浅析龙门山前陆盆地须家河组二段软沉积物变形

2021-12-23赵驰

世界有色金属 2021年16期

赵驰

（成都理工大学，四川成都 610059）

龙门地区一直是地质学家们研究的热点地区，同时龙门山前陆盆地也是中国典型的前陆盆地，该盆地是晚三叠时期在扬子板块西缘受到印度板块向北偏东的挤压作用向东移动过程中，受到克拉通地块的阻挡隆升。渐渐形成由造山带、前陆盆地和前缘隆起共同组成的地质单元。在龙门山晚三叠时期的造山运动中，随着剧烈的地质构造运动释放巨大的能量，导致了龙门山地区的抬升。由于受到印度板块的不断挤压，龙门山地区至今依旧是极其危险的断裂带。伴随着剧烈的地质运动，形成一系列由于地震作用形成的软沉积物变形构造。不仅如此，在同一时期地层中也发现的风暴沉积物。研究地震与风暴所造成的沉积物变形，能从侧面反映当时的构造气候等的影响，同时对还原古地理、古环境，以及当时断层活动具有极其深远的意义。

通过对研究区乐地1井岩心的观察，发现须家河组二段地层中分布有大量的软沉积物变形。通过对震积岩和风暴岩的描述，进而进一步分析震积岩与风暴岩在时间和空间上的关联性。本文将从前人研究的基础上，通过对乐地1井岩芯进行深入观察描述，分析川西龙门山地区须家河组二段地层中出现的软沉积物变形形成的原因以及可能存在的关系。

1 研究区概况

龙门山带处于青藏高原东缘，是青藏高原与四川盆地的分界线。在龙门山地区分布有多条活动性断裂，自西向东分布着汶川-茂县断裂带、映秀-北川断裂带以及彭县-灌县断裂带等多条断裂带。乐地1井处于龙门山前陆盆地的南侧，靠近龙门山前陆盆地的沉积中心，其岩芯中含有须家河组、白田坝组、千佛岩组以及沙溪庙组地层。须家河组二段的岩性主要以灰白色细砂岩和粉砂岩为主，夹黑色页岩和灰白色中砂岩，部分裂隙中有少量方解石填充。

图1 龙门山前陆盆地南段构造简图

2 岩芯中沉积物变形特征描述

结合前人对四川盆地晚三叠统须家河组地层的研究，在须家河组二段地层中识别出大量沉积物变形，包括液化砂岩脉、包卷层理、火焰状构造、震裂结构、丘状交错层理等。

2.1 液化砂岩脉

液化砂岩脉是未固结岩层中的水和砂受到强烈的扰动作用，沿着岩层中应力薄弱的地方向外溢出并穿透上下层的岩石所形成的岩脉。砂岩脉的状体为砂岩组成，在乐地1井岩芯中可观察到明显的液化砂岩脉，液化砂岩脉在形成时，在水流外溢的过程中，往往会带动周围未固结的砂岩层发生向着水流方向的略微弯曲。

2.2 重荷模

重荷模是沉积物沉积之后，在其固结之前沉积环境受到扰动形成，受震动以及泄水作用影响明显，一般和沉积物液化同时出现。其触发条件可能是地震，也有可能是火山喷发以及海啸作用。出现重荷模意味着能量变化进入衰减时期。

2.3 弯曲变形

弯曲变形一般是未固结的沉积物受到震动或沉积环境剧烈扰动时形成的构造类型，一般在水平层理和泥沙互层的地层中容易观察到。在乐地1井中的弯曲层理变形发育，卷曲面极不规则，轴线弯曲方向不同，反映出该地层在沉积过程中受到极其强烈的地震扰动，形成大小差巨大的弯曲变形。

2.4 震裂构造

震裂岩是未固结岩层受强烈震动影响，通常出现在地震活动早期产物，其表现为地震震动作用使已固结（或未固结）岩石产生裂缝，液化的砂泥岩沉积物充填入裂缝内，使得已固结（或未固结）的水下沉积物震碎、断裂而形成，其特征表现为均一碎块状，被拉断或震裂的边缘不平整多为碎屑结构，多为棱角状。在乐地1井中观察到的震裂岩碎屑大小不一，是在地震压实作用影响下，其细小层理发生断裂形成断层。

2.6 丘状交错层理

丘状交错层理是风暴或海啸事件后形成的最典型的层理构造，丘状是巨大的浪波影响导致沉积物形成纹层平缓、丘状起伏或洼状下凹的交错层理；交错则是指不同岩层相互交错存在，如砂岩泥岩交互。由于岩芯柱展开面积有限，观察到的丘状交错层可能比观察到的范围更大。主要表现为泥沙互层。

3 软沉积物变形形成原因讨论

我国对震积岩和风暴岩的研究始于20世纪80年代（宋天锐）。地形发生重大改变（隆升或下沉）时，必然伴随着剧烈的地质运动，如地震、火山喷发等（冯增昭）。因此，在龙门山隆升的过程中，必然伴随着局部应力的剧烈释放——地震。这在过程中形成的软沉积物变形保存下来便形成了震积岩。在晚三叠世早期龙门山断裂带马鞍塘组、小塘子组、须二段、须三段和须四段的地层中就已经发现震积岩。对于龙门山前陆盆地须家河组地层中的风暴岩，前人已经有详尽描述，并将其成因归结为风暴气候成因。由于风暴岩在正常的沉积环境下极难保存，在乐地1井岩芯中观察到的风暴沉积在数量与规模上都不及震积岩。

在须家河组二段之下的地层中，还发现有一段置积层。受巨浪影响，破坏水下未固结岩层或者带来异地的沉积物。巨浪过去后由于水流动能下降，这些被破坏的岩层便就地沉积，形成置积层。F.Nanayama对1993年地震海啸和1959年的台风沉积物粒度对比研究发现，风暴沙的分类比任何海啸沉积物都好，与海岸和近岸的沙子相似；而海啸所形成的沉积物则更为粗糙。

造成软沉积物变形的原因极为复杂，地震、风暴、火山喷发都会造成一定程度的软沉积物变形。黄其胜（1995）通过测试对比须家河组地层CaO/MgO值与Sr/Ba值，表名须家河组二段时期CaO/MgO的值与Sr/Ba的值较须家河组一段和三段的值要低，说明须家河组二段时期气温较温和、湿度小，且水体盐度也较低。在须家河组一段和三段时期可能受到海洋物质影响更强，在须家河组二段时期产生的强恶劣天气可能也更少。本文的研究从岩芯出发，与前人的研究成果结合，对软沉积无的变形成因做了简要分析。由于资料有限，当时具体的气候情况已无法考证，希望能为以后的研究提供新的思路。

4 研究软沉积物变形的意义

龙门山前陆盆地须家河组地层以砂岩、粉砂岩为主，在沉积过程中包含了大量水分，从而为软沉积物的变形创造了条件。在须家河组二段沉积时期，随着龙门山的隆升，构造作用变强，导致须家河组二段地层中出现大量受地震影响的软沉积物变形构造。这些构造以枕状构造和火焰状构造为主，分布在整个须家河组二段地层中。在乐地1井须家河组二段中发现的大量软沉积物变形说明，须家河组二段时期，龙门山已经开始隆升，并引发剧烈的构造运动。其沉积物种形成的多数软沉积物变形多与地震相关。通过对乐地1井岩芯中的软沉积物变形的研究，有助研究对龙门山南段构造活动演化，对研究龙门山南段断裂带逆冲推覆构造运动及强弱有重要意义。