何耀堂

(福建省泉州市水電工程勘察院，泉州，362011)

泉州灣位于福建東南沿海，福建省泉州市水電工程勘察院在其北部的西沙灣進(jìn)行工程地質(zhì)勘察時(shí)，發(fā)現(xiàn)全新世砂層夾薄層鈣質(zhì)碎屑巖。鈣質(zhì)碎屑巖厚度小，規(guī)模不大，碎屑粒度粗細(xì)不等，含貝殼類生物化石，膠結(jié)物為碳酸鹽，具海灘巖特征[1]。近年因擴(kuò)大工程勘探范圍，不斷有新的發(fā)現(xiàn)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

泉州灣位于臺(tái)灣海峽西岸，受太平洋板塊和歐亞大陸板塊相互作用的影響，中-新生代構(gòu)造、巖漿、地震活動(dòng)強(qiáng)烈。構(gòu)造上泉州灣處于閩東南濱海斷隆帶，其周邊地區(qū)自惠安崇武至?xí)x江、石獅沿岸分布早古生代志留紀(jì)侵入粗粒二長花崗巖。閩東南濱海斷隆帶西側(cè)大致以莆田—南安—龍海一線為界，與閩東火山斷坳帶相鄰。閩東火山斷坳帶分布中生代陸相酸性和中酸性火山巖、火山沉積巖及燕山期花崗巖(圖1)。

圖1 福建泉州灣區(qū)域構(gòu)造及志留紀(jì)花崗巖分布圖Fig.1 Diagram showing the distribution of regional structures and Silurian granite in Quanzhou gulf,Fujian province

北東向的長樂—詔安斷裂帶是我國東南沿海大陸邊緣的一條重要的斷裂構(gòu)造帶，其分布位置、范圍與閩東南濱海斷隆帶基本一致。該斷裂帶中生代強(qiáng)烈活動(dòng)，造成泉州沿海分布的志留紀(jì)二長花崗巖普遍發(fā)生熱動(dòng)力變質(zhì)。巖體以韌性剪切變形為主，片麻理發(fā)育，交代作用強(qiáng)烈，造巖礦物中的長石常碎?；纬蓸?gòu)造眼球體。石英普遍波狀消光、發(fā)育畢姆帶、破碎重結(jié)晶形成拉長定向排列的復(fù)晶集合體。該斷裂帶在新生代仍十分活躍，主要表現(xiàn)為差異性升降運(yùn)動(dòng)，控制了一系列連續(xù)北東走向的山脊、海灣、深谷、陡崖、低丘島鏈及水下陡坡等構(gòu)造地貌。具有發(fā)生地震的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景，泉州灣1607年5.25級(jí)、1609年5.75級(jí)、1907年5.0級(jí)和東山灣1791年5.5級(jí)地震，均與該斷裂帶有密切的聯(lián)系[2-5]。

泉州東部海域40～50 m深處，與海岸線近于平行的濱海斷裂帶，形成于新生代末期，具有強(qiáng)烈全新世活動(dòng)性，僅公元1600年以來該斷裂帶發(fā)生過3次≥7級(jí)地震，最劇烈為1604年泉州海外50 km處的7.5級(jí)地震，對(duì)該區(qū)影響最大；其次1600年廣東南澳7級(jí)與1918年詔安灣7.3級(jí)地震[6-8]。

2 海灘巖沉積記錄

西沙灣海灘巖記錄了海洋動(dòng)力作用下的海岸堆積?，F(xiàn)探明海灘巖厚度為0.50～2.40 m，其上覆、下伏層均為松散砂層，沿海岸分布長320 m，寬70～120 m，巖層頂面標(biāo)高-0.60～1.10 m，底面標(biāo)高-3.00～1.20 m，向南向海緩傾，傾角2°～5°。ZK6位于西沙灣北部潮上區(qū)崇武假日酒店建筑場地，距高潮線約5 m，孔口標(biāo)高4.30 m，孔深10.60 m，地層自下而上分述如下。

(1)灰色、灰黃色粗砂，厚度3.90 m。下部夾厚度約0.30 m的淤泥質(zhì)粘土，14C測年(6 920±105)a，含鈣質(zhì)超微化石Helicosphaeracarteri，Gephyrocapsaoceanica，Gephyrocapsacaribbeanica；畢克卷轉(zhuǎn)蟲AmmoniabeccariiLinne,擴(kuò)展諾寧蟲NonionextensumCushman,葛拉特勞諾寧蟲Noniongrateloupud'Orbigny,異常蟲諾寧蟲NonionanomalinoideaGerke及豐富海相硅藻。該層不整合覆于燕山早期花崗巖風(fēng)化帶上。

(2)灰白、灰黃色海灘巖，總厚度2.20 m。上部為灰白色鈣質(zhì)礫巖，厚0.80 m。粗碎屑含量70%～80%，成分為石英砂巖、硅質(zhì)巖、凝灰質(zhì)砂巖及貝殼類大化石，粒徑20～50 mm。鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)物占20%～30%，半固結(jié)-固結(jié)，頂部厚約0.20 m呈松散狀。貝殼類化石為文蛤MeretrixmeretrixLinne，鏡蛤Dosiniasp.和籃蛤Corbiculasp.。與下部的鈣質(zhì)含礫砂巖呈突變關(guān)系。

下部為灰黃、灰白色鈣質(zhì)含礫砂巖，厚1.40 m。碎屑含量75%～85%，主要為花崗巖巖屑、硅質(zhì)巖巖屑、貝殼類化石及石英、長石等礦物組成。以砂屑為主，礫屑少量。砂屑粒徑0.25～2 mm，礫屑2～20 mm。膠結(jié)物為鈣質(zhì)，含量15%～30%，固結(jié)程度高。ESR測年為(3 009±300)ka，14C測年(1 980±85)a。貝殼類化石為MeretrixmeretrixLinne，Dosiniasp.和Corbiculasp.。與下伏粗砂層呈突變關(guān)系。

從地質(zhì)測年和生物化石化析，海灘巖的形成年代應(yīng)為全新世晚期，與閩南地區(qū)發(fā)育的海相地層全新統(tǒng)同安組同期，隸屬同安組。

(3)灰黃色中細(xì)砂，厚3.40 m。

3 海灘巖巖石學(xué)特征

3.1 碎屑特征

西沙灣海灘巖上部為鈣質(zhì)礫巖，厚度0.30～1.20 m。粗碎屑(卵石)除貝殼外，均由砂巖、硅質(zhì)巖等硬質(zhì)巖組成。其中硅質(zhì)巖、石英砂巖25%～40%，凝灰質(zhì)砂巖15%～25%，大貝殼10%～20%，粒徑20～50 mm，圓形、次圓形，成熟度高，是經(jīng)過長距離搬運(yùn)，受長時(shí)間水流作用形成。膠結(jié)物為純凈的鈣質(zhì)，礦物成分為泥晶方解石、微晶方解石，膠結(jié)類型以接觸式、孔隙式為主，膠結(jié)程度較差。下部為鈣質(zhì)含礫砂巖，厚度0.50～1.60 m。碎屑以砂屑為主，粒徑0.1～2 mm ,含量50%～65%，大部分為石英，少量長石；礫屑粒徑2～20 mm，含量10%～20%，以花崗巖和硅質(zhì)巖巖屑為主，少量貝殼碎屑；膠結(jié)物10%～30%，均為方解石泥晶和微晶，膠結(jié)類型有基底式、孔隙式、接觸式，以基底式為主。具重力膠結(jié)結(jié)構(gòu)、淡水膠結(jié)結(jié)構(gòu)和滲濾孔洞構(gòu)造，膠結(jié)牢固，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬。

海灘巖上部與下部巖性呈突變關(guān)系，差別在于上部為鈣質(zhì)礫巖，粗碎屑均為磨圓度很好的卵石，卵石中見有凝灰質(zhì)砂巖，未見二長花崗巖；下部為鈣質(zhì)含礫砂巖，粗碎屑的含量少，粒度小，由2種不同成熟度的碎屑組成，碎屑含二長花崗巖巖屑及長石砂屑。

3.2 巖石化學(xué)特征

西沙灣海灘巖中的鈣質(zhì)含礫砂巖及該區(qū)志留紀(jì)二長花崗巖的巖石化學(xué)成分(表1)。鈣質(zhì)含礫砂巖以Al2O3、CaO含量高， Na2O、K2O等氧化物含量低為特征。

表1 崇武西沙灣海灘巖及海岸花崗巖巖石化學(xué)成分(%)

注：據(jù)福建省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊(duì)，1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(泉州幅、廈門幅)，1977。

3.3 礦物特征

鈣質(zhì)含礫砂巖以石英為主，部分顆粒發(fā)育畢姆帶，具波狀消光，呈壓扁狀，碎?；亟Y(jié)晶呈復(fù)晶集合體，具定向排列；長石含量5%～10%，為斜長石和鉀長石。斜長石(An)=28～32，屬中長石，具鈉律雙晶和不太發(fā)育的環(huán)帶構(gòu)造，常見彎曲的雙晶紋；鉀長石為中正微長石和最大微斜長石，具格子狀雙晶。巖屑中的長石常呈眼球狀，具碎裂、碎粒結(jié)構(gòu)，見有鉀長石交代斜長石形成縫合線結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)；斜長石交代鉀長石形成蠕英石結(jié)構(gòu)、凈邊結(jié)構(gòu)。巖石中含少許黑云母，呈碎片狀，未見次生變化，基本保存原生狀態(tài)。長石、石英等造巖礦物特征反映其母巖受到熱動(dòng)力變質(zhì)作用，發(fā)生韌性剪切變形。

據(jù)人工重砂鑒定結(jié)果，鈣質(zhì)含礫砂巖副礦物總量高，種類較多，有鋯石、磁鐵礦、榍石、金紅石、鈦磁鐵礦、褐簾石、鈦鐵礦；金屬硫化物礦物有磁黃鐵礦、黃鐵礦；蝕變變質(zhì)礦物有綠簾石、石榴石、電氣石、紅柱石、硅線石。多數(shù)礦物未受磨蝕或磨損不明顯。副礦物總量平均達(dá)到碎屑礦物的5.8%，副礦物組合類型屬鋯石-磁鐵礦-鈦鐵礦型，與該區(qū)志留紀(jì)二長花崗巖的組合類型相近。紅柱石、硅線石等蝕變變質(zhì)礦物也指示母巖發(fā)生過熱動(dòng)力變質(zhì)作用。副礦物這些特征反映鈣質(zhì)碎屑巖部分物質(zhì)來自海岸分布的二長花崗巖。礦物碎屑受磨蝕程度低，在外營力作用下不穩(wěn)定的磁鐵礦和硫化物仍保存完好，均說明礦物從離開母巖開始，到搬運(yùn)、沉積和成巖作用都是在比較短的時(shí)間內(nèi)完成的。

4 海灘巖形成的物源及環(huán)境分析

4.1 物源分析

西沙灣海灘巖上部的鈣質(zhì)礫巖，粗碎屑含量多、粒徑大、磨圓度好、成熟度高，來源于河口和近岸砂質(zhì)、砂礫質(zhì)海灘。其中的凝灰質(zhì)砂巖呈紫紅色，經(jīng)顯微鑒定和類比，屬于侏羅系長林組或南園組、白堊系石帽山群等中生代火山沉積巖。但泉州灣及其周邊沿海未發(fā)現(xiàn)這些地層分布，這些地層分布于閩東火山斷坳帶，主要出露在晉江、洛陽江上游的安溪、永春、南安等地。由這些火山沉積巖形成的卵石、礫石出現(xiàn)在崇武西沙灣，可能為晉江、洛陽江從上游搬運(yùn)至泉州灣入?？冢徇\(yùn)距離50～80 km，再由泉州灣口搬運(yùn)到西沙灣，搬運(yùn)距離約10 km，搬運(yùn)方向由南向北偏東。

海灘巖下部鈣質(zhì)含礫砂巖的碎屑組分和礦物特征，均表明其中的低成熟度碎屑源于海岸崩塌的花崗巖體，搬運(yùn)速度快、時(shí)間短。

4.2 環(huán)境分析

4.2.1 海灘巖形成前環(huán)境

微體古生物分析表明，福建沿岸的全新世海侵多以有孔蟲和海相硅藻的同時(shí)出現(xiàn)為標(biāo)志[9]。西沙灣海灘巖下伏粗砂層超覆于燕山期花崗巖之上，底部所夾的淤泥質(zhì)粘土14C測年為(6 920±105)a，含有孔蟲化石及海相硅藻，其沉積環(huán)境主要為濱海淡水化環(huán)境，屬海侵層位，是對(duì)距今7 000 a左右福建沿海發(fā)生一次區(qū)域性海侵，伴隨海平面上升，海岸線向內(nèi)陸推進(jìn)；含鈣質(zhì)超微化石屬于暖水偏熱的分子，其溫度17～26℃，化石豐度不高，分異度很低，表明其沉積時(shí)處于相對(duì)溫暖的潮間帶環(huán)境，屬于玉木冰期后溫暖濕潤氣候條件。

海灘巖膠結(jié)物均為方解石，少見或未見粘土礦物，巖石化學(xué)分析A12O3很低，下伏粗砂質(zhì)地純凈，均標(biāo)志潮間帶為正常的海水環(huán)境，屬于良好的砂質(zhì)和砂礫質(zhì)海灘。

4.2.2 沉積-成巖環(huán)境

西沙灣海灘巖覆于正常海灘環(huán)境沉積的砂層之上，碎屑來自海岸帶花崗巖與河口、潮灘沉積物的不同物源區(qū)，大小混雜，膠結(jié)物為碳酸鹽，具淡水膠結(jié)結(jié)構(gòu)。其在高能的水動(dòng)力環(huán)境下，形成于接近高潮位的潮間帶，超越正常的環(huán)境-作用-產(chǎn)物系統(tǒng)，疊加在正常沉積物之上的特殊巖石，應(yīng)與突發(fā)性強(qiáng)海洋事件有關(guān)。

海灘巖由下部的鈣質(zhì)含礫砂巖和上部的鈣質(zhì)礫巖組成，二者均是典型高能作用產(chǎn)物，他們之間的不連續(xù)性，反映具有2次短暫間歇的突發(fā)事件。相比之下，后者比前者的能量更大。一般碎屑粒度越大，起動(dòng)和搬運(yùn)的流速越大。鈣質(zhì)含礫砂巖碎屑的最大粒徑為20 mm，起動(dòng)流速和搬運(yùn)流速>100 cm/s；鈣質(zhì)礫巖碎屑粒徑最大為50 mm，起動(dòng)流速和搬遷流速>250 cm/s。這些速度也是相應(yīng)粒級(jí)碎屑沉積時(shí)的流速。當(dāng)流速降低至某一數(shù)值時(shí)，相應(yīng)粒級(jí)的碎屑開始沉積，較粗的顆粒在其之前停留下來，而較細(xì)的碎屑繼續(xù)被帶走。

海灘巖是在高能水動(dòng)力作用消除后，堆積物暴露在大氣中發(fā)生表生成巖作用形成的。其中的磁鐵礦、黑云母和硫化物在大氣中穩(wěn)定性較差，但西沙灣海灘巖中未見其因氧化作用、水化作用而發(fā)生次生變化。這不僅是碎屑組分快速搬運(yùn)、快速沉積的反映，也是快速膠結(jié)、快速成巖的結(jié)果，并標(biāo)志其早期固結(jié)受強(qiáng)烈日射的控制，處在高溫、高蒸發(fā)的氣候條件。在較高的水溫和氣溫下，有利于鈣的析出，強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用使孔隙水中CO2散失，促進(jìn)處于過飽和狀態(tài)的CaCO3結(jié)晶生長，迅速膠結(jié)海灘上的碎屑沉積物形成海灘巖。

5 討論

5.1 海灘巖形成的地質(zhì)時(shí)代

西沙灣海灘巖下伏地層所含鈣質(zhì)超微化石主要分布于第四紀(jì)NN19-NN21帶，未見絕滅于更新世NN19帶的Pseudoemilianialacunosa，應(yīng)屬全新世；微體古生物海相有孔蟲和硅藻指示為海侵層位，反映了福建沿海約距今7 000 a前的一次海侵，14C測年為(6 920±105)a，故其地質(zhì)時(shí)代應(yīng)屬全新世中期。

福建沿海海灘巖屬中、晚全新世，14C測年為(5 596±168)a～(1 147±90)a[10-13]。西沙灣海灘巖下部的鈣質(zhì)含礫砂巖物源主要為海岸分布的志留紀(jì)二長花崗巖體，其ESR測年為(3 009±300)ka，可能受母巖構(gòu)造熱事件的影響，數(shù)值偏大；貝殼類化石MeretrixmeretrixLinne，Dosiniasp.和Corbiculasp.，多分布于第四紀(jì)，14C測年結(jié)果為(1 980±85)a，故可認(rèn)為海灘巖形成的地質(zhì)時(shí)代為全新世晚期，約在距今2 000 a。

5.2 產(chǎn)生海灘巖的海洋事件

西沙灣海灘巖是極高能量的海洋動(dòng)力作用下的海岸混雜堆積，為正常環(huán)境下出現(xiàn)突發(fā)事件的產(chǎn)物。地震與海嘯不存在直接的因果關(guān)系，但地震發(fā)生后的強(qiáng)烈震動(dòng)力和斷裂突然錯(cuò)動(dòng)，引起巨大規(guī)模的海底滑坡和崩塌可引發(fā)海嘯。不論震級(jí)大小與震源深淺，或震源機(jī)制類型，只要能觸發(fā)突然的足夠大規(guī)模的海底或海岸滑坡、崩塌，就可引發(fā)海嘯[14，15]。地震過程中發(fā)生的海岸快速下沉，隨后可能緊隨海嘯發(fā)生[16-18]。泉州灣及其周邊地區(qū)位于我國東南部，處于環(huán)太平洋地震活動(dòng)帶，新生代以來受到菲律賓板塊向西推壓的直接影響，全新世沿長樂—詔安斷裂帶和濱海斷裂帶多次發(fā)生強(qiáng)烈地震，都可能發(fā)生海嘯、海岸或海底滑坡、崩塌和沉陷等突發(fā)事件。

據(jù)西沙灣海灘巖含有晉江河口沉積物分析，初步認(rèn)為其搬運(yùn)動(dòng)力來自晉江河口以南。晉江河口南面的深滬灣在距今7 000 a和距今2 000 a均發(fā)生過強(qiáng)地震，使得生長于更新世，14C測年(25 800±2 490)a～(15 460±420)a的古牡蠣和生長于距今8 000 a～7 000 a的古油杉森林快速下沉到潮下帶和潮間帶海域保留至今[19-21]。西沙灣海灘巖可能與距今2 000 a發(fā)生的強(qiáng)震事件相關(guān)。強(qiáng)烈的震動(dòng)，使得附近海岸由志留紀(jì)花崗巖構(gòu)成的山體、陡崖突然發(fā)生巨大規(guī)模的崩塌而引發(fā)海嘯，以>100 cm/s的流速將塌落的巖石碎屑帶走，途經(jīng)海灘、河口與那里的砂礫、生物貝殼無序混合，在<100 cm/s流速下，雜亂堆積于西沙灣潮間帶，完成了該處海灘巖下部的沉積作用；相隔不久，由于地震震動(dòng)造成的地殼不穩(wěn)定因素仍然存在，也可能余震發(fā)生，導(dǎo)致深滬灣整體快速下沉，緊隨的海嘯能量比前一次更大，以>250 cm/s的流速經(jīng)過泉州灣入海口，搬運(yùn)河口及潮灘堆積物，在<250 cm/s流速下沉積于前次海嘯的堆積體之上，形成上部海灘巖。

6 結(jié)論

福建泉州灣北部的海灘巖經(jīng)分析，初步認(rèn)為其物源為海岸花崗巖和河口、海灘砂礫質(zhì)堆積物，是突發(fā)性海洋事件的產(chǎn)物，可能與晉江深滬灣在距今約2 000 a發(fā)生的一次地震相關(guān)。由地震造成海岸巨大體積的山體突然崩塌和海灣快速下沉，引發(fā)2次海嘯，分別搬運(yùn)海底陸源碎屑并堆積到西沙灣潮灘接近高潮線部位所形成。碎屑自深滬灣經(jīng)泉州灣口，大致與海岸線平行由南向北偏東方向搬運(yùn)；2次搬運(yùn)速度分別>100 cm/s和>250 cm/s；搬運(yùn)距離10～40 km；沉積環(huán)境為溫暖的氣候，良好的砂礫質(zhì)海灘、潔凈的水體和接近高潮位的潮間帶；成巖條件為溫暖和高蒸發(fā)的氣候條件，有淡水參與，由鈣質(zhì)膠結(jié)快速成巖。

由地震引發(fā)海嘯形成泉州灣海灘巖只是一種初步的認(rèn)識(shí)，不排除地震引發(fā)海底滑坡產(chǎn)生濁流沉積和風(fēng)暴潮等突發(fā)事件造成碎屑物質(zhì)搬遷、堆積而形成海灘巖的可能性，其成因有待進(jìn)一步深入研究、探討。

本文中的古生物化石由中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所分析鑒定，14C和ESR測年由中國地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測試，巖石、礦物由福建省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測試研究中心分析鑒定。謹(jǐn)此對(duì)參與相關(guān)工作的專家表示衷心感謝。

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