袁效奇,蘇德辰, 賀靜,孫愛萍 ,呂洪波 ,李海兵,喬秀夫

1) 中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院,西安,710016； 2)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100037； 3)中國石油大學(xué)(華東)地學(xué)院,山東青島,266580

內(nèi)容提要：奧陶系趙老峪組主要出露于鄂爾多斯盆地南緣的陜西富平地區(qū),該組地層主體為深水相的薄層灰?guī)r和頁巖狀極薄層灰?guī)r,期間夾有大量的滑塌構(gòu)造和異常角礫灰?guī)r。作者對(duì)屬于中奧陶統(tǒng)的趙老峪組1～4段地層中的滑塌構(gòu)造進(jìn)行了專題調(diào)查,在近30個(gè)層位中發(fā)現(xiàn)了典型的、規(guī)模不等的滑塌褶皺變形和滑塌角礫巖。這些滑塌體主要由強(qiáng)烈褶皺變形的灰?guī)r和角礫灰?guī)r組成,與上下巖層之間界線截然。大部分滑塌(礫巖)層厚度穩(wěn)定,分布范圍較大。根據(jù)滑塌構(gòu)造的形態(tài)和成分特征、非滑塌軟沉積物變形構(gòu)造的特點(diǎn)以及前人成果,認(rèn)為趙老峪組中的滑塌構(gòu)造和滑塌礫巖的最直接觸發(fā)因素不是風(fēng)暴、潮汐等盆地內(nèi)部的因素,而是構(gòu)造活動(dòng)(包括火山活動(dòng))引發(fā)的地震,每一個(gè)滑塌變形層對(duì)應(yīng)一次較大的地震事件。趙老峪組地震成因的滑塌層的大量發(fā)育,說明其形成期間,盆地周邊的構(gòu)造活動(dòng)非常強(qiáng)烈。并進(jìn)一步推論趙老峪組中的沒有明顯滑塌變形的異常角礫灰?guī)r很可能也是由地震觸發(fā)的滑塌形成的顆粒流或濁流的產(chǎn)物。

滑坡或滑塌是常見的地質(zhì)現(xiàn)象,但其中英文定義和術(shù)語的使用都沒有統(tǒng)一的規(guī)范。迄今為止,在地質(zhì)專業(yè)英語文獻(xiàn)中引用最多的滑坡(塌)分類方案由Varnes于1978年提出。Varnes把滑坡(塌)分為兩類：第一類滑坡體的滑動(dòng)面平直,下滑過程中沒有伴生的褶皺變形,稱為平移型滑坡(translational slides)；第二類滑坡(塌)體的滑動(dòng)面凹凸不平,滑坡(塌)體在下滑過程中會(huì)發(fā)生不同程度的旋轉(zhuǎn)、褶皺和斷裂等,稱為旋卷型滑坡(rotational slides)(Varnes, 1978)。但在英文文獻(xiàn)和經(jīng)典的地學(xué)工具書中, Slide或Landslide通常泛指滑坡或者表示第一類滑坡,第二類滑坡(塌)通常用Slump表示, 2003年版MicGraw-Hill Dictionary of Geology and Mineralogy (Licker,2003)和2009年版的Encyclopedia of ocean sciences (Steele et al., 2009)中均采用類似的定義。

中文沒有與slide和slump嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的專業(yè)術(shù)語,通常將二者籠統(tǒng)稱為滑坡或滑塌,呂洪波等(2012)、張星等(2013)將由滑塌堆積作用形成的巖石稱為“滑積巖”,其中巨大的巖塊稱為“滑積巖塊”。賈振遠(yuǎn)等(1988)在研究本區(qū)古滑坡特征時(shí),把具有“大型的滾動(dòng)、揉皺、滑褶皺構(gòu)造組成”的巖層稱之為“滑動(dòng)滑積層”,將少有滾動(dòng)構(gòu)造和變形、主要由滑動(dòng)塊體和角礫灰?guī)r組成的巖石稱為“滑動(dòng)沉積巖”。本文中用“滑移”或“滑坡”對(duì)應(yīng)英文的Slide,用“滑塌”或“滑塌構(gòu)造”對(duì)應(yīng)于英文的slump,因滑塌作用而形成的同沉積層間褶皺和斷裂統(tǒng)稱為“滑塌構(gòu)造”,所形成的礫巖稱為“滑塌礫巖”,“滑塌構(gòu)造”和“滑塌礫巖”發(fā)育的層位稱為“滑塌層”。

Shanmugam (1994)根據(jù)沉積物特征、沉積環(huán)境和沉積動(dòng)力學(xué)特征,把重力驅(qū)動(dòng)的沉積物和沉積過程劃分為如下4大類：① 滑移(slide)、② 滑塌(slump)、③ 顆粒流(debris flow)和④ 濁流(turbidity current),這4類地質(zhì)體的分布與形成模式如圖1所示。這4種沉積物之間并不存在截然的界線,經(jīng)常呈過渡或混雜關(guān)系。尤其是其前端組分(顆粒流和濁流)中往往缺少明顯的滑塌變形(褶皺或卷曲),常被認(rèn)為屬非滑塌成因。

對(duì)海底濁流和滑塌作用(slump)的研究始于上世紀(jì)50年代。Heezen和Ewing等(1952,1954)發(fā)現(xiàn),伴隨著1929年加拿大Grand Banks地震后許多海底電纜相繼斷裂的真正原因是地震觸發(fā)的濁流和滑塌(slump)。

Seilacher(1969)研究指出,美國加州中新統(tǒng)Monterey頁巖中的粒序斷層(fault-graded beds)是地震和滑坡共同作用形成的。“強(qiáng)烈的震動(dòng)與古斜坡會(huì)引發(fā)經(jīng)常性的滑塌和濁流,其產(chǎn)物用震積巖(Seismite)一詞最合適不過了”。

圖1 受重力驅(qū)動(dòng)的沉積物類型(據(jù)Shanmugam G等,1994)Fig. 1 Schematic diagram showing four common types of gravity-driven downslope processes that transport sediment into deep marine environments(據(jù)Shanmugam G等,1994) ① 滑移(slide)：沉積物在滑移過程中形態(tài)基本保持完好,滑動(dòng)面平直；② 滑塌(slump)：滑動(dòng)面凹凸不平,沉積物在滑塌過程中會(huì)發(fā) 生卷曲、褶皺或斷裂等變形；③ 顆粒流(debris flow)：大小混雜的沉積物彼此粘結(jié)一起沿滑動(dòng)面向下運(yùn)動(dòng)；④ 濁流(turbidity current) ① A slide represents a coherent translational mass transport of a block or strata on a planar glide plane (shear surface) without internal deformation. ② A slump represents a coherent rotational mass transport of a block or strata on a concave-up glide plane (shear surface) with internal deformation, such as convolute bedding, fold and fault. ③ A debris flow is a plastic laminar flow with strength；④ As fluid content increases in debris flow, the flow may evolve into the turbidity current

近年來,由(古)地震引發(fā)的滑塌構(gòu)造越來越引起中外地質(zhì)學(xué)家的重視。例如, Alsop等(2011)在死海盆地晚更新世Lisan組中發(fā)現(xiàn)的地震成因的滑塌構(gòu)造,Mastrogiacomo等(2012)在意大利南部白堊紀(jì)碳酸鹽臺(tái)地(Apulian)中發(fā)現(xiàn)的層地震成因的滑塌沉積,呂洪波等(2006)在內(nèi)蒙黑腦包腮林忽洞群下部發(fā)現(xiàn)的地震成因的滑塌巖塊,呂洪波等(2011)在山東靈山島晚中生代地層中發(fā)現(xiàn)的地震成因的滑塌沉積,蘇德辰等(2013)在北京西山寒武系上統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的滑塌構(gòu)造。這些滑塌構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)不僅具有沉積學(xué)意義,還為恢復(fù)各研究區(qū)的大地構(gòu)造背景提供了重要的沉積學(xué)依據(jù)。

沉積記錄中的滑塌構(gòu)造具有特殊的“指向”和“指相”意義(蘇德辰等,2013)?；鷺?gòu)造通常只發(fā)生在有一定地貌起伏的古地理環(huán)境(古斜坡),沉積物受自身重量或外力引發(fā)而發(fā)生滑塌的過程中經(jīng)常會(huì)保留有明顯的方向性痕跡,因而可用這些方向性標(biāo)志判斷滑塌體的來源和盆地的古地貌起伏狀態(tài),此為其“指向”意義。無論觸發(fā)機(jī)制如何,滑塌構(gòu)造總是由相對(duì)淺水的高地貌環(huán)境滑向相對(duì)深水的低地貌環(huán)境。除地形、重力和水流因素外,滑塌構(gòu)造的觸發(fā)機(jī)制還與盆地的古構(gòu)造活動(dòng)(古地震)有關(guān),特別是在坡度很緩的碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)部,滑塌構(gòu)造的觸發(fā)機(jī)制往往是古地震活動(dòng)。因此,滑塌構(gòu)造是判斷沉積盆地古構(gòu)造活動(dòng)性的重要標(biāo)志,對(duì)判定沉積盆地的構(gòu)造活動(dòng)性質(zhì)具有重要的“指相”意義。

在對(duì)鄂爾多斯南緣進(jìn)行野外調(diào)查期間,筆者等在奧陶系中發(fā)現(xiàn)了多處典型的滑塌構(gòu)造(圖2、圖3),本文利用事件沉積學(xué)的觀點(diǎn)對(duì)這些滑塌構(gòu)造進(jìn)行全新的描述,并對(duì)其成因機(jī)制進(jìn)行探討。

圖2 鄂爾多斯奧陶系趙老峪組地質(zhì)簡圖(a)(據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)部華北石油地質(zhì)局第三普查勘探大隊(duì), 1996, 修改)及其大地構(gòu)造位置(b)(據(jù)馬麗芳等, 2002, 修改)Fig. 2 Geological map of Ordovician System and its tectonic location: (a) Simplified geological map of Ordovician System (After Third Geological Survey Team of North China Petroleum Geology Bureau, Ministry of Geology and Mineral Resources, 1996). The red stars are the positions of the major slump structures. (b) The tectonic sketch of China, showing the location of Ordos Basin (After Ma Lifang et al., 2002)

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)的西部,面積37萬km2,是中國第二大沉積盆地。鄂爾多斯盆地為一大型多旋回克拉通盆地,沉積構(gòu)造發(fā)展演化經(jīng)歷了中—新元古代坳拉谷、早古生代淺海臺(tái)地、晚古生代近海平原、中生代內(nèi)陸湖盆和新生代周邊斷陷五大階段(楊俊杰,2002)。奧陶系主要出露于盆地的周緣地區(qū),厚度一般300 ～ 1000 m,最厚達(dá)2000 m以上(鮑志東等,1999；馮增昭等,2003)。

1980年,西北大學(xué)陳景維、梅志超等對(duì)銅川至蒲城一帶中奧陶統(tǒng)馬家溝組厚層白云巖之上一套厚約800m、包含多層巨大巖塊的雜亂角礫石灰?guī)r進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)測,發(fā)現(xiàn)這些雜亂角礫石灰?guī)r以席狀產(chǎn)在深水盆地相頁狀石灰?guī)r和薄板狀石灰?guī)r中,為深水相碳酸鹽碎屑流成因(梅志超等,1982)。古生物學(xué)和巖石學(xué)的工作證實(shí),這套深水相深灰色薄板狀灰?guī)r可與其西部的平?jīng)鼋M進(jìn)行對(duì)比, 陳景維、梅志超等將其命名為趙老峪組(梅志超等,1986)。

圖3 鄂爾多斯南緣中奧陶統(tǒng)(趙老峪組1～4段)巖性柱狀圖Fig. 3 The stratigraphic column of 1 ～ 4 Member of the Middle Ordovician Zhaolaoyu Formation in the south rim of the Ordos Basin 圖中的分層方案、巖性描述等數(shù)據(jù)源于賈振遠(yuǎn)等(1984)提交的實(shí)測剖面資料, 滑塌構(gòu)造層的分布為筆者等對(duì)本區(qū)多個(gè)露頭進(jìn)行的逐層觀測 The strata division and lithological description are based on the data provided by Jia Zhenyuan in 1984 . The locations of different slump structures are based on the field observations of the authors in many outcrops

1984年,原武漢地質(zhì)學(xué)院賈振遠(yuǎn)與原地質(zhì)部第三石油普查大隊(duì)也對(duì)趙老峪組進(jìn)行了實(shí)測,將趙老峪組劃分為5段。其中,趙老峪組第1段測制于金粟山,第2段實(shí)測于金粟山西鄰的小峪溝,第3段在原趙老峪鄉(xiāng)政府附近老虎溝和十二盤測制,第4段實(shí)測于靈殿溝,第5段實(shí)測于上店公路旁(參見圖2,圖3)。根據(jù)趙老峪組的沉積特征、化石類型和地球化學(xué)特征,認(rèn)為趙老峪組形成于碳酸鹽巖古斜坡環(huán)境,有重力流沉積(滑動(dòng)滑積層—滑動(dòng)滑積巖—碎屑流—濁積巖),斜坡傾向南東,水深200～2000 m之間(賈振遠(yuǎn),1988,1997)。

繼梅志超和賈振遠(yuǎn)等人之后,張抗(1992)報(bào)道了在鄂爾多斯盆地西、南緣中—上奧陶統(tǒng)中滑塌堆積的簡要特征；高振中等(2006)報(bào)道了在鄂爾多斯盆地南緣鐵瓦殿剖面的大規(guī)模深水重力流沉積,發(fā)育有非原地的“滑移、崩塌”塊體；郝松立等(2011)對(duì)鄂爾多斯南緣奧陶紀(jì)平?jīng)銎诔练e相研究時(shí),對(duì)趙老峪地區(qū)的大型滑塌體進(jìn)行了簡要描述；牟秋環(huán)等(2013)報(bào)道了鄂爾多斯南緣底店剖面平?jīng)鼋M中的“滑塌、滑移”構(gòu)造。

2013年,作者對(duì)趙老峪組中與滑塌作用相關(guān)的沉積構(gòu)造進(jìn)行了專題調(diào)研,以賈振遠(yuǎn)等人1984年提交的實(shí)測剖面資料為參照,對(duì)富平地區(qū)趙老峪組1～4段的大部分露頭進(jìn)行了逐層觀測,在趙老峪鄉(xiāng)附近的老虎溝和小峪溝以及底店鄉(xiāng)附近的靈殿溝和上店公路旁觀察到了典型的滑塌構(gòu)造或與滑塌作用有關(guān)的滑塌礫巖,初步查明了趙老峪組中滑塌構(gòu)造和滑塌礫巖的分布規(guī)律(圖2、圖3)。

2 主要的滑塌構(gòu)造特征

圖3為趙老峪組1～4段的巖石柱狀圖與滑塌構(gòu)造層分布圖。圖中的巖性段劃分、巖層編號(hào)和厚度數(shù)據(jù)、主要的巖性描述均源于賈振遠(yuǎn)等(1984)提交的實(shí)測剖面資料。2013年,筆者等對(duì)本區(qū)趙老峪組多個(gè)露頭進(jìn)行了系統(tǒng)的逐層觀測,在近30個(gè)層位發(fā)現(xiàn)了典型的滑塌褶皺和滑塌礫巖。經(jīng)過與梅志超等(1980)和賈振遠(yuǎn)等(1984)提交的內(nèi)部實(shí)測資料的仔細(xì)比對(duì),確認(rèn)了大部分滑塌構(gòu)造層的位置,并將其標(biāo)注在圖3中。限于地層實(shí)際出露情況和工作條件,未對(duì)第3段中的第39和第54層礫巖進(jìn)行詳細(xì)觀察。從圖3中已經(jīng)可以明顯看出：趙老峪組的滑塌構(gòu)造十分發(fā)育,從第1段至第4段均有大量的滑塌構(gòu)造,且自下而上并沒有減弱的趨勢。以下按巖性段分別進(jìn)行描述。

2.1 趙老峪第1段的滑塌構(gòu)造

趙老峪組第1段厚103.01m,其中的滑塌構(gòu)造主要發(fā)現(xiàn)于趙老峪鄉(xiāng)小峪溝,奧陶系巖石沿一段近南北走向的山路蜿蜒出露,中心點(diǎn)坐標(biāo)為東經(jīng)：109°18′48.01″,北緯：35° 01′21.25″(圖2、圖3)。該露頭可以直接觀察到趙老峪組第1段與其下伏的馬家溝組之間正常的接觸關(guān)系。接觸線之上5～30 m的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)8層典型的滑塌褶皺層(圖4)。所有褶皺層均由薄層泥晶灰?guī)r組成,其中第1、2、3、6滑塌層褶皺幅度較大且全層褶皺。4、5、7、8滑塌層褶皺變形較弱、分布不連續(xù),與非變形巖石之間呈過渡關(guān)系,屬于原地型變形。特別需要指出的是1～3滑塌層之間的間距僅在5～10 cm之間。在如此短暫的間隔中發(fā)育密集的滑塌褶皺,說明滑塌事件的周期極短。

2.2 趙老峪組第2段的滑塌構(gòu)造

趙老峪組第2段在小峪溝剖面厚112.5m(圖3),其中的滑塌褶皺和具有明顯滑塌變形的礫巖層發(fā)育于該段地層的中上部,以滑塌角礫巖為主(圖3的第26和第32層礫巖,圖5)。

筆者等在原趙老峪初級(jí)中學(xué)西溝見到了與圖3中第26層相對(duì)應(yīng)的塊狀復(fù)成分角礫巖層露頭,GPS坐標(biāo)為: 東經(jīng)109°16′8.78″,北緯35°01′48.16″。該層與上、下巖層的界線明顯,角礫為各種灰?guī)r(泥晶、亮晶和砂屑灰?guī)r等),角礫的磨圓、分選極差,排列雜亂。最大的角礫直徑為1.2～1.5m。但該層中有殘余的薄層灰?guī)r夾層,呈疊瓦狀排列,指示該層礫巖明顯為滑塌成因(圖5a)。

與圖3中第32層礫巖對(duì)應(yīng)的露頭發(fā)現(xiàn)于趙老峪鄉(xiāng)山橋供銷社附近的河谷,GPS坐標(biāo)為：東經(jīng)109°16′4.08″,北緯35° 2′29.16″。該層礫巖最厚處1m左右,與上、下巖層的界線截然,巖層頂面凹凸不平(圖5b)。礫石主要由薄層灰?guī)r構(gòu)成,分選極差,層間可見雜亂堆疊一起的滑動(dòng)揉皺,有些揉皺甚至與層面垂直(圖5b、圖5c)。

圖4 鄂爾多斯南緣中奧陶統(tǒng)趙老峪組 第1段中的滑塌構(gòu)造Fig. 4 Slump structures in the First Member of the Ordovician Zhaolaoyu Formation on south margin of the Ordos Basin 圖中白色實(shí)線為地層界線,白色虛線為滑塌褶皺的分界線。從本圖中可以明顯看出,1、2、3和6的滑塌變形明顯,4、5和7次之,第8層只有局部變形。圖中地質(zhì)錘長度為30 cm The white line is the boundary of rock layers. The white dashed line represents the boundary between the normal layer and the slump layer. Readers can easily find that the slump structures in Layer 1, 2, 3 and 6 are very typical and obvious, while the slump structures in Layer 4, 5 and 7 are less typical. The slump structure in Layer 8 is only partly distributed. The hammer's length is about 30 cm

2.3 趙老峪第3段的滑塌構(gòu)造

根據(jù)賈振遠(yuǎn)等的實(shí)測資料,趙老峪組第3段地層厚172 m,夾有兩層厚層角礫巖。其中的第35層為灰黑色塊狀角礫灰?guī)r,層厚3.3 ～ 3.5 m,出露于老虎橋西約700 m,GPS坐標(biāo)為：35°03′10″N,109°15′12″E。

圖5 鄂爾多斯南緣中奧陶統(tǒng)趙老峪組 第2段中的滑塌構(gòu)造Fig. 5 Slump structures in the Second Member of the Middle Ordovician Zhaolaoyu Formation on south margin of the Ordos Basin 圖中地質(zhì)錘長度為30 cm,黃色標(biāo)尺長度為10 cm,圖中白色虛線為滑塌褶皺的分界線 The hammer’s length is about 30 cm. The yellow ruler is 10 cm. The white dashed line represents the boundary of the synsedimentary fold due to slumping

該層與上下巖層的關(guān)系截然,下伏巖層為產(chǎn)狀平直的深水相薄層灰?guī)r,上覆巖層為中、厚層灰?guī)r。該層由眾多明顯不規(guī)則的褶皺和灰?guī)r角礫組成,大部分褶皺的軸面向西傾斜,傾角變化較大,指示了滑塌體自西向東運(yùn)動(dòng)的歷史?；?guī)r角礫含量為90%左右,成分為礫屑灰?guī)r、薄層灰?guī)r和泥晶灰?guī)r。礫石大小混雜(數(shù)厘米到數(shù)十厘米),磨圓極差。本層中夾有巨型的滑塌巖塊,長度可達(dá)10 m以上,明顯為殘余的半固結(jié)中薄層灰?guī)r滑塌揉皺形成(圖6a,圖6b,圖6c)。許多角礫是由已固結(jié)或半固結(jié)的灰?guī)r破碎而成,甚至可以看到一定的褶皺方向(圖6c,圖6d)。該層厚度穩(wěn)定在3m以上,沿該層走向向西追索約200m ,未見變薄的跡象。因植被覆蓋和地形復(fù)雜,沒有繼續(xù)向西追索,根據(jù)Google Earth衛(wèi)星照片分析,估計(jì)地表出露長度大于500 m,為規(guī)模巨大的滑塌褶皺層。

圖6 趙老峪組第3段第35層中的滑塌構(gòu)造Fig. 6 Slump structures in Layer 35 of the Third Member of the Zhaolaoyu Formation (a) 和 (b) 為滑塌構(gòu)造的宏觀露頭,(b) 的拍攝位置在a點(diǎn)西約50 m。從(a) 和(b) 可以看出,滑塌層中具有各種規(guī)模的褶皺變形,而其上覆和下伏巖層的產(chǎn)狀平穩(wěn),可明顯判斷出該滑塌變形為同沉積成因；(c) 為(a) 圖上的局部放大,顯示滑塌層內(nèi)部的復(fù)雜褶皺；(d) 為滑塌層內(nèi)部沒有明顯褶皺變形的角礫狀灰?guī)r,由磨圓和分選極差的灰?guī)r角礫組成,角礫的長度在幾cm至數(shù)十cm之間。圖中白色實(shí)線為地層界線,白色虛線為滑塌褶皺的輪廓線。地質(zhì)錘長度為30 cm,紅衣女地質(zhì)工作者身高165 cm (a) and (b) are the outcrops of Layer 35, (b) is about 50 m west of (a). There are many syndepositional folded deformation structures of different scales in the same layer. The overlying and underlying strata are very stable. (c) is the local amplification area on (a), showing the complicated fold in the slump layer. (d) is the brecciated limestone in the slumping layer. The white line is the strata boundary. The dashed line represents the outline of the synsedimentary fold due to slumping. The hammer's length is about 30 cm. The height of the female geologist is 165 cm

圖7 趙老峪組第3段第50層中的滑塌構(gòu)造Fig. 7 Slump structures in Layer 50 of the Third Member of the Zhaolaoyu Formation 圖中的白色實(shí)線為巖層界線,白色虛線為滑塌褶皺的輪廓線。地質(zhì)錘長度為30 cm,紅衣女地質(zhì)工作者身高165 cm The white line is the strata boundary. The dashed line represents the outline of the synsedimentary fold due to slumping. The hammer’s length is about 30 cm. The height of the female geologist is 165 cm

圖8 趙老峪組第4段第63層中的滑塌構(gòu)造Fig. 8 Slump structures in Layer 63 of the Fourth Member of the Zhaolaoyu Formation 圖8a中最大的巖塊發(fā)生明顯的褶皺并且在轉(zhuǎn)折端沒有出現(xiàn)次生劈理,明顯表明該巖塊在發(fā)生褶皺時(shí)為半固結(jié)(塑性)狀態(tài)。圖中白色實(shí)線為巖層界線,白色虛線為滑塌褶皺的輪廓線。地質(zhì)錘長度為30 cm,女地質(zhì)工作者身高165 cm,紅色記號(hào)筆長度為13.5 cm An obvious fold occurs in the largest rock block (Fig.8 a). There are no secondary cleavage at the turning point of the fold, indicating the rock block was in half-consolidated condition during the formation of the fold. The white line is the strata boundary. The dashed line represents the outline of the synsedimentary fold due to slumping. The hammer's length is about 30 cm. The height of the female geologist is 165 cm. The marker pen is 13.5 cm

趙老峪組第3段第50層為灰色塊狀滑塌角礫灰?guī)r,最大角礫呈漂浮狀,礫徑可達(dá)2×12m,很多大礫石本身由角礫灰?guī)r構(gòu)成有大型的滾動(dòng)和滑動(dòng)構(gòu)造(賈振遠(yuǎn)等,1986)。該層在老虎橋正南約700 m處(GPS：東經(jīng)109°15′44.72″,北緯35° 2′48.64″)的露頭厚度約為6m(圖7a),主要由20 cm左右的灰?guī)r角礫組成(圖7b),在礫巖層下部發(fā)現(xiàn)了明顯的揉皺現(xiàn)象(圖7c)。該層的厚度不穩(wěn)定,對(duì)該層的橫向分布進(jìn)行了簡單的追索,發(fā)現(xiàn)了該層變薄甚至尖滅現(xiàn)象。

2.4 趙老峪組第4段的滑塌構(gòu)造

趙老峪組第4段在靈殿溝剖面實(shí)測厚度為143 m,主要為中薄層泥晶灰?guī)r。趙老峪組中最為壯觀和典型的滑塌褶皺與滑塌礫巖分別出露于本段的底部(圖3中的第63層,圖8)和上部(圖3中的第84～85層,圖9)。下面分述之。

圖8為底店鄉(xiāng)靈殿溝所見巨型滑塌層,相當(dāng)于賈振遠(yuǎn)實(shí)測剖面第63層。代表性露頭起點(diǎn)的GPS坐標(biāo)為：東經(jīng)109°12′39.40″,北緯35°00′31.24″。該層以巨型巖塊角礫為主,最大角礫巖塊的長度大于10 m,該層在觀測點(diǎn)出露厚度5～6 m(圖8a)。許多巨型巖塊本身又由角礫灰?guī)r構(gòu)成,此外見有凝灰?guī)r角礫和頁片狀灰?guī)r角礫,絕大部分角礫無磨圓。大型角礫巖塊發(fā)育明顯的彎曲、褶皺或者巖塊之間呈疊瓦狀堆疊排列(圖8a)。巨型角礫巖塊周邊的礫巖也有明顯的褶皺變形(圖8b)。向北西方向追索數(shù)百米,角礫巖層的分布比較穩(wěn)定,滑塌變形的樣式復(fù)雜多樣(圖8c,圖8d),但巨型巖塊主要分布于本露頭的起點(diǎn)附近。該滑塌層的頂?shù)讕r層均為深水相的薄層灰?guī)r,與滑塌層的界線截然。

圖9 趙老峪組第4段上部的滑塌構(gòu)造Fig. 9 Slump structures in the upper part of the Fourth Member of the Zhaolaoyu Formation 圖中的白色虛線為滑塌褶皺的分界線,黑色虛線為滑塌層的邊界。圖中的地質(zhì)錘長度為30 cm, 黃色標(biāo)尺長度為10 cm,黑色記號(hào)筆長度為13.5 cm the white dash line is the boundary of the slump fold; the black dash line is the boundary of the slump beds. The length of the hammer is 30cm; the yellow ruler is 10cm; the black mark pen is 13.5cm

趙老峪組第4段上部以中薄層灰?guī)r和頁片狀灰?guī)r為主,滑塌構(gòu)造大致發(fā)育于圖3中的第84～85層?；拭娉雎队诘椎赅l(xiāng)附近403鄉(xiāng)級(jí)公路旁,GPS坐標(biāo)為：北緯35°00′23″,東經(jīng)109°11′54″。自下而上沿403公路東行,有10個(gè)層位中發(fā)育有明顯的滑塌褶皺或滑塌礫巖(圖9)。其中,變形程度最低、規(guī)模最小的滑塌變形層為3～5層,主要為原地巖石受外力作用產(chǎn)生褶皺形成,沒有外來礫石的堆積,一般厚度為40 cm至1 m；厚度最大、分布最穩(wěn)定且褶皺變形程度最高的為第8和第9滑塌層,厚度均接近2m。滑塌變形程度總體向上加強(qiáng)(圖9)。在第8和第9滑塌褶皺層之間,還發(fā)現(xiàn)具有水平紋層的褐黑色鈣質(zhì)泥巖是非常好的烴源巖露頭(呂洪波等,2013)。頁片狀灰?guī)r和烴源巖的存在表明,滑塌褶皺堆積區(qū)為相對(duì)深水和缺氧的還原環(huán)境。

3 滑塌構(gòu)造的成因機(jī)制

滑塌構(gòu)造的觸發(fā)因素歸納為兩類,一類為盆地的內(nèi)動(dòng)力因素,如地貌和重力因素、強(qiáng)大的風(fēng)暴流、潮汐作用、喀斯特塌陷等等；另一類為盆地的外動(dòng)力因素,主要與大的構(gòu)造活動(dòng)有關(guān),如地震、火山爆發(fā)等。

梅志超等(1986)在解釋本區(qū)趙老峪中的深水碳酸鹽重力流沉積模式時(shí)曾根據(jù)其中重力流的巨大分布規(guī)模推測其成因?yàn)椤盀?zāi)變性的地震”。這些重力流“很可能是在一次大規(guī)模的席狀流中,通過幾個(gè)沉積作用高峰依次沉積的”。

以下根據(jù)趙老峪組中滑塌層的形成環(huán)境、滑塌層的特征以及其他構(gòu)造或巖相標(biāo)志對(duì)其成因做簡要分析：

(1)根據(jù)巖相和含放射蟲硅質(zhì)巖等判斷,趙老峪組形成于深水環(huán)境,最大水深可能接近1000m(梅志超等,1982)。賈振遠(yuǎn)(1988)根據(jù)遺跡化石等方面的證據(jù),認(rèn)為趙老峪組形成于200～2000 m深水環(huán)境。這是風(fēng)暴、潮汐作用所不能及的深水環(huán)境。大量極薄層甚至頁巖狀灰?guī)r的發(fā)育也指示趙老峪組形成于靜水環(huán)境,加之多個(gè)滑塌層中巨型滑塌巖塊的存在,基本可以排除風(fēng)暴和潮汐作用的因素。

(2)構(gòu)成本區(qū)大面積分布的滑塌角礫巖,滑塌層的巖石均是已經(jīng)固結(jié)或未固結(jié)的灰?guī)r褶皺破碎而成,這些礫巖分布范圍大而穩(wěn)定,與頂?shù)讕r層之間的界線清晰,無法簡單地用地貌因素、喀斯特因素和重力因素解釋。

(3)多個(gè)滑塌褶皺層或滑塌礫巖層之間為正常的沉積巖,說明不同層位的滑塌作用基本是由彼此獨(dú)立的構(gòu)造活動(dòng)(地震或火山)所觸發(fā)。

(4)趙老峪組中有較多的火山活動(dòng)記錄,表現(xiàn)為多層火山凝灰?guī)r的存在,這是火山活動(dòng)的直接證據(jù)。

根據(jù)上述分析,筆者認(rèn)為趙老峪組中的滑塌構(gòu)造與滑塌堆積是在多次構(gòu)造活動(dòng)(包括火山活動(dòng))引發(fā)的多次地震所造成。在多次地震作用下,半固結(jié)的沉積物在斜坡地帶發(fā)生破裂,在重力和水流的作用下向盆地中心方向滑動(dòng)堆積,形成趙老峪組中多層的滑塌堆積。

4 結(jié)論與推論

鄂爾多斯南緣的中奧陶統(tǒng)(趙老峪組1～4段)是研究深水碳酸鹽沉積和地震事件沉積、的最好場所之一,從第1段至第4段均有大量典型的滑塌構(gòu)造。在前人實(shí)測資料的基礎(chǔ)上,對(duì)趙老峪組1～4段的滑塌作用與滑塌堆積進(jìn)行的專項(xiàng)研究表明：

趙老峪組中的滑塌構(gòu)造和滑塌礫巖的最直接觸發(fā)因素不是風(fēng)暴、潮汐等盆地內(nèi)部的因素,而是構(gòu)造活動(dòng)(包括火山活動(dòng))引發(fā)的地震。

所有滑塌變形層都夾于正常沉積層之間,是互相獨(dú)立的事件所引起的,每一個(gè)滑塌變形層對(duì)應(yīng)一次較大的地震事件。

根據(jù)現(xiàn)代地震特征判斷,并不是每次地震都會(huì)引起大規(guī)模的滑塌。趙老峪組中多個(gè)大規(guī)?；鷮拥陌l(fā)育表明其形成過程中經(jīng)歷了更多次構(gòu)造活動(dòng)(包括火山活動(dòng))。

根據(jù)滑塌層在趙老峪組中的分布情況,可以初步認(rèn)為：趙老峪組的滑塌構(gòu)造十分發(fā)育,自下而上并沒有減弱的趨勢。但是根據(jù)滑塌層的變形特征和分布規(guī)模判斷,滑塌作用在第1段和第4段比較頻繁,表現(xiàn)為滑塌層的厚度較小,但層數(shù)較多；在第2和第3段規(guī)模較大,表現(xiàn)為滑塌層的厚度大、分布廣,有大量巨型的滑塌巖塊。

根據(jù)趙老峪組中大量的滑塌變形、大面積異常角礫巖的分布以及多層凝灰?guī)r的存在等事實(shí),可以反證趙老峪組形成時(shí)期(平?jīng)銎?沉積盆地及其周緣的構(gòu)造活動(dòng)異常強(qiáng)烈。

鄂爾多斯南緣趙老峪組中的異常角礫巖是解決其成因的鑰匙。本次工作在大部分前人所謂的礫巖層里發(fā)現(xiàn)了滑塌構(gòu)造(同沉積褶皺變形)的證據(jù),說明這些礫巖為滑塌成因。那些沒有明顯滑塌特征的礫巖很可能是也是由地震觸發(fā)的滑塌形成的顆粒流或濁流的產(chǎn)物。

致謝：本文是在沒有專門的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助情況下主要利用業(yè)余時(shí)間完成的。在野外工作和論文寫作過程中,長慶油田勘探開發(fā)研究院及中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為野外工作提供了支持,參加野外考查的還有博士研究生王喚和云錕。特此致謝。