白云鄂博群哈拉霍疙特组滑塌堆积的发现及其地质意义

张星，吕洪波，董晓朋，孙闯，陈林，柳建勇，章雨旭，王俊

1)中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛，266580；2)南京大学地球科学与工程学院，南京，200046；3)包钢(集团)公司白云鄂博铁矿，内蒙古包头， 014080；4)中国地质科学院地质研究所，北京，100037；5)香港大学地球科学系，香港

内容提要：笔者等在白云鄂博矿田北西部查干楚鲁附近白云鄂博群哈拉霍疙特组上段发现了典型的滑塌堆积。重点研究了同一滑塌层位中的两个滑塌堆积露头。整个滑塌堆积层岩性单一，内部结构杂乱，不见原始沉积层理。根据野外观察和室内薄片鉴定结果，该处岩性主要有两种：形状不一、大小混杂的灰黄色白云岩岩块(滑积岩块)杂乱无序地分布在深灰色纹层状碳质微晶灰岩(本地沉积)中。最大的透镜状白云岩滑积岩块露头长27m，宽5.8m。深灰色纹层状碳质微晶灰岩岩层产状基本稳定，整体北倾，倾角较大。深灰色灰岩层与灰黄色白云岩的接触界面附近发育软沉积物变形构造，白云岩滑积岩块本身棱角不明显，两端有明显的细颈拉长现象，表明滑塌发生时，白云岩处于半固结和不完全成岩状态。滑积岩块位于不同的背景沉积层位中，揭示露头区存在多次的滑塌堆积事件。根据滑塌堆积的内部结构特征，初步判断其为被动大陆边缘靠近多岛洋或碳酸盐台地的深水盆地边缘，主要触发因素可能为地震活动。此外，白云鄂博群中滑塌岩块的发现表明白云鄂博群与腮林忽洞群沉积时具有相似的构造、古地理环境，这为白云鄂博群与腮林忽洞群相当(均为早古生代)提供了新的佐证。

笔者等在内蒙古包头市白云鄂博矿田宽沟以北查干楚鲁附近的白云鄂博群哈拉霍疙特组上段发现了典型的滑塌堆积露头，而这样的滑塌沉积在白云鄂博群尚未见详细报道。

张鹏远等(1993)在其绘制的白云鄂博群综合柱状图中对比鲁特组主要沉积特征现象的描述中提到"早期见滑塌堆积"，但没有滑塌地点和特征的描述。吕洪波等(2006)在白云鄂博矿床南东约25km处的达尔罕茂明安联合旗的黑脑包腮林忽洞群下部发现了地震滑塌岩块，但与本次笔者等发现的滑塌堆积明显不同。

国外地学界对滑塌堆积的研究历史已经超过半个世纪，最经典的实例有亚平宁山脉北部及西西里岛中部的新近纪地层(Flores，1959；Abbate et al.，1970)，但对其地质意义的探讨仍然是非常重要的议题。近两年山东省青岛市灵山岛晚中生代地层发现的滑塌沉积(吕洪波等，2011，2012)引起了地学界的广泛关注。

作为一个与白云鄂博成矿及华北地台北缘演化有关的关键地质问题，白云鄂博群的时代和沉积构造背景至今尚有多种不同认识。本文发现的白云鄂博群哈拉霍疙特组滑塌堆积层的地质特征表明其形成于邻近碳酸盐台地的深海区，为进一步讨论上述关键地质问题提供了重要的实际材料。

1 区域地质概况

据研究(王荃等，1991；张鹏远等，1993; 梁玉左和王楫，1994；张玉清等，2004)：内蒙古白云鄂博群(图1)是一套广泛分布于华北板块北缘的巨厚浅海相浅变质(泥质岩石变质为板岩)沉积地层，是华北板块北缘重要的岩石记录，西起海流图，经白云鄂博、达尔罕茂明安联合旗、四子王旗、三道沟，一直到商都地区以东，东西绵延约300km，南北宽约50km。主要由碎屑岩、泥页岩、碳酸盐岩及火山岩组成，可见厚度为10.078～10.85km，呈近东西向带状展布，不整合覆盖在新太古界片岩和片麻状花岗岩之上，为华北克拉通准盖层沉积。

根据张鹏远等(1993)和内蒙古地质矿产局(1996)的划分，在白云鄂博地区，白云鄂博群自下而上被划分为6组15段。分别为：都拉哈拉组(H1～H3段)、尖山组(H4～H5段)、哈拉霍疙特组(H6～H8段)、比鲁特组(H9～H10段)、白音布拉格组(H11～H12段)、忽吉尔图组(H13～H15段)。笔者等所发现的滑塌堆积处于哈拉霍疙特组的H7-8段，至今未见有与之相关的正式文献报导。

2 哈拉霍疙特组H7-8段地质特征

据张鹏远等(1993)介绍，哈拉霍疙特组H7及H8段的地质特征如下。

中岩段H7：主要为砂质灰岩段。含碳硅质结核或条带的厚层深灰色泥质灰岩、粉砂质灰岩、硅质灰岩、夹有多层中粗粒钙质石英砂岩与板岩的灰岩，厚度为368m。

上岩段H8：主要为灰岩段。下部为灰黄色中粗粒变质长石石英砂岩、钙质石英砂岩夹灰岩和板岩，厚度为81m。上部为深灰色厚层块状与中层状粉砂质灰岩、硅质灰岩、泥灰岩、碳质灰岩，夹中粗粒变质石英砂岩和板岩，向顶部板岩逐渐增多，厚度为606m。H7岩段以砂质不纯灰岩为主，H8岩段的下部砂岩只是灰岩中的夹层，厚度不大，在路线地质观察中往往不见，因此，H7与H8的界线不清，不太易于划分，常将H7与H8段合并。

3 哈拉霍疙特组滑塌堆积的基本特征

3.1 滑塌堆积(olistostrome)的定义

“滑塌堆积”是由Flores(1959)首次提出，作为一种描述性术语用于形容西西里新近纪地层中杂乱无序，具有岩块—基质组构(block-in-matrix fabric)的夹于正常海相沉积地层中的沉积体。由于缺乏完整精确的定义，导致该术语在最初使用过程中，易与其他术语，如野复理石、混杂堆积、叠瓦粘土(argille scagliose)等相混淆(Moore et al.，1976；Pini，1999)。现今，学者们更倾向于其具备一种成因内涵----由沉积作用导致的杂乱堆积，而不是混杂堆积所代表的构造混杂现象(Hsü Jinghua，1968；Camerlenghi and Pini，2009；Festa et al.，2010)。

滑塌堆积由两部分组成——滑积岩块(olistolith)和基质(matrix)，但在Flores(1959)的初始定义中，滑积岩块和基质的大小及其比率并没有严格的限制条件。通常认为滑积岩块要大于巨砾，如大于4m(Udden，1898；Wentworth，1922；Abbate et al.，1970)，但不同学者对滑积岩块上、下限的具体限定尚存在不同认识，基质的大小则更多地取决于地质学家们所观察的尺度(Fisher，1971)。

3.2 查干楚鲁附近滑塌堆积的基本特征

笔者等在对白云鄂博矿田西北部进行的野外地质考察过程中，在查干楚鲁附近发现了两个发育典型碳酸盐岩滑塌堆积的露头，二者相距不足100m，属于同一层位，具有同源性和相似性。其中西露头(图2a、b)南边缘地理坐标为：N：41°49.910′，E：109°55.597′，H：1649m，点位误差3m。

根据野外观察和室内薄片鉴定结果(图2g、h)，该处岩性主要有两种：深灰色纹层状碳质微晶灰岩和灰黄色白云岩。西露头的滑塌堆积远观呈一透镜状体夹杂在上、下灰岩层中，整个滑塌堆积层可见厚度为10m左右，最新野外考察发现，滑塌堆积所在层位向东延伸稳定，滑塌体断续分布，规模渐小。滑塌体内白云岩表面刀砍纹发育，部分破碎严重，构成了滑塌堆积的主体——滑积岩块。其中最大的滑积岩块呈透镜状，周围分布有一系列小型的白云岩滑积岩碎块(图2b)。经野外测量，最大的白云岩滑积岩块露头长27m，宽(厚)5.8m，周围小型滑积岩碎块出露的长轴长度多数为25cm左右，厚度为15cm左右。纹层状深灰色灰岩是本地的背景沉积，其颜色较深，含有较多泥质和有机质，表明沉积时处于安静的半深水—深水还原环境。野外测得下伏灰岩层产状为：3°∠47°；上覆灰岩层产状为：356°∠62°，整体北倾，倾角较大。

3.2.1 滑塌事件分析

西露头滑塌堆积中分布着一系列白云岩滑积岩块，最大的滑积岩块四周分布着一系列形状各不相同的小岩块，同属一次较大的滑塌事件。白云岩滑积岩块表面刀砍纹发育，棱角不明显，与灰岩层的接触部位常显示明显的弯曲变形，表明滑塌事件发生时，白云岩尚未完全固结成岩，具有一定的塑性，而原地的灰岩当时还是灰泥。下面选择两个典型的小滑积岩块进行讨论(图2c、图3)。

图3中 A、A′、A″分别是由早到晚先后沉积的深灰色纹层状灰岩，均代表了原地沉积和安静缺氧的沉积环境，但3次沉积所代表的地质事件又各不相同。A是最早接受沉积的深灰色纹层状灰岩，后来，白云岩块B滑塌下来，覆盖在A之上。由于岩块B下落的重力影响，两者的接触面显示一个明显下凹面，而在B的左端，大量的泥质以及细小的白云质碎屑充填进灰岩层中。上述现象表明，滑塌时B处于半固结状态，具有一定的塑性，而A是尚未固结的纹层状软泥，A与B记录了缓慢的背景沉积(灰岩)和第一次突发性滑塌事件。B滑塌之后，继续缓慢沉积了灰岩层A′层，受B的上层面影响，一开始沉积的A′层厚度基本保持一致。但在A′层沉积之后，突然又堆积了白云岩块体B'。受其重力影响，使得钙质软泥A′层在受力最大的部位向下弯曲并向两侧逃逸，导致中间厚度最薄，往两边厚度逐渐变厚。

图 2 (a)滑塌堆积西露头(镜头指向N)；(b)西露头滑塌堆积中的滑积岩块(镜头指向NNW)；(c)西露头典型的白云岩小滑积岩块；(d)西露头滑塌褶皱变形；(e)东露头小型同沉积滑塌褶皱；(f)东露头同生小断裂和震积液化脉；(g)背景沉积的灰岩镜下照片(正交光)；(h)白云岩镜下照片(正交光)
Fig. 2 (a) Olistostrome in the west outcrop (camera to N)；(b) Olistolith in the west outcrop (camera to NNW)；(c) The small dolostone olistolith in the west outcrop；(d) The slump folds in the west outcrop；(e) Small synsedimentary slump folds in the east outcrop；(f) The tiny contemporaneous faults and seismic liquefied veins in the east outcrop；(g) The micrograph of limestone which represents the autochthonous deposits (polarized light)；(h) The micrograph of dolostone (polarized light)

夹于B和B'之间的灰岩层具有两种颜色的互层现象，往两边这种现象逐渐消失，变为"正常"的深灰色纹层状灰岩。灰黄色层的白云质含量较高，而深灰色层的泥质和有机质含量相对较高，纹层的边界形态与白云岩滑积岩块的底界近于一致，表明下伏的灰岩层的变形主要是受到白云岩的重力影响，以垂直方向上的受力为主，而水平方向的剪切力影响不明显。B'滑塌之后，此处继续沉积深灰色灰岩A″，两个白云岩小岩块代表了先后两次不同的滑塌事件。据此可以推测：本露头已经记录了多次滑塌堆积事件。

相对浅水相的白云岩块滑塌进入半深水—深水相的含泥质、碳质灰泥中，缺乏大型的滑塌褶皱变形现象，并且岩性成分单一(只有白云岩和灰岩)，表明此处的滑塌岩块到达该地后没有伴随明显的水平位移，属于突然的、短距离的滑塌事件。推测是属于台地边缘向半深海—深海的滑塌堆积，滑塌时斜坡(也可能为一陡崖)坡度大，高差大，滑塌堆积水平搬运距离短，整个滑塌事件持续时间相对较短。西露头上还有小型滑塌褶皱变形出露(图2d)。白云岩块体滑落之后，使得下伏灰岩层产生了明显的褶皱变形。这种形态的出现表明在白云岩滑塌时，灰岩层处于明显的未固结状态，具有较高的流变性，灰泥层一方面受重力影响而下弯，一方面也发生侧向逃逸。此外也揭示了滑积岩块在此处落地后又发生了少量的水平位移。

图 3 白云鄂博群哈拉霍疙特组西露头白云岩小滑积岩块素描图Fig. 3 A sketch diagram showing a small dolostone olistolith in the west outcrop of the Halahuogete Formation in Bayan Obo Group

此外，在东露头灰岩层中还见到小型同沉积滑塌褶皱(图2e)，只发现于白云岩滑积岩块下方的深灰色纹层状灰岩层中，因此可以排除后期构造变形。半固结的白云岩滑积岩块掉入灰岩层中，带动下伏灰泥层继续向前运动，从而导致柔软的灰泥层褶皱。小型滑塌褶皱的轴面近于一致，其轴面倾向指向滑塌源头的方向。然而，由于规模太小，这种指向标志还无法揭示整个滑塌堆积层的真实滑塌方向。

3.2.2 同生小断层和地震液化脉

图 4 白云鄂博群哈拉霍疙特组东露头同生小断裂和震积液化脉示意图Fig. 4 A sketch diagram showing the tiny contemporaneous faults and seismic liquefied veins in the east outcrop of the Halahuogete Formation in Bayan Obo Group

在东露头中发育有与地震相关的典型变形构造，包括同生小断裂和震积液化脉(图2f，图4)。外来的白云岩薄层与本地深灰色灰岩层的接触界面较为平直，周围不见岩石碎块，说明这里滑塌堆积相对较弱(或处于滑塌体堆积的边缘)。滑塌发生之后，地震作用产生的水平张应力将白云岩的滑积岩块拉断成一个个单独的小块体，断面较为平直，没有明显的细颈拉长现象。每个单独的小块体在被震裂之后仍然保持原有外形，棱角较为明显，没有发生进一步的弯曲或旋转变形，缺乏水平位移。这表明在滑塌沉积之后又发生了地震作用，造成已经沉积的岩层产生断裂现象。

震积液化脉可以作为鉴别古地震标志之一(冯先岳，1989；乔秀夫等，1994)，在东露头的滑塌堆积层中发育有明显的震积液化脉现象(图2f、图4)。白云岩滑塌之后，强烈地震作用使得下伏深灰色灰岩层发生部分液化现象，液化脉边界较为清晰，整体形态呈树枝状。液化的浅色灰泥脉由底部向上穿插，并贯入到两边灰岩中，边缘较为平直。液化脉往上贯入时，由于顶部白云岩滑积岩块的阻挡作用，无法继续向前推进，只能向侧面挤入一部分即宣告终止。发生液化的灰岩层岩性较硬，但滑塌的白云岩岩块无疑比灰岩更硬，此处的同生小断裂以及震积液化脉现象揭示了在滑塌之后地震事件的发生。

4 讨论：白云鄂博群沉积时的构造地质背景

学者们已基本认同白云鄂博地区处于华北板块北缘这一事实(肖荣阁等，2003；刘铁庚等，2012)。但学者们对白云鄂博群的时代和沉积时的构造背景尚存在不同认识。

依据白云鄂博矿床成矿时代的同位素年龄值，白云鄂博群的时代应为中元古代；但依据白云鄂博群及可与之对比的腮林忽洞群的地质和古生物特征，白云鄂博群的时代应当为早古生代(章雨旭等，2008，2009)。

潘启宇(1995)通过对白云鄂博地区的岩相学以及构造特征的研究，认为宽沟南侧的厚大白云岩为两条平行的同沉积断裂(高位断裂及东介勒格勒断裂)控制的东西向槽状有障壁的泻湖环境沉积，其他地区则是广阔的浅海，整个白云鄂博群在华北地台北缘的坳陷带中沉积，基底并不是稳定的，属于活动的大陆边缘。高计元等(2001)受东亚现代多岛海构造演化的启发，认为内蒙古中西部地区存在一个微大陆，包括3条火山岛弧和3条弧后盆地，白云鄂博群即形成于白云鄂博弧后盆地。周建波等(2002)通过对白云鄂博及周边地区地质和构造形迹的系统调研，将白云鄂博群划分为中元古代陆内裂谷、新元古代陆缘裂谷以及早古生代活动大陆边缘裂谷3个沉积组合。肖荣阁等(2003)根据白云鄂博群的主要岩性组成特征，将都拉哈拉组和尖山组归为裂陷期，之上的4个岩组划入裂谷沉降期，认为属于陆缘裂谷建造。吕洪波等(2006)根据在黑脑包腮林忽洞群下部发现的地震滑塌岩块、震积岩、滑塌褶皱等一系列变形现象，揭示了盆地边界的拉张背景，同时指示了盆地南东浅北西深的古地貌格局。最近，章雨旭等(2012)对该区的构造背景证据进行了系统梳理，认为白云鄂博群应当为华北地台北缘早古生代被动大陆边缘沉积。

滑塌堆积从本质上而言是一种特殊的沉积混杂现象，有别于构造拼贴导致的混杂堆积(melange)(Hsü Jinghua，1968，1973)。尽管大部分滑塌堆积是以复碎屑成分(也称作外滑塌堆积，allo-olistostrome)为主，但也会形成单相滑塌堆积(也称作内滑塌堆积，endo-olistostrome)。两者的主要区别在于滑塌堆积的岩块和基质的来源：内滑塌堆积的滑积岩块和基质都来源于沉积盆地内部，而外滑塌堆积的岩块和基质则含有盆地外的成分(Camerlenghi and Pini，2009)。哈拉霍疙特组上段发育的滑塌堆积明显属于内滑塌堆积，其中，白云岩滑积岩块代表了相对浅水相沉积环境，而纹层状灰岩颜色较深，含有较多泥质和有机质，表明沉积时处于安静的半深水—深水还原环境。滑积岩块和上覆、下伏岩层的岩性所代表的沉积环境差异虽大，但却都来自于同一个大盆地而非盆地之外的剥蚀区。野外露头上并未发现与远距离搬运相匹配的软沉积物变形特征，这就意味着：滑塌发生时，斜坡的高差和坡度都比较大、水平搬运距离近、滑塌堆积区与物源区相距较近的古地理环境。

滑塌堆积可以发生在任何地质背景下，既可以发生在板块的拉张阶段，也可以发生在碰撞和增生造山带中。大部分滑塌堆积都被认为与发生在裂谷漂移阶段的拉张构造有关，或是形成在碰撞前阶段的增生楔前缘以及外来推覆体的前缘。研究实例见于阿尔卑斯(Froitzheim and Eberli，1990；Channell，1992；Kurz et al.，1998)、阿尔卑斯环地中海造山带(Dilek et al.，2005；Camerlenghi and Pini，2009；Festa et al.，2010)、伊朗—阿富汗—喜马拉雅造山带(Liu and Einsele，1996；Dilek et al.，2010)。

哈拉霍疙特组上段滑塌堆积特征表明此时的古地理环境是靠近多岛洋或碳酸盐台地的深水盆地边缘：岛屿或台地上沉积了相对浅水的白云岩(滑积岩块)，而在深水盆地的边缘则发育代表原地背景沉积的深灰色纹层状灰岩，含有较多的泥质和碳质。另外，野外考察过程中，在该露头附近的灰岩层中还见有薄层黑色硅质条带及透镜状硅质结核，夹有碳质页岩，这些沉积岩都指示半深水—深水的洋盆环境。此外，上、下地层中无火山沉积[有人认为白云鄂博矿床的赋矿白云岩为火山岩或火成侵入岩，章雨旭等(2005，2009)已论证其为微晶丘，系热水沉积而成]，也无巨厚的复理石沉积，故支持白云鄂博群为被动大陆边缘沉积。

在腮林忽洞群的腮二组已发现了滑塌岩块(吕洪波等，2006)，白云鄂博群哈拉霍疙特组上段滑塌堆积的发现，表明白云鄂博群与腮林忽洞群沉积时具有相似的构造、古地理环境，这为白云鄂博群与腮林忽洞群相当(乔秀夫等，1997)提供了新的佐证。而腮林忽洞群为早古生代已有更过硬的宏体化石证据(乔秀夫等，1997；章雨旭和柳建勇，2010)。

至于滑塌堆积的触发因素，除了某些情况下是由其自身的重力所导致的沿着斜坡的蠕动之外(如亚平宁山脉北部的滑塌堆积，Abbate et al.，1970)，大部分滑塌堆积是由构造运动伴随的地震所触发，从而导致在重力影响下岩层的破碎和岩石混合机制。其发生几乎都是瞬时的(Flores，1959)，属于灾变性事件。至于其流体搬运机制，大部分学者认为碎屑流很可能是产生滑塌堆积的一种主要机制(Naylor，1981；Pini，1999)。笔者等此次发现的滑塌堆积很明显是地震触发所引起的，而不是局部蠕动造成的结果，在滑塌堆积中发现的同生小断裂和震积液化脉现象指示了地震频发的特征。

5 结论

(1)在白云鄂博矿床北西查干楚鲁附近有典型的滑塌堆积露头，显示至少有东西两个滑塌堆积体，但二者属于相同层位。滑塌堆积层的岩性单一，大小不等的白云岩块组成了滑积岩块，而基质为代表背景沉积的泥质、碳质灰岩。

(2)查干楚鲁附近的滑塌堆积露头只显示两种主要岩性——灰岩和白云岩，虽然两者的原始沉积环境差异甚大，但均来自于同一大盆地而非盆地之外的剥蚀区，故此处的滑塌堆积属于内滑塌堆积。

(3)根据整个滑塌堆积层的内部结构、变形以及成分变化特征，笔者等初步判断其滑塌时处于被动大陆边缘紧靠碳酸盐台地的半深海—深海盆地边缘，而地震是该滑塌事件的主要触发因素。

(4)白云鄂博群中滑塌岩块的发现表明白云鄂博群与腮林忽洞群沉积时具有相似的构造、古地理环境，这为白云鄂博群与腮林忽洞群相当(均为早古生代)提供了新的佐证。