蒙古国南贝尔凹陷白垩系泥质软沉积变形构造

蒙古国南贝尔凹陷白垩系泥质软沉积变形构造

软沉积变形构造是地震地质记录的重要组成部分，是确定古地震存在的重要证据。近年来,随着对地震作用研究的深入,对软沉积变形构造越来越重视。中国对地震作用软沉积变形构造的研究始于1988年,20a来取得了丰硕的成果,认为震裂缝、层内错开、层内阶梯状断层、层内褶皱、液化脉等软沉积变形构造是鉴别地史时期地震记录的主要标志。这些软沉积变形构造主要是通过碳酸盐岩和砂(砾)岩表现出来的。目前,尚没有专门针对泥质软沉积变形构造研究的报道。笔者在研究蒙古国南贝尔凹陷白垩系沉积相和沉积环境时,发现大量泥质软沉积变形构造,经过研究认为是由地震作用形成的,这一发现丰富和发展了震积岩的识别标志,对控盆边界断裂和盆内主要断裂的强烈活动时期研究具有重要意义。1南尔凹陷地质背景蒙古国南贝尔凹陷位于中国内蒙古自治区呼伦贝尔市新巴尔虎右旗贝尔乡南约20km,与海拉尔盆地属同一个中生代沉积盆地,呈凹凸相间的构造格局,走向为北东向(图1)。南贝尔凹陷发育北东—北北东向雁行式排列的3个次洼槽,自东向西依次为双断、单断断超和断块断鼻结构,面积约为6600km2。研究区基底最大埋藏深度为4000m。软沉积变形构造发育层位主要为白垩系查干组和下宗巴音组,形成于盆地断陷初期,分别对应于盆地断陷Ⅰ幕和Ⅱ幕。其中泥质软沉积变形构造主要发育在下宗巴音组。2软梯度变形的结构特征2.1眼状构造平台南贝尔凹陷白垩系泥岩碎屑个体形态复杂多样,最具有地质研究意义的主要有眼状、螯状、拖曳状和波状4种。眼构造状砂岩中的暗色泥岩碎屑被撕裂开一个椭圆形空洞,内部塞入砂岩,形成眼状构造。泥岩碎屑边部常发育撕裂痕迹,并与螯状等其他软沉积变形构造共生。塔21-9井2119m眼状构造内部砂质“眼球”长约3cm,宽约0.5cm(图2a)。螯状构造灰白色砂岩中暗色长条形泥岩碎屑的一端发育2个相向弯倾的尖锐尖角,呈螃蟹螯的形状,大的个体螯内甚至还有凸起,因此称之为螯状构造。螯的宽度一般为3~20mm,周围常有其他类型的软沉积变形构造相伴生(图2b,2c)。拖曳状构造该构造类型在南贝尔凹陷较常见。塑性的暗色泥岩碎屑被拖拽拉长,形成长长的“尾巴”,这个“尾巴”有直的,也有弯成钝角的。具拖曳状构造的泥岩碎屑个体大小变化较大,从毫米级到大至岩心直径(约10cm)的均有分布(图2c,2d,2e)。波状构造暗色泥岩碎屑呈上下起伏的波状。这种泥岩碎屑通常较窄,厚度仅为1~2mm,夹于砂岩中或呈砂泥岩薄互层分布,走向水平或近水平。碎屑厚度在横向上常随波峰波谷起伏而有变化(图2c,2e)。2.2地堑式组合构造的组合阶梯状组合构造薄层泥岩被切割错断形成阶梯状组合构造,台阶间2块泥岩碎屑有的被砂岩完全分离开来,有的则藕断丝连。不管断开与否,泥岩碎屑边界整齐,棱角分明(图2e)。叠瓦状组合构造塔21-9井2117.7m发育叠瓦状组合构造。组成叠瓦状组合构造的3块大的泥岩碎屑宽度在1cm左右,中间那块发育明显的螯状构造。叠瓦状组合构造周围发育很多细碎的泥岩碎屑(毫米级),呈不明显的丘状(图2b)。梅花状组合构造塔21-9井2117.58m灰白色砂岩中发育具有大量软沉积变形的暗色泥岩碎屑,其中4条长为4~5mm、宽为2mm的泥岩碎屑和1条长为1.5mm、宽为2mm的泥岩碎屑组成梅花形状,显然是在较大能量作用下向多个方向倾斜形成的(图2b)。地堑式组合构造薄层泥岩被切割错断形成地堑式组合构造。台阶间2块泥岩碎屑没有完全分离开来,而且下部边界平滑过渡,无明显断距。具有明显的塑性下塌拉动迹象。有时见大地堑中套小地堑的复合地堑式组合构造(图2f)。地垒式组合构造塔21-9井2120.64m泥岩碎屑发育地垒式组合构造,垒块顶部泥岩碎屑破碎后高角度翘起。翘起的一端较宽,约为3mm,边部撕裂痕迹与其下部的泥岩可以吻合接上,碎屑向较低的一端逐渐变细并沿断层面与右边另外一块相连。显然是在一定的拉张作用下,中间一块受到向上作用力而形成的(图2g)。定向排列组合构造塔21-9井2116.4m大量暗色泥岩碎屑以悬浮状态混杂于灰白色砂岩中,岩块大小和形状差异均较大,多数碎屑拉长、侧向变细和弯曲,体形圆滑,两端尖而细,呈蠕虫状,长轴定向排列,长度为0.2~5cm,部分具有明显撕裂痕迹(锯齿状边缘)的截面,表明当时处于软泥状态(图2d)。3叠瓦状组合构造的形成与变形研究表明,层内阶梯状断层、震裂缝、内碎屑角砾岩、水塑性褶皱、液化砂岩脉及其他软沉积变形等构造是鉴别地史时期地震记录的主要标志[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。因此,泥岩碎屑阶梯状组合构造是地震作用形成的。地垒式组合构造是在地震纵波上下振动和横波剪切共同作用下形成的。由于地震活动衰减期的拉张作用和地震横波的偏振作用,造成垒块顶部发育高角度倾斜的泥岩碎屑。而地堑式组合构造是地震活动进一步衰减后产生的一种震裂缝。波状构造主要是地震纵波上下振动形成的。叠瓦状、梅花状和蠕虫状等组合构造的形成原因与上述不同,它们是地震作用津浪旋涡流冲蚀、扰动下伏的正常较深湖泥质沉积物形成的。塔21-9井2117.7m组成叠瓦状组合的泥岩碎屑个体具螯状构造。螯状构造、眼状构造以及定向排列组合构造中的蠕虫形态,都表现出了泥质碎屑的塑性变形状态,表明下伏岩层尚未成岩,处于软泥状态。泥质碎屑以悬浮状态混杂于旋涡流中,这种类型的地震涌浪沉积难以形成一般浊积岩常见的递变层理,用机械分异的观点很难解释其成因。4泥质软沉积变形构造沉积序列是沉积单元的规律组合,它反映沉积环境的规律变化(环境)或沉积作用过程(事件相)。与地震作用有关的沉积序列表现为:当地震发生时,首先引发对先存沉积物的原地改造形成震积岩,继而触发海(湖)啸形成海(湖)啸岩,最终引发重力流形成震浊积岩;当地震过后,地壳恢复平静接受正常沉积(即背景沉积)。南贝尔凹陷泥质软沉积变形构造的垂向序列自下而上为(图3):地震活动高潮期形成的砂岩脉等液化构造单元(A);地震活动衰减期形成的地垒式组合构造和波状构造单元(B);地震活动停滞期形成的地堑式组合构造和阶梯状组合构造单元(C);津浪作用形成的泥质软沉积变形构造(组合)单元(D),包括眼状、螯状构造和叠瓦状、梅花状、定向排列等组合构造层段,为准原地沉积的津浪作用产物;上部发育异地沉积的震浊积岩(E)(图2d)。由于泥岩具有可塑性和延展性,拖曳构造基本从下到上都发育。由于泥质软沉积变形构造本身就是震积岩特征的重要组成部分,因此,与震积岩及其他事件沉积序列一样,垂向序列中各单元在剖面上常常发育不全,缺失其中一个或多个单元。这既可能是剖面处于事件发生的相对位置不同所致,也可能是由于2次地震的时间间隔太短以致地震作用“叠置”而成。更有甚者,序列会发生“颠倒”,这既可能是“叠置”原因造成的,也可能与沉积物物源、地震震级及地震作用下津浪的强度等多种因素有关。现代地震主要集中在板块边界和板块内部的伸展地带,按照将今论古的原则,湖盆中软沉积物记录的古地震一定与早期断裂活动有关,并对沉积作用和沉积物产生影响。因此,研究泥质软沉积变形构造有助于恢复盆地的构造活动史,可以推断控盆边界断裂和盆内主要断裂的强烈活动时期。蒙古国南贝尔凹陷泥质软沉积变形分布层位主要为白垩系下宗巴音组,说明这一时期是控盆边界断裂和盆内主要断裂(如中央断裂)活动相对强烈的时期。5白垩系泥质软沉积变形构造单元地质特征蒙古国南贝尔凹陷泥质软沉积变形构造形态多样。个体构造形态可以分为螯状、眼状、拖曳状和波状4种类型;组合构造形态可以分为阶梯状、叠瓦状、梅花状、地堑式、地垒式和定向排列6种类型。这些大量的形态多样的泥质软沉积变形构造是地震作用的产物。该区白垩系泥质软沉积变形构造的垂向序列自下而上为地