山东济南—淄博地区寒武系风暴岩及其研究发展.pdf

山东济南淄博地区寒武系风暴岩及其研究发展收稿日期:2 0 2 2 0 7 1 4;修订日期:2 0 2 3 0 4 0 5;编辑:王敏基金项目:山东省聊城市茌平区杜郡口地区铁矿普查,项目编号:鲁勘字2 0 2 13 3号作者简介:熊玉强(1 9 8 6),男,山东蒙阴人,高级工程师,主要从事地质矿产等研究工作;Em a i l:8 9 6 4 2 7 9 7 9q q.c o m熊玉强(中化地质矿山总局山东地质勘查院,山东 济南 2 5 0 0 1 3)摘要:晚寒武世,华北地台不仅为克拉通内稳定的浅海沉积环境,且处于低纬度赤道飓风带控制之下,风暴作用频繁,风暴沉积极其发育,在该区的上寒武统地层中留下了丰富的风暴沉积记录。风暴岩广泛分布于九龙群炒米店组,据砾屑来源与其沉积环境,砾屑灰岩(风暴岩)分为原地型砾屑灰岩和异地型砾屑灰岩。结合该区的风暴沉积特征,将风暴成因的砾屑灰岩形成机制概括为风暴涨潮流回流、风暴漫流和风暴旋流3种。关键词:风暴作用;风暴岩;形成机制;寒武系;济南淄博中图分类号:P 5 1 2.2 文献标识码:A d o i:1 0.1 2 1 2 8/j.i s s n.1 6 7 2 6 9 7 9.2 0 2 3.0 8.0 0 3引文格式:熊玉强.山东济南淄博地区寒武系风暴岩及其研究发展J.山东国土资源,2 0 2 3,3 9(8):1 72 2.X I ONGY u q i a n g.R e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n to fC a m b r i a nS t o r m R o c k s i nJ i n a nZ i b oA r e a i nS h a n d o n gP r o v i n c eJ.S h a n d o n gL a n da n dR e s o u r c e s,2 0 2 3,3 9(8):1 7 2 2.0 引言风暴岩主要分布在中南和东北一带,众多学者在山东新泰、沂水杨庄地区均发现报道了寒武系风暴沉积1。晚寒武世,华北地台不仅为克拉通内稳定的浅海沉积环境,且处于低纬度赤道飓风带控制之下,风暴作用频繁,风暴沉积极其发育,在该区的上寒武统地层中留下了丰富的风暴沉积记录,风暴岩广泛分布于九龙群炒米店组23。对风暴沉积进行研究,不仅是该区晚寒武世沉积作用、沉积环境的研究的重要方面,而且对华北地台沉积环境及古地理、古气候的研究具有重要意义。本次主要从砾屑灰岩的分类、沉积构造、沉积序列、形成机制等方面研究了山东济南淄博地区内上寒武统风暴沉积的特征,对其沉积特征和沉积环境进行了分析,研讨了该区的沉积模式。山东济南淄博地区大地构造位置属于华北板块()鲁西隆起区()鲁中隆起a()泰山 济南断隆a 1的泰山凸起6a 1、新甫山 莱芜断隆6a、鲁山 邹平断隆a 2、沂山 临朐断隆8a()45(图1)。九龙群炒米店组沉积岩广泛发育。1 风暴砾屑灰岩的分类根据砾屑的来源与搬运距离的远近关系,将砾屑灰岩分为原地型砾屑灰岩和异地型砾屑灰岩2种类型67。1.1 原地型砾屑灰岩为风浪就地冲积、掀起、挤压、破碎已固结的碳酸盐沉积物原地堆积而成,顶面云朵状,其砾屑呈扁平状,单一矿物成分,与下伏岩层成分一致,磨圆、分选性皆差,基本无氧化圈,颗粒支撑结构,放射状、协调皱纹状排列等,下部平缓,上部直立(图2,照片1)。1.2 异地型砾屑灰岩为风暴潮流将破碎的碳酸盐砾屑搬运至外地堆积而成,据其搬运距离可分为近源和远源2种。远源砾屑灰岩产出水体较深,上下皆为较深水薄层泥灰岩,近源砾屑灰岩产出水体相对较浅,皆是风暴回流碎屑流再次搬运堆积而成,砾石成分较复杂,常具有氧化圈,与下伏层面为冲刷接触,与上覆岩层呈平行连续沉积,菊花状、辐射状至杂乱排列(照片2,图3)。71第3 9卷第8期 山 东 国 土 资 源 2 0 2 3年8月1一级单元界线;2二级单元界线;3三级单元界线;4四级单元界线;5五级单元界线;6断裂及推测断裂;7不整合界线;8单元代号;9研究区范围图1 研究区大地构造位置简图(据张增奇等,2 0 1 4修编)图2 文祖石门炒米店组呈协调皱纹状排列的原地型风暴砾屑灰岩素描图照片1 竹叶状灰岩(济南市市中区仲宫镇侯家庄)照片2 炒米店组具紫红色氧化圈砾屑灰岩(层面)(济南市历城区港沟镇瓦屋脊)2 风暴成因的沉积构造早寒武世炒米店组风暴作用形成的沉积构造发育,且种类繁多,除具备风暴砾岩砾石成分和排列特征外,发育底面构造、顶面构造、丘状层理、截切充填构造等,本次主要对该区风暴成因的沉积构造及与环境的关系进行研述8。B o s e.P.K通过对硅质碎屑岩中丘状层理的大量研究,提出了一个关于HC S形成深度的判别标81第3 9卷第8期 山 东 国 土 资 源 2 0 2 3年8月图3 文祖娘娘庙炒米店组异地型风暴砾屑灰岩砾石排列素描图志,利用丘状层理的波长、丘高、二者的比率及丘状或凹状层理的比率等参数,可判断形成深度。在我国华北地台的早寒武世的风暴沉积中,丘状层理的波长/丘高的比率和主动/被动HC S的比率也具有重要的环境指示意义6,91 0。对石匣、娘娘庙等地的丘状层理的波长、丘高数据进行了统计测量,作出了丘状层理各参数值散点图(图4),与B o s e提出的标准进行对比,发现图4 a、图4 b、图4 c图中波长、波高及波长/波高比相差不大,根据波长/波高比,水深范围在4 06 5m,相应层位岩性组合为泥质条带灰泥岩、粉砂屑灰岩和砾屑灰岩不等厚互层,可判断形成环境为中缓坡。图4 d中根据波长/波高比,水深范围6 58 0m,相应层位岩性组合为薄层灰泥岩夹页岩夹砾屑灰岩,形成环境为深缓坡。图4中波长/波高比判断的沉积环境和根据岩性组合判别的环境基本一致,而波长、波高则远远小于B o s e依据硅质碎屑岩研究建立的标准中相应环境的波长、波高。1波长;2波高;3波长/波高图4 石匣和娘娘庙丘状层理参数值散点图(据中国地质大学(北京)区域地质调查研究所,1 9 9 9修编)91第3 9卷第8期 地 质 与 矿 产 2 0 2 3年8月3 风暴沉积序列正常天气沉积与风暴天气沉积交替构成风暴沉积,上部为正常天气沉积和下部为风暴沉积构成一个风暴沉积旋回即风暴沉积序列,该序列往往发育不全,该区可识别的沉积序列主要有2类4种。3.1 原地型风暴沉积序列3.1.1 中缓坡原地型风暴沉积序列如图5所示,于寒武纪九龙群炒米店组中上部发育,其构造特征见表1。1下伏的正常天气沉积;2破碎的条带灰岩,为风暴对下伏岩层的破坏和改造;3风暴高峰期旋涡流形成的杂乱或直立排列砾屑灰岩沉积;4风暴后正常天气披盖沉积;5上覆的正常天气沉积图5 中缓坡原地型风暴沉积序列表1 中缓坡原地型风暴沉积序列特征层位部位特征描述炒米店组顶部 条带状泥灰岩,具生物扰动构造,属正常天气披盖沉积炒米店组上部 属风暴衰减期颗粒悬浮沉积,自下而上为砾屑灰岩、粉屑灰岩、泥灰岩炒米店组中部 杂乱无序、直立排列竹叶状灰岩,属风暴高峰期旋涡流沉积炒米店组下部 条带灰岩中虽见原有条带但已破碎,为风暴初期对下伏岩层的改造起始炒米店组底部完整的条带状灰岩,属正常天气沉积3.1.2 浅缓坡原地型风暴沉积序列如图6所示,炒米店组中上部较发育,其构造特征见表2。表2 浅缓坡原地型风暴沉积序列特征层位部位特征描述炒米店组顶部藻礁灰岩,属风暴后正常天气沉积炒米店组上部 属风暴衰减期颗粒悬浮沉积,为砂屑灰岩、泥灰岩等炒米店组中部砾砂屑灰岩,属浅水风暴沉积炒米店组下部 条带状灰岩、砂屑灰岩、鲕状灰岩等,属正常天气沉积3.2 异地型风暴沉积序列3.2.1 深缓坡风暴碎屑流沉积序列如图6所示,炒米店组中部发育,其构造特征见表3。表3 深缓坡风暴(异地型)碎屑流沉积序列特征层位部位特征描述炒米店组上部条带状灰岩,属正常天气披盖沉积炒米店组中部 砾屑灰岩,成分杂,见氧化圈,属风暴碎屑流沉积炒米店组底部 条带状灰岩、泥灰岩与页岩互层,属正常天气沉积3.2.2 中缓坡生物丘风暴碎屑流沉积序列如图6所示,于寒武世中部发育,其构造特征见表4。表4 中缓坡生物丘风暴(异地型)碎屑流沉积序列特征层位部位特征描述炒米店组上部粉屑泥灰岩,水平层理,属正常天气披盖沉积炒米店组中部截切充填构造发育,属风暴碎屑流沉积炒米店组下部藻礁灰岩,属正常天气藻丘沉积4 风暴砾屑灰岩沉积机制该区早寒武世风暴成因的砾屑灰岩发育广泛,炒米店组的各个层位中皆有分布,根据前人的研究56,8,1 11 6,结合该区的风暴沉积特征,将风暴成因的砾屑灰岩的形成机制概括为3种:风暴涨潮流回流、风暴漫流和风暴旋流。4.1 风暴涨潮流回流风暴涨潮流的回流的能量很大,可将大量的海岸沉积物搬运到离岸较远的陆棚区再沉积,发育递变层理沉积。4.2 风暴漫流风暴涨潮面超过滨岸,发生浸漫流,侵蚀冲刷后滨、潮坪沉积物从而形成漫流碎屑流沉积。02第3 9卷第8期 山 东 国 土 资 源 2 0 2 3年8月1下伏正常天气沉积;2风暴天气沉积;3风暴衰减期悬浮颗粒沉积;4风暴过后披盖沉积图6 浅缓坡原地型和中、深缓坡异地型风暴沉积序列示意图4.3 风暴旋流风暴气旋为热带低气旋,产生强大的剪切作用,导致海底未固结或半固结的沉积物产生变形、改造、再沉积,从而成为原地型风暴砾屑灰岩。该区这3种机制形成的风暴砾屑灰岩都存在,其中,深中缓坡发育的远源异地型砾屑灰岩多为第一种成因,特征是:风暴砾屑灰岩上下往往皆是较深水的薄层灰泥岩,砾屑大多来自较浅水环境,成分复杂、分选性差,呈菊花状、放射状已至杂乱排列,形成环境较深。较浅的浅缓坡(浅缓坡上部)发育的异地型砾屑灰岩多为第二种成因,其特征:砾屑粒度较粗,分选、磨圆度较好,可发育氧化圈,大多呈基质支撑结构,基质成分为细内碎屑,与下伏层面呈冲刷接触,形成环境较浅。原地型的砾屑灰岩多为第三种成因,其特征为:顶面呈云朵状,单一成分,与下伏岩层一致,磨圆、分选性皆差,呈颗粒支撑结构,基质与正常天气原地沉积物粒度和成分相同。5 结论(1)风暴岩主要发育于早古生代寒武纪九龙群炒米店组,集中分布于该组中下部层位,且风暴岩由开始到结束,表现为层厚由薄-厚-薄的变化规律,反映了风暴事件所能影响的水体深度由浅到深再到浅的特征。(2)区域对比,炒米店组岩性相对稳定,对比性强,但厚度变化明显,在九曲、章丘等地厚度明显较厚,在范庄、仲宫厚度则明显减薄,说明该期海侵方向为由东至西向,该区可识别的沉积序列主要有2类4种。(3)形成机制大致分为3类:深中缓坡发育的远源异地型砾屑灰岩多为风暴涨潮流回流成因;较浅的浅缓坡(浅缓坡上部)发育的异地型砾屑灰岩多为风暴漫流成因;原地型的砾屑灰岩多为风暴旋流成因。参考文献:1 黄迟强,陈世悦,赫庆庆,等.山东杨庄地区寒武系风暴沉积特征及沉积模式J.沉积学报,2 0 2 1,4 0(4):1 0 7 3 1 0 8 2.2 张彬.鲁西地块寒武系划分对比研究D.济南:山东科技大学,2 0 1 0:1 7.3 邢吉辉.鲁西地块寒武纪岩相古地理研究D.济南:山东科技大学,2 0 0 8:1 5.4 宋明春,王沛成,梁邦起,等.山东省区域地质D.济南:山东省地图出版社,2 0 0 3:1 2 1.5 张增奇,张成基,王世进,等.山东省侵入岩构造单元划分对比意见J.山东国土资源,2 0 1 4,3 0(3):1 2 3.6 孟祥化,葛铭,M.E.T u c k e r.中国晚寒武世长山期最大海泛事件及其全球对比意义J.地质学报,1 9 9 6,7 0(2):1 0 8 1 2 1.7 李强.鄂尔多斯盆地寒武系风暴沉积研究D.荆州:长江大学,2 0 1 7:1 7.8 王家豪,王华,曾劲彪,等.山东省中部上寒武统碳酸盐风暴沉积的综合模式J.地球科学,2 0 1 7,4 2(1):6 8 7 7.9 乔秀夫,高林志.华北中新元古代及早古生代地震灾变事件及与R o d i n i a的关系J.科学通报,1 9 9 9,4 4(1 6):1 7 5 3 1 7 5 8.12第3 9卷第8期 地 质 与 矿 产 2 0 2 3年8月1 0 宋金民,杨迪,李朋威,等.中国碳酸盐风暴岩发育特征及其地质意义J.现代地质,2 0 1 2,2 6(3):5 8 9 6 0 0.1 1 周志澄,W i l l e m s,H.,李越,等.保存完整的风暴沉积序列在山东省寒武系崮山组的发现及其理论和实际意义J.古生物学报,2 0 1 3,5 2(1):1 0 7 1 1 7.1 2 钟建华,倪良田,孙宁亮,等.鄂尔多斯盆地东胜东三叠系侏罗系湖泊风暴沉积的发现及其意义J.沉积学报,2 0 2 1(2):3 5 3 3 7 3.1 3 周腾飞,周瑶琪,A G E RN i n a,等.苏鲁造山带中部晚中生代裂谷作用与深部动力机制:来自灵山岛的记录J.中国科学:地球科学,2 0 2 2(1 0):2 0 0 2 2 0 2 2.1 4 崔明明,彭楠,柳永清,等.陆相湖盆沉积物滑塌变形研究进展J.地质论评,2 0 2 3(2):7 0 1 7 1 8.1 5 章诚诚,方朝刚,黄正清,等.下扬子地区下志留统风暴沉积特征及风暴作用对泥页岩品质的影响J.天然气地球科学,2 0 2 2(1 0):1 5 8 5 1 5 9 6.1 6 Z HOU TF,Z HOU Y Q,A G E R N i n a,e ta l.L a t eM e s o z o i cr i f t i n ga n di t sd e e pd y n a m i cm e c h a n i s m s i nt h ec e n t r a lS u l uo r o g e n i cb e l t:R e c o r d s f r o mL i n g s h a n I s l a n dJ.S c i e n c eC h i-n a(E a r t hS c i e n c e s),2 0 2 2(9):1 7 5 1 1 7 7 1.R e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n t o fC a m b r i a nS t o r mR o c k si nJ i n a nZ i b oA r e a i nS h a n d o n gP r o v i n c eX I ONGY u q i a n g(S h a n d o n g G e o l o g i c a lE x p l o r a t i o nI n s t i t u t eo fC h i n a N a t i o n a lG e o l o g i c a la n d M i n i n g A d m i n i s t r a t i o n,S h a n d o n gJ i n a n2 5 0 0 1 3,C h i n a)A b s t r a c t:D u r i n gt h e l a t eC a m b r i a n,t h en o r t hC h i n ap l a t f o r mi sn o to n l yi nas t a b l es h a l l o ws e ac r a t o n i ce n v i r o n m e n t,b u t a l s ou n d e r t h ec o n t r o l o f t h e l o wl a t i t u d ee q u a t o r i a lh u r r i c a n ez o n e.S t o r ma c t i o n i s f r e-q u e n t,a n ds t o r md e p o s i t s a n d t h e i rd e v e l o p m e n t l e f t r i c hr e c o r d so f s t o r md e p o s i t s i nt h eu p p e rC a m b r i a ns t r a t ao f t h ea r e a.S t o r mr o c k sa r ew i d e l yd i s t r i b u t e d i nC h a o m i d i a nf o r m a t i o n.A c c o r d i n gt o t h es o u r c eo fg r a v e l a n d i t s s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t,g r a v e l l i m e s t o n e(s t o r mr o c k s)c a nb ed i v i d e d i n t o i n-s i t ug r a v e ll i m e s t o n ea n da l l o c h t h o n o u sg r a v e l l i m e s t o n e.B a s e do n t h e s e d i m e n t a r yc h a r a c t e r i s t i c so f t h e s t o r mi n t h i sa r e a,t h e f o r m a t i o nm e c h a n i s mo f t h eg r a v e l l i m e s t o n ec a u s e db yt h es t o r ma r ed i v i d e di n t ot h r e et y p e s,t h e ya r es t o r mu p w e l l i n gr e f l u x,s t o r mo v e r f l o wa n ds t o r mv o r t e x.K e yw o r d s:S t o r ma c t i o n;s t o r mr o c k;C a m b r i a ns y s t e m;C a m b r i a n;J i n a nZ i b o22第3 9卷第8期 山 东 国 土 资 源 2 0 2 3年8月