胶东乳山盆地下白垩统止凤庄组震积构造特征

袁 玥,蔡鹏程,李夔州,韦阿娟,叶 涛,谭秀成,王兴志

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459；3.西南石油大学 资源与环境学院，成都 610510)

震积岩的研究始于20世纪50～60年代，B.C.Heezen等[1]于1952年报道了加拿大Grand Bank地震与所引起的海底沉积物变形和位移。A.Seilacher[2]首次把未固结的水下沉积物在地震作用下发生再沉积所形成的沉积岩定义为震积岩，由此掀起了震积岩研究的热潮。1988年，《Marine Geology》杂志发表了“地震与沉积作用”专题，系统总结了震积岩的研究进展[3]。中国对震积岩的研究始于1988年之后，集中在海相地层中的地震作用、震积岩识别标志、震积岩序列等方面[4]。

毫无疑问，震积岩是构造活动所引发地震的地质记录，通过挖掘保留在震积岩中的沉积构造的几何学特征，分析它们的运动学机制，获得诱发地震的古构造活动的性质是科学可行的手段。胶东乳山盆地下白垩统止凤庄组砂砾岩震积岩发育，同沉积变形构造样式丰富，是研究诱发震积岩的断裂活动的绝佳材料。基于此，本文通过研究止凤庄组震积岩特征，解剖其构造几何特性，分析其动力学机制，并结合碎屑锆石年代学的测试结果，约束乳山盆地诱发止凤庄组震积岩的郯庐断裂带的活动时间和性质。

1 地质背景

乳山盆地位于胶东半岛东部，海阳断裂带呈NW-NE走向穿越盆地(图1)。乳山盆地是一个发育在太古界变质结晶基底之上的晚白垩世陆相断陷盆地，基底为太古界胶南群，盖层自下而上发育的地层为下白垩统林寺山组和止凤庄组、中白垩统水南组、第四系(图2)。在盆地西北，林寺山组不整合于太古界变质岩之上；盆地东南部水南组与下元古界胶南群接触，顶部被第四系覆盖。白垩系主体为一套冲积扇-辫状河沉积的中粗粒岩屑长石砂岩(图2)。

2 震积岩构造特征

2.1 震积岩分类方案

震积岩的分类问题一直是国内外研究的热点，一个科学的分类方案对震积岩相关科学问题的研究具有重要的意义[5]。赵卫卫等[6]根据震积岩的诱发因素，将其分为原地震积岩(狭义震积岩)、海啸岩(地震引发海啸形成)以及震浊积岩(地震引发重力流形成)。

C.Montenat等[7]根据震积岩形成的动力学机制，提出将震积岩分为软性变形震积岩和脆性变形震积岩两大类。此分类方案没有考虑震积岩的几何形态，而形成的动力学机制又是解释性的成果。基于此，本文在综合考虑上述2个方面因素的情况下，提出了基于震积岩诱发因素和震积岩形态学特征的分类方案(图3)。

2.2 震积岩构造特征

2.2.1 砂枕状、球枕状构造

研究区发育2种类型的枕状构造，即砂枕状、球枕状构造。其中砂枕状构造分布于泥质粉砂岩、细砂岩中。该类震积构造在止凤庄组分布最为广泛，共计33处，在剖面第5、第6层最为发育，大多数砂枕的长轴约10 cm。另外一种为大小不一的球枕状，分布于剖面第2、第3层中-粗粒砂岩中，露头上共有20处，其大小为5～25 cm (图4)。

砂枕状、球枕状构造形成机制是由于上下岩层的密度差，上覆密度较大的岩层受到地震或断裂活动影响时，砂体断裂并沉陷于下伏软沉积物之内；同时，断裂砂块受到水平剪切作用力的影响，便会形成砂枕-球枕状构造[5]。

2.2.2 液化砂泥岩脉

乳山盆地止凤庄组液化砂泥岩脉较为发育，共计发现5处，以上下两方向流动类型为主。脉体宽度在3～5 cm，长度在10～50 cm，发育于泥质砂岩、粉砂岩中，在剖面第1、第4层最为发育(图5)。

该类构造为最普遍的软沉积物变形现象，系同沉积期饱含水的砂质沉积物被地震破坏并被孔隙水加压液化的产物。M.A.Rodriguez-Pascua等[8]认为脉体主要以2种方式侵入岩层:一类是下伏液化砂岩层中的脉体垂直向上贯穿上覆岩体，并最终在重力的作用下尖灭；另一种为脉体侧向运动，在受到上下两个方向压力的情况下，脉体同时贯穿上下岩层，并最终尖灭。前者在软沉积物变形构造中最为常见。

2.2.3 液化卷曲变形构造

在止凤庄组偶见该类构造，主要表现为宽度为1 cm左右的液化砂泥岩脉体近水平分布于第1层砂泥岩内部。液化卷曲变形构造与液化砂泥岩脉的主要区别在于两者是否切断上下岩层，前者并未贯穿，上下岩层形态完好，而后者会破坏上下岩层完整性(图6)。

液化卷曲变形构造是在地震作用下，岩层内部发生的不规则弯曲现象。其变化多样、形态不规则、发育连续等特征使其在野外成为良好的震积岩识别标志。大多数学者认为该类现象为地震作用的产物[9]。

由于液化砂泥岩脉形成机制的特殊性，地震作用时，脉体不仅受到上覆岩层的重力影响，同时不同性质的断裂活动也会让脉体发生不同程度的方向转变。因此，可以根据液化砂泥岩脉体方向的变化反演诱发地震的断裂带的活动性质。

2.2.4 泄水构造

在乳山盆地止凤庄组剖面第3、第5层砂岩层中，共发现17处泄水构造，为大型的、脉体宽度>1 cm的泄水构造[10](图7)。泄水构造指沉积物在地震作用下发生泄水所引起的软沉积物变形构造。泄水脉可发生向上、向下两个方向的位移。一些学者认为如果脉体宽度>1 cm，则为地震作用导致,反之为重力流成因。

2.2.5 层内阶梯状微断层

研究区止凤庄组剖面中共发育层内阶梯状微断层15处，其宿主岩性为长石砂岩、泥质砂岩，断层倾角在30°左右，宽度在1 cm左右，诱发机制为液化作用停止之后，在重力的作用下沉积物压实使其表面差异性错动所产生(图6)。

2.3 震积构造的分布规律

震积岩作为地震活动在地层中的记录，是研究地震活动强度随时间变化规律的一种有效方法。因此，建立不同类型震积构造在地层中的发育频次，能够有效识别古地震活动强度在时间序列上的变化规律。

以野外实测剖面线方向逐层统计震积构造发育频次，以层为单位，建立不同类型震积构造发育分布频次直方图(图8)。从图8-A中可以看出，地层从下到上，震积构造的发育频次呈递增趋势，即在止凤庄组沉积时期，地震强度与时间呈正比关系，在第6层到达顶峰，此时的地震活动最强。从图8-B可以看出，在乳山盆地止凤庄组中，砂枕状震积构造最为发育，总共有33处；数量最少的是阶梯状微断层震积构造。砂枕状震积构造是在地震强度Ms>5的情况下被诱发，阶梯状微断层的诱导震级在Ms<0.2[11-12]，因此可以推论，导致止凤庄组震积岩发育的地震强度Ms>5；且随着时间的推移，地震强度逐渐增加，在第6层位达到峰值(图8)。

3 震积岩年代学特征

为了约束震积岩发育的时代，作者选取止凤庄组第6层的砂岩样品，开展了碎屑锆石年代学的研究，共挑选了86颗碎屑锆石，碎屑锆石的测试工作在广州澳实矿物试验所完成。

标记点大部分为无色-浅粉红色、自形、菱形扁平状晶体(图9)。晶体长度为50～150 μm，长宽比在(1∶2)～(1∶4)。年龄数据为106～119 Ma(图10)，其206Pb/238U表面年龄加权平均值为114.5 Ma(图11)，这与He Bizhu等[13]的研究数据一致。

4 结论与讨论

a.郯庐断裂带活动时间

呈近南北向贯穿盆地的乳山断裂系郯庐断裂带的次级断裂[14]。据采自乳山盆地止凤庄组第6层的碎屑锆石U-Pb年龄可以推断乳山断裂活动的时间不早于114.5 Ma B.P.，这个年龄与D.C.Engbretson等[15]和S.Maruyama等[16]的研究结果相吻合。

b.郯庐断裂带活动性质

据发育于止凤庄组的众多震积构造的变形特征和其中的砂泥岩脉的产状由第1层内的30°转变为第6层内部接近垂直的状态(图12)，可推断乳山断裂在114.5 Ma B.P.之后的活动性质为左行走滑拉张。

综上所述，产于乳山盆地下白垩统止凤庄组的震积岩是郯庐断裂带于114.5 Ma B.P.之后的左行走滑拉张作用的地质记录。