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。     

济阳坳陷早第三纪地震事件沉积序列

济阳坳陷下第三系沙河街组砂四段上部至砂三段地层中发育有以小规模阶梯状正断层为主、阶梯状正断层与振动扭曲变形构造为主和振动液化砂岩脉为主等3种垂向序列的震积岩.它们分别出现在盆地北部陡坡带、洼陷带和中央隆起带.震积岩的发育是控盆边界断裂强烈幕式活动导致的地震作用的直接结果,不同构造单元具有不同的震积序列,反映了随着距震中越来越远地震作用能量逐渐衰减的过程.根据震积岩发育的层位可以研究边界断裂强烈活动的时期,同时,震积岩在地层剖面中的重复出现表明了边界断裂活动具有周期性和幕式特征.     

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。     

东澳大利亚南悉尼盆地二叠系与地震沉积有关的软沉积变形构造

悉尼盆地位于澳大利亚东部,Lachlan褶皱带和New England褶皱带之间。悉尼盆地从晚石炭世末到中三叠世经历了弧后扩张到前陆盆地的不同阶段:弧后扩张阶段(石炭纪)、被动热沉降阶段(早、中二叠世Berry组)和挤压挠曲负载阶段(中二叠世Broughton组—三叠纪)。此时位于悉尼盆地东侧的New England褶皱带为岛弧背景。因此,二叠纪处于弧后盆地的南悉尼盆地受弧后扩张和东侧弧前海沟俯冲的影响地震活动强烈,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。南悉尼盆地二叠系的软沉积物变形包括地裂缝、震褶层、液化脉、沙火山、负荷构造、火焰构造、枕状构造、球状构造、枕状层、滑塌构造、角砾岩化等。其中地裂缝、震褶层是地震颤动直接引起的断裂和褶皱;枕状层是地震颤动引起的砂层脱水、下沉形成的;液化脉、沙火山为液化的砂层穿入地震形成的裂隙形成的;负荷构造、火焰构造、枕状构造、球状构造是受地震颤动在砂、泥岩界面上由于砂层下沉、泥层上穿形成的;滑塌构造和角砾岩化是地震引起的重力滑塌或泥石流形成的。地裂缝、震褶层、液化脉、沙火山、负荷构造、火焰构造、枕状构造、球状构造、枕状层相当于原地震积岩,而滑塌构造和角砾岩化属于异地震积岩。     

中国震积岩研究综述

震积岩是具有特殊震积构造和震积序列的一种灾变性事件岩。近十几年来国内外许多学者在研究、对比现代和古代震积岩成因沉积物后,逐渐认识到震积岩不同于其他类型的沉积岩,震积岩的主要识别标志有震裂缝、地裂缝、断裂递变层、微同沉积断裂、层内褶皱、假结核、液化砂(泥)岩脉、火焰构造及振动液化卷曲变形构造等。对中国震积岩和震积作用、地震——海啸序列、碳酸盐岩振动液化序列与萨布哈震积岩序列、震积岩与震积不整合序列、大陆边缘震积岩序列、陆相断陷湖盆震积岩及垂向序列等研究成果进行了综述。通过岩心观察和描述开展陆相震积岩研究具有重要的地质意义,特别是生油断陷湖盆震积岩的研究具有重要的石油地质意义。     

软沉积变形构造的分类和形成机制研究

软沉积变形构造是指沉积物沉积之后、固结之前在处于软沉积物阶段时由于物理作用发生变形所形成的一系列构造.作为一种广泛发育的沉积构造,对其分类和成因机制的研究一直是国内外研究的热点.目前主流的分类方案是依据其成因机制为主再考虑其他因素将软沉积变形构造分为负载构造、包卷层理、变形交错层、滑塌构造、泄水和沉积物挤入构造、塌陷构造以及由生物和化学作用所形成的变形构造.而作为一种重要的软沉积变形构造,震积构造可以依据地震对沉积物改造的时间划分为同生、准同生和后生变形三种基本类型,而每一种基本类型可以分别受到伸展、挤压、剪切、液化以及震动而形成不同的软沉积变形构造.软沉积变形构造的触发因素多样,但主要是地震引起沉积物的液化产生的变形,因此可以按照沉积相分析、触发因素评估和标准评估三个步骤对软沉积变形构造的成因进行识别.作为一种广泛分布的沉积构造,软沉积变形构造成因机制的识别和判断仍然将是其研究的一个重要方向;其次软沉积变形在地质工程方面的应用也是一个研究方向;最后,随着油气勘探走向深水,发现软沉积变形构造有关的油气藏也将是另外一个研究的方向.     

《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。     

中国震积岩的研究与展望

震积岩是灾变事件岩。本文介绍了中国近10年来震积岩与震积岩序列研究现状,并简述地震-海啸序列、碳酸盐岩振动液化地震序列、震积岩与震积不整合序列、萨布哈震积岩序列等内容。对震积岩研究意义及我国研究展望进行了评述。     

黄骅坳陷古近纪地震事件沉积研究

震积岩是地层中具有古地震事件记录的岩石.通过岩心观察和描述,在黄骅坳陷古近系中识别出震积岩,主要标志为同沉积变形构造,包括小规模阶梯状正断层、微褶皱纹理、振动液化砂泥岩脉、负荷构造、火焰构造等,通过单井岩心分析,建立了震积垂向序列.震积岩在单井岩心中重复出现,表明裂陷活动具有周期性和幕式特点.黄骅坳陷震积岩的发现为陆相断陷湖盆构造演化研究和震积岩的识别和描述提供了重要的依据,同时也具有一定的油气地质意义.     

浙西寒武系大陈岭组地震事件沉积的初步研究

作者对浙西寒武系碳酸盐岩做系统调查时发现,在开化裴岭脚产出的大陈岭组碳酸盐岩中含有大量的液化泥晶脉、微同生变形构造、角砾岩及与之伴生的浊积岩等典型的地震-海啸沉积标志。根据震积岩特征及其在剖面上的分布,该地大陈岭期的地震活动可以分为两期:第一期以震积岩(A,液化亮晶脉和泥晶脉)、啸积岩(B,具丘状层理或平行层理的内碎屑白云质灰岩)、震浊积岩(C,具递变层理或鲍马序列且层面上有槽模构造的砾屑白云质灰岩或砂屑白云质灰岩)和背景沉积(D)组成的A-B-C-D沉积序列为特征;第二期为震积岩(A,液化亮晶脉和泥晶脉、震裂岩、震褶岩和内碎屑角砾岩等)和沉积背景(D)组成的A-D沉积序列。而在常山白石和芳村的大陈岭组剖面,上述特征不明显,但局部能看到液化变形构造。往南东至江山的碓边则不见震积岩特征。从震积岩的分布上分析,浙西大陈岭期的地震活动不受控于江绍深断裂,应与开化—淳安大断裂的形成有关,是开化—淳安大断裂形成于早古生代的一个证据。此外,值得一提的是,这是确凿的后震旦纪的“Molartooth”。     

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。     

Earthquake-related soft-sediment deformation structures in Palaeogene on the continental shelf of the East China Sea

Earthquake, as disastrous events in geological history, can be recorded as soft-sediment deformation. In the Palaeogene of the East China Sea shelf, the soft-sediment deformation related to earthquake event is recognized as seismic micro-fractures, micro-corrugated laminations, liquefied veins, ‘vibrated liquefied layers’, deformed cross laminations and convolute laminations, load structures, flame structures, brecciation, slump structures and seismodisconformity. There exists a lateral continuum, the wide spatial distribution and the local vertical continuous sequences of seismites including slump, liquefaction and brecciation. In the Palaeogene of East China Sea shelf, where typical soft-sediment deformation structures were developed, clastic deposits of tidal-flat, delta and river facies are the main background deposits of Middle-Upper Eocene Pinghu Formation and Oligocene Huagang Formation. This succession also records diagnostic marks of event deposits and basinal tectonic activities in the form of seismites.     

广西湖润锰矿矿层软沉积变形特征

锰矿作为我国大宗紧缺矿产,其矿体特征被学者广泛研究。然而关于矿层软沉积变形特征的研究却不多,其特征和成因有待厘清。湖润锰矿处于广西下雷超大型锰矿床的外围,作者通过对其主矿层Ⅱ+Ⅲ矿层的观察研究,发现Ⅱ+Ⅲ矿层以液化变形为主的软沉积变形发育,如液化砂、液化泥（亮）晶脉、自碎屑角砾、液化底劈、微褶皱纹理、同沉积断裂等,局部地段可见完整的变形序列,同时矿层被上覆岩系超覆;此类变形不仅在横向上有延伸,在垂向上还有重复且跨度长,从晚泥盆世至石炭纪均有发育,符合软沉积变形地震成因的典型特征。加之稀土元素地球化学特征显示成矿期热水参与了成矿作用,表明锰矿形成时期沉积盆地伸展作用强烈,矿化发生于裂陷槽下斜坡带。对比国内外著名的大型超大型锰矿床,认为软沉积变形应与成矿密切相关,可作为重要的找矿标志。

     

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。     

Soft-sediment Deformation Structures Related to Earthquake from the Devonian of the Eastern North Qilian Mts. and Its Tectonic Significance

Devonian in the North Qilian orogenic belt and Hexi Corridor developed terrestrial molasse of later stage of foreland basin caused by collision between the North China plate and Qaidam microplate. The foreland basin triggered a intense earthquake, and formed seismites and earthquake-related soft-sediment deformation. The soft-sediment deformation structures of Devonian in the eastern North Qilian Mts. consist of seismo-cracks, sandstone dykes, syn-depositional faults, microfolds (micro-corrugated lamination), fluidized veins, load casts, flame structures, pillow structures and brecciation. The seismo-cracks, syn-depositional faults and microfolds are cracks, faults and folds formed directly by oscillation of earthquake. The seismic dykes formed by sediment instilling into seismic cracks. Fluidized veins were made by instilling into the seismo-fissures of the fluidized sands. The load casts, flame structures and pillow structures were formed by sinking and instilling caused from oscillation of earthquake along the face between sandy and muddy beds. The brecciation resulted from the oscillation of earthquake and cracking of sedimentary layers. The seismites and soft-sediment deformations in Devonian triggered the earthquake related to tectonic activities during the orogeny and uplift of North Qilian Mts.     

Earthquake-induced Soft-sediment Deformation Structures in the Dengfeng Area, Henan Province, China: Constraints on Qinling Tectonic Evolution during the Early Cambrian

Soft-sediment deformation structures are abundant in the Cambrian Zhushadong and Mantou formations of the Dengfeng area, Henan Province, China. Soft-sediment deformation structures of the Zhushadong Formation consist of fluidized deformation, synsedimentary faults, seismo-folds and plastic deformation; the Mantou Formation is dominated by small-scale horst faults, intruded dikes, fluidized veins, and seismo-cracks. These structures are demonstrated to be earthquake-related by analysis of trigger mechanisms, and may indicate the activity of the Qinling tectonic belt during the early Cambrian. Furthermore, the assemblages of soft-sediment deformation structures altered with time: large-scale, intense deformation in the Zhushadong Formation alters to small-scale, weak deformation in the Mantou Formation. This striking feature may have been caused by changes in hypocentral depth from deep-focus to shallow-focus earthquakes, indicating that the Qinling tectonic belt developed from the subduction of the Shangdan Ocean to the extension of the Erlangping back-arc basin. This study suggests that soft-sediment deformation structures can be used to reveal the activity of a tectonic belt, and, more importantly, changes in deformation assemblages can track the evolution of a tectonic belt.     

Advances and Overview of the Study on Paleo-earthquake Events: A Review of Seismites

The distribution and formation mechanisms of typical identified seismites are analyzed based on various factors from plate tectonic positions, types of sedimentary basins and properties of seismogenic faults to focal mechanisms. Especially, structural styles, reserved positions, activity times, formation mechanisms and dynamics of soft-sediment deformation structures triggered by seismic activity are systematically analyzed. According to the genetic types of seismites, we propose 5 categories, including liquefied deformation, thixotropic deformation, hydroplastic deformation, superimposed gravity driving deformation and brittle deformation. Further, based on the main genetic types, composition of sediments and deformation styles, we draw up 35 secondary classifications. To determine paleo-seismic sequences in different times, activities of seismogenic faults, high-resolution tectonic events in one main tectonic movement and paleo-tectonic settings, and to understand the inducing mechanisms of paleo-earthquakes and ecologic environment evolution, researching on seismites are of great significance. Combing multiple approaches to identify the paleoearthquake records, simulating experiments on various soft-sediment deformation structures triggered by different magnitudes of shocking, dating precisely on paleo-seismic events, impacting on paleogeography and biological environment and on energy and resources domain are the frontiers of paleoseismic research.     

一次成功的专题研讨会:“多成因的软沉积物变形构造及地震岩”

“多成因的软沉积物变形构造及地震岩”专题研讨会,2016年9月24日在河南焦作河南理工大学承办的第14届全国古地理学及沉积学学术会议期间召开。国内多位专家出席这次研讨会,对软沉积物变形构造、地震岩、震积岩等问题进行讨论和争鸣。这是一次十分成功的研讨会,其主要成果是: (1)“多成因的软沉积物变形构造”已为广大地质学家接受。(2)赛拉赫(Seilacher,1969)提出的“地震岩”(seismites)的定义,即“具断层—粒序的岩层可定为地震岩”,应该废弃;但现在为广大地质学家所接受的地震岩的定义,即“地震岩是真正由地震引起的具软沉积物变形构造的岩层”,则不应废弃,可以保留下来。(3)“地震岩”这个术语应严格地限制在真正由地震引起的具软沉积物变形构造的岩层。(4)“震积岩”是一个误译的术语,不宜继续使用。如果有的地质学家想继续使用这个术语,应对这个术语重新定义,并指明它不是“seismites”(地震岩)的中文译名。(5)碎屑注入体也是多成因的,它不一定是地震岩,更不一定是“原地地震”的标志。(6)本次研讨会的最重要的成果是中国软沉积物变形构造及地震岩研究中的“几乎是一个观点”的局面开始被扭转过来了,呈现出了“百花齐放和百家争鸣”的学术气氛。