地震和非地震引发的软沉积物变形*

地震事件沉积(震积岩)是现代沉积学的一个热点问题。地震可引发各种软沉积物变形,容易造成地震成因的和非地震成因的软沉积物变形的混淆。论文重点讨论了地震成因和非地震成因(冰融作用,天然气水合物泄漏,水力破裂,滑坡、滑塌、泥石流,液化等)的软沉积物变形,并对地震同生、准同生软沉积物变形及其与相关的软沉积物变形关系进行了讨论。     

沂沭断裂带及其近区地震事件地层的时空分布及意义*

沂沭断裂带纵贯山东省中部,属郯庐断裂带中段。在沂沭断裂带及其近区新元古代—新生代的沉积地层中,到目前,已识别出25个地震事件层位。这些地震事件层位的名称取自不同年代或年龄的含地震记录的岩石地层。大多数地震记录是震积岩,少部分为震火山岩,它们的时空分布支持该断裂带生成—活动与发展历史分2个阶段: 古郯庐断裂带阶段(新元古代—古生代)和中—新生代阶段。新元古代初鲁中至苏皖北部NNE向韧性剪切带的形成,沟通了秦岭大别与苏鲁洋间的NEE走向的转换断层,可能是沂沭断裂带或古郯庐断裂带的成因机制。在纵向上,古郯庐断裂带阶段形成了8个地震事件层位,其中5个地震事件层位较密集地分布于南华系至中下寒武统;中—新生代阶段形成了17个地震事件层位,其中12个层位较密集的分布于白垩系—古近系。因此,南华纪—早中寒武世、白垩纪—古近纪分别为2个发展阶段的强地震事件频繁发生时段。在这2个发展阶段,该断裂带地震活动的动力来源不同: 古郯庐断裂带阶段主要源于华北与华南板块的相向运动与碰撞;中—新生代阶段主要源于太平洋板块向欧亚大陆板块下俯冲。在横向上,有15个(占60%)地震事件层位分布在此断裂带内或由该断裂带内向两侧延伸,这体现了沂沭断裂带一直是研究区内发震构造的主体。所有地震事件地层分布于该断裂带纵中轴线两侧150~180,km以内的同沉积盆地,这证明该深大断裂带的两侧近区是强构造地震活动区。作者关于地震事件层位的时空分布的论述和图解,展示了该断裂带自形成以来的地震作用的过程与历史,清晰地勾绘出了这条长期活动地震带的影响范围,这不仅对分析此类深大活动断裂带及其附近由地震引发的软沉积物变形与地震作用具有重要意义,而且对评价此类地震带对地表和建筑物的地震破坏效应也具有重要意义。     

新元古代沂沭海峡地震引发的软沉积物变形及其微量元素信息

新元古代沂沭海峡位于郯庐断裂带昌邑—大店断层西侧宽60~90km、长300km的区域内,其分布范围基本与郯庐断裂带中段一致。新元古代,该海峡盆地先后沉积了青白口系、南华系及震旦系的滨—浅海相陆源碎屑、泥质及碳酸盐沉积物,其岩石地层称之为土门群。本次研究从该海峡盆地土门群佟家庄组(由石英砂岩、泥灰岩和页岩组成,属南华系)、浮来山组(由细—粉砂岩夹页岩组成,属震旦系)及石旺庄组(主要由碳酸盐岩组成,下部夹页岩,属震旦系)中鉴别出了一系列地震触动软沉积物形成的变形构造,包括液化砂墙和砂脉、负载构造、火焰构造、球枕构造、软布丁构造、底辟构造、滑塌褶曲和同沉积断层等。它们是地震事件的记录——震积岩。新元古代中晚期(约800—600Ma)沂沭海峡盆地拉张裂陷是它们形成的动力机制。根据石旺庄组中的微亮晶方解石脉与地震成因的变形构造(如负载、火焰、软布丁及同沉积断层等)共(伴)生的事实,并结合模拟地震试验结果分析,认为微亮晶方解石脉很可能是地震引发的饱和灰泥(方解石微粒)液化脉。微量化学元素分析结果表明,这些震积岩中的w(La)/w(Sc)和w(La)/w(Th)值高于上地壳平均值和正常沉积层,而w(Th)/w(Sc)值则较低,深源微量元素Ni和Cr的含量也高于上地壳平均值及正常沉积层。这些微量元素特征是当时的盆地基底不稳定、快速沉积且伴有深部物质元素混入的反映,强地震很可能是快速沉积和促进深源物质混入的主要动力。土门群中发育的一系列地震引起的软沉积物变形(震积岩),再次证明了古郯庐断裂带的存在,由它们记录的地震事件也是晋宁运动乃至Rodinia超大陆的裂解的响应。     

黏性沉积物中的古地震触变流动变形*

粒径小于0.005mm的饱和淤泥和黏土等对地震和外力扰动产生的敏感变化特性被称为触变性。地震触发的软沉积物流动变形构造包括液化流动变形与触变流动变形两大类,前者多指沙层和碳酸盐沉积物的液化流动变形,后者指饱和的泥质沉积物触变流动变形。在地层剖面中,饱和淤泥、淤泥质土、黏土、硅泥(胶体)、碳酸盐灰泥等黏性沉积物的触变流动变形构造广布,它们多与沙层等的液化变形构成复合变形构造,但中外地质学家对触变流动变形构造注意较少,往往把它们笼统解释为液化流动构造。近年来地震触发饱和淤泥的触变流动变形现象逐渐引起地质学家的关注。作者对国内多个地层剖面中地震触发的饱和淤泥流动变形记录进行了描述和成因解释,并按照触变流动变形的方向性归纳出4类模式,即①向上流动、②向下流动、③同时向上及向下流动和④近水平方向流动,希望引起从事软沉积物变形和古地震研究的地质学家的关注。     

山东郯城麦坡中更新世地震事件记录*

山东郯城麦坡被命名为典型地震活动断层遗址,其最醒目的标志是郯庐断裂带主干断层(F₂)东盘的紫灰色下白垩统逆冲到断层西盘的红棕色第四系之上且界线截然。野外调查和试验分析表明,郯城麦坡第四系于泉组中发育液化砂涌管、液化砂脉、震裂缝充填构造和同沉积断层等地震引发的软沉积物变形构造——地震事件记录。根据软沉积物变形构造的砂质黏土光释光测年分析,推断这些软沉积物变形构造所记录的地震事件属郯庐断裂带主干断层F₂在中更新世晚期发生的强构造与地震活动。这些地震事件记录为研究郯庐断裂带新构造运动与地震活动提供了新资料,也丰富了该地震活动断层遗址的内涵。     

软沉积物滑塌变形物理模拟及变形机理分析*

软沉积物滑塌变形是一种地质现象,对于分析区域地质发展史和指导油气勘探具有重要的意义,近年来越来越受到地学界的重视。但大多数的研究是基于野外现象的定性观察描述,对其形成过程和成因机制的定量探究较少。笔者建立了一套斜坡背景下重力驱动的软沉积物滑塌变形物理模拟实验装置,并设计了完整的实验程序,利用具有不同黏滞系数的材料模拟地层,通过多次实验改变沉积箱坡度模拟不同的地层倾角,总结了软沉积物滑塌变形的演化模式: 滑塌开始,模拟地层逐渐隆起;随着地形坡度变大,滑塌褶皱依次发展成圆弧褶皱、紧密等斜褶皱,断裂产生后形成类似无根等斜褶皱和鞘褶皱的变形构造,直到地层趋于平稳。分析了软沉积物滑塌变形的机理: 软沉积物受到自身沿斜坡重力的驱动,发生滑塌,层与层之间的剪切效应导致软沉积物发生变形。     

河南南召盆地上三叠统太山庙组软沉积物变形构造及其古地理意义*

河南南召盆地上三叠统太山庙组中发现的软沉积物变形构造包括同沉积断层、液化均一层与泄水脉、底劈构造、塑性变形层、碎裂岩及大型负载构造。它们集中保存在太山庙组中段深湖环境中,以该层段为界,其下水体渐深,其上水体渐浅。多数软沉积物变形构造与浊流沉积砂体相伴生,也可保存在泥岩层中,其形成可能与浊流沉积过程相关,但古地震活动是主要的触发机制。软沉积物变形的类型包括液化变形、塑性变形和脆性变形,指示了高强度的古地震活动,记录了秦岭造山带印支期一次强烈的造山活动。造山带逆冲推覆作用造成南召盆地的抬升,代表了前陆盆地系统中的楔顶沉积。     

中国软沉积物变形构造及地震岩研究简评①

近30年(1987—2016)来,中国的软沉积物变形构造、地震岩、震积岩及古地震研究,取得了很大的进展和成绩。但是,在国内中文期刊中已发表的约140篇文章和已出版的一些专著中,几乎都把具软沉积物变形构造的岩层当作地震岩。可喜的是,中国石油大学(华东)的老师们和学生们,对山东青岛灵山岛下白垩统中的软沉积物变形构造的研究,却有多种不同的观点,呈现出了一种活跃的学术气氛。笔者等的看法是: (1)软沉积物变形构造是一种沉积构造,它有多种成因,它是一个很好的沉积学和地质学术语,应继续地和更广泛地使用下去。(2)地震岩是专指由地震引起的具软沉积物变形构造的岩层,它是具多成因的软沉积物变形构造的岩层的一种,不能把所有的具软沉积构造的岩层都当作地震岩。有的地质学家建议废弃地震岩这一术语。(3)震积岩是“seismites”(地震岩)的误译,不宜再继续使用。(4)由于地震岩和震积岩这两个术语在国内外已使用多年,要废弃它们或不再继续使用它们,应得到国内外的多数地质学家的同意才行。     

沉积物的地震及古地震效应*

古地震是依据地层中保留的沉积物变形记录而确定的。系统归纳总结地震诱发沉积物变形将为古地震研究提供理论基础,也有助于野外调查辨认这些记录。作者提出了一个初步的、供讨论与补充修正的地震触发沉积物变形分类的方案。变形的成因机制是分类的基础。这些特殊沉积物变形主要与地震有关,但其中一些变形往往也受其他多种因素的影响,因此要确定地震成因变形必须详尽研究相关的区域地质背景构造。     

珠江口盆地裂后阶段性差异沉降及其成因机制*

位于南海北部陆缘的珠江口盆地裂后沉降特征不同于陆内典型断陷盆地。研究表明,盆地裂后期发生了阶段性有序差异沉降,可分为4个阶段: (1)渐新世早期(~33.9~27.2 Ma),以盆地整体缓慢沉降,大规模海侵为主要特征;(2)渐新世晚期(~27.2~23.0 Ma),以邻近西北次海盆的珠四坳陷强烈沉降为主要特征,差异沉降控制了陆架坡折带的发育和该时期陆架浅水和陆坡深水沉积环境的分布;(3)中新世早—中期(~23.0~10.0 Ma),陆缘强烈沉降区向北扩展至珠二坳陷,尤其是白云凹陷,导致陆架坡折带向北跃迁,并奠定了现今陆架浅水和陆坡深水的沉积格局;(4)中新世晚期—现今(~10.0~0 Ma),陆缘构造沉降逐渐减弱,陆坡由沉积区转变为沉积过路区,沉积物得以大量进入西北次海盆。渐新世2期快速沉降的初始时间,分别对应于南海扩张脊的跃迁,陆缘裂后沉降随扩张脊向南跃迁而向北扩展,并伴有岩浆作用的早强晚弱特点,而沉降量的大小则与裂陷期地壳的薄化程度正相关,反映了陆缘岩石圈经历了早期挠曲回弹的均衡调整和扩张脊跃迁导致地幔物质有序向南撤离而沉降的演化过程。珠江口盆地裂后有序差异沉降控制了陆架坡折带的发育,进而控制了浅水与深水两大沉积体系的展布。     

早寒武世初期沂沭断裂带地震效应

早寒武世初期,随着从古沂沭海峡向西海侵的发展,鲁西地区沉积了厚度不等的主要由砂岩、泥岩和碳酸盐岩组成的滨海、潟湖及浅海相沉积,其层位属下寒武统底部的李官组和朱砂洞组.在它们沉积过程中,沂沭断裂带正发生着伴有频繁海底地震的构造裂陷活动,使海底沉积物在自沂沭断裂带向西200 km范围内产生了不同的地震效应,形成了各种地震成...     

塔里木盆地新元古代裂谷盆地层序样式

塔里木盆地是位于Rodinia超大陆边缘的小陆块,随着新元古代Rodinia超大陆裂解,在塔里木盆地周边和内部形成了大量裂谷盆地,通过对裂谷体系的演化和地层充填特征研究,对认识Rodinia超大陆的裂解过程具有重要意义。按照盆地动力学、层序地层学和沉积学等理论为指导,以露头、钻井和地震剖面为基础,进行不整合面、层序地层和沉积相研究,探讨层序样式及控制因素,分析塔里木盆地和扬子盆地裂谷演化过程的差异。塔里木盆地新元古代南华系—震旦系为1个一级层序,由两个一级不整合界面限定——Td(南华系/前南华系基底)和T1(震旦系/寒武系),其中Td界面为塔里木运动导致,即新元古代早期—中期Rodinia大陆裂解作用开始,而T1界面与塔里木板块内部表现为垂直上升作用的柯坪运动有关。按照裂谷盆地演化的三个阶段——快速裂陷期、稳定沉降期和裂谷萎缩期,分为3个二级层序。快速裂陷期为二级层序SQ1,发育大量小型地垒—地堑盆地,水体由浅变深,发育滨浅海相—河流—三角洲等沉积;稳定沉降期为二级层序SQ2,盆地连通性加强,形成统一的盆地,发育滨岸—三角洲—浅水陆棚—盆地相;裂谷盖处于裂谷萎缩阶段,受地幔柱冷却,地壳回弹影响,断裂活动减弱并逐渐停止,地层向隆起上超,地层分布范围广,主要发育碳酸盐岩台地相,该阶段构成二级层序SQ3。受到海平面变化、冰川和气候等因素控制,发育13个三级层序,其中冰期发育冰碛岩—盖帽碳酸盐岩的一类特殊三级层序。南华纪末期的Marinoan冰期是全球冰期事件,相应在中国南方扬子地区发育典型的南沱组冰碛岩和陡山沱组白云岩的组合,而塔里木盆地库鲁克塔格地区为特瑞爱肯组冰碛岩之上直接覆盖了扎摩提克组的粉砂岩地层,不发育盖帽碳酸盐岩。这和裂谷体系演化有关,塔里木裂谷盖形成的滞后了约70Ma,冰碛岩沉积之后,水体快速加深,碎屑物质供给充足,没有适合碳酸盐岩的生长环境。通过新元古代裂谷盆地的结构样式和层序地层研究,对认识新元古代构造、沉积环境,和烃源岩、储层的分布等具有重要在指导意义,而不同盆地之间大陆裂解响应过程的差异也是值得深入研究问题。     

华北燕山中—新元古代震积岩系列及其地震节律

在燕山北缘河北平泉地区中，上元古界中，鉴别出一系列震积岩。主要类型有脆性型，塑性型，液化型及复合型四种。提出了啸积岩与风暴岩的鉴别标志，指出鲍马序列模式的真正拥有者是啸积岩与风暴岩，而非典型的半深海浊积岩。根据其在纵向上出现的类别和频率，划分出10个地震活跃期，其地震节律为60－80Ma，这一地震节律反映了燕山裂陷槽裂陷的历程，裂陷高峰期在高于庄至雾迷山期。     

内蒙古白乃庙地区白云鄂博群震积岩的发现及其构造意义

中新元古界白云鄂博群发育于华北板块北缘,是中新元古代板块内部伸展-拉张背景下沉积的产物.在内蒙古白乃庙地区白云鄂博群哈拉霍圪特组中首次发现一套软沉积变形构造,发育在该组下部的结晶灰岩中,主要表现有自碎屑角砾岩、软沉积褶皱、层内阶梯状正断层、液化方解石脉等,软沉积变形特征表明其成因为震积岩.通过与相邻地区同时代的腮林忽洞...     

柴达木盆地西南缘乌南油田新近系古地震纪录及储集性能研究

柴达木盆地为一新生代以来形成的叠合盆地,由于多期构造活动,盆内形成了多组断裂系统。受新近纪昆仑山北侧断裂活动的影响,盆地西南缘乌南地区地震活动强烈,发育一系列与地震有关的震积岩,形成多种类型的与地震活动有关的软沉积物变形构造。乌南油田新近系的软沉积物变形构造主要包括重荷模、火焰构造、震积砂枕、砂球构造、假结核、枕状层、液化砂泥岩脉、泄水构造、层内错断、地裂缝、串珠状构造、微褶皱纹理等。本区震积岩的岩石类型主要包括震褶岩、震裂岩、震塌岩、自碎屑角砾岩等。地震活动使岩层产生大量的微裂缝,裂缝沟通了原有的孔隙。尽管储集层孔隙度没有大幅度增加,但能够极大地改善储集层渗透性,使渗透率大幅度增加。震积岩特别是震裂岩和震碎角砾岩是一种潜在的油气储层,为油气勘探和开发提供了新的视角和领域。     

鄂尔多斯盆地富县探区三叠系延长组震积岩及其地质意义

通过对26口井岩心观察,结合区域构造背景,在鄂尔多斯盆地富县探区三叠系延长组中识别出典型的震积岩。该区震积岩代表性沉积构造有液化砂脉、液化卷曲变形、环状层理、负载构造、球枕构造、微断层、微裂缝、震裂岩与震碎角砾岩,其中液化砂脉和液化卷曲变形是地震引起的主要软沉积变形构造。震积岩垂向序列划分为两类:一种以脆性变形为主,自下向上依次为下伏未震层,扰动层,微断层、微裂缝及震裂岩层段,液化卷曲变形层段,震碎角砾岩层段,液化砂脉层段及上覆未震层;另一种以软沉积变形为主,自下至上依次为下伏未震层,环状层段,扰动层,球枕构造及负载构造层段,液化砂脉及液化卷曲变形层,枕状层及上覆未震层。富县探区延长组中的震积岩说明在该盆地晚三叠世存在一个强地震事件活跃期;震积岩中的微裂缝、微断层、震裂岩及液化砂脉可改善储集层物性,同时震碎角砾岩和网状砂脉也是良好的储集层。     

桂北地区丹洲群锆石U-Pb年代学及对华南新元古代裂谷作用期次的启示

桂北地区丹洲群是南华裂谷盆地南段的一套连续裂谷充填沉积,厘定各组沉积时限及区域地层关系,对理解华南新元古代裂谷作用期次具有重要意义。本文利用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年,获得丹洲群合桐组二段和拱洞组底部凝灰岩夹层形成年龄分别为801±4 Ma和781±5 Ma。研究表明,丹洲群白竹组和合桐组一段与下江群甲路组和乌叶组、板溪群沧水铺组和马底驿组、西乡群孙家河组及陆良组一段相当,沉积时限为820~800 Ma;合桐组二段与下江群番召组相当,沉积时限为800~780 Ma;拱洞组可与下江群清水江组、平略组和隆里组,板溪群五强溪组中上部和牛牯坪组,西乡群大石沟组中上部和三郎铺组,陆良组二段及澄江组、开建桥组、莲沱组、虹赤村组和上墅组的中上部直接对比,沉积时限为780~725 Ma。华南新元古代裂谷盆地系统的典型地层锆石年龄存在5组高峰,峰值年龄分别为818±2 Ma、802±1 Ma、780±4 Ma、756±4 Ma及728±5 Ma。综合华南新元古代岩浆活动特征及盆地沉积演化过程,确定华南新元古代裂谷作用可分为两期:820~800 Ma和800~725 Ma。此外,华南新元古代岩浆活动与裂谷作用之间存在明显的耦合关系,但各期岩浆活动对各裂谷盆地的影响程度存在差异。     

Helium and argon isotopic compositions of the Longquanzhan gold deposit in the Yishu fault zone and their geological implications

The Longquanzhan gold deposit hosted in granitic cataclasites with mylontization of the foot wall of the main Yishui-Tangtou fault. 3He/4He ratios in fluid inclusions range from 0. 14 to 0. 24 R/Ra,close to those of the crust-source helium. 40Ar/36Ar ratios were measured to be 289-1811, slightly higher than those of atmospheric argon. The results of analysis of helium and argon isotopes suggested that ore-forming fluids were derived chiefly from the crust. The δ18O values of fluid inclusions from vein quartz range from -1.78‰ to 4.07‰, and the δD values of the fluid inclusions vary between -74‰ and -77‰. The hydrogen and oxygen isotope data indicated that the ore-forming fluid for the Longquanzhan gold deposit had mixed with meteoric water in the process of mineralization. This is consistent with the conclusion from the helium and argon isotope data.     

塔里木盆地西北缘新元古界层序地层划分及区域对比意义

进行塔里木盆地新元古界层序划分及区域对比,有助于盆地形成早期环境演化研究与深部油气勘探。本文以塔里木盆地西北缘为例,通过新元古界沉积特征详尽剖析,划分了地层序列,进一步结合前人成果,对盆地周缘新元古界层序地层进行了区域对比。结果表明,受塔里木新元古代裂谷盆地演化的“裂陷—裂拗转换—拗陷”三个阶段控制,盆地西北缘新元古界可划分为三个二级层序：层序Sq1形成于成冰纪早期裂陷阶段,由成冰系东巧恩布拉克组和牧羊滩组构成,分布于孤立的小型地垒-地堑盆地,主要发育冰川及浅水陆棚沉积;层序Sq2形成于成冰纪晚期—埃迪卡拉纪早期裂—拗转换阶段,由成冰系尤尔美那克组与埃迪卡拉系苏盖特布拉克组构成,因盆地连通性加强而分布范围增大,发育冰川、潮坪及浅水陆棚沉积;层序Sq3形成于埃迪卡拉纪晚期拗陷阶段,由埃迪卡拉系奇格布拉克组构成,地层向隆起上超且分布范围广,发育碳酸盐岩台地沉积。根据塔里木盆地新元古代沉积-构造演化背景及年代地层格架,盆地西北缘阿克苏地区新元古界三分的层序充填样式可与盆地东北缘库鲁克塔格地区、西南缘叶城地区对比,其中Sq1层序及Sq2层序底部冰川杂砾岩分别与全球成冰纪Sturtian和Mar...