负载构造是软沉积变形构造中最为常见的构造, 由于上覆岩层密度较大, 在一定的重力作用或常伴随震动的条件下, 下陷沉入下伏密度较小的软沉积物中, 在负载构造的底面常形成重荷模, 而下伏底辟上来的软的泥质沉积物形如火焰状, 形成火焰构造(田洪水等, 2016)。川荥页1井岩心中, 负载砂体大小不一(图3-a, 3-b, 3-c), 小型负载体常与下部泥岩底辟形成的火焰构造伴生(图3-b), 此外, 在岩心断面的砂岩与泥岩接触面, 可清晰见到砂岩底部凹凸不平的重荷模, 为密度较大的砂岩沉陷入泥岩中固结而成。通常, 外力尤其是地震特有的横波和纵波作用力越大, 对密度相对较大的上覆沉积体的剪切滑动作用越强, 负载体沉降体也越大, Moretti和Sabato(2007)认为较大型负载构造, 通常大于1 cm, 具有地震诱发成因。

球枕构造在3口井中均较为发育, 也是常与负载构造伴生的一种软沉积变形, 其形成于上覆密度较大的岩层受剪切力和自身重力的作用, 沉陷入下伏密度较小的岩层, 常保存内部纹层, 形状如圆球状或枕状(乔秀夫和李海兵, 2008; 钟宁等, 2017)。川荥页1井中灰白色球枕形态和大小各异(图3-a), 直径大者可达3~4 cm, 小者只有几毫米, 呈球状、椭球状, 或孤立出现, 或横向与砂岩相连, 岩性为灰白色细砂岩, 围岩为颜色较深的粉砂质泥岩。

砂岩液化脉是常见的液化泄水构造, 粒度较粗的砂岩发生液化, 后期水体发生逃逸, 携带砂体侵位于上覆及下伏层位, 形成脉状、口袋状或不规则肠状等(Plaziat et al., 1990; 乔秀夫和李海兵, 2009)。川荥页1井中砂岩液化现象非常常见, 如呈脉体状、口袋状、细肠状等(图3-d), 大小不一, 常斜交或垂直层面, 脉体以1~2 cm长较为常见, 宽0.5 cm左右居多, 口袋状下部口袋宽一般为1 cm。液化口袋形成于砂岩液化脉侵位过程中遇阻, 尾部逐渐变大, 最终形成口袋状。田洪水等(2016)认为位于上部的液化源层向下伏地层灌入形成的砂岩液化脉属同生地震事件记录。

布丁构造的形成主要受控于纵向不均匀挤压和横向拉张地震作用力, 发生不均匀的收缩和膨胀, 布丁之间常常仍然彼此相连, 或被微断层错段(Knaust, 2002; 田洪水等, 2016)。川荥页1井布丁构造发育(图3-d, 3-e), 其形状各异, 似香肠状、透镜状和棱面体等, 布丁为灰白色砂岩、粉砂岩, 围岩为深灰色泥岩。布丁间常为各种负载砂体或液化砂岩脉分割(图3-d, 3-e), 此外, 砂体受同沉积微断层错段形成的布丁也不鲜见(图4-c, 4-f)。

图4

Fig.4

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	图4 荧经坳陷川荥页1井红石崖组中的同沉积断层 a, b, c, f, g— 阶梯状微断层; d, e— 微正断层Fig.4 Synsedimentary faults of Hongshiya Formation from Well CYYi1 in Yingjing depression

在强烈的震颤作用过程中, 同沉积岩层大量充水并发生液化, 发生液化的砂岩对其所夹的泥岩层产生剧烈的破坏作用, 导致后者散乱分布并呈角砾状, 泥岩的成层性基本上被破坏, 但是泥砾长轴方向趋于地层方向。岩心变形层中见多段7 cm左右厚的液化角砾层(图3-h), 深灰色泥岩角砾散落分布于灰白色砂岩中, 角砾大小差异较大, 大者1cm× 3cm, 小者直径仅1~2 mm, 具有一定的棱角, 也有少量液化磨圆现象, 个别大的角砾中还能见到砂岩穿孔。液化作用同时可对砂岩层理产生破坏, 使其内部颜色及结构均一化, 在液化均一层附近泥岩中常见液化砂岩脉的灌入(图3-f)。

纹层状或条带状岩层在液化搅动作用下, 发生流动褶皱变形, 呈现卷曲状的形态。根据搅动强度的不同, 卷曲的形态各异。一般滑坡形成的液化卷曲变形的褶皱轴面具有一定的力学规则, 而地震成因的则是无序的(乔秀夫和李海兵, 2009)。川荥页1井钻井岩心中, 见3~5 cm厚的液化卷曲变形层, 灰白色砂岩条带呈扭曲的肠状、弓状、S形及波浪状等(图3-g), 砂岩条带与深灰色泥岩之间凹凸不平, 发育小型— 微型褶皱, 似震颤作用导致, 整体上灰白色砂岩条带较为连续, 具有一定的同心圈层结构, 该段岩心中与液化角砾岩层共生。

在川荥页1井岩心第6层中, 见多处明显的震裂缝构造(图3-h), 震裂缝表现为“ V” 字形, 并有上覆布丁碎块充填, 个别位置震碎角砾明显, 为典型的同生地震事件沉积(杜远生, 2011)。震裂缝的产生是由于固结— 半固结的沉积物受地震拉张应力作用而裂开, 形成“ V” 形震裂缝, 之后上覆软沉积物充填其内(田洪水等, 2016)。

同沉积断层主要为粒序断层, 又称阶梯状断层, 表现为一系列小型或微型正断层呈阶梯状排列, 通常断层倾角较大, 具有同沉积特点。同沉积断层是重要的古地震识别证据(Seilacher, 1969; 杜远生, 2011), 地震发生时, 沉积物下部支撑受到破坏, 通常由前积方向的前积层面演变为断层面, 断层面在层内自行尖灭, 上覆及下伏岩层未受影响。川荥页1井中粒序断层也较常见(图4), 有些断层面完全断开, 并被泥质充填, 有些上下盘仍然相连, 呈阶梯状, 为同沉积断裂, 断距大多为1 cm或更小。

荥经坳陷内3口钻井中均发育大量软沉积变形构造, 尤其是川荥页1井, 中下奥陶统砂岩夹泥岩层段, 各种负载构造、球枕构造、砂岩液化脉、液化角砾和卷曲变形等异常发育。沉积软变形构造的形成源于未固结沉积物高的孔隙流体压力, 对原始沉积结构产生破坏和改造, 形成一系列新的沉积结构构造(Lowe, 1975)。然而, 导致沉积软变形构造的触发机制, 则有多种可能, 包括瞬时产生作用的如地震、海啸、火山喷发和陨石撞击等(Heezen and Ewing, 1952; Tilling et al., 1990; Barton et al., 2009/2010), 以及持续上百至上千年的, 如沉积负载、盐运动和冰川融水作用等(Coleman and Prior, 1982; Prior and Hooper, 1999; Behrmann et al., 2006)。

要确定沉积软变形构造是由地震活动触发所致, 应首先判定地震事件的存在, 而地震事件的存在, 只有通过地震同生的软沉积物变形确定(杜远生, 2011; 杜远生和余文超, 2017)。地震发生过程中, 通常会导致沉积物表面破裂形成地裂缝, 也可形成同沉积断层(如阶梯状断层)、同沉积褶曲, 甚至沉积物破碎形成同生震碎角砾岩等(杜远生等, 2005; 杜远生等, 2007)。钻井岩心中, 同沉积断层也较常见, 个别断层上盘随着断层面下滑, 沉积物堆积相对更厚, 大部分表现为阶梯状, 断层面下部较明显, 向上尖灭不见。此外, 岩心中偶尔也可见震碎砂岩角砾(图3-g), 透镜状砂岩从中部破碎开来, 碎块掉入下部的震裂缝中, 由于上部沉积物的充填, 震裂缝常表现为上宽下细的V字形, 震碎角砾脆性破碎特征明显。通过以上地震同生变形构造的识别以及大量准同生变形构造(如负载构造、火焰构造、球枕构造、砂岩液化脉、布丁变形构造、液化角砾、液化卷曲构造等)的发育, 表明研究区中下奥陶统沉积时期地震活动频繁, 并在沉积地层中得以记录。

大量同生沉积变形构造的呈现使研究者对地震发生事件及其期次有了清晰的了解, 地震发生时, 沉积正在发生, 并对地震作用予以反映, 如同沉积断层、震裂缝、向下灌入的砂岩液化脉等(杜远生, 2011; 田洪水等, 2016), 均是地震事件的准确记录。此外, 地震之后常出现海啸、风暴等, 所以在地震发生层之上常存在明显的事件沉积, 表现出突然出现的一套风暴砾岩。川荥页1井中, 层7为一套厚约15 cm的砾岩层(图2), 与上下岩层突变接触, 界面不平整, 砾石绝大部分为深灰色、灰绿色泥砾, 少量粉砂质、砂质砾岩, 呈长条状、竹叶状、椭球状(2.5 cm× 0.7 cm~0.5 cm× 0.2 cm)等, 呈叠瓦状近水平排列, 砾石可能由于较软, 磨圆均较好, 但分选差, 同时也见拉长的泥岩条带, 该层可能是一套海啸风暴砾岩, 砾石形态似竹叶状灰岩, 为受水体拍打破碎而成, 代表了早期剧烈地震活动并引发海啸。

岩心软变形构造的分布表明(图2), 层3、层4和层6变形较为丰富, 显示至少发生了2次地震事件, 分别为层3-4和层6沉积期, 尤其是层6, 其中发现震裂缝构造, 其他砂岩液化脉及同沉积断层也较丰富, 代表了1次强烈的地震事件, 层3、层4代表了较早期的1个地震事件。海啸发生之后, 伴随多次的余震, 发生在层8、层10及层14沉积时期, 并在之后趋于平静。

川荥页1井周边断裂丰富, 离最近的花滩断裂不到4 km, 坳陷周缘断裂也在8~12 km内, 坳陷内部与其周缘奥陶— 志留系沉积的差异表明了周缘断层活动的控制。岩心中液化作用普遍发生, 如液化砂岩脉、液化角砾岩以及液化均一层等, 此外, 甚至在地震发生之后还引发了海啸, 可见, 地震发生强度应达到了5.5~6级(震级), 或更高(Ambraseys, 1988; Obermeier, 1996; Rodrí guez-Pascua et al., 2000; 乔秀夫等, 2006; Tian et al., 2013, 2014; 田洪水等, 2016)。

研究区处于川中隆起西南缘, 且荥经坳陷周边断裂较发育(图1), 如青龙断裂、宝新厂— 凰仪断裂、铜厂— 三合断裂等, 活动均较早。加里东构造运动导致乐山— 龙女寺一带不断隆起并遭受剥蚀, 自南西荥经一带至北东隆起核部方向, 从奥陶系至深部的震旦— 寒武系逐渐遭受剥蚀, 于后期被二叠系超覆(康义昌, 1988; 洪庆玉, 1993; 许海龙等, 2012; 邢翔等, 2013; 牟传龙等, 2015)。该时期, 加里东运动在贵州地区表现为都匀运动(余开富和王守德, 1995; 李三忠等, 2016), 其导致的沉积间断造成上奥陶统的缺失、中奥陶统的剥蚀缺失及下奥陶统不同程度的剥蚀。吴占廷和蔡冰堰(2011)曾在贵阳乌当地区同层位湄潭组中见地震活动记录, 可能代表了都匀运动的第1幕。足见早奥陶世末中国西南地区总体构造活动较为强烈, 是川中隆起和黔中隆起作用的体现。早中奥陶世, 研究区周缘断裂活动较为强烈, 并引发一定的地震, 从此也拉开了加里东期都匀运动的序幕。

地震活动对沉积的改造作用具有重要的油气地质意义(杨剑萍等, 2008), 液化角砾岩、震裂构造的产生大大改善了储集层的存储条件, 液化砂岩脉的大量出现, 贯穿了被烃源岩隔断的储集层, 更利于油气的转移储运, 如在川荥页1井震积岩分布层, 较上下未震层具有更好的油气显示, 并发现一油气异常, 若区域上具备更好的烃源岩条件, 则震积岩层段是重要的勘探层位。