劉 磊 陳洪德，2 徐長貴 鐘怡江 吳 奎

(1．成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院 成都 610059;2．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(xué)) 成都 610059;3．中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

0 引言

地震是一種災(zāi)害性地質(zhì)事件，是地球內(nèi)動力釋放所引起。內(nèi)動力釋放表現(xiàn)為斷裂活動、火山爆發(fā)、崩塌陷落等，由其所引起的地殼快速而劇烈的顫動稱之為地震。震積巖(seismites)由 Seilacher［1］首次提出，是指地層中具有古地震記錄的巖石，Seilacher首次闡述了震積巖與古地震的關(guān)系。自此之后，關(guān)于震積巖與古地震記錄的研究逐漸成為熱點。Marine Geology雜志在1984年刊登的“地震與沉積作用”專集再度提升了國外學(xué)者對震積巖的研究與關(guān)注。國外學(xué)者不僅對各類震積特征進(jìn)行了系統(tǒng)描述與分類，還深入探討了各類震積特征的形成機制。通過對形成各類震積特征的模擬實驗和數(shù)據(jù)總結(jié)，歸納出沉積物液化所需地震強度，并在此基礎(chǔ)上探討了古地震與古環(huán)境的耦合關(guān)系［2-7］。

我國震積巖研究始于1988年，宋天銳等人［8］針對北京元古界霧迷山組發(fā)現(xiàn)的震積巖提出了碳酸鹽巖地層—海嘯序列。國內(nèi)學(xué)者最初以海相震積作用和震積巖為研究對象，喬秀夫等［9-11］、杜遠(yuǎn)生等［12-13］和梁定益等［14-15］對海相碳酸鹽巖中的震積層進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和介紹，其中以喬秀夫等［9］在華北地臺建立的碳酸鹽巖震動液化序列和杜遠(yuǎn)生［12］建立的四分單元震積序列為代表。陸相震積巖的研究始于吳賢濤等［16］對四川峨眉晚侏羅世湖相地震液化序列的研究，近幾年來，陳世悅等［17］、袁靜［18］、路慎強［19］、魏垂高［20］、夏青松［21］、石亞軍［22］、朱萌［23］對陸相湖盆中的震積巖進(jìn)行了大量的研究，對碎屑巖中的震積特征進(jìn)行了深入的研究，并建立了各類震積序列。但這些序列并不像濁流事件沉積的鮑馬序列和風(fēng)暴事件沉積的序列那樣具有普遍性，原因可能是地震對處于不同埋藏階段的的沉積物改造較復(fù)雜，不同沉積基底的地震過程對沉積物的改造程度也不同［24］。上述序列未揭示和探討震積特征與古地震強度的關(guān)系，也未對震積巖時空分布規(guī)律與盆地構(gòu)造演化的關(guān)系作深入研究。

目前遼東灣坳陷關(guān)于震積巖的研究較少［25］，通過對遼東灣近百口古近系鉆井巖芯觀察，發(fā)現(xiàn)大量具震積特征的巖石。筆者對其震積特征進(jìn)行了詳盡描述，歸納出反映古地震強度的震積序列，提出了遼東灣三角洲沉積體系震積巖的分布圖。在此基礎(chǔ)上，通過對震積巖時空分布規(guī)律的研究，對古近紀(jì)時期盆地構(gòu)造和郯廬斷裂活動進(jìn)行了反演。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

遼東灣坳陷位于渤海灣盆地東北部，為渤海灣盆地的一個次級構(gòu)造單元。渤海盆地為華北克拉通上的裂陷盆地，受控于以NE向展布的郯廬斷裂帶。遼東灣坳陷也呈NE向長條形發(fā)育，為深窄斷陷盆地。多期次的伸展斷裂與走滑斷裂，構(gòu)成了遼東灣坳陷“三凹二凸”的構(gòu)造樣式，自西向東分別是遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷，見圖1。各構(gòu)造單元均呈北東—南西向展布，三個凹陷中遼中凹陷沉積厚度最大，分布也最廣，其次為遼西坳陷，最小為遼東凹陷［26-27］。

圖1 遼東灣坳陷構(gòu)造單元分布圖Fig．1 Tectonic units of Liaodong Bay depression

此次研究地層為第三系地層，由老至新分別是孔店組(E1-2k)、沙河街組(E2-3s)、東營組(E2d)。震積巖的發(fā)現(xiàn)主要集中在古近系的沙河街組和東營組，其中沙河街組分為 E2s4、E2s3、E2s2、E2s1四段，東營組分為 E3d3、E3d2、E3d1三段。E1-2k ～ E2s4沉積體系主要為小型湖泊沉積和沖積扇沉積，主要為泥巖與碳酸鹽巖;E2s3主體為湖泊相，湖盆中央以泥頁巖為主，湖盆邊緣以發(fā)育扇三角洲和近岸水下扇為主;E3s2主要為湖泊、碳酸鹽巖臺地和扇三角洲沉積，以灰色泥、頁巖與中—粗砂為主;E3s1主要為湖泊、碳酸鹽巖生物灘沉積，暗色泥巖與油頁巖廣泛發(fā)育，底部為生物碎屑灰?guī)r、碎屑云巖;E3d3主要為湖泊沉積為主，發(fā)育深灰色泥巖夾砂巖透鏡體;E3d2主要為三角洲沉積，發(fā)育厚層中—細(xì)粒砂巖;E3d1主要為河流、三角洲和湖泊沉積，以灰黃色泥巖與淺灰色砂巖互層為主［26-28］。

2 震積巖識別標(biāo)志與特征研究

震積巖是地震成因的具特殊構(gòu)造的巖石，研究區(qū)主要發(fā)育的震積標(biāo)志有:液化砂泥巖脈、火焰構(gòu)造、階梯狀斷層、微褶皺、自碎屑角礫等，且這些古地震標(biāo)志具有很好的側(cè)向連續(xù)性和垂向重現(xiàn)性，主要集中發(fā)育于A-1井、B-1井、C-13井、D-1井、E-1井等及其鄰近區(qū)域(圖1)。

2．1 液化砂泥巖脈

液化砂泥巖脈主要發(fā)育在砂泥互層的沉積物中，沉積物因地震震動而產(chǎn)生液化現(xiàn)象，以液化脈體的形態(tài)切穿圍巖［29］。張傳恒等［30］依據(jù)脈體刺穿圍巖的方式將其分為側(cè)向滑移型和水壓破裂型。側(cè)向滑移巖脈是液化脈體沿受地震影響產(chǎn)生裂縫侵入，圍巖發(fā)生脆性破裂。脈體與圍巖的分界線清晰可見，脈體形態(tài)與寬度取決于裂縫的形態(tài)，如圖2a所示A-1井;水壓破裂型液化脈是脈體與圍巖均處于液化狀態(tài)，脈體向上、下方向主動刺穿圍巖，沿刺穿侵位方向變窄尖滅，呈不規(guī)則狀。脈體所刺穿的圍巖中發(fā)育與脈體侵入方向相同的變形構(gòu)造，脈體既可為砂質(zhì)，也可為泥質(zhì)，圍巖與脈體分界位置發(fā)生明顯的拖曳變形(圖2b，B-1井)。

2．2 火焰構(gòu)造、震積砂球—枕狀構(gòu)造

火焰構(gòu)造為負(fù)荷構(gòu)造，主要發(fā)育于砂泥互層的沉積物中，其成因是尚未固結(jié)的沉積物受地震震動影響產(chǎn)生液化現(xiàn)象，上覆較重的砂質(zhì)沉積物在密度差異的影響下，向下陷入密度較小的泥質(zhì)沉積物中。當(dāng)負(fù)載體未脫離上覆沉積物，下伏泥質(zhì)沉積物相應(yīng)的以舌狀擠入上覆，形成的形似火焰的沉積構(gòu)造稱之為火焰狀構(gòu)造［31］。Moretti等［7］認(rèn)為寬小于 0．01 m 的火焰構(gòu)造可解釋為重力流成因，但較大型的火焰構(gòu)造應(yīng)是由地震誘發(fā)，火焰構(gòu)造在很多文獻(xiàn)中［17-18，32］被解釋為地震觸發(fā)機制，在A-1井中發(fā)現(xiàn)的火焰狀構(gòu)造，寬度約2 cm(如圖2c);B-1井中，下部暗紅色泥質(zhì)帶發(fā)育火焰狀構(gòu)造，寬度約2 cm，上部砂巖液化現(xiàn)象明顯，如圖2d。

當(dāng)液化的砂質(zhì)層下陷至下伏泥質(zhì)沉積物的過程中發(fā)生塑性變形與脫水作用則會形成震積球—枕狀構(gòu)造。當(dāng)大量負(fù)載體以枕狀形式陷入下伏泥質(zhì)沉積物中，且與上覆母巖相連，形成的形似枕頭的構(gòu)造，便形成震積砂枕。上覆與下伏沉積物均可見明顯的液化跡象，喬秀夫等［29］認(rèn)為，上覆沉積物下陷一定是下伏發(fā)生液化的結(jié)果。液化所形成的砂枕構(gòu)造既可橫向排列，呈橢圓狀，寬度約1～5 cm不等(圖2e);也可垂向疊置，如B-1井(圖2f)，大量枕狀構(gòu)造垂向排列，寬度約2～5 cm，整體向上彎曲。該類砂枕構(gòu)造互相連接，與火焰構(gòu)造伴生。

圖2 液化砂泥巖脈、火焰構(gòu)造與震積砂球—枕狀構(gòu)造巖芯照片a．沿裂縫侵入并充填的液化砂體;b．主動刺穿圍巖的液化泥質(zhì)脈;c．寬度約1～2 cm的火焰狀構(gòu)造;d．與液化現(xiàn)象伴生的火焰狀構(gòu)造;e．橫向排列的震積砂枕;f．垂向疊置的震積砂枕;g．次圓且呈懸浮狀的震積砂球;h．不規(guī)則拖拽拉長狀的震積砂球。Fig．2 The photo of liquefaction sandy-silty dyke，flamy structure，ball and pillow structure

密度較大的負(fù)載體完全脫離母巖層而沉陷到下伏密度較小液化層內(nèi)部，彼此孤立漂浮分布則形成震積砂球，可呈次圓狀和圓狀，如C-13井，砂體寬度0．5～1．5 cm不等，內(nèi)部層理不發(fā)育，見圖2g;也可呈拖曳拉長狀或其他不規(guī)則形狀，內(nèi)部層理清晰，并呈液化狀態(tài)(圖2h)，該類形態(tài)也稱液化擺動構(gòu)造，是由于地震震動使液化了的沉積物產(chǎn)生方向不斷改變的剪切力，脫離母巖層的砂球也隨之?dāng)[動而呈拖拽拉長狀［21，33］。

2．3 液化卷曲變形構(gòu)造與串珠狀構(gòu)造

液化卷曲變形是液化作用引起的水塑性褶皺［34］，這種變形構(gòu)造主要與沉積物的液化作用有關(guān)。液化卷曲變形可能是沉積物快速堆積所形成，也可能是地震震動作用于顆粒支撐的沉積物，使顆?？紫堕g產(chǎn)生超孔隙壓力，降低了顆粒間的摩擦力，因而產(chǎn)生液化變形［20］。液化卷曲構(gòu)造，定向性差，層理極不協(xié)調(diào)，且與其他液化現(xiàn)象共生，不穿層(圖3a，b)。

串珠狀構(gòu)造又稱縮脹構(gòu)造，是沉積物在地震作用下發(fā)生的層內(nèi)變形，液化了的薄層沉積層在拉伸應(yīng)力作用下被拉伸變形，部分增厚呈透鏡狀，部分變薄甚至扯斷，形似香腸狀［5］。變形的樣式、大小與地震強度相關(guān)，串珠狀構(gòu)造也常與其他地震成因的變形構(gòu)造相伴生，如A-1井(圖3c)與B-1井(圖3d)。

2．4 階梯狀斷層與微褶皺

階梯狀斷層是發(fā)育于層內(nèi)互相平行的小型斷層，多為正斷層且呈階梯狀，發(fā)育于較薄的砂泥互層段。斷層可單獨發(fā)育，也可平行排列呈組發(fā)育，它是地層在震動過程中形成的，以張性斷層為主［23］。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的階梯狀斷層，斷距為2～1 cm，傾角較陡，既可單組階梯狀斷層發(fā)育，如D-1井(圖3e);也可以多組階梯狀斷層同時發(fā)育，如B-1井(圖3f)。階梯狀斷層的成因通常認(rèn)為是地震引起的沉積物液化現(xiàn)象停止后，下伏沉積物的差異壓實導(dǎo)致上覆沉積物沉降不均所造成［34］。

圖3 液化卷曲構(gòu)造、串珠狀構(gòu)造、階梯狀斷層和微褶皺巖芯照片a．層理極不協(xié)調(diào)液化卷曲變形;b．定向性極差且與其他震積構(gòu)造伴生的液化卷曲變形;c，d．形似香腸的串珠狀構(gòu)造;e．單組發(fā)育的階梯狀斷層;f．多組同時發(fā)育的階梯狀斷層;g，h．與階梯狀伴生的層內(nèi)微褶皺。Fig．3 The photo of liquefied fold，pinch and swell structure，step micro-fault and micro-fold

微褶皺主要發(fā)育在粉砂與泥巖的細(xì)粒沉積物中，層內(nèi)發(fā)生褶曲且不具定向性，其褶曲程度較液化卷曲構(gòu)造小，且常常與階梯狀斷層伴生，見較輕微的液化變形現(xiàn)象，如C-13井(圖3g，h)。

2．5 震塌巖與內(nèi)碎屑副角礫

震塌巖主要是由不協(xié)調(diào)巖塊組成的巖石，當(dāng)其與其他震積特征伴生時，常被解釋為地震成因。不協(xié)調(diào)巖塊在巖層中與圍巖有清楚的邊界，往往在其上覆能找到母巖層，其內(nèi)部層理清晰可見且與圍巖不一致［19］。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的震塌巖，長度由幾厘米至十幾厘米不等，主要為上部半固結(jié)成巖的巖層，由于地震作用發(fā)生斷裂破碎，落入下伏液化的沉積物中。A-1井發(fā)育大量震塌巖，均為上部沉積物落入下部沉積物中，內(nèi)部紋層幾乎保持原始狀態(tài)，塌落巖石周圍見大量液化現(xiàn)象(圖4a，b)。

內(nèi)碎屑副角礫巖為異地泥巖受地震顫動破裂并被水流就近搬運沉積的結(jié)果［35］，常產(chǎn)于下伏砂巖層內(nèi)，其長軸方向大致平行砂巖層面。角礫呈塑性拉長變細(xì)形態(tài)，彼此相連，稱為塑性角礫巖。如E-1井，A-1井，泥質(zhì)角礫呈絲狀相連，順層分布于砂層中(圖4c，d)。

2．6 震裂縫與自碎屑角礫巖

震裂縫屬脆性形變，一般將其分為地震作用于地表沉積物的地裂縫和地下沉積物內(nèi)部的裂縫，研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的為地下沉積物內(nèi)部裂縫，裂縫內(nèi)部可充填液化沙泥形成巖脈［23］，是巖層震動產(chǎn)生脆性變化和塑性變化的共同結(jié)果。震裂縫主要發(fā)育在泥巖中，由于地震震動，產(chǎn)生了大量以張性裂縫為主的震裂縫，裂縫寬度1 mm～1 cm不等，當(dāng)寬度較大時，液化了的砂泥巖脈沿地下沉積物破碎所形成的裂縫擠入［31］。

當(dāng)裂縫發(fā)育較多時，切割細(xì)粒沉積物破壞原沉積層，形成自碎屑角礫。這種角礫巖的特點是原地原位的形成，未經(jīng)過搬運，角礫無分選磨圓，為原地碎裂形成，相鄰角礫可完全拼接到一起［22］。角礫順層分布，棱角分明，整體外形呈“骨排狀”。研究區(qū)B-1井與C-13井發(fā)育大量自碎屑角礫巖，原始沉積層為粉砂質(zhì)泥巖，裂縫處充填砂巖脈或發(fā)育泄水構(gòu)造，角礫分選差，1～5 cm不等，為原地的泥巖沉積遭受地震波破壞后又就近原地堆積的結(jié)果(圖4e，f)。

3 震積巖分布沉積相和震積序列

3．1 震積序列

地震既可作用于已固結(jié)成巖的巖層，稱為后生地震事件沉積;也可作用于未脫離沉積作用的沉積物和已經(jīng)埋藏的未固結(jié)的的沉積物，分別稱為同生地震事件沉積和準(zhǔn)同生地震事件沉積［24］。研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的震積巖中，同生地震事件沉積包括:微褶皺、階梯狀斷層、同沉積斷裂。準(zhǔn)同生地震事件沉積包括大量的準(zhǔn)同生變形構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)的有震積砂球—枕狀構(gòu)造、串珠狀構(gòu)造、液化卷曲變形構(gòu)造、內(nèi)碎屑副角礫巖等。后生地震事件沉積包括:震裂縫、自碎屑角礫巖。

圖4 震塌巖、內(nèi)碎屑副角礫、震裂縫與內(nèi)碎屑角礫巖芯照片a．與液化現(xiàn)象伴生的震塌巖;b．上部沉積物斷裂形成的震塌巖;c，d．呈絲狀相連順層分布的內(nèi)碎屑副角礫;e，f．大量震裂縫形成的自碎屑角礫巖，與其他液化現(xiàn)象伴生。Fig．4 The photo of seismic fall-masses，liquefied breccia，seismic-related fracture and seismic breccias

大量研究成果表明，同生地震事件沉積所形成的震積巖主要發(fā)生于海相沉積盆地中，而陸相沉積盆地中則以準(zhǔn)同生地震事件沉積為主。同生地震事件沉積表明，盆地形成于較為活動的構(gòu)造背景之下;準(zhǔn)同生地震事件沉積則表明，盆地形成之后，構(gòu)造背景仍然相對活躍，致使已經(jīng)沉積和埋藏的未固結(jié)的沉積物發(fā)生準(zhǔn)同生變形［24］。遼東灣坳陷屬于渤海灣盆地的次級構(gòu)造，以陸相沉積為主，發(fā)現(xiàn)的震積巖大多屬于準(zhǔn)同生地震事件沉積。

關(guān)于地震強度與震積特征的關(guān)系，國內(nèi)外已有大量研究成果［4，6，9，36-38］。地震活動影響沉積物主要為兩種形式:一是在一定距離范圍內(nèi)，發(fā)生的地震震級達(dá)到一定強度(Ms≥5)，飽和水的沉積物便會喪失抗剪切強度，產(chǎn)生以塑性變形為主的震積特征，即沉積物液化所需最低地震等級是5級［39-40］;當(dāng)發(fā)生的地震強度極大(Ms≥8)，沉積物則產(chǎn)生以脆性變化為主的震積特征，發(fā)生裂縫或破碎，在地震活動衰減的過程中，液化了的沉積物沿裂縫侵入，一些難以液化的粗粒沉積物在此強度地震下也可液化并沿裂縫侵入。

沉積序列是反應(yīng)沉積環(huán)境和沉積作用變化的沉積物組合，震積巖作為反應(yīng)古地震的巖石，也發(fā)育有相應(yīng)的震積序列，它是地震作用于巖層過程中所形成的不同沉積物組合。自從震積巖提出以來，國內(nèi)許多學(xué)者從不同角度對各地的震積巖序列進(jìn)行了組合［8，31，38，41-42］。結(jié)合前人研究成果，筆者提出基于地震對沉積物破壞程度的碎屑巖垂向震積序列，如圖5。其中，I單元為未固結(jié)變形單元，是同生地震事件沉積;II單元為半固結(jié)變形單元，是準(zhǔn)同生地震事件沉積;III單元為固結(jié)變形單元，是后生地震事件沉積。

上述序列中，I單元即同生地震事件沉積，以弱液化形成的微褶皺以及差異壓實形成的階梯狀斷層為主。由于微褶皺是沉積物相對較弱的液化表現(xiàn)，引起沉積物液化所需最低地震等級為5級，故I單元所示地震強度Ms≥5;II單元為準(zhǔn)同生地震事件沉積，以較強烈的塑性液化變形為主，當(dāng)?shù)卣饛姸却笥贗單元便會形成。據(jù)國外學(xué)者研究［4，43］，該單元所示地震強度為5．5～8級;III單元為后生地震事件沉積，以巖石脆性破裂成角礫為主，Rodriguez-Pascua等［6］認(rèn)為Ms≥8才會產(chǎn)生III單元所示的脆性變形。故根據(jù)沉積物的震積特征，可判定I，II，III三單元所示地震強度為:I＜II＜III。

研究區(qū)內(nèi)的震積巖大部分以發(fā)育I～I(xiàn)I序列為主，其中II單元為主體單元，少數(shù)巖芯段發(fā)育I～I(xiàn)I～I(xiàn)II序列，且震積序列在垂向上的重復(fù)出現(xiàn)，說明古地震活動具有周期性和幕式的特點。同時，在巖芯上，震積序列中各單元出現(xiàn)時間往往是III單元最早，II單元次之，I單元最晚，反映出古地震活動由高潮逐漸衰減的過程(圖5)。

圖5 遼東灣坳陷古近系震積序列Fig．5 Seismites succession of the Paleogene in Liaodong Bay depression

3．2 震積巖分布沉積相

總體來看，研究區(qū)內(nèi)震積巖的沉積環(huán)境為受斷裂帶控制的三角洲，且主要為三角洲前緣，少數(shù)為前三角洲—湖泊相，未發(fā)現(xiàn)三角洲平原發(fā)育有震積巖，可能與三角洲平原所形成的震積巖易受后期剝蝕改造而很難保存有關(guān)。震積特征主要為液化卷曲變形、串珠狀構(gòu)造、震積砂球—枕狀構(gòu)造、火焰構(gòu)造等，大部分存在于砂泥互層的沉積環(huán)境中，大段的泥巖或者砂巖中未發(fā)現(xiàn)有震積巖發(fā)育。

分析研究區(qū)取芯段發(fā)現(xiàn)的震積巖特征與其所處沉積環(huán)境，以C-13井為例(圖6):該井共取芯四次，其中第一、二次取芯深度為2 869．7～2 885．6 m，位于沙一段，沉積亞相為辮狀河三角洲前緣，該段巖芯震積特征主要為I單元的階梯狀斷層和微褶皺，沉積微相主要為水下天然堤以及水下分流間灣，巖性以黃色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，測井曲線特征為中阻中伽馬;第三次取芯深度為2 945．4～2 949 m，位于沙二段，沉積亞相為辮狀河三角洲前緣，該段巖芯震積特征則主要為II單元的砂泥巖脈以及內(nèi)碎屑副角礫，沉積微相則主要為遠(yuǎn)砂壩，巖性以薄層砂泥互層為主，測曲線特征為高阻低伽馬;第四次取芯深度為3 382．1～3 389．7 m，位于沙三中段，沉積亞相為主要為前辮狀河三角洲，該段巖芯震積特征較豐富，主要為II單元的液化卷曲構(gòu)造、震積砂球—枕狀構(gòu)造、液化砂泥巖脈以及III單元震裂縫、自碎屑角礫，巖性以大段泥巖為主，夾細(xì)砂巖，測井曲線以低阻中高伽馬，反映泥巖基線為特征。

綜合研究區(qū)各井發(fā)育有震積巖的沉積環(huán)境，得出如下結(jié)論:階梯狀斷層之上多為大段的正常泥質(zhì)層或砂層，指示了地震活動的間歇性。階梯狀斷層與微褶皺(I單元)一般發(fā)育于水下分流河道天然堤、水下分流間灣等較細(xì)粒沉積部分，其沉積環(huán)境一般為三角洲前緣斜坡;內(nèi)碎屑副角礫和震塌巖(II單元上部)常常與發(fā)育大量交錯層理的河口壩相鄰，發(fā)育于階梯狀斷層的底部，薄層砂泥巖斷裂并液化，加劇其上斷塊沉降，致使邊緣形成階梯狀斷層;液化卷曲以及負(fù)載構(gòu)造(II單元下部)發(fā)育于三角洲前緣斜坡坡腳，與前三角洲泥相鄰;震裂縫、自碎屑角礫(III單元)主要發(fā)育于緊鄰三角洲前緣斜坡的前三角洲，比前述震積現(xiàn)象發(fā)育位置更靠近湖盆中央，主要為暗色泥質(zhì)沉積物。由此，可總結(jié)出遼東灣坳陷震積巖在三角洲沉積體系中的分布圖(圖7)。

4 震積巖時空分布規(guī)律研究

地震主要發(fā)生在構(gòu)造活躍的板塊邊界以及內(nèi)部的伸展地帶［43］。研究區(qū)為陸相湖盆沉積，發(fā)生在湖盆中心及周邊的古地震，在達(dá)到一定強度之后，均會在沉積物中留下相應(yīng)震積標(biāo)志。分析總結(jié)震積巖的時空分布，能從一定程度上反應(yīng)郯廬斷裂的構(gòu)造活動，對研究沉積盆地充填過程和構(gòu)造背景有重要的地質(zhì)意義。

4．1 震積巖時間分布規(guī)律

圖6 C-13井綜合柱狀圖Fig．6 Composite histogram of Well C-13

圖7 遼東灣坳陷三角洲沉積體系震積巖分布圖Fig．7 The seismites distribution map in delta sedimentary system of Liaodong Bay depression

目前對古地震活躍期地震強度的估算，主要依據(jù)是相似地質(zhì)背景下，震積巖出現(xiàn)的頻率及發(fā)育特征來確定古地震強弱。研究區(qū)震積巖主要由郯廬斷裂活動引起的古地震所形成，它們的古震中應(yīng)位于郯廬斷裂上，古地震的微觀與宏觀震中應(yīng)也沿斷裂帶方向分布。結(jié)合震積巖分布位置距郯廬斷裂帶的距離與震積巖特征，并統(tǒng)計其分布層位，筆者繪制出研究區(qū)古近紀(jì)的古地震強度曲線。由圖8可知，研究區(qū)內(nèi)震積巖從E2s3～E3d2均各有分布，表明遼東灣坳陷從E2s3至E3d2均處于活動的構(gòu)造背景下。其中從E2s3l開始，地震活動緩慢增加，E2s3m、E2s3u到達(dá)高峰;E3s2、E3s1地震活動減弱，但一直存在有較小規(guī)模的地震活動;到E3d3地震活動的頻率和強度再次增加，E3d2l達(dá)到峰值，之后開始緩慢減弱且頻率降低。由圖8可知，研究區(qū)古近紀(jì)的郯廬斷裂構(gòu)造活動經(jīng)歷了由強—弱—強三個階段，第一階段為E2s3，第二階段為E3s2～E3s1，第三階段為E3d，其中第一、三階段構(gòu)造活動相對較強，峰值分別對應(yīng)于E2s3m、E3d2l，第二階段相對較弱。同時，這兩個時期劇烈的構(gòu)造作用導(dǎo)致湖平面快速上升，使可容納空間迅速增大，對于震積巖的保存也更為有利。

根據(jù)湯良杰等［44］通過回剝技術(shù)模擬盆地沉降史，計算出不同凹陷的構(gòu)造沉降曲線，由圖9可知遼中凹陷與遼西凹陷均是從E2s3開始迅速沉降，到E3s2，E3s1相對減緩;進(jìn)入E3d，沉降再次加速，在E3d2到達(dá)峰值之后迅速減緩，直至Q。由此可知，古地震強度曲線所反演出的構(gòu)造演化階段與湯良杰等模擬結(jié)果相近。

圖9 遼東灣坳陷構(gòu)造沉降史圖［44］Fig．9 The diagram of tectonic subsidence history in Liaodong Bay depression

4．2 震積巖空間分布規(guī)律

在整個研究區(qū)內(nèi)，發(fā)育震積巖的井的空間分布如圖10所示，震積巖的分布和特征受控于郯廬斷裂帶，古地震集中的區(qū)域?qū)?yīng)于構(gòu)造活躍區(qū)，根據(jù)震積巖特征將研究區(qū)內(nèi)地震活動分為中、較強、強三個等級，分別以綠色、黃色和紅色指代。

研究區(qū)內(nèi)古近紀(jì)地震活動沿遼東灣NNE向分布，主要分布在遼東灣坳陷東北部、中部和西南部，由此可知郯廬斷裂帶在古近紀(jì)時期在遼東灣的展布情況:穿過渤東低凸起帶，主要沿遼西凸起、遼中凹陷NNE向展布。研究區(qū)內(nèi)古近紀(jì)古地震主要分布位置為:遼中凹陷中段，即A油田附近，分布大量中等和較強地震活動，且地震活動較集中;遼西凸起北段，即B構(gòu)造帶、C油田附近以中等地震活動為主，間或發(fā)生強地震活動;遼中凹陷南段僅在靠近渤東低凸起附近有零星分布，包括E-1井等。

遼東灣各地史期構(gòu)造活動情況在空間上也有所不同，E2s3構(gòu)造活動主要分布于遼西凸起北端;E3s2與E3s1，構(gòu)造活動持續(xù)活躍在遼西凸起北端，同時遼中凹陷A油田附近構(gòu)造活動逐漸變頻繁;E3d，遼西凸起北端無較明顯構(gòu)造活動，構(gòu)造活動主要集中在遼中凹陷北端和A油田，遼西凸起中部A油田附近，且強度較E3s2與E3s1有所增強，渤東低凸起附近有零星構(gòu)造活動(圖11)。

5 震積巖時空分布的構(gòu)造解釋

遼東灣坳陷在古近紀(jì)時期屬盆地斷陷時期，由前人研究可知［26，44］，其構(gòu)造演化分為三個階段(圖8):E1-2k～E2s3伸展張裂陷階段，該段渤海盆地處于斷陷期，遼東灣則處于第一次快速斷陷期;E3s2～E3s1第一裂后熱沉降階段，該時期處于遼東灣的第一穩(wěn)定熱沉降階段，為渤海盆地的斷坳期，沉降速率較慢，為斷坳早期;E3d走滑拉分與再次裂陷階段，該期沉降再次加速，速率較 E2s3時期稍?。?6，44］。盆地演化的三個階段與古地震活動經(jīng)歷的三個階段相對應(yīng)，其中第一、三階段古地震活動的峰值分別對應(yīng)于始新世的拉張伸展期和漸新世的走滑伸展期這兩個主要伸展高峰期［45］。遼東灣坳陷為陸相湖盆，湖平面(可容納空間)主要受構(gòu)造因素控制，因而湖平面變化曲線一定程度上反應(yīng)了構(gòu)造活動強度的變化，圖8所示古地震強度曲線與古生物變化和湖平面變化曲線也均對應(yīng)良好。

圖10 震積巖發(fā)育的空間分布規(guī)律Fig．10 The distribution of seismites in space

圖11 古近紀(jì)各地史時期震積巖分布Fig．11 The distribution of paleoseismic during each period of geohistory in Paleogene

震積巖的空間分布規(guī)律也反映了郯廬斷裂古近紀(jì)時期在空間上的活動規(guī)律。遼東灣段的郯廬斷裂帶在古新世和始新世，在東西側(cè)各發(fā)育一支主干斷裂，其中西支主干斷裂主要活動于遼西凸起的中、北段。受主斷裂控制的遼西凸起，由于劇烈的構(gòu)造活動，使其基底落差極大［46］，伴隨斷裂形成了由B構(gòu)造帶，C油田等組成的遼西低凸起。因而在E2s3，震積巖主要分布于遼西凸起北端的B構(gòu)造帶，C油田，而南端幾乎未分布。E2s3末期至E3s2，沿斷裂帶的地震活動較之前減弱，且有向東遷移的跡象。原因是在該時期郯廬斷裂轉(zhuǎn)化為右旋走滑斷裂，活動相對E2s3l和E2s3m減弱。構(gòu)造活動的轉(zhuǎn)換使遼中凹陷在中央發(fā)育了一條陡傾走滑斷裂，引起凹陷中的泥底辟活動和地層反轉(zhuǎn)，形成了遼中凹陷沿NNE向展布的反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶。該反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶在A油田一帶反轉(zhuǎn)構(gòu)造活動最強烈［45］，因此 E3s2、E3s1、E3d 時期，位于遼中凹陷的A油田附近才會分布如此之多的震積巖，且所示古地震強度大多較高，證明A油田E3s2時期之后，便是遼中凹陷構(gòu)造活動的活躍地區(qū)。

6 結(jié)論

(1)通過對研究區(qū)鉆井巖芯中震積巖的研究，共識別出階梯狀斷層、微褶皺、震塌巖、內(nèi)碎屑副角礫、液化卷曲構(gòu)造、串珠狀構(gòu)造、震積砂球—枕狀構(gòu)造、火焰構(gòu)造、砂泥巖脈、震裂縫、自碎屑角礫11種震積標(biāo)志。

(2)通過對震積巖分布沉積環(huán)境的研究，繪制出遼東灣坳陷三角洲沉積體系震積巖分布圖，其中:階梯狀斷層與微褶皺一般發(fā)育于三角洲前緣斜坡中水下天然堤或水下分流間灣處;內(nèi)碎屑副角礫和震塌巖常常發(fā)育于階梯狀斷層的底部;液化卷曲以及負(fù)載構(gòu)造發(fā)育于三角洲前緣斜坡坡腳;震裂縫、液化砂泥巖脈以及自碎屑角礫主要發(fā)育于前三角洲。

(3)一定距離范圍內(nèi)，沉積物液化所需地震強度為Ms≥5，當(dāng)Ms≥8時發(fā)生脆性變化。研究區(qū)震積巖根據(jù)震積特征建立了震積序列，按塑性變化和脆性變化共分為I～I(xiàn)I～I(xiàn)II三個單元，所示地震強度為I＜II＜III。

(4)根據(jù)震積巖時空分布規(guī)律可將郯廬斷裂構(gòu)造活動分為三個階段:第一階段為E2s3，第二階段為E3s2～E3s1，第三階段為E3d，其中第一、三階段為強構(gòu)造活動時期。E2s3構(gòu)造活動主要分布于遼西凸起北端，E3s2與E3s1主要分布于遼中凹陷A油田附近，E3d則主要集中在遼中凹陷北部和A油田，遼西凸起中部靠近A油田附近，渤東低凸起附近有零星地震活動。

(5)通過震積巖時空分布規(guī)律的研究，對郯廬斷裂構(gòu)造活動進(jìn)行反演，結(jié)果證明:反演結(jié)果與前人所得結(jié)論一致。通過此方法，對控盆斷裂活動特征和盆地構(gòu)造演化有一定的補充解釋作用，也對構(gòu)造活動解釋提供了動態(tài)演化的信息。

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