袁 玥,蔡鵬程,李夔州,韋阿娟,葉 濤,譚秀成,王興志

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；2.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459；3.西南石油大學 資源與環(huán)境學院，成都 610510)

震積巖的研究始于20世紀50～60年代，B.C.Heezen等[1]于1952年報道了加拿大Grand Bank地震與所引起的海底沉積物變形和位移。A.Seilacher[2]首次把未固結(jié)的水下沉積物在地震作用下發(fā)生再沉積所形成的沉積巖定義為震積巖，由此掀起了震積巖研究的熱潮。1988年，《Marine Geology》雜志發(fā)表了“地震與沉積作用”專題，系統(tǒng)總結(jié)了震積巖的研究進展[3]。中國對震積巖的研究始于1988年之后，集中在海相地層中的地震作用、震積巖識別標志、震積巖序列等方面[4]。

毫無疑問，震積巖是構(gòu)造活動所引發(fā)地震的地質(zhì)記錄，通過挖掘保留在震積巖中的沉積構(gòu)造的幾何學特征，分析它們的運動學機制，獲得誘發(fā)地震的古構(gòu)造活動的性質(zhì)是科學可行的手段。膠東乳山盆地下白堊統(tǒng)止鳳莊組砂礫巖震積巖發(fā)育，同沉積變形構(gòu)造樣式豐富，是研究誘發(fā)震積巖的斷裂活動的絕佳材料?；诖?，本文通過研究止鳳莊組震積巖特征，解剖其構(gòu)造幾何特性，分析其動力學機制，并結(jié)合碎屑鋯石年代學的測試結(jié)果，約束乳山盆地誘發(fā)止鳳莊組震積巖的郯廬斷裂帶的活動時間和性質(zhì)。

1 地質(zhì)背景

乳山盆地位于膠東半島東部，海陽斷裂帶呈NW-NE走向穿越盆地(圖1)。乳山盆地是一個發(fā)育在太古界變質(zhì)結(jié)晶基底之上的晚白堊世陸相斷陷盆地，基底為太古界膠南群，蓋層自下而上發(fā)育的地層為下白堊統(tǒng)林寺山組和止鳳莊組、中白堊統(tǒng)水南組、第四系(圖2)。在盆地西北，林寺山組不整合于太古界變質(zhì)巖之上；盆地東南部水南組與下元古界膠南群接觸，頂部被第四系覆蓋。白堊系主體為一套沖積扇-辮狀河沉積的中粗粒巖屑長石砂巖(圖2)。

2 震積巖構(gòu)造特征

2.1 震積巖分類方案

震積巖的分類問題一直是國內(nèi)外研究的熱點，一個科學的分類方案對震積巖相關(guān)科學問題的研究具有重要的意義[5]。趙衛(wèi)衛(wèi)等[6]根據(jù)震積巖的誘發(fā)因素，將其分為原地震積巖(狹義震積巖)、海嘯巖(地震引發(fā)海嘯形成)以及震濁積巖(地震引發(fā)重力流形成)。

C.Montenat等[7]根據(jù)震積巖形成的動力學機制，提出將震積巖分為軟性變形震積巖和脆性變形震積巖兩大類。此分類方案沒有考慮震積巖的幾何形態(tài)，而形成的動力學機制又是解釋性的成果?；诖?，本文在綜合考慮上述2個方面因素的情況下，提出了基于震積巖誘發(fā)因素和震積巖形態(tài)學特征的分類方案(圖3)。

2.2 震積巖構(gòu)造特征

2.2.1 砂枕狀、球枕狀構(gòu)造

研究區(qū)發(fā)育2種類型的枕狀構(gòu)造，即砂枕狀、球枕狀構(gòu)造。其中砂枕狀構(gòu)造分布于泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖中。該類震積構(gòu)造在止鳳莊組分布最為廣泛，共計33處，在剖面第5、第6層最為發(fā)育，大多數(shù)砂枕的長軸約10 cm。另外一種為大小不一的球枕狀，分布于剖面第2、第3層中-粗粒砂巖中，露頭上共有20處，其大小為5～25 cm (圖4)。

砂枕狀、球枕狀構(gòu)造形成機制是由于上下巖層的密度差，上覆密度較大的巖層受到地震或斷裂活動影響時，砂體斷裂并沉陷于下伏軟沉積物之內(nèi)；同時，斷裂砂塊受到水平剪切作用力的影響，便會形成砂枕-球枕狀構(gòu)造[5]。

2.2.2 液化砂泥巖脈

乳山盆地止鳳莊組液化砂泥巖脈較為發(fā)育，共計發(fā)現(xiàn)5處，以上下兩方向流動類型為主。脈體寬度在3～5 cm，長度在10～50 cm，發(fā)育于泥質(zhì)砂巖、粉砂巖中，在剖面第1、第4層最為發(fā)育(圖5)。

該類構(gòu)造為最普遍的軟沉積物變形現(xiàn)象，系同沉積期飽含水的砂質(zhì)沉積物被地震破壞并被孔隙水加壓液化的產(chǎn)物。M.A.Rodriguez-Pascua等[8]認為脈體主要以2種方式侵入巖層:一類是下伏液化砂巖層中的脈體垂直向上貫穿上覆巖體，并最終在重力的作用下尖滅；另一種為脈體側(cè)向運動，在受到上下兩個方向壓力的情況下，脈體同時貫穿上下巖層，并最終尖滅。前者在軟沉積物變形構(gòu)造中最為常見。

2.2.3 液化卷曲變形構(gòu)造

在止鳳莊組偶見該類構(gòu)造，主要表現(xiàn)為寬度為1 cm左右的液化砂泥巖脈體近水平分布于第1層砂泥巖內(nèi)部。液化卷曲變形構(gòu)造與液化砂泥巖脈的主要區(qū)別在于兩者是否切斷上下巖層，前者并未貫穿，上下巖層形態(tài)完好，而后者會破壞上下巖層完整性(圖6)。

液化卷曲變形構(gòu)造是在地震作用下，巖層內(nèi)部發(fā)生的不規(guī)則彎曲現(xiàn)象。其變化多樣、形態(tài)不規(guī)則、發(fā)育連續(xù)等特征使其在野外成為良好的震積巖識別標志。大多數(shù)學者認為該類現(xiàn)象為地震作用的產(chǎn)物[9]。

由于液化砂泥巖脈形成機制的特殊性，地震作用時，脈體不僅受到上覆巖層的重力影響，同時不同性質(zhì)的斷裂活動也會讓脈體發(fā)生不同程度的方向轉(zhuǎn)變。因此，可以根據(jù)液化砂泥巖脈體方向的變化反演誘發(fā)地震的斷裂帶的活動性質(zhì)。

2.2.4 泄水構(gòu)造

在乳山盆地止鳳莊組剖面第3、第5層砂巖層中，共發(fā)現(xiàn)17處泄水構(gòu)造，為大型的、脈體寬度>1 cm的泄水構(gòu)造[10](圖7)。泄水構(gòu)造指沉積物在地震作用下發(fā)生泄水所引起的軟沉積物變形構(gòu)造。泄水脈可發(fā)生向上、向下兩個方向的位移。一些學者認為如果脈體寬度>1 cm，則為地震作用導致,反之為重力流成因。

2.2.5 層內(nèi)階梯狀微斷層

研究區(qū)止鳳莊組剖面中共發(fā)育層內(nèi)階梯狀微斷層15處，其宿主巖性為長石砂巖、泥質(zhì)砂巖，斷層傾角在30°左右，寬度在1 cm左右，誘發(fā)機制為液化作用停止之后，在重力的作用下沉積物壓實使其表面差異性錯動所產(chǎn)生(圖6)。

2.3 震積構(gòu)造的分布規(guī)律

震積巖作為地震活動在地層中的記錄，是研究地震活動強度隨時間變化規(guī)律的一種有效方法。因此，建立不同類型震積構(gòu)造在地層中的發(fā)育頻次，能夠有效識別古地震活動強度在時間序列上的變化規(guī)律。

以野外實測剖面線方向逐層統(tǒng)計震積構(gòu)造發(fā)育頻次，以層為單位，建立不同類型震積構(gòu)造發(fā)育分布頻次直方圖(圖8)。從圖8-A中可以看出，地層從下到上，震積構(gòu)造的發(fā)育頻次呈遞增趨勢，即在止鳳莊組沉積時期，地震強度與時間呈正比關(guān)系，在第6層到達頂峰，此時的地震活動最強。從圖8-B可以看出，在乳山盆地止鳳莊組中，砂枕狀震積構(gòu)造最為發(fā)育，總共有33處；數(shù)量最少的是階梯狀微斷層震積構(gòu)造。砂枕狀震積構(gòu)造是在地震強度Ms>5的情況下被誘發(fā)，階梯狀微斷層的誘導震級在Ms<0.2[11-12]，因此可以推論，導致止鳳莊組震積巖發(fā)育的地震強度Ms>5；且隨著時間的推移，地震強度逐漸增加，在第6層位達到峰值(圖8)。

3 震積巖年代學特征

為了約束震積巖發(fā)育的時代，作者選取止鳳莊組第6層的砂巖樣品，開展了碎屑鋯石年代學的研究，共挑選了86顆碎屑鋯石，碎屑鋯石的測試工作在廣州澳實礦物試驗所完成。

標記點大部分為無色-淺粉紅色、自形、菱形扁平狀晶體(圖9)。晶體長度為50～150 μm，長寬比在(1∶2)～(1∶4)。年齡數(shù)據(jù)為106～119 Ma(圖10)，其206Pb/238U表面年齡加權(quán)平均值為114.5 Ma(圖11)，這與He Bizhu等[13]的研究數(shù)據(jù)一致。

4 結(jié)論與討論

a.郯廬斷裂帶活動時間

呈近南北向貫穿盆地的乳山斷裂系郯廬斷裂帶的次級斷裂[14]。據(jù)采自乳山盆地止鳳莊組第6層的碎屑鋯石U-Pb年齡可以推斷乳山斷裂活動的時間不早于114.5 Ma B.P.，這個年齡與D.C.Engbretson等[15]和S.Maruyama等[16]的研究結(jié)果相吻合。

b.郯廬斷裂帶活動性質(zhì)

據(jù)發(fā)育于止鳳莊組的眾多震積構(gòu)造的變形特征和其中的砂泥巖脈的產(chǎn)狀由第1層內(nèi)的30°轉(zhuǎn)變?yōu)榈?層內(nèi)部接近垂直的狀態(tài)(圖12)，可推斷乳山斷裂在114.5 Ma B.P.之后的活動性質(zhì)為左行走滑拉張。

綜上所述，產(chǎn)于乳山盆地下白堊統(tǒng)止鳳莊組的震積巖是郯廬斷裂帶于114.5 Ma B.P.之后的左行走滑拉張作用的地質(zhì)記錄。