山東省萊西地區(qū)白堊紀(jì)王氏群地層中的滑塌構(gòu)造及其成因

王晶晶，朱學(xué)強(qiáng)，王金光，楊仕鵬

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

滑塌構(gòu)造是指斜坡上未固結(jié)的沉積物在重力作用下發(fā)生滑動而形成的同生變形構(gòu)造[1]。前人經(jīng)過大量的研究總結(jié)出滑塌構(gòu)造具有2個重要的特征，一是沉積物在滑動過程中形成各種類型、位態(tài)的褶皺，其軸面和樞紐產(chǎn)狀變化較大，沒有力學(xué)性質(zhì)上的相似性；二是滑塌構(gòu)造有邊界，滑塌面上下的巖層產(chǎn)狀明顯不協(xié)調(diào)，同時不產(chǎn)生角礫巖[2]。滑塌構(gòu)造除塑性變形外，還伴有小型斷裂和角礫化以及巖性的混雜等。構(gòu)造體在沉積剖面中僅局限于一定層位中，構(gòu)造體上下巖層均正常。引起滑塌構(gòu)造的原因較多，沉積斜坡、同沉積斷裂、沉積物快速的堆積以及地震波的沖擊等，均可引起沉積層發(fā)生滑動[3]。

呂洪波等將由滑塌堆積作用形成的巖石稱為“滑積巖”[4]。由于不同沉積環(huán)境中由不同突發(fā)地質(zhì)事件引起的滑塌具有不同的觸發(fā)機(jī)制和表現(xiàn)特征[5]。因此，滑塌構(gòu)造是判別沉積環(huán)境的重要標(biāo)志，對判斷古沉積環(huán)境具有指向意義[6]。

滑塌構(gòu)造與軟沉積變形、震積巖等存在一定的成因聯(lián)系[7-10]。近些年，在膠萊盆地沉積地層中的滑塌構(gòu)造、軟沉積變形及震積巖等有了大量的報道。殷秀蘭等在膠州-萊陽盆地白堊紀(jì)萊陽群中詳細(xì)描述了具有地震成因的砂巖質(zhì)液化脈，液化角礫巖的特征，認(rèn)為膠萊盆地萊陽群中普遍發(fā)育震積巖，與盆地形成所處的伸展—裂解的構(gòu)造環(huán)境相關(guān)[11]。王亞青等在山旺盆地山旺組中發(fā)現(xiàn)了重力滑動構(gòu)造[12]。田洪水等在膠州早白堊世紅土崖組史家屯段中識別出震火山巖及軟沉積物觸變變形[13]。任天龍等在1∶5萬即墨等五幅區(qū)調(diào)過程中，在田橫島萊陽群地層中也發(fā)現(xiàn)大量的軟沉積變形(1)山東省地質(zhì)調(diào)查院,任天龍、楊仕鵬、朱學(xué)強(qiáng)等，1∶5萬店集、王村、即墨、鰲山衛(wèi)、崔格莊幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，2013年。。2011年以來，靈山島白堊紀(jì)沉積地層中的滑塌沉積變形逐漸識別出來[14-17]，引起了廣大地學(xué)同行的關(guān)注[18-21]，并進(jìn)行了成因大討論。這些滑塌構(gòu)造、軟沉積變形及震積巖的發(fā)現(xiàn)不僅對判定古沉積環(huán)境具有重要的沉積學(xué)意義，同時能為恢復(fù)區(qū)域大地構(gòu)造背景提供沉積學(xué)證據(jù)。然而，這些發(fā)現(xiàn)多集中分布在沂沭斷裂帶、牟即斷裂帶等盆地邊緣的區(qū)域性斷裂附近，在膠萊盆地內(nèi)部具有一定規(guī)模的滑塌構(gòu)造則少有報道。

筆者在即墨—萊西地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查過程中，首次在膠萊盆地白堊紀(jì)王氏群底部地層中識別出滑塌構(gòu)造。在對該滑塌構(gòu)造的剖面特征、滑塌體內(nèi)部的構(gòu)造特征進(jìn)行觀察、描述和分析基礎(chǔ)上，對其成因機(jī)制進(jìn)行了探討。以期對膠萊盆地的地層對比研究，對古生物化石的埋藏作用以及古地理和古構(gòu)造背景的研究提供參考。

1 地質(zhì)背景

膠萊盆地地處山東省東部，是夾持于膠北隆起及蘇魯造山帶之間的白堊紀(jì)陸相盆地[22]，總體呈NE-SW向展布，巖性主要為中生代白堊紀(jì)陸相沉積—火山巖地層(圖1)。研究區(qū)位于盆地北緣萊西地區(qū)，由下而上依次出露萊陽群、青山群及王氏群地層。萊陽群為一套河湖相碎屑巖組合[23]，角度不整合于古元古代荊山群變質(zhì)表殼巖之上；青山群自下而上依次為后夼組流紋質(zhì)火山碎屑巖、八畝地組安山質(zhì)火山碎屑巖及火山熔巖、石前莊組流紋質(zhì)火山碎屑巖；王氏群由下而上依次為林家莊組、辛格莊組、紅土崖組，其中林家莊組為洪積相—河流相的礫巖、砂巖、粉砂巖組合，辛格莊組為河湖相的粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r組合，紅土崖組以河流相為主的砂礫巖、粉砂巖為主。區(qū)內(nèi)地層走向以NW向為主。

2 滑塌構(gòu)造剖面基本特征

本次工作識別的滑塌構(gòu)造發(fā)育于萊西市埠后村北，滑塌體賦存層位位于早白堊世青山群石前莊組和王氏群林家莊組角度不整合界面之上的林家莊組地層底部層位。

林家莊組底部巖性為灰紫色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及灰綠色含礫砂巖等，向上逐漸過渡為沖洪積相的礫巖、砂礫巖及砂巖互層，巖相古地理上整體反映了陸上盆地邊緣高差較大地形條件。

滑塌構(gòu)造出露長約200m，高達(dá)10余米，整個滑塌構(gòu)造包括底部滑塌面(D)，滑塌體(A、B、C)和上覆未變形體三部分組成。其中滑塌體主體表現(xiàn)為一滑塌褶皺層，內(nèi)部發(fā)育褶皺變形構(gòu)造、同沉積斷裂及球-枕構(gòu)造等。根據(jù)剖面變形強(qiáng)弱和變形方式，自上而下可劃分為4層：A弱變形層，B階梯式斷裂發(fā)育層，C軟沉積變形層，D未變形層(圖2)。A層巖性為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，與下伏層呈波狀起伏接觸；B層巖性為灰綠色中細(xì)粒巖屑砂巖夾少量紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育階梯式斷裂、局部發(fā)育褶皺變形；C層為紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育軟沉積變形，主要表現(xiàn)為砂巖枕狀體、負(fù)載構(gòu)造等；D層為灰綠色流紋質(zhì)凝灰?guī)r，膨潤土礦化，與上層接觸界面截然，未發(fā)生變形。

3 滑塌體的構(gòu)造特征

滑塌體主要由各種類型的砂巖球枕體(圖2①)、負(fù)載構(gòu)造(圖2②)、滑塌褶皺(圖2③)、砂巖液化脈(圖2④)、同沉積斷層(圖2⑤)等組成。變形強(qiáng)度表現(xiàn)為自下而上逐漸減弱。

(1)滑塌界面比較平整，沒有太大的起伏，發(fā)育壓實的片理化膨潤土?；嫦騍W傾斜，其上的擦痕指示上盤下降，下盤上升的正斷層特征?；嫔舷碌貙佑忻黠@的交角，且無構(gòu)造引起的破碎現(xiàn)象。其中滑塌構(gòu)造發(fā)育部位地層傾角發(fā)生明顯變化，但其上下未變形地層傾角穩(wěn)定，上覆未變形地層傾角13°，下伏未變形地層傾角23°。

(2)滑塌體中滑塌褶皺類型多樣，形成一系列不協(xié)調(diào)褶皺。從單個褶皺到系列褶皺均有，單個褶皺包括相似褶皺、頂厚褶皺，按照形態(tài)分為緊閉、箱狀、V、U、S型等形態(tài)，從露頭尺度到手標(biāo)本尺度均有。褶皺的軸面和樞紐變化很大，但無論褶皺形態(tài)多么復(fù)雜(圖3)，其褶皺軸面總是整體向SW傾斜，總有一翼為倒轉(zhuǎn)翼，在轉(zhuǎn)折處不產(chǎn)生破劈理。這些褶皺在形態(tài)和位態(tài)上沒有相似性，即它們不是在同一應(yīng)力場下形成的，與區(qū)域構(gòu)造方向無關(guān)。

1—第四系；2—紅土崖組；3—辛格莊組；4—林家莊組；5—石前莊組；6—八畝地組；7—后夼組；8—萊陽群；9—荊山群；10—地質(zhì)界線；11—角度不整合界線；12—斷層；13—地層產(chǎn)狀；14—滑塌構(gòu)造點圖1 萊西埠后地區(qū)地質(zhì)簡圖及滑塌構(gòu)造發(fā)育位置

(3)負(fù)載構(gòu)造、砂枕構(gòu)造，喬秀夫等[24]認(rèn)為負(fù)載構(gòu)造系上覆粗顆粒的巖石下陷落入下伏相對細(xì)粒層中的一種構(gòu)造，且與上覆巖層相連；球—枕構(gòu)造為上覆粗顆粒巖石的負(fù)載體下沉到強(qiáng)液化層中的圓、橢圓枕狀體。埠后地區(qū)滑塌體發(fā)育的負(fù)載構(gòu)造多呈長條狀枕狀體(圖2①)。

(4)同沉積斷層，一般小于2m，小者數(shù)十厘米，顯著特征是斷層兩端被連續(xù)的巖層面所限制，兩盤巖層位移數(shù)厘米至數(shù)十厘米，性質(zhì)多為正斷層。局部表現(xiàn)為“X”型斷裂。規(guī)模較小的斷裂多發(fā)于中薄層砂巖中，很快尖滅于下伏巖層中，部分呈階梯狀排列，使砂巖構(gòu)成布丁構(gòu)造(圖4)。規(guī)模較大的均終止于滑動面上，將滑塌體切割為幾個滑塌巖塊。

(5)在變形強(qiáng)烈部位，局部可形成獨立的巖塊，表現(xiàn)為形成一個局限的不同于圍巖產(chǎn)狀的滑塌巖塊，地層產(chǎn)狀發(fā)生明顯的不協(xié)調(diào)(圖5)。滑塌巖塊被同生斷層以及次級滑動面所圍限，塊體長軸達(dá)幾米至十幾米。

4 滑塌構(gòu)造成因

滑塌作用是沉積物在沉積斜坡上，由于坡度較陡和自身重力或其他作用的影響所產(chǎn)生的側(cè)向的快速位移，在位移中所形成的變形就是滑塌構(gòu)造[25]。因此，要形成滑塌作用，需要具備一定的條件：①有一定坡度的古斜坡地形；②需要一定的觸發(fā)機(jī)制，如重力、構(gòu)造運動引發(fā)的火山活動、地震等短暫性突發(fā)事件，大量研究實例顯示地震往往是滑塌和軟沉積物變形的主要誘因[26]，故前人將其發(fā)育期次多數(shù)與地震發(fā)生周期聯(lián)系在一起[27-28]，其內(nèi)部變形取決于多種影響因素：③滑塌基底的自然屬性；④軟弱層的存在[29]等。

ss—砂巖；fss—粉砂巖；tf—凝灰?guī)r；①—砂巖球枕體；②—負(fù)載構(gòu)造；③—滑塌褶皺；④—砂巖液化脈；⑤—同沉積斷層圖2 滑塌構(gòu)造特征

圖3 滑塌作用引起的變形層理及滑塌巖塊

圖4 同沉積斷層特征

ss—砂巖；fss—粉砂巖；tf—凝灰?guī)r；①—滑塌巖塊圍巖地層層理；②—滑動面；③—滑塌巖塊地層層理圖5 滑塌巖塊特征

本次在林家莊組底部發(fā)現(xiàn)的滑塌構(gòu)造具備以上條件：首先，林家莊組的沉積相為沖洪積相，該相是暫時性或季節(jié)性河流流出山口后變?yōu)槎嗪哟厕p流所形成的巨大扇狀堆積物，其形成的主要條件是陸上盆地邊緣高差較大的地形及間歇性河流的作用。因此發(fā)育良好的古斜坡地形。其次，滑塌體上下均為層序正常的沉積巖，說明滑塌作用基本是由獨立的構(gòu)造運動(地震或火山)所觸發(fā)，反映了一次“災(zāi)變性事件”。調(diào)查發(fā)現(xiàn)王氏群地層中發(fā)育較多的火山活動記錄，表現(xiàn)為多層火山凝灰?guī)r以及玄武巖的存在，火山巖年齡變化值集中在117.5～73.5Ma之間，為早白堊世晚期到晚白堊世(2)山東省地質(zhì)調(diào)查院，任天龍、黃永波、寧振國等，1∶5萬夏格莊、靈山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，2017年。。因此，推測火山活動極可能是觸發(fā)滑塌構(gòu)造形成的主要機(jī)制。同時，滑塌構(gòu)造底部的石前莊組流紋質(zhì)凝灰?guī)r遇水易膨潤土化，形成構(gòu)造薄弱層，為滑塌構(gòu)造的發(fā)育提供了基底條件。林家莊組底部由互層的薄層泥巖、粉砂巖構(gòu)成，具有發(fā)育滑塌構(gòu)造的軟弱巖層條件。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景研究表明，華北克拉通中生代構(gòu)造體制發(fā)生了以擠壓為主到以伸展為主的轉(zhuǎn)變，巖石圈快速減薄[30]，整個地殼發(fā)生廣泛的伸展構(gòu)造，涉及拆離斷層、沉積盆地、變質(zhì)核雜巖和巖漿活動、成礦作用，形成NE向的盆嶺格局。白堊紀(jì)、膠萊盆地從早至晚形成了萊陽期斷陷盆地、青山期火山巖盆地和王氏期坳陷—斷陷盆地3期完整的原型盆地[31](3)山東省地質(zhì)調(diào)查院，許克民、秦杰、汪又平等，膠東地區(qū)白堊紀(jì)區(qū)域地質(zhì)、盆地發(fā)育與區(qū)域巖石地層系統(tǒng)調(diào)查研究報告，2017年。，整體處于伸展構(gòu)造背景下。王氏期膠萊盆地仍處于伸展的構(gòu)造背景，火山活動仍很頻繁，伴隨著火山活動，地震頻發(fā)，在膠萊盆地的沉積地層中留下作用痕跡——滑塌構(gòu)造、軟沉積物變形、震積巖等。

因此，通過分析認(rèn)為王氏群地層中滑塌構(gòu)造是當(dāng)時火山活動引發(fā)的地震觸發(fā)下，半固結(jié)的沉積物在斜坡地帶沿膨潤土化流紋質(zhì)凝灰?guī)r構(gòu)造薄弱界面發(fā)生滑塌，向盆地中心方向滑動形成。滑塌構(gòu)造的形成大致劃分為3個階段：第一個階段是經(jīng)歷了青山期末期的構(gòu)造運動，膠萊盆地經(jīng)歷了短暫的抬升和掀斜。至林家莊期，在盆地周緣斜坡處接受沖積扇前緣相沉積。第二個階段是在水的作用下，石前莊組流紋質(zhì)凝灰?guī)r遇水膨潤土化，形成易于滑動的薄弱界面。第三個階段是林家莊組沉積早期，在火山活動引發(fā)的地震這一觸發(fā)機(jī)制下，林家莊組沿易于滑動的膨潤土薄弱層發(fā)生滑塌，形成了發(fā)育于林家莊組底部的滑塌構(gòu)造。

5 結(jié)論

(1)王氏群林家莊組底部地層中滑塌構(gòu)造為膠萊盆地首次發(fā)現(xiàn)。根據(jù)剖面變形強(qiáng)弱和變形方式自上而下可劃分為4層：弱變形層、階梯式斷裂發(fā)育層、軟沉積變形層、未變形層。

(2)整個滑塌體主要由各種類型的滑塌褶皺、滑塌面、同沉積斷層、砂巖球枕體、負(fù)載構(gòu)造等組成。

(3)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，分析認(rèn)為該滑塌構(gòu)造的成因可能是在火山活動引發(fā)的地震觸發(fā)下，半固結(jié)的沉積物在斜坡地帶沿膨潤土化流紋質(zhì)凝灰?guī)r構(gòu)造薄弱界面發(fā)生滑塌，向盆地中心方向滑動形成的，并在此基礎(chǔ)上劃分出3個形成階段。