古郯庐带沧浪铺期地震事件、层序及构造意义
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发布时间：2022-04-26 19:15
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时间：2023-10-23 06:12
Seismic Event,Sequence and Tectonic Significance in Canglangpu Stage in Paleo-Tanlu Zone
乔秀夫 高林志 彭阳 李海兵
原文刊于2001年中国科学（D辑）第31卷，第11期，英文版刊于2002年Sciencein China,Vo L45 No.9。应用地震灾变记录与层序地层（3级层序）结合讨论郯庐断裂在中生代是否存在大平移的问题。现刊印文图3更换为彩色照片。第14章（本书下一章）是对大林子组近年来研究的最新总结，有许多新的认识。13章中个别图件与14章中图件有所重叠，为了保持历史原貌及当时的认识，13章中的图件及解释均未作删改。
胶辽徐淮地区下寒武统的沧浪铺阶沿郯庐断裂两侧分布。辽东半岛的沧浪铺阶包括葛家屯组、大林子组与碱厂组（位于郯庐断裂东侧）。大林子组形成于滨海萨布哈环境，整个岩组充满了地震灾变事件记录，其特征为液化泄水脉、水塑性褶皱、水塑性微断层（三者相伴生），液化卷曲变形、液化角砾岩与砂岩墙；总结了萨布哈泥质岩中的地震液化序列。苏皖北部的沧浪铺阶（位于郯庐断裂西侧）包括金山寨组、沟后组下段及上段。沟后组同样系干旱的潟湖环境沉积，与大林子组为同一气候带岩组，但在苏皖北部的沧浪铺阶岩组中未发现地震事件记录。苏皖北部沧浪铺阶可识别出4个层序，但在辽东半岛则缺少一个层序。从灾变事件、层序地层以及具体岩组岩性对比角度，不支持辽东半岛的沧浪铺阶系由苏皖北部于中生代平移数百公里至目前位置的观点。
古郯庐带（图1）指吉林南部、辽东半岛、山东半岛中部及苏皖北部，它位于中朝板块东部，是新元古代的板内强地震带，发展时间为震旦系—晚石炭世早期[1～4]。古郯庐带中的下寒武统沧浪铺阶在辽东半岛包括葛家屯组、大林子组及碱厂组（昌平组）等3个岩组[5]，这3个岩组在古郯庐带中可追踪对比（图2）。
1 大林子组地震灾变记录
寒武系大林子组（
）分布于辽东半岛，底部以透镜状水道砾岩与下伏沧浪铺阶葛家屯组平行不整合接触，顶部以岩屑型风化壳与碱厂组分界。
1.1 岩性与环境
大林子组可分为4个岩性段（图2）。第1段为中－粗粒、红－*砂屑岩，具十分发育的鱼骨状交错层理，厚15 m，代表潮间带与潮下带环境。第2段为红、黄、绿等含石英粉砂的白云质泥岩及绿色伊利石、绿泥石页岩，具一系列地震诱发的液化泄水脉构造、石膏层及石膏溶解后的盐溶角砾岩（图3A）及盘肠构造；具多个钙结壳层（图3B）（层厚2～9cm）；第2段为潮间带、潮上带盐池微相单元，是一个经历多次短暂暴露的岩段，总厚40m。第3段为白云岩与绿色泥岩互层，计有3层白云岩（单层厚0.7～1.1 m），白云岩中普遍含有石英砂与长石砂，总厚7 m。第4段下部为绿色泥岩，上部为红色、*具季节纹层的泥灰岩，泥灰岩中矿物成分为：泥晶方解石80%，石英粉砂约5%，伊利石约5%，石膏单晶假象约10%。第4段下部以一系列密集的地震液化脉为特征。第4段总厚21 m，岩石显示极好水平纹层，是一个潮上咸湖环境岩段。
图1 研究区位置及沧浪铺阶剖面
剖面位置：①辽东半岛大连金州，②山东莒县浮来山，③山东苍山县，④江苏贾汪，⑤安徽宿县金山寨村，⑥安徽宿县沟后村，⑦安徽淮南，⑧吉林通化
大林子组2～4段是干旱－半干旱气候条件下，陆地与潮间带之间滨海平原含膏盐的沉积，即典型的滨海萨布哈（Sabkha，阿拉伯语中的一种读音，含义为“盐坪”）环境。大林子组盐坪曾遭受过3次海进（第3段有三层白云岩）。
1.2 地震灾变事件
大林子组第2～4段是一个充满地震灾变事件记录的岩段，特征是液化作用形成的沙、泥质的白云岩脉，水塑性褶皱，液化卷曲变形（hydroplastic deformation），水塑性微断层（hydroplastic microfault）及液化角砾岩。
强地震振动引起的剪切力，促使未固结沉积物中的砂粒滑移改变排列状态，使应力由沙骨架转移至水，引起超孔隙水压力，当全部应力转移至空隙水后，超空隙水压力等于饱和沙所承受的总应力，在完全水平的沙层中便产生了液化作用，沙与水浑然一体，产生了悬液，水与沙粒混合体在层内运动，形成泄水脉及一系列层内液化变形构造，成为地层中的地震事件记录。大林子组滨海Sabkha系潮上带富含水的环境，沉积物颗粒粗，所处围压很小，地震液化时上覆沉积物不厚，因此所形成的液化脉比碳酸盐层中液化脉宽且长。由于地震事件层与上覆地层之间存在侵蚀间断面，成岩中无上覆沉积物重压液化脉仍保持相对直立而未弯曲。
液化泄水脉与水塑性褶皱 位于大林子组的第2～4段中，尤以第4段最为发育，呈密集型绿色脉，脉的成分与绿色薄层围岩母岩成分一致，为绿泥石、伊利石白云质泥岩；野外宏观可见绿色微细水平纹层理与直立的液化泥质白云岩脉相联通，表明直立脉系由某些水平纹层中颗粒液化集中形成的；泥质白云岩脉一般5～40mm宽，垂直于层面上的长度50～700mm，甚至达1 m，短者仅20～40mm；泄水脉呈板状体，在层面上相互交织呈多边形形态（图3C）。
图2 古郯庐带沧浪铺阶地震灾变事件及层序地层
Z2x—震旦系兴民村组；X2s—震旦系石旺庄组；Z2t—震旦系佟家庄组；Z2n—震旦系倪园组；Z2wsh—震旦系望山组；
—下寒武统葛家屯组；
一下寒武统大林子组；
下寒武统碱厂组；
—下寒武统五山组；
—下寒武统金山寨组；
—下寒武统沟后组；
—下寒武统馒头组；SB—层序界面；TST—海侵体系域；Hs T—－位体系域；DS—层序；剖面位置见图1；剖面岩性：1—砾岩；2—砂岩；3—页岩、泥岩；4—泥质液化白云岩脉震积岩；5—盐溶角砾岩；6—灰岩；7—鲕粒灰岩；8—砾屑灰岩；9一碳酸盐岩震积岩（液化泄水脉）；10—叠层石灰岩；11—白云岩；12—含石英砂白云岩；13—灰质白云岩；14—白云质灰岩；15—红土型风化壳；符号：a－水平层理；b—交错层理，冲洗层理；c—鱼骨状层理；d—透镜层理；e—波痕；f—泥裂；g—盐晶；h—帐篷构造；i—结肠构造；j—三叶虫；k—小壳；1—生物碎屑；m Towuia（蠕虫化石）；n—海绿石
泥沙颗粒的液化脉除向上移动外，由于受到上部及四周压力，迫使泥沙向压力小的下方移动。导致泄水脉同时向岩层内上方及下方两个相反的方向液化（图3B）。
沙泥质白云岩脉与层面垂直，脉的两端相对尖细，并穿刺纹层使之弯曲成背形（上端）与向形（下端）。如几个相距较近的泄水脉则可在脉的两端产生一系列背形与向形褶皱（图3B），即水塑性褶皱。水塑性褶皱轴面与板状形态泄水脉的平面一致，而在层面上泄水脉及水塑性褶皱交织呈多边形隆起（图3C）。
图3 大林子组岩性及地震事件记录
A—盐溶角砾岩，萨布哈潮上带微相单元；B—液化泄水沙、泥质白云岩脉①，水塑性褶皱②，水塑性微断层③及钙结壳层④；C—液化沙泥质白云岩脉层面的表现、脉呈板状体，层面上构成许多隆脊相互交织，脉的成分：65%粉晶白云石，25%石英砂，5%云母片及5%绿泥石；D—液化卷曲变形及水塑性微断层，1b—液化角砾岩，照片上方为较平直的钙结壳层（CC），表明褶皱为层内液化成因
Sabkha环境形成薄的沉积层，液化作用及相应的液化泄水脉活动*在薄层组成的一段地层内。图3B中的泄水脉及水塑性褶皱位于两个钙结壳层（短暂的暴露面）*的1 m厚的岩层内，代表一次地震液化作用早期的记录。大林子组*出露5个泄水脉与水塑性褶皱岩段。
水塑性微断层 与泄水沙泥质白云岩脉伴生，是软沉积物本身重力作用下沿泄水脉与被侵位的围岩之间的微型错位，表现为在脉壁形成极薄的钙质膜，其上发育擦痕，擦痕具一定方向。水塑性微断层与作者曾描述的碳酸盐岩层中地震成因的粒序断层（fault-gra-ded）形态及成因不同[1,2]。
液化卷曲变形与液化角砾岩 液化卷曲变形指层内起因于液化作用形成的卷曲（图3D），是一种水塑性变形[6]。与液化泥质白云岩脉两端的背形和向形成因不同，泥质脉两端的背形、向形是受泥质脉穿刺形成；层内产生的液化变形不遵循力学机制，无固定规律。液化卷曲变形进一步可发展为液化角砾岩，液化作用*时，岩层被撕裂在岩层内原地破碎形成角砾岩，角砾具可拼性。液化泄水脉在不同方向穿刺岩层，使层内角砾化，也形成液化角砾岩，角砾同样具可拼性。
序列 大林子组地震液化作用记录由液化泄水脉、水塑性褶皱与水塑性微断层（三位一体）组成一定的序列（见本书第14章图21）。形成大林子组序列中的各单元地震记录需要一定的地震强度。对我国1955年以前近900年间历次地震喷水冒沙资料统计研究[7]，震级和发生液化的范围存在密切关系，即震级大，发生液化的范围也越大。震级为6级时液化范围距震中距离约为10～50km；震级为7级时液化范围距震中最大距离为100km；震级为7.8级时液化范围距震中最大距离约200km(1976年7月28日唐山地震）；8级以上毁灭性地震（1668年山东郯城8.6级地震）液化范围距震中最大距离约为800km；而地震震级小于5级时，在我国的地震文献中无喷水冒沙的记录。文献[8]曾进行沙层的振动液化模拟实验，选择7～9度地震烈度（相当于地震震级6级以上）区的振动频率与加速度，模拟地震时的水平振动，沙层产生了液化现象。对照历史地震记录与模拟实验，产生液化现象地震震级需5级以上。大林子组分布于辽东半岛南端，从半岛西侧渤海金州湾海岸至半岛东侧黄海大连金石滩海岸，东西方向距离60km范围内均有十分发育的、壮观的地震液化记录。因此，大林子组是早寒武世强地震形成的灾变事件岩组。
2 层序地层与对比
皖北宿县沧浪铺阶包括金山寨组、沟后组下段及沟后组上段（图2）。
沟后组 安徽省地质局区域地质调查队。中华人民共和国区域地质调查砀山幅（Ⅰ－50-X V）等三幅地质调查报告（1:20万）。1977,1～601。
为干旱环境下红色碎屑岩含盐段，剖面的下部是薄层砂质页岩与砂岩互层，上部为中层含砾砂岩及砂岩，层面广泛发育丰富石盐假晶与泥裂。沟后组下段系一个干旱气候带障壁潟湖环境，这个干旱带层位从苏皖北部向北延至山东直抵辽东（大林子组）、吉林南部（黑沟子组）[5]（图1中⑧），向南与猴家山组（图1中⑦）中段相连接。沟后组上段为灰岩层，相当于辽南碱厂组、淮南猴家山组[11]上段灰岩层位。
沧浪铺阶底界是下伏震旦系顶部（即：辽东半岛的兴民村组，山东半岛的石旺庄组，苏皖地区的倪园组，望山组等）碳酸盐岩的红土型风化壳；顶界为碱厂组顶部与馒头组之间的间断面，多数地区也具风化壳；这两个层序界面是大区域性的，在古郯庐带全境可追踪。
整个沧浪铺阶可识别出4个*层序（DS），分别为金山寨组（DS1）、沟后组下段（DS2），沟后组上段（DS3,DS4）。DS1与DS2之间层序界面为岩相转换面；DS3与DS2之间为碳酸盐海侵上超面，DS2上超于DS1与DS2碎屑岩垫板之上，这是沧浪铺阶内部最重要的层序界面。图2层序地层为依据的对比中，在辽东半岛，缺失了层序3(DS3），DS4直接上超于DS1及DS2碎屑岩垫板之上。从沧浪铺阶底部不整合面及金山寨组构成碎屑岩垫板角度分析，本文将金山寨组置于寒武系。
3 构造意义
文献[12]第一次提出郯庐断裂是一个中生代的巨型左行平移断裂，之后于1964～1996年间对郯庐断裂系进行了全面综合研究[13～19]，认为平移断距达740km。这一观点得到中外众多地质学家的广泛重视与赞同[20～30]。徐学思从新元古界对比，系统论证了郯庐断裂中段（苏皖北部与辽东半岛）左行平移约550km[29]；陈容度从辽东、辽西地质对比（主要从不同时代地层与岩相带）进一步证明徐嘉炜推断的郯庐断裂在山东与辽宁段的最大平移距离为600km[30]；他们均认为辽东半岛新元古界与早古生界盆地是由苏皖北部平移至现今的位置。
有关郯庐断裂左行平移的年代，最近的研究趋向于晚侏罗世或早白垩世[25,31]，那么辽东半岛白垩纪之前的地层，包括本文所涉及的沧浪铺阶均为异地系统，它们是从江苏、安徽左行走滑长途旅行至目前的位置。但是，依据本文的研究，目前沧浪铺阶岩组记录与巨大平移观点相矛盾。
（1）辽宁半岛大林子组中十分发育的强地震记录在郯庐断裂以西的苏皖北部沧浪铺阶中并未发现。图1中①位于辽东半岛东侧，黄海海岸，在半岛西侧渤海海岸同样分布沧浪铺阶地震记录，将辽东半岛南移至图1中⑤的纬度位置，两者相距仅50～70km，早寒武世沧浪铺期强地震时沉积物液化范围完全应涉及两个地区。但苏皖北部沧浪铺阶缺失强地震记录，表示两者当时并非处于同一地理位置。
（2）辽东半岛沧浪铺阶比苏皖北部少了一个层序。*层序具有大区域等时对比意义，辽东半岛缺失DS3，表明沧浪铺期DS2之后辽东半岛位置曾有地区性构造抬升，这次抬升并未影响到苏皖北部，表明当时二者地理位置相距甚远。
（3）葛家屯组、大林子组、碱厂组与苏皖北部3个组的岩性、岩相差别较大（图2）。
4 结论
上述3点表明：分布于郯庐断裂中段以东辽南的沧浪铺阶与苏皖北部沧浪铺阶（位于郯庐断裂西侧）当时不在一个地理位置上，辽东半岛的沧浪铺阶，不可能是从苏皖北部平移的结果。沧浪铺阶的地震灾变事件与层序地层的客观地质记录尚不支持郯庐断裂巨大平移；也不支持辽东半岛沧浪铺阶是晚侏罗世或早白垩世期间从苏皖北部巨大平移至现今位置的观点。
辽东半岛与苏皖北部的沧浪铺阶现在的分布呈NNE向（图1），由于它们是在干旱、半干旱炎热条件下形成的，很可能在早寒武世沧浪铺期，是一个平行于低纬底的EW 向盆地，苏皖北部与辽东的沧浪铺阶各位于盆地的两端。
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