震积岩的识别与实例分析

1苏成鹏黎虹玮唐雪松王高峰地科院矿产普查与勘探二零一五年十一月震积岩的识别与实例分析•第一章震积岩概念及分类•第二章震积岩识别与实例分析•第三章震积岩地质意义21.1震积岩的定义震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义31969年，由Seilacher首次提出，指构造活动区未固结的水下沉积物受到地震活动的改造与再沉积形成的沉积物。后来国内研究重新定义：由地震作用产生的具有震积构造和震积序列的灾变事件沉积的一组岩石的总称（孙晓猛、梁定益，1991）。现在把记录地震灾变事件的岩层称为震积岩(Seismite),震积岩是灾变性事件岩的典型代表,它是具有震积构造和震积岩序列有一定成因联系的一组岩石。1.2震积岩的分类4震积岩(或地震岩,广义的震积岩)主要包括地震过程中原地形成的震积岩(狭义震积岩)、地震引发海啸形成的海啸岩和地震引发重力流形成的震浊积岩(巨浊积岩)三种类型（赵卫卫等，2006）。原地相震积岩是早期固结或未固结的沉积层受到地震作用、影响、破坏和改造,原地形成的各类具有震积构造的岩石。乔秀夫等（1994）根据再沉积的特殊构造将其分为震裂岩、震褶岩和震塌岩等类型。海啸岩包括两种岩石类型:地震触发的海啸形成津浪丘状层和海啸浊积岩。震浊积岩是地震作用引发的岩石破裂(碎)发生位移形成高密度流的岩石类型,包括碎屑流和浊积流。震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义2.1原地震积岩的岩石特征•震褶岩•震裂岩•震塌岩•自碎屑角砾岩•内碎屑副角砾岩•液化角砾岩乔秀夫，19945层内断层阶梯状断层震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•震褶岩：半固结或尚未固结的沉积物在层内经震动液化卷曲变形形成的岩石，褶皱为层内褶皱，与构造形成的层间褶皱不同。乔秀夫，1994刘礼洁，20126厚度较小，上下多为正常泥质层或砂层，指示地震间歇性震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•震裂岩：以破裂变形为主（具微地震断裂）的岩石或由于更强的地震（外力）使震褶岩进一步发生变形（塑性变形）直至破碎形成的岩石。杜远生7具有可拼性，与震褶岩的关系密切震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•震塌岩：由地震成因的不协调岩块（巨砾）组成的岩石，即地震诱发局部较高部位已固结岩石发生坍塌进入底部位未固结沉积物中形成的。田洪水，20068识别标志是不协调岩块，与围岩有清楚的边界罗冰等，2009震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•自碎角砾岩：原地相中固结及半固结的岩层被震碎而成的初始断裂角砾岩。（左）•内碎屑角砾岩：自碎屑进一步位移形成近原地异位角砾岩。（右）路慎强，20069同样是原地相破碎，注意与震裂岩的区别，亦具有可拼性，一般呈“骨排”式顺层分布震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•液化角砾岩：密集的液化砂岩脉或碳酸盐脉穿刺围岩在层内形成的角砾岩或砾岩。乔秀夫，200910震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义2.2原地震积岩的识别标志震积岩的识别标志可以分为构造识别标志和沉积-成岩识别标志。典型的识别标志主要如下：1）地史类构造识别标志：断裂递变层和断裂均一层、地裂缝、微同沉积断裂（包括层内阶梯断裂）、微褶皱纹理。2）典型沉积-成岩识别标志：泄水构造、液化底劈构造、枕状构造、液化水压构造、包卷层理、砂火山、泥火山、负荷构造、球枕构造、枕状层、火焰构造等。11震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义2.2.1原地震积岩的地史构造识别标志•断裂递变层/断裂均一层地震强烈阶段在沉积地层振动过程中形成的各类微断裂，以张性断裂为主，多被泥或泥质充填，向上逐渐变细变少/均匀分布。包佳凤，201212区别于后期构造形成的断裂，震积类不具有张扭、压扭，且断面并非有序，不具共轭性，未被后期方解石充填震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•地裂缝：地震引起液化作用停止后，沉积物重新压实使得体积变小，导致沉积物表面差异性下沉，并在其表面形成的裂缝。乔秀夫，200913一般不穿层震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•微同沉积断裂：均为层内断裂，前者见于原地震积岩或震褶岩中，是沉积地层在振动液化过程中在层内小层的规模较小的阶梯状正断层，以张性断裂为主，可单独发育，也可平行排列呈阶梯状、常发生褶曲和揉皱现象，同时伴有火焰状构造。14震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义乔秀夫，2009包佳凤，2012•微褶皱纹层：震积岩中非常发育的构造变形现象，由地震活动引起未固结的可塑性泥沙沉积物液化引起的层内扭曲、卷曲变形为主的同生变形构造。刘礼洁，201215受孔隙流体压力变化的影响，即与软沉积及液化关系密切震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义1）液化泄水构造：液化（泄水）脉、液化角砾岩、液化砾岩2.2.2典型的沉积-成岩识别标志16震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义形成机制：饱和松散的砂土（很少粘性的散体）是由砂和水组成的复合体系。砂粒靠粒间摩擦力维持其本身的稳定与承受压力。水的突出的力学性质是体积难于压缩，能承受极大压力而改变形状（流动），但不能承受剪切力。地震之前砂土层所受的外力全部由砂骨架所承担，沙层是稳定的。强地震时，地震振动引起剪切力促使砂粒滑移而改变排列状态，应力由砂骨架转移至水，引起超孔隙水压力。当全部应力转移至孔隙水后，超孔隙水压力等于饱和砂所承受的总压力，在完全水平的沙层中便产生了液化，这时砂本身的重量也加到水上，沙与水浑然一体形成了悬液，产生喷砂冒水现象。地面之下形成一系列喷砂孔道，即各种形态的板状砂脉与泥脉。地震过后，超孔隙水压力消散，沙层在原来的压力下重新固结，其固结程度因失水显然比震前密实，表现为地面下沉，随之产生地裂缝与断层。由于地震震动，水、砂重新配置，形成悬液17震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•液化泄水构造——液化泄水脉18震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•液化泄水构造——液化角砾、液化砾岩19密集的液化砂岩脉或碳酸盐脉穿刺围岩形成的角砾或砾岩震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义2）液化底辟构造液化沉积物流，向上穿刺上覆围岩的一种构造。多指未穿透沉积物的构造。若穿透当时沉积物至地表则称液化丘（砂火山）。•液化底劈（蘑菇状）20不是泄水，而是液化沉积物！震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义21震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•枕状构造被液化底辟作用牵引而形成的向上弯曲的特殊构造。顶面大多有一平直的截切面，截切面上覆新的外来沉积物。即震积不整合面。22震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义23枕与枕之间被向上的液化底劈穿刺的液化沉积物分割，沿走向形成一系列相间的宽的向形和窄的背形构造震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义3）液化水压构造24多出现于不规则、透镜状或团块状层，是液化作用形成的巨大压力使沙团爆炸性向其围岩侵位，形成一组平行的液化脉。震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义4）液化卷曲变形液化卷曲构造亦可称震褶层，卷曲变形限于层内部，上覆和下伏均未受影响。25轴面无序震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义5）液化溢出丘和液化混杂堆积液化溢出丘包括液化丘（砂火山）、液化砾石丘及负地形沙坑与混杂堆积。沙丘或砾石丘，均沿一定方向排列，很少单个出现。26震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•砂火山27不会单独出现，但在地层中难以保存震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义液化底劈和液化砂火山地震成因机理解释Montenatetal.,2007•汶川地震液化砾石溢出丘28震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义碳酸盐岩中完整的溢出丘（苏德辰，2013）•沙坑与混杂堆积29砂火山在停止液化活动后向下沉降，形成沙坑震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义6）负载、球枕构造和枕状层负载构造→球枕构造→枕状层1）负载构造纹层弯曲成向斜状。2）球枕构造为具同心纹层的球体或椭球体。3）枕状层为多个球枕构造组成的层，原有的负载构造基本已消失或大部分消失。注意区别于枕状构造！！30震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•负荷构造：由于液化沙层在地震剪切力与重力作用下上覆较粗粒沙层下沉陷落形成的一种构造。乔秀夫，200931连续沉降震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•球枕构造由于上、下相邻的沉积物存在较大的密度差，地震液化作用结束后沉积物体积收缩，在震动和重力的作用下上覆的细砂、粉砂层发生断裂，解体，在振动下沉过程中形成不规则的块状、球状、枕状、拖曳拉长状及其他各种形状的构造。32枕状构造属于下部沉积物上侵，岩性与下部岩石相同；球枕构造属于上覆沉积物压实，岩性与上部岩性相同。震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义33震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义•枕状层密集负载体连续下沉陷落，形成一个密集球-枕构造层，而原始的产生负载构造的岩层已消失或大部分消失。34形成机制为：负载体下降、滑动成因、地震摇晃震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义7）火焰构造•当砂质层堆积在含水且具高塑性泥质层之上时，差异压实会引起上、下砂质层与泥质层之间发生相互垂向运移。泥质层呈尖舌状贯入上覆砂质层中，形成一排尖舌，称之为火焰构造。•在很多文献中，火焰构造被解释为地震触发机制。是沙层下沉至下伏软泥层中，由于负载体重压形成，是一种分隔负载砂体的向上呈火焰状的泥质体或粉砂泥质体。从成因机制角度应是与负载体伴生的构造，与直径大于1厘米的负载体伴生的火焰构造可解释为地震成因，但与小型负载体伴生的火焰构造可以是单纯的重压负荷形成。35震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义2.3震积岩震积序列36震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积作用——指在不同构造与沉积背景下地震作用过程中地壳颤动引起的各种作用(振动力、剪切力、挤压力和拉张力等)对沉积物的改造作用。它既包括地震对原地先成沉积物的改造,也包括由地震触发引起的海啸沉积作用(带来近原地的沉积物)或重力流沉积作用(带来异地沉积物)。作为一种特殊的事件沉积,其震积序列反映了地震的沉积作用过程。当地震发生时,首先引起先成沉积物的原地改造,此时形成各种震积岩;如果地震触发海啸,则形成海啸岩;当地震触发重力流,则形成震浊积岩。地震过后,盆地恢复平静,接受正常沉积(即背景沉积)。一般认为,由震积作用形成的沉积包括震积岩(A单元,原地系统)、海啸岩(B单元,准原地系统)、震浊积岩(C单元,异地系统),再加上背景沉积(D单元),组成震积岩的震积序列基本单元。地震不整合震积不整合指地震引起的具极大能量的异地相滑来震积层，冲刷剥蚀下伏原地相的地震扰动层，两者之间于水下突发形成的滑移面，即震积不整合面。37震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义同一套序列中的震裂岩和其上的海啸岩，其间具有一冲刷面38震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩地质意义3.1古构造意义(1)有助于全面了解全球古地震带和地史时期古地震的活动期次、强度及地震活跃期与宁静期的周期性的交替规律,编制古地震年表,预测现代地震的活动节律。(2)有助于重新恢复古构造活动性,解决古构造、古断裂、古盆地、古环境以及同一个构造带中地层等时对比与构造作用等问题。(3)有助于断陷盆地构造演化的动力学解释。3.2沉积学意义震积岩作为沉积学中的一种新类型,丰富了沉积学的理论。有助于重新认识、解释软沉积物振动液化变形构造的成因,正确解释、厘定和区分非震积成因岩石类型和沉积环境等有争议性的问题。3.3石油地质意义震裂角砾岩是一种较好的储集岩体,以发生地震的断裂系统为中心组成向两侧储集岩体尖灭的岩性圈闭类型,从而为震积岩与油气成藏之间建立起重要的联系。尽管在油气勘探领域中古地震作用还未引起足够的重