事件层组合特征限定软沉积变形的地震成因——在青岛灵山岛的应用

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2024.007

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (1): 96 -107. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.007

张济东 ¹ ^, ³(

), 梁超 ¹ ^, ², 操应长 ¹ ^, ², 陈奥 ¹, 卢银 ³(

)

^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）深层油气全国重点实验室，山东青岛 266580
^3.同济大学海洋地质国家重点实验室，上海 200092

收稿日期:2023-10-30 修回日期:2023-12-18 出版日期:2024-01-10
通讯作者: 卢银 E-mail:1801020308@s.upc.edu.cn;yinlu@tongji.edu.cn
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(22120230285);国家自然科学基金面上项目(42272119);泰山学者工程(TSQN201812030)

Feature of Event Bed Combinations Constrains the Seismic Origin for Soft-sediment Deformation as Applied to the Lingshan Island, Qingdao, East China

Jidong ZHANG ¹ ^, ³( ), Chao LIANG ¹ ^, ², Yingchang CAO ¹ ^, ², Ao CHEN ¹, Yin LU ³( )

^1.School of Geosciences, China University of Petroleum (East China), Qingdao Shandong 266580, China
^2.National Key Laboratory of Deep Oil and Gas, China University of Petroleum (East China), Qingdao Shandong 266580, China
^3.State Key Laboratory of Marine Geology, Tongji University, Shanghai 200092, China

Received:2023-10-30 Revised:2023-12-18 Online:2024-01-10 Published:2024-01-26
Contact: Yin LU E-mail:1801020308@s.upc.edu.cn;yinlu@tongji.edu.cn
About author:ZHANG Jidong, Master student, research area includes event sedimentology. E-mail: 1801020308@s.upc.edu.cn
Supported by:
the Fundamental Research Funds for the Central Universities(22120230285);The National Natural Science Foundation of China(42272119);Taishan Scholars Program, China(TSQN201812030)

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对软沉积物变形构造的形成过程解析和触发因素识别一直是国内外事件沉积学研究的重点和难点。国内外学者常将地层中保存的软沉积物变形构造的形成归因于地震作用，但缺乏足够的证据来支撑地震震动触发相应的沉积过程与变形机制。由于软沉积物变形构造可以由地震、风暴和非地震参与的液化作用、重力作用及滑坡等因素触发，且可能受瑞利—泰勒不稳定性（因密度差异沿垂向变形）或开尔文—亥姆获兹不稳定性（沿水平方向变形）机制的控制，软沉积物变形构造本身并不能作为特定触发因素的判别标志。此前，通过解析事件层组合特征来揭示与软沉积物变形构造形成相关的沉积过程和变形机制，进而限定变形构造触发因素的方法已成功应用于中东地区死海盆地（死海断裂带）的事件沉积研究中。尝试应用此方法来解析灵山岛灯塔剖面底部软沉积物变形构造的变形机制与触发因素，研究发现灯塔剖面底部的软沉积物变形构造是原位形成与保存的，并被浊流沉积层上覆，且二者之间无背景沉积物。这种独特的事件层组合指示原位变形和异地搬运两种水下沉积过程准同期发生，而能够同时激发这两类物质来源与沉积过程迥异的事件沉积响应的最可能因素是区域强震震动。结合灵山岛研究案例认为，前人所做的模式化的事件沉积成因判别标志不宜直接套用，而控制事件沉积的沉积过程与物理机制具有一定的普适性，应该是事件沉积学研究的关键。

关键词: 软沉积变形, 浊流沉积, 地震震动, 沉积响应

Identification of trigger(s) and understanding of formation mechanism(s) and process(es) are the primary focus of event sedimentology studies. The triggering of soft-sediment deformation is usually attributed to earthquake shaking, despite the lack of solid evidence to support seismic-forced deformation mechanisms and sedimentary processes, e.g., previous study cases from the Dengta outcrop, Linshan Island, Qingdao, and East China. However, soft-sediment deformation can be triggered by either earthquakes, storms, non-earthquake events involving liquefaction, gravitational loading, or slumping. In addition, the deformation can be controlled by either the Rayleigh-Taylor instability or the Kelvin-Helmholtz instability. Therefore, features of the deformation structure alone cannot be used as indicators for trigger identification. A new approach for trigger identification that involves analyzing the combined features of two event layers has been successfully applied in the Dead Sea Basin (Dead Sea Fault) in the Middle East. In this study, we apply this novel approach to analyze the deformation mechanism and trigger of a large-scale soft-deformed layer in the Dengta outcrop, Lingshan Island, Qingdao. We observe that $①$ large-scale soft-sediment deformation is in situ formed and preserved; $②$ a turbidite layer overlies the in situ deformed layer; and $③$ no background sediments have accumulated between the two event layers. These features indicate that in situ and ex situ sedimentary responses occurred simultaneously. Strong regional seismic shaking is the most plausible trigger for the contemporaneous occurrence of in situ and ex situ sedimentary responses when considering regional geological settings.

Key words: Soft-sediment deformation, Turbidite, Seismic shaking, Sedimentary response

中图分类号:

P512.2

图1 灵山岛大地构造背景及地层序列
（a）山东东部地质图（据参考文献［ 39 - 41 ］修改）；（b）灵山岛地质简图（据参考文献［ 37 ］修改）；（c）灵山岛莱阳群地层序列简图（据参考文献［ 35 ］修改）

Fig. 1 Tectonic setting and stratigraphic sequence of Lingshan Island
（a） Geological map of eastern Shandong （modified after references ［39-41］）；（b） Geological map of Lingshan Island （modified after reference ［ 37 ］）；（c） Stratigraphic sequence of the Laiyang Group on Lingshan Island （modified after reference ［ 35 ］）

图2 灵山岛灯塔剖面地层序列（a）及其保存的软沉积物变形构造层（b）
（a）据参考文献［ 45 ］修改；（b）中的（b1）~（b4）对应（a）底部的软沉积物变形构造层（b1）~（b4）部分

Fig. 2 Dengta outcrop， Lingshan Island （a） and preserved soft-sediment deformation structures （b）
Modified after reference ［ 45 ］； The （b1）~（b4） in Fig. （b） correspond to the （b1）~（b4） parts of the soft-sediment deformation at the bottom of Fig. （a）

图3 灵山岛灯塔剖面保存的典型背景沉积（纹层）
（a）~（e）纹层露头；（f）纹层的镜下特征（单偏光）

Fig. 3 Typical background deposits （laminae） preserved in the Dengta outcrop， Lingshan Island
（a）~（e） Photographs showing the laminae；（f） Microscopic characteristics of the laminae （single polarized light）

图4 灵山岛灯塔剖面保存的典型浊流沉积

Fig. 4 Typical turbidites preserved in the Dengta outcrop， Lingshan Island

图5 灵山岛灯塔剖面软沉积物变形构造的特征
（a）和（b）水平方向变形及其转折端；（c）和（d）倾斜方向变形及其转折端；（e）和（f）倾斜方向变形及其内部的相互干涉的涡旋状变形构造；（g）和（h）垂直方向变形及其转折端

Fig. 5 Features of soft-sediment deformations in the Dengta outcrop， Lingshan Island
（a） and （b） Horizontal deformation and its hinge zone；（c） and （d） Inclined deformation and its hinge zone；（e） and （f） Inclined deformation and its internal coherent vortical deformation；（g） and （h） Vertical deformation and its hinge zone

图6 灵山岛灯塔剖面事件层组合特征
（a）~（d）软沉积变形层与上覆浊积岩层的接触关系；（e）~（h）高清照片揭示软沉积变形层与上覆浊积岩层间无背景沉积物

Fig. 6 Feature of event bed combinations in the Dengta outcrop， Lingshan Island
（a）~（d） The transitions between the soft-sediment deformation and the overlying turbidite；（e）~（h） High-resolution photos reveal no background deposits between the soft-sediment deformation and the overlying turbidite

图7 灵山岛灯塔剖面软沉积物变形构造的显著特征
（a）~（f）高清照片揭示灵山岛灯塔剖面软沉积变形构造中的纹层强烈变形但未破碎

Fig. 7 Significant characteristics of the soft-sediment deformation structures in the Dengta outcrop， Lingshan Island
（a）~（f） High-resolution photos reveal well-preserved strongly deformed laminae in the soft-sediment deformation structures of the Dengta outcrop， Lingshan Island

图8 灵山岛事件层组合特征与全球已知典型事件层组合特征的对比
（a）~（c）灵山岛灯塔剖面浊流沉积层与原位软沉积变形层的组合特征；（d）和（e）中东地区死海断裂带的浊流沉积层与原位软沉积变形层的组合特征（据参考文献［ 29 ］修改）

Fig. 8 Comparison of event bed combination features between Lingshan Island and global known typical cases
（a）~（c） Combination features of turbidite and in situ soft-sediment deformation in the Dengta outcrop， Lingshan Island；（d） and （e） Combination features of turbidite and in situ soft-sediment deformation in the Dead Sea Fault， Middle East （modified after reference ［ 29 ］）

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