蒙古國南貝爾凹陷白堊系泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造

蒙古國南貝爾凹陷白堊系泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造

軟沉積變形構(gòu)造是地震地質(zhì)記錄的重要組成部分，是確定古地震存在的重要證據(jù)。近年來,隨著對地震作用研究的深入,對軟沉積變形構(gòu)造越來越重視。中國對地震作用軟沉積變形構(gòu)造的研究始于1988年,20a來取得了豐碩的成果,認(rèn)為震裂縫、層內(nèi)錯開、層內(nèi)階梯狀斷層、層內(nèi)褶皺、液化脈等軟沉積變形構(gòu)造是鑒別地史時期地震記錄的主要標(biāo)志。這些軟沉積變形構(gòu)造主要是通過碳酸鹽巖和砂(礫)巖表現(xiàn)出來的。目前,尚沒有專門針對泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造研究的報道。筆者在研究蒙古國南貝爾凹陷白堊系沉積相和沉積環(huán)境時,發(fā)現(xiàn)大量泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造,經(jīng)過研究認(rèn)為是由地震作用形成的,這一發(fā)現(xiàn)豐富和發(fā)展了震積巖的識別標(biāo)志,對控盆邊界斷裂和盆內(nèi)主要斷裂的強(qiáng)烈活動時期研究具有重要意義。1南爾凹陷地質(zhì)背景蒙古國南貝爾凹陷位于中國內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市新巴爾虎右旗貝爾鄉(xiāng)南約20km,與海拉爾盆地屬同一個中生代沉積盆地,呈凹凸相間的構(gòu)造格局,走向?yàn)楸睎|向(圖1)。南貝爾凹陷發(fā)育北東—北北東向雁行式排列的3個次洼槽,自東向西依次為雙斷、單斷斷超和斷塊斷鼻結(jié)構(gòu),面積約為6600km2。研究區(qū)基底最大埋藏深度為4000m。軟沉積變形構(gòu)造發(fā)育層位主要為白堊系查干組和下宗巴音組,形成于盆地斷陷初期,分別對應(yīng)于盆地斷陷Ⅰ幕和Ⅱ幕。其中泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造主要發(fā)育在下宗巴音組。2軟梯度變形的結(jié)構(gòu)特征2.1眼狀構(gòu)造平臺南貝爾凹陷白堊系泥巖碎屑個體形態(tài)復(fù)雜多樣,最具有地質(zhì)研究意義的主要有眼狀、螯狀、拖曳狀和波狀4種。眼構(gòu)造狀砂巖中的暗色泥巖碎屑被撕裂開一個橢圓形空洞,內(nèi)部塞入砂巖,形成眼狀構(gòu)造。泥巖碎屑邊部常發(fā)育撕裂痕跡,并與螯狀等其他軟沉積變形構(gòu)造共生。塔21-9井2119m眼狀構(gòu)造內(nèi)部砂質(zhì)“眼球”長約3cm,寬約0.5cm(圖2a)。螯狀構(gòu)造灰白色砂巖中暗色長條形泥巖碎屑的一端發(fā)育2個相向彎傾的尖銳尖角,呈螃蟹螯的形狀,大的個體螯內(nèi)甚至還有凸起,因此稱之為螯狀構(gòu)造。螯的寬度一般為3~20mm,周圍常有其他類型的軟沉積變形構(gòu)造相伴生(圖2b,2c)。拖曳狀構(gòu)造該構(gòu)造類型在南貝爾凹陷較常見。塑性的暗色泥巖碎屑被拖拽拉長,形成長長的“尾巴”,這個“尾巴”有直的,也有彎成鈍角的。具拖曳狀構(gòu)造的泥巖碎屑個體大小變化較大,從毫米級到大至巖心直徑(約10cm)的均有分布(圖2c,2d,2e)。波狀構(gòu)造暗色泥巖碎屑呈上下起伏的波狀。這種泥巖碎屑通常較窄,厚度僅為1~2mm,夾于砂巖中或呈砂泥巖薄互層分布,走向水平或近水平。碎屑厚度在橫向上常隨波峰波谷起伏而有變化(圖2c,2e)。2.2地塹式組合構(gòu)造的組合階梯狀組合構(gòu)造薄層泥巖被切割錯斷形成階梯狀組合構(gòu)造,臺階間2塊泥巖碎屑有的被砂巖完全分離開來,有的則藕斷絲連。不管斷開與否,泥巖碎屑邊界整齊,棱角分明(圖2e)。疊瓦狀組合構(gòu)造塔21-9井2117.7m發(fā)育疊瓦狀組合構(gòu)造。組成疊瓦狀組合構(gòu)造的3塊大的泥巖碎屑寬度在1cm左右,中間那塊發(fā)育明顯的螯狀構(gòu)造。疊瓦狀組合構(gòu)造周圍發(fā)育很多細(xì)碎的泥巖碎屑(毫米級),呈不明顯的丘狀(圖2b)。梅花狀組合構(gòu)造塔21-9井2117.58m灰白色砂巖中發(fā)育具有大量軟沉積變形的暗色泥巖碎屑,其中4條長為4~5mm、寬為2mm的泥巖碎屑和1條長為1.5mm、寬為2mm的泥巖碎屑組成梅花形狀,顯然是在較大能量作用下向多個方向傾斜形成的(圖2b)。地塹式組合構(gòu)造薄層泥巖被切割錯斷形成地塹式組合構(gòu)造。臺階間2塊泥巖碎屑沒有完全分離開來,而且下部邊界平滑過渡,無明顯斷距。具有明顯的塑性下塌拉動跡象。有時見大地塹中套小地塹的復(fù)合地塹式組合構(gòu)造(圖2f)。地壘式組合構(gòu)造塔21-9井2120.64m泥巖碎屑發(fā)育地壘式組合構(gòu)造,壘塊頂部泥巖碎屑破碎后高角度翹起。翹起的一端較寬,約為3mm,邊部撕裂痕跡與其下部的泥巖可以吻合接上,碎屑向較低的一端逐漸變細(xì)并沿斷層面與右邊另外一塊相連。顯然是在一定的拉張作用下,中間一塊受到向上作用力而形成的(圖2g)。定向排列組合構(gòu)造塔21-9井2116.4m大量暗色泥巖碎屑以懸浮狀態(tài)混雜于灰白色砂巖中,巖塊大小和形狀差異均較大,多數(shù)碎屑拉長、側(cè)向變細(xì)和彎曲,體形圓滑,兩端尖而細(xì),呈蠕蟲狀,長軸定向排列,長度為0.2~5cm,部分具有明顯撕裂痕跡(鋸齒狀邊緣)的截面,表明當(dāng)時處于軟泥狀態(tài)(圖2d)。3疊瓦狀組合構(gòu)造的形成與變形研究表明,層內(nèi)階梯狀斷層、震裂縫、內(nèi)碎屑角礫巖、水塑性褶皺、液化砂巖脈及其他軟沉積變形等構(gòu)造是鑒別地史時期地震記錄的主要標(biāo)志[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。因此,泥巖碎屑階梯狀組合構(gòu)造是地震作用形成的。地壘式組合構(gòu)造是在地震縱波上下振動和橫波剪切共同作用下形成的。由于地震活動衰減期的拉張作用和地震橫波的偏振作用,造成壘塊頂部發(fā)育高角度傾斜的泥巖碎屑。而地塹式組合構(gòu)造是地震活動進(jìn)一步衰減后產(chǎn)生的一種震裂縫。波狀構(gòu)造主要是地震縱波上下振動形成的。疊瓦狀、梅花狀和蠕蟲狀等組合構(gòu)造的形成原因與上述不同,它們是地震作用津浪旋渦流沖蝕、擾動下伏的正常較深湖泥質(zhì)沉積物形成的。塔21-9井2117.7m組成疊瓦狀組合的泥巖碎屑個體具螯狀構(gòu)造。螯狀構(gòu)造、眼狀構(gòu)造以及定向排列組合構(gòu)造中的蠕蟲形態(tài),都表現(xiàn)出了泥質(zhì)碎屑的塑性變形狀態(tài),表明下伏巖層尚未成巖,處于軟泥狀態(tài)。泥質(zhì)碎屑以懸浮狀態(tài)混雜于旋渦流中,這種類型的地震涌浪沉積難以形成一般濁積巖常見的遞變層理,用機(jī)械分異的觀點(diǎn)很難解釋其成因。4泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造沉積序列是沉積單元的規(guī)律組合,它反映沉積環(huán)境的規(guī)律變化(環(huán)境)或沉積作用過程(事件相)。與地震作用有關(guān)的沉積序列表現(xiàn)為:當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時,首先引發(fā)對先存沉積物的原地改造形成震積巖,繼而觸發(fā)海(湖)嘯形成海(湖)嘯巖,最終引發(fā)重力流形成震濁積巖;當(dāng)?shù)卣疬^后,地殼恢復(fù)平靜接受正常沉積(即背景沉積)。南貝爾凹陷泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造的垂向序列自下而上為(圖3):地震活動高潮期形成的砂巖脈等液化構(gòu)造單元(A);地震活動衰減期形成的地壘式組合構(gòu)造和波狀構(gòu)造單元(B);地震活動停滯期形成的地塹式組合構(gòu)造和階梯狀組合構(gòu)造單元(C);津浪作用形成的泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造(組合)單元(D),包括眼狀、螯狀構(gòu)造和疊瓦狀、梅花狀、定向排列等組合構(gòu)造層段,為準(zhǔn)原地沉積的津浪作用產(chǎn)物;上部發(fā)育異地沉積的震濁積巖(E)(圖2d)。由于泥巖具有可塑性和延展性,拖曳構(gòu)造基本從下到上都發(fā)育。由于泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造本身就是震積巖特征的重要組成部分,因此,與震積巖及其他事件沉積序列一樣,垂向序列中各單元在剖面上常常發(fā)育不全,缺失其中一個或多個單元。這既可能是剖面處于事件發(fā)生的相對位置不同所致,也可能是由于2次地震的時間間隔太短以致地震作用“疊置”而成。更有甚者,序列會發(fā)生“顛倒”,這既可能是“疊置”原因造成的,也可能與沉積物物源、地震震級及地震作用下津浪的強(qiáng)度等多種因素有關(guān)?，F(xiàn)代地震主要集中在板塊邊界和板塊內(nèi)部的伸展地帶,按照將今論古的原則,湖盆中軟沉積物記錄的古地震一定與早期斷裂活動有關(guān),并對沉積作用和沉積物產(chǎn)生影響。因此,研究泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造有助于恢復(fù)盆地的構(gòu)造活動史,可以推斷控盆邊界斷裂和盆內(nèi)主要斷裂的強(qiáng)烈活動時期。蒙古國南貝爾凹陷泥質(zhì)軟沉積變形分布層位主要為白堊系下宗巴音組,說明這一時期是控盆邊界斷裂和盆內(nèi)主要斷裂(如中央斷裂)活動相對強(qiáng)烈的時期。5白堊系泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造單元地質(zhì)特征蒙古國南貝爾凹陷泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造形態(tài)多樣。個體構(gòu)造形態(tài)可以分為螯狀、眼狀、拖曳狀和波狀4種類型;組合構(gòu)造形態(tài)可以分為階梯狀、疊瓦狀、梅花狀、地塹式、地壘式和定向排列6種類型。這些大量的形態(tài)多樣的泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造是地震作用的產(chǎn)物。該區(qū)白堊系泥質(zhì)軟沉積變形構(gòu)造的垂向序列自下而上為地