甘肅周家山石炭系岷河組滑塌變形構造的初步研究

張 坤

（甘肅省核地質二一三大隊，甘肅 天水 741020）

1 引言

滑塌變形構造是指已經沉積的沉積物在各種外力作用下發(fā)生滑動所產生的各種同生變形構造的總稱，普遍發(fā)育在沉積巖中?；冃螛嬙煲话阈纬捎诰哂幸欢ㄆ露鹊墓判逼颅h(huán)境，由重力作用、地震作用、風暴作用等事件因素引發(fā)[1]。近年來，隨著世界經濟水平的提高，人們對環(huán)境質量和資源儲量的愈加重視，很多學者們對滑塌變形構造軟沉積物變形的研究予以重視，并進行了許多的深入研究。如蘇德辰等[2]在北京西山上寒武統(tǒng)崮山組下部的中薄層條帶狀灰?guī)r和礫屑灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)了典型的滑塌變形，經研究認為滑塌變形的成因機制為地震觸發(fā)而非其他因素。呂洪波等[3]在山東靈山島晚中生代灰黃色薄層砂巖和灰黑色泥巖中發(fā)現(xiàn)了滑塌沉積，在滑塌體中發(fā)現(xiàn)還存在很多同沉積變形構造。張星等[4]在內蒙古白云鄂博群哈拉霍疙特組上段深灰色紋層狀碳質泥晶灰?guī)r和灰黃色白云巖巖塊中發(fā)現(xiàn)了典型的滑塌堆積，初步判斷出其形成的古地理環(huán)境，以及成因機制主要是地震因素觸發(fā)。葛毓柱等[5]在山東省青島市靈山島修船廠剖面下白堊紀地層中發(fā)育良好的滑塌變形體，根據(jù)滑塌變形體內部組成特征和滑塌變形體變形構造特征，推斷出形成機制為重力滑塌，而非地震成因。學者們對滑塌變形構造的研究，不僅對區(qū)域地質發(fā)展史和巖相古地理的研究具有重要意義，還能夠促進沉積學方面的進展，為古沉積環(huán)境的判斷識別提供重要依據(jù)[1]。

本研究在甘肅周家山地區(qū)填圖時發(fā)現(xiàn)，在石炭系岷河組深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r中存在滑塌變形構造，觀察并記錄描述了這些滑塌變形構造及滑塌變形構造內部軟沉積物變形的特征。變形特征主要表現(xiàn)為滑塌層內滑塌變形褶皺的發(fā)育和同生斷層等同生構造的發(fā)育，根據(jù)變形程度對滑塌層從下到上劃分成3個帶，滑塌層上覆巖層和下伏巖層為正常沉積的中厚層灰?guī)r。經對滑塌變形層仔細觀察研究，查閱相關資料，對滑塌變形構造形成機制進行了初步探討。

2 地質背景

周家山地區(qū)位于甘肅省南部隴南市徽縣境內，根據(jù)地理位置劃分，處于西秦嶺北帶[6]。區(qū)域大地構造位于秦嶺印支期造山帶中，分布于陜西省留壩縣—甘肅省徽縣大河店以北狹長的EW向斷陷帶西段。區(qū)域內構造走向總體呈EW向，主要為疊瓦狀逆沖推覆構造體系，強烈的構造作用造成部分地層的倒轉。區(qū)域內地層自南向北由老到新，整體南傾，從老到新出露有志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及新近系[7]。

石炭紀西秦嶺北帶主要為海相沉積盆地，屬于隴西古陸南部大陸邊緣，但盆地活動較頻繁，水體變化頻繁，尤其東部水體變化頻繁，西部較東部相對穩(wěn)定。西秦嶺北帶石炭系地層主要表現(xiàn)為一套下部陸源碎屑巖和海相碳酸鹽巖互存，上部為海相碳酸鹽巖的沉積組合。早石炭世沉積相主要為陸海過渡濱海相，晚石炭世沉積相主要為淺海碳酸鹽臺地相，碳酸鹽臺地前緣斜坡相，深水碳酸鹽巖相，由北向南水體逐漸變深。在西秦嶺北帶南部岷縣-禮縣一帶出現(xiàn)重力流沉積，#能存在深水坳陷斜坡地帶[6]32-84。周家山地區(qū)石炭系地層主要有石炭系上統(tǒng)的岷河組(Cm)和石炭系下統(tǒng)的高家崖組(Cg)，研究區(qū)主要出露地層為石炭系上統(tǒng)岷河組地層[7]。

岷河組(Cm)主要分布在周家山地區(qū)中、北部。巖性主要為塊狀生物碎屑灰?guī)r、泥質條帶灰?guī)r、厚層結晶灰?guī)r、塊狀大理巖化灰?guī)r、中薄層泥晶灰?guī)r，少量鈣質、泥質板巖等。

高家崖組(Cg)主要分布在工作區(qū)以南，周家山地區(qū)中、南部。巖性主要為中厚層砂巖，薄層粉砂巖，炭質頁巖、中厚層灰?guī)r等。

3 滑塌變形構造的特征

甘肅周家山滑塌變形構造處于石炭系岷河組地層內，滑塌變形層主要巖性為灰色、灰黑色薄層狀泥晶灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r?；冃螛嬙熘饕獮榛冃务薨?，但在局部滑塌層中#見層內小斷層、包卷層理等同生變形構造。根據(jù)滑塌變形構造特征和軟沉積物變形強弱的特征，把該滑塌變形構造層自下而上劃分為劈理—弱變形帶，強變形帶，微弱變形帶。

3.1 下部滑塌變形構造特征

下部滑塌變形層中沉積物滑塌變形相對較弱，和下伏正常沉積的中厚層狀微晶灰?guī)r容易分辨?；鷮又?見少量弱變形的褶皺，褶皺比較平緩、開闊，底部巖石#見擠壓透鏡體，發(fā)育有劈理，劈理主要為破劈理，劈理間隔1～3 cm，整體方向為NE向，所以把下部滑塌變形層劃分為劈理—弱變形帶。劈理—弱變形帶內巖性為深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r，風化面顏色較淺，新鮮面顏色深灰色，薄層狀構造，層理清晰，單層厚度不大。

3.2 中部滑塌變形構造特征

中部滑塌變形層中沉積物滑塌變形最強，滑塌層內#見同生斷層和包卷層理等同生構造，發(fā)育較多滑塌變形褶皺，多為圓弧褶皺。褶皺總體表現(xiàn)為不規(guī)則、幅度不大，變形強烈的特征，兩翼夾角大多為60°～120°，局部發(fā)育少量緊閉褶皺、平緩褶皺和無根褶皺，褶皺整體分布較雜亂；形成的斷層主要為層內同生小斷層，斷層位移不大，所以把中部滑塌變形層劃分成強變形帶。強變形帶內巖性為深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r，泥質條帶灰?guī)r。深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r單層厚度不大，多為5～15 mm；深灰色泥質條帶灰?guī)r中灰?guī)r單層厚度為5～10 mm，泥質條帶為2～5 mm。風化面顏色較淺，新鮮面顏色深灰色，層理清晰。

3.3 上部滑塌變形構造特征

上部滑塌變形層中沉積物滑塌變形較微弱，和上覆正?；?guī)r界限清晰容易區(qū)分，發(fā)育少量滑塌變形褶皺或不發(fā)育，所以把上部滑塌變形層劃分為微弱變形帶。微弱變形帶內巖性為灰色中-薄層泥晶灰?guī)r，巖石風化面顏色為淺灰色，新鮮面為灰色，層理清晰。

4 討論

4.1 滑塌變形構造的沉積環(huán)境分析

甘肅周家山滑塌變形構造發(fā)現(xiàn)于石炭系岷河組地層內，滑塌變形層主要巖性為灰色、灰黑色薄層狀泥晶灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r，是一套海相碳酸鹽巖沉積。甘肅周家山地處西秦嶺北段南部東側。由于西秦嶺北帶石炭系地層主要為西秦嶺盆地海相沉積地層，但盆地活動較頻繁，水體變化頻繁，尤其東部水體變化頻繁，西部較東部相對穩(wěn)定。西秦嶺北帶晚石炭世沉積相主要為淺海碳酸鹽臺地相，碳酸鹽臺地前緣斜坡相，深水碳酸鹽巖相。從北向南水體變深，從東向西水體加深，東部海水海侵海退較頻繁[6]。盆地活動頻繁，東部海水水體不穩(wěn)定，沉積物沉積也不穩(wěn)定，會攜帶有陸源碎屑物質，從而形成異化碎屑灰?guī)r，泥質灰?guī)r等不純灰?guī)r，如若有較陡臺地斜坡的存在，則能夠形成滑塌變形構造。比如周家山滑塌變形構造的形成，滑塌變形構造層中就有泥質條帶灰?guī)r，薄層泥晶灰?guī)r，形成有多種同生變形構造。所以甘肅周家山石炭系岷河組滑塌變形構造形成于晚石炭世西秦嶺盆地東側淺海相碳酸鹽臺地前緣斜坡環(huán)境。周家山石炭系岷河組滑塌變形構造形成在海水浪基面以下碳酸鹽臺地斜坡，水體攜帶的沉積物不斷卸載加積，當碳酸鹽臺地斜坡坡度增大，達到一定值時，沉積物發(fā)生變形并開始滑動[8]，沉積物從高處向低處滑塌，從而形成周家山石炭系岷河組滑塌變形構造。但是由于晚石炭世西秦嶺盆地東側碳酸鹽臺地斜坡的局限和其他條件規(guī)的制約，周家山滑塌變形構造模并不大，分布也比較局限。

4.2 滑塌變形構造的形成機制分析

滑塌變形構造的形成環(huán)境大多在水下，形成機制一般有三種，一是重力作用，二是風暴潮汐作用，三是地震作用[9]。

根據(jù)工作區(qū)滑塌變形構造和軟沉積物變形特征，排除風暴潮汐作用和地震作用。因為風暴潮汐作用，通常發(fā)育有風暴巖的沉積特征；地震作用，通常會發(fā)育有地震巖以及與地震相關的地質構造，本工作區(qū)及鄰近石炭系地層未發(fā)現(xiàn)有關風暴巖和地震巖的相關沉積構造特征。由于周家山石炭系岷河組滑塌變形構造形成環(huán)境為碳酸鹽臺地前緣斜坡，當斜坡坡度變大，達到一定值時，軟沉積物堆積到一定程度后在重力的持續(xù)作用下發(fā)生滑塌變形[8]。因此根據(jù)滑塌變形構造軟沉積物變形特征推斷，重力作用#能為周家山石炭系岷河組滑塌變形構造形成的主要機制。重力的持續(xù)作用引起斜坡軟沉積物的滑塌變形，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)固結成巖，從而形成從下到上的劈理—微變形帶、強變形帶、弱變形帶滑塌變形構造。

4.3 滑塌變形構造的發(fā)育過程

滑塌變形作用的發(fā)育受到很多因素的影響，主要受滑塌體巖性、滑塌體的厚度、古斜坡坡度、重力以及地質突發(fā)事件等因素的影響，發(fā)育程度的差異也各不相同。初始時古斜坡上沉積的未固結或者半固結的沉積物不斷加積，沉積物厚度不斷增加，在重力作用下持續(xù)產生蠕動位移。隨著沉積物厚度的增加，斜坡坡度變大，使得一定厚度的沉積物的平衡被打破，均一性受到一定的破壞，使產生蠕動的沉積物發(fā)生滑動，致使沉積層發(fā)生滑塌變形，滑塌層內發(fā)生明顯的塑性變形，形成各種同生褶皺和同生斷層，從而發(fā)育成滑塌變形構造[10]?；w下部沉積物受到滑塌體形變和負載的影響也會發(fā)生較弱的變形作用，產生一定的劈理和擠壓透鏡體等構造；滑塌體上部沉積物由于發(fā)生在主滑塌變形作用以后，所以產生弱的變形。

5 結論

（1）強變形帶內沉積物滑塌變形最強烈，#見同生小斷層和包卷層理等同生構造，發(fā)育有較多滑塌變形褶皺，多為圓弧褶皺，褶皺兩翼夾角大多為60°～120°，局部見少量緊閉褶皺、平緩褶皺和無根褶皺，褶皺整體分布較雜亂。劈理—弱變形帶和微弱變形帶內沉積物滑塌變形較弱，發(fā)育少量或不發(fā)育滑塌變形褶皺。

（2）根據(jù)對西秦嶺北帶石炭系地層沉積環(huán)境和巖相古地理的相關研究資料，筆者對周家山石炭系岷河組滑塌變形構造的形成環(huán)境進行分析，判斷其形成環(huán)境為淺海相碳酸鹽臺地前緣斜坡環(huán)境。

（3）周家山石炭系岷河組滑塌變形構造的發(fā)現(xiàn)，給西秦嶺北帶石炭系地層海相碳酸鹽臺地前緣斜坡沉積環(huán)境的存在提供佐證。

（4）根據(jù)滑塌變形構造軟沉積物變形特征和石炭系碳酸鹽臺地前緣斜坡沉積環(huán)境，推斷甘肅周家山石炭系岷河組滑塌變形構造的形成機制主要為重力作用。