山东省莱西地区白垩纪王氏群地层中的滑塌构造及其成因

王晶晶，朱学强，王金光，杨仕鹏

(山东省地质调查院，山东 济南 250014)

0 引言

滑塌构造是指斜坡上未固结的沉积物在重力作用下发生滑动而形成的同生变形构造[1]。前人经过大量的研究总结出滑塌构造具有2个重要的特征，一是沉积物在滑动过程中形成各种类型、位态的褶皱，其轴面和枢纽产状变化较大，没有力学性质上的相似性；二是滑塌构造有边界，滑塌面上下的岩层产状明显不协调，同时不产生角砾岩[2]。滑塌构造除塑性变形外，还伴有小型断裂和角砾化以及岩性的混杂等。构造体在沉积剖面中仅局限于一定层位中，构造体上下岩层均正常。引起滑塌构造的原因较多，沉积斜坡、同沉积断裂、沉积物快速的堆积以及地震波的冲击等，均可引起沉积层发生滑动[3]。

吕洪波等将由滑塌堆积作用形成的岩石称为“滑积岩”[4]。由于不同沉积环境中由不同突发地质事件引起的滑塌具有不同的触发机制和表现特征[5]。因此，滑塌构造是判别沉积环境的重要标志，对判断古沉积环境具有指向意义[6]。

滑塌构造与软沉积变形、震积岩等存在一定的成因联系[7-10]。近些年，在胶莱盆地沉积地层中的滑塌构造、软沉积变形及震积岩等有了大量的报道。殷秀兰等在胶州-莱阳盆地白垩纪莱阳群中详细描述了具有地震成因的砂岩质液化脉，液化角砾岩的特征，认为胶莱盆地莱阳群中普遍发育震积岩，与盆地形成所处的伸展—裂解的构造环境相关[11]。王亚青等在山旺盆地山旺组中发现了重力滑动构造[12]。田洪水等在胶州早白垩世红土崖组史家屯段中识别出震火山岩及软沉积物触变变形[13]。任天龙等在1∶5万即墨等五幅区调过程中，在田横岛莱阳群地层中也发现大量的软沉积变形(1)山东省地质调查院,任天龙、杨仕鹏、朱学强等，1∶5万店集、王村、即墨、鳌山卫、崔格庄幅区域地质调查报告，2013年。。2011年以来，灵山岛白垩纪沉积地层中的滑塌沉积变形逐渐识别出来[14-17]，引起了广大地学同行的关注[18-21]，并进行了成因大讨论。这些滑塌构造、软沉积变形及震积岩的发现不仅对判定古沉积环境具有重要的沉积学意义，同时能为恢复区域大地构造背景提供沉积学证据。然而，这些发现多集中分布在沂沭断裂带、牟即断裂带等盆地边缘的区域性断裂附近，在胶莱盆地内部具有一定规模的滑塌构造则少有报道。

笔者在即墨—莱西地区进行地质调查过程中，首次在胶莱盆地白垩纪王氏群底部地层中识别出滑塌构造。在对该滑塌构造的剖面特征、滑塌体内部的构造特征进行观察、描述和分析基础上，对其成因机制进行了探讨。以期对胶莱盆地的地层对比研究，对古生物化石的埋藏作用以及古地理和古构造背景的研究提供参考。

1 地质背景

胶莱盆地地处山东省东部，是夹持于胶北隆起及苏鲁造山带之间的白垩纪陆相盆地[22]，总体呈NE-SW向展布，岩性主要为中生代白垩纪陆相沉积—火山岩地层(图1)。研究区位于盆地北缘莱西地区，由下而上依次出露莱阳群、青山群及王氏群地层。莱阳群为一套河湖相碎屑岩组合[23]，角度不整合于古元古代荆山群变质表壳岩之上；青山群自下而上依次为后夼组流纹质火山碎屑岩、八亩地组安山质火山碎屑岩及火山熔岩、石前庄组流纹质火山碎屑岩；王氏群由下而上依次为林家庄组、辛格庄组、红土崖组，其中林家庄组为洪积相—河流相的砾岩、砂岩、粉砂岩组合，辛格庄组为河湖相的粉砂岩、泥岩、泥灰岩组合，红土崖组以河流相为主的砂砾岩、粉砂岩为主。区内地层走向以NW向为主。

2 滑塌构造剖面基本特征

本次工作识别的滑塌构造发育于莱西市埠后村北，滑塌体赋存层位位于早白垩世青山群石前庄组和王氏群林家庄组角度不整合界面之上的林家庄组地层底部层位。

林家庄组底部岩性为灰紫色泥质粉砂岩、粉砂岩及灰绿色含砾砂岩等，向上逐渐过渡为冲洪积相的砾岩、砂砾岩及砂岩互层，岩相古地理上整体反映了陆上盆地边缘高差较大地形条件。

滑塌构造出露长约200m，高达10余米，整个滑塌构造包括底部滑塌面(D)，滑塌体(A、B、C)和上覆未变形体三部分组成。其中滑塌体主体表现为一滑塌褶皱层，内部发育褶皱变形构造、同沉积断裂及球-枕构造等。根据剖面变形强弱和变形方式，自上而下可划分为4层：A弱变形层，B阶梯式断裂发育层，C软沉积变形层，D未变形层(图2)。A层岩性为紫红色泥质粉砂岩，与下伏层呈波状起伏接触；B层岩性为灰绿色中细粒岩屑砂岩夹少量紫红色泥质粉砂岩，发育阶梯式断裂、局部发育褶皱变形；C层为紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩，发育软沉积变形，主要表现为砂岩枕状体、负载构造等；D层为灰绿色流纹质凝灰岩，膨润土矿化，与上层接触界面截然，未发生变形。

3 滑塌体的构造特征

滑塌体主要由各种类型的砂岩球枕体(图2①)、负载构造(图2②)、滑塌褶皱(图2③)、砂岩液化脉(图2④)、同沉积断层(图2⑤)等组成。变形强度表现为自下而上逐渐减弱。

(1)滑塌界面比较平整，没有太大的起伏，发育压实的片理化膨润土。滑塌面向SW倾斜，其上的擦痕指示上盘下降，下盘上升的正断层特征。滑塌面上下地层有明显的交角，且无构造引起的破碎现象。其中滑塌构造发育部位地层倾角发生明显变化，但其上下未变形地层倾角稳定，上覆未变形地层倾角13°，下伏未变形地层倾角23°。

(2)滑塌体中滑塌褶皱类型多样，形成一系列不协调褶皱。从单个褶皱到系列褶皱均有，单个褶皱包括相似褶皱、顶厚褶皱，按照形态分为紧闭、箱状、V、U、S型等形态，从露头尺度到手标本尺度均有。褶皱的轴面和枢纽变化很大，但无论褶皱形态多么复杂(图3)，其褶皱轴面总是整体向SW倾斜，总有一翼为倒转翼，在转折处不产生破劈理。这些褶皱在形态和位态上没有相似性，即它们不是在同一应力场下形成的，与区域构造方向无关。

1—第四系；2—红土崖组；3—辛格庄组；4—林家庄组；5—石前庄组；6—八亩地组；7—后夼组；8—莱阳群；9—荆山群；10—地质界线；11—角度不整合界线；12—断层；13—地层产状；14—滑塌构造点图1 莱西埠后地区地质简图及滑塌构造发育位置

(3)负载构造、砂枕构造，乔秀夫等[24]认为负载构造系上覆粗颗粒的岩石下陷落入下伏相对细粒层中的一种构造，且与上覆岩层相连；球—枕构造为上覆粗颗粒岩石的负载体下沉到强液化层中的圆、椭圆枕状体。埠后地区滑塌体发育的负载构造多呈长条状枕状体(图2①)。

(4)同沉积断层，一般小于2m，小者数十厘米，显著特征是断层两端被连续的岩层面所限制，两盘岩层位移数厘米至数十厘米，性质多为正断层。局部表现为“X”型断裂。规模较小的断裂多发于中薄层砂岩中，很快尖灭于下伏岩层中，部分呈阶梯状排列，使砂岩构成布丁构造(图4)。规模较大的均终止于滑动面上，将滑塌体切割为几个滑塌岩块。

(5)在变形强烈部位，局部可形成独立的岩块，表现为形成一个局限的不同于围岩产状的滑塌岩块，地层产状发生明显的不协调(图5)。滑塌岩块被同生断层以及次级滑动面所围限，块体长轴达几米至十几米。

4 滑塌构造成因

滑塌作用是沉积物在沉积斜坡上，由于坡度较陡和自身重力或其他作用的影响所产生的侧向的快速位移，在位移中所形成的变形就是滑塌构造[25]。因此，要形成滑塌作用，需要具备一定的条件：①有一定坡度的古斜坡地形；②需要一定的触发机制，如重力、构造运动引发的火山活动、地震等短暂性突发事件，大量研究实例显示地震往往是滑塌和软沉积物变形的主要诱因[26]，故前人将其发育期次多数与地震发生周期联系在一起[27-28]，其内部变形取决于多种影响因素：③滑塌基底的自然属性；④软弱层的存在[29]等。

ss—砂岩；fss—粉砂岩；tf—凝灰岩；①—砂岩球枕体；②—负载构造；③—滑塌褶皱；④—砂岩液化脉；⑤—同沉积断层图2 滑塌构造特征

图3 滑塌作用引起的变形层理及滑塌岩块

图4 同沉积断层特征

ss—砂岩；fss—粉砂岩；tf—凝灰岩；①—滑塌岩块围岩地层层理；②—滑动面；③—滑塌岩块地层层理图5 滑塌岩块特征

本次在林家庄组底部发现的滑塌构造具备以上条件：首先，林家庄组的沉积相为冲洪积相，该相是暂时性或季节性河流流出山口后变为多河床辫流所形成的巨大扇状堆积物，其形成的主要条件是陆上盆地边缘高差较大的地形及间歇性河流的作用。因此发育良好的古斜坡地形。其次，滑塌体上下均为层序正常的沉积岩，说明滑塌作用基本是由独立的构造运动(地震或火山)所触发，反映了一次“灾变性事件”。调查发现王氏群地层中发育较多的火山活动记录，表现为多层火山凝灰岩以及玄武岩的存在，火山岩年龄变化值集中在117.5～73.5Ma之间，为早白垩世晚期到晚白垩世(2)山东省地质调查院，任天龙、黄永波、宁振国等，1∶5万夏格庄、灵山幅区域地质调查报告，2017年。。因此，推测火山活动极可能是触发滑塌构造形成的主要机制。同时，滑塌构造底部的石前庄组流纹质凝灰岩遇水易膨润土化，形成构造薄弱层，为滑塌构造的发育提供了基底条件。林家庄组底部由互层的薄层泥岩、粉砂岩构成，具有发育滑塌构造的软弱岩层条件。

区域地质构造背景研究表明，华北克拉通中生代构造体制发生了以挤压为主到以伸展为主的转变，岩石圈快速减薄[30]，整个地壳发生广泛的伸展构造，涉及拆离断层、沉积盆地、变质核杂岩和岩浆活动、成矿作用，形成NE向的盆岭格局。白垩纪、胶莱盆地从早至晚形成了莱阳期断陷盆地、青山期火山岩盆地和王氏期坳陷—断陷盆地3期完整的原型盆地[31](3)山东省地质调查院，许克民、秦杰、汪又平等，胶东地区白垩纪区域地质、盆地发育与区域岩石地层系统调查研究报告，2017年。，整体处于伸展构造背景下。王氏期胶莱盆地仍处于伸展的构造背景，火山活动仍很频繁，伴随着火山活动，地震频发，在胶莱盆地的沉积地层中留下作用痕迹——滑塌构造、软沉积物变形、震积岩等。

因此，通过分析认为王氏群地层中滑塌构造是当时火山活动引发的地震触发下，半固结的沉积物在斜坡地带沿膨润土化流纹质凝灰岩构造薄弱界面发生滑塌，向盆地中心方向滑动形成。滑塌构造的形成大致划分为3个阶段：第一个阶段是经历了青山期末期的构造运动，胶莱盆地经历了短暂的抬升和掀斜。至林家庄期，在盆地周缘斜坡处接受冲积扇前缘相沉积。第二个阶段是在水的作用下，石前庄组流纹质凝灰岩遇水膨润土化，形成易于滑动的薄弱界面。第三个阶段是林家庄组沉积早期，在火山活动引发的地震这一触发机制下，林家庄组沿易于滑动的膨润土薄弱层发生滑塌，形成了发育于林家庄组底部的滑塌构造。

5 结论

(1)王氏群林家庄组底部地层中滑塌构造为胶莱盆地首次发现。根据剖面变形强弱和变形方式自上而下可划分为4层：弱变形层、阶梯式断裂发育层、软沉积变形层、未变形层。

(2)整个滑塌体主要由各种类型的滑塌褶皱、滑塌面、同沉积断层、砂岩球枕体、负载构造等组成。

(3)结合区域构造背景，分析认为该滑塌构造的成因可能是在火山活动引发的地震触发下，半固结的沉积物在斜坡地带沿膨润土化流纹质凝灰岩构造薄弱界面发生滑塌，向盆地中心方向滑动形成的，并在此基础上划分出3个形成阶段。