等深流是一种平行于海底等深线做平稳低速流动的环流^{[1, 2]}，其主要驱动力是由于地球旋转而形成的温盐差^{[3, 4]}，常见于陆隆位置^{[5, 6]}。等深流沉积物堆积体等深岩丘具有巨大的矿产潜在价值，阿拉伯克拉通上的白垩系等深岩丘便是一个具有相当规模的油田，已有数十年的开采历史^[7]。因此，弄清等深流沉积的地质特征具有重大意义。截至目前，我国已在湖南、湖北、甘肃、内蒙古、广西、安徽、浙江、南海等地的不同时代地层中发现了等深流沉积^{[8, 9, 10, 11, 12, 13]}，同时随着综合大洋钻探计划的开展，在现代海洋中新发现了大量等深流沉积并做了详细的研究。但由于等深流沉积的鉴别标志尚不完善、对古代等深岩丘的形成机理和沉积环境研究较少等原因，现代等深流沉积和古代等深流沉积在发现数量和研究程度上仍存在着发展不平衡。特别是对古代地层中记录的等深岩丘研究较浅显，其中包括阿拉伯克拉通上的白垩系等深岩丘^[7]、中国湘北九溪下奥陶统等深岩丘^{[14, 15]}和甘肃平凉中奥陶统等深岩丘^[16]。对上述地区进行详细研究完善等深流沉积的鉴别标志便尤为关键。本次所选研究区域属于湘北九溪等深岩丘的西北边界地区，分析此处的等深流沉积特征有助于湘北九溪等深岩丘的展布范围及沉积历史研究的进展。 1 地质背景

研究区位于华南古大陆边缘中部地区的湖南省张家界市沅古坪地区。据最新研究，该区奥陶纪处于前陆盆地演化与造山阶段(O—S，488~420 Ma)，下部主要为碳酸盐岩沉积，上部主要为陆相碎屑岩沉积。早奥陶世该区属闭合造山阶段，整个区域由被动大陆边缘转化为前陆盆地^[17]。此时，研究区西北侧为广阔的浅水碳酸盐岩台地，东南侧江南区则为盆地沉积区^{[14, 18, 19, 20, 21]}，工区处于斜坡过渡带上(图 1)。同时，野外剖面上的生物化石和遗迹化石(Cordylodus、Glockeria等)，均属于典型的深水生物相^[14]。此外通过对泥晶灰岩中小型交错层理进行古流向恢复，也显示工区存在平行斜坡走向的古牵引流即等深流^[22]。因此，研究区为深水斜坡环境，发育等深流沉积。该区下奥陶统由下至上依次发育盘家咀组、马刀堉组、桃花石组、九溪组、舍人湾组，等深流沉积主要发育于盘家咀组和马刀堉组下部。

图 1 研究区下奥陶统岩相古地理图[20, 21] Fig. 1 The lithofacies palaeogeography map of the study area in Lower Ordovician

图选项

由等深流沉积作用而形成的岩石称之为等深岩^{[1, 23]}。等深流沉积类型主要为陆源碎屑岩类和碳酸盐岩类。按粒度和成分特征，可将碳酸盐岩类的等深流沉积进一步细分为灰泥等深岩、粉屑等深岩、砂屑等深岩、砾屑等深岩和生物屑等深岩5种^[24]。

研究区下奥陶统盘家咀组主要发育灰色泥晶灰岩、砂屑灰岩和生物屑灰岩，为垂向降落沉积、重力流沉积和等深流沉积3种沉积类型。通过对沅古坪地区野外剖面的实测、精细描述及综合研究，认为该区等深流沉积主要为灰泥等深岩、砂屑等深岩和生物屑等深岩3种(表 1)。

灰泥等深岩相总体上为泥晶灰岩，有时含泥质或粉屑条带(图 2a)。单层厚度不大，在2~7 cm之间。该类岩相中可见大量的生物潜穴或搅动构造(图 3a)，灰泥中频繁出现不规则的粉屑斑块、泥质呈不规则的纹层状，均与生物活动有关^{[25, 26, 27]}(图 2b)。通过碳氧同位素分析，其δ¹³C值为0.18‰~1.56‰；δ¹⁸O值为-10.85‰~-9.54‰。与深水原地沉积(灰色泥晶灰岩δ¹³C值为-0.83‰~0.03‰；δ¹⁸O值为-10.08‰~-9.67‰)相比，具有高δ¹³C值、低δ¹⁸O值的特点^[28]。 2.2 砂屑等深岩

该类岩相主要为砂屑灰岩，粒度较粗(图 3b)，在野外呈无明显层理的块状，易于识别。颗粒总体上分选比较好，磨圆中等至较好，生物扰动现象不常见。此岩相中经常可见的颗粒富集的不规则条带与缝合线构造是砂屑等深岩野外沉积特征之一(图 2c)。通过碳氧同位素分析，其δ¹³C值为1.61‰~2.77‰；δ¹⁸O值为-10.68‰~-10.28‰。与灰泥等深岩相比，具有高δ¹³C值、低δ¹⁸O值的特点。 2.3 生物屑等深岩

剖面上生物屑等深岩分布极少，其岩性为生物屑灰岩。其中，生物屑含量达75%以上，夹杂一定的砂屑、粉屑，灰泥含量一般不超过10%。生物屑颗粒分选较好，磨圆中等(图 2d)。常见三叶虫(图 3d)、棘皮类碎屑颗粒^[29]。单层规模从几厘米到几十厘米，一般呈透镜状夹于原地泥晶灰岩之中，无明显沉积层序。而生物屑滩往往沉积规模较大，生物种类丰富，个体较大，且具有沉积层序，两者具有较大区别。

图 2 沅古坪地区盘家咀组等深岩类型的野外照片及解释 a.灰泥等深岩呈不规则条带展布；b.灰泥等深岩中顺层分布的生物扰动现象；c.砂屑等深岩与原地沉积韵律互层；d.生物屑等深岩呈透镜状夹于原地泥晶灰岩中。 Fig. 2 Outcrop photographs and interpretations showing the contourite types of Panjiazui Formation in Yuanguping area

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图 3 沅古坪地区盘家咀组等深岩类型的镜下特征 a.灰泥等深岩，可见生物钻孔现象，单偏光；b.砂屑等深岩，细砂屑—粗砂屑，单偏光；c.砂屑等深岩，砂屑颗粒及生物碎屑，单偏光；d.生物屑等深岩中的三叶虫生物屑，单偏光。 Fig. 3 Photomicrographs showing the contourite types of Panjiazui Formation in Yuanguping area

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不同类型的等深岩在空间上并不是孤立存在的，而是呈一种规律的层序分布的。一个完整的等深岩层序包括五段，在垂向上颗粒粒度呈现由细到粗再到细的粒序，自下而上依次为：①灰泥等深岩，②粉屑等深岩，③砂屑等深岩，④粉屑等深岩，⑤灰泥等深岩。不完整的等深岩层序以缺少第二段为主，缺少第二段、第四段的次之^[30]。

本次所测沅古坪剖面下奥陶统盘家咀组中完整的等深岩层序少见，主要存在以下3种不完整的等深岩层序(图 4)，层序的厚度范围在15~225 cm之间，主要集中在80 cm左右。 3.1 单一灰泥等深岩组成的层序

本区首次发现由单一类型等深岩叠置组成的层序，对进行等深流强度的周期变化研究具有指示意义。此层序由单一灰泥等深岩组成，在垂向上表现为灰泥等深岩单层厚度由薄变厚再变薄的特征。层序一般厚约120~240 cm左右。常有呈透镜状或不规则条带状的原地泥晶灰岩夹于其中。根据灰泥等深岩单层在垂向上的变化规律，该层序也可划分为五段(图 4A型)。第1段厚约27 cm，岩性为浅灰色泥晶灰岩夹深灰色纹层状含泥含云灰岩，浅灰色泥晶灰岩的单层厚度约0.6 cm左右；第2段与第1段的岩性一致，厚度约30 cm，但浅灰色泥晶灰岩的单层厚度增加至1 cm左右，深灰色纹层状含泥含云灰岩单层厚度变小；第3段中浅灰色泥晶灰岩的单层厚度最大，单层达3 cm左右，常见生物扰动形成的虫孔。深灰色纹层状含泥含云灰岩不发育。整段厚约35 cm；第4段中浅灰色泥晶灰岩的单层厚度变薄，单层厚约0.8 cm左右，深灰色含泥含云泥晶灰岩的发育密度变大。整段厚约32 cm；第5段与第1段类似，整段厚约23 cm，但此时浅灰色泥晶灰岩呈间断的串珠状夹于深灰色纹层状含泥含云泥晶灰岩之中，最厚处约0.5 cm。该层序在整个剖面上均发育，且在剖面中部尤为发育。 3.2 灰泥等深岩与生物屑等深岩组成的层序

该类型层序在剖面上不常见，主要发育于剖面的上部。单个层序规模较小，在野外常常几个层序叠置在一起(图 4B型)。单个层序的厚度在5~22 cm之间，主要集中在13 cm左右。层序自下而上，依次发育灰泥等深岩，生物屑等深岩和灰泥等深岩。其中，生物屑等深岩中常常夹一些砂屑透镜体。其砂屑颗粒的分选、磨圆较好，一般呈不规则条带或串珠状展布^[24]。

在剖面上其表现为多个层序在垂向上相互叠加的韵律，韵律规模多在1.5 m左右，最大厚度可达2.6 m。韵律中一般由数个至十几个小层序组成，厚度由下至上表现为由小变大再变小的特征，此韵律总体上也反映了一次大规模的等深流强度由弱变强再变弱的变化规律。 3.3 灰泥等深岩与砂屑等深岩组成的层序

此类层序是由灰泥等深岩与砂屑等深岩组成的对称不完整等深岩层序(图 4C型)。垂向上呈现一种细—粗—细的粒序，反映了等深流强度的周期性变化。灰泥等深岩常常风化比较严重，但其中的生物扰动现象还是很明显。砂屑等深岩中可见缝合线构造。该层序一般规模较大，常在80 cm左右，但在研究区仅发育三处，主要集中在盘家咀组的中上部。

图 4 沅古坪地区盘家咀组等深岩层序 Fig. 4 The contourite sequence of Panjiazui Formation in Yuanguping area

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在张家界沅古坪剖面上，盘家咀组及马刀堉组下部厚约822.5 m，自下而上均有等深岩分布。按照等深岩发育类型和发育程度的不同，可将整个剖面划分为3部分。剖面上第Ⅰ部分(10层~26层)等深岩发育较少。主要以深水原地沉积和重力流沉积为主，少量灰泥类等深岩。等深岩层序以单一灰泥等深岩组成的A型层序为主。第Ⅱ部分(27层~41层)，在此部分上可见四个等深岩的集中发育段，即27层~28层、32层、36层和38层。每段均有由灰泥等深岩与砂屑等深岩组成的C型不完整层序。颗粒粒度垂向上呈细—粗—细的粒径变化特点，对应一个完整的等深流强度变化周期。第Ⅲ部分(42层~53层)该段等深岩发育，且以含砂屑等深岩或生物屑等深岩的B、C型复合层序为主。每个复合层序又包含了若干单个的等深岩层序，而单个的等深积岩层序也为由细变粗又变细的逆—正粒序，表明此时段等深流活动活跃，周期变化频繁。通过对沅古坪地区盘家咀组各段等深岩发育情况的研究(图 5)，发现从第Ⅰ部分至第Ⅲ部分，等深岩的发育比依次为：12.9%，23.6%，26.1%。说明该地区早奥陶世盘家咀组等深流活动强度总体上呈由弱到强的变化规律。通过与九溪等深岩丘经典剖面的对比，认为此处应为湘北九溪下奥陶统等深岩丘的边界地区。

图 5 湖南张家界市沅古坪奥陶系盘家咀组等深岩丘剖面图 Fig. 5 The profile of contourite drift in Ordovician Panjiazui Formation in Yuanguping area，Hunan province

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碳氧同位素特征对于沉积环境具有指示意义。碳同位素主要受有机质埋藏速率和海平面变化的影响，氧同位素易受温度、盐度和大陆冰川演化的影响^[28]。因此，灰泥等深岩具有高δ¹³C值应与其形成环境中生物的大量发育和其形成时期海平面相对升高有关，这与等深岩主要发育于海平面上升期这一鉴别标志相一致^[24]。同理，砂屑等深岩δ¹³C值特征反映其形成时海平面相对升高，发生了小规模的海侵^[28]，其沉积水体相对较深且古生物不发育。

每一种类型的层序都代表一个等深流活动的周期性变化^[31]。当等深流活动强度由弱到强时，就可能侵蚀下伏已形成的等深流沉积，而当等深流活动由强到弱变化时，则不易侵蚀下伏已形成的等深流沉积，从而形成本地区常见的B型和C型层序。而像A型复合层序总体上的薄—厚—薄变化，则为等深流活动强度更大一级周期的弱—强—弱变化的结果，同时也表明A型等深岩层序实质上是由若干个等深流活动周期形成的叠加层序。

中、晚寒武世研究区属于深水环境，以重力流作用为主，但在沈家湾组顶部已经出现一些等深岩，则该时期为沅古坪等深岩丘的萌芽时期。奥陶世是该区等深岩的主要发育时期，其盘家咀组是等深岩组成的等深岩丘的形成时期，其特点是等深岩层序大量发育，并以较短的间距分布于整个层系中。而在马刀堉组中，等深流沉积以灰泥级等深岩为主、砂级等深岩不发育，说明此时该区水深变浅，等深流活动减弱，原地沉积物增加^[32]。沅古坪盘家咀组等深岩层序的发育特征是由于周期性的等深流强度增加而形成的，与上述工区的沉积背景演化相一致。根据对整个剖面等深岩所反映的等深流强度的定性研究，认为盘家咀组为此等深岩丘的成熟期。 6 结论

(1) 湘北沅古坪地区盘家咀组等深流沉积发育有灰泥等深岩、砂屑等深岩和生物屑等深岩3种等深岩相。其中灰泥等深岩是该地区最发育的等深岩相。

(2) 沅古坪地区盘家咀组主要发育单一灰泥等深岩叠置组成的层序、灰泥等深岩与生物屑等深岩组成的层序、灰泥等深岩与砂屑等深岩组成的三种不完整等深岩层序。

(3) 根据等深岩发育类型和发育程度的不同，将整个剖面划分为3部分。从第Ⅰ部分至第Ⅲ部分，等深岩的发育程度依次为：12.9%，23.6%，26.1%。表明该地区早奥陶世盘家咀组时期等深流活动强度总体上呈由弱到强的变化规律。

(4) 结合区域地质背景以及对整个剖面等深流强度变化规律的定性研究，认为沅古坪地区盘家咀组形成于此等深岩丘的成熟期。这对湘北等深岩丘的形成机理研究及其展布范围的界定具有重大意义。