震积岩的识别与实例分析

1、1 苏成鹏苏成鹏 黎虹玮黎虹玮 唐雪松唐雪松 王高峰王高峰 地科院矿产普查与勘探地科院矿产普查与勘探 二零一五年十一月二零一五年十一月 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 2 1.1 震积岩的定义 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 3 1969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

2、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

3、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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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，1994 5 层内断层 阶梯状断层 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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，1

4、994刘礼洁，2012 6 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

5、成的。 田洪水，2006 8 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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，2006 9 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

6、形成的角砾岩或砾岩。 乔秀夫，2009 10 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析

7、震积岩地质意义震积岩地质意义 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，2012 12 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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，2009 13 一般不穿层 震积岩

8、概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

9、洁，2012 15 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

10、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概念及分类震积岩识别与

11、实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 液化泄水构造液化泄水脉 18 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及

12、分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 21 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震

13、积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

14、列，很 少单个出现。 26 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 液化底劈和液化砂火山 地震成因机理解释 Montenat et al.,2007 汶川地震液化砾石溢出丘 28 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

15、成沙坑 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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，2009 31 连续沉降 震积岩概念及分类震积岩概念及分类

16、震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 33 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意

17、义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

18、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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 2.3 震积岩震积序列 36 震积岩概念及分类震积岩概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

19、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

20、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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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概念及分类震积岩识别与实例分析震积岩识别与实例分析震积岩地质意义震积岩地质意义 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

21、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视, 但从其特殊的构造背景来 看,如

22、果震积岩处于深大断裂附近油气有利的运移方向上, 并且能够和岩性、成岩作 用、孔隙演化相匹配,应具有一定的石油地质意义, 可成为一类值得重视的潜在油气 储层。 3 3. .震震积岩地质意义积岩地质意义 参考文献 39 宋天锐，北京十三陵前寒武纪碳酸盐岩地层中的一套可能的地震-海啸序列。科学通报，1988 杜远生，韩欣等. Earthquake event deposit in Mesoproterozoic Kunyang Group in central Yunnan Province and its geological implications.2001，7. 乔秀夫，碳酸盐岩振动液化地震序列