賀蘭山中段長城系黃旗口組地震巖的發現及意義

楊寶忠，金巍，曾佐勛，吳海輝

1.中國地質大學地球科學學院，武漢　430074 2.中國地質調查局武漢地質調查中心，武漢　430205

地震活動是由于自然原因引起巖石圈某處發生機械快速顫動，是一種常見的突發性地質事件。板塊之間相互擠壓碰撞造成板塊邊緣及板塊內部產生錯動和破裂，是引起地震的主要原因。地震具有突發性、瞬時性、高能性的特點[1]。保存在地層中能夠記錄地震活動的巖石稱為地震巖，是具有特殊構造和沉積序列有一定成因聯系的一組巖石，由Seilacher[2]于1969年最早提出，原意指“具斷層—粒序的巖層可定為地震巖”。由于引起軟沉積物變形構造的因素較多，不是所有的軟沉積變形都由地震引起，因此，現在地震巖是指真正由地震引起的具軟沉積物變形構造的巖層[3]。現代地震主要發生在板塊邊界地區及板塊內部的活動斷裂帶。地史時期的地震可以形成特征的地震事件沉積，為研究地震作用及其形成的沉積盆地構造背景提供了物質記錄[4]。

幾十年來關于地震巖的研究已取得重大進展，在海相和陸相地層中均有地震巖的發現，并建立了不同時代、不同構造環境、不同巖性的地震巖沉積序列與劃分方案。

Seilacher[5]對比現代和古代震積成因的沉積物后，提出以遞變斷層、微褶皺紋理和均一層作為地震成因的標志性沉積構造，首次建立地震巖標準序列。與此同時MarineGeology雜志出版“地震與沉積作用”專輯，對地震事件沉積作用進行系統總結，從此地質學家對地震事件開展了系統研究，并取得豐碩的成果。國內對地震巖的研究與國外大致同步，海相地震巖的研究始于宋天銳對北京十三陵地區中元古界霧迷山組碳酸鹽巖的地震—海嘯序列建立[6]。其后，喬秀夫等[7-8]對華北中新元古代、古生代海相地震事件展開研究，建立了碳酸鹽巖震動液化地震序列及薩布哈地震巖序列；杜遠生等[1,9]通過對滇西中元古界地震巖的研究，建立了以震積巖(地震巖)、海嘯巖等4個單元為代表的垂向沉積序列。陸相地震巖的研究始于吳賢濤和尹國勛對四川峨眉山晚侏羅世湖相地震液化序列的研究[10]。其后，眾多學者[11-16]通過對中國東部渤海灣盆地濟陽凹陷古近系巖芯中地震巖的研究，建立了陸相斷陷湖盆碎屑巖地震序列。2016年9月第14屆全國古地理學及沉積學學術會議“多成因的軟沉積物變形構造及地震巖” 專題研討會無疑是軟沉積變形構造和地震巖研究的重要的階段總結[3]。目前，國內對地震巖的研究主要集中于中—晚元古代、早寒武世的海相碳酸巖和古近紀—新近紀陸相湖盆碎屑巖[13,17-21]，對大陸邊緣陸源碎屑巖中的地震巖研究較少。筆者在賀蘭山中段長城系黃旗口組中發現了大量與地震事件有關的陸緣海相(濱—淺海)軟沉積變形構造，推測黃旗口組沉積時地殼活動較強烈。

1　地質背景

賀蘭山大地構造位置處于鄂爾多斯盆地西緣(圖1)，在構造古地理上屬華北板塊西側的大陸邊緣[22]，西鄰阿拉善地塊。賀蘭山裂陷槽是自中元古代以來在東、西兩大陸塊之間形成的一個以裂陷沉積為主的北北東向槽狀海盆，西界為巴彥烏拉山東麓斷裂，東界為黃河斷裂。賀蘭山裂陷槽是在太古界—下元古界結晶基底之上形成了自中元古界至三疊系基本連續的沉積蓋層。中生代末期該帶大規模褶皺隆升，基底及上覆蓋層全部卷入強烈的褶皺與斷裂活動。

研究區位于賀蘭山中段，地層區劃屬華北地層大區華北西緣地層分區。區內元古宙地層總體上以穩定的淺海相碳酸鹽巖和陸源硅質碎屑巖為主，自下而上劃分為古元古代趙池溝巖組、中元古代長城系黃旗口組和薊縣系王全口組、新元古代震旦系正目觀組、兔兒坑組五個地層單位。黃旗口組分布于賀蘭山中段的泉曲溝、冰溝、白寺口溝、小口子溝和呼吉臺一帶(圖1)，多呈南北向展布，主要為一套濱—淺海陸源碎屑巖，以小口子溝為沉積中心，向四周沉積厚度逐漸減薄。黃旗口組不整合于古元古代趙池溝巖組或古元古代花崗巖之上，與上覆的王全口組呈整合接觸。

2　黃旗口組沉積環境

黃旗口組巖性以灰白色、暗紫紅色淺變質石英砂巖夾紫紅色板巖為主，中上部出現白云巖和白云質灰巖，根據巖性組合特征可分為二段(圖2，第二段省略)。本組發育脊狀波痕、中小型交錯層理、泥裂等沉積構造，具有濱—淺海環境特征。根據巖性組合、沉積構造特征和沉積物粒度分析，可以劃分出潮間帶、碳酸鹽臺地、半封閉的海灣等沉積環境。

圖1　研究區地質簡圖Fig.1　Geological sketch map of the study area

圖2　筆架山黃旗口組第一段柱狀圖(PM406)Fig.2　Stratigraphic column of the first member of Huangqikou Formation at Bijiashan (section PM406)

2.1　上潮間帶(潮間帶上部)

黃旗口組第一段下部(PM406第1～10層)由灰白色、紫紅色中細粒石英砂巖、中細粒含巖屑石英砂巖組成，夾灰綠色、暗紫色含絹云母中細粒褐鐵礦化砂屑鈣質泥巖和泥質絹云母板巖(圖2)。巖石碎屑顆粒以石英為主，大部分磨圓較好，但分選相對較差，除部分分選較好，達到石英砂巖外(圖版Ⅰ-a)，大部分為不等粒砂狀結構，甚至出現泥質砂巖或含砂質泥巖，砂巖呈脈狀灌入泥巖(或泥巖呈脈狀灌入砂巖)中(圖版Ⅰ-b,c)。砂巖中發育大量的脊狀波痕、中小型交錯層理和水平層理，局部見泥裂構造。波痕多為不對稱波痕，少量為對稱波痕。波痕形態以脊狀類型為主(圖版Ⅰ-d)，波長一般3～6 cm，波高0.5～2 cm，對稱指數1.3～1.5，波脊走向220°～310°，平均為268°。泥裂構造主要出現在粉砂質板巖和泥質板巖中(圖版Ⅰ-e)，呈四邊形或五邊形，寬5 mm左右，邊界較平直，泥裂中充填物為較細的粉砂質。交錯層理以中小型比較常見(圖版Ⅰ-f)，常出現在紅色中細粒石英砂巖中，一般厚15～20 cm左右，細層與層面間夾角一般小于30°，細層上端發散下端收斂，指示地層為正常層序。平行層理一般發育在中粗粒砂巖中，細層厚度一般為厘米級，為水動力較高的條件下形成，往往與中小型交錯層理共生，多數出現在中小型交錯層理下部。水平層理常見于粉砂巖和泥巖中，細層厚度為1～3 mm，為靜水或低流速條件下形成，指示沉積環境能量較低。中小型交錯層理、水平層理、波痕和泥裂構造的出現，反映了沉積環境水能量總體不高。脊狀波痕是濱海常見的沉積構造，泥裂也反應了環境有時暴露水面的特點。

粒度分析結果顯示(圖3A)，樣品粒度最低平均值φ值為2.17，最高平均值為φ值為1.46，粒度為極細砂至中砂。樣品粒度平均值變化不大，有小幅波動，說明水流變化不大，水動力處于中等強度。粒度分選系數0.4～1.18，多數處于0.6～1.0之間。樣品分選中等至較差。粒度的偏度從下向上表現以正偏為主，少量樣品出現負偏，粒度峰度處于平坦到尖銳。

圖3　黃旗口組第一段砂巖粒度分布概率累積曲線A.下部；B.上部Fig.3　Probability cumulative curves of sandstones in the first member of Huangqikou FormationA. lower part; B. upper part

淺海/河流判別中，顯示為海灘沉積。概率累積曲線主要為三段式和四段式，個別出現為五段式。跳躍載荷占主體，約50%～65%，懸移載荷一般不到10%，個別樣品懸移載荷總體可達30%。總體顯示水體能量較弱至中等，個別樣品顯示較強的水動力條件，但所有樣品的粒度分布概率累積曲線過于復雜，不是簡單的三段式，往往為多段式，并且巖石具有明顯的高成分成熟度和低結構成熟度，推測成分成熟度高與花崗巖物源區有關，而低結構成熟度可能與搬運距離相對較近有關，加之沉積時的地震活動使半固結的沉積物發生液化，導致不同粒度的碎屑再次混合，改變了原始的巖石結構。

綜合巖石組合特征、沉積構造以及粒度分析結果，本段沉積具有潮間帶的特點，環境能量總體不高。泥裂構造的存在，表明沉積過程中有時底床暴露出水面，加之發育大量的脊狀波痕，推測沉積環境為上潮間帶。

2.2　下潮間帶(潮間帶中下部)

黃旗口組第一段上部(PM406第11～16層)巖性以灰白色、白色淺變質中細粒石英砂巖為主，局部夾少量粉砂巖、粉砂質板巖。沉積構造以交錯層理、平行層理為主，波痕僅局部可見。沉積序列上看，粒度相對較粗，具有向上變細的正韻律。環境能量較下部明顯增高，具潮間帶中下部特點，局部具有向淺水局限碳酸鹽淺灘過渡的特點(圖2)。

粒度分析結果顯示(圖3B)，粒度概率曲線多為三段式或二段式，推移載荷沒有或很少，懸移載荷較少或無。粗節點位于1.5～2φ附近，環境能量偏弱。細節點位于3.5～4φ之間，環境能量較弱至中等。跳躍載荷線段斜率較大，一般在60°以上，表明巖石分選較好。跳躍載荷線段一般可見兩個跳躍次主體，并且在整個粒度分布中占主要部分，顯示為海灘沉積，有海浪回流沖刷，水動力中等，水體總體比較穩定。

從巖石組合、沉積構造和粒度分析結果看，本段具有下潮間帶沉積特點。上部白云巖夾層，可能預示著潟湖(或封閉的海灣)環境的出現。

2.3　碳酸鹽臺地、半封閉的海灣及淺水陸棚

黃旗口組第二段巖性以灰白色中—細粒石英砂巖為主，夾灰巖和白云巖。筆架山附近，主要夾灰色、淺灰黃色細晶灰巖，反映當時海平面震蕩上升，水體加深，出現碳酸鹽臺地沉積，但規模不大。在冰溝一帶則為半封閉的海灣環境，出現了白云巖沉積，其中夾有少量細粒石英砂巖和板巖。隨著海平面的上升，在筆架山地區出現了淺水陸棚沉積，以粉砂巖、泥巖夾細砂巖為特點，環境水體能量相對較低；在冰溝地區則出現了具有海平面震蕩上升的碳酸鹽臺地特征的沉積，沉積了細砂巖夾灰巖的一套巖石組合。

3　黃旗口組軟沉積變形構造

軟沉積變形構造是指沉積物沉積之后、固結之前處于軟沉積階段時由于壓實、滑移、滑塌、液化等物理作用而發生變形所形成的一系列構造，也稱為同沉積構造或準同生變形構造等。黃旗口組中軟沉積變形構造主要出現在第一段中、下部，包括液化砂巖脈、負荷—火焰狀構造、砂巖球—枕構造、水壓破碎構造和角礫巖構造、串珠狀構造、卷曲變形構造、階梯狀斷層等。主要見于小口子筆架山、冰溝、白寺溝等地，其中以小口子的筆架山發育最好，最具代表性。

3.1　軟沉積變形構造特征

(1) 液化砂巖脈

液化砂巖脈發育于砂、泥巖互層沉積物中，多呈不規則的脈狀，一般切穿層面或層理，多為不規則砂質巖脈或巖墻，是黃旗口組中發育最為廣泛的一種軟沉積變形構造。根據砂巖脈在巖層中的產出形態，液化砂巖脈可分為4種類型：1)腸狀砂巖脈(圖版Ⅰ-g)，常見于中薄層的砂、泥巖互層的巖層中，形狀似腸狀，多扭曲或分叉，垂直層面方向上既可向上底劈也可向下刺穿，常常連接上下巖層，顯示脈體源于液化層，水平方向順層發育，向兩端尖滅，是砂巖層由于擠壓發生彎曲的變形；2)直立砂巖脈(圖版Ⅰ-h)，發育于粒度大小不同的砂巖中，脈體往往近垂直方向刺穿上覆巖層，規模較小，長約4～6 cm，密度不大，一般不發生彎曲，與下伏液化層相連通，部分貫穿上部的砂巖層；3)無根砂巖脈(圖版Ⅰ-i)，見于砂泥巖互層中，砂巖脈往往孤立出現，呈近于平行層面的扁長透鏡狀，中間膨大，兩端尖滅，規模大小不一，被泥巖所分隔；4)不規則砂巖脈(圖版Ⅰ-j)，見于砂泥巖互層中，侵位方向往往不定，向不同的方向延伸展布。由于砂巖液化層水壓力較大，往往刺穿泥巖層，局部包裹泥巖團塊。

(2) 負荷—火焰狀構造

上覆砂巖層對下伏泥巖層不均勻負荷(差異壓實作用)而陷入泥巖層中，負荷體未脫離上覆砂巖層而形成的向下突起的不規則圓丘狀構造稱為重荷模，泥質沉積物呈尖角狀向上擠入重荷模之間稱為火焰狀構造。負荷—火焰狀構造在黃旗口組中發育較少，規模也比較小。圖版Ⅰ-k中負荷—火焰構造是灰白色中粗粒石英砂巖向下陷入或向上擠入暗紫紅色細—粉砂巖中，圖版Ⅰ-l是顯微鏡下所見泥質成分擠入含泥質中細粒石英砂巖層中形成的火焰狀構造。

(3) 液化水壓破裂構造和液化角礫巖

砂巖團塊在液化作用形成的巨大孔隙壓力下，使砂團破碎，向其圍巖(泥巖)侵位，形成一組近平行的液化砂巖脈，其中往往包含圍巖(泥巖)的碎塊，稱為液化水壓破裂構造。黃旗口組中礫巖中泥巖礫石多呈次棱角—棱角狀，具塑性變形，或呈撕裂狀，無分選，大小約0.3～4 cm，排列方向與層面近于平行，順層分布，具有液化角礫巖特點(圖版Ⅰ-m,n)。

(4) 球—枕構造

砂巖球—枕構造是黃旗口組中比較發育的軟沉積變形構造。砂巖球呈橢圓狀，短軸約4～6 cm，長軸約8～10 cm，原始形成負荷構造的巖層已消失或大部消失(圖版Ⅰ-o,p)。

(5) 串珠狀構造

串珠狀構造一般與液化水壓破碎構造伴生出現(圖版Ⅰ-q)。薄層中—粗粒石英砂巖中夾薄層粉砂巖或粉砂質泥巖，其中中—粗粒石英砂巖為強硬層，而粉砂巖或粉砂質泥巖為軟弱層。串珠狀構造層一般厚8 cm左右，其中軟弱層厚1～2 cm，被拉斷的串珠長度不等，一般3～15 cm之間。

(6) 液化卷曲變形構造

卷曲變形構造發育于薄層砂巖中，其上覆及下伏巖層幾乎未受影響，表現為砂巖在巖層內發生卷曲變形，呈現包卷狀、波狀等形態，連續性較好，垂直層面方向液化卷曲變形以平緩褶皺為主，局部發育尖棱褶皺，褶皺層內發育微褶皺層理，可伴生粒序斷層(圖版Ⅰ-r)。

(7) 階梯狀微斷層

階梯狀微斷層是限制在同一巖層內部的一組斷距很小的小型或微型正斷層，又稱粒序斷層、韻律斷層或微階梯狀斷裂等。黃旗口組內的階梯狀微斷層主要發育在薄層砂巖中，規模較小，傾角較陡，階梯狀出現，其上覆與下伏均為正常巖層(圖版Ⅰ-s)。顯微鏡下發現切錯粉砂和泥巖紋層的微逆斷層(圖版Ⅰ-t)，推測也為地震成因。

3.2　軟沉積變形構造成因

軟沉積變形構造的幾何學特征和體系的初始特征識別對確定其變形機制和觸發因素非常重要。軟沉積變形構造的形成一般需要三個條件：1)能改變沉積物原始特征的驅動力，2)促使沉積物變形的變形機制(使沉積物從固態轉變為液態)，3)觸發條件(地震，海嘯等)[23]。軟沉積變形的驅動力復雜，除了內作用力(含重力)外，外作用力對軟沉積變形更為重要。引起軟沉積變形的應力一般有：1)斜坡所產生的重力，2)不均一的負載，3)密度倒置所引起的重力，4)流體(水)所產生的剪切力，5)生物或化學作用所產生的應力[24]。

黃旗口組沉積時為濱—淺海環境，無明顯的斜坡存在，無生物擾動現象，亦無明顯的上覆水體負荷壓力(脊狀波痕和泥裂的存在表明水體極淺，底床時有暴露)，因此，地震誘發濱、淺海半固結砂、泥質沉積物液化幾乎為本組軟沉積變形構造的唯一成因解釋，如液化砂巖脈一般發育于砂、泥巖互層沉積物中，多呈不規則的脈狀，一般切穿層面或層理，是地震作用引發軟沉積液化泄水的結果；負荷狀構造是在弱地震作用下，上覆砂巖層對下伏泥巖層不均勻負荷(差異壓實作用)而陷入泥巖層中，負荷體未脫離上覆砂巖層而形成的向下突起的不規則圓丘狀構造，火焰狀構造是在弱地震作用下，泥質沉積物呈尖角狀向上擠入重荷模之間形成的構造；球—枕構造是在地震作用和重力作用下，密度大的負荷體脫離母體陷入到密度小的泥質巖或粉砂巖中形成的，球—枕構造與負荷構造有密切內在成因聯系[25-26]；液化卷曲構造是軟沉積物在地震作用下常見的液化變形構造，是薄層砂巖在層內發生的揉皺變形，限定在層內發育，卷曲變形層的上覆和下伏巖層均為正常巖層，未受變形構造的影響，液化卷曲變形是在地震波的作用下，原先作用于顆粒支撐沉積物上的有效壓力被傳遞到了孔隙流體中，形成超高的孔隙壓力，使流體壓力與圍巖壓力失衡，顆粒間摩擦力減小，發生液化。液化卷曲構造形態多樣，不遵循力學機制，無固定規律，褶曲規模較小，軸面及樞紐的方向不定，紋層連續彎曲很少錯斷，無角礫化現象，一般厚度較小[27]；階梯狀微斷層是限制在同一巖層內部的一組斷距很小的小型或微型正斷層，是地層在地震震動和重力聯合作用過程中形成的，以張性斷裂為主，邊緣斷層可為逆斷層，一般不具共軛性，斷面傾角較陡，斷層面在層內尖滅，上覆及下伏巖層未受到影響，沿斷層面可充填砂(泥)巖脈，斷層之間的巖層常發生褶曲和揉皺現象[26,28-29]。階梯狀斷層是原地沉積物受到地震波震動后在層內形成的、規模相對較小、一系列相互平行的階梯狀斷層，也可以單獨發育或者是交織的網狀系統[28,30]。

4　黃旗口組地震事件和地震巖沉積序列

4.1　地震事件

黃旗口組中可識別出4次地震事件(earthquake event)沉積(圖2)，但多數沉積序列發育不全，僅事件Ⅱ沉積序列保存較完整。

事件Ⅰ(EEⅠ)：發育于剖面PM406第3層，巖性為暗紫色粉砂質板巖，夾灰黃色石英砂巖。特點是震積序列不完整，主要包含液化砂巖脈層。地震巖發育層厚約1.4 m，其中液化砂巖脈層厚約0.8 m，顯示該次地震事件發震快速，強震階段持續時間不長，然后慢慢減弱，直至停止。

事件Ⅱ(EEⅡ)：發育于剖面PM406第6層，巖性為暗紫紅色細粒石英砂巖與灰綠色細粒石英砂巖互層，底部夾少量板巖，向上粒度變粗，層厚增加。地震沉積序列發育較完整，包含地震前期、地震強烈期、地震減弱期、地震停止期，缺少地震初始期，發育液化砂巖脈層、自碎角礫巖層、卷曲構造層等(圖4)。地震巖構造層厚約2.1 m，主體為地震強烈期產生的自碎角礫巖層和液化構造層，厚約1.8 m。顯示發震快速，強震階段時間持續相對較長，然后慢慢減弱，直至停止。

事件Ⅲ(EEⅢ)：發育于剖面PM406第8層，巖性為紫紅色、暗紫紅色石英砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖，夾灰黃色不規則狀或斷續狀細粒石英砂巖薄層。包含地震前后的幾個時期，發育負荷構造層、微階梯狀斷裂層、液化砂巖脈層、震裂縫層。地震巖構造層厚約3.4 m，其中地震初始期沉積約1 m，地震強烈期沉積約1.8 m，地震減弱期沉積約0.6 m。由于該事件期內沉積主要為石英細砂巖和石英粉砂巖，巖性差別不大，形成的砂巖脈主要為直立砂巖脈，反映地震強度要比事件1和事件2小。

事件Ⅳ(EEⅣ)：發育于剖面PM406第12層，巖性為暗紫紅色砂巖，夾灰黃色石英砂巖，頂部漸變為暗紫紅色粉砂質板巖。地震巖構造層只發育液化砂巖脈層，厚約1.4 m，顯示該次地震事件持續時間短，地震強度比前三個地震事件小，發震快速，停止迅速。

4.2　地震巖沉積序列

地震巖概念被引入中國以來[31]，許多學者對地震巖進行了大量研究工作，對不同時代、不同構造環境和不同巖性的地震巖進行研究，建立了相應的識別標志和垂向序列[1,7,12,31-33]。由于地震震級差別、震源深度不同和沉積環境差異，地震巖垂向序列發育和保存情況也存在差異。概括起來了地震巖垂向沉積序列一般可分為8層，分別為下伏未震層(A)、負荷構造層(B)、微階梯狀斷裂層(C)、液化砂巖脈層(D)、自碎角礫巖層(E)、卷曲構造層(F)、震裂縫層(G)和上覆未震層(H)。一般保存完整的垂向沉積序列比較少見，本次工作在PM406剖面底部發現保存較完整的垂向地震序列(地震事件Ⅱ，即EEⅡ)，如圖4所示。

(1) 下伏未震層

下伏未震層為一套正常的碎屑巖沉積，處于地震作用的影響之外，層內沒有受到地震震動干擾，保持良好的原生層理，顯示地震前期沉積(圖4A)。

圖4　賀蘭山中段黃旗口組地震事件Ⅱ垂向沉積巖序列Fig.4　Vertical sequence of the earthquake event Ⅱ in Huangqikou Formation in the middle part of Helan Mountain

(2) 負荷構造層

負荷構造層主要發育在中細粒石英砂巖和板巖互層或中粗粒石英砂巖和粉砂巖互層的巖層中，規模較小，主要現象是局部見層理彎曲變形，是由微弱振動導致比重大的物質陷入比重小的物質中形成，指示地震初始期(圖4B)。

(3) 微階梯狀斷裂層

微階梯狀斷裂層以發育小型的階梯狀正斷層為主，主要出現在厚層粉砂巖或粉砂質板巖夾薄層砂巖中，規模普遍較小，斷距在0.2～2 cm之間，相鄰兩條小斷層間距一般5～7 cm。指示地震初始期地震發生的頻率增多，震級增大(圖4C)。

(4) 液化砂巖脈層

液化砂巖脈層是黃旗口組地震巖的主體部分，在4個地震事件層中均有出現，發育的厚度最大。液化砂巖脈層主要發育液化砂巖脈、砂巖墻、球—枕構造。液化脈大小不等，粉砂巖或粉砂質板巖中的液化脈發生強烈的彎曲變形，部分貫穿巖層連接上下兩層石英砂巖，而石英細砂巖中的液化脈一般近直立。球枕構造中的砂巖球也是大小不等，以5 cm左右的居多。液化砂巖脈層表明當時地震處于活躍期，強震頻繁發生(圖4D)。

(5) 自碎角礫巖層

自碎角礫巖層是地震強烈期的產物，主要發育水壓破裂構造、角礫巖構造和布丁構造。弱液化層(薄層粉砂巖、粉砂質板巖)被震碎或者被強液化層(粗砂巖)貫穿，形成大小不等的液化角礫。大多數角礫因拉張作用破碎而呈撕裂狀。串珠狀構造主要發育于中層石英砂巖夾薄層粉砂質板巖中，與傳統的石香腸很相似，但成因是由于地震作用引起的。自碎角礫巖層指示地震強烈期(圖4E)。

(6) 卷曲構造層

卷曲構造層發育于砂巖層中，表現為薄層砂巖出現彎曲，規模較小，5 cm左右，上、下層沒有明顯的擾動，反映了地震作用逐漸減弱，指示地震減弱期(圖4F)。

(7) 震裂縫層

震裂縫層以小斷層和地裂縫為特征，和地震作用初期產生的微階梯狀斷層相似，斷距較小，層內發育。地裂縫頂部寬1～2 cm，延伸較長，被石英砂巖脈充填。震裂縫層指示地震減弱期(圖4G)。

(8) 上覆未震層

上覆未震層為地震活動結束或地震強度很弱時的產物。該層沒有受到地震作用的影響，接受正常沉積，發育正常層理和沉積構造，不具備地震巖的特征，為地震作用停止后沉積(圖4H)。

5　黃旗口組地震巖地質意義

研究表明，現代地震主要發生在活動的大地構造背景下，如板塊邊界和板塊內部的伸展地帶[34]。沉積物液化現象的出現至少需要5.0～5.5級的地震[35]。因此，賀蘭山長城系黃旗口組地震巖的發現具有以下主要意義：

(1) 對賀蘭山長城系黃旗口組中大量的軟沉積變形構造做了較合理的成因解釋，認為地震是這些軟沉積變形構造的主要誘發機制，而且地震的級別較高，在濱—淺海環境中發育了較完整的震積沉積序列。

(2) 由于地震主要發生在活動的大地構造背景下，黃旗口組地震巖的發現反映長城紀早期，賀蘭山地區處于活動構造背景下，進一步證明長城紀賀蘭山裂陷槽(坳拉槽)[36]存在的可能。

(3) 華北地臺中元古代地層中均發育有地震巖[7,37-44]。長城紀賀蘭山處于華北板塊西側的大陸邊緣，地震巖的發現，可能暗示著長城紀賀蘭山地區沉積演化過程與華北地臺燕遼裂陷槽具有相似性。

參考文獻(References)

[1]杜遠生，張傳恒，韓欣，等. 滇中中元古代昆陽群的地震事件沉積及其地質意義[J]. 中國科學(D輯)：地球科學，2001，31(4)：283-289. [Du Yuansheng, Zhang Chuanheng, Han Xin, et al. Earthquake events deposition and geologic significance of Kunyang Group in Mid-Proterozoic in Dianxi[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 2001, 31(4): 283-289.]

[2]Seilacher A. Fault-graded beds interpreted as seismites[J]. Sedimentology, 1969, 13(1/2): 155-159.

[3]馮增昭. 一次成功的專題研討會：“多成因的軟沉積物變形構造及地震巖”[J]. 古地理學報，2017，19(1)：1-6. [Feng Zengzhao. A successful symposium of “Multi-origin of soft-sediment deformation structures and seismites” [J]. Journal of Palaeogeography, 2017, 19(1): 1-6.]

[4]杜遠生. 中國地震事件沉積研究的若干問題探討[J]. 古地理學報，2011，13(6)：581-590. [Du Yuansheng. Discussion about studies of earthquake event deposit in China[J]. Journal of Palaeogeography, 2011, 13(6): 581-590.]

[5]Seilacher A. Sedimentary structures tentatively attributed to seismic events[J]. Marine Geology, 1984, 55(1/2): 1-12.

[6]宋天銳. 北京十三陵前寒武紀碳酸鹽巖地層中的一套可能的地震—海嘯序列[J]. 科學通報，1988，38(8)：609-611.[Song Tianrui. A probable earthquake-tsunami sequence in Precambrian Carbonate strata of Ming Tombs district, Beijing[J]. Chinese Science Bulletin, 1988, 38(8): 609-611.]

[7]喬秀夫，宋天銳，高林志，等. 碳酸鹽巖振動液化地震序列[J]. 地質學報，1994，68(1)：16-34. [Qiao Xiufu, Song Tianrui, Gao Linzhi, et al. Seismic sequence in Carbonate rocks by vibrational liquefaction[J]. Acta Geologica Sinica, 1994, 68(1): 16-34.]

[8]喬秀夫. 中國震積巖的研究與展望[J]. 地質論評，1996，42(4)：317-320. [Qiao Xiufu. Study of seismites of China and its prospects[J]. Geological Review, 1996, 42(4): 317-320.]

[9]杜遠生，韓欣. 論震積作用和震積巖[J]. 地球科學進展，2000，15(4)：389-394. [Du Yuansheng, Han Xin. Seismo-deposition and seismites[J]. Advance in Earth Sciences, 2000, 15(4): 389-394.]

[10]吳賢濤，尹國勛. 四川峨眉晚侏羅世湖泊沉積中震積巖的發現及其意義[J]. 沉積學報，1992，10(1)：19-26. [Wu Xiantao, Yin Guoxun. Features and significance of seismites from upper Jurassic lacustrine deposites of Ermei, Sichuan[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1992, 10(1): 19-26.]

[11]陳世悅，袁文芳，鄢繼華. 濟陽坳陷早第三紀震積巖的發現及其意義[J]. 地質科學，2003，38 (3)：377-384. [Chen Shiyue, Yuan Wenfang, Yan Jihua. Discovery and significance of earthquake event deposits of early Tertiary in the Jiyang depression[J]. Chinese Journal of Geology, 2003, 38(3): 377-384.]

[12]付文利，王艷琴，楊光，等. 東營凹陷沙三段、沙四段震積巖研究[J]. 油氣地質與采收率，2004，11(2)：6-8. [Fu Wenli, Wang Yanqin, Yang Guang, et al. Study on seismite of Sha 3 and Sha 4 member in Dongying sag[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2004, 11(2): 6-8.]

[13]袁靜. 山東惠民凹陷古近紀震積巖特征及其地質意義[J]. 沉積學報，2004，22(1)：41-46. [Yuan Jing. The property and geological significance of seismites of Paleogene in Huimin sag, Shandong province[J]. Acta Sedmentologica Sinica, 2004, 22(1): 41-46.]

[14]楊劍萍，王輝，陳世悅，等. 濟陽坳陷古近系震積巖特征[J]. 沉積學報，2004，22(2)：281-287. [Yang Jianping, Wang Hui, Chen Shiyue, et al. The features of seismite in Jiyang sub-basin, Paleogene[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2004, 22(2): 281-287.]

[15]路慎強. 濟陽坳陷古近系碎屑巖地層中震積巖識別標志研究[J]. 中國石油大學學報(自然科學版)，2006，30(5)：8-13. [Lu Shenqiang. Study on the distinguishing marks of seismites in clastic rock strata of Paleogene in Jiyang depression[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2006, 30(5): 8-13.]

[16]魏垂高，張世奇，姜在興，等. 東營凹陷現河地區沙三段震積巖特征及其意義[J]. 沉積學報，2006，24(6)：798-805. [Wei Chuigao, Zhang Shiqi, Jiang Zaixing, et al. Discovery and significance of seismite of Silurian in Member Ⅲ at Shahejie Formation in Xianhe area of Dongying sag[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2006, 24(6): 798-805.]

[17]曾洪流，朱筱敏，朱如凱，等. 陸相坳陷型盆地地震沉積學研究規范[J]. 石油勘探與開發，2012，39(3)：275-284. [Zeng Hongliu, Zhu Xiaomin, Zhu Rukai, et al. Guidelines for seismic sedimentologic study in non-marine postrift basins[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(3): 275-284.]

[18]曾洪流. 地震沉積學在中國：回顧和展望[J]. 沉積學報，2011，29(3)：417-426. [Zeng Hongliu. Seismic sedimentology in China: a review[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2011, 29(3): 417-426.]

[19]衣健，王璞珺，李瑞磊，等. 松遼盆地斷陷層系地震火山地層學研究：典型火山巖地震相與地質解釋模式[J]. 吉林大學學報(地球科學版)，2014，44(3)：715-729. [Yi Jian, Wang Pujun, Li Ruilei, et al. Seismic volcano stratigraphy of the Songliao Basin, early Cretaceous: Typical volcanic seismic facies and geological interpretation pattern[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2014, 44(3): 715-729.]

[20]張璽華，陳洪德，侯明才，等. 四川盆地西部新場地區須家河組四段9砂組地震沉積學[J]. 石油與天然氣地質，2013，34(1)：95-101. [Zhang Xihua, Chen Hongde, Hou Mingcai, et al. Seismic sedimentology of the 9th sand group in the 4th member of the Triassic Xujiahe Formation in Xinchang area of the western Sichuan Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2013, 34(1): 95-101.]

[21]董艷蕾，朱筱敏，曾洪流，等. 黃驊坳陷歧南凹陷古近系沙一層序地震沉積學研究[J]. 沉積學報，2008，26(2)：234-240. [Dong Yanlei, Zhu Xiaomin, Zeng Hongliu, et al. Seismic sedimentology study on Shayi sequence in Qinan sag, Huanghua depression[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2008, 26(2): 234-240.]

[22]Lu S N, Zhao G C, Wang H C, et al. Precambrian metamorphic basement and sedimentary cover of the North China Craton: A review[J]. Precambrian Research, 2008，160：77-93.

[23]Owen G, Moretti M, Alfaro P. Recognizing triggers for soft-sediment deformation: Current understanding and future directions[J]. Sedimentary Geology, 2011, 235(3/4): 133-140.

[24]李勇，鐘建華，邵珠福，等. 軟沉積變形構造的分類和形成機制研究[J]. 地質論評，2012，58(5)：829-838. [Li Yong, Zhong Jianhua, Shao Zhufu, et al. An overview on the classification and genesis of soft-sediment deformation structure[J]. Geological Review, 2012, 58(5): 829-838.]

[25]喬秀夫，李海兵. 枕、球—枕構造：地層中的古地震記錄[J]. 地質論評，2008，54(6)：721-730. [Qiao Xiufu, Li Haibing. Pillow, ball-and-pillow structures: paleo-seismic records within strata[J]. Geological Review, 2008, 54(6): 721-730.]

[26]喬秀夫，李海兵. 沉積物的地震及古地震效應[J]. 古地理學報， 2009，11(6)：593-610. [Qiao Xiufu, Li Haibing. Effect of earthquake and ancient earthquake on sediments[J]. Journal of Palaeogeography, 2009, 11(6): 593-610.]

[27]周勇，紀友亮，萬璐，等. 山東省膠萊盆地東北部下白堊統萊陽組震積巖特征及地質意義[J]. 古地理學報，2011，13(5)：517-528. [Zhou Yong, Ji Youliang, Wan Lu, et al. Characteristics and geologic significance of seismites in the lower Cretaceous Laiyang Formation in northeastern Jiaolai Basin in Shandong province[J]. Journal of Palaeogeography, 2011, 13(5): 517-528.]

[28]邵珠福，鐘建華，范莉紅，等. 遼河西部凹陷南段沙河街組三段震積巖特征及石油地質意義[J]. 石油學報，2014，35(3)：439-449. [Shao Zhufu, Zhong Jianhua, Fan Lihong, et al. Characteristics and petroleum geologic significance of seismites in the Member 3 of Shahejie Formation in south section of western sag, Liaohe depression[J]. Acta Petrolei Sinica, 2014, 35(3): 439-449.]

[29]鐘建華，王德金，李佳，等. 塔拉哈—齊家地區下白堊統震積巖特征及其油氣儲集問題[J]. 地質找礦論叢，2011，26(3)：304-310. [Zhong Jianhua, Wang Dejin, Li Jia, et al. Characteristics of Cretaceous seismite in the Talaha-Qijia area and its significance[J]. Contributions to Geology and Mineral Resources Research, 2011, 26(3): 304-310.]

[30]高紅燦，鄭榮才，陳發亮，等. 東濮凹陷古近系沙河街組震積巖的認識及意義[J]. 古地理學報，2010，12(4)：384-398. [Gao Hongcan, Zheng Rongcai, Chen Faliang, et al. Recognition and significance of seismites of the Paleogene Shahejie Formation in Dongpu sag[J]. Journal of Palaeogeography, 2010, 12(4): 384-398.]

[31]喬秀夫，李海兵，高林志. 華北地臺震旦紀—早古生代地震節律[J]. 地學前緣，1997，4(3/4)：155-160. [Qiao Xiufu, Li Haibing, Gao Linzhi. Sinian-early Paleozoic seismic rhythms on the north China platform[J]. Earth Science Frontiers, 1997, 4(3/4): 155-160.]

[32]趙衛衛，查明，楊劍萍. 中國震積巖研究綜述[J]. 地層學雜志，2006，30(2)：171-176. [Zhao Weiwei, Zha Ming, Yang Jianping. An overview of seismite research in China[J]. Journal of Stratigraphy, 2006, 30(2): 171-176.]

[33]孫曉猛，梁定益，聶澤同. 大陸邊緣震積巖序列：以金沙江中段震積巖為例[J]. 現代地質，1995，9(3)：271-278. [Sun Xiaomeng, Liang Dingyi, Nie Zetong. Seismite sequence in continental margin-Take seismite in middle region of Jinsha River as an example[J]. Geoscience, 1995, 9(3): 271-278.]

[34]王化愛，鐘建華，陳鑫，等. 蒙古塔木察格坳陷白堊系震積巖特征及其地質意義[J]. 地質學報，2008，82(8)：1088-1094. [Wang Hua’ai, Zhong Jianhua, Chen Xin, et al. Characteristics of Cretaceous seismite in the Tamuchage depression, Mongolia, and its significance[J]. Acta Geologica Sinica, 2008, 82(8): 1088-1094.]

[35]Berra F, Felletti F. Syndepositional tectonics recorded by soft-sediment deformation and liquefaction structures (continental Lower Permian sediments, Southern Alps, Northern Italy): stratigraphic significance[J]. Sedimentary Geology, 2011, 235(3/4): 249-263.

[36]孫國凡，劉景平. 賀蘭坳拉槽與前淵盆地及其演化[J]. 石油與天然氣地質，1983，4(3)：236-245. [Sun Guofan, Liu Jingping. Helan aulacogen and front basin and their evolution[J]. Oil & Gas Geology, 1983, 4(3): 236-245.]

[37]張傳恒，武振杰，高林志，等. 華北中元古界霧迷山組地震驅動的軟沉積物變形構造及其地質意義[J]. 中國科學D輯：地球科學，2007，37(3)：336-343. [Zhang Chuanheng, Wu Zhenjie, Gao Linzhi, et al. Earthquake-induced soft-sediment deformation structures in the Mesoproterozoic Wumishan Formation, North China, and their geologic implications[J]. Science China: Earth Sciences, 2007, 37(3): 336-343.]

[38]段吉業，劉鵬舉，萬傳彪. 華北燕山中—新元古代震積巖系列及其地震節律[J]. 地質學報，2002，76(4)：441-445. [Duan Jiye, Liu Pengju, Wan Chuanbiao. Mesoproterozoic and Neoproterozoic seismite and its rhythm in the Yanshan area, North China Platform[J]. Acta Geologica Sinica, 2002, 76(4): 441-445.]

[39]劉鵬舉. 河北平泉中元古代高于莊組震積巖及地震節律[J]. 現代地質，2001，15(3)：266-268. [Liu Pengju. Seismite and its rhythm in Gaoyuzhuang Formation of Mesoproterozoic in Pingquan county, Hebei province[J]. Geoscience, 2001, 15(3): 266-268.]

[40]宋天銳，和政軍，丁孝忠，等. 北京十三陵元古宙大紅峪組含事件信息的沉積巖研究[J]. 巖石礦物學雜志，2000，19(4)：323-332. [Song Tianrui, He Zhengjun, Ding Xiaozhong, et al. A study of event message-bearing sedimentary rocks of the Proterozoic Dahongyu Formation from the Ming Tombs district, Beijing[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 2000, 19(4): 323-332.]

[41]宋天銳，和政軍，丁孝忠，等. 北京十三陵中元古代串嶺溝期地質事件的探索[J]. 地質論評，2000，46(4)：400-406. [Song Tianrui, He Zhengjun， Ding Xiaozhong, et al. A study of geological event records in the Proterozoic Chuanlinggou Formation of the Ming Tombs district, Beijing[J]. Geological Review, 2000, 46(4): 400-406.]

[42]喬秀夫，高林志. 燕遼裂陷槽中元古代古地震與古地理[J]. 古地理學報，2007，9(4)：337-352. [Qiao Xiufu, Gao Linzhi. Mesoproterozoic palaeoearthquake and palaeogeography in Yan-Liao Aulacogen[J]. Journal of Palaeogeography, 2007, 9(4): 337-352.]

[43]梁定益，聶澤同，宋志敏，等. 北京房山世界地質公園中元古界霧迷山組地震—海嘯序列及地質特征：以野三坡園區為例[J]. 地質通報，2009，28(1)：30-37. [Liang Dingyi, Nie Zetong, Song Zhimin, et al. Seismic-tsunami sequence and its geological features of Mesoproterozoic Wumishan Formation in Fangshan Global Geopark, Beijing, China: A case study on Yesanpo scenic district[J]. Geological Bulletin of China, 2009, 28(1): 30-37.]

[44]矯德陽，崔曉寰，蘇宏偉. 內蒙古白乃廟地區白云鄂博群震積巖的發現及其構造意義[J]. 現代地質，2011，25(3)：503-509. [Jiao Deyang, Cui Xiaohuan, Su Hongwei. Seismites from Bayan Obo Group in the Bainaimiao area of Inner Mongolia and their tectonic implications[J]. Geoscience, 2011, 25(3): 503-509.]