董曉朋，呂洪波，張星，張海春，王俊，張素菁

1)中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 山東青島，266580; 2)現(xiàn)代古生物學(xué)和地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京，210008; 3)中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所, 南京，210008; 4)香港大學(xué)地球科學(xué)系, 香港

內(nèi)容提要: 山東靈山島北端背來(lái)石附近復(fù)理石為下白堊統(tǒng)靈山島組(K1lsd)上段，筆者等在其野外露頭上發(fā)現(xiàn)了海底滑塌侵蝕區(qū)的代表性構(gòu)造——滑塌斷崖。據(jù)野外觀察，背來(lái)石附近復(fù)理石以含礫粗砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖為主，偶夾礫巖層?；秆乱话惆l(fā)育在事件沉積層——粗砂巖或含礫粗砂巖中，斷面呈上凹的弧形，上覆繼承性沉積了泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖?；薨櫋⒄饎?dòng)液化脈等事件沉積普遍發(fā)育，說(shuō)明靈山島組沉積時(shí)地震頻發(fā)。根據(jù)滑塌褶皺樞紐、軸面以及滑塌斷崖產(chǎn)狀判斷滑塌方向有兩個(gè)：主要為SWNE，部分為SN?；鷶嘌碌陌l(fā)育揭示了：隨著盆地的收縮變淺，靈山島地區(qū)由純粹的滑塌堆積區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛治g—堆積混合區(qū)，靈山島組上段砂泥比增大且含大量片麻巖和石英巖礫石，說(shuō)明沉積區(qū)更接近陸緣，盆地處于殘余洋盆發(fā)育的晚期階段。

靈山島是山東省青島市黃島區(qū)南部黃海近岸海域中的一個(gè)小島，面積為7.66km2，位于該區(qū)重要的構(gòu)造單元——蘇魯造山帶中, 而造山帶的NW側(cè)為膠萊盆地(圖1)。呂洪波等(2011)首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道的早白堊世深海復(fù)理石及滑塌褶皺層，以及后來(lái)在復(fù)理石露頭中發(fā)現(xiàn)的巨大滑積巖塊(呂洪波等，2012)，揭示了造山帶正強(qiáng)烈隆起、洋盆即將閉合的構(gòu)造背景。根據(jù)泥巖中的孢粉組合和砂巖中的碎屑鋯石測(cè)年結(jié)果(Wang Jun et al.?)，這套地層時(shí)代為早白堊世早期，命名為靈山島組(K1lsd)(張海春等，2013)。一系列發(fā)現(xiàn)與進(jìn)展使得靈山島早白堊世復(fù)理石成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)并引發(fā)了沉積環(huán)境討論：鐘建華(2012)認(rèn)為該滑塌沉積層屬于陸內(nèi)三角洲淺水沉積；呂洪波等(2013)強(qiáng)調(diào)了深海相特征；邵珠福等(2014)認(rèn)為是物源供應(yīng)充足的湖盆三角洲前緣在構(gòu)造坡度或沉積坡度控制下，受地震和火山活動(dòng)影響發(fā)生的塊體搬運(yùn)沉積和濁流沉積。壯觀的滑塌沉積層及其間的軟沉積物變形構(gòu)造引發(fā)了后續(xù)的討論(董曉朋等?，董曉朋等，2013)，而對(duì)上覆層火成巖及磨拉石建造也有了初步研究(張星等?；Wang Jun et al.?；張海春等，2013)。復(fù)理石和磨拉石分別為殘余盆地和前陸盆地代表性的沉積體(Einsele, 1992485～492)，而靈山島復(fù)理石與磨拉石的存在表明揚(yáng)子板塊與華北板塊之間的碰撞到早白堊世仍未完成(呂洪波等，2011，2012；Wang Jun et al.?)。這一認(rèn)識(shí)與前人所述三疊紀(jì)揚(yáng)子板塊與華北板塊已碰撞閉合造山的觀點(diǎn)(Ames et al., 1996; 李曙光等，1996，1997；Hacker et al., 1998; 劉福來(lái)等，2003)有著明顯的差異。

近年來(lái)已經(jīng)報(bào)道的靈山島組復(fù)理石滑塌褶皺和軟沉積物變形構(gòu)造，如：同沉積滑塌褶皺、同沉積拉伸線理、同沉積布丁構(gòu)造和同沉積雙重構(gòu)造，都屬于滑塌堆積區(qū)(accumulation zone)構(gòu)造。2013年本文作者又在靈山島北端背來(lái)石附近露頭上發(fā)現(xiàn)屬于滑塌侵蝕區(qū)(depletion zone)的典型構(gòu)造——滑塌斷崖(slump scarp)。本文將介紹其特征并分析其地質(zhì)意義。

圖1山東青島市靈山島附近地質(zhì)簡(jiǎn)圖及平面圖 (據(jù)山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，2000；呂洪波等，2011； 有改動(dòng)，靈山島衛(wèi)星圖片據(jù)Google Earth)Fig. 1 A sketch map showing the geologic framework of Lingshan Island, Qingdao, Shandong, and its vicinity area (Modified after No. 4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province, 2000； Hongbo et al., 2011； and the satellite image of Lingshan Island was captured from Google Earth)

1 滑塌斷崖(slump scarp)定義及特征

Buchanan和Milne分別于1887年和1897年報(bào)道的海底沉積物發(fā)生位移沖斷海底電纜事件是對(duì)滑塌沉積的最早記錄(Carlson, 1978)。未固結(jié)或未完全固結(jié)的沉積物以相對(duì)較連續(xù)的塊體或巖層沿斜坡發(fā)生相對(duì)位移的過(guò)程叫做滑塌(slump or slide)(Turner and Schuster, 199640～41; Tarbuck and Lutgens, 1998219～220; Girty, 2009)，常見(jiàn)于大陸架(Carlson, 1978)、陸架坡折處(Bunn et al., 1980)、大陸坡(Field and Clarke, 1979; Bunn et al., 1980)和海底峽谷兩側(cè)(Kenyon et al., 1978)等斜坡沉積的中新世到全新世未固結(jié)沉積層中(Lewis, 1971; Embley et al., 1977; Carlson, 1978; Bunn et al., 1980)。

每個(gè)滑塌層都有以伸展斷裂為主的上坡—侵蝕區(qū)(depletion zone)和以擠壓褶皺為主的下坡—堆積區(qū)(accumulation zone)?；鷶嘌?slump scarp)發(fā)育在侵蝕區(qū)頂部，最早被Finch(1933)用來(lái)描述巖漿受冷凝、揮發(fā)分逃逸和地表起伏影響發(fā)生陷落形成的斷裂，現(xiàn)在則形容塊體剝蝕(mass wasting)過(guò)程中在斜坡上形成的陡峭斷面(Varnes, 1978；Hampton et al., 1996)(圖2)。相鄰的斜坡上可能發(fā)育冠狀裂縫(crown crack),滑塌體內(nèi)部也可能發(fā)育小型斷崖。

國(guó)外學(xué)者雖然對(duì)滑塌沉積研究較多，但對(duì)滑塌斷崖的研究報(bào)道僅限于其發(fā)育(Schwing and Norton, 1990; Houghton et al., 1999)和形態(tài)特征方面(Almagor and Wiseman, 1991; Hampton et al., 1996)，而國(guó)內(nèi)關(guān)于滑塌斷崖研究的正式報(bào)道尚未發(fā)現(xiàn)。

圖2 滑塌沉積理想模式圖(據(jù)Varnes, 1978; Hanpton et al., 1996; 有改動(dòng))Fig. 2 Ideal model of slump deposits (Modified after Varnes, 1978; Hanpton et al., 1996)

2 靈山島組滑塌斷崖的基本特征

靈山島組在千層崖處褶皺形態(tài)顯示清楚，其中一組巖層產(chǎn)狀為65°∠44°；修船廠處地層產(chǎn)狀穩(wěn)定，為129°∠36°；背來(lái)石北部露頭地層產(chǎn)狀大致為104°∠65°(圖1)。據(jù)野外觀察地層間接觸關(guān)系和沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造等判斷，靈山島組未發(fā)生倒轉(zhuǎn)。對(duì)比修船廠和千層崖剖面，千層崖處復(fù)理石沉積最早，背來(lái)石附近地層位于修船廠處復(fù)理石之上，沉積時(shí)間稍晚，為靈山島組上段。圖3所示為在靈山島北端背來(lái)石附近露頭發(fā)現(xiàn)的各種現(xiàn)象。

圖3中露頭均位于島嶼北端海邊的潮間帶，而記錄斷崖的地層露頭特征如下(滑塌斷崖-1和滑塌斷崖-3被后期斷裂錯(cuò)段，圖4和圖6為恢復(fù)斷崖原始形態(tài)素描圖)：

2.1 斷崖露頭-1

如圖4所示，斷崖-1斷面呈上凹的弧形，在上緣(D層)陡，而向下逐漸變緩直至平行于地層層面(C、B層)，切穿粒序?qū)由皫r的斷面主體產(chǎn)狀為84°∠75°，巖層產(chǎn)狀為104°∠65°。粒序?qū)由皫r(D層)厚約0.9m，B和C兩層厚約1.4m，B層被斷面切割段穩(wěn)定厚度為0.7m，斷崖-1高度約為1.6m。

A層和C層以泥質(zhì)砂巖為主，成層性較好，均為背景沉積。B層為厚層含礫粒序粗砂層，包裹大量變形砂巖、泥巖碎片，長(zhǎng)10～40cm者居多。砂巖、泥巖碎片多呈帶狀近平行于層面分布，代表高強(qiáng)度的事件沉積。D層為含礫粒序粗砂巖，底部礫石棱角狀—次棱角狀，粒徑大多小于1cm，內(nèi)部未見(jiàn)紋理，頂面被濁流侵蝕而凹凸不平。上覆泥質(zhì)粉砂巖和泥巖層依下伏砂巖形態(tài)發(fā)生繼承性彎曲，為背景沉積。

圖3 靈山島北端背來(lái)石附近靈山島組露頭Fig. 3 Outcrop of Lingshandao Formation nearby Beilaishi (flying stone), north of Lingshan Island

a) 滑塌斷崖-1野外露頭(鏡頭指向12°)；(b) 滑塌斷崖-2野外露頭；(c) 滑塌斷崖-3野外露頭(由多張照片拼接而成)；(d) 震動(dòng)液化脈；(e) 背來(lái)石附近靈山島組；(f) 復(fù)理石中礫巖夾層，背景沉積為泥質(zhì)砂巖；(g) 同沉積滑塌褶皺(兩條虛線之間的部分)，軸面傾向大致相同，傾向滑塌來(lái)源方向。褶皺層為含礫粗砂巖，背景沉積為泥質(zhì)砂巖；(h) 同沉積逆沖斷層(兩條虛線之間的部分)，褶皺層為含礫粗砂巖，背景沉積為泥質(zhì)砂巖；(i) 大型滑塌褶皺，產(chǎn)狀混亂 (a) Outcrop of slump scarp-1(camera to 12°);(b) outcrop of slump scarp-2;(c) outcrop of slump scarp-3, pieced by several photos;(d) liquefied sand dikes;(e) outcrop of the Lingshandao Formation nearby Beilaishi(flying stone);(f) conglomerate embedded in pelitic sandstone which deposited in stable sedimentary environment; (g) synsedimentary slump folds (between the dash lines) with their axial planes dipping toward the slump source; the folded layer is conglomeratic sandstone embedded in pelitic sandstone which deposited in stable sedimentary environment;(h) synsedimentary thrust fault (between the dash lines); the folded layer is conglomeratic sandstone embedded in pelitic sandstone which deposited in stable sedimentary environment;(i) Large slump folds with chaotic attitudes, representing the slump accumulation zone

2.2 斷崖露頭-2

如圖5所示，斷崖-2斷面呈上凹的弧形，在B層上緣陡，而向下逐漸變緩直至平行于下伏泥巖，切穿粒序?qū)由皫r處產(chǎn)狀為266°∠82°，巖層產(chǎn)狀為104°∠81°。B層最厚約17cm，斷崖-2高度約為17cm。

A層為含礫粒序粗砂巖，包裹大量變形砂巖、泥巖碎片，代表高強(qiáng)度的事件沉積。C層泥質(zhì)砂巖和砂巖形態(tài)發(fā)生繼承性彎曲，為背景沉積。B和D兩層均為厚層含礫粒序粗砂巖，包裹砂巖、泥巖碎片，底部礫石棱角狀—次棱角狀，粒徑大多1cm左右，均為高強(qiáng)度的事件沉積。B層頂面受侵蝕而凹凸不平，與D層形態(tài)似互補(bǔ)，這是因?yàn)椋築層發(fā)生滑塌后形成負(fù)地形，然后在相對(duì)安靜的水體中沉積了C層，并依其形態(tài)繼承了彎曲的特征，而后來(lái)的事件性沉積物將負(fù)地形充填(D層)。E層為泥質(zhì)砂巖和砂巖互層，偶夾褶皺泥質(zhì)條帶，是背景沉積層受到后續(xù)事件影響而向前方蠕動(dòng)的結(jié)果。

圖4 靈山島滑塌斷崖露頭-1素描圖(由圖3a簡(jiǎn)化而得，俯視拍攝)Fig. 4 A sketch profile showing the slump scarp-1 in K1lsd in Lingshan Island (See Fig. 3a)

2.3 斷崖露頭-3

如圖6所示，斷崖露頭-3包含兩個(gè)斷崖，斷面均呈向上凹的弧形，弧面很緩：

(1)斷崖-3-a：上緣(D層)陡，向下逐漸變緩直至平行于斷崖-3-b。C、D兩層厚約20cm，斷崖-3-a高度約為20cm；

(2)斷崖-3-b：B層由上緣向下逐漸變緩直至平行于層面(A層)。B層最厚約30cm，最薄約10cm，斷崖-3-b高度約為20cm 。C層產(chǎn)狀為98°∠67°。E層中層間小褶皺樞紐產(chǎn)狀為185°∠17°和180°∠20°。

B層為含礫粒序粗砂巖，砂泥巖碎片少見(jiàn)，底部礫石粒徑多小于0.5cm。D層為含礫粒序粗砂巖，組成與B層相似。E層以泥質(zhì)粉砂巖為主，夾有薄層或厚層的褶皺砂巖層。C、E層均發(fā)生繼承性彎曲，為背景沉積。

圖5 靈山島滑塌斷崖露頭-2素描圖(由圖3b簡(jiǎn)化而得，俯視拍攝)Fig. 5 A sketch showing slump scarp-2 in K1lsd in Lingshan Island (See Fig. 3b)

圖6 靈山島滑塌斷崖露頭-3素描圖(由圖3c簡(jiǎn)化而得，俯視拍攝)Fig. 6 A sketch showing slump scarp-3 in K1lsd in Lingshan Island (See Fig. 3c)

3 討論

3.1 觸發(fā)因素

前人歸納：滑塌作用的觸發(fā)因素主要為地震(Schwing and Norton, 1990; Almagor and Schilman, 1995; Monecke et al., 2004; Martinez et al., 2005)，其次還有波浪(Henkel, 1970; Hanpton et al., 1978)、與冰川有關(guān)的海平面變化(Kuijpers et al., 2001)、高沉積速率(Agirrezabala et al., 2005)和地層中的流體流動(dòng)(Martinez et al., 2005; Faure et al., 2006)等。

圖4中B層包裹的砂巖、泥巖碎片呈帶狀近平行于層理分布，這說(shuō)明濁流沉積頻繁，能量強(qiáng)，具有陣發(fā)性特征。此處砂巖中發(fā)育震動(dòng)液化脈(圖3d中箭頭所指)。據(jù)前人研究，震動(dòng)液化脈是古地震的重要識(shí)別標(biāo)志之一(Obermeier, 1996; 喬秀夫等，2009，2011)。

綜上所述可推斷：頻繁的地震是導(dǎo)致靈山島組砂巖中滑塌斷崖發(fā)育的最主要因素。由于地震活動(dòng)頻繁，砂泥巖固結(jié)程度低且砂巖易滑塌，因此靈山島組復(fù)理石中滑塌褶皺和斷崖發(fā)育普遍。

3.2 形成機(jī)制

在水下沉積物發(fā)生滑塌和位移過(guò)程中，重力是主要的驅(qū)動(dòng)力(Field and Clarke, 1979; Alsop et al., 2012)。由于滑塌過(guò)程中滑塌體可發(fā)生流體化形成濁流，滑移幾十甚至上百千米(Mulder and Cochonat, 1996)，因此侵蝕區(qū)往往空留斷崖不見(jiàn)滑塌體。在露頭處順陡崖發(fā)育層追蹤至海邊而未見(jiàn)滑塌體，說(shuō)明滑塌部分已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地向前方移走，滑移距離無(wú)法判斷。

3.3 滑塌方向

作者將背來(lái)石附近野外測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了赤平投影，恢復(fù)了原始產(chǎn)狀(表1)。

表1 部分軟沉積物變形構(gòu)造產(chǎn)狀及地質(zhì)意義

表1中斷崖產(chǎn)狀揭示：滑塌體由SW向NE滑塌，圖4和圖5中滑塌褶皺及褶皺泥質(zhì)條帶產(chǎn)狀也與此結(jié)果吻合。同沉積小褶皺產(chǎn)狀揭示：滑塌體除由SW向NE滑塌外，還由S向N滑塌。考慮到靈山島組沉積時(shí)靈山島一帶曾為殘余盆地，推測(cè)靈山島這套沉積層當(dāng)時(shí)應(yīng)位于大陸斜坡底部。來(lái)自于斜坡的滑塌體與平行盆地軸部運(yùn)移的濁流和滑塌體在此混合。

3.4 沉積環(huán)境演化

靈山島背來(lái)石附近靈山島組以灰黑色粗砂巖和泥質(zhì)砂巖為主，偶夾含礫粗砂巖層，背景沉積為灰黑色泥質(zhì)粉砂巖。巖相特征說(shuō)明沉積環(huán)境為強(qiáng)還原環(huán)境，不會(huì)受波浪影響；因未發(fā)現(xiàn)牽引流引起的前積層理等構(gòu)造，推測(cè)洋流影響也很弱。發(fā)育斷崖的粗砂巖中礫石主要為片麻巖和石英巖，粒徑以厘米級(jí)為主，棱角狀—次棱角狀(圖3e、圖3f)，說(shuō)明濁流強(qiáng)度大，可將陸相礫石和粗砂帶到深海沉積。

與修船廠處(董曉朋，2013)和千層崖處(呂洪波等，2011)砂巖相比，千層崖處砂巖的粒度和砂泥比最小，背來(lái)石附近最大，這說(shuō)明：晚期沉積盆地的水體明顯比早期變淺，更接近物源區(qū)。

滑塌斷崖是滑塌侵蝕區(qū)的標(biāo)志性構(gòu)造，而逆沖小斷層(thrust faults)(圖3h)和同沉積滑塌褶皺(圖3g、圖3i)是典型的滑塌堆積區(qū)特征(Martinez et al., 2005)，因此背來(lái)石附近靈山島組具備滑塌侵蝕—堆積混合區(qū)特征。而由千層崖到修船廠，同沉積滑塌褶皺是最主要的軟沉積物變形構(gòu)造(呂洪波等，2011，董曉朋等，2013)，這說(shuō)明靈山島一帶早白堊世曾經(jīng)為滑塌堆積區(qū)。靈山島組沉積過(guò)程中軟沉積物變形類(lèi)型自下而上的變化趨勢(shì)說(shuō)明：隨著盆地的演化，靈山島一帶由純粹的滑塌堆積區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛治g—堆積混合區(qū)。

4 結(jié)論

(1) 滑塌褶皺、事件沉積層和震動(dòng)液化脈的普遍發(fā)育說(shuō)明地震是形成靈山島組中軟沉積物變形的最主要誘因。而滑塌斷崖的發(fā)育說(shuō)明：隨著盆地演化，靈山島地區(qū)由純粹的滑塌堆積區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛治g—堆積混合區(qū)。

(3) 從千層崖、修船廠到背來(lái)石附近，靈山島組滑塌沉積廣泛發(fā)育，砂泥比逐漸增大，至背來(lái)石附近則含有大量片麻巖和石英巖礫石，說(shuō)明：盆地正快速變窄、變淺，沉積區(qū)更接近陸緣，已處于殘余盆地的晚期階段。

注 釋 / Notes

? 董曉朋, 呂洪波, 張海春, 王俊, 張素菁, 張星, 黃振才, 舒云超. 2012. 山東靈山島早白堊世復(fù)理石及軟沉積物變形構(gòu)造初探. 見(jiàn)：第十二屆全國(guó)古地理學(xué)及沉積學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集. 327～330.

? 張星, 呂洪波, 張海春, 王俊, 張素菁, 董曉朋, 黃振才, 舒云超. 2012. 山東膠南靈山島早白堊世磨拉石地質(zhì)意義初探. 見(jiàn)：第十二屆全國(guó)古地理學(xué)及沉積學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集. 159～160.