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。     

软沉积物变形构造研究进展

本文对软沉积物变形构造的相关研究进展进行简要综述。软沉积物变形构造广泛发育于沉积地层中,对其形成过程的正确解释在理解沉积盆地的充填机制和性质、油气储层勘探,以及与其相关的沉积岩相和地层序列的解释等方面具有一定的指导意义。由此,对软沉积物变形构造的研究也成为近20年来沉积学的热点之一。软沉积物变形构造主要由液化或流化、反密度梯度、重力滑塌及剪切力等作用形成。碳酸盐沉积物在成岩过程早期由于较易于受到海水方解石的胶结作用而常呈固结或半固结状态,在外力触发下,会出现破裂、移位而形成竹叶状灰岩或碳酸盐岩块体;颗粒质碳酸盐沉积物由于不均匀胶结作用,也会出现差异液化现象,形成砾屑灰岩。地震是较为普遍的触发机制,但一些研究发现很多潮坪沉积、风暴沉积中的软沉积物变形构造可能是由潮汐涌潮和风暴作用触发而成,因此在解释软沉积物变形机制时要在对沉积过程、沉积环境和构造背景等做系统研究的基础上进行综合分析论证。     

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长8段液化柱及相关软沉积物变形

笔者在鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长8段的岩芯中首次识别出液化柱变形构造,本文从三维空间研究其宏观与微观特征。赋存液化柱的长8段的多个层位的岩芯中均发现有软沉积物变形构造,如液化流动变形、水塑性变形及脆性变形等,广泛分布于盆地不同地区的钻井岩芯中,并在垂向上重复出现。结合长8段的沉积环境和构造背景分析,笔者认为长8段的液化柱与软沉积物变形系地震触发。晚三叠世鄂尔多斯盆地以南秦岭地震造山运动与盆地沉陷是长8段软沉积物变形的构造背景。根据地震触发软沉积物变形构造的时空分布,鄂尔多斯盆地在长8段沉积的地质时期已受控于秦岭造山带动力机制的控制,而不是传统认为的仅在长8段沉积末期。     

事件层组合特征限定软沉积变形的地震成因——在青岛灵山岛的应用

对软沉积物变形构造的形成过程解析和触发因素识别一直是国内外事件沉积学研究的重点和难点。国内外学者常将地层中保存的软沉积物变形构造的形成归因于地震作用,但缺乏足够的证据来支撑地震震动触发相应的沉积过程与变形机制。由于软沉积物变形构造可以由地震、风暴和非地震参与的液化作用、重力作用及滑坡等因素触发,且可能受瑞利—泰勒不稳定性（因密度差异沿垂向变形）或开尔文—亥姆获兹不稳定性（沿水平方向变形）机制的控制,软沉积物变形构造本身并不能作为特定触发因素的判别标志。此前,通过解析事件层组合特征来揭示与软沉积物变形构造形成相关的沉积过程和变形机制,进而限定变形构造触发因素的方法已成功应用于中东地区死海盆地（死海断裂带）的事件沉积研究中。尝试应用此方法来解析灵山岛灯塔剖面底部软沉积物变形构造的变形机制与触发因素,研究发现灯塔剖面底部的软沉积物变形构造是原位形成与保存的,并被浊流沉积层上覆,且二者之间无背景沉积物。这种独特的事件层组合指示原位变形和异地搬运两种水下沉积过程准同期发生,而能够同时激发这两类物质来源与沉积过程迥异的事件沉积响应的最可能因素是区域强震震动。结合灵山岛研究案例认为,前人所做的模式化...     

华北板块南缘中段中上三叠统软沉积变形构造的发现及其地质意义

豫西地区中上三叠统主要出露在济源、义马、伊川和南召一带。印支期秦岭造山运动控制和影响着邻区中上三叠统盆地属性和沉积地层展布。通过观察研究区野外露头剖面,发现中上三叠统发育一系列典型的软沉积变形构造,包括液化底辟、枕状构造、液化柱、液化卷曲变形、负载、球-枕、火焰状构造、液化角砾岩。这些软沉积变形在垂向上表现出明显的复现性,在侧向上表现为沿地层连续展布,表明该时期研究区内地层受到频繁强烈的地震影响。通过对这些软沉积现象的识别和形成机制解释,判定其触发因素为秦岭造山过程中伴生的地震。区内地层中震积岩的存在即是对秦岭造山过程中构造活动的响应。     

碳酸盐岩振动液化地震序列

新建立的振动液化地震序列系碳酸盐软沉积物中的强地震事件记录，包括地震液化阶段产生的泄水脉、液化变形；液化停止后的地面下沉构造；地震引起的津浪丘状层与浊积岩等序列单元。这个序列来自大区域的野外实践总结，反映了一次强地震事件的全过程，并在理论上得到统一的解释。序列将为野外地质学家在碳酸盐层中识别事件提供对比的标准。根据振动液化地震记录，本文首次提出古郯庐带概念，并对其地质意义进行了初步讨论。     

枕、球—枕构造：地层中的古地震记录

枕状构造(pillow)与球—枕构造(ballandpillow)、负载构造(load))是地层中的软沉积物变形构造,它们在形态、产状、变形机制等方面是不同的。枕状构造是砂层中一组呈“凹”形弯曲的变形沉积体,它的原始层平行于枕状体的底面,顶面则是一个平直的截切面。枕状构造是由于层状砂层强烈液化向上覆软沉积砂层流动、穿刺,使之弯曲褶皱,在原地固定位置形成,因此枕状构造在一个层内是沿岩层走向呈现一系列相间隔的向形和很窄的背形。形成球—枕构造与负载构造的软沉积层包括细砂单元与上覆粗砂单元。他们的变形机制与砂层的液化作用有关。下伏细粒砂单元具强的液化变形而上覆粗砂单元为弱变形层。上覆粗砂单元（比重大）在下伏细砂单元（比重小）之上形成一个不稳定重力驱动系统,地震发生时的剪切力使重的粗砂（弱液化）陷落下沉至下伏细粒单元（强液化）中成负载构造和球—枕构造。球—枕体位于细砂层的不同位置,表明他们是下沉穿越细砂层单元为异地沉积体。形成枕、球—枕及负载体的软沉积物液化变形机制不同,但液化作用的触发机制是强地震。这些液化变形构造在实验室砂层的振动液化模拟实验中也已得到证实。地层中的枕状构造及球—枕、负载构造代表一次Ms>5的古地震灾变事件。古地震往往是沿着某些古地震断裂分布,是古地震断裂活动的表现。本文将举例讨论我国古老地层中的某些枕状构造、球—枕与负载构造,并简述当时发震的构造背景。     

地质名山馒头山及其附近早寒武世古地震沉积事件研究

蜚声中外的地质名山馒头山处在济南南部山区。通过野外调查和室内研究,从馒头山及其附近的青杨村东山、红叶谷、滚球山等地的下寒武统中,鉴别出了许多地震引起的同沉积变形构造（震积岩）,主要有卷曲变形（震褶岩）、粒序微断层、滑移构造、滑塌褶曲、负载构造、枕状体、混插沉积、软硅质脉、软硅质层底辟构造、硅藻叠层石变形、沉陷构造、触变楔、布丁、震裂缝、震裂角砾岩及震碎角砾岩等。本文较详细地阐述了它们的特征和形成机理。触变楔属国内首次发现。触变楔和沉陷构造发育在夹软硅质层的白云岩中,其原始沉积物是含软硅质层的白云质灰泥。受强震触动,因软硅质沉积物(SiO2·nH2O)的粘度变小,软硅质层的粘度变小而变得更软,灰泥同时发生液化;在竖向震动力作用下,软硅质层被断开、继而沉陷形成了沉陷构造;沉陷构造向下延伸,结果使断开的硅质层汇聚,形成了触变楔。根据早寒武世古构造板块与地震带的分布,认为这些地震沉积遗迹是早寒武世板内地震记录,推测由古郯庐带的构造活动的响应。这些古地震事件记录的发现,丰富了济南南部山区、尤其是馒头山的地质科学内涵。      

龙门山中、新生界软沉积物变形及构造演化

龙门山是由三条主要断裂组成的山体。汶川—茂县断裂,也称后山断裂,构成龙门山的西部边界;映秀—北川断裂为龙门山的中央断裂;灌县—安县断裂为龙门山的东部边界,也称前山断裂。龙门山断裂带以东为始自晚三叠世末的不同时期的前陆盆地。前陆盆地中从晚三叠世至2008年5月12日汶川地震(MS8.0),在不同年代地层中均有丰富的软沉积物变形构造(SSDS)记录,包括液化变形、重力作用变形、水塑性变形及其他相关的变形。这些变形层的地点紧邻龙门山的三条断裂,这些断裂在不同时期的活动诱发不同时期的强地震,导致当时尚未固结的沉积物变形(震积岩)。上三叠统小塘子组的软沉积的变形构造有液化角砾岩、液化滴状体、液化底辟、触变底辟、卷曲变形、拉伸布丁、负载、球-枕构造、枕状层及粒序断层等。侏罗系、白垩系主要为粗粒沉积物,除少数层位发现有液化变形外,主要的软沉积变形类型为各种形态、大尺度的砾岩负载构造。古近系为湖相沉积,沉积物粒度较细,软沉积物变形又出现大量液化变形构造,如液化混插、液化角砾岩等。2008年5月12日汶川地震(MS8.0)诱发大规模地表以下沙层液化,形成一系列液化变形构造与微地貌:液化沙堆、液化席状沙、沙火山、液化丘、坑状地形与混杂堆积。应用龙门山反射地震成果、古地震记录,结合区域构造可以给出龙门山断裂带发生的时间顺序与地震造山时期:(1)松潘—甘孜造山带与扬子板块的碰撞发生于晚三叠世早期,二者的边界即现在的汶川—茂县断裂;汶川—茂县断裂于晚三叠世末逆冲推覆造山,三叠纪末龙门山地区的山地可称松潘-甘孜山,在其东侧形成前陆盆地;晚三叠世印支造山旋回的大陆动力作用是龙门山诞生与孕育的阶段。(2)映秀—北川断裂与灌县—安县断裂的逆冲活动时间为侏罗纪—早白垩世,形成高山与前陆盆地。(3)早白垩世的龙门山已是一个由三条逆冲断裂组成的断裂带山体,可称古龙门山,山高约3 500m。(4)三条断裂在古近纪的活动诱发古近系软沉积物变形,但断裂未发生逆冲推覆造山,沉积物为湖相细粒沉积,古近纪是一个地震活动期,但不是造山的阶段。(5)中生代龙门山经历了多次瞬时地震造山与平静期山脉剥蚀降低的过程,现在的龙门山是晚新生代期间多次地震瞬时造山的产物。与众多的龙门山地学研究者不同,本文系采用另一种思维——软沉积物变形构造,即通过古地震途径讨论龙门山地区的构造演化。     

柴达木盆地西南缘更新统震积岩特征及其意义

在柴达木盆地西南缘更新统湖相地层中发现了大量具有震积岩特征的软沉积物变形构造,层内发育有液化砂(泥)岩脉、液化角砾岩、负荷构造、火焰构造、球-枕状构造、液化卷曲变形层等一系列软沉积物变形标志,此外剖面内还发育了大型同震断层、震裂缝、同震褶皱等一系列同震构造变形标志.该区震积岩的发现表明,更新世以来昆仑山北缘及柴达木盆地...     

《地震岩问题》中译本序

近30年(1987—2016)来,中国的软沉积物变形构造及地震岩研究,取得了很大的进展。但是,其研究思想却欠开放。在这一学术领域,几乎是一种观点,即中国期刊刊出的文章和一些出版的专著,几乎都把软沉积物变形构造当作地震岩。为了扭转这个几乎是一种学术观点的局面,Feng等(2016)写了一篇文章《中国软沉积物变形构造及地震岩研究简评》,并把这篇文章发送给国内外的多位专家,抛砖引玉,邀请他们为"软沉积物变形构造及地震岩"专题研讨会写文章,在会上宣读论文,对这些文章及这一专题中的问题进行认真的讨论和争鸣。山穆玕教授的《地震岩问题》是我们收到的第1篇文章。此文涵盖了近153年国内外地质学家关于软沉积物变形构造及地震岩的研究成果,参考文献达268篇。这是一篇内容十分丰富并有独到见地的挑战性文章。此文最重要的贡献是对Seilacher(1969)提出的"地震岩"(seismites)这一术语的挑战和否定。中国地质学家把"seismites"译为"震积岩",即由地震和沉积作用引起的具软沉积物变形构造的岩层。这是一个误译的术语。至于"地震岩"(seismites)这一术语是否应该废弃,"震积岩"这一术语是否应该继续使用,应由广大的中外地质学家决定,由地质实践决定。《地震岩问题》的另一个贡献是提出了触动因素和强调液化作用。21种触动因素和2种软沉积物类型奠定了软沉积物变形构造形成过程的理论基础。假如我们能用毛泽东的《矛盾论》的方法,研究有多种矛盾存在的软沉积物变形构造的形成过程,并用全力找出它的主要矛盾,则软沉积物变形构造就可以揭示触动因素的一些信息,即可以揭示软沉积物变形构造成因的一些信息。     

安徽寿县新元古界一个滑塌-滑脱软沉积物变形复合构造的发现及地质初探

安徽寿县新元古界四十里长山组底部粉砂岩层中发现了一个滑塌-滑脱软沉积物变形复合构造,剖面观察显示,该沉积变形构造经历了滑塌变形、滑脱变形、震动液化变形等3次以上的变形过程,很好地保存了原始沉积面貌和沉积变形特征;分析该沉积变形构造的成因,发现变形构造属于软沉积物变形构造类型,形成于浅海陆棚边缘斜坡相带。引起软沉积物变形的动力是地震事件产生的多次震动波作用,造成软沉积物滑塌、滑脱褶皱、震动液化泄水等变形作用,形成了具有复杂变形特征的软沉积物变形复合体,是一次地震事件多次地震活动的沉积记录。     

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(F_2)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F_2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。     

鄂尔多斯盆地早中侏罗世延安组软沉积物变形及成因分析

古地震相关的软沉积物变形构造在盆地演化中具有指示盆地及其周缘构造活动的作用.在鄂尔多斯盆地延安组岩心描述和野外调查过程中,于定边西南部DT3522井、安塞延河剖面中,发现并识别出软沉积物液化变形层,包括液化作用相关的枕状层、液化砂岩脉、液化角砾岩、泥火山,以及负载构造、球枕构造等9种变形构造.通过软沉积物变形层位对比,变形特征研究,结合区域构造背景认为,鄂尔多斯盆地延安组延7油层组沉积末期,发生了3期古地震活动,且呈现地震强度先弱后强的特征.     

皖北新元古界水下砾石丘构造的古地震成因

在皖北新元古界四十里长山组滨海潮间或潮下高能动水陆棚,陆源碎屑岩相的粉砂-细砂岩沉积地层中,发育了一组同沉积变形构造。剖面上整体为丘状,可识别出涌流破碎砾石堆、下陷回填砾石堆和震裂砾石堆3部分,下垫层为液化均一层。在它的左侧及下分层发育液化卷曲变形,包括震褶层和液化角砾岩。根据这些发育特征可以确定这组同沉积变形构造为古地震成因。其形成机理是在古地震应力作用下该处发生饱水沙层液化,并形成局部范围的地震能、重力能、与液化能多能量叠加使液化沙层局部爆发,推动沙层流动喷涌与破碎,局部破碎物短暂涌至海底,又下陷回填至液化沙层的负压带,形成由涌流破碎砾石堆和回填砾石堆组成的砾石丘构造。其成因类似河流阶地富含水的砾石丘、沙丘及混杂堆积。     

渤海西南海域寒武系崮山组软沉积物变形构造特征及地质意义

首次在渤海海域下古生界寒武系崮山组碳酸盐岩中识别出了软沉积物变形构造。通过对钻井岩心的详细观察与描述,识别出了液化底劈构造、液化泥晶脉、液化角砾岩等软沉积物变形构造;根据研究区变形特征,建立了其垂向演化序列,该区软沉积物变形构造可分为两段,在剖面上自下而上均表现为液化泥晶脉、液化底劈带、液化角砾岩带、层内阶梯状断层带的渐变序列。研究认为,该区软沉积物变形构造系崮山沉积期古地震作用的产物,本次新发现的古地震事件可能与古郯庐断裂带的活动有关,是中朝地台裂解为华北板块与胶辽板块的响应。     

新疆境内塔拉斯 费尔干纳断裂早侏罗世走滑的古地震证据

在野外考察过程中,于新疆乌恰地区早侏罗世康苏组沼泽相砂岩层中,发现并识别出软沉积物液化变形层,变形包括负载构造,球枕构造及卷曲变形构造。通过模拟试验的对比研究认为,该软沉积物变形机制与液化作用有关,触发沉积物液化的动力是古地震,并且根据地震震级与液化最大震中距的关系,推测出造成早侏罗世软沉积物变形的里氏地震震级为6相似文献   

新疆境内塔拉斯-费尔干纳断裂早侏罗世走滑的古地震证据

在野外考察过程中,于新疆乌恰地区早侏罗世康苏组沼泽相砂岩层中,发现并识别出软沉积物液化变形层,变形包括负载构造,球-枕构造及卷曲变形构造。通过模拟试验的对比研究认为,该软沉积物变形机制与液化作用有关,触发沉积物液化的动力是古地震,并且根据地震震级与液化最大震中距的关系,推测出造成早侏罗世软沉积物变形的里氏地震震级为6相似文献   

豫西义马地区中—晚三叠世古地震引起的欠沉积物变形构造

豫西义马地区中-上三叠统发现大量软沉积物变形构造,包括柱状构造、枕状构造、负载构造和卷曲层理构造,它们大多保存在河流沉积的上部及湖泊三角洲沉积中.通过形态学、遗迹学及镜下薄片分析表明,这些软沉积物变形与沉积物液化有关,其中河-湖相快速沉积为沉积物液化创造了条件,古地震活动是它们形成的主要触发因素.对比该地区中三叠统油房...     

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。