2020, Vol. 29
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2. 陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院, 陕西 西安 710069
2. Shaanxi Yanchang Petroleum(Group) Co., Ltd., Xi'an 710069, China
软沉积物变形构造是近年来的研究热点，特别是陆相含油气盆地中的同生变形构造，在分析古沉积环境、古地理和古构造方面都具有重要的意义[1].软沉积物变形构造的类型多样，变形过程复杂，成因机制多解.在软沉积物变形构造成因机制研究方面，国内外学者从野外观察[2-6]、岩心描述[7-12]入手，结合振动实验模拟[13-16]，认为软沉积物变形与冰融作用、重力作用（滑坡、滑塌、泥石流）、液化作用、天然气水合物泄露、地震活动等因素有关[6].地震成因的软沉积物变形包括同生软沉积物变形和准同生软沉积物变形：同生的软沉积物变形以地裂缝、微褶皱、同沉积断层（包括阶梯状断裂）[17]、震碎角砾岩等构造为特征；准同生变形以负荷构造、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[6, 18]为特征.
鄂尔多斯盆地延长组岩心中识别出多种软沉积物变形构造，包括砂枕构造、球枕构造、微断层递变层、微裂缝、液化卷曲变形等，其成因为单一的古地震液化成因[7, 19-20].延安组的软沉积物变形报道较少[2, 21]，未能结合野外剖面和钻井岩心进行系统性研究，且对软沉积物变形的描述缺乏针对性.笔者以安塞区气象站旁的延河剖面、定边地区钻井岩心观察为依据，辅以前人对延安西杏子河裴庄露头的研究成果，描述安塞延河露头延安组枕状层、球枕构造、斜卧微褶皱、液化变形等软沉积物变形构造特征，探讨软沉积物变形的地震成因机制与意义，为研究鄂尔多斯盆地延安组的古地震活动，预测该时期三角洲-湖泊沉积体系中砂体展布提供新的资料与证据.
1 地质背景延安组安塞延河剖面位于鄂尔多斯盆地中部，为一套西倾的单斜构造地层，区域未见断裂.安塞延河剖面近南北走向，延伸约100 m，沿延河向南和向北均因上部河道冲刷、沉积物或河边建筑废弃物覆盖的影响，无法追踪.变形层位沉积厚度受后期冲刷的影响变化较大，由南部的3.5 m（图 1①）变为北部的0.5 m左右（图 1②③）.根据地层对比，安塞延河剖面控制了延安组延7油层组上部地层[2]，代表三角洲前缘沉积环境[22]下的厚层灰黑色泥岩夹灰色泥质粉砂岩、灰色细砂岩沉积（图 2、3）. DT3352井处于定边油田西南部，为三角洲平原沉积（图 2），该井在延7油层组1898.50~1904.80 m取心6.30 m，沉积序列表现为砂泥互层沉积.
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图 1 安塞延河延安组露头观测位置 Fig.1 Outcrop of Yanan Formation by Yanhe River in Ansai area 1-地层界线(stratigraphic boundary); 2-剖面观测点(section position) |
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图 2 中侏罗统延安组延7油层组沉积相平面图 Fig.2 Sedimentary facies of Y7 oil layer in Middle Jurassic Yanan Formation 1-湖岸线（lake shoreline）；2-剥蚀线（erosion line）；3-地名（place name）；4-剖面位置（section position）；5-钻井位置（borehole position） |
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图 3 安塞延河剖面软沉积物变形层位示意及岩性序列 Fig.3 Soft sediment deformation layers and lithological sequence of Yanhe section in Ansai area 1-软沉积物变形层位上、下地层界线（top and bottom boundary of soft sediment deformation horizon）；2-软沉积物变形层位内部的薄层未变形细砂岩段（undeformed fine sandstone thin layer in soft sediment deformation horizon）；3-枕状构造层底界（bottom of pillow structure layer）；4-软沉积变形构造位置（location of soft sediment deformation structure） |
枕状构造是下伏砂层强烈液化，向上覆软沉积砂层流动、穿刺，在原地固定位置所形成的一组呈“凹”形弯曲的变形沉积体[23]，枕状体的底面基本平行于原始层面，砂枕边缘向上弯曲，形成碟状或肾状.
安塞延河剖面枕状构造的枕状砂层底面略有起伏，但总体平行于原始沉积层面，仅在局部受液化作用的影响而产生明显倾斜（图 3）.单个枕状砂体的边缘向上弯曲或断开，说明在液化作用的影响下，存在塑性变形和脆性错断（图 4b）.枕状砂体的轴面多呈垂直层面的特征，但也有呈近水平的、大致平行层面的特征（图 4a、b），说明液化作用发生时，强液化层垂向流动，穿过上覆弱液化层后，局部还存在横向流动，拖曳弱液化层，形成近水平的枕状构造轴面（图 4a）；同时还形成近垂直和倾斜的液化纹层；剖分液化纹层有错断的现象（图 4a）.
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图 4 安塞延河剖面枕状构造及泥火山构造 Fig.4 Pillow structure and mud-volcano structure in Yanhe section Ⅲ-图 3 Ⅲ位置放大（enlargement of inset Ⅲ in Fig. 3） |
另外，安塞延河剖面可见到液化角砾岩.角砾为细砂岩，在枕状砂层上部和下部均有发育.细砂岩角砾的内部可见纹层褶皱变形，且褶皱的轴面无固定方向（图 4c）. DT3522井中，可见砂岩液化向上刺入泥质沉积物中，形成液化砂岩脉（图 5）.
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图 5 DT3522井延7油层组液化砂岩脉 Fig.5 Liquefied sandstone vein in Y7 oil layer of DT3522 well |
安塞延河剖面在弱变形A段和强变形B段均可见到泥火山现象，且强变形B段的泥火山规模明显大于弱变形A段.弱变形A段中可以见到特征的液化均一层，其上与液化角砾岩段突变接触.从枕状砂体的内部纹层可以看出（图 6），泥火山的形成过程与枕状构造形成过程相似，只是下伏层位液化作用较强，穿透上覆弱液化砂岩层，且形成了液化均一层（图 4d）.当液化作用强烈，强液化层在垂向流动过程中，可能形成上倾的枕状砂体（图 3Ⅰ、Ⅱ，图 6）；若液化均一层被后期的沉积冲刷剥蚀，则仅可观察到后期沉积的与枕状砂层呈削截接触的沉积砂层（图 6Ⅱ）.
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图 6 安塞延河剖面倾斜的枕状构造砂体 Fig.6 Inclined pillow structure sand body in Yanhe section Ⅰ-图 3 Ⅰ放大（enlargement of inset Ⅰ in Fig. 3）；Ⅱ-图 3 Ⅱ放大（enlargement of inset Ⅱ in Fig. 3） |
球枕构造在形成机制上不同于枕状构造.枕状构造为下伏强液化层上涌、底辟、穿刺形成的一系列基本平行于原始沉积层面的相间枕状体；而球枕构造为重力作用下负载体脱离上覆砂岩层，沉落入下伏岩性较细的地层内所致，其形态以球枕为主，分布高低不一.安塞延河剖面中负载构造和球枕构造往往是共生的，当负载体完全脱离母岩砂层，下沉落入至下伏较细的液化粉砂层内部甚至底部即成球枕构造.安塞延河剖面的负载构造和球枕构造在强变形B段和强变形C段均发育，但强变形C段发育程度明显较强变形B段高（图 3）.强变形B段仅在紧邻未变形细砂岩之下发育负载构造，未下陷入下伏的细粒泥质沉积物中（图 7Ⅴ）；而在强变形C段，负载构造和球枕构造均发育，负载构造发育在顶部未变形细砂岩段之下，球枕构造在强变形C段中极其发育，多已沉陷至下伏泥质沉积物底部.球枕构造中单个球枕砂体高10~17 cm，宽则多在18 cm左右；剖面中可见由单个球枕砂体形成的球枕构造，也可见由2个或3个球枕砂体共同形成的球枕构造（图 7）.
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图 7 安塞延河剖面负载构造和球枕构造 Fig.7 Load structure and ball-and-pillow structure in Yanhe section Ⅳ-图 3 Ⅳ放大（enlargement of inset Ⅳ in Fig. 3）；Ⅴ-图 3 Ⅴ放大（enlargement of inset Ⅴ in Fig. 3）；Ⅵ-图 3 Ⅵ放大（enlargement of inset Ⅵ in Fig. 3） |
安塞延河剖面微型斜卧褶皱位于强变形C段的底部，未变形细砂岩之上，长约20 cm，高约8.5 cm，褶皱层较薄，厚2.5~3.5 cm.隐约可见由2个轴面大致平行的次级褶曲组成（图 8）.
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图 8 安塞延河剖面微型斜卧褶曲 Fig.8 Micro oblique fold in Yanhe section 图 3 Ⅶ放大（enlargement of inset Ⅶ in Fig. 3） |
软沉积物变形在成因上可以大致分为地震成因和非地震成因[6].非地震成因包括冰融作用、天然气水合物泄漏、水力破裂、滑坡或滑塌、泥石流等.早中侏罗世，鄂尔多斯盆地为偏潮湿的暖温带气候[24]，研究区以地形平缓的河流-滨湖相沉积为主，不具备发生冰融作用、天然气水合物泄露和泥石流的条件；水下滑塌往往形成于具有陡坡的沉积前缘地带，所形成的软沉积物变形以大型的协调或不协调褶曲为主，也与上述介绍的软沉积物变形特征不符.安塞延河剖面的软沉积物变形成因应与地震相关，本文将从以下3个方面进一步深化成因探讨.
3.1 区域火山活动背景早中侏罗世，华北岩石圈处于弱伸展状态[25-27]，鄂尔多斯盆地西南缘和东北缘发生4次火山喷发事件（179.2±0.79 Ma，175.2±2.4 Ma，171.0±1.0 Ma，168.4±1.3 Ma）[28-29]，4次火山活动时间与延7油层组沉积时代具有同时性.
3.2 变形构造局限在某一地层单位内，且盆地内区域上可对比安塞延河剖面软沉积物变形层位为延7油层组[2]，定边DT3522井岩心中的液化砂脉也属于延7油层组，两者相隔约110 km.在延安西杏子河裴庄剖面，曾报道过延7油层组的负载构造、枕状构造等软沉积物变形构造，且变形层位也被限定在未变形层位之间[2].因此，定边DT3522井、安塞延河剖面、延安西杏子河裴庄剖面的软沉积物变形层位在盆地内可对比，均被限定在未变形层位之间.
3.3 特征地震成因变形构造有固定层位，沿走向在一定距离内分布的枕状构造层是地层记录中的古地震证据[23].枕状构造地震成因的观点也被多数学者所接受.安塞延河剖面断续发育的枕状构造层，延伸约14 m，单个枕状构造砂体的宽度可达1m以上，具有地震成因特征.负载构造的触发因素有很多，但大型（直径大于1 cm）或巨型（直径大于5 cm）负载与球枕构造一定为强地震触发所致[23].安塞延河剖面负载构造和球枕构造规模较大，单个球枕构造的直径多在18 cm左右.尹国勋[30]将微型斜卧褶曲解释为未固结的沉积物对突发性地震的振滑响应，其具有长、高仅为数厘米，轴向指示盆地中心方向的特征.另外，安塞延河剖面中的微型斜卧褶皱与Sims在Van Norman湖顶部沉积物中观察到的现代地震成因（震级6.6级，震源深度12.8 km）的褶皱极其相似[31].
综合研究区软沉积物变形层位的时代、盆地周缘存在火山活动背景、变形层位在盆地大范围内可对比性、变形构造反映的地震成因实例等特征，可以确定安塞延河剖面和DT3522井的软沉积物变形构造主要形成于火山地震活动.
4 对地震期次、强度的解释与历史地震一样，地层中的地震记录可以辩认出地震次、幕及活跃期[32].在地震活动期次方面，可以通过软沉积物变形的垂向变形特征差异进行推测.安塞延河剖面由下而上，具有弱变形A段、强变形B段、强变形C段3套变形层位（图 3），弱变形A段和强变形B段以局部的液化均一层作为分界，强变形B段和强变形C段以厚度约10 cm的未变形细砂岩作为分界.弱变形A段，液化变形不强烈，发育泥火山相关的变形构造；强变形B段液化变形强烈，发育枕状构造、球枕构造、液化角砾岩、泥火山、液化变形纹层等变形构造；强变形C段中负载和球枕构造极其发育，可见微型斜卧褶皱.因此，盆地周缘的4次火山地震活动在安塞延河剖面上仅可以识别出3套软沉积物变形层位，对应3期地震活动，且地震强度呈由弱变强的特征.
5 结论通过观察安塞延河剖面和DT3522井岩心，在中侏罗世延安组延7油层组发现与液化作用相关的枕状层、液化砂岩脉、液化角砾岩、泥火山，以及负载构造相关的负载构造、球枕构造等9种软沉积物变形构造.
枕状构造、大型的负载和球枕构造、微型斜卧褶皱及液化均一层均为特征地震成因变形构造，并且变形层位局限在同一地层单元内，在盆地大范围内可以进行对比，结合中侏罗世时期盆地周缘火山活动背景，认为安塞延河剖面和DT3522井的软沉积物变形应该为火山地震活动所致.
安塞延河剖面垂向上软沉积物变形的层位特征、变形强度表明，剖面自下而上发育弱变形A段、强变形B段、强变形C段3套变形层位，对应3期地震活动，且地震强度呈由弱变强的特征.
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