山东灵山岛晚中生代滑塌沉积层的发现及区域构造意义初探

灵山岛位于青岛胶南市东南黄海近岸海域中,为中国北方第一高岛,构造上属于苏鲁造山带,但岛上很多重要的地质现象尚未在地质文献中披露过。本文作者对灵山岛进行了初步地质考察,在被看做早白垩世莱阳期的地层中发现远源浊积岩及其内部大量的滑塌沉积层,孢粉鉴定初步结果显示该地层的时代很可能为侏罗纪。滑塌构造以同沉积滑塌褶皱为主,而在滑塌体内部还发现有很多同沉积变形构造,如:同沉积布丁构造、同沉积拉伸线理、同沉积双重构造等。同沉积滑塌褶皱体的排列方向揭示了其物源来自南东方向,韵律层中弱粒序层单元颗粒为细砂到粉砂,反映出远源浊积岩的特征。根据滑塌体运移方向判断盆地的古地理特征为东南侧水体变浅而西北侧水体变深。滑塌沉积发育时,盆地为介于扬子板块和华北板块之间的残余洋盆。发育于砂质单元中的早期平面X剪节理指示了该套浊积岩在褶皱之前受到了SE—NW向的动态挤压,而后期的不对称褶皱构造记录了扬子板块自南东向北西侧的华北板块俯冲的历史。灵山岛中生代滑塌沉积层的发现不仅揭示了中国东部存在着晚中生代海相沉积,更为扬子板块与华北板块在郯庐断裂以东碰撞缝合的演化历史研究提供了珍贵的实际材料。     

灵山岛晚中生代浊积岩中发现巨大滑积岩块

位于山东青岛胶南市东南海域中的灵山岛出露有晚中生代浊积岩,而浊积岩中发育大量的滑塌沉积及其相关的软沉积物变形构造,揭示了扬子板块和华北板块之间在晚侏罗世—早白垩世还存在着残余洋盆(吕洪波等,2011).这一重要发现打破了以前地学界对苏鲁造山带的传统认识,为华北板块东部南北黄海形成、胶莱盆地演化、郯庐断裂活动、苏鲁造山带等诸多问题的研究提供了重要的新资料.最近本文作者等又在灵山岛南端老虎嘴景点下方盘山路西北边(靠近观景亭)的浊积岩剖面中识别出巨大的砂岩滑积岩块,进一步揭示了该盆地的西北侧在晚中生代紧靠着强烈活动的造山带.     

山东省灵山岛下白垩统浊积岩中与滑塌作用相关的软沉积物变形构造

灵山岛上出露的软沉积物变形构造其成因具有多样性,而灯塔剖面底部滑塌层内的变形构造的触发因素尚不明确.结合野外观察和极射赤平投影方法,研究了滑塌层和内部变形构造的形成过程、触发机制和地质意义,结果表明:灯塔剖面主要由浊积岩沉积序列组成.滑塌层夹在未变形层之间,由地震触发形成,内部发育4个滑脱面,将滑塌层划分为5个变形单元,缩短率和变形程度各不相同.软沉积物变形构造主要为褶皱,形态特征表现为砂岩厚度在枢纽部位大大增加,也可见一些砂岩增厚和减薄现象,两者均是液化的砂岩在驱动力作用下的结果.滑塌过程中,滑塌层中的砂泥岩与海底沉积物之间的孔隙流体自由交换被切断,产生了暂时性的超压,导致了液化的发生.褶皱的轴线延伸方向为SSW-NNE,轴面倾斜方向主要为SEE(120°),指示古水流主要来自SEE方向,与浊积岩内底痕指示的古水流方向一致,说明斜坡沉积系统上发育的滑塌褶皱能够指示古水流方向.      

山东灵山岛滑塌体内部沉积及构造特征研究

青岛市灵山岛修船厂剖面下白垩统地层中发育良好的滑塌变形体。野外观察可见滑塌体岩性单元主要由厚层砂岩及砂页岩互层组成,其中厚层砂岩根据其沉积构造及成因机制可分为砂质碎屑流沉积及浊流沉积两类;砂页岩互层段砂岩层可见底模构造及粒序层理,为静水环境下远端浊流沉积。滑塌体内部构造主要可分为软褶皱变形、同生断层、透镜状砂质团块三种类型。其中,软褶皱变形根据岩性可分为砂岩软褶皱、砂页岩互层软褶皱及页岩软褶皱,随着变形强度增加,软褶皱枢纽逐渐平行于滑移方向,形成曲脊软褶皱或软鞘褶皱(soft sheath folds);同生断层出现在砂岩层中,根据力学性质分为正断层及逆断层,正断层为剪切拉伸所致,逆断层为软褶皱逆冲所致;透镜状砂质团块包括同沉积布丁构造和同沉积断块。根据滑塌体内部滑移面识别出三期滑塌,完整的滑塌体由底部拆离滑移面、下部厚层砂体、中部砂页岩互层及上部砂页岩互层未变形体组成,其组成特征及各部分接触关系反映了滑塌体中下部沿底部拆离滑移面发生滑塌变形,且于活动末期在相对静水条件下被上部砂页岩互层覆盖这一形成过程。根据滑塌体内部组成特征的有序性、相似性及滑塌体内部沉积构造特征,推测其触发机制可能为沉积物快速沉积所引发的重力滑塌成因。     

青岛灵山岛晚中生代重力流沉积特征及环境分析

青岛灵山岛晚中生代发育一套重力流沉积,国内学者对其成因机制存在争议。笔者通过对造船厂、灯塔、千层崖、羊礁洞、老虎嘴、背来石等剖面的重点观察发现:灵山岛晚中生代地层出露以厚度不等的细粒砂泥岩与火山熔岩、火山碎屑岩为主,夹沉火山碎屑岩和侵入体,地层从老到新组合为一个水体变浅的水退序列。地层中发育不同类型、不同尺度、不同期次的软沉积变形构造,如软沉积变形褶皱、布丁构造、负载构造和火焰构造、软双重构造等。灵山岛晚中生代重力流沉积碎屑岩主要是块体搬运沉积(砂质滑塌和砂质碎屑流)和浊流沉积,向上过渡为陆相三角洲前缘沉积,其成因机制是物源供应充足的湖盆三角洲前缘在构造坡度或沉积坡度控制下,受地震和火山活动影响发生的块体搬运沉积和浊流沉积。初步研究认为沉积时的古斜坡方向为南东—北西方向。     

大巴山晚中生代陆内造山构造应力场

位于中上扬子板块北缘的大巴山造山带, 平面上表现为大尺度向南西显著突出的弧形带, 无论在变形样式和形成时间上都明显与秦岭造山带不同。在大巴山构造格架划分和野外构造变形观测基础上, 通过构造解析, 结合年代学研究成果, 重建了大巴山晚中生代独特的构造应力场, 指出大巴山属陆内造山, 形成于J2末, 并持续到K2初期。其构造应力场特征, 以城口－房县断裂为界, 大巴山逆冲推覆带与其前陆冲断褶皱带的特征显著不同。大巴山逆冲推覆带主要表现为NE-SW向构造挤压, 而在大巴山弧形前陆带从西向东, 由近E-W向挤压, 转变为NE-SW向挤压, 最后转变为近S-N向挤压, 构成一向其外缘扩散的放射状构造应力场。总之, 大巴山造山带由推覆体向前陆, 构造挤压作用由北东向南西方向扩散。这期构造挤压作用控制了大巴山造山带陆内变形活动, 导致大巴山由北东向南西的显著缩短, 同时受到其东西两侧基底隆起——神农架－黄陵地块与汉南地块的强烈阻挡, 造就了现今的大巴山前陆弧型构造。其动力学背景可归因于晚中生代东亚板块多向汇聚。大巴山晚中生代陆内造山构造应力场的研究, 对探讨秦岭造山带动力学特征具有科学意义, 为研究川东北油气运聚规律提供了构造地质学依据。     

快速沉积引发的软沉积物变形构造特征——以灵山岛下白垩统浊积岩为例

灵山岛修船厂剖面发育了多种类型的软沉积物变形构造,其中一些变形构造的要素发生了定向倾斜,影响因素尚不明确。结合野外露头观察和室内分析等方法,研究了变形构造的形成过程、触发因素和地质意义。结果表明：修船厂剖面的两套浊积岩之间发育了负载—挤入构造、泄水—沉积物充填构造和微断层等软沉积物变形构造;变形机制主要是流体化,触发因素为浊流的快速沉积导致的载荷压力。变形构造的形成过程主要与密度倒置梯度和横向剪切力两个驱动力有关,其中横向剪切力来源于浊流的流动,导致变形构造的要素发生定向倾斜。变形构造的要素的倾斜方向为SEE,指示古水流主要来自SEE方向,与浊积岩序列内底痕指示的古水流方向一致,说明浊流快速沉积形成的软沉积物变形构造能够指示古水流或古斜坡方向。     

合肥—潢川盆地南缘中生代冲积沉积及其构造意义

合肥—潢川盆地南缘中生代地层被划分为4个年代体（Chronsome）。年代体Ⅰ包括早侏罗世防虎山组和中晚侏罗世圆筒山组下部，由辫状河、曲流河以及滨一浅湖沉积体系组成，局限于盆地东端；年代体Ⅱ包括中晚侏罗世三尖铺组、朱集组和圆筒山组上部，下部为冲积扇沉积，中、上部为辫状河沉积，早期属于横向水流系统（南北方向），晚期是纵向水流系统（东西方向），近EW向的信阳—金寨—舒城断裂是其南部边界；年代体Ⅲ包括早白垩世早期凤凰台组、段集组、周公山组，前两组为冲积扇沉积，后者为辫状河和越岸沉积，粗碎屑明显向盆进积达数公里，南部边缘发育横向水流，而往盆地方向发育纵向水流。年代体Ⅳ为早白垩世晚期黑石渡组和陈棚组，南部边界是磨子潭晓天断裂和桐柏-商城断裂，断裂以伸展走滑为主，东段早期为冲积扇-扇三角洲沉积，晚期为深湖浊积岩沉积。晚白垩世沉积仅发育在西段局部地区，其余处于隆升状态。平行于大别山造山带的近EW向纵向断裂控制着年代体的南部边界，NE向郯城庐江断裂和商城麻城断裂控制着年代体侧向相的变化。合肥潢川盆地南缘沉积从东往西逐渐超覆，揭示大别造山带折返具有自东而西的递进特征。郯城—庐江断裂和商城—麻城断裂对年代体的发育有明显影响，郯城—庐江断裂控制着早侏罗世沉积，表明构造活动至少始于早侏罗世。     

山东青岛地区灵山岛早白垩世碎屑岩锆石U-Pb-Hf同位素特征及其大地构造意义

苏鲁造山带东缘的灵山岛上发育有早白垩世碎屑岩,目前人们对其沉积的精确时代、成因机制和大地构造环境仍然存在着广泛的争议.利用LA-ICP-MS的方法对灵山岛上两套碎屑岩进行了锆石U-Pb测年,并对特征年龄谱中的代表性碎屑锆石进行了Lu-Hf同位素分析.结果表明:（1）碎屑锆石U-Pb测年结果显示,莱阳群法家茔组和青山群八亩地组下部的碎屑岩沉积时代分别为127±3 Ma和128±4 Ma,表明两套碎屑岩都是早白垩世中晚期的沉积产物;（2）灵山岛上两套碎屑岩具有完全相似的年龄谱以及锆石Hf同位素组成,表明发育软沉积变形的粉砂岩、泥岩和上覆的含砾粗砂岩具有相似的物源,并且源区组成较为单一,主要以亲华北的胶北地体为主,其次的物源区为苏鲁造山带;（3）胶莱盆地下白垩统莱阳群和灵山岛下白垩统莱阳群的碎屑锆石年龄谱对比表明,灵山岛上的莱阳群碎屑岩明显不同于胶莱盆地的莱阳群,暗示在早白垩世时,灵山岛上的两套碎屑岩可能受到区域断裂的控制,沉积于一个相对独立的盆地.综合结果表明,灵山岛地区莱阳群法家茔组可能沉积于断陷湖盆的萎缩期,早期的沉积以湖相为主,晚期主要以河流相为主,在此期间遭受到了强烈的火山地震作用,诱发了下部的湖相的砂泥岩发生大规模的滑塌和软沉积变形.      

灵山岛早白垩世复理石不是陆内三角洲沉积——答钟建华教授

山东省青岛市灵山岛早白垩世复理石及大量的滑塌沉积现象披露(吕洪波等,2011,2012)以来,国内很多地学同行先后前往考察.在为壮观而奇特的地质现象所折服的同时,同行们也发现了不少亟待解决的问题,提出了不同的认识.其中,中国石油大学钟建华教授最近撰文明确质疑笔者等的认识,指出这套发育多种软沉积物变形构造的复理石不是深海沉积的浊积岩,而是以三角洲相为主体的陆内浅水沉积,与板块边缘或碰撞造山带无关(钟建华,2012).     

山东灵山岛早白垩世复理石软沉积物变形期次解析

前人对软沉积物变形期次研究多数集中于触发变形的地震事件的周期,而对滑塌体内部软沉积物变形期次研究较少。山东灵山岛早白垩世复理石形成于残余盆地背景,且由于地震频发导致滑塌沉积广泛发育。滑塌沉积层中发育有丰富的软沉积物变形构造,如：同沉积滑塌褶皱、底模构造、剖面X形共轭逆断层、同沉积布丁构造、砂岩层断块及变形团块、微型地垒—地堑组合和叠瓦状倒转紧闭褶皱等。不同类型和不同部位的软沉积物变形构造显示出发育期次不同的特征。本文以灵山岛修船厂附近滑塌沉积层为例,分析软沉积物变形构造的变形机制,并将其发育期次大致分为滑塌前、滑塌中和滑塌后三个阶段。只有部分滑塌中的软沉积物变形构造具有滑塌指向意义,而滑塌前的变形构造不能用来判别滑塌体的搬运方向。     

山东省灵山岛早白垩世软沉积物变形构造特征*

利用野外露头和镜下薄片等资料、地质统计等方法, 对山东省灵山岛老虎嘴剖面和船厂滑塌剖面软沉积物变形构造分布特征和形成期次进行了研究。船厂剖面发育滑塌褶皱、负载构造、阶梯断层、布丁构造、球—枕构造等典型的软沉积物变形构造;老虎嘴剖面发育层内褶皱、微阶梯断层、层内角砾岩等。根据形成时间、发育部位和形态特征, 将船厂剖面变形划分为滑塌前变形和滑塌中变形, 滑塌前变形又可以细分滑塌体下部变形和滑塌体内部变形。滑塌褶皱具有多级别、多尺度的特点;以厚岩层组成的滑塌褶皱为主, 尺寸为米级;岩层内部纹层形成的次级褶皱为辅, 尺寸为毫米级。滑塌过程中岩层不同部位应力不同, 伴生其他变形构造, 如拉张形成的布丁构造和挤压形成剪切褶皱等。滑塌前已经形成的负载构造等在滑塌过程中保持原来形态, 不因地层变形而变形。这些古地震触发形成的软沉积变形构造证明灵山岛在早白垩世古地震活动频繁。     

辽东南地区晚中生代地层序列与盆地演化规律

辽东南地区晚中生代地层发育不甚完全,具有两期盆地叠合演化的特征,即早中侏罗世和早白垩世两个演化阶段,经历了2次伸展裂陷和2次挤压反转。在详细研究辽东南地区各盆地岩石地层序列、生物化石组合特征、年代地层格架以及区域地层对比的基础上,讨论了盆地的演化阶段和演化规律,指出是古太平洋板块向东亚大陆边缘不同方向的俯冲与走滑,以及来自北方西伯利亚板块的持续碰撞挤压的联合构造应力场制约了中国东北地区晚中生代盆地的裂陷过程和构造反转的演化,进而为揭示华北克拉通晚中生代岩石圈演化的动力学机制提供参考依据。     

Provenance analysis of the Cretaceous Laiyang Group on Lingshan Island (western Yellow Sea,China) and its tectono-sedimentary implications

Abstract

Longstanding debates on the tectonic setting and provenance of the Lower Cretaceous Lingshandao Formation have hindered basin analysis and tectonic studies of the collision of the Yangtze Craton and the North China Craton, and thus the evolution of the Sulu Orogen. Thin-section analysis, identification of rock particles, cathodoluminescence, heavy minerals and trace-element analysis have, in addition to field investigations, been applied to reconstruct the source area and transport pathways of the sediments that build the Lower Cretaceous Laiyang Group on the Lingshan Island, western Yellow Sea. These analyses indicate that the Laiyang Group consists mainly of material derived from a recycled orogen and from transitional continental sediments. The Laiyang Group on Lingshan Island has been sourced from igneous and metamorphic rocks. Comparing analyses of detrital minerals with rocks from surrounding areas leads to the conclusion that the main source area is the Sulu Orogen that supplied sediment to rift basin rather than a residual basin between the Yangtze Craton and the North China Craton.

1. A recycled orogenic belt is the source area for the Laiyang Group on Linshan Island.

2. Felsic metamorphic and igneous rocks form the most probable sources.

3. The rift basin was filled by sediments supplied from the Sulu Orogen on both sides.

     

东昆仑造山带东段晚古生代—早中生代构造岩浆演化与成矿作用

东昆仑造山带位于中央造山系西段,在长期的地质演化过程中构造岩浆活动频繁,其中晚古生代—早中生代岩浆活动与成矿关系最为密切。本文系统总结了东昆仑造山带晚古生代—早中生代岩浆岩的分布、演化和成因,对典型矿床的地质特征进行分析,探讨东昆仑东段晚古生代—早中生代构造岩浆演化与成矿作用的联系。东昆仑晚古生代—早中生代构造岩浆演化可分为俯冲阶段(277~240 Ma)、同碰撞阶段(240~230 Ma)和后碰撞阶段(230~200 Ma),壳幔岩浆混合作用贯穿于古特提斯构造演化全过程。镁铁质岩浆岩主体为受俯冲流体交代的地幔部分熔融,花岗质岩浆岩主体为幔源岩浆底侵镁铁质下地壳部分熔融形成。东昆仑造山带东段俯冲阶段壳幔岩浆混合作用不仅带来成矿物质,使部分元素含量增高,还带来热源;经过成矿流体物理化学条件改变,导致大量矿物质沉淀,形成矿床,主要成矿金属组合为Cu、Mo、Au,矿床规模相对较小;同碰撞阶段由于受到挤压应力,岩浆岩出露较少,矿床多沿大型断裂带分布,主要成矿金属组合也以Cu、Mo、Au为主;后碰撞阶段由于岩石圈地幔拆沉,东昆仑整体处于拉张环境,为地幔物质参与成矿和成矿流体运移提供了通道。特别是同碰撞和后碰撞的转换阶段,是东昆仑造山带东段晚古生代—早中生代的主要成矿期,主要成矿金属组合为Cu、Pb、Zn、Fe。     

华北地块北缘晚古生代——早中生代岩浆活动期次、特征及构造背景

通过对华北陆块北缘近年来获得的晚古生代—早中生代岩浆岩锆石U-Pb及部分39Ar-40Ar测年结果的分析,认为该区晚古生代—早中生代期间至少经历了泥盆纪、早石炭世晚期—中二叠世及二叠纪末—三叠纪等3期明显的岩浆作用过程。泥盆纪岩浆活动时限在400～360Ma左右,岩性主要为碱性岩(正长岩及二长岩),其次为基性-超基性岩、二长闪长岩、碱性花岗岩及流纹岩,出露面积较少。早石炭世晚期—中二叠世岩浆活动时限在330～265Ma左右,岩性主要为闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩及花岗岩,其次为辉长岩及英云闪长岩。二叠纪末—三叠纪岩浆活动(250～200Ma),岩性主要为钾长花岗岩、二长花岗岩及碱性杂岩,其次为基性-超基性岩及少量中酸性火山岩。华北地块北缘晚古生代—早中生代岩浆岩呈近东西走向的带状分布,其中泥盆纪及早石炭世晚期—中二叠世岩浆岩主要分布在内蒙古隆起上,而二叠纪末—三叠纪岩浆岩分布范围更大,其南界可以到达燕山构造带最南端的蓟县盘山及太行山北段的河北涿鹿矾山地区。这些广泛分布的多期次岩浆活动表明华北地块北缘在晚古生代—早中生代期间经历了复杂的岩浆及构造作用过程。泥盆纪岩浆活动可能与白乃庙岛弧岩带与华北克拉通弧-陆碰撞后的伸展作用有关。早石炭世晚期—中二叠世岩浆活动的形成与古亚洲洋向华北地块的俯冲作用有关。而二叠纪末—三叠纪岩浆活动的形成与华北地块与西伯利亚南缘蒙古增生褶皱带拼合后的伸展及岩石圈拆沉作用有关。     

浙闽沿海晚中生代伸展构造的岩石学标志:东极岛镁铁质岩墙群

在浙江舟山群岛之东极岛上,出露大规模的镁铁质岩墙群,它们沿晚中生代花岗岩和火山碎屑岩的节理侵位,产状近于直立且与围岩截然接触,指示岩墙岩浆以主动方式沿构造裂隙侵入。东极岛镁铁质岩墙群的岩性主要是角闪辉绿岩,全岩Ar-Ar年龄为93.4Ma。在地球化学上,它们属弱碱性系列,SiO_2含量为46.88%～52.55%,CaO 5.40%～7.82%,Al_2O_316.30%～17.31%,TiO_2 1.53%～1.18%,(Na_2O+K_2O)4.62%～6.88%,Mg~#=34～42;具有轻稀土元素和大离子亲石元素(LILE,如Sr、K、Rb、Ba等)富集、高场强元素(HFSE,如Nb、Ta等)亏损等特点,它们的I_(Sr)为0.7084～0.7098,ε_(Nd)(t)为-3.21～-8.11,与福建沿海的镁铁质岩墙群及浙闽沿海晚中生代基性岩浆岩(辉长岩/辉绿岩和玄武岩)相似。它们由起源于受消减作用影响的岩石圈地幔部分熔融而产生并受地壳混染的玄武岩浆,在伸展构造环境中形成,是浙闽沿海晚中生代伸展构造的重要岩石学标志。     

Origin and evolution processes of hybrid event beds in the Lower Cretaceous of the Lingshan Island,Eastern China

On the basis of detailed sedimentological investigation, three types of hybrid event beds (HEBs) together with debrites and turbidites were distinguished in the Lower Cretaceous sedimentary sequence on the Lingshan Island in the Yellow Sea, China. HEB 1, with a total thickness of 63–80 cm and internal bipartite structures, is characterised by a basal massive sandstone sharply overlain by a muddy sandstone interval. It is interpreted to have been formed by particle rearrangement at the base of cohesive debris flows. HEB 2, with a total thickness of 10–71 cm and an internal tripartite structure, is characterised by a normal grading sandstone base, followed by muddy siltstone middle unit and capped with siltstones; the top unit of HEB 2 may in places be partly or completely eroded. The boundary between the lowest unit and the middle unit is gradual, whereas that between the middle unit and the top unit is sharp. HEB 2 may be developed by up-dip muddy substrate erosion. HEB 3, with a total thickness up to 10 cm and an internal bipartite structure, is characterised by a basal massive sandstone sharply overlain by a muddy siltstone interval. The upper unit was probably deposited by cohesive debris flow with some plant fragments and rare mud clasts. HEB 3 may be formed by the deceleration of low-density turbidity currents. The distribution of HEBs together with debrites and turbidites implies a continuous evolution process of sediment gravity flows: debris flow → hybrid flow caused by particle rearrangement → high-density turbidity current → hybrid flow caused by muddy substrate erosion → low-density turbidity current → hybrid flow caused by deceleration.