浙江永康盆地朝川組震積巖發(fā)育特征及其地質(zhì)意義

曾劍威，陳 榮，禇平利，廖圣兵

(中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016)

浙江永康盆地朝川組震積巖發(fā)育特征及其地質(zhì)意義

曾劍威，陳 榮，禇平利，廖圣兵

(中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016)

浙東永康盆地北東段朝川組中上部發(fā)現(xiàn)多期地震活動的記錄，賦存于湖相灰黑色泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖與紫紅色粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖互層地層中。 識別出的地震活動標(biāo)志為多種原地成因的震積巖，主要包括層內(nèi)微斷層、震裂角礫巖、液化砂巖脈、碟狀構(gòu)造、液化角礫和液化卷曲變形。 通過對震積巖及震積序列特征分析，結(jié)合浙東地區(qū)構(gòu)造背景，認(rèn)為朝川組中上部地震事件與早白堊世晚期盆地控盆斷裂的活動有關(guān)，是區(qū)域構(gòu)造-沉積由穩(wěn)定補(bǔ)償沉積階段轉(zhuǎn)為抬升剝蝕階段的啟動標(biāo)志，并具良好等時性意義，是陸相盆地沉積地層劃分對比的重要標(biāo)志。

震積巖； 朝川組； 構(gòu)造-沉積旋回； 早白堊世； 永康盆地

0 引言

浙江東部地區(qū)在白堊紀(jì)發(fā)育眾多受斷裂控制的NNE向展布的盆地，這些盆地規(guī)模較小，但數(shù)量眾多。 早白堊世早期，盆地多為陸上火山噴發(fā)-沉積組合，發(fā)育厚度巨大的陸相火山巖； 早白堊世晚期至晚白堊世早期，盆地多以沉積相、噴發(fā)沉積相為主，陸相雜色和紅色碎屑沉積地層廣泛發(fā)育。 該區(qū)域陸相碎屑盆地的研究歷史悠久，在盆地成因、盆地地層序列、地層時代劃分及盆地演化序列等盆地宏觀特征方面積累了較多的資料及研究成果[1-6]。 而筆者在浙東地區(qū)從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作過程時，在永康盆地測區(qū)范圍內(nèi)的朝川組中識別出多種震積構(gòu)造，結(jié)合浙東地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景，分析總結(jié)了震積巖在陸相盆地地層劃分對比及控盆構(gòu)造分析中的重要意義。

1 地質(zhì)背景

永康盆地處于浙江東部，位于江山—紹興斷裂以南，屬浙東南地層分區(qū)。 該區(qū)早白堊世早期主要噴發(fā)形成大套的火山巖系，而早白堊世晚期至晚白堊世早期為沉積盆地的主要形成期，形成了數(shù)量眾多但規(guī)模不大的斷陷(斷坳)盆地，其盆地沉積物充填和盆地演化主要受NE向和NW向斷裂復(fù)合控制(圖1)。

1.測區(qū)位置； 2.早白堊世盆地； 3.控盆構(gòu)造； 4.成盆后構(gòu)造； 5.早白堊世晚期區(qū)域應(yīng)力； 6.泥灰?guī)r層位置圖1 浙東早白堊世盆地分布圖[7]Fig.1 Distribution of Early Cretaceous basins in East Zhejiang[7]

受構(gòu)造活動的控制，浙東地區(qū)盆地演化大致可劃分為3個階段： ① 沉降階段，形成館頭組暗色、雜色沉積； ② 穩(wěn)定階段，形成朝川組中、下部紅色河湖相碎屑沉積； ③ 抬升階段，形成朝川組上部辮狀河流相粗碎屑沉積和方巖組 “山麓堆積相” 礫巖。

2 震積巖發(fā)育層位及賦存地層特征

永康盆地朝川組可劃分為上、下2段。 下段下部主要以沖積扇及濱湖礫巖、砂礫巖為主，上部主要為砂礫巖、含礫砂巖，粉砂巖夾層普遍發(fā)育； 上段主要為淺湖相粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部夾砂礫巖，頂部局部發(fā)育厚度不大的辮狀河流粗碎屑沉積(圖2)。

本次識別出的震積巖位于永康盆地北東部，集中出露于浙江省東陽市湖溪鎮(zhèn)新屋村至橫店影視城一線。該區(qū)域內(nèi)盆地沉積缺少館頭組雜色沉積，主要為朝川組河湖相沉積和方巖組山麓堆積。 震積巖賦存地層為朝川組中上部湖相沉積地層，平面上均處于盆地中心位置，垂向上均位于朝川組中上部(圖2)。 該段地層巖性為灰黑色—青灰色中厚層狀泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖與中層狀紫紅色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖互層，其中泥灰?guī)r(鈣質(zhì)泥巖)單層多與粉砂質(zhì)泥巖呈漸變過渡關(guān)系，具典型的漸變式湖相碳酸鹽巖與陸源碎屑巖混合沉積特征[8-11]。 筆者根據(jù)對該段混合沉積的成因及保存的孢粉化石和植物化石分析，認(rèn)為其為早白堊世晚期斷陷(坳)盆地補(bǔ)償沉積階段干熱環(huán)境產(chǎn)物[11]。

圖2 研究區(qū)永康盆地白堊紀(jì)地層充填序列及構(gòu)造-沉積旋回Fig.2 Basin filling sequences and structural-sedimentary cycles of Yongkang Basin during Cretaceous

3 朝川組震積巖的識別標(biāo)志及震積序列

地震是地殼運(yùn)動的一種特殊且直觀的表現(xiàn)形式, 其表現(xiàn)為地殼快速而劇烈的顫動。 它主要是由于斷裂構(gòu)造活動、火山活動、崩塌陷落及一些誘發(fā)因素影響引起的[12]。 所謂震積作用, 是指在不同構(gòu)造與沉積背景下地震作用過程中地殼顫動引起的各種作用力(地震振動力、剪切力、擠壓力和拉張力等)對沉積物的改造作用，其形成的具有震積構(gòu)造和震積巖序列的災(zāi)變事件沉積稱為震積巖，它不是一種巖石的名稱, 而是具有成因聯(lián)系的一組巖石的總稱。 它以自身獨特的鑒別標(biāo)志和震積序列有別于其他類型的沉積巖, 而且在古地震災(zāi)變的識別、災(zāi)變事件沉積的研究、災(zāi)變事件地層的劃分、對比及古構(gòu)造地理環(huán)境的恢復(fù)上具有重要意義[13-17]。

本次在朝川組中部發(fā)育的泥灰?guī)r及其互層的紅色細(xì)碎屑巖中識別出較強(qiáng)烈的同沉積變形和開裂構(gòu)造，這些特殊的地質(zhì)現(xiàn)象形成于沉積物未固結(jié)—半固結(jié)時期，多由外界振動力引發(fā)。 如前所述，泥灰?guī)r段形成于紅盆中心水體相對較深的局限洼地，其沉積基底相對較平緩，水動能較低，缺乏發(fā)生滑塌現(xiàn)象的地形因素，也不易受湖浪的影響。 結(jié)合這些特殊地質(zhì)現(xiàn)象的力學(xué)成因及背景沉積相特征，分析認(rèn)為該泥灰?guī)r中的變形、開裂構(gòu)造與古地震活動有關(guān)。

本次在朝川組泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖及與其互層的紅色細(xì)碎屑巖(圖3(a),(b))中識別出的震積構(gòu)造主要包括2種類型。

3.1 脆性變形構(gòu)造

脆性變形構(gòu)造是指沉積在已固結(jié)或弱固結(jié)狀態(tài)下，受拉張應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的破碎開裂構(gòu)造，主要包括層內(nèi)微斷層、震裂角礫巖及地裂縫[14]。

層內(nèi)微斷層： 又叫階梯狀斷層，是指在上下2個平行層之間的斷層或錯動，是振動作用將固結(jié)—半固結(jié)地層輕微錯斷的產(chǎn)物，斷距通常為幾厘米，其延伸也不會太遠(yuǎn)[12,14,17]。 地震斷裂與后期構(gòu)造形成的斷裂的主要區(qū)別在于地震斷裂以張性斷裂為多, 斷裂面不規(guī)則且排列無序、不切層、不具共軛性, 沿斷裂面充填泥質(zhì)或灰泥質(zhì)。 后期構(gòu)造形成的斷裂以張扭或壓扭性斷裂為多, 斷裂面平直且排列有序, 斷裂切層、具共軛性, 斷裂縫為結(jié)晶方解石充填[12]。 在泥灰?guī)r層下部，發(fā)育有典型的層內(nèi)微斷層(圖3(c))，斷層切割泥灰?guī)r成分紋層(風(fēng)化露頭上更加直觀)，斷距僅1 cm。

震裂角礫巖： 受地震強(qiáng)烈振動，沉積層原地破碎形成的角礫巖,其特征是相鄰角礫是可拼的，且這些角礫常限制于上下2個平行層之間[12-17]。 本次在泥灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)兩層厚30～40 cm的震裂角礫巖層，角礫0.5～3 cm不等，多呈棱角—次棱角狀，角礫間充填同沉積的灰泥質(zhì)及后期方解石(圖3(d))。

(a) 泥灰?guī)r段下部宏觀特征； (b) 灰綠色鈣質(zhì)泥巖夾粉砂巖、泥巖； (c) 泥灰?guī)r中微斷層； (d) 泥灰?guī)r中震裂角礫巖； (e)—(h) 鈣質(zhì)泥巖所夾紅色細(xì)碎屑巖中的軟沉積物液化變形構(gòu)造圖3 永康盆地朝川組震積巖主要類型Fig.3 Major types of seismites in Chaochuan Formation of Yongkang Basin

地裂縫： 是鑒別古地震期沉積頂面的識別標(biāo)志，也是一種視頂構(gòu)造，受地震影響在固結(jié)沉積物的表層形成張性 “V” 型裂隙，多為液化角礫或液化脈充填[14,16]。 本次識別出的地裂縫多發(fā)育于泥質(zhì)粉砂巖層頂部，深約2～3 cm，多為液化砂巖脈充填(圖3(e))。

3.2 軟沉積物液化變形構(gòu)造

地震發(fā)生時，處于為固結(jié)狀態(tài)富含水的軟沉積物，在地震的作用下發(fā)生液化，當(dāng)?shù)卣鹜Ｖ购笠夯某练e物流動變形，形成液化變形構(gòu)造。 現(xiàn)代模擬實驗表明，產(chǎn)生沉積液化的震級Ms>5，沉積物可液化的平均粒徑在0.02～1 mm之間，黏粒(粒徑小于0.005 mm ) 含量小于10% 的飽含水沉積物是液化產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ), 飽和、松散、潔凈、均勻的粉砂、細(xì)砂更易液化，而泥巖一般不易液化[13-14]。 因此識別出的液化變形構(gòu)造主要發(fā)育于泥灰?guī)r(鈣質(zhì)泥巖)所夾的泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖中，主要有如下類別。

液化脈： 為液化的砂巖、粉砂巖擠入上下泥巖地層中形成的脈狀構(gòu)造，多呈蛇曲狀，上下兩頭較窄，中部較寬[13-14]。 在泥灰?guī)r層所夾的紅色細(xì)碎屑巖中所發(fā)育的液化砂巖脈多長為3～5 cm，最大寬為1～2 cm，分別向上和向下擠入粉砂質(zhì)泥巖層中(圖3(e)，(g)，(h))。

碟形構(gòu)造： 為液化泄水構(gòu)造的一種，多發(fā)生在紋層狀或薄層砂巖與泥巖互層的巖石中。 液化的砂巖向上泄水，沖斷并拖拽薄層泥巖，使其形成一系列向上彎曲的碟型碎片[13](圖3(f))。

液化角礫： 液化脈對其上下巖層的穿刺過程中使圍巖產(chǎn)生破裂而形成角礫，這種角礫可以是脆性破裂呈棱角狀，也可以是塑性—半塑性團(tuán)塊狀，多伴隨液化脈發(fā)育(圖3(e)，(g))。

液化包卷變形構(gòu)造： 也稱震褶層，多見于在薄層砂泥互層的地層中，其卷曲變形僅限于層內(nèi)，其上下地層均未受改造(圖3(h))。

3.3 震積序列

震積作用的沉積序列是在地震及其觸發(fā)的海嘯、重力流事件作用過程中形成的沉積單元的規(guī)律組合。 一般認(rèn)為,由震積作用形成的沉積包括震積巖(A單元,原地系統(tǒng))、海嘯巖(B單元, 準(zhǔn)原地系統(tǒng))、震濁積巖(C單元,異地系統(tǒng)),加上背景沉積(D單元)，不同構(gòu)造環(huán)境和沉積環(huán)境會形成不同的震積沉積序列[12]。 本次在朝川組泥灰?guī)r層中識別出的震積序列為震積巖-背景沉積序列(AD序列)，該序列常發(fā)育于湖盆中心等較平緩的沉積基底上[12,17]。

本次在朝川組中發(fā)現(xiàn)的震積序列，受背景層易液化程度的影響，泥灰?guī)r層和粉砂巖層中的震積序列有所差異。 泥灰?guī)r層因沉積顆粒粒度較細(xì)，孔隙度較低，多發(fā)育脆性變形； 而粉砂巖層中以液化變形為主。 另一方面，單個震積巖序列垂向分布與地震能量強(qiáng)度有關(guān)，大致可以分為3個階段，對應(yīng)地震能量強(qiáng)度較大的有同沉積角礫和網(wǎng)狀裂縫，能量中等有階狀正斷層和砂巖巖脈，而在地震能量衰減階段，對應(yīng)沉積物成巖程度不高，多發(fā)生碟狀構(gòu)造和同沉積塑性變形[18]。 根據(jù)沉積物巖性特征及震積巖發(fā)育特征，朝川組中震積序列可總結(jié)如圖4，單個的震積序列厚度多在0.5～1 m(泥灰?guī)r層厚可達(dá)2 m)，并經(jīng)過綜合分析，在厚約70 m的泥灰?guī)r(鈣質(zhì)泥巖)與粉砂巖、泥巖互層的地層中集中發(fā)育多次地震活動記錄，為地震活躍幕。

(a) 東陽市湖溪鎮(zhèn)泥灰?guī)r層中震積序列 (b) 東陽市橫店影視城粉砂巖、泥巖層中震積序列圖4 永康盆地朝川組震積序列Fig.4 Sedimentary sequences of seismites in Chaochuan Formation of Yongkang Basin

4 震積巖識別的地質(zhì)意義

早白堊世晚期是中國東南部的重要成盆期，該時期形成了數(shù)量眾多的紅色碎屑沉積盆地。 陸相紅盆的成生、發(fā)展主要受構(gòu)造控制，盆地內(nèi)的構(gòu)造分區(qū)、沉降分異明顯； 同時由于陸相紅盆具有物源近、堆積快、水域面積小等特征，其沉積體系及沉積相帶復(fù)雜多變。 基于上述原因，在陸相紅盆的調(diào)查研究中，相同盆地的不同區(qū)域及不同盆地間的地層劃分對比一直是工作的重點和難點。 震積巖作為一種事件沉積，具有良好的等時性，在小范圍(盆地內(nèi)部)可作為地層劃分對比的良好標(biāo)志層； 另一方面，根據(jù)地震發(fā)生的間隔時間,可劃分為地震活躍期與地震活躍幕[14]，若干個地震變形相對密集的層可理解為一個地震幕，若干個幕組成一個活躍期。 而古地震活動常與火山噴發(fā)及斷裂活動有關(guān)，根據(jù)地層中地震幕及地震期的識別劃分，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造活動及火山活動特征，可以為相同構(gòu)造背景下不同沉積盆地間地層劃分對比提供重要依據(jù)。

本次發(fā)現(xiàn)的震積巖處于永康盆地北東段，該盆地的控盆斷裂處于余姚—麗水?dāng)嗔褬?gòu)造帶中心位置，該斷裂帶在白堊紀(jì)時期活動強(qiáng)烈。 永康盆地朝川組中上部發(fā)現(xiàn)的震積巖記錄了短時間內(nèi)多次的地震活動，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景及朝川組巖性組合特征(以紅色沉積建造為主，缺少火山巖記錄)，認(rèn)為其地震活動的誘因與控盆斷層的活動有極大的聯(lián)系。 前人研究[6]表明，浙東地區(qū)早白堊世晚期至晚白堊世早期為1個完整的構(gòu)造-沉積旋回，該旋回由拉張沉降、穩(wěn)定補(bǔ)償沉積和抬升剝蝕3個階段組成。 不同階段形成了該時期浙東地區(qū)不同類型的盆地沉積，即館頭組暗色-雜色沉積、朝川組紅色河湖相沉積及方巖組類磨拉石沉積。 其中朝川組處于構(gòu)造穩(wěn)定及抬升到始發(fā)階段[6]，通常認(rèn)為朝川組中下段濱淺湖相沉積代表了構(gòu)造穩(wěn)定期盆地的補(bǔ)償沉積，而朝川組上部的辮狀河沉積則代表了抬升初始階段產(chǎn)物。 而本次在永康盆地較深水沉積的泥灰?guī)r段中發(fā)現(xiàn)的震積巖作為一個典型的事件沉積層，是盆地基底的構(gòu)造活動由弱變強(qiáng)的直接證據(jù)，表明盆地由穩(wěn)定補(bǔ)償沉積階段向抬升剝蝕階段轉(zhuǎn)變的開始(圖2)。 同時較深水環(huán)境形成的泥灰?guī)r與上覆逐漸變粗的紅色碎屑沉積間為典型的巖相轉(zhuǎn)換面，而這種巖相轉(zhuǎn)換一方面是由氣候及碎屑物質(zhì)供給的變化造成，另一方面，泥灰?guī)r中震積巖的識別也表明該巖相轉(zhuǎn)換與構(gòu)造活動密切相關(guān)。

綜上所述，事件沉積層具有良好的等時性，在地層劃分對比及構(gòu)造-沉積旋回的精細(xì)劃分上意義重大。 特別是在浙東地區(qū)中生代陸相紅盆的調(diào)查研究中，以震積巖為標(biāo)志層，可以很好地進(jìn)行盆地不同區(qū)域甚至同一構(gòu)造背景下的不同盆地的地層劃分對比及盆地沉積構(gòu)造背景研究。

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DevelopmentcharacteristicsandgeologicalsignificanceoftheseismitesofChaochuanFormationinYongkangBasin,ZhejiangProvince

ZENG Jianwei，CHEN Rong，CHU Pingli，LIAO Shengbin

(NanjingCenterofChinaGeologicalSurvey,Nanjing210016,China)

Some seismic records were found in marlstone interbeds, including grey and black lake facies marlstone, calcilutite, silt mudstone and siltstone in Chaochuan Formation at the northeastern part of Yongkang Basin. The seismites of varied autochthony are the seismic motion signs in the study area. Typical structures of the seismites included micro-fault, seismic fissure bed, liquefied breccia, liquefied vein, dish structures and liquefied convolute. Through the analysis of seismite and its sequence, and combined with the tectonic background of East Zhejiang, the authors supposed that the earthquake events in the middle and upper Chaochuan Formation could be related with the basin-controlling fault activity during the late period of Early Cretaceous. These represent the regional structural-sedimentary transformation from stable compensation deposition period to uplift-erosion period, and are of isochronous and important significance for the stratigraphic division of terrestrial facies basin.

seismite; Chaochuan Formation; structural-sedimentary cycles; Early Cretaceous; Yongkang Basin

劉永權(quán))

10.19388/j.zgdzdc.2017.06.05

曾劍威,陳榮,禇平利,等. 浙江永康盆地朝川組震積巖發(fā)育特征及其地質(zhì)意義[J]. 中國地質(zhì)調(diào)查,2017,4(6)：33-39.

P534.53; P315

A

2095-8706(2017)06-0033-07

2017-03-29；

2017-07-04。

中國地質(zhì)調(diào)查局“浙江1∶5萬崇仁鎮(zhèn)、長樂鎮(zhèn)、嶺口、巍山鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(編號： 1212011120833)”項目資助。

曾劍威(1986—)，男，助理研究員，主要從事沉積學(xué)與地層學(xué)研究。 Email： zjwcug@163.com。