新安地区刘家沟组风暴岩沉积特征及地质意义

张景业， 杨秋玲， 朱彦彦， 张 威

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471000)

风暴沉积作为特殊的事件沉积。继Kelling等(1975)提出风暴岩的概念后， Kumar等(1976)将其概念扩展为风暴沉积。风暴沉积引起了国内外地质学家的关注，成为继浊流沉积后的又一划时代标志性理论。1980年代，我国以刘宝珺等(1986)、孟祥化等(1986)为代表的地质学家开启了我国风暴沉积的研究先河，随后涌现了大量研究成果，主要涉及风暴沉积的沉积特征与构造特征、沉积序列、沉积模式等方面(吴贤涛等，1987；张金亮等，1988；童熙盛等，1991；姜在兴等，1991；关尹文等，1991；谢庆宾等，1997；袁静，2006；张哲等，2008；陈世悦等，2009；阳伟等，2009)。

新安地区作为豫西重要的煤炭、页岩气赋存区域之一，对该区下三叠统刘家沟组风暴沉积的研究，可以详细了解该区沉积环境、地层层序的有关信息，进一步了解区域成矿规律。

1 地质概况

晚古生代至早中生代时期，本区位于古华北盆地，受印支、早燕山运动影响，区域受北西中条隆起、南部伏牛隆起的控制，华北区海退，南部隆起，形成内陆湖盆，沉积环境转化为陆相，以发育河流、湖泊沉积体系为特征。

区内除缺失奥陶系下统及上统、志留系、泥盆系、石炭系下统及侏罗系、白垩系、震旦系外，自蓟县系—第四系均有出露。蓟县系出露于区域西北部，青白口系出露于区域西部，寒武系、奥陶系中统出露于区域南部和西北部，二叠系、三叠系出露于区域的中部和西南部，新近系及第四系广泛分布于区域内，其中二叠系是该区主要含矿层位。

区域构造主要有新安向斜、土古洞背斜和龙潭沟断层、常袋断层等规模不等的构造，以东西向、北西向、北东向为主，其中龙潭沟断层、常袋断层对新安地区的地层及矿产赋存起主要控制作用(图1)。

图1 新安地区地质简图(据河南省地质矿产局，1989)Fig.1 The geological sketch map of Xinan area1.洪积、漫滩沉积；2.马兰黄土；3.离石黄土；4.新近系洛阳组；5.二叠系石千峰组；6.二叠系上石盒子组；7.寒武系崮山组；8.寒武系辛集组；9.青白口系崔庄组；10.地质界限；11.断层

通过对区域钻孔资料分析，新安地区刘家沟组地层与下伏二叠系石千峰组呈连续沉积，厚约67.37～257.55 m，平均181.16 m，自上而下分为三段：第一段为紫红色中厚层状中-细粒石英砂岩，具大型板状交错层理，钙质、硅质胶结，砂岩断面上以含褐红色斑块为特征，夹多层紫红色泥岩薄层；第二段以夹数层砾屑灰岩为特征，砾径0.5～10 cm，磨圆度较好；第三段为紫红色中厚层状细粒长石石英砂岩、石英砂岩，夹薄层紫红色泥岩，具小型-中型交错层理，局部可见槽状层理，硅质胶结。

刘家沟组地层主要岩性为紫红色硅质岩，反映了当时干旱气候下的沉积环境，其以典型的河流“二元结构”和交错层理为主要特征，在该套地层的中部发育两套风暴岩，反映本区在河流沉积环境中，短期转变为湖泊沉积环境。

2 沉积构造特征

刘家沟组风暴岩共有两层，层间夹硅质岩，风暴岩岩性为砾屑灰岩，块状构造，砾屑多呈扁球状、球状、椭球状，少量为竹叶状，球形砾屑直径为0.5～2 cm，竹叶状砾屑长轴约8～10 cm，砾屑磨圆度较好，多呈杂乱状、涡旋状排列，局部呈长轴顺层排列，分选性较差，粒序变化不明显，发育侵蚀基底面，有冲蚀和侵蚀坑，发育充填构造(图2)。这些特征充分表明在三叠纪早期由于风暴事件触发和诱导至少两期碎屑流沉积物的注入，形成重力流沉积。

图2 刘家沟组风暴沉积典型构造特征Fig.2 The typical structural feature of storm deposit of Liujiagou formationa.U型沟模；b.波状底面；c.层状底面；d.椭圆状砾屑；e.竹叶状砾屑；f.杂乱排列

2.1 底面侵蚀构造

风暴沉积的基底界面一般为侵蚀构造面或岩性突变面，这些底面构造是识别风暴沉积的典型标志。由砾屑构成的风暴沉积物与下伏硅质岩的接触关系表明了盆底侵蚀现象的存在。强烈的风暴潮、风暴回流携砾屑形成的重力流强力冲刷盆底沉积层，其强烈的剪切作用侵蚀下伏岩层，对其造成侵蚀、截切作用，形成各种不规则的剪切面，剪切面的凹凸反映了风暴的强烈程度。本区的底面侵蚀构造主要有冲刷面及沟模构造，冲刷面有水平、波状等，沟模主要为U型等，宽8～20 cm，高1～3 cm等，底面圆滑，充填物主要为内源碎屑。下部个别砾屑与下伏硅质岩相连，上部砾屑呈杂乱状、长轴顺层排列，说明盆底受到风暴涡流影响，部分砾屑被带走，部分快速沉积形成。

洼状、丘状交错层理是风暴沉积的最典型标志。洼状交错层理是一组相互交切的浅洼坑，洼坑的宽度不等，沉积层理与下伏地层层理近似水平。风暴引起的波浪冲刷陆盆底，对下伏硅质岩进行冲刷，使下伏地层形成洼状坑和丘状突起，后期接受沉积形成洼、丘状交错层理。

2.2 块状构造

由风暴携碎屑形成的重力流在风暴衰退时，高密度的碎屑快速沉积，形成泥晶、微晶等杂基胶结，主要以方解石支撑的砾屑灰岩，砾屑分选性差，磨圆度好，形成中厚层状块状构造的砾屑灰岩，反映了陆盆重力碎屑流沉积环境。

2.3 递变层理

风暴沉积与浊流沉积具有相似的沉积序列，即所谓的伪鲍马序列。风暴强烈期，强力水流对碎屑颗粒进行筛选，颗粒较大的内碎屑等被筛选后留在原地，形成滞留沉积；其他粒度的碎屑在风暴衰退期，根据粒度大小依次沉积，形成类似鲍马序列的沉积模式，即下粗上细的递变层理。

3 剖面特征

Aigner(1982a,1982b)提出了风暴沉积的理想剖面序列，并对序列中的各种沉积构造做出了合理的解释。目前认为，风暴沉积的剖面序列与鲍马序列类似，一般称为伪鲍马序列。其典型的风暴沉积在垂直剖面上应具有如下特征：A：冲刷面；B：粒序层(滞留沉积)层段；C：丘、洼状交错层理段；D：平行层理段；E：泥质沉积段。其中A、B、C段对应风暴初期和高潮期，D段对应风暴衰退期，E段对应风暴消失期。理想的风暴沉积应该有A、B、C、D、E组成沉积旋回，通常在沉积层序中一般发育不全，只有其中几种相互组合形成沉积序列。本区沉积主要发育3种沉积序列(图3)。

3.1 ABE(ABBE)型

该沉积序列主要由A、B、E型沉积单元构成，厚度约65 cm。A单元发育侵蚀底面构造，局部见大口U型沟模构造，冲蚀面呈近水平状，局部呈波状；B单元主要为滞留沉积层段，该层段砾屑直径较大，个别呈竹叶状的砾屑长轴达到8 cm，该层段代表波浪的筛选、改造作用期，粒度较大的砾屑被滞留，形成磨圆度好，分选性差的滞留沉积段；E单元主要为水平纹理的砂泥质岩，主要成分为泥晶，代表了在风暴衰退消失期，在正常浪基面下泥质成分的沉积。该种沉积模式代表了风暴涡流—风暴悬浮沉积序列。

3.2 ABDE型

图3 刘家沟组风暴岩沉积序列图Fig.3 The sedimentary sequence of Liujiagou formationⅠ.标准沉积序列；Ⅱ.ABE型沉积序列；Ⅲ.ABCE型沉积序列；Ⅳ.ABDE型沉积序列；1.硅质岩；2.滞留沉积段；3.洼状层理段；4.水平层理段；5.泥质岩段

该沉积序列由A、B、D、E四种沉积单元构成，厚度约100 cm。A单元的底面存在冲蚀面；B单元主要为呈块状构造的砾屑灰岩，分选性差，砾屑磨圆度好，大部分砾屑凸面朝上，局部呈现放射状，粒径向上逐渐变小，表现出典型的正粒序；D单元主要为硅质灰岩，平行层理，厚度较薄，10～15 cm左右，砾屑消失；E段主要为砂泥质岩。该种沉积模式代表风暴涡流—风暴浊流—风暴悬浮沉积序列。

3.3 ABCE型

图4 刘家沟组沉积序列分布图Fig.4 The distribution map of sedimentary sequence of Liujiagou formation

该沉积序列由A、B、C、E四种沉积单元构成，厚度约30 cm。A单元发育侵蚀充填底面，代表风暴流对下伏岩层的一次侵蚀作用；B单元为滞留沉积段，主要为块状砾屑灰岩，砾屑呈竹叶状、次圆状、扁豆状，砾屑长轴方向杂乱，局部薄层呈顺层排列状；C单元为近似水平层理泥晶灰岩、硅质灰岩，发育小型洼状交错层理，在岩心中只能发现局部，发育较少；E单元主要为泥质岩，代表风暴结束后的静水沉积环境。该种沉积模式代表风暴涡流—风暴浪—风暴悬浮沉积的沉积序列。

从上述沉积序列来看，本区刘家沟组地层在沉积过程中受到多期风暴影响，出现风暴发育期—强烈作用期—衰退期—再度强烈作用期—衰退消失的过程(图4)。刘家沟组两套风暴沉积，垂向上表现为风暴沉积—碎屑流沉积—风暴沉积—碎屑流沉积过程，指示了沉积环境的改变，由河流相转变为湖相，再转变为河流相的沉积相变化过程。

4 地质意义

(1)首次提出豫西新安地区刘家沟组风暴沉积现象，系统总结了该区风暴岩沉积特征，推测了风暴沉积机制，共识别出3种不同的风暴沉积序列。

(2)通过对风暴岩沉积序列的分析发，发现该区风暴岩沉积序列与标准沉积序列存在差异，但是这种差异是受风暴强度的影响还是其他因素的影响，仍需进一步研究解决。

(3)提出在早三叠世时期，该区沉积相以河流相为主，湖泊相为辅的观点，修正了前人关于该区在该时期为单一河流沉积环境控制的观点。