中元古代鄂尔多斯盆地南缘裂谷沉积相与震积岩序列

卢 勉，陈友智，吴高平，彭 伟，王丽丽

（1.大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712； 2.浙江大学 地球科学系，浙江 杭州 310027；3.大庆油田有限责任公司第九采油厂，黑龙江大庆 163712； 4.江汉油田勘探开发研究院，湖北武汉 430023；5.吉林油田分公司 扶余采油厂，吉林 松原 138001）

0 引言

早元古代吕梁运动之后，华北地台主体拼贴完成［1］.作为华北地台的一部分，鄂尔多斯盆地周缘及邻区为秦—祁裂陷、二道凹局限洋、滹沱局限洋、北大山—赵池沟边缘海围限，盆地仅西南缘沉积下元古界滹沱群［2］.该时期洛南县巡检镇地区没有沉积.中元古代早期鄂尔多斯盆地西、南缘发育贺兰山—秦祁—晋陕—晋豫陕多裂谷系［3］，盆地南缘的洛南县巡检镇地区位于晋豫陕裂谷带内，形成玄武岩到流纹岩相的熊耳群火山岩，属大陆玄武岩［1］.中元古代中晚期，岩浆岩喷出后构造沉陷，洛南县巡检镇地区处于高山河—汝阳—常州沟局限海环境、官道口边缘海环境［4］沉积长城系高山河组、蓟县系龙家园组、巡检司组、杜关组与冯家湾组，整体上研究区中元古代为拉张、伸展期.

研究者分析物探、钻井资料，认为中元古代鄂尔多斯盆地南缘存在晋豫陕裂谷系［3，5］，但区域上与裂谷系匹配的地层研究较少.有人认为裂谷系沉积相纵向上多存在双层结构，即扩张期的非补偿型沉积与收缩期的补偿型沉积.前者沉降作用大于沉积作用，沉积相类型变化大；后者沉积作用与沉降作用基本平衡，沉积相类型变化不大.震积岩是地震活动在未完全固结的沉积中的印迹，多以震积岩序列形式存在，出现在被动大陆边缘和主动大陆边缘的伸展环境中，对区域大地构造环境具有指向性意义.笔者划分鄂尔多斯盆地南缘洛南县巡检镇地区中元古界沉积相及震积岩序列，研究区中元古代水体深度整体不断增加，沉积环境从三角洲相逐渐过渡为深海盆地相，为非补偿沉积，与晚元古代稳定的浅滩补偿型沉积共同构成双层结构，为裂谷非补偿型沉积；中元古代蓟县纪地震活动较为活跃，地层中震积岩序列包含液化底劈构造、震褶岩、震裂岩、震浊积岩、津浪丘状层及风暴岩，反映研究区处于裂谷带，其沉积相与震积岩与构造背景匹配.

1 研究区概况

中元古代洛南县巡检镇位于鄂尔多斯盆地南缘晋豫陕裂谷内，南部与秦岭构造带相邻.以该区中元古界地层为研究对象.研究区中元古界整体走向近东西向、倾向朝南，与熊耳群呈超覆、断层接触.中元古界与寒武系共同构成向斜构造的北翼.研究区发育东西向、北西—南东向2组断裂，前者被后者截断，沿东西向断层局部出露中生代花岗岩体.剖面线1，从高山河开始向南东至甘江村高山河组大套石英岩与龙家园组白云岩分界；然后向东平移至剖面线2，从三元村直至冯家湾组与寒武系分界点（见图1）.

2 沉积相划分

［4］的碳酸盐岩沉积相模式，结合研究区中元古界的岩性组合和沉积构造，将研究区地层划分为18个层段（见图2）.

2.1 三角洲相

洛南县巡检镇长城系沉积岩与下伏熊耳群火山岩呈超覆接触关系，表明海侵开始.

三角洲地理上位于海陆交互带，沉积物为由粗到细的砂、泥岩组合.剖面图第1层底部，岩性为砾岩、中粒砂岩、细粒砂岩、砂泥岩互层、泥岩夹粉细砂岩.高山河组底局部发育一套砾岩，厚度约为0.1m，砾石结构成熟度和成分成熟度较低，砾径为1.0～4.0cm，分布不稳定，向两侧过渡为中粒砂岩，平面上岩性变化迅速，向上岩性变为中粒砂岩—砂泥岩互层，垂向上表现为正粒序，为河道底滞砾岩与细粒河道层序的叠置，表现为三角洲平原小型分流河道沉积（见图3（a））.剖面图第1层中下部，岩性为泥岩、砂岩夹泥岩、薄层泥岩夹杂砂岩、薄层杂砂岩与泥岩互层、石英砂岩.薄层杂砂岩呈波状起伏，石英砂岩中见小型交错层理，为三角洲平原决口扇.剖面图第1层中部，岩性为砂岩夹薄层泥岩（见图3（b）），由底至顶泥岩厚度逐渐增大，岩层整体延伸稳定，砂岩中见交错层理、波纹层理和平行层理，底部见冲刷痕迹，并见泥砾，砾径为0.8、1.0及2.0cm，表明整体水体较浅，为三角洲前缘远端沙坝.剖面图第1层中上部，岩性为中厚层砂岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩，砂岩见波痕、交错层理与平行层理，波痕波脊包括直线与曲线，表现水体动荡，为三角洲前缘河口沙坝.剖面图第1层顶部，岩性为泥岩夹薄层砂岩.差异压实使砂、泥岩接触面弯曲，发育滑动构造、负载构造和火焰状构造，砂岩底部见泥砾，磨圆好，砾径为2.0、3.0cm，为前三角洲相（见图3（c））.

2.2 滨岸相

滨岸位于向广海倾斜的沿岸带，无障壁岛遮挡，海水循环良好的开阔海岸带.剖面图第2层，岩性为厚层石英砂岩夹薄层泥岩，见羽状交错层理，表明受潮汐作用影响，为滨岸相.后期构造作用使砂岩裂缝发育（见图3（d））.剖面图第11层，岩性为中厚层状石英砂岩，偶夹薄层泥质岩、粉砂岩.总体上砂岩纯净，发育交错层理、斜层理、板状、楔形层理和爬升层理，见砂岩透镜体，厚度约为25.0cm，为滨岸相.

2.3 台地（潮坪、泻湖）相

潮坪或半封闭的泻湖，位于障壁岛内侧的泻湖四周、河口两侧沿岸和海底坡度极缓的广海沿岸地区.剖面图除第7层外，第3-10层岩性为砾屑、砂屑白云岩、泥质白云岩、泥质粉砂岩、厚层状粉晶白云岩夹页岩和厚层泥岩，泥岩钙质及硅质胶结.砾屑扰动大，泥质粉砂岩中见交错层理.局部见藻纹层，白云岩层面见波痕，为潮坪、浅滩和泻湖环境，整体上表现为潮坪—泻湖交替出现（见图3（e）-（h））.剖面图第12层，岩性为薄层状泥晶白云岩与薄层硅质岩互层.白云岩含沉积角砾，局部硅质层延伸不稳定，见风暴作用形成的竹叶状砾屑白云岩，整体上分为3段：底部见凹凸不平的侵蚀面，表明一次风暴作用开始；中部见硅质砾屑直立或呈叠瓦状，局部几期叠瓦方向不同交织呈尖棱状，表明形成于风暴作用的高潮期；顶部为丘状纹层硅质岩和白云岩，表明风暴作用逐渐停止.整体上白云岩层与硅质岩层相互平行，间夹多套风暴岩，说明风暴周期发育（见图4（a））.风暴岩的出现指示沉积水体较浅［6-13］.中元古代大范围的薄层状硅质岩为席状藻类沉积后经硅化形成，根据席状藻类所指示的环境，表明该套地层形成于浅水环境［10-13］，为台地环境.

2.4 浅滩相

浅滩位于台地外侧或浅海陆棚内地势较高的清水区域.剖面图第7层，岩性为白云岩，具有一定磨圆度的角砾，见冲刷痕迹，为浅滩环境.剖面图第13层，岩性为中薄层状白云岩与黑色硅质岩互层；纹层发育，见交错层理，白云岩含角砾，为浅滩高能环境（见图4（b））.

2.5 浅水缓坡相

浅水缓坡位于浅滩靠海一侧，坡度较小，水体相对较浅，沉积界面在浪击面之上.剖面图第14层，岩性为角砾白云岩，含硅质条带；角砾磨圆度较高，砾径为1.0、3.0cm，砾石层厚度为6.0cm，为浅水缓坡环境.

2.6 深水缓坡相

深水缓坡坡度较小，水体相对较浅，沉积界面在浪击面之下.剖面图第15层，岩性为薄层状白云岩、中厚层状灰白色粉晶白云岩，含硅质条带；硅质条带被拉伸（见图4（c）），平行于层面断续发育，局部见小断层.根据地球化学测试分析结果，华北板块蓟县系大范围硅质条带为热液成因，与拉张裂陷形成的火山作用有关，形成于水体较深的环境［10-11，13］，为深水缓坡环境.

2.7 斜坡相

斜坡位于台地边缘朝向广海一侧坡度较大的斜坡地带.沉积界面在深水缓坡之下，深度大小不一，主要依据坡度变化确定，相带较窄.剖面图第16层，岩性为灰色薄层状白云岩与黑色薄层状燧石条带互层；见平行纹层，局部可见竹叶状角砾呈放射状或无序状，硅质岩与白云岩均有塑性滑动痕迹，白云岩透镜体，为斜坡环境.

2.8 开阔陆棚相

开阔陆棚为位于斜坡与盆地之间深水环境，沉积界面在氧化界面之下.剖面图第17层，岩性为薄层白云岩夹含白色硅质条带、中厚层状细晶白云岩，发育锥状叠层石，叠层石宽度约为4.0cm，长度约为20.0 cm（见图4（d））.随着水体不断加深，叠层石形态从席状—柱状—指状—锥状变化.该段锥状叠层石的出现反映沉积环境水体较深.

2.9 深海盆地相

深海盆地位于风暴很少波及到的区域，特别是被动大陆边缘盆地，具有构造活动性强，沉降幅度大的特征.剖面图第18层中、下部，岩性为粉砂岩夹黑色泥岩，向上砂质逐渐减少，粉晶白云岩.砂、泥岩中见鲍马序列（见图4（e））：底部为粗粒结构，往上逐渐变细，呈现平行层理，并渐变为泥岩.白云岩中滑塌构造十分发育，为深海盆地环境.剖面图第18层顶部，岩性为白云岩、页岩，白云岩整体无结构，表明滑塌构造发育（见图4（f）），滑塌层厚度约为10.0m，包卷层理发育，包卷同心圆直径达13.0cm，发育页理，表明水体环境较深，为深海盆地环境.

长城系整体表现为三角洲相—滨岸相—浅滩—泻湖相，由陆相向海相过渡，水深增大（见图2（a））.蓟县系整体表现为潮间—缓坡—斜坡—开阔陆棚—深海盆地，水体逐渐加深（见图2（b））.从长城纪到蓟县纪，整个中元古代水体逐渐变深，沉积相表现为裂谷系非补偿型沉积.该区中元古代沉积相模式见图5.

3 震积岩序列

震积岩是未固结的沉积物，因震动而原地液化变形形成［14-17］.震积岩存在依据为：（1）与古地震区毗邻；（2）存在可液化层；（3）存在液化变形构造；（4）液化变形限制在某一层或几个层内；（5）变形构造能进行区域对比；（6）没有其他变形构造影响［16-19］.震积岩通常具有液化、卷曲变形和滑塌构造基本特征.中元古代，洛南县巡检镇位于华北南缘构造带，晋豫陕裂谷系北缘［18］处于古地震区.根据野外地质调查结果，蓟县系龙家园组、巡检司组、杜关组白云岩与硅质岩互层的地层中液化变形构造发育，杜关组、冯家湾组滑塌构造发育.区域上同时代的华北板块迷雾山组、白云鄂博群存在震积岩［20-21］，因此研究区具备存在震积岩的先决条件.

野外地质调查时，常将震积岩归入一个序列判断识别，根据峨眉山小型构造划分的震积岩序列为：微型递变断裂、微型褶皱、碎块层和液化层.根据一次地震形成由强到弱的能量变化划分的序列为：震积岩、海啸岩和浊积岩.碳酸盐岩中包括A—E单元，自下而上为：A单元为泥晶脉扰动层，垂向弯曲脉发育；B单元为液化卷曲变形层，发育震褶岩、震裂岩和震塌岩；C单元为阶梯状断裂与地裂缝发育；D单元为海啸阶段，发育风暴岩和津浪丘状层理；E单元为浊流沉积、鲍马序列和交错层理［14］.前3个单元反映震积岩自身特性，后2个单元与古地震作用相联系，可与震积岩相印证.研究金沙江中段大陆边缘海相碎屑岩，划分震积岩序列包括滑塌与重力流成因的6个单元，自上而下为：A单元为递变断裂岩；B单元为震碎角砾岩；C单元为震褶岩，层内包括阶梯断层；D单元为滑塌巨角砾岩；E单元为震积角砾岩；F单元为震浊积岩.在洛南县巡检镇地区长城系中未发现碎屑岩地层的震积岩标志，如阶梯断层、液化卷曲变形、液化砂岩脉等［19］，即便出现火焰状构造、砂岩枕（见图4（c）），也是局部性的，规模较小，为差异压实与其他构造作用形成.蓟县系可划分碳酸盐岩震积岩序列中除C单元外的其他4个单元（见表1）.

表1 蓟县系震积岩序列发育特征Table 1 Development characteristics of seismites series in Jixian system

3.1 风暴岩

风暴岩指沉积物受到风暴扰动后再沉积形成的一套沉积组合［22-24］.完整的风暴岩序列由下至上为：侵蚀底面、砾屑段、粒序段、平行纹层段、丘状纹层段、风暴浊积岩和泥岩段.剖面图第12层，可见厚度约为5.0～8.0m的风暴岩与薄层白云岩互层，包括侵蚀面、砾屑段和丘状纹层段，砾屑多方向交织，风暴能量强（见图4（a））.风暴岩虽非由地震产生、进而原地沉积变形形成，但却为地震引发的海啸形成，也可指示古地震的存在，属碳酸盐岩震积岩序列中的D单元.

3.2 震褶岩

震褶岩归结为液化卷曲变形的一种形式，由液化扰动形成，具有一定坡度条件下可形成震裂岩.剖面图第12、13、17层，薄层白云岩与薄层硅质岩互层的地层中可见厚度约为35.0cm的震褶岩，白云岩与硅质岩弯曲，突出部分为硅质岩，弯曲十分明显（见图6（a））.薄层白云岩夹薄层硅质岩或含硅质团块（见图6（b）），从上至下分为形态不协调的4个部分：（1）竹叶状砾屑白云岩，砾屑呈叠瓦状排列；（2）拗曲，平坦处部分被削截，弯曲处硅质岩部分似前积层，与平坦处薄层白云岩纹层不连续；（3）滑脱褶皱，核部硅质岩明显增厚，两边减薄，褶皱呈尖棱状；（4）箱状褶皱，尖棱状褶皱向上逐渐过渡为箱状褶皱，褶皱顶薄翼厚，硅质岩只出现在褶皱翼部，说明受到垂向挤压.褶皱翼部见小型裂缝，为液化泄水缝.震褶岩出现在碳酸盐岩震积岩序列的B单元.

3.3 震裂岩

剖面图第15层可见震裂岩，其断层规模小、不穿层，断层尾端附近见液化变形构造.断层下盘见长条形自碎角砾和棱角状准原地角砾，前者与岩层平行，基本为原地，后者无方向性，大小不一，成分与附近岩层一致（见图6（c））.震裂岩能影响软沉积物液化变形与固结成岩后的脆性变形，指示发生于地震活动的衰减期，属于碳酸盐岩震积岩序列的B单元.

3.4 液化底辟构造

底劈是指某些物质以塑性或流体状态从深到浅的侵入穿刺，引起上部负载层变形［22］.地震作用使得某些岩层液化，与周围岩层形成塑性差，受到挤压而刺穿上隆.剖面图第15层发育高度约为0.5m的柱状底劈，其核部硅质岩呈团块状，底劈边缘向斜被沉积物填充，厚度增加（见图6（d））.液化底劈构造出现在碳酸盐岩震积岩序列的A单元.

3.5 津浪丘状层

津浪丘状层由海啸形成，根据乔秀夫等［14］对津浪丘状层的形态分类.剖面图第15、16层薄层白云岩与薄层硅质岩互层的岩层段，观察到波长（L）与振幅（H）之比为4左右的d型高度丘（见图6（e）），波长与振幅之比为10左右的c型中等高度丘（见图6（f）），以及凹状丘.c型津浪丘状层与风暴岩形成于震积岩序列的同一单元，出现在浅水区，并与薄层硅质成因分析吻合，对沉积相划分有指示意义.津浪丘状层与风暴岩为海啸作用形成，同属于碳酸盐岩震积岩序列的D单元，但比风暴岩水体稍深.

3.6 震浊积岩

地震是形成浊积岩的诱因之一，区分浊积岩由地震还是非地震触发较为困难，特别是当两者所沉积的区域在深海盆地或深洼地区时.剖面图第18层出现厚度较大的无结构、含包卷层理白云岩滑塌构造层（见图4（f）），与序列的其他单元匹配，为碳酸盐岩震积岩序列E单元.

研究区震积岩序列不完整，组合为B—D、A—D、B—E及单独的B单元，不能组成完整序列.

4 结论

（1）中元古代洛南县巡检镇处于鄂尔多斯盆地南缘晋豫陕裂谷带内，沉积相分析表明从陆相三角洲相逐渐向深海盆地相变化，水体不断加深.

（2）中元古界蓟县系震积岩序列的出现表明研究区处于裂谷环境，与沉积相的变化规律相匹配.

（3）震积岩序列能部分与沉积相匹配，作为沉积相分析的辅助标志，如风暴岩、津浪丘状层.

（4）震积岩序列在一个地区发育并不完整.

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