山旺盆地山旺组重力滑动构造的发现及其意义
摘 要:在山旺盆地山旺组大型野外露头剖面上,发现了一种新的重力滑动构造。这种重力滑动构造可以划分为原地系统、滑动层、滑动系统三部分。在滑动系统中又可以依部位的不同次划分为平行滑动段、对称挤压段、柔性蠕动段和褶皱推覆段等四段。在滑动系统的微观特征上,表现出典型的柔流褶皱现象。山旺组重力滑动构造和沉积滑塌构造主要区别在于变形发生时间。山旺组重力滑动作用的形成可能与基底差异抬升有关。陆相盆地内部中央隆起带的形成与陡坡带差异升降而造成的重力滑动构造有关。因此,重力滑动构造的发现对理解陆相盆地中央隆起带的形成和演化具有重要意义。
关键词:山旺盆地;山旺组;重力滑动构造;构造演化
1 前言
山旺盆地是国家重点古生物保护区,盆地中的山旺组剖面是中国新生代中新世地层的典型剖面,也是国际中新世地层建阶的重要依据。山旺盆地山旺组硅藻层沉积,发现的动植物化石种类超过600多种。化石种属之多,保存之完好,是中外生物化石埋藏史上所罕见的。前人在古生物方面进行了大量研究,与之相比,山旺盆地山旺组的沉积和构造演化特征研究就显得非常薄弱。一些研究者把山旺硅藻土层描述成平整洁白、层叠如纸,而实际上硅藻土层内部有许多构造类型。野外研究发现,山旺盆地山旺组存在一种较为典型的重力滑动构造。前人对重力滑动构造作了一些研究,取得了许多重要认识。马杏垣、索书田等(1981)通过对嵩山变形的研究,对重力滑动构造的基本特征和发生规律作了系统总结和概括。他把重力滑动构造划分为下伏系统(原地系统或原地岩系)、润滑层、滑面滑动系统(运移岩系)等组成部分。其后许多研究者又对重力滑动构造作了研究,对各级别、各层次的重力滑动系统有了进一步的认识(McClay,1992宋利好等, 1995;李万程, 1995)。但所识别的重力滑动构造相对于盆地规模来说一般较小。对于大型重力滑动构造,特别是盆地或凹陷规模的研究较少
2 地质概况
山旺盆地位于沂山西侧的低山丘陵地带,昌乐凹陷的南端。从大地构造上看,位于鲁西中台隆东北部、昌乐凹陷南沿,郯庐断裂带附近(图1)。山旺国家地质公园古生物化石地层的大型野外露头剖面,清晰的显现出大量典型的地质现象。本研究就是在此剖面上进行的。
3 山旺盆地重力滑动构造
本区重力滑动构造发生的具体层位是山旺组硅藻土层的中部。从岩性特征上看,此层在边缘相中以岩性以泥岩层为主,主要为泥砂质硅藻土层、夹砂砾、细砂砾、泥岩。分上下两个部分。上部粒度较细,以灰绿色泥质硅藻土层为主,夹黄色致密、块状泥岩和薄层灰黑色泥岩和细砂岩。下部粒度较粗,以灰黄色泥岩夹含砾砂岩为主,底部砾石成分增多,粒径大小悬殊、分选性差,表现为氧化环境。在湖心相中以硅藻土层为主,夹薄层泥岩,颜色以灰黑、灰、白为主,为较为典型的还原环境的产物。山旺盆地边缘山旺组重力滑动构造下部以较粗的含砾砂岩层为界限,以下为没有发生滑动的原地系统,其上为滑动系统。在与之相对应的湖盆中心以硅藻土层内部泥质含量较高的薄层泥岩为滑动层,在其上下分别是原地系统和滑动系统(图2,其中白色线段代表的比例尺为1 m)。
与经典重力滑动构造以后缘拉伸带、中间滑动带和前缘推挤带为特点有所不同,山旺组重力滑动构造有其自身的特点。山旺组重力滑动构造的滑动系统可以划分为平行滑动段、对称挤压段、柔性蠕动段和褶皱推覆段等组成部分。
3.1 平行滑动段
平行滑动段主要发生在野外剖面重力滑动构造的起始部位,其波及范围约占整个重力滑动构造的1/5左右(图3,白色线段代表比例尺5 m)。平行滑动段的主要特征是在平行层面进行顺层滑动,在此段里,滑动层和滑动系统本身作为一个整体滑动,受力相对均衡而没有出现褶皱等伴生现象,是一种“整体搬家”的模式,本段主要发生在构造斜坡的顶端(图3最右侧A部分)。
3.2 对称褶皱段
在本段的形成过程中,滑动系统受到向下作用的重力和滑动层滑面上的摩擦力双重作用,二者的作用结果表现为相互均衡。滑动层和滑动系统底部的主要构造特征为两翼等长的对称褶皱。本段占整个滑动系统的比例约为1/5左右,主要发生在构造斜坡的上段到中段(图3中间B部分)。
3.3 柔性蠕动段
本段由于在滑动层中容易形成滑动的泥质含量逐渐减小,而硅藻土的含量逐渐增多,导致滑动系统受到的摩擦力逐渐增大。在整体摩擦力均衡的基础上,在长时间的层面剪切构造应力条件下,硅藻土层本身表现出柔性蠕动。本段构造的主要特点是上侧一翼较长而较缓,下侧一翼较短而陡的平卧在滑动层上侧的平卧褶皱。本段所在的构造位置的特征为一翼在构造斜坡下段一直到坡脚附近,本段所占整个重力滑动构造的比例是1/6~1/5左右(图3左侧C部分)。
3.4 挤压推覆段
本段所在重力滑动构造的主要位置是和构造斜坡的坡角相对应的水平层段(图4,白色线段代表比例尺2 m)。本段所包括的滑动系统由于水平受力相对均衡而侧向受强大的挤压力,在构造特征上与McClay, K.R (1992)所指出特征类似。本段占整个重力滑动构造比例的1/2半左右(图4中间D部分)。
从山旺重力滑动构造中褶皱的微观特征看,在平行滑动段滑动层顺层滑动,层面之间较为平顺。而在对称褶皱段和柔性蠕动段在微观上出现了典型的柔流褶皱作用,其原因是硅藻土层在地面下含水量较高,是一种相对具有高韧性和低粘度的岩石,在长期受到定向的构造应力的条件下硅藻土可以呈类似粘性流体的粘滞性流动,所以表现出十分复杂的构造形态(图5,白色下端代表比例尺10 cm)。从褶皱的大小上看,在以上四段中表现为从无到有、从小到大的特征。在平行滑动段,褶皱大小为零,在对称褶皱段,褶皱比较小,在柔性蠕动段,褶皱相对较大,而在挤压推覆段褶皱表现为最大。从波及范围上看,波及范围出现了由小到大,再由大到小的一个变化过程。在平行滑动段,构造的表现形式为顺层滑动,波及范围近似为零。在对称褶皱段,由于褶皱是以原地系统为底向上褶皱,因而在相对柔性的滑动系统内部波及范围最大。在柔性蠕动段,由于褶皱的两翼长短相差悬殊,褶皱的波及范围逐渐缩小。在挤压推覆段,褶皱表现为倒转、平卧甚至冲断,在滑动层的波及范围得很小。
4 讨论与结论
山旺盆地山旺组主要沉积时期是在中新世,与济阳坳陷馆陶组有较好的可对比性。山旺组重力滑动构造的形成。大致可以划分为3个过程。第一个过程是差异抬升过程。在快速抬升过程中,山旺组沉积地层保持大致稳定。第二个过程是在重力的作用下,山旺组沉积发生重力滑动的过程,第三个过程是山旺组重力滑动构造的形成和稳定过程。由于硅藻土层较软,易于形成重力滑动构造。同时其边缘相粒度较粗的碎屑岩沉积密度比硅藻土高了许多,对硅藻土层的侧向挤压作用明显。在地质历史时期,长时间重力作用下,逐渐达到均衡。形成了大型的山旺组重力滑动构造。
山旺组硅藻土层中存在着“褶皱”现象,许多研究者在其成果里有所表述。洪友崇在山旺组典型剖面描述中,将山旺组划分为8层,在对第4层泥岩层描述时指出“错动、柔曲等小构造特别发育,往造成岩层挤压滑坡”(洪友崇, 1985)。张明书等(张明书等, 1994)在山旺盆地岩石地层层序划分中在其划分的第5段认为“在该段中所见的滑塌体,为黄绿色砂砾岩,可以近似的代表湖岸相沉积”,作者并在图版8中用图4、图5等图进行说明。孙启高、梁明媚等在其划分的第8层中发现了“揉皱”现象等(孙启高, 2000, 2001;梁明媚2001)。经过对山旺野外剖面的详细研究,前人研究认为所谓的“褶皱”现象,实际上是一种特殊类型的重力滑动构造。前人认为“褶皱”现象可能是由于以前地层剖面出
露不全而产生的一种误解。
重力滑动构造的概念是20世纪60年代马杏垣在研究河南偃师县中、上元古界五佛山群中变形构造时提出来的。重力构造现象与概念已逐渐为我国广大地质人员所接受和应用。重力作为一种体力,参与地球的构造过程,在塑造各类构造中起着重要作用。滑塌作用一般是松软的尚未固结的沉积物在重力、水流和振动的作用下顺坡下滑或流动的作用。在山旺盆地原始沉积下来的硅藻土都是水平的,不存在倾斜的边缘相的主要原因是,硅藻土层发育时期周围碎屑岩物源供给较少,没有能够形成一定倾斜的坡度。而硅藻土层是一般是水平沉积的。只有沉积固结后再抬升才能表现出整个硅藻土层都沿斜坡抬升的现象,而且从剖面上可以清楚的观察出斜坡上的硅藻土层都是在沉积后遭到抬升,然后滑动的(图2),这与滑塌构造具有明显的区别。山旺盆地山旺组沉积以后,控制盆地形成的郯庐断裂重新活动,由于郯庐断裂是典型的伸展走滑断裂。它的重新活动对于山旺盆地的演化具有决定性的控制作用。郯庐断裂分支断层上下盘活动的非均衡性,造成山旺盆地基底出现差异升降。山旺盆地虽然并不紧邻边界断层,但是其形成与演化受到郯庐断裂的控制。山旺盆地重力滑动构造的成因主要是与盆地基底和西部边缘的差异升降作用有关盆地西高东低的现今地形也可以说明了这一点。在山旺盆地山旺组沉积以后,盆地边缘的火山运动重新活跃,盆地内部和周边的地形出现了差异升降,重力滑动主要是从盆地周缘斜坡处开始的,这是盆地重力滑动构造形成的主要原因。陆相断陷盆地内部中央隆起带与陡坡带差异升降而造成的重力滑动构造有关,因此,重力滑动构造的发现对理解陆相盆地中央隆起带的形成和演化具有重要意义。
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