滄口斷裂斷層泥石英顆粒微形貌特征及其年代學意義

摘 要：利用掃描電鏡對膠州灣東岸段滄口斷裂斷層泥中的石英顆粒進行微形貌特征觀察與統(tǒng)計。結果表明：膠州灣東岸段滄口斷裂最新活動時代為中更新世至晚更新世，未見全新世以來的活動跡象；該段滄口斷裂自上新世以來至晚更新世有3期活動，分別為第一期上新世，第二期早更新世，第三期中更新世至晚更新世。總體來說，自上新世至晚更新世，滄口斷裂活動性呈明顯減弱的趨勢。斷層泥石英微形貌所反映的滄口斷裂最新活動時代與前人測年結果基本一致，所反映的滄口斷裂自上新世至晚更新世活動性明顯減弱的趨勢與山東膠東半島NE-NNE向斷裂活動性在第四紀晚期迅速減弱的趨勢一致。

關鍵詞：滄口斷裂；斷層泥；石英微形貌；活動時代

Micro-morphology characteristics and chronology implications of the gouge quartz of Cangkou fault

LENG Chuanxu1，2， LI Xuezhuan1，2，3， SHAO Cheng1，2，3， SUN Xi1，2

（1.Qingdao Surveying amp; Mapping Institute， Qingdao 266032， Shandong， China; 2. Geotechnical Engineering Technology Center of Qingdao， Qingdao 266032， Shandong， China; 3. Qingdao Haiboer Construction Engineering Testing Co.， Ltd.， Qingdao 266032， Shandong， China）

Abstract： In this paper， the micromorphology characteristics of quartz particles in the gouge of Cangkou fault in eastern Jiaozhou Bay were observed and statistically analyzed using scanning electron microscope. The statistical results of quartz micromorphology show that the latest active age of Cangkou fault is from the Middle Pleistocene to the late Pleistocene， and there is no evidence of activity since the Holocene. From Pliocene to late Pleistocene， Cangkou fault experienced three periods of activity， the first period is Pliocene， the second period is early Pleistocene， and the third period is Pleistocene to late Pleistocene. In general， from Pliocene to late Pleistocene， the Cangkou fault activity showed a significant weakening trend. The main active age of Cangkou fault was from Pliocene to early Pleistocene， with the most intense activity in Pliocene and slight weakening in early Pleistocene. In late Pleistocene， the Cangkou fault activity weakened rapidly， and no obvious signs of activity have been observed since Holocene. The latest activity age of Cangkou fault reflected by the micromorphology of mud and stone is basically consistent with the previous dating results. And the significant weakening trend of Cangkou fault activity from Pliocene to late Pleistocene is consistent with the rapid activity weakening trend of NE-NNE fault during the late Quaternary in Jiaodong Peninsula， Shandong Province.

Keywords： Cangkou fault; gouge; micro-morphology of quartz; active age

滄口斷裂呈NE向貫穿青島市區(qū)，是影響青島城市規(guī)劃布局和工程建設的主要斷裂之一，對青島市的城市建設意義重大（欒光忠等，2010）。前人采用熱釋光（TL）、光釋光（OSL）、電子自旋共振（ESR）等年代測試方法對滄口斷裂斷層泥及上覆第四紀沉積物絕對年齡進行了測試（王志才等，2002；楊承先等，2002），對滄口斷裂活動性和最新活動時代取得了一定的認識，但對滄口斷裂新生代特別是第四紀以來的活動期次與活動強弱仍缺乏系統(tǒng)的研究和充分的認識。

斷層泥是斷裂帶內由斷層物質經受壓扭或剪切應力而被擠壓、磨碎所形成的、包含巖石和礦物碎屑顆粒以及黏土礦物的泥狀物質（袁仁茂等，2013），斷層泥是斷層活動的地質信息載體（Fukuchi，1996），通過研究斷層泥微觀結構和黏土礦物成分，可以推測斷層的活動性質和活動歷史（張秉良等，1993）。斷層泥中由兩盤巖石磨碎形成的石英顆粒，抗溶蝕能力強，是斷層泥中常見的碎屑礦物。Kanaori等（1980）發(fā)現(xiàn)：斷層泥中石英顆粒表面新鮮的機械破碎痕在斷層活動停止后，在地下水溶蝕作用下，機械破碎痕逐漸被溶蝕、加深，形成各種溶蝕微觀形貌。通過對斷層泥石英微形貌統(tǒng)計和與石英顆粒熱釋光年齡比對，建立了石英形貌與斷層活動年代對應表，進而斷層泥中的石英顆粒表面微形貌也就具有了年代學意義。通過對斷層泥中各種石英微形貌進行統(tǒng)計，不僅可以判斷斷層最新活動時代，也可以獲得不同時期斷層的活動性強弱，目前這種方法在斷裂活動時代的研究中已有較廣泛的應用（李建等，2016；何超楓等，2017；劉亮等，2020）。

本文依托“青島市城市地質調查項目”，利用掃描電鏡（SEM）對研究區(qū)膠州灣東岸段滄口斷裂斷層泥中的石英顆粒微形貌進行觀察和統(tǒng)計，探討了滄口斷裂的最新活動時代、活動期次和活動強度，為滄口斷裂的地震危險性評價提供參考。

1" 滄口斷裂基本特征

滄口斷裂是牟平-即墨斷裂帶的南段組成部分，而牟平-即墨斷裂帶是中國東部郯廬斷裂系（張岳橋等，2008；張勇等，2013）（圖1），作為該斷裂的組成部分，滄口斷裂是膠南隆起與膠萊盆地的分界，控制了中生代的火山活動、盆地沉積和巖漿侵入以及晚第四紀沉積和現(xiàn)代地貌（山東省地質礦產局，1991）。滄口斷裂起自即墨遠區(qū)演洪溝村，向南西方向延伸，穿過青島市區(qū)后進入膠州灣內，再于黃島出露地面，長約82 km，走向北東40～55°，傾角一般為70～88°，個別地段略緩，傾角50～60°，斷裂帶寬度一般30～60 m，最寬處超過400 m（山東省地質調查研究院，1999）。根據(jù)斷裂的幾何形態(tài)、活動時代、斷裂帶組合特點、活動習性及地形地貌，滄口斷裂分為4個斷層段，由北向南為西南泊—窯上段、松山—太平莊段、丹山—膠州灣段和黃島段（青島市地震局，2008）。

滄口斷裂地質演變歷史較為復雜，經歷了多期構造活動方式的轉換。自燕山運動期以來，滄口斷裂依次經歷了張性活動期、左性壓扭活動期、張性活動期和右性壓扭活動期（國家海洋局第一海洋研究所，2005），直到晚更新世中、晚期，滄口斷裂仍有活動跡象（郭玉貴等，2007）。

2" 樣品采集與實驗方法

2.1" 斷層泥樣品采集

研究區(qū)位于膠州灣東岸沿岸地帶，本次研究的膠州灣東岸段滄口斷裂屬于前人劃分的丹山—膠州灣段斷裂分段。該區(qū)域城市化進展較快，滄口斷裂在地表的露頭難覓蹤跡，故采用鉆探取心方式在4個鉆孔中取得4件斷層泥樣品。研究區(qū)范圍及取樣鉆孔位置見圖2。

斷層泥樣品取自緊靠滄口斷裂主斷層面的斷層泥中，取樣位置和斷層泥樣品特征見表1。由于膠州灣東岸段滄口斷裂正好為青山群八畝地組（KqB）中-基性火山巖及火山碎屑巖和嶗山巖體花崗巖（γ53）的分界，主斷層面兩側分別為安山質斷層角礫巖和花崗質斷層角礫巖。緊靠主斷層面的斷層泥取心，樣品呈灰綠色或紫紅色的土柱狀，在顯微鏡下呈現(xiàn)面理化，礦物成分以各種黏土礦物為主，斷層泥中的石英多呈波狀消光，表明滄口斷裂經歷了強烈的壓扭性活動。因此，采集的緊靠滄口斷裂主斷層面的斷層泥樣品以及該樣品中的石英顆粒可以客觀反映本段滄口斷裂的活動特征。

2.2" 實驗方法

石英顆粒微形貌的掃描電鏡（SEM）測試在國土資源部金礦成礦過程及資源利用重點實驗室完成，使用的儀器為ZEISS SUPRA55型場發(fā)射掃描電鏡。因斷層泥中石英等碎屑顆粒特征明顯，易于辨認，直接對斷層泥光片進行掃描電鏡觀察。為確定所觀察顆粒為石英，對斷層泥中每一顆做微形貌統(tǒng)計的石英顆粒都進行了能譜分析，以同時能被能譜分析確認的為準。能譜分析儀器為OXFORD INCA X-Max（20 mm2）能譜儀，加速電壓15 kV，束流1×10-9A。能譜分析點位及能譜分析結果如圖3所示，點位選擇石英顆粒表面相對平整處，能譜分析結果顯示該碎屑顆粒成分主要為SiO2，確認該碎屑顆粒為石英顆粒。以此方式隨機觀察并統(tǒng)計了100顆石英顆粒。

3" 滄口斷裂斷層泥石英微形貌

斷層泥中的石英顆粒微形貌包括代表破裂的貝殼狀微形貌，以及溶蝕程度由淺到深、溶蝕時間由短到長的次貝殼狀、橘皮狀、魚鱗狀、苔蘚狀、鐘乳狀、蟲蛀狀、鍋穴狀、珊瑚狀微形貌（張汝潘等，1999）。通過對滄口斷裂斷層泥中的石英顆粒表面微形貌進行觀察發(fā)現(xiàn)，滄口斷裂斷層泥中石英顆粒表面微形貌主要有次貝殼狀（圖4-a）、苔蘚狀（圖4-b）、鐘乳狀（圖4-c）和蟲蛀狀（圖4-d）。其中，次貝殼狀石英顆粒呈棱角狀，棱角略有破損，表面較平滑，有少量刻線、刻蝕凹坑等應力痕；苔蘚狀石英顆粒形似橢圓狀，棱角不明顯，表面孔洞密布，形似苔蘚，孔洞一般較淺；鐘乳狀石英顆粒具有近球狀的渾圓外形，但表面凹凸不平，有類似鐘乳狀突起，突起一般高2～3 μm；蟲蛀狀石英顆粒有類似蟲蛀的較大且較深的孔洞，孔洞直徑可達5～10 μm，部分孔洞連在一起，直徑可達20 μm。

通過對滄口斷裂斷層泥石英表面微形貌類型進行統(tǒng)計（圖5）發(fā)現(xiàn)，滄口斷裂斷層泥中蟲蛀狀石英顆粒占總數(shù)的48%，是滄口斷裂斷層泥石英顆粒的主要微形貌，其次是苔蘚狀石英顆粒，占總數(shù)的36%，鐘乳狀次貝殼狀石英顆粒占比較少，分別為10%和6%。

4" 滄口斷裂活動時代和活動性

斷層泥中石英微形貌與斷層活動年代之間存在對應關系（Kanaori et al.，1980），通過將斷層泥石英微形貌統(tǒng)計值和石英微形貌與斷層活動年代對應關系圖（圖6）比對，可知斷層活動時間和活動強弱，微形貌占比高者，所對應的年代為斷層強烈活動的時代。通過對照發(fā)現(xiàn)：膠州灣東岸段滄口斷裂最新活動時代為中更新世至晚更新世，未見全新世以來的活動跡象；該段滄口斷裂自上新世以來至晚更新世有3期活動，第一期為上新世，該期活動最為強烈，第二期為早更新世，該期活動仍較強烈，但較上新世活動劇烈程度略有減弱，第三期為中更新世至晚更新世，活動劇烈程度明顯減弱。總體來說，膠州灣東岸段滄口斷裂自上新世至晚更新世，活動性呈明顯減弱的趨勢。

需要注意的是，通過斷層泥石英微形貌統(tǒng)計所得出的斷裂活動時代，是一種基于統(tǒng)計規(guī)律得出的結果。目前在工程地質、地震地質研究及評價活動斷裂中，對斷裂活動性鑒定主要用TL、OSL、ESR等方法確定斷裂活動的具體年齡，斷層泥石英微形貌統(tǒng)計法可以作為測年方法的補充手段和參考依據(jù)（朱學強等，2010）。

考慮到滄口斷裂具有明顯的分段特征，為對比同一區(qū)段的滄口斷裂活動性，將收集的丹山—膠州灣段滄口斷裂活動時間測年結果（表2），與通過斷層泥石英顆粒微形貌特征統(tǒng)計推測的活動時間進行比對。綜合前人測年結果，丹山—膠州灣段滄口斷裂在中更新世有活動跡象，至晚更新世晚期仍有活動，未見全新世以來活動跡象。本次通過斷層泥石英顆粒微形貌特征統(tǒng)計推測的滄口斷裂最新活動時代與前人測年結果所得出的最新活動時代基本一致，即膠州灣東岸段滄口斷裂最新活動時代為中更新世至晚更新世，同時發(fā)現(xiàn)膠州灣東岸段滄口斷裂在上新世和早更新世有兩期強烈活動跡象，而且自上新世以來至晚更新世，滄口斷裂的活動性具有逐漸減弱的趨勢。

欒光忠等（1999）通過對包括滄口斷裂在內的青島及鄰區(qū)NE向斷裂的地貌表征、上覆地層沉積、歷史地震等方面研究發(fā)現(xiàn)，青島地區(qū)NE向斷裂晚更新世以來趨向于穩(wěn)定；王志才等（2002）認為青島及鄰近地區(qū)NE向斷裂在空間展布、運動性質及最新活動年代等方面具有相似性，滄口斷裂在晚更新世以來未發(fā)生錯段地表活動，青島地區(qū)斷裂的地震特征與魯東斷塊區(qū)內斷裂的第四紀活動及地震活動背景一致；黃永華等（2007）認為牟平-即墨斷裂帶的不同分段構造活動性存在差異，但最新活動年代集中于中更新世中晚期，晚更新世以來停止活動，山東膠東半島NE-NNE向斷裂活動性在第四紀晚期迅速減弱，處于相對穩(wěn)定的階段。總體來說，在山東半島NE-NNE向斷裂整體趨于穩(wěn)定的地質背景下，至晚更新世，滄口斷裂的活動也逐步趨于穩(wěn)定，這一趨勢在斷層泥石英顆粒表面微形貌的統(tǒng)計結果上也有所反映，表現(xiàn)為石英顆粒受溶蝕程度深的微形貌占多數(shù)，溶蝕程度淺的微形貌則占比較小。

5" 結論

利用掃描電鏡對膠州灣東岸段滄口斷裂斷層泥中的石英顆粒進行微形貌特征觀察和統(tǒng)計，膠州灣東岸段滄口斷裂最新活動時代為中更新世至晚更新世，未見全新世以來的活動跡象；膠州灣東岸段滄口斷裂自上新世以來至晚更新世有3期活動，第一期為上新世，該期活動最為強烈，第二期為早更新世，該期活動仍較強烈，但較上新世活動劇烈程度略有減弱，第三期為中更新世至晚更新世，活動劇烈程度明顯減弱。

膠州灣東岸段滄口斷裂自上新世至晚更新世，活動性呈明顯減弱的趨勢，該趨勢與山東膠東半島NE-NNE向斷裂活動性在第四紀晚期迅速減弱的趨勢一致。斷層泥石英微形貌所反映的膠州灣東岸段滄口斷裂最新活動時代與前人測年結果基本一致，且補充了滄口斷裂自上新世以來的活動期次和活動強度，該方法可以為滄口斷裂的地震危險性評價提供參考。

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