古地震活动被认为是最常见的软沉积物变形构造触发机制, 然而, 风暴事件、滑塌事件、重力流沉积、生物扰动等也同样能够形成各种各样的软沉积物变形构造(Martí n-Chivelet et al., 2011; Owen et al., 2011; Põ ldsaar and Ainsaar, 2013), 正确判断软沉积物变形构造的触发机制是合理认识其地质意义的前提。

Owen 和 Moretti(2011)系统总结了前人研究成果(Sims, 1975; Obermeier et al., 1990; Obermeier, 1996; Wheeler, 2002; Hilbert-Wolf et al., 2009), 提出了地震触发的软沉积物变形构造的判断标准: (1)分布面积广; (2)侧向连续性; (3)具有垂向重现性, 且被未变形的沉积物分开; (4)和已知的与地震活动相关的软沉积物变形构造进行比较; (5)沉积盆地处在一个活动的构造背景下(靠近活动断裂); (6)随着远离活动断裂, 软沉积物变形强度、复杂度及丰度逐渐降低。这些标准为较好的识别地震成因的软沉积物变形构造提供了便利, 也得到了广泛应用(Yang et al., 2015; Mazumder et al., 2016; van Loon et al., 2016)。然而, Moretti1和van Loon(2014)认为现有的判别标准存在着很多局限性, 其中标准(1)、(2)和(6)可能会受到沉积相和野外露头出露情况的限制(van Loon et al., 2016); 标准(3)的局限性在于软沉积物变形构造对古地震活动的记录是不完整的, 不是所有的地震都可以产生液化变形, 即使可以, 液化沉积物有时也不会显示出变形的特征(Moretti et al., 1999), 这样就会导致垂向重现性降低, 甚至有时候仅仅只能发现一层古地震触发的软沉积物变形记录(Gibert et al., 2011); 标准(4)提供了一个对比的方案, 这在地质学研究中尤为重要, 但一定要和地震活动产生的特征构造进行比较, 如阶梯状断层(Seilacher, 1969; Yang et al., 2015)、沙火山(杜远生等, 2007)等; 标准(5)表明构造活动是形成地震的重要条件, 但在一些稳定背景下的沉积盆地中, 受到陨石撞击(Põ ldsaar and Ainsaar, 2014)和冰川融化(van Loon et al., 2016)等地质作用的影响, 也会出现地震触发的软沉积物变形构造的记录。Ezquerro等(2016)讨论软沉积物变形的时空分布特征时, 指出:(1)当地震强度较弱时(震级约为5), 难以形成广泛分布的软沉积物变形构造; (2)由构造活动导致高的沉积速率, 往往也会产生如重力流等事件沉积, 破坏了软沉积物变形构造保存的环境, 使得活动的构造背景中缺乏软沉积物变形构造的记录; (3)沉积环境的不同会导致沉积物性质的变化, 从而影响沉积物发生液化的条件(Rodrí guez-Ló pez et al., 2007; Liesa et al., 2016)。厚层的粗粒沉积物, 其内部岩性差异较小, 也往往难以观察到软沉积物变形构造。即沉积相在时间和空间上的变化是控制着震积岩的出现及其形态特征、横向延伸和垂向展布的重要参数。

一些学者在确定软沉积物变形构造的触发机制之前, 逐一排除所有的可能性(包括盆地内部和外部的各种因素)(Berra and Felletti, 2011; Gibert et al., 2011), 这样获得的结论往往会令人信服。Owen 等(2011)建议在判别软沉积物变形构造的触发机制时, 首先应进行沉积相分析, 有利于区分是内源机制还是外源机制。如果是外源机制, 再根据软沉积物变形过程和特征来确定其最可能的触发机制, 如果是地震, 则各类软沉积物变形构造应该都可以在地震过程中形成, 并且符合地震触发机制的判别标准。

软沉积物变形构造的形成需要满足3个条件: 易液化的沉积物、能够使之变形的驱动力和某种触发机制(Allen, 1986)。深水沉积以泥质沉积物为主, 不易液化(乔秀夫和李海兵, 2008, 2009), 而表层富水的沉积物(位于沉积物与水的接触面附近), 受到的剪切力要远远低于有一定埋藏深度(5~7, m)的沉积物(Moretti and van Loon, 2014), 也难以形成软沉积物变形构造。深水浊流沉积(重力流)会带来大量容易产生液化的细砂和粉砂级沉积物, 为软沉积物变形构造的形成创造了良好条件(Mazumder et al., 2016; Onorato et al., 2016)。重力流在形成的过程中, 随着沉积物块体的滑动和滑塌, 会产生液化沉积物流, 形成各种类型的软沉积物变形构造(廖纪佳等, 2013;

图7

Fig.7

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	图7 南召盆地上三叠统太山庙组火焰构造(A)、沟模(B)、重荷模(C)及凝灰岩(D)Fig.7 Flame structures(A), groove casts(B), load casts(C), and tuff(D) from the Upper Triassic Taishanmiao Formation in Nanzhao Basin, Henan Province

李凤杰等, 2014; Alves, 2015)。因此, 这类软沉积物变形构造常常与重力流沉积关联在一起, 相反, 如果是外源机制(如地震活动)触发的软沉积物变形则不受沉积环境的控制(Owen et al., 2011)。

南召盆地上三叠统太山庙组中软沉积物变形构造出现在深湖环境中, 大多数(除了同沉积断层)保存在砂岩层中, 砂岩底部常见火焰构造( 图 7-A)、沟模( 图 7-B)及重荷模( 图 7-C)等沉积构造, Liu等(2013)认为该段发育有大量的浊流沉积。从软沉积物变形构造的分布特征来看, 其变形可能与浊流沉积存在着一定的联系(多数出现在砂岩层中), 但也必须注意到软沉积物变形构造分布仅仅局限在浊流沉积的一小段沉积期内, 也有发育在泥岩层中的同沉积断裂构造, 它与浊流沉积无法关联, 除了大型负载构造显示了一定的方向特征外, 不见滑坡作用产生的典型层内褶曲构造(Lu et al., 2006; Alsop and Marco, 2013), 底劈构造、塑性变形层及碎裂岩也不能够用滑动和滑塌来解释。同时在该套地层中发育有多层凝灰岩( 图 7-D), 指示了盆缘火山活动强烈。因此, 即使部分软沉积物变形构造可能在浊流沉积过程中形成, 但也肯定还存在着外源的触发机制, 其中最常见的一种就是古地震活动, 它甚至也可能是引发浊流沉积的主要原因(杨仁超等, 2014)。

南召盆地上三叠统太山庙组软沉积物变形构造具有这样一些特征: (1)变形位于相对平整或未变形的岩层之间, 没有发现大规模的层间滑动, 具有相似的岩石学特征和沉积环境, 指示了它们为同沉积和原地沉积(Liu et al., 2016), 表明其触发机制具有瞬时性; (2)变形类型可分为3种: 液化变形(液化均一层、底劈构造和大型负载构造)、塑性变形(塑性变形层)以及脆性变形(同沉积断层和碎裂岩)(乔秀夫和李海兵, 2009; 乔秀夫等, 2012), 并且液化均一层、底劈构造、大型负载构造、塑性变形层和碎裂岩都有较好的延伸性; (3)软沉积物变形构造的分布较为集中, 但出现在不同层位, 记录了多期次的沉积物液化和流化作用, 这表明其触发机制具有周期性, 同时也说明了触发机制可能会集中在某段时间, 或者表现出一段时期内的强烈活动; (4)3种变形分别形成在未固结、半固结和固结的岩层中, 特别是碎裂岩的形成, 需要极大的剪切力, 它和同沉积断层等构造一起, 可作为地震活动产生的唯一性构造; (5)南召盆地位于秦岭造山带内, 晚三叠世时期, 秦岭造山带正处在强烈的造山活动期(Dong et al., 2011, 2015; Dong and Santosh, 2016); (6)在深湖环境中, 重力流沉积也常常和震积岩相伴生(杨仁超等, 2014)。因此, 可以确定南召盆地上三叠统太山庙组软沉积物变形的触发机制为古地震活动。

地震是一种具有突发性、瞬时性和灾变性特征的地质事件, 是地壳运动的一种特殊而直观的表现形式(杜远生等, 2007), 是重要的大陆动力作用伴生事件(乔秀夫等, 2012), 由地震波产生的强烈挤压力和剪切力会使沉积物发生液化流动及岩层破裂, 从而形成各种软沉积物变形构造。因此, 地震触发的软沉积物变形构造为研究沉积盆地所处的构造背景及盆地边缘构造活动提供了宝贵的物质记录(Du et al., 2008; 乔秀夫等, 2008; 杜远生, 2011; Yang et al., 2015), 成为古构造、古地理特征研究的重要素材。

南召盆地上三叠统地震触发的软沉积物变形构造特征及分布表明: (1)它们指示了高强度的古地震活动, 特别是塑性变形层和碎裂岩的出现(Berra and Felletti, 2011; Liu et al., 2016), 是秦岭造山带晚三叠世发生强烈逆冲推覆活动的响应; (2)它们出现在深水沉积的转折期, 其下水体渐深, 其上水体渐浅。上述特征与前陆盆地系统的楔顶沉积环境相符合(Liu et al., 2013), 楔顶沉积的初期表现为深水沉积, 但会随着逆冲楔一起发生构造抬升, 因此强烈的逆冲推覆作用会使得楔顶沉积由深水向浅水环境转变, 然而前陆盆地系统中的前渊带却会受到强烈的构造负荷影响, 从而使得水体逐渐加深。位于华北板块内部的济源盆地, 特别是晚三叠世后期, 在谭庄组中分布有多层油页岩(刘喜杰, 2003; 杨文涛等, 2014), 并在早侏罗世形成大量的浊流沉积(吴贤涛, 1985), 指示了水体逐渐变深的过程。因此, 在秦岭造山带发生强烈逆冲推覆时(可能为栾川断裂的逆冲推覆活动), 南召盆地和济源盆地的沉积演化是对立的, 它们可以构成典型的前陆盆地系统, 其中南召盆地为楔顶沉积, 而济源盆地则接受前渊沉积(Liu et al., 2013)。