古代海相碳酸盐岩风暴沉积特征及其意义

文娇

1. 成都理工大学沉积地质研究院 四川 成都 610059 2. 油气藏地质及开发工程全国重点实验室（成都理工大学） 四川 成都 610059

1 概述

“风暴岩”的专业术语是由G.Kelling和Mullin于1973年提出，用来描述受风暴作用扰动在浅海盆地再沉积形成的递变浊积岩。以后N.Kumar和J.E.Sanden（1978）以及T.Aigner（1979）将其含义进一步扩充为风暴沉积，指的是在季节性台风或飓风的作用下，风暴流导致的一种伴随海进海退的特殊事件性沉积。

2 风暴沉积特征

2.1 底面侵蚀构造

底面侵蚀构造发育在单期风暴沉积的底层，得力于风暴高峰期风暴潮流、涡流、回流及无定向的底流对海底半固结或未固结的沉积物进行侵蚀、冲刷、淘蚀、撕裂，构成与下伏岩层之间的突变底界，可以作为判定风暴沉积的典型标志（Aigner at al，1982；宋慧波等，2023）。风暴沉积主要发育两类底面侵蚀构造：第一类是高能风暴作用的产物，强烈的风暴气流摩擦海水，形成的定向水流或涡流旋切海底早期未固结或半固结的沉积物，包括渠模、钵模、袋模和“V”字型、“U”字型的较宽大冲刷沟槽，均是风暴沉积的良好指相标志（宋金民，2012）；第二类为较低能风暴作用的产物，是风暴浪和风暴回流对海底早期未固结或半固结沉积物形成的波状扰动，其特点是横向变化快、稳定性差、多层叠置，呈不规则凹凸程度不等的波状冲刷面（宋慧波等，2023）。一般而言，渠模和口袋构造发育的规模越大，波状冲刷面的起伏程度越大，则指示该处沉积遭受的风暴作用强度越强、水体深度越浅。此外，在纵向剖面上可见类似“眼丘状”或“串珠状”的构造形态，这是在多期风暴水流作用下，上层波状侵蚀基底截切到下层导致的，与原始沉积层的厚度和被风暴流改造的能量有关。（宋金民等，2012）。

2.2 粗粒滞留沉积

粗粒滞留沉积是在风暴高峰期，风暴涡流和风暴浪将海底未固结或半固结的沉积物打碎卷起在底面侵蚀构造之上进行快速堆积的产物，也是风暴沉积的典型标志之一。

（1）砾屑颜色：砾屑颜色与沉积环境氧化还原性密切相关。灰色的砾屑代表水下还原环境，通常颜色越暗，反映环境还原性越强，水体能量越低；灰白色、灰色反映风暴沉积过程一直处于水下，且水体较浅；而黄褐色和褐红色可能是风暴作用过程中混入氧气或后期曝露在空气中氧化所致，随着曝露时间增加，砾屑出现薄的黄褐色氧化圈直至整体呈褐红色，有时砾屑层可见灰白色和具氧化圈的砾屑混合，揭示了多期风暴作用的改造过程。

（2）形态及磨圆度：形态呈较刚性（两端磨圆的“竹叶状”、长条状、半圆-椭圆状）和半塑性，前者和后者分别是在半固结和未固结的底质上形成的。砾屑的磨圆度可以反映砾屑受风暴流作用的强度和搬运距离的远近，棱角-次棱角状的砾屑揭示了原地或近源地堆积，次圆-圆状的砾屑揭示了经过长距离的异地搬运沉积过程。

（3）支撑方式和充填物：支撑方式主要为颗粒支撑和泥质基质支撑，颗粒类型主要为砾屑、鲕粒、砂屑和生屑，泥质基质主要为云泥或灰泥，其相对含量可以判断水动力条件的标准，一般颗粒/泥质比值越高，指示风暴作用水动力条件越强，强烈的风暴作用将颗粒间的泥质含量充分淘洗。

（4）排列方式：杂乱排列的砾屑长轴无优势指向；放射状的砾屑呈菊花状、扇状、倒“小”字状排列，是风暴涡流的指相标志，靠近正常浪基面附近；水平-叠瓦状的砾屑反映风暴回流具有牵引流的特性，呈明显的定向排列，局部可见砾屑长轴具双向性。

2.3 粒序层理

粒序层（递变层理或正粒序层理），发育在底面侵蚀构造或粗砾滞留沉积层之上。风暴高峰期过后，随着风暴能量的减弱，风暴浪或风暴涡流在高峰期搅起的细粒沉积物受到的水体支撑能力降低，重力分异作用使得沉积呈现有规律的沉降，自下而上呈现由粗变细的递变趋向（刘宝珺等，1986）。

2.4 纹理构造

（1）平行层理：连续性较好、纹层平直，发生在风暴进入衰减期，风暴流转变为低密度浊流，在较强的水动力条件下形成的沉积构造。

（2）丘状-洼状交错层理：风暴事件后期最典型的层理构造，被认为是风暴沉积的原生沉积构造，是区别于浊流等沉积类型的指相标志。丘状、洼状交错层理发育在风暴衰减期，受控于风暴振荡流和多向底流作用，随着风暴作用进一步衰减，早先水体携带的细粒沉积物快速沉降，多向底流淘洗和冲刷细粒沉积物，形成丘形或凹形底面，随后细粒沉积物沉积在这两种地面上，分别形成丘状交错层理和洼状交错层理（Harms J C et al，1975）。常发育在正常浪基面之下，风暴浪基面之上，发育程度受风暴流强度、沉积时的水深、沉积物粒度、地形等因素的影响，比如当沉积水体较深，沉积物粒度变细时，丘状-洼状交错层理不发育，而沉积水体越接近正常浪基面，丘状-洼状交错层理发育规模越大（宋慧波，2023）。

2.5 生物成因构造

与风暴作用相关的生物成因构造主要是生物遗迹构造、生物扰动构造和叠层石构造等。

（1）生物遗迹构造主要指生物运动、居住、觅食在沉积物表面或内部留下的具有一定形态的各种痕迹，发育在风暴沉积层的顶部。遗迹构造中可见生物潜穴，是大量的底栖生物相互多次穿插松软的沉积物形成的，层面上呈不均匀的斑点状分布，形态不规则，有明显的土黄褐色或深褐色泥岩衬壁，形态多呈水平或低角度出现，反映风暴已经停息，是正常天气下的产物，推测是风暴带来的大量氧气和营养物质使得生物得以繁盛导致。此外，在在风暴沉积的中下部，尤其是粗粒滞留沉积层发育生物逃逸迹，代表着快速沉积事件。风暴浪混合底部停滞的海水和富氧的表层水为底栖生物群提供有利的生存条件，为防止被风暴沉积无掩埋，生物向上逃逸，留下细长的垂直洞穴。

（2）生物扰动构造。底栖生物的活动使沉积物遭受破坏，而形成不具有确定形态的生物扰动现象，这类构造称为生物扰动构造。在层面上呈不规则线条状，水平分布，与生物遗迹构造同样出现在风暴沉积序列的顶部，反映风暴高峰期过后风暴间歇期及风暴渐弱期的过程。

（3）叠层石构造。叠层石由以下两种基本层组成：富藻纹层（暗层），藻类组分含量多，有机质高，碳酸盐沉积物少；富碳酸盐纹层（亮层），藻类组分含量少，有机质少。叠层石的形态多样，但基本形态只有两种，即层状的和柱状的。一般来说，层状形态叠层石生成环境的水动力条件较弱；柱状形态叠层石生成环境的水动力条件较强。叠层石位于风暴沉积序列的上部，为风暴期高峰期过后风暴间歇期的产物。

3 风暴沉积类型

3.1 原地或近源地型风暴沉积

该类型的风暴沉积一般发育在正常浪基面与风暴浪基面的中上部，该带的风暴回流随着海水的顶托和底部摩擦，逐渐转化为振动流和旋涡流，除风暴流携带的砂屑、砾屑等，风暴涡流将原地半固结的岩层冲蚀、掀起、打碎，部分较大的砾屑在原地或近源地快速堆积形成。原地型风暴岩形态上为棱角鲜明的扁片状、竹叶状碎屑，排列方式放射状分布、倒“小”字状分布，成分单一，多与下伏地层成分相近或相同；异地近源型风暴岩是将相对较小的砾屑进行短距离搬运，形态上有一定的磨圆，体积分数相对原地型明显减少，大的砾屑多呈水平-叠瓦状分布，仅有较小的砾屑在摆动波特别是波浪上升涡流的作用下，呈放射状、倒“小”字状，相对原地型的砾屑定向性比较好。

3.2 远源型风暴沉积

该类型的风暴沉积发育在风暴浪基面上稍上部位，该带的水体已较深，风暴作用较小，因此，对海底半固结或未固结的沉积物的的冲蚀，挖掘能力并不强。此外，较深水区的原始沉积物已经发育泥晶云岩或泥晶云岩与泥岩互层，风暴回流到此处时已经十分微末，仅能对底质上部进行弱侵蚀作用，可以将砾屑掀起却只能短距离搬运，原风暴回流携带的砾屑体积分数已经很少，且磨圆度很高，最终形成下伏磨圆程度低、上层磨圆度高混杂、粒径小、由泥质纹层粉碎的泥基质支撑，并发育正粒序构造的风暴岩。

3.3 原地或近源地型-远源型风暴沉积

该类型为以上两类风暴沉积的过渡类型，发育在正常浪基面和风暴浪基面的中下部，该带的风暴回流经过一定距离的搬运，海水的顶托作用导致其对海底半固结或未固结沉积物的冲蚀、挖掘作用已经大为减弱，但仍具有一定的流速和的强度，仍可以对底质进行淘洗、冲蚀、打碎和再搬运沉积，形成中-厚层的风暴岩，发育粒序层理、丘状-洼状交错层理。

4 风暴沉积研究意义

4.1 古纬度、古气候及古板块演化的指示意义

风暴沉积是重建古环境和古气候的极好指标，古板块的演化一般只采用古地磁的方法，而通过对现代风暴沉积的研究，发现风暴岩形成于固定的地球纬度，主要发生在南北纬5°～45°的区域，因此风暴沉积可以用于推测古板块的位置（杜远生和韩欣，2000）。

4.2 等时性地层对比

风暴岩是等时性事件的产物，它符合作为等时性标志层的地质体必备条件。在复合地层对比中作为标志层的条件，可以正确的为地层的正确划分和对比做出贡献。

4.3 探寻油气的指示意义

近年来，诸多学者将风暴与沉积储层结合，如潮坪环境下风暴作用形成沉积物的结构成熟度高于正常沉积物，可作为潜在的油气储层（胡明毅和贺萍，2002）。风暴岩由于其成分和组成十分有利于储藏空间和流体流动性的的发展，并且与烃源岩密切接触，因此构成了一种新型的石油储层，被认为具有很大的经济潜力。

5 结束语

（1）风暴沉积特征主要包括底面侵蚀构造、粗粒滞留沉积、粒序层理、纹理构造和生物成因构造。

（2）依据沉积位置距离风暴中心的距离，风暴沉积可以分为原地或近源地型风暴沉积、远源型风暴沉积和原地或近源地型-远源型风暴沉积。

（3）风暴沉积在古纬度、古气候及古板块演化、等时性地层对比和探寻油气等方面具有重要的指示意义。