青岛崂山海岸基岩海蚀作用特征

马文宽，李福来

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2.中国石油大学(华东)深层油气重点实验室，山东 青岛 266580)

崂山位于山东半岛南部，地处36°05′～36°20′N，120°23′～120°50′E之间[1-2]。崂山三面环海，常年受到海蚀作用影响，海蚀地貌特征显著。崂山属胶东低山丘陵的一部分，位于胶辽地盾南部[2]。

我国地质学者曾对崂山展开多方面的研究。20世纪80年代，桂训唐等(1989)研究了崂山晶洞碱性花岗岩的同位素地球化学特征，计算了部分岩石的年龄，并分析了晶洞碱性花岗岩18O和D贫化的原因[3]。20世纪90年代，韩宗珠等(1991)和赵广涛等(1997、1998)针对崂山花岗岩的地球化学特征及其成因开展了研究[4-6]。2000年以来，地质学者对崂山的研究更加广泛，徐兴永等(2005)和李乃胜等(2003)研究了崂山古冰川遗迹[1,7]，尹明泉等(2010)、王继科(2011)和李玉雯等(2015)研究了崂山地质灾害[8-10]，赵广涛等(2001)和孙建伟等(2014)研究了崂山地球化学特征[11-12]，郭良等(2007)和李乃胜等研究了崂山花岗岩地貌[2,7]。

海岸带是海陆空三方交汇的敏感地带，很容易受到自然环境和人为活动的影响[13-14]，对海岸带侵蚀作用的研究日益引起各国科学家的广泛关注。海蚀作用会诱发各种地质灾害(如海岸侵蚀和海岸崩塌等)，严重威胁海岸带地区人类的生活和生存环境，造成巨大的经济损失[13]。关于海蚀作用的研究对预防海岸带地质灾害具有重要的意义，但前人对于崂山地区海蚀作用的研究相对薄弱。本研究结合前人研究成果，根据手标本及岩石切片，确定崂山海岸基岩的岩石学特征，分析了岩石学及构造特征对海蚀作用的影响，并以石老人地区为例分析了海蚀地貌的特征，探讨了崂山地区的海蚀地貌分布特征及外部影响因素。

1 研究区概况与方法

胶东地区的岩浆活动从古生代到新生代十分频繁[15]，中生代主要经历两次构造事件，即印支运动和燕山运动[16]。印支运动的特征表现为扬子板块俯冲于华北板块之下，形成苏鲁高压-超高压变质带、同造山花岗岩以及后造山高碱正长岩，为郯庐断裂带的强烈左行平移[16-17]。燕山运动开启后，由于古太平洋板块N向或NNW向的运动，华南板块斜向俯冲于华北板块之下，在研究区表现为胶北地体和胶南地体的剪切碰撞造山[2,5]，形成强烈的NE向断裂。幔源热液或中基性岩浆沿断裂带上升诱发底侵作用，使地壳变质岩部分熔融[5,15]。该时期主要经历了两次岩浆活动，分别形成了挤压环境下的I型花岗岩早期分异产物(石英二长岩和黑云二长岩)和弧后拉伸环境下的I型花岗岩晚期分异产物(正长花岗岩)以及碱性花岗岩[5-6](图1)。这样的花岗岩复合关系，与澳大利亚拉克伦褶皱带的碱性花岗岩[18]以及天津蓟县盘山的I-A型复合花岗岩[19]具有相似的特征。燕山运动奠定了崂山地区现今的构造格局、地貌形态以及海岸轮廓特征[9]。崂山形成时并没有出露地表，在新构造运动时期表现为缓慢抬升剥蚀状态，上覆岩石被侵蚀剥落露出了崂山岩体[2,9]。受第四纪冰川作用影响，崂山地区发育典型的古冰川侵蚀和堆积地貌，古冰川侵蚀地貌包括角峰、古冰斗及冰臼等，古冰川堆积地貌包括冰碛丘陵、侧碛堤及冰碛扇等[1,7,20]。

图1 崂山地层、海蚀地貌及采样站位分布Fig.1 Distribution of strata, marine erosion geomorphologies and sampling stations in Laoshan area

崂山地区属温暖季风气候，同时又受到明显的海洋调节作用，表现为冬无严寒夏无酷暑，温暖湿润，降雨充沛的气候特征[2,9]。崂山地区年平均气温为12.1℃，最低温度出现在1月，为-6.4℃。年平均降雨量为849.9 mm，多集中于6—8月，占全年降雨量的58%[9]。充沛的降水形成了以崂山山脉为分水岭的放射状河流体系，这些河流对崂山地表形态的改造十分显著。河流作用对崂山岩体产生面状侵蚀和线状侵蚀[9]，破坏岩石稳定性。

本研究采用野外踏勘取样、实地测量以及薄片鉴定分析等方法，研究路线以石老人(采样站位为SL001、SL002、SL003和SL006，下同)地区为起点，经沙子口、流清河(LQ002)、太清宫、返岭、华岩寺(HY001、HY002)等地区，以仰口(YK001)地区为终点。通过野外踏勘和室内镜下薄片分析研究区内的岩石学特征和构造特征，以及它们对海蚀作用的影响。结合野外资料和卫星图片资料，绘制了研究路线中的海蚀地貌分布图(图1)。

2 结果与讨论

2.1 岩石学特征

赵广涛等及王世进等(2010)已经对崂山地区的岩性进行了研究[5,21]。本研究针对崂山海岸区域的基岩进行研究，并选取8块典型样品进行镜下薄片分析。经薄片及手标本鉴定：SL001、SL003为流纹岩，SL002、HY001为闪长玢岩，SL006、YK001为石英石岩，LQ002为碱长花岗岩，HY002为细晶岩，其镜下特征可见图2。

SL001和SL003流纹岩样品取自石老人海蚀柱西侧海岸。样品SL001铁质侵染极为严重，在镜下只能看到红色铁质侵染和细小的矿物颗粒，结合手标本特征，推测其为流纹岩。样品SL003中主要矿物为云母(35%，镜下面积占比，下同)、石英(25%)和长石(10%)，还有少量的隐晶质，其中云母多为次生成因。此外，在镜下还可见大量的不透明矿物(约20%)，无特定形态，矿物颗粒粒径多不超过50 mm，推断其为磁铁矿。

图2 崂山基岩镜下图Fig.2 Microscope photographs of Laoshan bedrocka.HY001闪长玢岩，正交光，40×；b.SL006石英石岩，正交光，100×；c.LQ002碱长花岗岩，正交光，100×；d.HY002细晶岩，正交光，40×。

SL002和HY001闪长玢岩样品，分别取自石老人地区和华严寺地区。SL002为似斑状结构，斑晶约为30%，其中长石约为20%，云母约为5%，还有少量的角闪石和不透明矿物。长石多为斜长石，可见聚片双晶，粒径为0.9～1.3 mm，最大可至1.6 mm。长石蚀变比较严重，基本难以看到完整的晶型，呈港湾状；云母粒径约0.4 mm，晶型多呈破碎状；不透明矿物推测为磁铁矿。基质约为70%，其中包括石英(45%)、长石(20%)、云母(6%)、角闪石(2%)、磁铁矿(2%)。HY001为斑状-似斑状结构，斑晶约为30%，其中长石约为25%(斜长石为20%，钾长石为5%)，可见聚片双晶，长石颗粒蚀变极为严重，可见长石颗粒的绢云母化。此外还有少量的磁铁矿，粒径约为0.4 mm，多为菱形粒状。基质约为70%，其中包括石英(30%)、长石(15%)、隐晶质(20%)，还有少量的磁铁矿(图2a)。

SL006和YK001石英石岩样品，分别取自于石老人地区和仰口地区。SL006中石英含量高达90%以上，含有少量云母，可见大量的放射状氟石，粒径为0.8～1.2 mm，局部可见皂石集合体，呈放射状或板状，干涉色较为醒目(图2b)。YK001中石英含量约为90%，半自形-他形粒状，还有少量长石、辉石和云母，不透明矿物约为2%，推测为磁铁矿。

LQ002碱长花岗岩样品取自流清河地区，石英约为45%，粒径为0.5～1.2 mm；长石约为52%，其中大部分为条纹长石(约为45%)，有少量的钾长石和斜长石，长石粒径为1.2～2.4 mm；可见石英和长石的文象结构(图2c)。此外还有少量的云母和不透明矿物。HY002细晶岩样品取自于华严寺地区，该岩体被HY001闪长玢岩体穿插切割，表明其形成时代早于闪长玢岩体。镜下可见两种粒径石英，一种粒径为0.20～0.35 mm，一种粒径均小于0.10 mm(图2d)，这种现象可能是由于岩浆脉冲作用形成。

基于镜下薄片鉴定结果，研究区采集样品的岩性与前人研究结果[5-6,16]基本一致。SL001、SL002、SL003、SL006采样点在白垩系青山群火山岩区域内(图1)，根据薄片岩性鉴定，SL001和SL003为流纹岩，SL002和SL006分别为闪长玢岩和石英石岩，与前人对白垩系青山群火山岩的研究结果一致[16]。LQ002、HY001、HY002、YK001采样点在碱性花岗岩区域内(图1)，根据镜下薄片鉴定，LQ002为碱长花岗岩，与前人研究结果一致[5-6]；HY001为闪长玢岩岩脉穿插HY002细晶岩，并非研究区主体岩性，HY002细晶岩和YK001石英石岩的石英含量超过90%，这与崂山花岗岩向富硅、低铝、低镁方向的演化特征一致[5]。

2.2 岩石学特征对海蚀作用的影响

不同的岩性特征具有不同的岩石物理性质，因此在相同的海蚀条件下它们的抗海蚀能力也各不相同。崂山地区以岩浆岩为主，约占总面积的90%[9]，这些岩石普遍较为致密，抗侵蚀能力较强。但这些岩浆岩在矿物组成、结构构造以及成岩后作用存在差异，因此表现出不同的抗海蚀能力。例如图3a中展示的华严寺地区辉绿岩切割细晶岩现象，明显可以看出辉绿岩的海蚀特征要强于细晶岩，即辉绿岩的抗海蚀能力弱于细晶岩。而图3b展示的是华严寺地区3种岩性在同样的外力条件下的海蚀特征，通过它们的受侵蚀程度，可以判断出辉绿岩的抗海蚀能力弱于闪长玢岩和细晶岩。

石老人海蚀柱岩性为白垩系青山群火山岩(安山岩)[22]，而海蚀崖以流纹岩为主，具有闪长玢岩捕掳体。流纹岩受到强烈化学风化作用，可见黄褐色的褐铁矿条带以及松散的白色硅质物质(图3c)，岩石较为松散，极易受到海水侵蚀作用的影响。因此，也就可以解释海蚀崖后退，而石老人海蚀柱屹立不倒的现象。

图3 不同岩性的海蚀特征Fig.3 Marine erosion characteristics of different lithologya.辉绿岩和细晶岩海蚀作用差异，b.辉绿岩、闪长玢岩和细晶岩海蚀作用差异，c.流纹岩的风化特征。

图4 崂山基岩镜下蚀变图Fig.4 Microscope photographs of Laoshan bedrock alterationa.溶蚀的长石颗粒，HY001，正交光，40×；b.破碎的云母颗粒，LQ002，正交光，40×；c.磁铁矿析出，SL003，单偏光，40×；d.石英次生加大，YK001，正交光，100×。

除了岩石的物理性质会影响海蚀作用，化学风化也会对海蚀作用产生重要影响。崂山基岩的化学风化主要表现为长石、黑云母、角闪石及辉石等矿物的一系列化学蚀变。从图4a可以看到长石边界溶蚀，呈港湾状，而且长石表面附着有大量黏土矿物和细小的绢云母颗粒。图4b中的云母颗粒，颗粒边缘破碎，无法确定云母的原本形态，而且可以看到云母颗粒中析出的磁铁矿。样品SL003可见大量的不透明矿物析出，推测其为磁铁矿(图4c)。此外，还可以观察到石英次生加大现象(图4d)，在石英颗粒的边缘可以看到明亮干净的石英次生加大边。这些矿物的蚀变改变了岩石的内部结构，使岩石的胶结性变差，更容易受到外力作用的影响，与物理因素联合作用，加快了海岸侵蚀。

研究区岩石类型以碱性花岗岩为主，并有少量白垩系青山群火山岩、白垩系莱阳群砂岩、黑云二长花岗岩和石英二长岩出露(图1)。碱性花岗岩大量发育在崂山地区的南部和东部区域。白垩系青山群火山岩主要发育在石老人地区，以流纹岩为主，流纹岩中有闪长玢岩捕掳体，并且有安山岩的侵入体。白垩系莱阳群砂岩主要发育在上清宫以东区域，为中粗粒的长石砂岩和砾岩，厚度为1 162 m[9]。黑云二长岩主要发育在石老人以西地区。石英二长岩主要发育在返岭地区。根据海岸线的外凸程度，可以大概判断各种岩性的抗海蚀能力。石老人流纹岩区域的海岸相对碱性花岗岩区域较为凸出，上清宫以东的莱阳群砂岩区域海岸相对碱性花岗岩区域显著凸出，石老人以西黑云二长岩区域海岸相对于碱性花岗岩内凹，返岭石英二长岩区域海岸相对于碱性花岗岩较为凸出(图1)。因此，可以推断出：黑云二长岩的抗海蚀能力弱于碱性花岗岩，石英二长岩和流纹岩的抗海蚀能力稍强于碱性花岗岩，而莱阳群砂岩的抗海蚀能力显著强于碱性花岗岩。

2.3 构造特征及其对海蚀作用的影响

研究区内褶皱构造不发育，断裂构造较为发育。断裂构造会破坏岩石稳定性，对于海蚀作用具有重要的影响。断裂构造分别以节理和断层两方面进行论述。

研究区内普遍发育节理构造，在断裂和岩脉侵入两侧尤为发育。节理走向受构造线控制，以NE、NNE和NW—NNW向为主[9]，NE向和NEE向节理通常与NW—NNW向节理构成X共轭剪节理。崂山海岸地区发育的节理特征如图5所示，大部分岩石都发育有3组节理，其中NE向和NNE向节理连贯性更好。这些节理会严重破坏岩石的稳定性，使岩石更容易受到海蚀作用的影响，促进了海蚀作用的进行。

崂山地区的断裂以NE向断裂为主。同时区内还发育NWW向的基底性断裂构造，其时代早于NE向断裂，且经过了多期构造活动[9]。在断层发育地区，涨潮时海水可以接触的部位，可以看到明显区别于上下盘的海岸侵蚀特征(图6)。相比较两盘岩石，断层破裂带中的岩石胶结性较差，在海水的冲蚀下更容易破碎，破碎的岩石被海浪带走。因此，在断层破碎带下部海浪可以接触的部位，形成凹槽(图6a、c)；而对于断距较小的断层，在海浪的作用下会沿断层形成V字形的凹槽(图6b)。

此外，海岸线与区域构造线的关系也会影响海蚀地貌的发育特征。横海岸(海岸线与区域构造线方向垂直)的抗蚀退能力比较弱，岸线曲折，湾岬相间；纵海岸(海岸线与区域构造线方向平行)的抗蚀退能力比较强，多形成平直海岸；斜海岸(海岸线与区域构造线方向斜交)多形成锯齿状或狼牙状岸线[23]。崂山地区的横海岸、纵海岸和斜海岸均有发育，但以斜海岸为主，海岸线较为曲折。

2.4 崂山海蚀地貌分布特征

崂山三面环海，东部和南部濒临黄海，西侧为胶州湾，常年受到海浪侵蚀影响，因此形成了众多典型的海蚀地貌，包括海蚀崖、海蚀槽、海蚀穴、海蚀柱、海蚀平台及砾石海滩等。崂山地区海岸的凹岸多发育沙滩，如石老人、流清河和仰口等地区，而凸岸的海蚀作用相对强烈，发育海蚀崖、海蚀柱等海蚀地貌(图1)。

海蚀崖在研究路线中普遍发育，尤其是在石老人地区以及太清宫地区较为发育，岩性分别为白垩系青山群火山岩和白垩系莱阳群砂岩，它们的抗海蚀能力相对较强。在仰口地区也发育海蚀崖，但这些海蚀崖的形成主要受到人为因素的影响。

图5 崂山地区节理特征Fig.5 Characteristics of joint in Laoshan areaa.崂山花岗岩节理玫瑰花图，据文献[7]绘制；b.华严寺地区发育的节理；c.石老人地区发育的节理。

图6 崂山地区断层对海蚀作用的影响Fig.6 Effect of faults on marine erosion in Laoshan areaa.石老人地区断层1，b.仰口地区断层，c.石老人地区断层2。

砾石海滩在研究路线中也普遍发育，尤其在石老人、太清宫以及返岭地区较为发育，其岩性分别为白垩系青山群火山岩、白垩系莱阳群砂岩和石英二长岩，它们的抗海蚀能力相对较强。砾石海滩一般发育在海蚀崖前的海蚀平台上，在海蚀崖后退过程中由上方崩落的岩石破碎形成。砾石海滩和海蚀崖发育区域的岩石学特征表明，它们在抗海蚀能力较强的区域内更为发育。

沙滩发育在崂山海岸的凹岸区域，在石老人、流清河以及仰口等地区尤为发育，这些区域水动力相对较弱，粒度较细的沙在此聚集堆积。在基岩海岸区域，海岸线内凹区域也普遍发育有小段沙滩。

崂山地区南岸经济发展相对较快，多为居住区和商业区，修筑有大量的人工海岸。这些人工设施的目的是为了保护海岸，抑制海岸后退。而在崂山地区东侧海岸，虽然也有大量的人工设施，但多用于水产养殖，其修建的饲养池虽然也有抵御海蚀作用的效果，但他们在修建饲养池过程中，也对原本的海岸产生了巨大的破坏。

2.5 石老人地区海蚀地貌特征

石老人地区发育了特征显著的海蚀地貌，包括海蚀崖、海蚀柱、海蚀槽、海蚀平台以及砾石海滩等(图7a)。

石老人地区的海蚀崖特征显著(图7b)，崖高约19.6 m，崖面陡直。崖脚处发育海蚀槽，由于携带着岩石碎屑和砂砾的海浪持续冲刷，海蚀槽不断向里伸进，使上部岩石悬空，随着海蚀槽的不断扩大，悬空岩石最终崩落坍塌，堆积在崖前。石老人海蚀崖崖前堆积有大块崩落的岩石(图7a、b)，这些岩石会在海浪的冲蚀作用下逐渐破碎，并成小砾石堆积在崖前的平台上，形成砾石海滩。悬空岩石崩落后会形成新的海蚀崖，同时崖脚处的海蚀槽继续发育，如此往复，海蚀崖会不断后退，同时在崖前形成一个平台，即为海蚀平台。海蚀平台一般位于平均海平面附近，因此可以根据海蚀平台的高度判断海蚀崖后退过程中的海平面变化。

石老人海蚀柱到岸边距离约80 m，高约17.1 m，底部与岸边岩体紧密相连，为一个地质整体。石老人海蚀柱及海蚀崖原为午山西南山麓，山麓剥蚀面逐渐发育为剥蚀台地(图7a)。在8.0 ka BP，海平面迅速上升到现今海平面附近，在6.0 ka BP，海平面上升到最高位置[22,24]，这一点可以根据石老人海蚀柱上的海蚀洞进行确定(图7c)。海平面在3.5 ka BP降到0 m上下，并一直处于波动变化的状态中[24]。在8.0～3.5 ka BP的这段时期内，原本的海岸持续受到海浪侵蚀作用，海蚀崖不断地后退。根据将今论古方法，地质历史时期的海蚀崖后退机制与现今一致。石老人海蚀柱可能是侵入流纹岩岩体中的侵入体，其岩性为安山岩，比周围的流纹岩更致密。因此在海蚀崖后退过程中，性质坚硬的安山岩侵入体保留下来，并独立于海蚀崖孤立存在，形成了海蚀柱。

图7 石老人地区海蚀地貌特征Fig. 7 Characteristics of marine erosion physiognomies in Shilaoren area a.石老人发育的各种海蚀地貌，b.海蚀崖，c.石老人海蚀柱

海平面的下降过程也留下了相关的证据，二级海蚀平台记录了海蚀崖后退时的海平面，其明显高于现在发育的海蚀平台(高度差约为1.2 m)，表明其形成时期(约5.0～3.5 ka BP)的海平面在1.2 m左右。

2.6 影响海蚀作用的外部因素

崂山地区发育有各种各样的海蚀地貌，其受到的海蚀作用与岩石学和构造特征有关，但同时也受到各种外部因素的影响，这些因素包括海浪作用、气温条件、盐类结晶以及生物作用。

在基岩与海平面接触部位，拍岸浪具有长期作用。当拍岸浪冲击基岩时，海水和空气强行挤入岩石裂隙，造成压力正异常，海水退去时，又形成强大的负压，再加上海水携带的沙砾对岩石的磨蚀，长期反复作用导致岩石破碎。而风暴潮可以在短时间内造成剧烈的海岸侵蚀作用。在1898—1997年的100 a时间内，影响青岛的台风共有130个，其中有7次造成了风暴潮灾害[25]。

气温对基岩的破坏主要体现在岩石热胀冷缩和冰劈作用两个方面。白天温度升高，岩石导热性较差，因此岩石内外产生温度差，导致岩石内外膨胀率差异，生成与岩石表面大致平行的微裂纹。夜间温度较低，岩石表面迅速散热体积收缩，而岩石内部仍处于膨胀状态，形成了与岩石表面垂直的微裂纹。长期作用影响下，裂纹不断扩大增多，岩石表面层层剥落，导致岩石的崩解破碎。崂山地区冬季温度低于0℃，结冰期大概在12月底开始[26]。岩石裂隙中的水在温度降至冰点以下时结冰，体积增大，使岩石裂隙增大；当温度上升至冰点以上时，裂隙中的冰融化成水，渗入到新形成的裂隙中。如此往复，裂隙不断增大增多，最终使岩石崩解破碎。

基岩的裂缝和孔隙中往往存在高盐度的水溶液，白天气温升高，水分蒸发，盐分过饱和从溶液中结晶析出，体积膨胀使缝隙增大；夜晚气温降低，盐分从大气中吸收水分潮解下渗，同时盐溶液又溶解了新裂隙中的盐分，然后白天水分蒸发再发生结晶作用，缝隙增大。如此反复长期进行，最终导致岩石缝隙不断扩大，最终造成岩体崩解[26-27]。

崂山基岩海岸地带植物生长茂盛，其根茎生长于基岩缝隙之中，产生根劈作用，使岩石裂隙不断扩大，最终造成基岩的破裂崩解。另外，一些粘附在岩石表面的水生生物，其分泌的粘液可能对岩石具有腐蚀作用，破坏岩石的结构，降低了岩石的强度，使其在海浪作用下更容易破碎。

旅游业在崂山地区的经济发展中占据重要的地位，而地质灾害制约了其旅游业的发展。因此，对崂山地区地质灾害的研究和防治，对旅游业的发展具有重要的意义。而海蚀作用引起的地质灾害在崂山海岸区域占有相当大的比重，因此针对其海岸带海蚀作用的研究十分必要。基于海蚀作用的研究、防治崂山海岸带的地质灾害、合理开发崂山海岸地区是实现可持续发展的必然要求。

3 结论

(1)采集样品的岩性与前人的研究成果基本一致，辉绿岩的抗海蚀能力弱于闪长玢岩和细晶岩，石老人地区主要发育流纹岩，石老人海蚀柱为安山岩侵入体，在海蚀崖后退过程中保留下来。

(2)研究区内白垩系莱阳群砂岩的抗海蚀能力最强，其次为白垩系青山群火山岩和石英二长岩，再次为碱性花岗岩，黑云二长岩最弱。

(3)崂山地区主要发育NE向断裂构造，这些断裂构造会破坏岩石稳定性，使岩石更容易受到海蚀作用的影响。崂山海岸线与构造线斜交，主要发育斜海岸，岸线较为曲折。

(4)崂山海岸带的凹岸多发育沙滩，凸岸发育海蚀崖和砾石海滩等海蚀地貌，这些海蚀地貌主要受到海浪作用、气温条件、盐类结晶以及生物作用等外部因素影响。