古代海相碳酸鹽巖風暴沉積特征及其意義

文嬌

1. 成都理工大學沉積地質研究院 四川 成都 610059 2. 油氣藏地質及開發工程全國重點實驗室（成都理工大學） 四川 成都 610059

1 概述

“風暴巖”的專業術語是由G.Kelling和Mullin于1973年提出，用來描述受風暴作用擾動在淺海盆地再沉積形成的遞變濁積巖。以后N.Kumar和J.E.Sanden（1978）以及T.Aigner（1979）將其含義進一步擴充為風暴沉積，指的是在季節性臺風或颶風的作用下，風暴流導致的一種伴隨海進海退的特殊事件性沉積。

2 風暴沉積特征

2.1 底面侵蝕構造

底面侵蝕構造發育在單期風暴沉積的底層，得力于風暴高峰期風暴潮流、渦流、回流及無定向的底流對海底半固結或未固結的沉積物進行侵蝕、沖刷、淘蝕、撕裂，構成與下伏巖層之間的突變底界，可以作為判定風暴沉積的典型標志（Aigner at al，1982；宋慧波等，2023）。風暴沉積主要發育兩類底面侵蝕構造：第一類是高能風暴作用的產物，強烈的風暴氣流摩擦海水，形成的定向水流或渦流旋切海底早期未固結或半固結的沉積物，包括渠模、缽模、袋模和“V”字型、“U”字型的較寬大沖刷溝槽，均是風暴沉積的良好指相標志（宋金民，2012）；第二類為較低能風暴作用的產物，是風暴浪和風暴回流對海底早期未固結或半固結沉積物形成的波狀擾動，其特點是橫向變化快、穩定性差、多層疊置，呈不規則凹凸程度不等的波狀沖刷面（宋慧波等，2023）。一般而言，渠模和口袋構造發育的規模越大，波狀沖刷面的起伏程度越大，則指示該處沉積遭受的風暴作用強度越強、水體深度越淺。此外，在縱向剖面上可見類似“眼丘狀”或“串珠狀”的構造形態，這是在多期風暴水流作用下，上層波狀侵蝕基底截切到下層導致的，與原始沉積層的厚度和被風暴流改造的能量有關。（宋金民等，2012）。

2.2 粗粒滯留沉積

粗粒滯留沉積是在風暴高峰期，風暴渦流和風暴浪將海底未固結或半固結的沉積物打碎卷起在底面侵蝕構造之上進行快速堆積的產物，也是風暴沉積的典型標志之一。

（1）礫屑顏色：礫屑顏色與沉積環境氧化還原性密切相關。灰色的礫屑代表水下還原環境，通常顏色越暗，反映環境還原性越強，水體能量越低；灰白色、灰色反映風暴沉積過程一直處于水下，且水體較淺；而黃褐色和褐紅色可能是風暴作用過程中混入氧氣或后期曝露在空氣中氧化所致，隨著曝露時間增加，礫屑出現薄的黃褐色氧化圈直至整體呈褐紅色，有時礫屑層可見灰白色和具氧化圈的礫屑混合，揭示了多期風暴作用的改造過程。

（2）形態及磨圓度：形態呈較剛性（兩端磨圓的“竹葉狀”、長條狀、半圓-橢圓狀）和半塑性，前者和后者分別是在半固結和未固結的底質上形成的。礫屑的磨圓度可以反映礫屑受風暴流作用的強度和搬運距離的遠近，棱角-次棱角狀的礫屑揭示了原地或近源地堆積，次圓-圓狀的礫屑揭示了經過長距離的異地搬運沉積過程。

（3）支撐方式和充填物：支撐方式主要為顆粒支撐和泥質基質支撐，顆粒類型主要為礫屑、鮞粒、砂屑和生屑，泥質基質主要為云泥或灰泥，其相對含量可以判斷水動力條件的標準，一般顆粒/泥質比值越高，指示風暴作用水動力條件越強，強烈的風暴作用將顆粒間的泥質含量充分淘洗。

（4）排列方式：雜亂排列的礫屑長軸無優勢指向；放射狀的礫屑呈菊花狀、扇狀、倒“小”字狀排列，是風暴渦流的指相標志，靠近正常浪基面附近；水平-疊瓦狀的礫屑反映風暴回流具有牽引流的特性，呈明顯的定向排列，局部可見礫屑長軸具雙向性。

2.3 粒序層理

粒序層（遞變層理或正粒序層理），發育在底面侵蝕構造或粗礫滯留沉積層之上。風暴高峰期過后，隨著風暴能量的減弱，風暴浪或風暴渦流在高峰期攪起的細粒沉積物受到的水體支撐能力降低，重力分異作用使得沉積呈現有規律的沉降，自下而上呈現由粗變細的遞變趨向（劉寶珺等，1986）。

2.4 紋理構造

（1）平行層理：連續性較好、紋層平直，發生在風暴進入衰減期，風暴流轉變為低密度濁流，在較強的水動力條件下形成的沉積構造。

（2）丘狀-洼狀交錯層理：風暴事件后期最典型的層理構造，被認為是風暴沉積的原生沉積構造，是區別于濁流等沉積類型的指相標志。丘狀、洼狀交錯層理發育在風暴衰減期，受控于風暴振蕩流和多向底流作用，隨著風暴作用進一步衰減，早先水體攜帶的細粒沉積物快速沉降，多向底流淘洗和沖刷細粒沉積物，形成丘形或凹形底面，隨后細粒沉積物沉積在這兩種地面上，分別形成丘狀交錯層理和洼狀交錯層理（Harms J C et al，1975）。常發育在正常浪基面之下，風暴浪基面之上，發育程度受風暴流強度、沉積時的水深、沉積物粒度、地形等因素的影響，比如當沉積水體較深，沉積物粒度變細時，丘狀-洼狀交錯層理不發育，而沉積水體越接近正常浪基面，丘狀-洼狀交錯層理發育規模越大（宋慧波，2023）。

2.5 生物成因構造

與風暴作用相關的生物成因構造主要是生物遺跡構造、生物擾動構造和疊層石構造等。

（1）生物遺跡構造主要指生物運動、居住、覓食在沉積物表面或內部留下的具有一定形態的各種痕跡，發育在風暴沉積層的頂部。遺跡構造中可見生物潛穴，是大量的底棲生物相互多次穿插松軟的沉積物形成的，層面上呈不均勻的斑點狀分布，形態不規則，有明顯的土黃褐色或深褐色泥巖襯壁，形態多呈水平或低角度出現，反映風暴已經停息，是正常天氣下的產物，推測是風暴帶來的大量氧氣和營養物質使得生物得以繁盛導致。此外，在在風暴沉積的中下部，尤其是粗粒滯留沉積層發育生物逃逸跡，代表著快速沉積事件。風暴浪混合底部停滯的海水和富氧的表層水為底棲生物群提供有利的生存條件，為防止被風暴沉積無掩埋，生物向上逃逸，留下細長的垂直洞穴。

（2）生物擾動構造。底棲生物的活動使沉積物遭受破壞，而形成不具有確定形態的生物擾動現象，這類構造稱為生物擾動構造。在層面上呈不規則線條狀，水平分布，與生物遺跡構造同樣出現在風暴沉積序列的頂部，反映風暴高峰期過后風暴間歇期及風暴漸弱期的過程。

（3）疊層石構造。疊層石由以下兩種基本層組成：富藻紋層（暗層），藻類組分含量多，有機質高，碳酸鹽沉積物少；富碳酸鹽紋層（亮層），藻類組分含量少，有機質少。疊層石的形態多樣，但基本形態只有兩種，即層狀的和柱狀的。一般來說，層狀形態疊層石生成環境的水動力條件較弱；柱狀形態疊層石生成環境的水動力條件較強。疊層石位于風暴沉積序列的上部，為風暴期高峰期過后風暴間歇期的產物。

3 風暴沉積類型

3.1 原地或近源地型風暴沉積

該類型的風暴沉積一般發育在正常浪基面與風暴浪基面的中上部，該帶的風暴回流隨著海水的頂托和底部摩擦，逐漸轉化為振動流和旋渦流，除風暴流攜帶的砂屑、礫屑等，風暴渦流將原地半固結的巖層沖蝕、掀起、打碎，部分較大的礫屑在原地或近源地快速堆積形成。原地型風暴巖形態上為棱角鮮明的扁片狀、竹葉狀碎屑，排列方式放射狀分布、倒“小”字狀分布，成分單一，多與下伏地層成分相近或相同；異地近源型風暴巖是將相對較小的礫屑進行短距離搬運，形態上有一定的磨圓，體積分數相對原地型明顯減少，大的礫屑多呈水平-疊瓦狀分布，僅有較小的礫屑在擺動波特別是波浪上升渦流的作用下，呈放射狀、倒“小”字狀，相對原地型的礫屑定向性比較好。

3.2 遠源型風暴沉積

該類型的風暴沉積發育在風暴浪基面上稍上部位，該帶的水體已較深，風暴作用較小，因此，對海底半固結或未固結的沉積物的的沖蝕，挖掘能力并不強。此外，較深水區的原始沉積物已經發育泥晶云巖或泥晶云巖與泥巖互層，風暴回流到此處時已經十分微末，僅能對底質上部進行弱侵蝕作用，可以將礫屑掀起卻只能短距離搬運，原風暴回流攜帶的礫屑體積分數已經很少，且磨圓度很高，最終形成下伏磨圓程度低、上層磨圓度高混雜、粒徑小、由泥質紋層粉碎的泥基質支撐，并發育正粒序構造的風暴巖。

3.3 原地或近源地型-遠源型風暴沉積

該類型為以上兩類風暴沉積的過渡類型，發育在正常浪基面和風暴浪基面的中下部，該帶的風暴回流經過一定距離的搬運，海水的頂托作用導致其對海底半固結或未固結沉積物的沖蝕、挖掘作用已經大為減弱，但仍具有一定的流速和的強度，仍可以對底質進行淘洗、沖蝕、打碎和再搬運沉積，形成中-厚層的風暴巖，發育粒序層理、丘狀-洼狀交錯層理。

4 風暴沉積研究意義

4.1 古緯度、古氣候及古板塊演化的指示意義

風暴沉積是重建古環境和古氣候的極好指標，古板塊的演化一般只采用古地磁的方法，而通過對現代風暴沉積的研究，發現風暴巖形成于固定的地球緯度，主要發生在南北緯5°～45°的區域，因此風暴沉積可以用于推測古板塊的位置（杜遠生和韓欣，2000）。

4.2 等時性地層對比

風暴巖是等時性事件的產物，它符合作為等時性標志層的地質體必備條件。在復合地層對比中作為標志層的條件，可以正確的為地層的正確劃分和對比做出貢獻。

4.3 探尋油氣的指示意義

近年來，諸多學者將風暴與沉積儲層結合，如潮坪環境下風暴作用形成沉積物的結構成熟度高于正常沉積物，可作為潛在的油氣儲層（胡明毅和賀萍，2002）。風暴巖由于其成分和組成十分有利于儲藏空間和流體流動性的的發展，并且與烴源巖密切接觸，因此構成了一種新型的石油儲層，被認為具有很大的經濟潛力。

5 結束語

（1）風暴沉積特征主要包括底面侵蝕構造、粗粒滯留沉積、粒序層理、紋理構造和生物成因構造。

（2）依據沉積位置距離風暴中心的距離，風暴沉積可以分為原地或近源地型風暴沉積、遠源型風暴沉積和原地或近源地型-遠源型風暴沉積。

（3）風暴沉積在古緯度、古氣候及古板塊演化、等時性地層對比和探尋油氣等方面具有重要的指示意義。