董曉朋，呂洪波，張星，張海春，王俊，張素菁

1)中國石油大學(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)國家重點實驗室, 南京，210008; 3)中國科學(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：前人對軟沉積物變形期次研究多數(shù)集中于觸發(fā)變形的地震事件的周期，而對滑塌體內(nèi)部軟沉積物變形期次研究較少。山東靈山島早白堊世復(fù)理石形成于殘余盆地背景，且由于地震頻發(fā)導(dǎo)致滑塌沉積廣泛發(fā)育?；练e層中發(fā)育有豐富的軟沉積物變形構(gòu)造，如：同沉積滑塌褶皺、底模構(gòu)造、剖面X形共軛逆斷層、同沉積布丁構(gòu)造、砂巖層斷塊及變形團(tuán)塊、微型地壘—地塹組合和疊瓦狀倒轉(zhuǎn)緊閉褶皺等。不同類型和不同部位的軟沉積物變形構(gòu)造顯示出發(fā)育期次不同的特征。本文以靈山島修船廠附近滑塌沉積層為例，分析軟沉積物變形構(gòu)造的變形機制，并將其發(fā)育期次大致分為滑塌前、滑塌中和滑塌后三個階段。只有部分滑塌中的軟沉積物變形構(gòu)造具有滑塌指向意義，而滑塌前的變形構(gòu)造不能用來判別滑塌體的搬運方向。

靈山島位于山東省青島市南邊的靈山灣中，距最近的陸地----大珠山大約10km。行政上屬于青島市黃島區(qū)。雖然島嶼面積僅7.66 km2，最高點海拔卻達(dá)到了513.6m(圖1)(呂洪波等，2011)。

靈山島位于蘇魯造山帶內(nèi)(蔡乾忠，2005；張岳橋，2007)，發(fā)育有早白堊世海相復(fù)理石，背景屬于殘余盆地，這表明直至早白堊世揚子板塊與華北板塊的碰撞仍未最終完成(呂洪波等，2011)。這種認(rèn)識與前人所述揚子板塊與華北板塊碰撞于三疊紀(jì)(索書田等，2000；周建波等，2001；Zheng Yongfei et al., 2002, 2003；蔡乾忠，2005；Zhu Guang et al., 2009)的觀點并不一致。靈山島上的地層并非前人所述的兩套地層(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，2000)，而是復(fù)雜得多，其中最下部出露的復(fù)理石已經(jīng)被命名為靈山島組(張海春等，2013)。

1 修船廠剖面滑塌褶皺層的基本特征

靈山島修船廠海岸復(fù)理石剖面出露長約200 m，高十多米，主體為一滑塌褶皺層，內(nèi)部發(fā)育有大量軟沉積物變形構(gòu)造(圖2)。從照片(圖2)中可以識別出滑塌褶皺層A、B層和其下未發(fā)生明顯變形的C層。A層是厚層細(xì)砂到粉砂的粒序?qū)永砩皫r，構(gòu)成平臥滑塌褶皺的骨架。B層是砂泥交互層，受A層骨架變形的限制和更前方巖層阻擋形成復(fù)雜多變的軟沉積物變形構(gòu)造，填充于厚砂層褶皺后形成的"剩余"空間內(nèi)。C層是滑塌褶皺層之下典型的濁積巖，以發(fā)育超過100 cm厚的細(xì)砂—泥的粒序?qū)永頌樘卣?圖版Ⅰ-1)，其頂部的厚層黑色泥質(zhì)和粉砂質(zhì)沉積物為A、B滑塌層提供了滑動剪切的基底。C層濁積巖粒序?qū)拥闹猩喜窟€包裹有一些泥巖碎片和大小不一的砂團(tuán)(圖版Ⅰ-1)。

圖1 山東靈山島附近地質(zhì)簡圖(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)Fig. 1 A sketch map showing the geologic framework of Lingshan Island, Shandong, and the vicinity area ( Modified after No. 4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province, 2000 and Hongbo et al., 2011 )

圖 2 靈山島碼頭南部修船廠剖面露頭(呂洪波攝，2012，靈山島衛(wèi)星圖片據(jù)GoogleEarth，有改動)Fig. 2 An outcrop showing the Early Cretaceous slump deposits in the west coast of Lingshan Island (Photo by Hongbo, source of satellite image of Lingshan Island: Google Earth)

圖版Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-5和Ⅰ-7所展示沉積構(gòu)造發(fā)育的位置見圖2。圖版Ⅰ-4、Ⅰ-6和Ⅰ-8的位置在圖2所示剖面以北水平距離幾十米范圍內(nèi)，均屬于同一滑塌褶皺層。

2 不同期次軟沉積物變形特征

2.1 滑塌前變形----底模構(gòu)造

在滑塌事件發(fā)生之前發(fā)生的軟沉積物變形主要受控于濁流的沉積作用，如砂巖底面的底模構(gòu)造和濁積巖中包裹的砂泥巖碎片等。

滑塌褶皺層中的厚層粒序?qū)永砩皫r底面上發(fā)育有溝模、槽模和荷重模等(圖版Ⅰ-6)。溝模長30～40cm，寬3～5cm，高2cm左右，延伸較穩(wěn)定，無明顯尖滅。槽模長10cm左右，寬3～5cm，高1cm左右，大小較均一。荷重模的形態(tài)不規(guī)則，呈瘤狀，高1cm左右。這些底模構(gòu)造在后來的滑塌褶皺過程中被同沉積小斷裂所切斷(圖版Ⅰ-6)，整層粒序?qū)由皫r也隨滑塌堆積褶皺。

2.2 滑塌中變形

因為該露頭主要是滑塌褶皺層，因此層內(nèi)發(fā)育很多滑塌過程中形成的軟沉積物變形構(gòu)造。如：

2.2.1剖面X形共軛逆斷層

圖3 靈山島同沉積剖面X形共軛逆斷層受力分析Fig. 3 Stress analysis of synsedimentary X-type congjugate thrust faults in the cross section in Lingshan Island(a) 靈山島野外露頭發(fā)現(xiàn)的X形共軛逆斷層素描(據(jù)圖版Ⅰ-2簡化，有改動)(b) 共軛逆斷層形成之初受力狀態(tài)分析(據(jù)Davis et al., 2011291，有改動)(a) A sketch showing the synsedimentary X-conjugate thrust faults in the Early Cretaceous flysch in Lingshan Island (Modified after Ⅰ-2); (b) stress state of conjugate thrust faults (Modified after Davis et al., 2011291)

圖4 靈山島小型疊瓦狀倒轉(zhuǎn)褶皺應(yīng)變分析 [(a)和(b)據(jù)Davis et al., 201178～84，有改動]Fig. 4 Strain analysis of small imbricate reverse folds in Lingshan Island [(a) and (b) modified after Davis et al., 201178～84](a) 純剪切變形；(b) 簡單剪切變形；(c) 靈山島疊瓦狀倒轉(zhuǎn)緊閉褶皺素描圖(褶皺發(fā)生共軸遞進(jìn)變形和非共軸遞進(jìn)變形)(據(jù)圖版Ⅰ-3簡化，有改動)(a) pure shear; (b) simple shear; (c) a sketch showing imbricate reverse folds in Lingshan Island (Modified after Plate Ⅰ-2)

圖版Ⅰ-2所示為一個由剖面X形共軛剪面發(fā)展的微型逆斷層和箱狀褶皺組合(圖3a)。箱狀褶皺的翼部被錯斷，并被擠入褶皺內(nèi)部。共軛剪面已被改造，原始形態(tài)模糊，僅能根據(jù)錯開的薄砂層等判別其痕跡。褶皺高約50cm，砂巖層厚約10cm，兩個轉(zhuǎn)折端之間的巖層水平。薄層砂巖層被周圍泥質(zhì)包裹，其上部包裹有變形的泥巖碎片，長度不一。箱狀褶皺下方，各種褶皺變形嚴(yán)重，傾向不同，甚至發(fā)生旋轉(zhuǎn)形成"砂團(tuán)"。這套構(gòu)造顯然是整個滑塌體在運動到停止過程中由于前方受阻不動而后方滑塌體繼續(xù)向前運動造成的水平擠壓的結(jié)果。

2.2.2同沉積布丁構(gòu)造

2）鏟除菌源。蘋果落葉后至萌芽前，要徹底、細(xì)致地剪除病梢，春季復(fù)剪時再仔細(xì)搜索，剪除病梢，予以深埋，以減少越冬菌源。蘋果樹芽萌動后及時剪除初次侵染的病梢，帶出果園銷毀或深埋，以減少再侵染病菌源。

典型的布丁構(gòu)造常見于不同強度巖層互層的變形巖層中，是平行于巖層的伸展作用和垂直于巖層的壓扁作用共同作用的結(jié)果，一般發(fā)育在變質(zhì)巖中(Fossen, 2010272～275; Davis et al., 2011510～511)。呂洪波等(2006, 2011)將軟沉積物變形中的布丁構(gòu)造稱為同沉積布丁構(gòu)造，是沉積物沉積后到固結(jié)成巖前的變形產(chǎn)物。圖版Ⅰ-4及圖5-A中砂巖層均發(fā)育同沉積布丁構(gòu)造。

2.2.3同沉積平臥褶皺

圖版Ⅰ-5所示為一平臥頂厚褶皺。相對硬的砂巖層厚度未明顯變化，而塑性泥巖層向褶皺樞紐處匯聚使得核部地層加厚。同沉積褶皺翼部的砂巖層局部發(fā)育同沉積布丁構(gòu)造(圖5a，圖6)。

圖5 靈山島同沉積布丁構(gòu)造應(yīng)變分析Fig. 5 Strain analysis of synsedimentary boudinages in Lingshan Island(a) 靈山島同沉積布丁構(gòu)造素描圖(據(jù)圖版Ⅰ-4)；(b)和(c) 地層形成布丁構(gòu)造時受力狀態(tài)，且布丁塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)(a) A sketch showing synsedimentary boundinage in Lingshan Island (after Plate Ⅰ-4); (b) and (c) stress analysis of boudinages[(b) unrotated; (c) rotated]

圖6 靈山島疊瓦狀布丁構(gòu)造素描圖(據(jù)圖版Ⅰ-5簡化，有改動)Fig. 6 A sketch showing the imbricate boudinages deformed by successive folding in Lingshan Island (Modified after Plate Ⅰ-5)

2.2.4砂巖層斷塊及變形團(tuán)塊

圖版Ⅰ-7所示為砂巖層被拉斷后的不同形態(tài)。泥質(zhì)含量高，砂巖層斷塊均被泥質(zhì)包裹且變形嚴(yán)重。該剖面中砂巖層斷塊在巖層底面和剖面上均有出露。從巖層底面上看，砂巖層斷塊呈團(tuán)塊狀或長柱狀。從剖面上看，砂團(tuán)多呈透鏡狀，排列散亂，還有部分砂巖層斷塊尚未完全斷開，延伸較穩(wěn)定。

2.3 滑塌后變形----微型地壘、地塹組合

滑塌后變形主要指滑塌褶皺層不再向前搬運的情況下，滑塌體因重力作用而繼續(xù)發(fā)生的變形作用。微型地塹—地壘組合就是典型的例子。

在重力作用下，軟沉積層發(fā)生水平伸展作用，形成一系列被微型共軛正斷層隔斷的塊體，構(gòu)成微型地壘—地塹組合。在大尺度的盆地構(gòu)造中，可以發(fā)育一系列大致呈對稱的地壘和地塹構(gòu)造(陸克政，1996162)，其應(yīng)力狀態(tài)是相似的(如圖7所示)：每一組傾向相反的正斷層發(fā)育程度基本一致，且在室內(nèi)實驗中所得其平均傾角為60°(Davis et al., 2011323)。圖版Ⅰ-8中所示薄砂層厚2～4cm，發(fā)育了一系列微地壘和微地塹結(jié)構(gòu)，共軛正斷層平均傾角為57°。

3 討論：不同期次典型軟沉積物變形構(gòu)造形成機制

不同期次的軟沉積物變形構(gòu)造具有不同的特征及變形機制。而對變形機制的分析，可反映其受力變化和變形過程。

3.1 滑塌前變形----底模構(gòu)造及濁積巖中包裹的砂泥巖碎片

滑塌層下伏厚層濁積巖未發(fā)生褶皺變形(圖版Ⅰ-1)，顯然先于滑塌層堆積。由于并未受滑塌作用影響，因此其內(nèi)部的某些指向構(gòu)造(如：槽模、溝模等)可以用來恢復(fù)濁流的古流向?；薨檶又邪瑯影l(fā)育粒序?qū)永淼纳皫r(圖版Ⅰ-2、Ⅰ-5)，只不過隨著滑塌而再次搬運并發(fā)生了滑塌褶皺而已。其包裹的砂泥巖碎片不僅在隨濁流搬運和沉積過程中發(fā)生變形，在滑塌中和滑塌后堆積過程中亦隨滑塌層變形。

底模構(gòu)造是濁流沉積中的典型構(gòu)造，有些能夠指示濁流搬運方向(Boggs, 200699; Nichols, 200965)。這些粒序?qū)永砩皫r層在尚處于成巖過程之中就被更大地震引發(fā)的滑塌所再次搬運并在更深的堆積區(qū)褶皺堆積，因此保留了原來的底模構(gòu)造。由于槽模和溝模所在的砂巖層已隨滑塌層一起發(fā)生長距離的位移和褶皺，且無法判斷在此過程中巖層到底旋轉(zhuǎn)了多少，故保留在這類砂層中的滑塌前沉積構(gòu)造(如：槽模、溝模等)不能用來判別濁流的搬運方向。

3.2 滑塌中變形

3.2.1 剖面X形共軛逆斷層

沉積層從滑塌開始到逐漸停止運動的過程中受到水平剪切和擠壓而先形成倒轉(zhuǎn)褶皺(圖2中層A)，并在大型滑塌褶皺內(nèi)部形成小型箱狀褶皺及兩組剖面X剪節(jié)理，進(jìn)而形成X形共軛逆斷層。箱狀褶皺和逆斷層發(fā)育在圖2中B、C層之間的基底剪切面(basal shear surface)之上，厚度1m左右，變形強烈且復(fù)雜?；准羟忻嫱c軟弱夾層有關(guān)(Martinez et al., 2005)，故本層中厚泥質(zhì)沉積物成為滑塌體搬運過程中的基底剪切面之一。

巖層滑塌時前方受阻而后方因慣性而繼續(xù)向前滑動，在局部形成順層擠壓力(即σ1)。在同時受到的重力(即σ3)共同作用下，形成箱形褶皺。如果順層擠壓力持續(xù)作用，則發(fā)育共軛X剪節(jié)理，甚至沿節(jié)理面形成逆斷層(如圖3a中虛線所示)。節(jié)理面剛發(fā)育時平直，但由于該層塑性強，滑塌停止后重力作用使得共軛剪面發(fā)生彎曲和旋轉(zhuǎn)(此時局部應(yīng)力場已經(jīng)改變，垂直方向改為σ1)，褶皺形態(tài)也進(jìn)一步被改造(圖3a，圖版Ⅰ-2)。

3.2.2 小型疊瓦狀倒轉(zhuǎn)緊閉褶皺

滑塌堆積過程中，由于前方厚砂層褶皺阻擋而使其下的泥質(zhì)沉積物向應(yīng)力低的空間逃逸，帶動了夾在中間的薄層粉砂層發(fā)生微型緊閉褶皺(圖版Ⅰ-3)。該褶皺的形成主要經(jīng)歷了純剪(圖4a)和單剪(圖4b)過程并同時伴隨軟泥逃逸事件，其褶皺軸面傾向于滑塌體前方(圖4c)。這種小型疊瓦狀褶皺發(fā)育于大型滑塌褶皺內(nèi)部的局部，相對滑動方向與滑塌堆積體主體動向相反，因此不能用來代表主滑動方向。

3.2.3 同沉積布丁構(gòu)造

滑塌褶皺層的不同部位或不同變形階段形成的布丁構(gòu)造之特征與方向可能都不同，因此判別滑塌動向時一定要謹(jǐn)慎。舉例如下：

實例一：重力作用(σ1)和軟沉積物橫向塑性流動(σ3)使得巖層發(fā)育布同沉積丁構(gòu)造(圖5b)，而布丁砂層上下的相對位移使布丁塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)(圖5c)。B和C兩層與D層中大部分微斷裂傾向相反，即沉積層相對滑動方向相反(如圖5a中箭頭所示)。盡管整個滑塌層都是向前滑動的，但各層滑動速度的不同導(dǎo)致層間發(fā)生相對滑動，造成布丁塊體的旋轉(zhuǎn)方向不同(圖版Ⅰ-4)。這種同沉積布丁構(gòu)造和微斷裂不僅發(fā)育在滑塌褶皺層內(nèi)，還發(fā)育在延伸比較穩(wěn)定的砂巖層中。因此，利用同沉積布丁構(gòu)造判斷滑塌方向時一定要小心。某些局部的布丁構(gòu)造僅能指示局部相對滑動方向，而不能指示滑塌沉積的主體動向。

實例二：某些砂巖層底面保留有階梯狀同沉積小斷裂，將槽模、溝模和荷重模錯斷(圖版Ⅰ-6)。這實際上也是一種同沉積布丁構(gòu)造，表現(xiàn)為砂巖層底面的階梯狀小斷裂。砂巖層內(nèi)部的破裂面在成巖過程中完全消失，僅留下一個個陡坎記錄其曾經(jīng)斷開的歷史。同沉積布丁構(gòu)造還可能發(fā)育在滑塌褶皺軸部，是半塑性的砂層受重力擠壓而向兩側(cè)逃逸過程中形成的，此時切割布丁塊體的微斷裂的傾向與滑塌搬運的方向近垂直。

實例三：某些同沉積布丁構(gòu)造呈疊瓦狀疊置，微斷裂似乎具逆斷層性質(zhì)(圖版Ⅰ-5)。其實這是同沉積布丁構(gòu)造被局部擠壓作用改造的結(jié)果。前方滑塌體受阻而后續(xù)地層受慣性作用仍不斷向前滑塌形成局部擠壓(如圖6中箭頭所示)，使得泥質(zhì)向樞紐匯聚，并將布丁塊體帶向中間聚集，使其呈疊瓦狀排列。此時的布丁構(gòu)造實際上受到滑塌褶皺的改造，也不能用來指示滑塌體的搬運方向。

圖7 靈山島微型地壘地塹組合素描及受力分析(據(jù)圖版Ⅰ-8簡化，有改動)Fig. 7 A sketch showing the mini horsts and grabens as well as their stress analysis in Lingshan Island (Modified after Plate Ⅰ-8)

3.3 滑塌后變形----微型地塹地壘組合與剖面共軛X形剪節(jié)理

微地壘和微地塹結(jié)構(gòu)與同沉積布丁構(gòu)造的受力狀態(tài)基本一致(如圖7，圖5b)。砂層受重力作用(即σ1)發(fā)育一系列共軛正斷層。上覆和下伏泥質(zhì)沉積物的塑性流動使得正斷層的位移更明顯，從而形成一系列微地壘和微地塹結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為錯斷砂層的水平伸展(σ3)。這些微型地塹地壘組合是剖面X形共軛剪面造成的，共軛剪面發(fā)育程度一樣，傾向相反，反映了砂層上下已經(jīng)沒有相對位移，故應(yīng)視作滑塌后變形構(gòu)造，主要受其上方沉積體重力作用所致。

4 結(jié)論

靈山島早白堊世復(fù)理石中發(fā)育大量軟沉積物變形構(gòu)造，其中修船廠剖面出露一個厚度超過10m的滑塌褶皺層。根據(jù)露頭所展示的各種變形沉積構(gòu)造與滑塌事件的時間關(guān)系，作者等將軟沉積物變形構(gòu)造劃分成三大類：滑塌前構(gòu)造、滑塌中構(gòu)造和滑塌后構(gòu)造。

在滑塌體中所保留的滑塌前沉積構(gòu)造(如槽模和溝模等)不能用來指示滑動方向，只有滑塌中的部分變形構(gòu)造(如滑塌褶皺和同沉積布丁構(gòu)造等)可以用來揭示滑塌體的搬運方向，其他軟沉積物變形構(gòu)造只能指示局部相對動向。因此，利用不同階段和類型的軟沉積物變形構(gòu)造判別滑塌體的滑動方向時一定要慎重行事。

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： 第十二屆全國古地理學(xué)及沉積學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集. 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： 第十二屆全國古地理學(xué)及沉積學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集. 159～160.