提出風(fēng)暴沉積這一概念，用于描述風(fēng)暴天氣下的沉積過程。我國學(xué)者在將風(fēng)暴沉積這一概念引入國內(nèi)之后，針對華北板塊及華南板塊不同風(fēng)暴沉積類型進(jìn)行了大量研究，并建立了相應(yīng)的沉積模式圖[4?6]。

近年來，國內(nèi)學(xué)者針對四川盆地[7?9]、塔里木盆地[10]、鄂爾多斯盆地[11?12]等地區(qū)的風(fēng)暴沉積特征均進(jìn)行了詳細(xì)研究。但是對于鄂爾多斯盆地風(fēng)暴沉積的研究，多集中于三疊系與侏羅系湖相風(fēng)暴沉積的研究，而對深部寒武系地層海相風(fēng)暴沉積的系統(tǒng)性研究相對較少并且尚未建立徐莊組的風(fēng)暴沉積模式[13?14]。

在野外實(shí)地調(diào)研以及鏡下薄片觀察的過程中，發(fā)現(xiàn)在鄂爾多斯盆地寒武系分布多層礫屑灰?guī)r以及大量風(fēng)暴沉積構(gòu)造。因此，本文旨在通過野外實(shí)測資料以及鏡下薄片觀察，對鄂爾多斯盆地西緣徐莊組風(fēng)暴沉積特征以及不同類型風(fēng)暴巖所指示的沉積環(huán)境進(jìn)行探討，建立鄂爾多斯盆地西緣徐莊組風(fēng)暴沉積模式并分析其中蘊(yùn)含的地質(zhì)意義。這對于鄂爾多斯盆地寒武系沉積環(huán)境，古板塊位置以及巖相古地理研究具有重要意義，并對華北板塊寒武系風(fēng)暴沉積研究提供了參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，屬于典型的克拉通邊緣疊合盆地[15]，盆地內(nèi)部被劃分為6個構(gòu)造單元，分別為伊盟隆起、伊陜斜坡、晉西撓褶帶、渭北隆起、天環(huán)凹陷以及西緣沖斷帶（圖1）。中寒武世徐莊期海平面迅速上升，鄂爾多斯盆地內(nèi)部基本全部被海水覆蓋，僅存伊盟古陸、固原古陸和呂梁古陸，呈現(xiàn)顯著的淺水陸表海沉積特征，為風(fēng)暴沉積的廣泛發(fā)育提供了條件。盆地內(nèi)部為碳酸鹽臺地沉積環(huán)境，周緣為緩坡沉積，伴有風(fēng)暴沉積，具有高能動蕩的水體環(huán)境[17?19]。

本次研究主要針對鄂爾多斯盆地西緣中寒武統(tǒng)徐莊組展開，徐莊組整體以灰色薄層泥晶灰?guī)r為主，夾礫屑灰?guī)r、顆粒灰?guī)r，下部以灰綠色頁巖、紫紅色頁巖和薄層灰?guī)r互層為主，并發(fā)育薄層石英砂巖。野外觀察發(fā)現(xiàn)徐莊組具有以頁巖、薄板狀灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r為沉積旋回的特點(diǎn)（圖2），青龍山剖面徐莊組共發(fā)育六套這種典型的沉積旋回。本次研究涉及的剖面均位于鄂爾多斯盆地西緣（圖1），沉積環(huán)境大體為開闊臺地以及臺地前緣緩坡，并且均發(fā)育大量竹葉狀灰?guī)r，具有顯著的風(fēng)暴沉積特征。

2 風(fēng)暴沉積構(gòu)造

通過剖面實(shí)測觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)普遍發(fā)育礫屑灰?guī)r，是最主要的風(fēng)暴巖類型。此外，在研究區(qū)識別出風(fēng)暴沉積發(fā)育的典型沉積構(gòu)造，包括丘狀或洼狀交錯層理、沖刷面、風(fēng)暴礫屑層、波狀層理以及平行層理等沉積構(gòu)造。

2.1 底面侵蝕構(gòu)造

研究區(qū)主要發(fā)育渠模與沖刷面兩種底面侵蝕構(gòu)造。渠模是由風(fēng)暴氣流摩擦海水，形成強(qiáng)大的定向水流或渦流在海底旋切早期沉積物形成，截面形態(tài)呈現(xiàn)溝渠狀，是辨別風(fēng)暴沉積的主要標(biāo)志之一[20?21]。在研究區(qū)表現(xiàn)為上覆巖層呈下凹狀侵入下伏巖層之中（圖3a，b），野外觀察到渠模構(gòu)造規(guī)模較小，寬4～6 cm，深2～4 cm，常發(fā)育在礫屑灰?guī)r底部，部分渠模中充填礫屑與生物碎屑，礫屑形態(tài)破碎，體現(xiàn)了其發(fā)育在高能水體環(huán)境中以及受到風(fēng)暴浪渦流的攪動作用，由此可見研究區(qū)渠模構(gòu)造發(fā)育在臺前緩坡至開闊臺地環(huán)境。

沖刷面常發(fā)育在巖層底部，呈不規(guī)則波狀起伏，這反映了風(fēng)暴浪或風(fēng)暴回流形成的波狀擾動對沉積底面侵蝕、沖刷，在下伏巖層上形成了凹凸不平的波狀層面（圖3c～e），與正常天氣下形成的地層分開，并截切下伏地層的沉積構(gòu)造，是風(fēng)暴沉積的重要識別標(biāo)志[22?23]。沖刷面的起伏程度在一定程度上可以反映風(fēng)暴浪的大小，研究區(qū)發(fā)育大量沖刷面構(gòu)造，呈不規(guī)則起伏，幅度較為平緩，幅度介于1～4 cm，寬10～30 cm，多分布在礫屑灰?guī)r層底部。沖刷面上部礫屑排列無明顯特征，部分沖刷面下凹處見直立狀礫屑，反映了風(fēng)暴渦流的特點(diǎn)。

2.2 丘狀交錯層理

丘狀交錯層理指由一些緩波狀紋層組成，外形上像隆起的圓丘狀、向四周傾斜的沉積構(gòu)造（圖3f，g），發(fā)育在正常浪基面之下，是識別風(fēng)暴沉積最典型的標(biāo)志[21]。丘狀交錯層理表現(xiàn)為頂面呈圓丘狀，內(nèi)部紋層向上凸起，呈現(xiàn)寬緩的波狀，常與洼狀交錯層理伴生。其成因是受風(fēng)暴擺動波和漩渦擾動淺海底床形成的風(fēng)暴層理構(gòu)造，或者是風(fēng)暴浪與沉積底流干涉效應(yīng)的結(jié)果。研究區(qū)丘狀交錯層理多發(fā)育在砂屑灰?guī)r中，丘高1～3 cm，波長15～20 cm。

2.3 波狀層理與平行層理

波狀層理是在風(fēng)暴能量減弱時振蕩水動力作用下形成的沉積構(gòu)造。研究區(qū)波狀層理發(fā)育在礫屑灰?guī)r上覆的薄層泥晶灰?guī)r中（圖3h），由波狀起伏的細(xì)紋層疊置形成，反映了水動力由強(qiáng)變?nèi)醯倪^程。平行層理反映的是風(fēng)暴進(jìn)入衰減期，風(fēng)暴流向低密度濁流轉(zhuǎn)變后較強(qiáng)的水動力條件下形成的沉積構(gòu)造，主要發(fā)育在泥晶灰?guī)r中，紋層平直、連續(xù)性較好（圖3i）。

此外，在野外觀察中發(fā)現(xiàn)徐莊組還發(fā)育大量的灰綠色與紫紅色頁巖，這體現(xiàn)了正常天氣下的沉積特征，其中顏色的變換也側(cè)面反映了海平面的變換，氧化還原條件也隨之變化，研究區(qū)大量薄層泥晶灰?guī)r的發(fā)育也體現(xiàn)了正常天氣下的沉積作用，并為礫屑灰?guī)r的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 礫屑灰?guī)r巖相類型

研究發(fā)現(xiàn)礫屑灰?guī)r在研究區(qū)廣泛發(fā)育，而不同剖面中所觀察到的礫屑灰?guī)r有所不同。其中礫屑的顏色共有深灰色、灰色和黃褐色三種類型（圖4）。深灰色礫屑反映還原環(huán)境，來源于臺地前緣緩坡帶，該部位沉積的薄層灰?guī)r和泥巖的互層組合在風(fēng)暴浪的攪動下發(fā)生破碎；灰色礫屑反映還原環(huán)境，成分為白云質(zhì)灰?guī)r，來源于開闊臺地；黃褐色礫屑主要分布在老石旦剖面，反映此地水體相對較淺，并且風(fēng)暴浪活動劇烈將氧氣帶入水下所致。

礫屑形態(tài)：在研究中所觀察到的各礫屑灰?guī)r中礫屑形態(tài)多有不同，其中有圓狀、次圓狀以及次棱角狀礫屑。在部分礫屑中還觀察到受風(fēng)暴作用以及壓實(shí)作用影響所形成的裂縫以及折斷現(xiàn)象。這反映了礫屑受到風(fēng)暴侵蝕的程度不同以及在礫屑形成前遭受壓實(shí)作用所致，圓狀、次圓狀礫屑體現(xiàn)了正常波浪與潮汐的改造作用并伴隨著一定距離的搬運(yùn)作用，多為臺緣沉積環(huán)境。而大尺度扁平狀礫屑及棱角狀礫屑反映了薄層灰?guī)r遭受風(fēng)暴活動形成礫屑后原地堆積，多為臺緣緩坡—斜坡沉積環(huán)境。

礫屑排列方式：研究區(qū)礫屑灰?guī)r礫屑排列方式可分為雜亂狀、疊瓦狀以及放射狀三種。（1）雜亂狀排列的礫屑分散發(fā)育，礫屑大小混雜，礫屑呈圓狀或次圓狀；（2）疊瓦狀排列，礫屑長軸傾斜角度小或平行于層面，通常順層面方向排列，礫屑顆粒較大，長軸長度可達(dá)5～6 cm，體現(xiàn)了礫屑形成后未經(jīng)過長距離搬運(yùn)或原地堆積的風(fēng)暴活動較弱的沉積環(huán)境；（3）放射狀排列表現(xiàn)為礫屑扁平面傾角較大甚至直立，局部呈現(xiàn)菊花狀，反應(yīng)風(fēng)暴作用強(qiáng)烈，標(biāo)志了風(fēng)暴渦流的中心位置。在野外觀察中發(fā)現(xiàn)在部分礫屑灰?guī)r發(fā)育層段礫屑排列方式自下而上具有一定的變化規(guī)律（圖4b），底部礫屑順層面方向排列呈低角度疊瓦狀上部出現(xiàn)直立高角度礫屑呈放射狀排列，反映了風(fēng)暴流態(tài)從風(fēng)暴衰減期的風(fēng)暴回流向風(fēng)暴高峰期的風(fēng)暴渦流演變的過程[21]。

基質(zhì)和支撐結(jié)構(gòu)：基質(zhì)包括紅褐色灰泥質(zhì)和灰色灰泥質(zhì)，分別代表了暴露氧化環(huán)境和水下還原環(huán)境。支撐結(jié)構(gòu)可分為基質(zhì)支撐、砂屑支撐和礫屑支撐。基質(zhì)支撐和砂屑支撐的礫屑灰?guī)r中礫屑呈漂浮狀，分別指示碎屑流和高密度濁流沉積，礫屑支撐體現(xiàn)了風(fēng)暴能量較弱或停息后的風(fēng)暴回流作用。

在以上認(rèn)識的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果[24?25]，將研究區(qū)不同礫屑灰?guī)r進(jìn)行識別并劃分出以下四種礫屑灰?guī)r巖相。

3.1 顆粒支撐礫屑灰?guī)r相

礫屑多平行于層面或呈疊瓦狀排列，以礫屑支撐為主，夾雜少量泥灰質(zhì)充填礫屑間隙，礫屑呈次棱角—次圓狀，分選較好，礫屑粒度較大，長軸可達(dá)5～10 cm，礫屑間接觸方式為線接觸—凹凸接觸，堆積較為緊密，為風(fēng)暴浪在臺地邊緣形成的礫灘堆積[4]（圖5a）。其中大尺度扁平狀礫屑為灰?guī)r遭受風(fēng)暴浪攪動后原地或經(jīng)短距離搬運(yùn)形成，部分近似球狀顆粒是受到風(fēng)暴渦流攪動破碎形成，上覆巖層為灰色生物碎屑灰?guī)r夾泥質(zhì)，下伏地層為灰色薄板狀灰?guī)r與薄層泥巖互層，底部灰?guī)r常見因風(fēng)暴活動引起的差異壓實(shí)作用所形成的縱向裂縫[26]，裂縫間被泥質(zhì)侵入，該礫屑灰?guī)r相形成于臺地邊緣的緩坡帶，在正常天氣沉積下的灰?guī)r經(jīng)過風(fēng)暴浪攪動破碎，原地或經(jīng)過短距離搬運(yùn)后沉積形成，礫屑來源極有可能為下伏薄板灰?guī)r（圖4a，b）。

3.2 泥質(zhì)充填礫屑灰?guī)r相

礫屑磨圓較好，部分礫屑定向排列明顯，部分礫屑排列雜亂，反映了較強(qiáng)的風(fēng)暴活動，受擾動程度大，礫屑之間接觸方式呈線接觸，礫屑排列緊密基質(zhì)充填部分較少，此地受風(fēng)化程度較大，泥質(zhì)受剝蝕程度大，部分礫屑直接暴露在外（圖4c、圖5b）。此外，在部分礫屑上可以觀察到裂縫以及部分礫屑出現(xiàn)斷裂，這是由于其受到強(qiáng)烈的壓實(shí)作用所致。此類礫屑灰?guī)r主要形成于水深較淺的臺地環(huán)境，受風(fēng)暴擾動頻繁，在風(fēng)暴浪的作用下，薄板狀灰?guī)r被破碎、搬運(yùn)、磨蝕、再沉積、壓實(shí)等一系列作用而形成現(xiàn)在的特征。并且由于此類礫屑灰?guī)r形成過程中一直處于水下，所以多呈灰色、深灰色等還原色，有部分泥質(zhì)充填物呈現(xiàn)氧化色，這是由于后期暴露在地表氧化環(huán)境所致。顆粒間的充填物較少以及礫屑的磨圓度也反映了風(fēng)暴作用的強(qiáng)度，強(qiáng)大的水動力作用對礫屑進(jìn)行淘洗、磨圓，使其保留了現(xiàn)在我們所觀察到的形態(tài)（圖4c，d）。

3.3 放射狀礫屑灰?guī)r相

礫屑呈放射狀、不規(guī)則排列（圖5c），是風(fēng)暴渦流的標(biāo)志，反映了渦流的中心應(yīng)位于正常浪基面附近，不同剖面該巖相所呈現(xiàn)的特點(diǎn)不同。老石旦剖面放射狀礫屑灰?guī)r礫屑顏色較淺，這是由于該剖面為開闊臺地相水體較淺，并且風(fēng)暴浪活動劇烈將氧氣帶入水下所致。而摩爾溝剖面為斜坡相帶，水體較深，礫屑顏色較深，礫巖源自臺前緩坡，圍巖為泥灰?guī)r夾薄層頁巖，為臺前緩坡帶風(fēng)暴渦流成因（圖4e，f）。

3.4 基質(zhì)支撐礫屑灰?guī)r相

礫屑為灰色，磨圓較好，礫屑大小混雜，反映了風(fēng)暴碎屑流的特征，排列雜亂，灰色、土黃色基質(zhì)支撐，基質(zhì)的顏色反映了其形成于水體相對較淺的沉積環(huán)境（圖5d）。礫屑邊界較為光滑，反映礫屑是由異地搬運(yùn)而來，經(jīng)過反復(fù)磨蝕，是水動力較強(qiáng)的表現(xiàn)，具有淺水成因的特點(diǎn)[25]，由風(fēng)暴回流搬運(yùn)至臺緣緩坡的風(fēng)暴碎屑流沉積形成（圖4g，h）。

4 風(fēng)暴沉積序列

風(fēng)暴天氣具有周期性活動特征，可分為風(fēng)暴高峰期、風(fēng)暴衰減期和風(fēng)暴停息期，不同風(fēng)暴活動時期具有不同的流態(tài)特征[27]。風(fēng)暴高峰期時風(fēng)暴渦流發(fā)育，風(fēng)暴低氣層氣流與水體發(fā)生摩擦引起水體呈旋渦狀流動，對底部巖層造成侵蝕，將剝離的底部巖層碎片進(jìn)行搬運(yùn)、磨蝕，受風(fēng)暴渦流影響其產(chǎn)出沉積物特征以放射狀或直立狀礫屑灰?guī)r為主；風(fēng)暴衰減期與風(fēng)暴停息期時風(fēng)暴碎屑流與風(fēng)暴濁流發(fā)育，風(fēng)暴碎屑流是由于風(fēng)暴渦流剝離并攜帶的懸浮顆粒在重力作用與風(fēng)暴退潮時向下拖拽的作用力的影響下形成，產(chǎn)出礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r，在縱向上具有一定的正粒序特征；風(fēng)暴濁流是由風(fēng)暴碎屑流中粒度較細(xì)組分與海水充分混合的低密度流體，產(chǎn)出平行層理的砂屑灰?guī)r或泥晶灰?guī)r，在縱向上具有正粒序特征[10]。

前人通過對碳酸鹽風(fēng)暴沉積層序的深入研究，總結(jié)出了理想的碳酸鹽風(fēng)暴沉積序列，自下而上分別為沖刷底面、礫屑段（A段）、粒序段（B段）、平行紋層段（C段）、丘狀紋層段（D段）、泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）[27]。但是，在野外實(shí)地考察時，發(fā)現(xiàn)青龍山剖面在礫屑段上部沉積了一層生物碎屑灰?guī)r（圖4a），前人在研究風(fēng)暴沉積的過程中也對生物碎屑灰?guī)r的存在進(jìn)行了記錄但是并未將其作為一個風(fēng)暴序列層段進(jìn)行單獨(dú)討論。本文在典型風(fēng)暴沉積序列的基礎(chǔ)上建立研究區(qū)理想模式下的風(fēng)暴沉積序列（圖6），實(shí)測剖面中的生物碎屑灰?guī)r段的形成可能是在風(fēng)暴活動停息后生物大量聚集在此形成。礫屑段由礫屑灰?guī)r組成，礫屑排列方式各異，體現(xiàn)了風(fēng)暴渦流作用；粒序段由礫屑灰?guī)r和顆粒灰?guī)r組成，自下而上顆粒大小逐漸變小呈現(xiàn)正粒序特點(diǎn)，體現(xiàn)了風(fēng)暴濁流沉積；平行紋層段由發(fā)育平行層理的灰?guī)r組成，體現(xiàn)了風(fēng)暴濁流沉積；丘狀紋層段由發(fā)育丘狀交錯層理的灰?guī)r組成，體現(xiàn)了風(fēng)暴浪的振蕩作用；泥巖及泥晶灰?guī)r段，體現(xiàn)了風(fēng)暴停息后正常天氣下沉積的現(xiàn)象。通過對鄂爾多斯盆地野外剖面的實(shí)地觀察與鏡下薄片鑒定，分析鄂爾多斯盆地徐莊組典型風(fēng)暴沉積特征，發(fā)現(xiàn)徐莊組風(fēng)暴沉積序列發(fā)育特征存在差異，主要發(fā)育以下五種風(fēng)暴沉積序列。

4.1 序列Ⅰ

該序列由沖刷底面+礫屑層（A段）+生屑段（B2段）+泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）組成（圖7a、圖8），在青龍山剖面較為發(fā)育。底沖刷及礫屑段（A）主要巖性為礫屑灰?guī)r，礫屑層厚10～15 cm，磨圓度較好，礫屑長軸長度約為3 cm，可見大小5～6 cm的礫屑，底部礫屑多順層排列，反映水流方向，部分礫屑呈直立狀，體現(xiàn)了風(fēng)暴渦流發(fā)育；生屑段（B2段）巖性為生物碎屑灰?guī)r，層厚5～6 cm（圖7b，c）；泥巖與泥晶灰?guī)r段（E）厚30～40 cm，表現(xiàn)為泥巖與薄板狀灰?guī)r互層（圖7d）。該序列底沖刷面較為平緩表明風(fēng)暴強(qiáng)度較弱，礫屑段部分直立的礫屑反映了風(fēng)暴渦流作用的侵蝕，因此該序列距離風(fēng)暴中心較近，位于風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間，靠近正常浪基面。

4.2 序列Ⅱ

該序列由礫屑層（A段）+粒序?qū)樱˙1段）+平行紋層段（C段）組成（圖8）。礫屑段（A）主要巖性為礫屑含白云質(zhì)灰?guī)r，礫屑層厚3～5 cm，磨圓度較好，礫屑大小不一，可見大小5～6 cm的礫屑（圖7h，i），粒序?qū)樱˙）厚2～3 cm，正粒序結(jié)構(gòu)（圖7g，h），平行紋層段（C）厚5～8 cm，巖性為泥晶灰?guī)r（圖7f）。平行紋層的發(fā)育在一定程度上反映了風(fēng)暴下部回流的演變過程，具有風(fēng)暴濁流沉積特征，為風(fēng)暴衰減期至停息期的產(chǎn)物，并且該序列礫屑段礫屑顆粒較小并且磨圓度、分選性較好，因此推測該序列發(fā)育環(huán)境水體較深，該序列位于風(fēng)暴浪基面之下的臺緣斜坡相帶。

4.3 序列Ⅲ

該序列由礫屑層（A段）+泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）組成（圖8）。礫屑段（A）主要巖性為礫屑灰?guī)r（圖9a～c），礫屑層厚較厚，礫屑大小混雜，泥巖及泥晶灰?guī)r段巖性為泥晶灰?guī)r（圖9d，e），該序列未發(fā)育丘狀交錯層段與平行紋層段，說明風(fēng)暴侵蝕過后，僅接受正常天氣沉積，未受到風(fēng)暴回流影響，并且礫屑段顆粒較小，說明其發(fā)育環(huán)境水體較深，應(yīng)該位于風(fēng)暴浪基面之下的臺緣斜坡帶。

4.4 序列Ⅳ

該序列由沖刷面加礫屑層（A 段）+粒序?qū)樱˙1段）+生屑段（B2段）+丘狀紋層段（D段）+泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）組成（圖8）。礫屑段（A）主要巖性為礫屑灰?guī)r，礫屑層厚15～20 cm，礫屑較大，多平行于層面（圖9f）；粒序?qū)樱˙1段）巖性為顆粒灰?guī)r，厚度較薄，層厚3～4 cm（圖9f，g）；生屑段（B2段）巖性為生物碎屑灰?guī)r（圖9h，i），生物碎屑主要為介形蟲與三葉蟲碎片；丘狀紋層段（D段）厚約5 cm，巖性為砂屑灰?guī)r，可見丘狀交錯層理（圖9j）；泥巖與泥晶灰?guī)r互層段（E段）層厚為15～20 cm。該沉積序列發(fā)育較為完整，此序列發(fā)育在距離風(fēng)暴中心較遠(yuǎn)地帶，臨近風(fēng)暴浪基面。

4.5 序列Ⅴ

該序列由平緩沖刷面以及礫屑層（A段）組成（圖8）。礫屑段（A）主要巖性為礫屑灰?guī)r（圖9k，l），礫屑層厚較厚，層厚約10～15 cm，礫屑顆粒較大，分選較好，磨圓度中等，多為次棱角狀。該粒屑灰?guī)r中粒屑為原地堆積并且顆粒較大，反映了最淺的風(fēng)暴沉積環(huán)境，該序列應(yīng)位于正常浪基面附近。

綜合剖面資料、鏡下薄片資料與風(fēng)暴巖段統(tǒng)計(jì)分析，繪制了鄂爾多斯盆地西緣徐莊組風(fēng)暴沉積橫向展布特征圖（圖10）。青龍山剖面共發(fā)育四期風(fēng)暴沉積，風(fēng)暴序列主要為序列Ⅰ、序列Ⅳ，風(fēng)暴序列發(fā)育較為完整，出現(xiàn)大量生物碎屑，縱向上自下而上風(fēng)暴序列由序列Ⅰ向序列Ⅳ演化，反映了水體變深的過程，主體沉積環(huán)境為臺緣斜坡相帶，受風(fēng)暴擾動，位于正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間；老石旦剖面、摩爾溝剖面均發(fā)育三期風(fēng)暴沉積，主要發(fā)育風(fēng)暴序列Ⅴ、序列Ⅰ、序列Ⅱ，在礫屑層段觀察受到風(fēng)暴渦流影響形成的放射狀礫屑，受風(fēng)暴擾動強(qiáng)烈，位于正常浪基面附近，主體沉積環(huán)境為開闊臺地邊緣及臺緣斜坡相帶；陰石峽剖面僅發(fā)育一期風(fēng)暴沉積，風(fēng)暴層較薄，主要發(fā)育序列Ⅱ、序列Ⅲ，此外該剖面發(fā)育大量灰綠色泥巖，反映水體較深，沉積環(huán)境為臺前緩斜坡，位于風(fēng)暴浪基面之下。

5 風(fēng)暴沉積模式

通過對鄂爾多斯盆地西緣四條剖面沉積特征分析，結(jié)合研究區(qū)徐莊組開闊臺地與臺地邊緣沉積模式，建立了鄂爾多斯盆地西緣徐莊組風(fēng)暴沉積模式（圖11）。

序列Ⅰ底部發(fā)育沖刷面構(gòu)造，沖刷面相對平緩起伏較小，說明此時風(fēng)暴能量較弱，礫屑段多為定向排列，長軸方向體現(xiàn)了水流的方向，部分礫屑呈高角度直立狀反映了風(fēng)暴渦流的發(fā)育，表明該序列應(yīng)距離風(fēng)暴中心較近，因此序列Ⅰ應(yīng)位于風(fēng)暴浪基面與正常浪基面之間的臺緣斜坡沉積。

序列Ⅱ底部發(fā)育沖刷面構(gòu)造，下部發(fā)育礫屑灰?guī)r具有粒序?qū)樱[屑由下至上逐漸變小，上部發(fā)育具有平行層理的灰?guī)r，說明此時水體能量與風(fēng)暴高峰期相比較弱，在一定程度上反映了風(fēng)暴下部回流的演變過程，具有風(fēng)暴濁流沉積特征，為風(fēng)暴衰減期至停息期的產(chǎn)物。該序列位于風(fēng)暴浪基面之下的臺緣斜坡相帶。

序列Ⅲ底部沖刷面平緩，僅由礫屑灰?guī)r和泥巖及泥晶灰?guī)r段構(gòu)成，表明風(fēng)暴已經(jīng)進(jìn)入平息期，風(fēng)暴活動停息，風(fēng)暴作用力被重力與海水作用力取代，水動力逐漸減弱，重力分異作用使得沉積物粒度變細(xì)，上段發(fā)育泥晶灰?guī)r與泥巖互層，說明該序列距離風(fēng)暴中心較遠(yuǎn)，水體較深，應(yīng)該位于風(fēng)暴浪基面之下的臺緣斜坡帶，但因其粒屑段粒屑顆粒直徑普遍大于序列Ⅱ底部粒屑段，故序列Ⅲ應(yīng)發(fā)育在風(fēng)暴浪基面之下序列Ⅱ之上。

序列Ⅳ底部沖刷面幅度較小，風(fēng)暴侵蝕能力較弱，并且沉積序列發(fā)育較為完整，粒序?qū)臃从沉孙L(fēng)暴濁流所形成的風(fēng)暴濁積巖特征，丘狀層理的發(fā)育反映了風(fēng)暴回流作用占據(jù)主導(dǎo)，并且在上部發(fā)育泥巖與薄層泥晶灰?guī)r互層，說明此序列發(fā)育在距離風(fēng)暴中心較遠(yuǎn)地帶，臨近風(fēng)暴浪基面。

序列Ⅴ僅由粒屑段構(gòu)成并且粒屑顆粒較大，與下伏圍巖巖性一致，并在下伏圍巖中觀察到明顯的斷裂與撕裂結(jié)構(gòu)，下伏灰?guī)r部分區(qū)域已經(jīng)呈現(xiàn)出粒屑特征，這說明該粒屑灰?guī)r中粒屑為原地堆積并且顆粒較大，反映了最淺的風(fēng)暴沉積環(huán)境，該序列應(yīng)位于正常浪基面附近。

研究區(qū)風(fēng)暴沉積序列自下而上的沉積環(huán)境由臺前緩坡→臺緣斜坡→開闊臺地過渡，具有縱向上水深逐漸變淺的沉積特征。序列Ⅱ、Ⅲ處于風(fēng)暴浪基面之下，為風(fēng)暴遠(yuǎn)源沉積，風(fēng)暴浪對未固結(jié)或半固結(jié)的巖石具有破壞性，被打碎的礫石被搬運(yùn)至臺前緩坡接受沉積，因此序列Ⅱ、Ⅲ礫屑層顆粒較小，磨圓較好，沖刷面較為平緩。序列Ⅰ、Ⅳ發(fā)育在風(fēng)暴浪基面之上的臺緣斜坡環(huán)境，風(fēng)暴序列發(fā)育較為完整，礫屑段下部多呈水平狀，平行于層面分布，上部礫屑部分呈現(xiàn)直立狀排列，反應(yīng)風(fēng)暴渦流對其進(jìn)行改造的過程。序列Ⅴ僅由礫屑段構(gòu)成，發(fā)育在正常浪基面附近，礫屑顆粒較大，磨圓較差，以原地堆積為主，反映了水深最淺的風(fēng)暴沉積環(huán)境。

6 討論

6.1 礫屑灰?guī)r成因

對于礫屑灰?guī)r的成因解釋，前人做了大量研究，劉寶珺等[5]認(rèn)為礫屑灰?guī)r因暴露形成干裂，隨后經(jīng)過機(jī)械改造作用而成。王祥珍[28]認(rèn)為礫屑灰?guī)r是由薄層狀灰?guī)r在陸表海環(huán)境中受到構(gòu)造地震作用以及由地震作用引起的海嘯等作用的影響下發(fā)生破碎后固結(jié)成巖。孟祥化等[4]通過對華北丁家灘剖面礫屑灰?guī)r研究，提出風(fēng)暴成因的結(jié)論并將礫屑灰?guī)r按其礫屑的來源分為原地型和異地型兩類。陳吉濤等[26]、Kwon et al.[29]將礫屑灰?guī)r按成因劃分為沉積型和成巖型兩類。總體來說，國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為礫屑灰?guī)r的形成與灰?guī)r的改造—再沉積過程和成巖作用早期的膠結(jié)作用、壓實(shí)作用有關(guān)。

研究區(qū)內(nèi)觀察到大量礫屑呈放射狀排列的礫屑灰?guī)r以及風(fēng)暴侵蝕構(gòu)造，這是風(fēng)暴沉積的典型證據(jù)[25]，此外，在鏡下觀察到大的礫屑間充填了顆粒較小的砂屑、生物碎屑和灰泥（圖12），也指示研究區(qū)風(fēng)暴事件的發(fā)育[30]。寒武紀(jì)時期華北板塊整體處于陸表海沉積環(huán)境，海水相對較淺，風(fēng)暴浪可以觸及臺地底部，氣候溫暖，大氣呈現(xiàn)高CO2含量低O2含量的特征，海水的pH值因大量CO2的逸出而升高[30?33]，因此沉淀了大量的碳酸鹽灰泥。隨著沉積過程的不斷推移，壓實(shí)作用使得先前沉淀的灰泥固結(jié)形成石灰?guī)r，較晚沉積的灰泥質(zhì)覆蓋在石灰?guī)r上，呈半固結(jié)狀態(tài)，新沉積的泥質(zhì)覆蓋其上，呈松散堆積狀態(tài)。由于鄂爾多斯盆地西緣處于賀蘭山地震帶，構(gòu)造活動頻繁，加之陸源沉積物的輸入，使得海底的沉積環(huán)境不斷變化，所形成的巖石大多為薄層的條帶狀灰?guī)r與薄層泥巖互層（圖13a）。

研究區(qū)沉積相類型為開闊臺地邊緣及緩坡相帶，海水受水下隆起的阻隔，海水運(yùn)動與循環(huán)受阻，因此不同部位受水動力影響程度不同。華北板塊在寒武紀(jì)時期位于低緯度的風(fēng)暴區(qū)[34?36]并且受到賀蘭山地震帶的影響[28]，風(fēng)暴作用頻發(fā)，風(fēng)暴浪與地震作用使正常天氣下沉積的半固結(jié)與固結(jié)狀態(tài)的條帶狀灰?guī)r發(fā)生破碎（圖13b），這些破碎的灰?guī)r碎片在海水與渦流的持續(xù)作用下被搬運(yùn)與磨蝕成次棱角狀—次圓狀的礫屑再次沉積下來。而未固結(jié)的灰泥及部分灰?guī)r碎片在搬運(yùn)、磨蝕過程中脫離的碎屑在風(fēng)暴浪的作用下會呈懸浮狀態(tài)被海水?dāng)y帶，在風(fēng)暴停息之后也會逐漸下沉，這部分雜基與經(jīng)由化學(xué)作用沉淀的灰泥以及部分在風(fēng)暴浪攪動過程中攜帶的生物碎屑一同組成基質(zhì)，并在自身重力作用與壓實(shí)作用下充填礫屑間的縫隙形成我們所觀察到的礫屑灰?guī)r（圖13c）。對于礫屑呈高角度特征的礫屑灰?guī)r來說，這種礫屑灰?guī)r的形成是由于風(fēng)暴渦流的影響，風(fēng)暴渦流持續(xù)作用后礫屑快速堆積并形成顆粒支撐結(jié)構(gòu)。由于是在渦流作用影響下快速堆積而成，所以礫屑按照渦流漩渦形狀排列，導(dǎo)致其呈高角度、放射狀產(chǎn)出。

此外，風(fēng)暴高峰期能量極為強(qiáng)大，將原本生活在開闊臺地以及臺地邊緣的生物及生物遺跡一同卷起并在風(fēng)暴衰減期、停息期沉積下來。

6.2 古緯度與古板塊演化意義

風(fēng)暴巖具有重要的古氣候指示意義。風(fēng)暴事件主要發(fā)生于中低緯度地區(qū)，多形成于赤道附近5°～20°的洋面上，因此風(fēng)暴巖的發(fā)現(xiàn)可以作為古板塊恢復(fù)研究的證據(jù)之一[26]。同時，風(fēng)暴浪具有密度流和牽引流的雙重性質(zhì)，且具有渦流的性質(zhì)。當(dāng)風(fēng)暴掠過海水表面，吹向陸地時，驅(qū)動海水以波浪的形式前進(jìn)而形成風(fēng)暴浪，如果遇到水下高地，就會引起回流，擾動海底沉積物并形成密度流，從而沉積厚層碳酸鹽巖地層。這也是對華北地臺在寒武紀(jì)時期沉積厚層碳酸鹽巖地層的一種解釋。鄂爾多斯盆地位于華北板塊中部，前人通過古地磁研究對寒武紀(jì)古板塊位置重建[36?39]，認(rèn)為在寒武紀(jì)華北板塊位于赤道附近（圖14），屬于低緯度地區(qū)，受到赤道風(fēng)暴帶的影響，風(fēng)暴作用影響強(qiáng)烈，與風(fēng)暴事件主要發(fā)生在中低緯度地區(qū)這一認(rèn)識可以相互佐證，提供更可靠的依據(jù)。因此，風(fēng)暴巖具有重要的古緯度指示意義，對重建古板塊位置可以提供沉積學(xué)佐證。

6.3 古地理意義

風(fēng)暴沉積具有良好的指相意義。前人將鄂爾多斯盆地西緣徐莊組劃分為碳酸鹽巖開闊臺地與臺緣斜坡相，但不同學(xué)者所劃分的開闊臺地與臺緣斜坡的具體界限有所不同。風(fēng)暴沉積因其周期性、瞬時性、區(qū)域性特點(diǎn)而具有等時意義，可作為盆地等時對比標(biāo)志之一[27]。具體體現(xiàn)在兩方面：（1）風(fēng)暴濁積巖中含有的標(biāo)志性化石；（2）風(fēng)暴沉積本身具有周期性特征。因此可利用這一特點(diǎn)對鄂爾多斯盆地西緣徐莊組進(jìn)行高精度巖相古地理圖編制，通過不同風(fēng)暴沉積序列對應(yīng)不同沉積環(huán)境來區(qū)分不同沉積相類型的界限。

7 結(jié)論

（1） 研究區(qū)主要發(fā)育渠模構(gòu)造、底沖刷面構(gòu)造、丘狀交錯層理、波狀層理、水平層理和風(fēng)暴礫屑層等沉積構(gòu)造；共發(fā)育顆粒支撐礫屑灰?guī)r相，泥質(zhì)充填礫屑灰?guī)r相，放射狀礫屑灰?guī)r相，基質(zhì)支撐礫屑灰?guī)r相四種礫屑灰?guī)r類型。

（2） 野外實(shí)測發(fā)現(xiàn)研究區(qū)典型風(fēng)暴沉積序列包括沖刷底面、礫屑段（A段）、粒序段（B1段）、生物碎屑段（B2段）、平行紋層段（C段）、丘狀紋層段（D段）、泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）。在此基礎(chǔ)上將研究區(qū)風(fēng)暴巖劃分為五種沉積序列：序列Ⅰ由沖刷底面+礫屑層（A段）+生屑段（B2段）+泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）組成，沉積環(huán)境位于風(fēng)暴浪基面與正常浪基面之間；序列Ⅱ由礫屑層（A段）+粒序?qū)樱˙1段）+平行紋層段（C段）組成，沉積環(huán)境位于風(fēng)暴浪基面之下的臺緣斜坡相帶；序列Ⅲ由礫屑層（A段）+泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）組成，發(fā)育在風(fēng)暴浪基面之下；序列Ⅳ由沖刷面加礫屑層（A段）+粒序?qū)樱˙1段）+生屑段（B2段）+丘狀紋層段（D段）+泥巖及泥晶灰?guī)r段（E段）組成，該序列發(fā)育較為完整，發(fā)育在距離風(fēng)暴中心較遠(yuǎn)地帶，臨近風(fēng)暴浪基面；序列Ⅴ由平緩沖刷面以及礫屑層（A段）組成，反映了最淺的風(fēng)暴沉積環(huán)境，該序列應(yīng)位于正常浪基面附近。

（3） 寒武紀(jì)時期研究區(qū)處于陸表海環(huán)境，沉積環(huán)境主要為開闊臺地邊緣及緩坡相帶。風(fēng)暴浪與地震作用使條帶狀灰?guī)r發(fā)生破碎，為礫屑灰?guī)r形成的動力條件，古板塊位置處于低緯度的風(fēng)暴帶，是風(fēng)暴作用頻發(fā)的原因。