风暴沉积作用和风暴相模式及其地质意义

中国地质大学研究生课程作业课程名称教师姓名学生姓名学生学号学生专业所在院系:类别:日期:2016年5月评语对课程论文的评语:平时成绩：课程论文成绩：总成绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。风暴沉积作用和风暴相模式及其地质意义XX（中国地质太学．武汉）摘要：本文是在参考国内外最新有关古代和现代风暴沉积作用及风暴作用(包括现代台风作用)的论文(资料)和著作的基础上，简明扼要的阐述了风暴沉积作用的研究现状、类型，风暴沉积相的基本类型及他们地质意义。关键词：风暴作用；风暴沉积；沉积相；地质意义0.引言风暴是在热带海洋上生成的强大而深厚的气旋性涡旋的统称。风暴沉积是由风暴作用影响海水而导致海底沉积物引发的一种特殊事件沉积。很多海陆的沉积相都是由于风暴沉积作用形成的，而对沉积的研究可以了解一个地区的地质历史以及对建筑工程或者油气地质等领域有着十分重要的意义，本文简明扼要的阐述了风暴沉积作用和风暴沉积相的特征及其地质意义。0.风暴沉积研究现状国外关于风暴沉积的研究起始于20世纪50年代末，最初的研究主要集中于赤道附近的碳酸盐岩风暴沉积。直到70年代初，一些学者开始着重对现代陆源风暴沉积进行研究。我国在此领域起步相对较晚，真正意义上的研究开始于80年代初严钦尚提出滨岸和浅海风暴沉积成因机制和模式之后。现代风暴沉积研究始于对风暴本身特点的研究，对风暴沉积作用的专门研究还是最近十几年的事。T．F．Gross等最近在一篇题为深海沉积搬运风暴”的文章j指出，他们在HEBBLE研究基地对一些高能风暴和与高浓度悬浮沉积物有关的底流进行了长迭1年的仪器定点观察．在西北大西洋NovaSeotian(新斯科舍)高地以外4，880m进行的这一观察显示，一大规模的间断性事件可以使来源于滨海和陆棚的底部沉积物悬浮起来。本世纪60年代来自海底的照片显示这种作用可以影响很深的水俸之下的沉积物。MichaelK．Gagan等研究了1926年Winifrcd气旋，这一风暴产生了厚迭llcm多具正粒序的陆源碎屑和碳酸盐混合风暴层，影响范围至少达1，2OOkm。，延伸到滨外3O多公里，影响水深40多米。该风暴层包括两个具有明显岩石学特征并平行陆棚的相带．近(0~25m深)风暴层厚3一lOcm，向上由中砂变为粉砂质粘土．滨外(25-~43m深)风暴层变厚，超过licm，由分选好具正粒序的残留右英和贝壳及砾状砂组成，它们被薄层泥覆盖．横穿陆棚的粒度、矿物．碳酸盐含量及碳同位素组成在风暴前后非常相似，说明该风暴层(物质)不是来源于向滨外方向的风暴流，而是原地悬浮和向滨搬运泥质砂的陆糟沉积。这一现象，与指示向滨外变薄和变细的风暴沉积模式形成显明对比．Winifred风暴层在较深水中与横穿陆棚底层变化相对应地变厚变粗。一年后，Winifred风暴层近演郡分(20m深)被很好地保存下来，而滨外部分(3Om深)(正常浪基面之下)完全被生物破坏了与Winifred太小相近的风暴效应在古代层序中由于生物的快速混合作用而被遮蔽起来了。我国学者许世远张国栋等研究了长江下游现代风暴沉积作用及现代滨岸风暴沉积，分别探讨了杭州湾北部滨岸风暴沉积的相标志及其特征和滨岸风暴砾滩的沉积特征．并指出绝大多数滨岸砾滩是风暴作用的结果。风暴中心是有其运动规律的，它的运动轨迹受当时的气候条件，地理环境等因素的制约，在平面上是一个呈带状分布的被台风扫过的广泛区域。区域的大小及空间展布决定于台风中心的运动情况。如西北太平洋带8006号台风于8O年7月6日在关岛西南部生成后，一直向NWW方向于12日在我国汕头附近登陆，转换成低气压后，又沿N]E方向经上海八黄海横跨日本于15日在日本海消失。从6EI到15日10天中，中心运动距离迭5，90Okm，横扫区域面般约为354—590万km。(据《西北太平洋台风基本数据(1949~1980)》计算)，约为中国陆地面积的一半，单独一次风暴的影响范围是相当广阔的。1.风暴各种作用方式简析1.1风暴流作用风暴流作用主要有风暴潮、风暴回流、风暴浪、风暴涡流和风暴重力流等作用方式。风暴潮流是风暴作用于水体引起的另一种重要动力流体。风暴潮面可比正常高潮面高6米以上，因此风暴潮流可影响到潮上6米以上的地带。如1969年的“卡米尔”飓风，将海水抬升9米，风速高达370公里/小时，猛烈的拍岸浪摧毁了波及地区几乎所有的建筑物。1961年的“卡拉”飓风的风暴潮将水深15-24米处的各种底质（岩石碎屑、大型无脊椎动物及珊瑚碎块）搬运到海滩并散布在障壁岛复合体和潮坪上。凡风暴经过的地区，都会受到风暴或多或少的干扰。但风暴对滨岸浅海及湖泊区影响更显著，也最易于保存在地质记录中，因此更引人注目。风暴结构表明，对下伏水体影响最大的是风暴低层气流流入层，该层大气即成涡旋式流动，并有向内的气流作用。因此该层气流和水体表面摩擦就形成强大的涡流层，该涡流层除与气流涡流一致的大涡流外，内部包含有一系列不规则的大小不等的小规模涡旋，风暴涡流是贯穿风暴作用始终的最重要的一种动力作用。风暴回流是风暴潮的退潮流，由于风暴潮差大，因此其退潮流速远大于正常退潮流，其影响范围也更大。这种风暴回流可将滨岸及潮下的沉积物向下拖曳，搬入更深的水域形成不同于好天气背景沉积的异常沉积。也可触发风暴重力流向陆棚及大陆坡流动。风暴触发的沉积物重力流包括风暴碎屑流和风暴浊流等，它区别于大陆坡-深海盆地的重力流，其物源来自于风暴作用带，尤其在潮下带的浅水沉积（如生物介壳、内碎屑等），途中对海底的侵蚀作用不如深海重力流强烈，不形成海底峡谷和海底扇组合。当然，当风暴重力流下移到大陆斜坡以下，就与后者过渡或趋于一致了。1.2风暴的侵蚀作用侵蚀作用主要指风暴流及其触发的重力流对沉积基底的冲蚀、挖掘等，至少有3种侵蚀作用应该予以区别。一是风暴潮流、风暴回流形成的冲刷侵蚀构造及风暴浪冲蚀构造，它们形成冲刷面或冲刷-充填构造，表现在正常背景沉积之上，风暴沉积底部明显的冲刷面。二是风暴涡流对沉积基底形成的刻蚀构造，常见陡深的刻蚀槽、渠或口袋构造。风暴涡流沉积的底面形成渠筑型。三是风暴重力流形成的冲刷槽，冲刷槽多呈一端浅缓，一端陡深的定向浅槽。在风暴重力流沉积的底层形成槽铸型。1.3风暴的破坏作用风暴流的破坏作用主要表现在两个方面，一是对先成颗粒的破坏，包括对内碎屑、生物碎屑、鲕粒、核形石、球粒及其它颗粒或陆源碎屑的破碎。尽管对这些颗粒破坏的机会均等，但对一些不牢固的颗粒的破坏性更强，如生物介壳。对一些形态固定的颗粒（如鲕、核形石、球粒等）的破坏比较容易识别，它们表现为这些圆形或具同心纹层的颗粒呈不规则状，棱角状的异常性碎裂，这种碎裂是正常波浪所不能形成的。二是对先成沉积体的破坏，最常见的是风暴流切刻先成的生物礁、丘、形成异常的截顶现象或刻蚀槽，在地质记录中表现为礁内巨大的冲刷界面及界面之上的筑积生物碎屑层。风暴流也可冲蚀先成的砂坝形成宽大的冲蚀槽，冲蚀槽多垂直于砂坝，坝后形成冲溢扇。1.4风暴沉积作用风暴沉积作用作为热带浅海-滨岸的一种重要的作用过程，为越来越多的学者重视，有关风暴沉积的论文及专著也层出不穷。风暴作为一种突发性的异常事件，可在其途经并波及到的所有环境中留下异常的沉积物或其它痕迹。由于风暴所经的滨岸地区具有各种不同的复杂地形，加上沉积物和底质各异，因此很难综合出一个以环境为基础的沉积模式。深化对不同沉积背景和沉积盆地中的风暴沉积的研究，将有利于建立不同沉积背景条件下的环境模式。2.主要的风暴沉积相及其沉积序列2.1主要的风暴沉积相2.1.1海岸带风暴沉积海岸带是地形地貌最复杂的地区，就地形、地貌而言可以区分分出无障壁的海滩海岸、潮坪海岸和有障壁的砂坝-泻湖海岸、堡礁-泻湖海岸及岸礁型海岸等。依沉积物性质的不同，可以分为碎屑岩型（砾、砂、泥质）、碳酸盐型及混合型海岸。因此典型的海岸类型不少于8种。海岸带是风暴作用影响最强的地区之一，各种不同的海岸都可能受到风暴的影响产生异常的沉积物。2.1.2潮坪海岸的背景沉积潮坪海岸的背景沉积是以较低能条件较细粒沉积为特色的。正常的碳酸盐潮坪以含鸟眼构造、藻纹层的泥状白云岩、白云质灰岩为主，潮沟中多具双向交错层的颗粒岩或泥粒岩。碎屑岩潮坪则以泥坪、砂坪、混合坪的分异、具典型的潮汐层理（透镜状层理、波状层理、脉状层理、对粘土层韵律层理），潮沟具双向交错层理。风暴作用沉积常表现为底具冲刷面或刻蚀槽的砾屑灰岩、生物介壳层或其它异常的粗砾沉积。它们夹在背景沉积中。华北地区寒武系中与叠层石共生的竹叶状灰岩，内有风暴沉积特有的菊花状、倒小字型、砥柱状砾石及底部冲刷面及口袋构造，推测是潮坪上的风暴沉积。2.1.3潮下带风暴沉积潮下到正常浪及面之间也是风暴强烈作用的地区。该区不仅有风暴涡流和风暴浪作用，风暴潮退潮引起的风暴回流也强烈作用该带。风暴涡流作用常形成特征的刻蚀槽（渠模或口袋构造）和异常的颗粒组构。如扁平砾石的菊花状排列、倒小字型排列或砥柱状排列等。风暴浪则以典型的丘状交错层理为特征，并形成明显的突变侵蚀面。风暴回流则形成冲刷构造。风暴作用还常常破坏正常潮下形成的各种颗粒（如鲕粒、核形石、球粒及生物屑等）。它使这些具固定形态的颗粒形成异常的破碎形态从而保存风暴破坏的痕迹。常见的有尖锥状、半圆形、缺口状、碎片状、弯月状、花瓣状等。除此之外，风暴可以在各种生物建隆上形成各种刻蚀槽，风暴扫荡建隆的筑积生物，使之充填刻蚀槽或铺在建隆体或邻近沉积物上。需要强调说明的是，风暴过后，潮下带还要受到正常波浪的回复改造，因此难以保存完整的风暴沉积序列，尤其在潮下带的中、上部，只能保存风暴侵蚀沉积物基底、刻蚀生物建隆和异常破碎先成颗粒的残余痕迹。2.2主要的风暴沉积相及其沉积序列2.2.1陆架上部近源盆地风暴沉积序列近源盆地系指正常浪及面到风暴浪及面之间的地区，该区是风暴沉积保存最完整的地区。Aigner(1982)、Kreisa和Bambach(1982)总结的风暴岩序列即为此带形成的。由于处于正常浪及面之下，正常天气的波浪不能影响和改造已形成的风暴沉积，因此该带的风暴沉积序列常得以完好保存。近源盆地不仅有风暴涡流和风暴浪作用，也可有风暴重力流作用，因此风暴沉积序列底面可以是重力流冲刷形成的冲刷槽模，也是风暴涡流形成的渠模。下部既可为具递变层的砾屑灰岩，也可为非递变的具菊花状、倒小字型组构（图4）的砾屑灰岩。具丘状交错层理的风暴浪沉积的砂屑沉积可以与砾屑灰岩共生，也可单独出现。2.2.2陆架下部远源盆地风暴重力流沉积序列远源盆地是指风暴浪及面之下的地带。由于该区不受风暴作用本身的影响，因此所有风暴直接形成的沉积构造均不发育。该区主要保存由风暴触发的碎屑流和浊流沉积。风暴碎屑流主要由具递变或非递变的砾屑沉积为主，砾屑为泥基支撑，多不具定向组构，杂乱排列，也不具风暴涡流作用形成的菊花状组构等。其底多为冲刷槽模，也可具压刻模。3.风暴沉积的意义3.1古地理、古气候恢复方面的意义通过对某一指定区域的风暴沉积相的研究分析，查阅相关的资料分析，可以得到了解到风道沉积相不仅对该区风暴沉积作用机制及重力滑塌沉积的形成,且对其它相邻板块某一时期的古地理、古气候的恢复均具有重要意义。3.2古海平面恢复方面的意义通过对某一指定区域的风暴沉积类型的研究分析，查阅相关的资料分析，可以利用该地区的风暴沉积类型恢复古时海平面变化，对于古地层学以及探究古时海平面的研究具有十分重要的意义。3.3成矿意义风暴沉积作用对某一地区的矿物成分有着十分重要的影响，如果要了解某一有风暴作用的地区的矿物的形成机制特性有着十分重要的意义。4.结论对于一个有风暴作用的地区的风暴沉积相的研究，不仅对该区风暴沉积作用机制及重力滑塌沉积的形成,而且对其它相邻板块某一时期的古地理、古气候的恢复以及该地区的矿物的形成机制和矿物的特性均具有重要意义。目前对于风暴沉积作用的研究还处于探索阶段，有待新一代学者的努力。参考文献[1]Zhi-ChengZhou,H.Willems,YueLi