天然气水合物是现代海洋深水地区和大陆冻土之下的固态天然气, 当形成天然气水合物的条件失衡, 如海平面下降导致静水压力降低、温度升高导致水合物气化、冻土溶解等, 水合物会转化为气态的天然气泄漏, 现在海底天然气水合物调查发现水合物分布区出现大量的泥火山和软沉积物变形。

准噶尔盆地也发现现代天然气泄漏形成的高达10余米的泥火山。地史时期的古天然气泄漏也不乏其例, 黔东地区南华纪锰矿共生了一系列软沉积物变形, 据此周琦和杜远生(2012)提出了古天然气泄漏锰矿成矿模型, 指导扬子地块东南缘锰矿找矿, 取得了锰矿找矿的重大突破。黔东地区南华纪锰矿含矿层主要发育底辟构造、扇状构造、不协调褶曲、渗滤管构造及气孔构造等( 图 2), 与地震成因的软沉积物变形存在明显差异。

图2

Fig.2

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	图2 黔东南华纪锰矿古天然气泄漏引发的软沉积物变形Fig.2 Soft-sediment deformations caused by natural gas hydrate leakage in Nanhuan manganese deposit, southeastern Guizhou Province

A— 底辟构造; B— 扇状构造; C— 渗滤管构造; D、E— 不协调褶曲构造; F— 气孔(沥青球)构造

图3

Fig.3

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	图3 贵州松桃地区铅锌矿的底辟构造(A)和水力破裂角砾岩(B)Fig.3 Diapir structure(A)and hydrofracturing breccias(B)preserved in the lead-zinc ore deposit in Songtao area, Guizhou Province

滑坡、滑塌、泥石流是常见的重力作用沉积, 在大陆地表、陆内裂谷(断陷)盆地、大陆边缘裂谷盆地、大陆斜坡等具有陡斜坡的地带十分发育。尤其是大陆斜坡海底峡谷底部, 大陆斜坡角等高坡度地区, 大量的重力流堆积, 并容易失稳形成软沉积物变形, 这些软沉积物变形既可以表现为轴面大致一致(轴面反倾向指示滑塌方向)的协调褶曲(Du et al., 2005)( 图 4), 也可以表现轴面不一致的不协调褶曲(Du et al., 2008)( 图 5)。

图4

Fig.4

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	图4 澳大利亚悉尼盆地Ulladulla地区二叠系中的滑塌构造Fig.4 Slump structures in the Permian in Ulladulla area, Sydney Basin, Australia A— 滑塌层宏观照片; B、C— 滑塌作用导致的褶曲

图5

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	图5 澳大利亚墨尔本Cape Liptrap地区下泥盆统中的滑塌作用形成的不协调褶曲Fig.5 Incongruous folds caused by slumps in the Lower Devonian in Cape Liptrap, Melbourne, Australia

液化作用引起的软沉积物变形是一种常见的、成因最有争议的变形。液化软沉积物变形既可以由地震引发, 也可以非地震成因。液化可以发生在沉积物表面, 也可以发生在沉积物层内。沉积物表面的液化可以在粉砂及细砂等砂质沉积物中, 现场试验表明, 富含水的非黏性沉积物在频繁颤动的条件下, 可以发生液化( 图 6)。更多的沉积物液化发生在砂泥互层沉积物的层内, 由于上覆沉积层的压力, 岩层处于高压状态, 由于泥质沉积物本身具强粘聚力, 加之被压实、其中的水被压入砂层, 而促使砂层含水量增加, 砂粒“ 悬浮” 在高压的水中, 这就是液化( 图 6)。石油天然气勘探中的喷砂现象就是由于液化的砂层遇到井孔压力变小而喷出的。因此, 沉积物层内液化作用主要发生在砂层中, 绝不会发生在泥质层(包括灰泥层等)中。液化作用可引起一系列软沉积物变形: (1)层理变形, 通常形成变形层理(或包卷层理); (2)液化过程泄水形成的泄水构造(泄水管和碟状构造); (3)液化砂沿裂隙(如地震断裂或沉积层的破裂)上涌充填裂隙形成液化砂岩脉; (4)液化砂沿断裂或裂隙上涌到沉积物表面形成沙火山( 图 7)。

图6

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	图6 现代地表砂泥质沉积的液化现象(A)和沉积层内液化作用(B)图解Fig.6 Modern liquification of sand sediments(A)and illustration for intrastratal liquification in sediments(B)

图7

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	图7 澳大利亚悉尼盆地液化脉(A, D)和沙火山(B, C)Fig.7 Liquification veins(A, D)and sand volcanoes(B, C)in Sydney Basin, Australia A、D— 液化脉; B、C— 沙火山

地震作为一种突发性、瞬时性及灾变性的地质事件, 是由断裂活动、火山爆发、崩塌陷落等因素引起的地壳快速而剧烈的地壳颤动。地壳颤动在不同构造与沉积背景下引起的各种作用力(地震振动力、剪切力、挤压力和拉张力等)导致软沉积物变形, 既包括沉积物的表面变形(同生软沉积物变形), 也包括沉积物被埋藏之后的沉积物层内变形(准同生软沉积物变形)。沉积物固结以后, 在构造变形期甚至在构造抬升期的后生变形, 可以不算在软沉积物变形之列。

地震同生的软沉积物变形包括表层沉积物中的地裂缝、微褶皱、同沉积断层(包括阶梯状断裂)(杜远生等, 2005)( 图 8)、震碎角砾岩等。准同生地震事件沉积包括大量的准同生变形构造, 如负荷构造、火焰构造、枕状构造、球状构造、枕状层、变形层理、沙火山、液化脉、液化角砾岩等(杜远生等, 2007)( 图 9)。严格地讲, 只有同生的地震事件沉积才能指示沉积盆地的活动构造背景和同期的地震活动, 准同生的地震事件指示已经填充的沉积盆地处于活动的构造背景下, 地震活动形成于沉积期后。

图8

Fig.8

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	图8 澳大利亚悉尼盆地Ulladulla地区二叠系和中国广西涠洲岛更新统同生软沉积物变形Fig.8 Syn￣sedimentary soft-sediment deformations in the Permian in Sydney Basin, Australia and in the Pleistocene in Weizhou Island, Guangxi, China A— 地裂缝(悉尼盆地); B— 阶梯状断裂(涠洲岛); C 、D— 同沉积褶曲(涠洲岛)

图9

Fig.9

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	图9 澳大利亚悉尼盆地准同生软沉积物变形Fig.9 Penecontemporaneous soft-sediment deformations in the Sydney Basin, Australia A— 负荷构造和火焰构造; B— 枕状构造; C— 枕状层; D— 砂岩液化脉和沙火山

分析中国地震事件沉积或震积岩的研究, 大部分海相沉积的震积岩是同生地震事件沉积, 大部分含油气盆地的陆相沉积中发现的震积岩是准同生地震事件沉积。前者代表地震作用发生于沉积期, 即代表沉积盆地处于活动的构造背景下; 后者代表沉积盆地形成以后, 研究区仍然处于活动的构造背景下, 地震活动引起已经沉积、埋藏但未固结的沉积物在地震作用下的准同生变形, 渤海湾盆地、松辽盆地、东海盆地和柴达木盆地等多数盆地获取的岩心中发现的大量的地震有关的软沉积物变形多属此类(杜远生, 2011)。