陸鹿，李壯福，康鵬，張新

中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州，221116

內(nèi)容提要：以安徽巢北地區(qū)二疊紀(jì)棲霞組臭灰?guī)r段為研究對象，從巖石學(xué)、古生物學(xué)及沉積學(xué)特征出發(fā)，探討臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)與風(fēng)暴事件沉積之間的關(guān)系。臭灰?guī)r段巖性整體為灰黑色中厚層狀石灰?guī)r，層間夾數(shù)毫米至數(shù)厘米厚灰黑色鈣質(zhì)泥巖，整套巖層富含有機(jī)質(zhì)；其中生物化石豐富，整體為熱帶、亞熱帶正常鹽度淺水生物組合為特征；為正常淺海碳酸鹽巖臺地沉積，沉積期表現(xiàn)為一個(gè)明顯的海侵過程，并受風(fēng)暴作用的頻繁擾動。臭灰?guī)r段沉積環(huán)境并非“貧氧或缺氧”條件，而是正常富氧環(huán)境。富有機(jī)質(zhì)特征一方面得益于沉積期較高的生物產(chǎn)率，同時(shí)還與風(fēng)暴事件沉積作用密切相關(guān)，即在風(fēng)暴作用下，沉積物發(fā)生快速堆積，有機(jī)質(zhì)未來得及與富氧水體發(fā)生長期接觸即被埋藏覆蓋，從而導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)被良好保存，形成臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)特征。風(fēng)暴作用頻發(fā)與研究區(qū)臭灰?guī)r段沉積期所處的低緯度特征有關(guān)。

華南地區(qū)二疊紀(jì)棲霞組在沉積學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)等方面極具特殊性，尤其是臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)特征方面，是長期以來引人注目的問題?，F(xiàn)階段對于臭灰?guī)r段的研究，爭議較大的是富有機(jī)質(zhì)的成因解釋，雖然過去研究較多，但始終未能得到圓滿的解決。目前，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為臭灰?guī)r段的富有機(jī)質(zhì)與沉積水體本身的缺氧有關(guān)，促成這種缺氧條件的機(jī)制并不相同。例如：江納言（1994）在全面研究稀土元素、穩(wěn)定同位素、有機(jī)地球化學(xué)的基礎(chǔ)上指出棲霞組臭灰?guī)r段為缺氧的半局限臺地海地理環(huán)境；施春華等（2004a）研究了華南棲霞組地球化學(xué)特征，依據(jù)古氧相地球化學(xué)指標(biāo) V/（V+Ni）、Ce/La、U/Th等認(rèn)為棲霞期為一沉積速率較快時(shí)期，呈現(xiàn)總體缺氧的特征；呂炳全和翟建忠（1989）研究臭灰?guī)r段時(shí)認(rèn)為臭灰?guī)r段普遍具瀝青臭味，細(xì)分散黃鐵礦發(fā)育，應(yīng)是缺氧閉塞環(huán)境，而且層位分布是大面積的，同時(shí)認(rèn)為缺氧的原因是海水中光合作用下界上移的結(jié)果；顏佳新等（1994a，1994b，1997，1998，2004）同樣認(rèn)為臭灰?guī)r段形成于缺氧沉積環(huán)境，并總結(jié)了缺氧沉積環(huán)境的3種成因模式，即水體鹽度分層模式、上升流模式及海侵模式。

作者對安徽巢北地區(qū)平頂山剖面臭灰?guī)r段（剖面位置見圖1）進(jìn)行了詳細(xì)的野外考察與實(shí)驗(yàn)室分析，發(fā)現(xiàn)該套巖層不僅具有富含有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)，同時(shí)大量發(fā)育正常鹽度淺海生物組合，并且沉積期受到明顯的風(fēng)暴作用干擾。以此為基礎(chǔ)，作者突破“富有機(jī)質(zhì)沉積源于沉積環(huán)境水體缺氧”的傳統(tǒng)思維，認(rèn)為巢北地區(qū)臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)的成因很可能與風(fēng)暴事件沉積作用有關(guān)。以下從巖石學(xué)、古生物學(xué)及沉積學(xué)研究角度出發(fā)，對該問題進(jìn)行詳細(xì)論證。

1 地質(zhì)背景

巢北地區(qū)大地構(gòu)造位置上屬于下?lián)P子地塊的北緣，地處華北板塊、大別造山帶和揚(yáng)子地塊三大構(gòu)造單元交匯處（賈蓉芬等，1996；王丹萍等，2001；朱光等，2002；牛漫蘭等，2002；牛漫蘭，2005；Niu M L et al.，2005；楊水源和姚靜，2008；劉海泉等，2008；于鵬和宋傳中，2010；盧小龍等，2010；韓宗珠等，2011），構(gòu)造上主要受特提斯構(gòu)造域與太平洋構(gòu)造域的廣泛影響（于鵬和宋傳中，2010；韓宗珠等，2011）。中生代以來強(qiáng)烈的構(gòu)造活動奠定了該區(qū)的主要構(gòu)造格架（韓宗珠等，2011），整體為 “兩向夾一背”的近北東向褶皺帶（李三忠等，2009），自東向西依次為俞府大村向斜、鳳凰山背斜、平頂山向斜，平面上呈“M”形展布（韓宗珠等，2011）（圖1）。在地層區(qū)劃上，巢北地區(qū)屬于揚(yáng)子地層區(qū)、下?lián)P子地層分區(qū)、六合—巢縣地層小區(qū)（盧小龍等，2010），區(qū)內(nèi)地層除古近紀(jì)、新近紀(jì)缺失外，自上震旦燈影組至第四紀(jì)均有不同程度的發(fā)育，尤以上古生界至下三疊統(tǒng)發(fā)育較為齊全。

下?lián)P子地塊二疊紀(jì)整體為一個(gè)海相克拉通盆地，發(fā)育陸表海之濱海沼澤含煤碎屑沉積和淺海石灰?guī)r沉積（林小云和劉建，2006）。棲霞組沉積最初，下?lián)P子海萎縮，海水稍有撤退，海水較淺，加之本區(qū)地形平坦以及氣候溫暖潮濕，所以在接受大氣淡水之后很快形成了棲霞組底部的含煤海侵沼澤相沉積；棲霞二期，海侵?jǐn)U大，造成了整體為淺海開闊臺地相的棲霞組沉積（劉寶珺和朱同興，1990；王子玉，1992）。棲霞期的大規(guī)模海進(jìn)源于古特提斯洋的打開這一特定大地構(gòu)造背景，海平面的上升于中國南方地區(qū)廣泛沉積了棲霞組石灰?guī)r（劉寶珺等，1995）。這一時(shí)期，中國南方全區(qū)均為海域，在海域中的廣大地區(qū)為淺水碳酸鹽巖臺地，在海域的中北部和中東部，有兩個(gè)較深水的碳酸鹽巖臺地，在海域的西部、西南部和南部為深水盆地，在西南部的深水盆地中還分布著3個(gè)孤立的淺水碳酸鹽巖臺地（馮增昭等，1997）。

圖1 安徽巢北地區(qū)地質(zhì)背景及剖面位置Fig.1 Geologic background and profile position in Chaobei Region，Anhui

2 巖石學(xué)特征

結(jié)合野外露頭剖面的觀察與顯微鏡下微相特征的研究，巢北地區(qū)臭灰?guī)r段巖石類型整體為灰黑色中厚層狀石灰?guī)r，層間夾數(shù)毫米至數(shù)厘米厚灰黑色鈣質(zhì)泥巖，整套巖層富含有機(jī)質(zhì)。層間泥巖多呈飄帶狀或火焰狀，其中富含生物碎屑，生物碎屑呈明顯順層定向排列特征（圖2c）。石灰?guī)r主要分為5大類，即泥晶灰?guī)r、生物砂屑泥晶灰?guī)r、生物砂屑灰?guī)r、晶?；?guī)r及礫屑灰?guī)r，其中主要類型為生物砂屑泥晶灰?guī)r與生物砂屑灰?guī)r，純凈的泥晶灰?guī)r較少。各類石灰?guī)r具體特征闡述如下。

（1）生物砂屑灰?guī)r：多出現(xiàn)在厚層狀灰?guī)r的局部生物富集帶或呈夾層狀的生屑富集層。砂級生物碎屑類型多樣，主要有海綿類、腕足類、腹足類、雙殼類、海百合莖、有孔蟲、介形蟲、苔蘚蟲以及各種鈣藻類。碎屑含量40%～60%，分選中等—差，破碎無磨圓或有輕微磨圓，顆粒支撐，顆粒間多為灰泥基質(zhì)，局部可見亮晶膠結(jié)。

（2）生物砂屑泥晶灰?guī)r：剖面中表現(xiàn)為中—厚層石灰?guī)r中生物碎屑較為富集的灰?guī)r層。生屑類型以正常海相生物碎屑為主，主要有腕足介屑、海綿、介形蟲、腹足類、有孔蟲、雙殼類、鈣球以及各種鈣藻類。生物碎屑含量約10%～30%，灰泥支撐，生物碎屑呈漂浮狀存在于基質(zhì)中，分選較差，次棱角狀—次圓狀。

（3）泥晶灰?guī)r：新鮮面多為深灰色—灰黑色，結(jié)構(gòu)致密均一，不含或含有少量（≤10%）砂—粉砂級生屑。局部層位的泥晶灰?guī)r中見生物遺跡，生物遺跡的分布具有一定特征，剖面下部以垂直及高角度斜交的蟲孔構(gòu)造為主，而上部則主要為發(fā)育在巖層上層面的逃逸跡。

（4）晶?；?guī)r：常見于巖層上下與層間鈣質(zhì)泥巖相鄰部位，不同于正常晶粒石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)特征，此處晶粒石灰?guī)r內(nèi)部方解石晶粒的分布很不均勻，多呈斑塊狀分布特征。晶粒石灰?guī)r的產(chǎn)出與結(jié)構(gòu)特征表明其形成機(jī)理不同于埋藏條件下正常的重結(jié)晶，而是泥晶石灰?guī)r或含生屑的泥晶石灰?guī)r埋藏后，在地下酸性流體影響下發(fā)生重結(jié)晶作用。酸性條件作用下，方解石晶粒往往溶解與結(jié)晶作用同時(shí)發(fā)生，而酸性條件的形成與有機(jī)質(zhì)的分解有密切關(guān)系，這也可以說明為什么晶粒石灰?guī)r多出現(xiàn)于有機(jī)質(zhì)富集的鈣質(zhì)泥巖附近。

（5）礫屑石灰?guī)r：此處礫屑石灰?guī)r表現(xiàn)為兩種形式。一種礫屑為礫級的生物碎屑，生屑類型主要有海百合莖、腹足類、雙殼類、腕足類及海綿等。生屑多分布于層面附近，與巖層呈多角度斜交，礫屑分選較差，棱角—次棱角狀，礫間灰泥充填。該種礫屑灰?guī)r常位于正粒序最下方。另一種礫屑為石灰?guī)r，礫屑大小不一，形態(tài)各異，次圓狀至次棱角狀，巖性多為生屑灰?guī)r。礫屑局部聚集，緊密堆積，成層性不好。礫間為鈣質(zhì)泥巖充填，包裹礫石呈“眼球眼皮”構(gòu)造（圖2a）。鈣質(zhì)泥巖中普遍富含生物碎屑，由于壓實(shí)作用，生物碎屑呈明顯順層排列特征。

3 古生物學(xué)特征

巢北地區(qū)臭灰?guī)r段生物化石主要見鈣質(zhì)紅藻、綠藻、有孔蟲、蟲筳、海綿、珊瑚、苔蘚蟲、腕足類、海百合、雙殼類、頭足類等。生物化石多數(shù)已破碎，反映沉積期受到強(qiáng)水流的擾動作用。較完整化石來自于原地生活的生物在相對安靜的水動力條件下的就地埋藏，主要見有孔蟲、鈣藻、珊瑚、腕足、海綿、腹足等，整體表現(xiàn)為正常鹽度淺海生物組合特征。除以上生物化石以外，剖面中局部位置尚可見到生物遺跡化石，主要為Skolithos亞組合與Cruziana—Zoophycos亞組合。Skolithos亞組合以垂直層面的簡單潛穴為主，部分潛穴與層面呈高角度斜交，同時(shí)見有逃逸跡。Cruziana—Zoophycos亞組合多見于巖層層面泥質(zhì)含量較高或?qū)娱g泥巖中，遺跡化石分異度較高，有水平潛穴，也有垂直及傾斜的潛穴，包括Cruziana、Phycodes、Diplichnites、Zoophycos等遺跡化石。

剖面中生物化石數(shù)量由下向上整體呈逐漸減少的趨勢，類型也有所變化，如向上出現(xiàn)頭足類化石，而海綿化石明顯減少。遺跡化石在下部以Skolithos亞組合為主，上部則以Cruziana—Zoophycos亞組合為主。生物化石的組合特征，尤其是完整生物化石，對沉積環(huán)境具有準(zhǔn)確的指示作用。

4 風(fēng)暴沉積特征

在對研究剖面進(jìn)行野外與室內(nèi)研究過程中，作者發(fā)現(xiàn)臭灰?guī)r段存在著大量的典型風(fēng)暴沉積特征，主要包括丘狀交錯(cuò)層理、粒序?qū)永?、沖刷—充填構(gòu)造、礫屑灰?guī)r層、生物碎屑的破碎及異地搬運(yùn)等。這些沉積特征表明研究區(qū)臭灰?guī)r段沉積期曾受到風(fēng)暴作用的頻繁擾動。

圖2 安徽巢北地區(qū)臭灰?guī)r段沉積學(xué)、巖石學(xué)與古生物學(xué)特征Fig.The sedimentological，petrologic and palaeontological features of Swine Limestone Member in Chaobei Region，Anhui

4.1 粒序?qū)永?/h3>

臭灰?guī)r段粒序?qū)永矶喑霈F(xiàn)在中厚層狀石灰?guī)r的中下部，主要通過生物碎屑的不均勻分布呈現(xiàn)。粒序?qū)酉虏克锼樾剂６容^大，局部可達(dá)細(xì)—中礫級，為生物礫屑灰?guī)r，向上粒度逐漸減?。▓D2b），頂部多被灰黑色薄層狀鈣質(zhì)泥巖所覆蓋。整個(gè)粒序?qū)永矸从骋淮物L(fēng)暴流強(qiáng)度逐漸降低的過程。Jeffery和Aigner（1982）曾指出，風(fēng)暴卷起底部沉積和較小的介殼形成懸浮液，而把大的介殼集中為滯留介殼。風(fēng)暴的涌浪通過以后，懸浮物質(zhì)沉降形成含有小介殼的粒序?qū)?，粘土礦物由于其特有的片狀晶形而在最后階段與細(xì)小片狀生物碎屑共同沉積，并覆蓋在粒序?qū)又?，或夾于風(fēng)暴沉積層之間（圖2c）。在同一生屑富集帶中，生屑橫向上表現(xiàn)出不均一性，常呈團(tuán)塊狀富集，其原因在于攜帶生物碎屑的風(fēng)暴流在起伏不平的基底上經(jīng)過時(shí)會受到不同程度的阻擋，生物碎屑一般集中于阻力較大的地方，這也與風(fēng)暴形成的渦流作用有關(guān)。另外，這種不均勻分布可能反映了沉積顆粒供應(yīng)不足。

4.2 丘狀交錯(cuò)層理

丘狀交錯(cuò)層理被認(rèn)為是風(fēng)暴沉積的特征標(biāo)志，也是最能反映風(fēng)暴作用特征的沉積構(gòu)造（Ensele，1985；劉寶珺和曾允孚，1985；王吉禮，1985；張繼慶等，1985；孟祥化等，1986；張金亮，1988；馬永生和仲力，1990；姜在興等，1990）。該處丘狀交錯(cuò)層理一般出現(xiàn)在粒序?qū)永碇?，?dǎo)致絕大多數(shù)巖層層面凹凸不平，呈低緩的圓丘狀或長圓丘狀（圖2d）。

4.3 沖刷—充填構(gòu)造

作為底面構(gòu)造之一，沖刷—充填構(gòu)造是風(fēng)暴潮高峰階段所產(chǎn)生的多向性渦流對風(fēng)暴期前海底沉積物進(jìn)行沖刷、掏蝕和改造而產(chǎn)生的底部侵蝕—充填構(gòu)造，反映風(fēng)暴作用的起始位置（周進(jìn)高等，1999）。該處沖刷充填構(gòu)造主要表現(xiàn)為上覆富含生屑的灰?guī)r與下伏泥晶灰?guī)r直接過渡，兩者之間以一不規(guī)則形態(tài)的沖刷面為界（圖 2e，2f）。

4.4 生物碎屑的破碎及異地搬運(yùn)

化石及其碎屑的保存狀態(tài)是反映沉積水動力條件的重要因素，對其進(jìn)行分析，有助于沉積環(huán)境的恢復(fù)。而化石的分布和埋藏特征可以作為風(fēng)暴事件的指示。從研究區(qū)臭灰?guī)r段化石及其碎屑保存狀態(tài)及化石本身結(jié)構(gòu)、分布來看，主要有以下幾方面特征。

（1）化石大小不等，相差懸殊，分選極差，反映了無分選的快速沉積特征。

（2）化石分布極不均勻，同一層段的不同地方，甚至同一巖石薄片中的不同部位，化石密度差異巨大，化石稀少處其含量不到2%，而化石密集處含量可高達(dá)80%以上，這與正常沉積條件下生物碎屑相對均勻分布明顯不同。

（3）化石密集區(qū)多位于某一層位的底部或頂部等層面附近，且化石與巖層層面常呈現(xiàn)出多角度斜交，甚至出現(xiàn)大量與巖層層面垂直的海百合莖與海綿化石，反映了風(fēng)暴后期重力分選與快速沉積的雙重特點(diǎn)。

（4）大多數(shù)保存完整的生物體腔內(nèi)并未出現(xiàn)灰泥沉積，也不具示頂?shù)讟?gòu)造，而表現(xiàn)為亮晶充填，特別是一些完整的介形蟲體腔，甚至為方解石單晶充填（圖2g）。

（5）化石多破碎，但磨蝕較弱，常呈棱角—次棱角狀（圖2h），一些生屑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)退變現(xiàn)象，反映水體能量極強(qiáng)，但持續(xù)時(shí)間較短及再次搬運(yùn)特征。

（6）遺跡化石在沉積序列中分布不連續(xù)，多出現(xiàn)于巖層頂部及層間泥巖或泥質(zhì)灰?guī)r中，是風(fēng)暴間隙期生物擾動之反映，與相鄰的反映相對較高能環(huán)境的生屑灰?guī)r形成鮮明對比。此處遺跡化石組合具有風(fēng)暴沉積遺跡化石特征（胡斌，1989；王文彬，1990；Pemberton et al.，2000），尤其是逃逸跡的出現(xiàn)，反映事件性快速沉積的存在。

綜上所述，無論是生物碎屑保存狀態(tài)，還是化石形態(tài)特征、分布、組合方式等，均反映出該段沉積時(shí)受到了明顯的風(fēng)暴影響，但風(fēng)暴作用在空間和時(shí)間上表現(xiàn)出一定的不均一性，這取決于風(fēng)暴強(qiáng)度、沉積物特征、水底地形以及水體深度。

4.5 “眼球眼皮”構(gòu)造礫屑灰?guī)r

目前就該種礫屑灰?guī)r的成因主要存在兩種觀點(diǎn)：①碳酸鹽巖臺地沉積，經(jīng)差異壓實(shí)形成（馮增昭等，1991；羅進(jìn)雄和何幼斌，2010）；② 臺地碳酸鹽巖破碎后被搬運(yùn)至斜坡沉積（李雙應(yīng)等，2001；李雙應(yīng)和岳書倉，2002；杜葉龍等，2012）。筆者認(rèn)為，這種具“眼球眼皮”構(gòu)造的礫屑灰?guī)r與生物礫屑灰?guī)r一樣，也是風(fēng)暴作用的典型標(biāo)志。在水底地形坡度較大的地方，原有固結(jié)—半固結(jié)狀態(tài)的薄層灰?guī)r在風(fēng)暴作用的觸發(fā)下沿斜坡向下滑動，在下部坡度較小或地形低洼且水體較深處發(fā)生再沉積。由于搬運(yùn)距離較短、形成條件有限，該類石灰?guī)r表現(xiàn)出集中分布和分選較差等特征。

5 沉積環(huán)境特征

巢北地區(qū)臭灰?guī)r段巖石學(xué)、沉積學(xué)、化石與古生態(tài)學(xué)研究結(jié)果表明該區(qū)臭灰?guī)r段沉積于正常淺海碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，這與前人研究認(rèn)為下?lián)P子地塊棲霞組整體為正常淺海碳酸鹽巖臺地沉積背景相符（劉寶珺和朱同興，1990；馮增昭等，1991；王子玉，1992；何海青，1997；馮增昭等，1997；杜小弟等，1998）。

富含粒屑是巢北地區(qū)臭灰?guī)r段碳酸鹽巖的重要沉積特征，尤其是砂級的生物碎屑，表現(xiàn)在巖性上即為該套地層整體以生物砂屑泥晶灰?guī)r與生物砂屑灰?guī)r為主，純凈的泥晶灰?guī)r較少。粒屑的形成與沉積需要一定的擾動條件，這種擾動條件促使粒屑不斷搬運(yùn)，并在搬運(yùn)過程中發(fā)生不同程度的改造。然而，研究剖面臭灰?guī)r段中內(nèi)碎屑少見，且未能見到鮞粒等反映高能狀態(tài)的粒屑物質(zhì)，因此水體的擾動依然相對較弱，大量生物碎屑的堆積可能源于風(fēng)暴等間歇性強(qiáng)水流的改造。巖性特征，尤其是結(jié)構(gòu)組分特征表明，巢北地區(qū)臭灰?guī)r段并非沉積于絕對安靜的水體環(huán)境，而是受到波浪或者風(fēng)暴作用等具有一定能量水體擾動條件的頻繁影響。

研究剖面可見大量鈣藻化石，且化石保存良好，以紅藻門裸松藻及綠藻門的粗枝藻類為主，其中綠藻門的粗枝藻類見有Mizzia、Vermiporella、Pesudvermiporella、Eogoniolina及Calcisphaeres等，且以Mizzia與Vermiporella最為集中。粗枝藻類主要棲息于溫暖淺海，其深度范圍從低潮面以下延伸到約30m的水深，而大多數(shù)現(xiàn)生粗枝藻生活水深約5m，水深在10m以下數(shù)量減少，在幾十米深處則很少出現(xiàn)（管守銳，1989）。大量裸松藻反映清澈的淺水水域，水深一般不會超過30m（吳崇筠，1980）。鈣藻的出現(xiàn)，結(jié)合整個(gè)臭灰?guī)r段正常鹽度淺海生物組合特征，表明研究區(qū)臭灰?guī)r段沉積環(huán)境為正常淺海碳酸鹽巖臺地。生物的生長、發(fā)育與繁衍需要充足的氧氣，因此臭灰?guī)r段較高的生物產(chǎn)率說明其沉積環(huán)境內(nèi)部的水體也并非如前人認(rèn)為的那樣處于缺氧或貧氧狀態(tài)。

巖石類型及古生物演化對于確定沉積環(huán)境的發(fā)展規(guī)律具有重要價(jià)值。研究剖面下部巖石類型主要為灰泥支撐的生物砂屑灰?guī)r與顆粒支撐的生物砂屑灰?guī)r，上部則以灰泥支撐的生物砂屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r為主，整體向上生物碎屑含量減少，而灰泥含量則逐漸增高，反映水體能量的逐漸降低過程。另外，層間灰黑色富有機(jī)質(zhì)的鈣質(zhì)泥巖的含量及厚度由下到上也同樣具有逐漸增大的趨勢。在古生物演化方面，生物化石的含量由下向上整體呈逐漸減少的趨勢，出現(xiàn)較深水動物及游泳型動物化石，鈣藻類碎屑減少。遺跡化石在剖面的底部未見，而中部偶有垂直蟲孔，上部泥質(zhì)條帶及層面上出現(xiàn)大量遺跡化石，為多角度蟲孔。因此，巖石類型及古生物演化特征表明巢北地區(qū)臭灰?guī)r段沉積期整體表現(xiàn)為一個(gè)明顯的海侵過程。

6 討論

富有機(jī)質(zhì)沉積是臭灰?guī)r段的明顯特征，根據(jù)前人研究數(shù)據(jù)，巢北地區(qū)臭灰?guī)r段中TOC為1.24%～2.27%，可溶有機(jī)質(zhì)含量為150×10-6～470×10-6，其中有機(jī)組分主要是海相腐泥基質(zhì)及瀝青，同時(shí)含有少量陸源有機(jī)碎屑（賈蓉芬等，1996）。關(guān)于臭灰?guī)r段有機(jī)質(zhì)的來源問題一直是人們對棲霞組研究時(shí)不可回避的一項(xiàng)內(nèi)容。碳酸鹽巖富有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)，自然使人們聯(lián)系到沉積環(huán)境中水體的缺氧（顏佳新，2004）。層間大量黑色頁巖、局部含燧石結(jié)核、各種地球化學(xué)特征（呂炳全和翟建忠，1989；顏佳新等，1998；施春華等，2001，2004a、b）、化石古生態(tài)特征以及遺跡組構(gòu)特征等（顏佳新等，1997）被認(rèn)為是缺氧沉積的主要表現(xiàn)。為此，人們提出了多種解釋缺氧環(huán)境形成的沉積模式（顏佳新，2004；呂炳全和翟建忠，1989）?，F(xiàn)有的各種模式雖然一定程度上解釋了一些沉積現(xiàn)象，然而并不能適用于整個(gè)揚(yáng)子板塊臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)沉積的解釋，或多或少仍然存在一些缺陷。

生物化石豐富是研究區(qū)臭灰?guī)r段的一大特征，表明臭灰?guī)r段沉積期該區(qū)具有較高的生物產(chǎn)率。棲霞組中豐富的有機(jī)質(zhì)正與該時(shí)期較高的生物產(chǎn)率有關(guān)，這是臭灰?guī)r段有機(jī)質(zhì)豐富來源的前提（顏佳新，2004）。然而，巖石中富有機(jī)質(zhì)沉積不僅與有機(jī)質(zhì)豐富來源有關(guān)，更重要的是得益于保存環(huán)境。如前所述，臭灰?guī)r段沉積期，研究區(qū)整體為淺水碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，并且環(huán)境中水體是富氧的，這與一般富有機(jī)質(zhì)沉積所需要的“缺氧或貧氧”沉積條件相悖。正常沉積條件下，沉積物堆積速度緩慢，此時(shí)富氧性沉積環(huán)境不利于有機(jī)質(zhì)的保存，生物體死亡堆積后將在相當(dāng)長的時(shí)期處于同生階段，很容易被富氧水體所氧化分解。因此，要想使有機(jī)質(zhì)在該富氧性沉積環(huán)境中保存，必須使沉積生物體沉積后很快脫離富氧水體的作用。

臭灰?guī)r段沉積期，研究區(qū)頻繁受到熱帶風(fēng)暴的影響，風(fēng)暴沉積發(fā)育。風(fēng)暴浪對早期沉積產(chǎn)物進(jìn)行擾動、破碎并懸浮搬運(yùn)，隨著風(fēng)暴流水動力強(qiáng)度的減弱，沉積物快速沉積。由于沉積速率快，大多數(shù)保存完整的生物體腔內(nèi)并未出現(xiàn)灰泥或示頂?shù)讟?gòu)造，而表現(xiàn)為亮晶充填，特別是一些完整的介形蟲體腔甚至為方解石單晶充填（圖2g）。沉積物發(fā)生快速沉積埋藏作用，且一次性沉積厚度較大，加之灰泥沉積物的致密性特征，很快使得堆積下來的沉積物脫離富氧水體的作用，從而使得有機(jī)質(zhì)得以良好的保存。

“眼皮眼球”構(gòu)造發(fā)育的風(fēng)暴沉積礫屑灰?guī)r是認(rèn)識有機(jī)質(zhì)富集成因的切入點(diǎn)。地球化學(xué)測試表明，礫屑灰?guī)r中礫屑的 V/（V+Ni）比值為0.36，屬含氧環(huán)境，而礫屑之間的充填物V/（V+Ni）比值為0.48，屬于貧氧環(huán)境（李雙應(yīng)等，1995）。作為氧化還原環(huán)境的另一個(gè)指標(biāo)［Fe3+/（Fe3++Fe2+）］×100，礫屑為60.7，礫屑之間充填物為40.7，其所得結(jié)論與上述V/（V+Ni）比值一致 （李雙應(yīng)和金福全，2001）。羅進(jìn)雄和何幼斌（2010）對中—上揚(yáng)子地區(qū)的“眼皮眼球”構(gòu)造礫巖灰?guī)r的地球化學(xué)研究也同樣反映上述特征。礫屑與充填物表現(xiàn)在地球化學(xué)特征上的差異，反映了二者形成環(huán)境與條件的不同。作為礫屑來源，早期正常天氣沉積的石灰?guī)r形成于富氧沉積水體，沉積作用緩慢，沉積物得以與富氧水體發(fā)生充分接觸，因此灰?guī)r內(nèi)部保存有含氧環(huán)境的地球化學(xué)特征。由于風(fēng)暴作用的觸發(fā)，早期石灰?guī)r層在風(fēng)暴流的作用下發(fā)生破碎，并以礫屑的形式進(jìn)行搬運(yùn)。隨著風(fēng)暴作用強(qiáng)度的減弱，礫屑發(fā)生再沉積作用，與此同時(shí)，與礫屑同時(shí)沉積的灰泥及細(xì)小生物碎屑便形成礫屑之間的充填物。在此過程中，由于堆積作用迅速，早期沉積物未能與富氧水體發(fā)生長期接觸便被上覆后繼沉積物覆蓋埋藏，因此礫屑之間的充填物往往呈現(xiàn)貧氧環(huán)境特征。另外，沉積物在搬運(yùn)與堆積過程中裹挾有大量的有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物質(zhì)在成巖作用過程中對沉積物發(fā)生還原，并且這種還原作用主要作用于疏松的礫間充填物，而對于礫屑本身，由于粒度較大且結(jié)構(gòu)密實(shí)，因此作用并不強(qiáng)烈。

關(guān)于研究區(qū)臭灰?guī)r段沉積期風(fēng)暴頻發(fā)問題，前人研究認(rèn)為早二疊世下?lián)P子地區(qū)位于南半球赤道附近（吳根耀等，2002），直到三疊紀(jì)初期下?lián)P子板塊古緯度（南京參考點(diǎn)）是北緯4°左右（張永鴻，1996）?？梢源_定，棲霞組沉積時(shí)期，下?lián)P子區(qū)為熱帶濕潤氣候，作為一個(gè)較小的獨(dú)立地塊，下?lián)P子孤立于熱帶海洋之中。顏佳新和趙坤（2002）基于整個(gè)東特提斯地區(qū)早二疊世古氣候特征研究，也明確了下?lián)P子區(qū)棲霞期屬赤道氣候帶。與現(xiàn)代海洋中的風(fēng)暴作用范圍一致，地質(zhì)歷史中的風(fēng)暴沉積多位于熱帶、亞熱帶氣候區(qū)。下?lián)P子地塊臭灰?guī)r段沉積期古緯度特征為風(fēng)暴作用的頻發(fā)提供了良好的條件，導(dǎo)致臭灰?guī)r段風(fēng)暴沉積的廣泛發(fā)育，結(jié)合沉積期較高的生物產(chǎn)率，最終導(dǎo)致臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)特征的形成。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本文研究范圍僅限于巢北地區(qū)，而棲霞組在中國南方大片分布，而且以富有機(jī)質(zhì)的“臭灰?guī)r”著稱，其中那些更加富有機(jī)質(zhì)的巖石是否受到風(fēng)暴作用的破壞和改造仍需要進(jìn)一步的研究，以此從風(fēng)暴沉積作用來論證該灰?guī)r地層的富有機(jī)質(zhì)成因。對于整個(gè)揚(yáng)子板塊棲霞組臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)沉積，在尚未尋找到明確風(fēng)暴成因證據(jù)之前，可能還需要從全球變化上予以考慮。

7 結(jié)論

臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)沉積是現(xiàn)階段爭議較大的問題。以安徽巢北地區(qū)二疊紀(jì)棲霞組臭灰?guī)r段為研究對象，從巖石學(xué)、古生物學(xué)及沉積學(xué)研究出發(fā)，探討臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)成因與風(fēng)暴沉積之間的關(guān)系，得出以下主要結(jié)論。

（1）臭灰?guī)r段巖性整體為灰黑色中厚層狀石灰?guī)r，層間夾數(shù)毫米至數(shù)厘米厚灰黑色鈣質(zhì)泥巖，整套巖層富含有機(jī)質(zhì)。石灰?guī)r主要分為5大類，即泥晶灰?guī)r、生物砂屑泥晶灰?guī)r、生物砂屑灰?guī)r、晶?；?guī)r及礫屑灰?guī)r，其中主要類型為生物砂屑泥晶灰?guī)r與生物砂屑灰?guī)r，純凈的泥晶灰?guī)r較少。

（2）臭灰?guī)r段生物化石豐富，整體為熱帶、亞熱帶正常鹽度淺水生物組合為特征。除部分原地沉積而保存完整外，多數(shù)生物遺體破碎嚴(yán)重并發(fā)生搬運(yùn)沉積。

（3）臭灰?guī)r段沉積于正常淺海碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，沉積期總體表現(xiàn)為一個(gè)明顯的海侵過程。沉積環(huán)境并非如前人所述為“貧氧或缺氧”條件，而是正常富氧環(huán)境。

（4）臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)特征一方面得益于沉積期較高的生物產(chǎn)率，同時(shí)還與風(fēng)暴作用密切相關(guān)。臭灰?guī)r段沉積期研究區(qū)風(fēng)暴作用頻繁，風(fēng)暴作用下沉積物發(fā)生快速沉積埋藏作用，從而導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)良好保存。

（5）棲霞組在中國南方大片分布，而且以富有機(jī)質(zhì)的“臭灰?guī)r”著稱，對于其他地區(qū)那些更加富有機(jī)質(zhì)的巖石是否受到風(fēng)暴作用的破壞和改造仍需要進(jìn)一步的研究，以此從風(fēng)暴沉積作用來論證該灰?guī)r地層的富有機(jī)質(zhì)成因。對于整個(gè)揚(yáng)子板塊棲霞組臭灰?guī)r段富有機(jī)質(zhì)沉積，在尚未尋找到明確風(fēng)暴成因證據(jù)之前，可能還需要從全球變化上予以考慮。