中元古代鄂爾多斯盆地南緣裂谷沉積相與震積巖序列

盧 勉，陳友智，吳高平，彭 偉，王麗麗

（1.大慶油田有限責任公司 勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712； 2.浙江大學 地球科學系，浙江 杭州 310027；3.大慶油田有限責任公司第九采油廠，黑龍江大慶 163712； 4.江漢油田勘探開發研究院，湖北武漢 430023；5.吉林油田分公司 扶余采油廠，吉林 松原 138001）

0 引言

早元古代呂梁運動之后，華北地臺主體拼貼完成［1］.作為華北地臺的一部分，鄂爾多斯盆地周緣及鄰區為秦—祁裂陷、二道凹局限洋、滹沱局限洋、北大山—趙池溝邊緣海圍限，盆地僅西南緣沉積下元古界滹沱群［2］.該時期洛南縣巡檢鎮地區沒有沉積.中元古代早期鄂爾多斯盆地西、南緣發育賀蘭山—秦祁—晉陜—晉豫陜多裂谷系［3］，盆地南緣的洛南縣巡檢鎮地區位于晉豫陜裂谷帶內，形成玄武巖到流紋巖相的熊耳群火山巖，屬大陸玄武巖［1］.中元古代中晚期，巖漿巖噴出后構造沉陷，洛南縣巡檢鎮地區處于高山河—汝陽—常州溝局限海環境、官道口邊緣海環境［4］沉積長城系高山河組、薊縣系龍家園組、巡檢司組、杜關組與馮家灣組，整體上研究區中元古代為拉張、伸展期.

研究者分析物探、鉆井資料，認為中元古代鄂爾多斯盆地南緣存在晉豫陜裂谷系［3，5］，但區域上與裂谷系匹配的地層研究較少.有人認為裂谷系沉積相縱向上多存在雙層結構，即擴張期的非補償型沉積與收縮期的補償型沉積.前者沉降作用大于沉積作用，沉積相類型變化大；后者沉積作用與沉降作用基本平衡，沉積相類型變化不大.震積巖是地震活動在未完全固結的沉積中的印跡，多以震積巖序列形式存在，出現在被動大陸邊緣和主動大陸邊緣的伸展環境中，對區域大地構造環境具有指向性意義.筆者劃分鄂爾多斯盆地南緣洛南縣巡檢鎮地區中元古界沉積相及震積巖序列，研究區中元古代水體深度整體不斷增加，沉積環境從三角洲相逐漸過渡為深海盆地相，為非補償沉積，與晚元古代穩定的淺灘補償型沉積共同構成雙層結構，為裂谷非補償型沉積；中元古代薊縣紀地震活動較為活躍，地層中震積巖序列包含液化底劈構造、震褶巖、震裂巖、震濁積巖、津浪丘狀層及風暴巖，反映研究區處于裂谷帶，其沉積相與震積巖與構造背景匹配.

1 研究區概況

中元古代洛南縣巡檢鎮位于鄂爾多斯盆地南緣晉豫陜裂谷內，南部與秦嶺構造帶相鄰.以該區中元古界地層為研究對象.研究區中元古界整體走向近東西向、傾向朝南，與熊耳群呈超覆、斷層接觸.中元古界與寒武系共同構成向斜構造的北翼.研究區發育東西向、北西—南東向2組斷裂，前者被后者截斷，沿東西向斷層局部出露中生代花崗巖體.剖面線1，從高山河開始向南東至甘江村高山河組大套石英巖與龍家園組白云巖分界；然后向東平移至剖面線2，從三元村直至馮家灣組與寒武系分界點（見圖1）.

2 沉積相劃分

［4］的碳酸鹽巖沉積相模式，結合研究區中元古界的巖性組合和沉積構造，將研究區地層劃分為18個層段（見圖2）.

2.1 三角洲相

洛南縣巡檢鎮長城系沉積巖與下伏熊耳群火山巖呈超覆接觸關系，表明海侵開始.

三角洲地理上位于海陸交互帶，沉積物為由粗到細的砂、泥巖組合.剖面圖第1層底部，巖性為礫巖、中粒砂巖、細粒砂巖、砂泥巖互層、泥巖夾粉細砂巖.高山河組底局部發育一套礫巖，厚度約為0.1m，礫石結構成熟度和成分成熟度較低，礫徑為1.0～4.0cm，分布不穩定，向兩側過渡為中粒砂巖，平面上巖性變化迅速，向上巖性變為中粒砂巖—砂泥巖互層，垂向上表現為正粒序，為河道底滯礫巖與細粒河道層序的疊置，表現為三角洲平原小型分流河道沉積（見圖3（a））.剖面圖第1層中下部，巖性為泥巖、砂巖夾泥巖、薄層泥巖夾雜砂巖、薄層雜砂巖與泥巖互層、石英砂巖.薄層雜砂巖呈波狀起伏，石英砂巖中見小型交錯層理，為三角洲平原決口扇.剖面圖第1層中部，巖性為砂巖夾薄層泥巖（見圖3（b）），由底至頂泥巖厚度逐漸增大，巖層整體延伸穩定，砂巖中見交錯層理、波紋層理和平行層理，底部見沖刷痕跡，并見泥礫，礫徑為0.8、1.0及2.0cm，表明整體水體較淺，為三角洲前緣遠端沙壩.剖面圖第1層中上部，巖性為中厚層砂巖夾粉砂巖、泥質粉砂巖，砂巖見波痕、交錯層理與平行層理，波痕波脊包括直線與曲線，表現水體動蕩，為三角洲前緣河口沙壩.剖面圖第1層頂部，巖性為泥巖夾薄層砂巖.差異壓實使砂、泥巖接觸面彎曲，發育滑動構造、負載構造和火焰狀構造，砂巖底部見泥礫，磨圓好，礫徑為2.0、3.0cm，為前三角洲相（見圖3（c））.

2.2 濱岸相

濱岸位于向廣海傾斜的沿岸帶，無障壁島遮擋，海水循環良好的開闊海岸帶.剖面圖第2層，巖性為厚層石英砂巖夾薄層泥巖，見羽狀交錯層理，表明受潮汐作用影響，為濱岸相.后期構造作用使砂巖裂縫發育（見圖3（d））.剖面圖第11層，巖性為中厚層狀石英砂巖，偶夾薄層泥質巖、粉砂巖.總體上砂巖純凈，發育交錯層理、斜層理、板狀、楔形層理和爬升層理，見砂巖透鏡體，厚度約為25.0cm，為濱岸相.

2.3 臺地（潮坪、瀉湖）相

潮坪或半封閉的瀉湖，位于障壁島內側的瀉湖四周、河口兩側沿岸和海底坡度極緩的廣海沿岸地區.剖面圖除第7層外，第3-10層巖性為礫屑、砂屑白云巖、泥質白云巖、泥質粉砂巖、厚層狀粉晶白云巖夾頁巖和厚層泥巖，泥巖鈣質及硅質膠結.礫屑擾動大，泥質粉砂巖中見交錯層理.局部見藻紋層，白云巖層面見波痕，為潮坪、淺灘和瀉湖環境，整體上表現為潮坪—瀉湖交替出現（見圖3（e）-（h））.剖面圖第12層，巖性為薄層狀泥晶白云巖與薄層硅質巖互層.白云巖含沉積角礫，局部硅質層延伸不穩定，見風暴作用形成的竹葉狀礫屑白云巖，整體上分為3段：底部見凹凸不平的侵蝕面，表明一次風暴作用開始；中部見硅質礫屑直立或呈疊瓦狀，局部幾期疊瓦方向不同交織呈尖棱狀，表明形成于風暴作用的高潮期；頂部為丘狀紋層硅質巖和白云巖，表明風暴作用逐漸停止.整體上白云巖層與硅質巖層相互平行，間夾多套風暴巖，說明風暴周期發育（見圖4（a））.風暴巖的出現指示沉積水體較淺［6-13］.中元古代大范圍的薄層狀硅質巖為席狀藻類沉積后經硅化形成，根據席狀藻類所指示的環境，表明該套地層形成于淺水環境［10-13］，為臺地環境.

2.4 淺灘相

淺灘位于臺地外側或淺海陸棚內地勢較高的清水區域.剖面圖第7層，巖性為白云巖，具有一定磨圓度的角礫，見沖刷痕跡，為淺灘環境.剖面圖第13層，巖性為中薄層狀白云巖與黑色硅質巖互層；紋層發育，見交錯層理，白云巖含角礫，為淺灘高能環境（見圖4（b））.

2.5 淺水緩坡相

淺水緩坡位于淺灘靠海一側，坡度較小，水體相對較淺，沉積界面在浪擊面之上.剖面圖第14層，巖性為角礫白云巖，含硅質條帶；角礫磨圓度較高，礫徑為1.0、3.0cm，礫石層厚度為6.0cm，為淺水緩坡環境.

2.6 深水緩坡相

深水緩坡坡度較小，水體相對較淺，沉積界面在浪擊面之下.剖面圖第15層，巖性為薄層狀白云巖、中厚層狀灰白色粉晶白云巖，含硅質條帶；硅質條帶被拉伸（見圖4（c）），平行于層面斷續發育，局部見小斷層.根據地球化學測試分析結果，華北板塊薊縣系大范圍硅質條帶為熱液成因，與拉張裂陷形成的火山作用有關，形成于水體較深的環境［10-11，13］，為深水緩坡環境.

2.7 斜坡相

斜坡位于臺地邊緣朝向廣海一側坡度較大的斜坡地帶.沉積界面在深水緩坡之下，深度大小不一，主要依據坡度變化確定，相帶較窄.剖面圖第16層，巖性為灰色薄層狀白云巖與黑色薄層狀燧石條帶互層；見平行紋層，局部可見竹葉狀角礫呈放射狀或無序狀，硅質巖與白云巖均有塑性滑動痕跡，白云巖透鏡體，為斜坡環境.

2.8 開闊陸棚相

開闊陸棚為位于斜坡與盆地之間深水環境，沉積界面在氧化界面之下.剖面圖第17層，巖性為薄層白云巖夾含白色硅質條帶、中厚層狀細晶白云巖，發育錐狀疊層石，疊層石寬度約為4.0cm，長度約為20.0 cm（見圖4（d））.隨著水體不斷加深，疊層石形態從席狀—柱狀—指狀—錐狀變化.該段錐狀疊層石的出現反映沉積環境水體較深.

2.9 深海盆地相

深海盆地位于風暴很少波及到的區域，特別是被動大陸邊緣盆地，具有構造活動性強，沉降幅度大的特征.剖面圖第18層中、下部，巖性為粉砂巖夾黑色泥巖，向上砂質逐漸減少，粉晶白云巖.砂、泥巖中見鮑馬序列（見圖4（e））：底部為粗粒結構，往上逐漸變細，呈現平行層理，并漸變為泥巖.白云巖中滑塌構造十分發育，為深海盆地環境.剖面圖第18層頂部，巖性為白云巖、頁巖，白云巖整體無結構，表明滑塌構造發育（見圖4（f）），滑塌層厚度約為10.0m，包卷層理發育，包卷同心圓直徑達13.0cm，發育頁理，表明水體環境較深，為深海盆地環境.

長城系整體表現為三角洲相—濱岸相—淺灘—瀉湖相，由陸相向海相過渡，水深增大（見圖2（a））.薊縣系整體表現為潮間—緩坡—斜坡—開闊陸棚—深海盆地，水體逐漸加深（見圖2（b））.從長城紀到薊縣紀，整個中元古代水體逐漸變深，沉積相表現為裂谷系非補償型沉積.該區中元古代沉積相模式見圖5.

3 震積巖序列

震積巖是未固結的沉積物，因震動而原地液化變形形成［14-17］.震積巖存在依據為：（1）與古地震區毗鄰；（2）存在可液化層；（3）存在液化變形構造；（4）液化變形限制在某一層或幾個層內；（5）變形構造能進行區域對比；（6）沒有其他變形構造影響［16-19］.震積巖通常具有液化、卷曲變形和滑塌構造基本特征.中元古代，洛南縣巡檢鎮位于華北南緣構造帶，晉豫陜裂谷系北緣［18］處于古地震區.根據野外地質調查結果，薊縣系龍家園組、巡檢司組、杜關組白云巖與硅質巖互層的地層中液化變形構造發育，杜關組、馮家灣組滑塌構造發育.區域上同時代的華北板塊迷霧山組、白云鄂博群存在震積巖［20-21］，因此研究區具備存在震積巖的先決條件.

野外地質調查時，常將震積巖歸入一個序列判斷識別，根據峨眉山小型構造劃分的震積巖序列為：微型遞變斷裂、微型褶皺、碎塊層和液化層.根據一次地震形成由強到弱的能量變化劃分的序列為：震積巖、海嘯巖和濁積巖.碳酸鹽巖中包括A—E單元，自下而上為：A單元為泥晶脈擾動層，垂向彎曲脈發育；B單元為液化卷曲變形層，發育震褶巖、震裂巖和震塌巖；C單元為階梯狀斷裂與地裂縫發育；D單元為海嘯階段，發育風暴巖和津浪丘狀層理；E單元為濁流沉積、鮑馬序列和交錯層理［14］.前3個單元反映震積巖自身特性，后2個單元與古地震作用相聯系，可與震積巖相印證.研究金沙江中段大陸邊緣海相碎屑巖，劃分震積巖序列包括滑塌與重力流成因的6個單元，自上而下為：A單元為遞變斷裂巖；B單元為震碎角礫巖；C單元為震褶巖，層內包括階梯斷層；D單元為滑塌巨角礫巖；E單元為震積角礫巖；F單元為震濁積巖.在洛南縣巡檢鎮地區長城系中未發現碎屑巖地層的震積巖標志，如階梯斷層、液化卷曲變形、液化砂巖脈等［19］，即便出現火焰狀構造、砂巖枕（見圖4（c）），也是局部性的，規模較小，為差異壓實與其他構造作用形成.薊縣系可劃分碳酸鹽巖震積巖序列中除C單元外的其他4個單元（見表1）.

表1 薊縣系震積巖序列發育特征Table 1 Development characteristics of seismites series in Jixian system

3.1 風暴巖

風暴巖指沉積物受到風暴擾動后再沉積形成的一套沉積組合［22-24］.完整的風暴巖序列由下至上為：侵蝕底面、礫屑段、粒序段、平行紋層段、丘狀紋層段、風暴濁積巖和泥巖段.剖面圖第12層，可見厚度約為5.0～8.0m的風暴巖與薄層白云巖互層，包括侵蝕面、礫屑段和丘狀紋層段，礫屑多方向交織，風暴能量強（見圖4（a））.風暴巖雖非由地震產生、進而原地沉積變形形成，但卻為地震引發的海嘯形成，也可指示古地震的存在，屬碳酸鹽巖震積巖序列中的D單元.

3.2 震褶巖

震褶巖歸結為液化卷曲變形的一種形式，由液化擾動形成，具有一定坡度條件下可形成震裂巖.剖面圖第12、13、17層，薄層白云巖與薄層硅質巖互層的地層中可見厚度約為35.0cm的震褶巖，白云巖與硅質巖彎曲，突出部分為硅質巖，彎曲十分明顯（見圖6（a））.薄層白云巖夾薄層硅質巖或含硅質團塊（見圖6（b）），從上至下分為形態不協調的4個部分：（1）竹葉狀礫屑白云巖，礫屑呈疊瓦狀排列；（2）拗曲，平坦處部分被削截，彎曲處硅質巖部分似前積層，與平坦處薄層白云巖紋層不連續；（3）滑脫褶皺，核部硅質巖明顯增厚，兩邊減薄，褶皺呈尖棱狀；（4）箱狀褶皺，尖棱狀褶皺向上逐漸過渡為箱狀褶皺，褶皺頂薄翼厚，硅質巖只出現在褶皺翼部，說明受到垂向擠壓.褶皺翼部見小型裂縫，為液化泄水縫.震褶巖出現在碳酸鹽巖震積巖序列的B單元.

3.3 震裂巖

剖面圖第15層可見震裂巖，其斷層規模小、不穿層，斷層尾端附近見液化變形構造.斷層下盤見長條形自碎角礫和棱角狀準原地角礫，前者與巖層平行，基本為原地，后者無方向性，大小不一，成分與附近巖層一致（見圖6（c））.震裂巖能影響軟沉積物液化變形與固結成巖后的脆性變形，指示發生于地震活動的衰減期，屬于碳酸鹽巖震積巖序列的B單元.

3.4 液化底辟構造

底劈是指某些物質以塑性或流體狀態從深到淺的侵入穿刺，引起上部負載層變形［22］.地震作用使得某些巖層液化，與周圍巖層形成塑性差，受到擠壓而刺穿上隆.剖面圖第15層發育高度約為0.5m的柱狀底劈，其核部硅質巖呈團塊狀，底劈邊緣向斜被沉積物填充，厚度增加（見圖6（d））.液化底劈構造出現在碳酸鹽巖震積巖序列的A單元.

3.5 津浪丘狀層

津浪丘狀層由海嘯形成，根據喬秀夫等［14］對津浪丘狀層的形態分類.剖面圖第15、16層薄層白云巖與薄層硅質巖互層的巖層段，觀察到波長（L）與振幅（H）之比為4左右的d型高度丘（見圖6（e）），波長與振幅之比為10左右的c型中等高度丘（見圖6（f）），以及凹狀丘.c型津浪丘狀層與風暴巖形成于震積巖序列的同一單元，出現在淺水區，并與薄層硅質成因分析吻合，對沉積相劃分有指示意義.津浪丘狀層與風暴巖為海嘯作用形成，同屬于碳酸鹽巖震積巖序列的D單元，但比風暴巖水體稍深.

3.6 震濁積巖

地震是形成濁積巖的誘因之一，區分濁積巖由地震還是非地震觸發較為困難，特別是當兩者所沉積的區域在深海盆地或深洼地區時.剖面圖第18層出現厚度較大的無結構、含包卷層理白云巖滑塌構造層（見圖4（f）），與序列的其他單元匹配，為碳酸鹽巖震積巖序列E單元.

研究區震積巖序列不完整，組合為B—D、A—D、B—E及單獨的B單元，不能組成完整序列.

4 結論

（1）中元古代洛南縣巡檢鎮處于鄂爾多斯盆地南緣晉豫陜裂谷帶內，沉積相分析表明從陸相三角洲相逐漸向深海盆地相變化，水體不斷加深.

（2）中元古界薊縣系震積巖序列的出現表明研究區處于裂谷環境，與沉積相的變化規律相匹配.

（3）震積巖序列能部分與沉積相匹配，作為沉積相分析的輔助標志，如風暴巖、津浪丘狀層.

（4）震積巖序列在一個地區發育并不完整.

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