甘肅周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造的初步研究

張 坤

（甘肅省核地質(zhì)二一三大隊，甘肅 天水 741020）

1 引言

滑塌變形構(gòu)造是指已經(jīng)沉積的沉積物在各種外力作用下發(fā)生滑動所產(chǎn)生的各種同生變形構(gòu)造的總稱，普遍發(fā)育在沉積巖中。滑塌變形構(gòu)造一般形成于具有一定坡度的古斜坡環(huán)境，由重力作用、地震作用、風暴作用等事件因素引發(fā)[1]。近年來，隨著世界經(jīng)濟水平的提高，人們對環(huán)境質(zhì)量和資源儲量的愈加重視，很多學者們對滑塌變形構(gòu)造軟沉積物變形的研究予以重視，并進行了許多的深入研究。如蘇德辰等[2]在北京西山上寒武統(tǒng)崮山組下部的中薄層條帶狀灰?guī)r和礫屑灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)了典型的滑塌變形，經(jīng)研究認為滑塌變形的成因機制為地震觸發(fā)而非其他因素。呂洪波等[3]在山東靈山島晚中生代灰黃色薄層砂巖和灰黑色泥巖中發(fā)現(xiàn)了滑塌沉積，在滑塌體中發(fā)現(xiàn)還存在很多同沉積變形構(gòu)造。張星等[4]在內(nèi)蒙古白云鄂博群哈拉霍疙特組上段深灰色紋層狀碳質(zhì)泥晶灰?guī)r和灰黃色白云巖巖塊中發(fā)現(xiàn)了典型的滑塌堆積，初步判斷出其形成的古地理環(huán)境，以及成因機制主要是地震因素觸發(fā)。葛毓柱等[5]在山東省青島市靈山島修船廠剖面下白堊紀地層中發(fā)育良好的滑塌變形體，根據(jù)滑塌變形體內(nèi)部組成特征和滑塌變形體變形構(gòu)造特征，推斷出形成機制為重力滑塌，而非地震成因。學者們對滑塌變形構(gòu)造的研究，不僅對區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史和巖相古地理的研究具有重要意義，還能夠促進沉積學方面的進展，為古沉積環(huán)境的判斷識別提供重要依據(jù)[1]。

本研究在甘肅周家山地區(qū)填圖時發(fā)現(xiàn)，在石炭系岷河組深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r中存在滑塌變形構(gòu)造，觀察并記錄描述了這些滑塌變形構(gòu)造及滑塌變形構(gòu)造內(nèi)部軟沉積物變形的特征。變形特征主要表現(xiàn)為滑塌層內(nèi)滑塌變形褶皺的發(fā)育和同生斷層等同生構(gòu)造的發(fā)育，根據(jù)變形程度對滑塌層從下到上劃分成3個帶，滑塌層上覆巖層和下伏巖層為正常沉積的中厚層灰?guī)r。經(jīng)對滑塌變形層仔細觀察研究，查閱相關(guān)資料，對滑塌變形構(gòu)造形成機制進行了初步探討。

2 地質(zhì)背景

周家山地區(qū)位于甘肅省南部隴南市徽縣境內(nèi)，根據(jù)地理位置劃分，處于西秦嶺北帶[6]。區(qū)域大地構(gòu)造位于秦嶺印支期造山帶中，分布于陜西省留壩縣—甘肅省徽縣大河店以北狹長的EW向斷陷帶西段。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造走向總體呈EW向，主要為疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造體系，強烈的構(gòu)造作用造成部分地層的倒轉(zhuǎn)。區(qū)域內(nèi)地層自南向北由老到新，整體南傾，從老到新出露有志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及新近系[7]。

石炭紀西秦嶺北帶主要為海相沉積盆地，屬于隴西古陸南部大陸邊緣，但盆地活動較頻繁，水體變化頻繁，尤其東部水體變化頻繁，西部較東部相對穩(wěn)定。西秦嶺北帶石炭系地層主要表現(xiàn)為一套下部陸源碎屑巖和海相碳酸鹽巖互存，上部為海相碳酸鹽巖的沉積組合。早石炭世沉積相主要為陸海過渡濱海相，晚石炭世沉積相主要為淺海碳酸鹽臺地相，碳酸鹽臺地前緣斜坡相，深水碳酸鹽巖相，由北向南水體逐漸變深。在西秦嶺北帶南部岷縣-禮縣一帶出現(xiàn)重力流沉積，#能存在深水坳陷斜坡地帶[6]32-84。周家山地區(qū)石炭系地層主要有石炭系上統(tǒng)的岷河組(Cm)和石炭系下統(tǒng)的高家崖組(Cg)，研究區(qū)主要出露地層為石炭系上統(tǒng)岷河組地層[7]。

岷河組(Cm)主要分布在周家山地區(qū)中、北部。巖性主要為塊狀生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、厚層結(jié)晶灰?guī)r、塊狀大理巖化灰?guī)r、中薄層泥晶灰?guī)r，少量鈣質(zhì)、泥質(zhì)板巖等。

高家崖組(Cg)主要分布在工作區(qū)以南，周家山地區(qū)中、南部。巖性主要為中厚層砂巖，薄層粉砂巖，炭質(zhì)頁巖、中厚層灰?guī)r等。

3 滑塌變形構(gòu)造的特征

甘肅周家山滑塌變形構(gòu)造處于石炭系岷河組地層內(nèi)，滑塌變形層主要巖性為灰色、灰黑色薄層狀泥晶灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r。滑塌變形構(gòu)造主要為滑塌變形褶皺，但在局部滑塌層中#見層內(nèi)小斷層、包卷層理等同生變形構(gòu)造。根據(jù)滑塌變形構(gòu)造特征和軟沉積物變形強弱的特征，把該滑塌變形構(gòu)造層自下而上劃分為劈理—弱變形帶，強變形帶，微弱變形帶。

3.1 下部滑塌變形構(gòu)造特征

下部滑塌變形層中沉積物滑塌變形相對較弱，和下伏正常沉積的中厚層狀微晶灰?guī)r容易分辨。滑塌層中#見少量弱變形的褶皺，褶皺比較平緩、開闊，底部巖石#見擠壓透鏡體，發(fā)育有劈理，劈理主要為破劈理，劈理間隔1～3 cm，整體方向為NE向，所以把下部滑塌變形層劃分為劈理—弱變形帶。劈理—弱變形帶內(nèi)巖性為深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r，風化面顏色較淺，新鮮面顏色深灰色，薄層狀構(gòu)造，層理清晰，單層厚度不大。

3.2 中部滑塌變形構(gòu)造特征

中部滑塌變形層中沉積物滑塌變形最強，滑塌層內(nèi)#見同生斷層和包卷層理等同生構(gòu)造，發(fā)育較多滑塌變形褶皺，多為圓弧褶皺。褶皺總體表現(xiàn)為不規(guī)則、幅度不大，變形強烈的特征，兩翼夾角大多為60°～120°，局部發(fā)育少量緊閉褶皺、平緩褶皺和無根褶皺，褶皺整體分布較雜亂；形成的斷層主要為層內(nèi)同生小斷層，斷層位移不大，所以把中部滑塌變形層劃分成強變形帶。強變形帶內(nèi)巖性為深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r，泥質(zhì)條帶灰?guī)r。深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r單層厚度不大，多為5～15 mm；深灰色泥質(zhì)條帶灰?guī)r中灰?guī)r單層厚度為5～10 mm，泥質(zhì)條帶為2～5 mm。風化面顏色較淺，新鮮面顏色深灰色，層理清晰。

3.3 上部滑塌變形構(gòu)造特征

上部滑塌變形層中沉積物滑塌變形較微弱，和上覆正常灰?guī)r界限清晰容易區(qū)分，發(fā)育少量滑塌變形褶皺或不發(fā)育，所以把上部滑塌變形層劃分為微弱變形帶。微弱變形帶內(nèi)巖性為灰色中-薄層泥晶灰?guī)r，巖石風化面顏色為淺灰色，新鮮面為灰色，層理清晰。

4 討論

4.1 滑塌變形構(gòu)造的沉積環(huán)境分析

甘肅周家山滑塌變形構(gòu)造發(fā)現(xiàn)于石炭系岷河組地層內(nèi)，滑塌變形層主要巖性為灰色、灰黑色薄層狀泥晶灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r，是一套海相碳酸鹽巖沉積。甘肅周家山地處西秦嶺北段南部東側(cè)。由于西秦嶺北帶石炭系地層主要為西秦嶺盆地海相沉積地層，但盆地活動較頻繁，水體變化頻繁，尤其東部水體變化頻繁，西部較東部相對穩(wěn)定。西秦嶺北帶晚石炭世沉積相主要為淺海碳酸鹽臺地相，碳酸鹽臺地前緣斜坡相，深水碳酸鹽巖相。從北向南水體變深，從東向西水體加深，東部海水海侵海退較頻繁[6]。盆地活動頻繁，東部海水水體不穩(wěn)定，沉積物沉積也不穩(wěn)定，會攜帶有陸源碎屑物質(zhì)，從而形成異化碎屑灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r等不純灰?guī)r，如若有較陡臺地斜坡的存在，則能夠形成滑塌變形構(gòu)造。比如周家山滑塌變形構(gòu)造的形成，滑塌變形構(gòu)造層中就有泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄層泥晶灰?guī)r，形成有多種同生變形構(gòu)造。所以甘肅周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造形成于晚石炭世西秦嶺盆地東側(cè)淺海相碳酸鹽臺地前緣斜坡環(huán)境。周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造形成在海水浪基面以下碳酸鹽臺地斜坡，水體攜帶的沉積物不斷卸載加積，當碳酸鹽臺地斜坡坡度增大，達到一定值時，沉積物發(fā)生變形并開始滑動[8]，沉積物從高處向低處滑塌，從而形成周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造。但是由于晚石炭世西秦嶺盆地東側(cè)碳酸鹽臺地斜坡的局限和其他條件規(guī)的制約，周家山滑塌變形構(gòu)造模并不大，分布也比較局限。

4.2 滑塌變形構(gòu)造的形成機制分析

滑塌變形構(gòu)造的形成環(huán)境大多在水下，形成機制一般有三種，一是重力作用，二是風暴潮汐作用，三是地震作用[9]。

根據(jù)工作區(qū)滑塌變形構(gòu)造和軟沉積物變形特征，排除風暴潮汐作用和地震作用。因為風暴潮汐作用，通常發(fā)育有風暴巖的沉積特征；地震作用，通常會發(fā)育有地震巖以及與地震相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造，本工作區(qū)及鄰近石炭系地層未發(fā)現(xiàn)有關(guān)風暴巖和地震巖的相關(guān)沉積構(gòu)造特征。由于周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造形成環(huán)境為碳酸鹽臺地前緣斜坡，當斜坡坡度變大，達到一定值時，軟沉積物堆積到一定程度后在重力的持續(xù)作用下發(fā)生滑塌變形[8]。因此根據(jù)滑塌變形構(gòu)造軟沉積物變形特征推斷，重力作用#能為周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造形成的主要機制。重力的持續(xù)作用引起斜坡軟沉積物的滑塌變形，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)固結(jié)成巖，從而形成從下到上的劈理—微變形帶、強變形帶、弱變形帶滑塌變形構(gòu)造。

4.3 滑塌變形構(gòu)造的發(fā)育過程

滑塌變形作用的發(fā)育受到很多因素的影響，主要受滑塌體巖性、滑塌體的厚度、古斜坡坡度、重力以及地質(zhì)突發(fā)事件等因素的影響，發(fā)育程度的差異也各不相同。初始時古斜坡上沉積的未固結(jié)或者半固結(jié)的沉積物不斷加積，沉積物厚度不斷增加，在重力作用下持續(xù)產(chǎn)生蠕動位移。隨著沉積物厚度的增加，斜坡坡度變大，使得一定厚度的沉積物的平衡被打破，均一性受到一定的破壞，使產(chǎn)生蠕動的沉積物發(fā)生滑動，致使沉積層發(fā)生滑塌變形，滑塌層內(nèi)發(fā)生明顯的塑性變形，形成各種同生褶皺和同生斷層，從而發(fā)育成滑塌變形構(gòu)造[10]。滑塌體下部沉積物受到滑塌體形變和負載的影響也會發(fā)生較弱的變形作用，產(chǎn)生一定的劈理和擠壓透鏡體等構(gòu)造；滑塌體上部沉積物由于發(fā)生在主滑塌變形作用以后，所以產(chǎn)生弱的變形。

5 結(jié)論

（1）強變形帶內(nèi)沉積物滑塌變形最強烈，#見同生小斷層和包卷層理等同生構(gòu)造，發(fā)育有較多滑塌變形褶皺，多為圓弧褶皺，褶皺兩翼夾角大多為60°～120°，局部見少量緊閉褶皺、平緩褶皺和無根褶皺，褶皺整體分布較雜亂。劈理—弱變形帶和微弱變形帶內(nèi)沉積物滑塌變形較弱，發(fā)育少量或不發(fā)育滑塌變形褶皺。

（2）根據(jù)對西秦嶺北帶石炭系地層沉積環(huán)境和巖相古地理的相關(guān)研究資料，筆者對周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造的形成環(huán)境進行分析，判斷其形成環(huán)境為淺海相碳酸鹽臺地前緣斜坡環(huán)境。

（3）周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)，給西秦嶺北帶石炭系地層海相碳酸鹽臺地前緣斜坡沉積環(huán)境的存在提供佐證。

（4）根據(jù)滑塌變形構(gòu)造軟沉積物變形特征和石炭系碳酸鹽臺地前緣斜坡沉積環(huán)境，推斷甘肅周家山石炭系岷河組滑塌變形構(gòu)造的形成機制主要為重力作用。