福建泉州湾全新世海滩岩特征及物源环境分析

2014-01-15何耀堂

福建地质 2014年2期

何耀堂

(福建省泉州市水电工程勘察院，泉州，362011)

泉州湾位于福建东南沿海，福建省泉州市水电工程勘察院在其北部的西沙湾进行工程地质勘察时，发现全新世砂层夹薄层钙质碎屑岩。钙质碎屑岩厚度小，规模不大，碎屑粒度粗细不等，含贝壳类生物化石，胶结物为碳酸盐，具海滩岩特征[1]。近年因扩大工程勘探范围，不断有新的发现。

1 区域地质背景

泉州湾位于台湾海峡西岸，受太平洋板块和欧亚大陆板块相互作用的影响，中-新生代构造、岩浆、地震活动强烈。构造上泉州湾处于闽东南滨海断隆带，其周边地区自惠安崇武至晋江、石狮沿岸分布早古生代志留纪侵入粗粒二长花岗岩。闽东南滨海断隆带西侧大致以莆田—南安—龙海一线为界，与闽东火山断坳带相邻。闽东火山断坳带分布中生代陆相酸性和中酸性火山岩、火山沉积岩及燕山期花岗岩(图1)。

图1 福建泉州湾区域构造及志留纪花岗岩分布图Fig.1 Diagram showing the distribution of regional structures and Silurian granite in Quanzhou gulf,Fujian province

北东向的长乐—诏安断裂带是我国东南沿海大陆边缘的一条重要的断裂构造带，其分布位置、范围与闽东南滨海断隆带基本一致。该断裂带中生代强烈活动，造成泉州沿海分布的志留纪二长花岗岩普遍发生热动力变质。岩体以韧性剪切变形为主，片麻理发育，交代作用强烈，造岩矿物中的长石常碎粒化，形成构造眼球体。石英普遍波状消光、发育毕姆带、破碎重结晶形成拉长定向排列的复晶集合体。该断裂带在新生代仍十分活跃，主要表现为差异性升降运动，控制了一系列连续北东走向的山脊、海湾、深谷、陡崖、低丘岛链及水下陡坡等构造地貌。具有发生地震的构造动力学背景，泉州湾1607年5.25级、1609年5.75级、1907年5.0级和东山湾1791年5.5级地震，均与该断裂带有密切的联系[2-5]。

泉州东部海域40～50 m深处，与海岸线近于平行的滨海断裂带，形成于新生代末期，具有强烈全新世活动性，仅公元1600年以来该断裂带发生过3次≥7级地震，最剧烈为1604年泉州海外50 km处的7.5级地震，对该区影响最大；其次1600年广东南澳7级与1918年诏安湾7.3级地震[6-8]。

2 海滩岩沉积记录

西沙湾海滩岩记录了海洋动力作用下的海岸堆积。现探明海滩岩厚度为0.50～2.40 m，其上覆、下伏层均为松散砂层，沿海岸分布长320 m，宽70～120 m，岩层顶面标高-0.60～1.10 m，底面标高-3.00～1.20 m，向南向海缓倾，倾角2°～5°。ZK6位于西沙湾北部潮上区崇武假日酒店建筑场地，距高潮线约5 m，孔口标高4.30 m，孔深10.60 m，地层自下而上分述如下。

(1)灰色、灰黄色粗砂，厚度3.90 m。下部夹厚度约0.30 m的淤泥质粘土，14C测年(6 920±105)a，含钙质超微化石Helicosphaeracarteri，Gephyrocapsaoceanica，Gephyrocapsacaribbeanica；毕克卷转虫AmmoniabeccariiLinne,扩展诺宁虫NonionextensumCushman,葛拉特劳诺宁虫Noniongrateloupud'Orbigny,异常虫诺宁虫NonionanomalinoideaGerke及丰富海相硅藻。该层不整合覆于燕山早期花岗岩风化带上。

(2)灰白、灰黄色海滩岩，总厚度2.20 m。上部为灰白色钙质砾岩，厚0.80 m。粗碎屑含量70%～80%，成分为石英砂岩、硅质岩、凝灰质砂岩及贝壳类大化石，粒径20～50 mm。钙质胶结，胶结物占20%～30%，半固结-固结，顶部厚约0.20 m呈松散状。贝壳类化石为文蛤MeretrixmeretrixLinne，镜蛤Dosiniasp.和篮蛤Corbiculasp.。与下部的钙质含砾砂岩呈突变关系。

下部为灰黄、灰白色钙质含砾砂岩，厚1.40 m。碎屑含量75%～85%，主要为花岗岩岩屑、硅质岩岩屑、贝壳类化石及石英、长石等矿物组成。以砂屑为主，砾屑少量。砂屑粒径0.25～2 mm，砾屑2～20 mm。胶结物为钙质，含量15%～30%，固结程度高。ESR测年为(3 009±300)ka，14C测年(1 980±85)a。贝壳类化石为MeretrixmeretrixLinne，Dosiniasp.和Corbiculasp.。与下伏粗砂层呈突变关系。

从地质测年和生物化石化析，海滩岩的形成年代应为全新世晚期，与闽南地区发育的海相地层全新统同安组同期，隶属同安组。

(3)灰黄色中细砂，厚3.40 m。

3 海滩岩岩石学特征

3.1 碎屑特征

西沙湾海滩岩上部为钙质砾岩，厚度0.30～1.20 m。粗碎屑(卵石)除贝壳外，均由砂岩、硅质岩等硬质岩组成。其中硅质岩、石英砂岩25%～40%，凝灰质砂岩15%～25%，大贝壳10%～20%，粒径20～50 mm，圆形、次圆形，成熟度高，是经过长距离搬运，受长时间水流作用形成。胶结物为纯净的钙质，矿物成分为泥晶方解石、微晶方解石，胶结类型以接触式、孔隙式为主，胶结程度较差。下部为钙质含砾砂岩，厚度0.50～1.60 m。碎屑以砂屑为主，粒径0.1～2 mm ,含量50%～65%，大部分为石英，少量长石；砾屑粒径2～20 mm，含量10%～20%，以花岗岩和硅质岩岩屑为主，少量贝壳碎屑；胶结物10%～30%，均为方解石泥晶和微晶，胶结类型有基底式、孔隙式、接触式，以基底式为主。具重力胶结结构、淡水胶结结构和渗滤孔洞构造，胶结牢固，岩石质地坚硬。

海滩岩上部与下部岩性呈突变关系，差别在于上部为钙质砾岩，粗碎屑均为磨圆度很好的卵石，卵石中见有凝灰质砂岩，未见二长花岗岩；下部为钙质含砾砂岩，粗碎屑的含量少，粒度小，由2种不同成熟度的碎屑组成，碎屑含二长花岗岩岩屑及长石砂屑。

3.2 岩石化学特征

西沙湾海滩岩中的钙质含砾砂岩及该区志留纪二长花岗岩的岩石化学成分(表1)。钙质含砾砂岩以Al2O3、CaO含量高， Na2O、K2O等氧化物含量低为特征。

表1 崇武西沙湾海滩岩及海岸花岗岩岩石化学成分(%)

注：据福建省地质局区域地质测量队，1∶20万区域地质调查报告(泉州幅、厦门幅)，1977。

3.3 矿物特征

钙质含砾砂岩以石英为主，部分颗粒发育毕姆带，具波状消光，呈压扁状，碎粒化重结晶呈复晶集合体，具定向排列；长石含量5%～10%，为斜长石和钾长石。斜长石(An)=28～32，属中长石，具钠律双晶和不太发育的环带构造，常见弯曲的双晶纹；钾长石为中正微长石和最大微斜长石，具格子状双晶。岩屑中的长石常呈眼球状，具碎裂、碎粒结构，见有钾长石交代斜长石形成缝合线结构、包含结构；斜长石交代钾长石形成蠕英石结构、净边结构。岩石中含少许黑云母，呈碎片状，未见次生变化，基本保存原生状态。长石、石英等造岩矿物特征反映其母岩受到热动力变质作用，发生韧性剪切变形。

据人工重砂鉴定结果，钙质含砾砂岩副矿物总量高，种类较多，有锆石、磁铁矿、榍石、金红石、钛磁铁矿、褐帘石、钛铁矿；金属硫化物矿物有磁黄铁矿、黄铁矿；蚀变变质矿物有绿帘石、石榴石、电气石、红柱石、硅线石。多数矿物未受磨蚀或磨损不明显。副矿物总量平均达到碎屑矿物的5.8%，副矿物组合类型属锆石-磁铁矿-钛铁矿型，与该区志留纪二长花岗岩的组合类型相近。红柱石、硅线石等蚀变变质矿物也指示母岩发生过热动力变质作用。副矿物这些特征反映钙质碎屑岩部分物质来自海岸分布的二长花岗岩。矿物碎屑受磨蚀程度低，在外营力作用下不稳定的磁铁矿和硫化物仍保存完好，均说明矿物从离开母岩开始，到搬运、沉积和成岩作用都是在比较短的时间内完成的。

4 海滩岩形成的物源及环境分析

4.1 物源分析

西沙湾海滩岩上部的钙质砾岩，粗碎屑含量多、粒径大、磨圆度好、成熟度高，来源于河口和近岸砂质、砂砾质海滩。其中的凝灰质砂岩呈紫红色，经显微鉴定和类比，属于侏罗系长林组或南园组、白垩系石帽山群等中生代火山沉积岩。但泉州湾及其周边沿海未发现这些地层分布，这些地层分布于闽东火山断坳带，主要出露在晋江、洛阳江上游的安溪、永春、南安等地。由这些火山沉积岩形成的卵石、砾石出现在崇武西沙湾，可能为晋江、洛阳江从上游搬运至泉州湾入海口，搬运距离50～80 km，再由泉州湾口搬运到西沙湾，搬运距离约10 km，搬运方向由南向北偏东。

海滩岩下部钙质含砾砂岩的碎屑组分和矿物特征，均表明其中的低成熟度碎屑源于海岸崩塌的花岗岩体，搬运速度快、时间短。

4.2 环境分析

4.2.1 海滩岩形成前环境

微体古生物分析表明，福建沿岸的全新世海侵多以有孔虫和海相硅藻的同时出现为标志[9]。西沙湾海滩岩下伏粗砂层超覆于燕山期花岗岩之上，底部所夹的淤泥质粘土14C测年为(6 920±105)a，含有孔虫化石及海相硅藻，其沉积环境主要为滨海淡水化环境，属海侵层位，是对距今7 000 a左右福建沿海发生一次区域性海侵，伴随海平面上升，海岸线向内陆推进；含钙质超微化石属于暖水偏热的分子，其温度17～26℃，化石丰度不高，分异度很低，表明其沉积时处于相对温暖的潮间带环境，属于玉木冰期后温暖湿润气候条件。

海滩岩胶结物均为方解石，少见或未见粘土矿物，岩石化学分析A12O3很低，下伏粗砂质地纯净，均标志潮间带为正常的海水环境，属于良好的砂质和砂砾质海滩。

4.2.2 沉积-成岩环境

西沙湾海滩岩覆于正常海滩环境沉积的砂层之上，碎屑来自海岸带花岗岩与河口、潮滩沉积物的不同物源区，大小混杂，胶结物为碳酸盐，具淡水胶结结构。其在高能的水动力环境下，形成于接近高潮位的潮间带，超越正常的环境-作用-产物系统，叠加在正常沉积物之上的特殊岩石，应与突发性强海洋事件有关。

海滩岩由下部的钙质含砾砂岩和上部的钙质砾岩组成，二者均是典型高能作用产物，他们之间的不连续性，反映具有2次短暂间歇的突发事件。相比之下，后者比前者的能量更大。一般碎屑粒度越大，起动和搬运的流速越大。钙质含砾砂岩碎屑的最大粒径为20 mm，起动流速和搬运流速>100 cm/s；钙质砾岩碎屑粒径最大为50 mm，起动流速和搬迁流速>250 cm/s。这些速度也是相应粒级碎屑沉积时的流速。当流速降低至某一数值时，相应粒级的碎屑开始沉积，较粗的颗粒在其之前停留下来，而较细的碎屑继续被带走。

海滩岩是在高能水动力作用消除后，堆积物暴露在大气中发生表生成岩作用形成的。其中的磁铁矿、黑云母和硫化物在大气中稳定性较差，但西沙湾海滩岩中未见其因氧化作用、水化作用而发生次生变化。这不仅是碎屑组分快速搬运、快速沉积的反映，也是快速胶结、快速成岩的结果，并标志其早期固结受强烈日射的控制，处在高温、高蒸发的气候条件。在较高的水温和气温下，有利于钙的析出，强烈的蒸发作用使孔隙水中CO2散失，促进处于过饱和状态的CaCO3结晶生长，迅速胶结海滩上的碎屑沉积物形成海滩岩。

5 讨论

5.1 海滩岩形成的地质时代

西沙湾海滩岩下伏地层所含钙质超微化石主要分布于第四纪NN19-NN21带，未见绝灭于更新世NN19带的Pseudoemilianialacunosa，应属全新世；微体古生物海相有孔虫和硅藻指示为海侵层位，反映了福建沿海约距今7 000 a前的一次海侵，14C测年为(6 920±105)a，故其地质时代应属全新世中期。

福建沿海海滩岩属中、晚全新世，14C测年为(5 596±168)a～(1 147±90)a[10-13]。西沙湾海滩岩下部的钙质含砾砂岩物源主要为海岸分布的志留纪二长花岗岩体，其ESR测年为(3 009±300)ka，可能受母岩构造热事件的影响，数值偏大；贝壳类化石MeretrixmeretrixLinne，Dosiniasp.和Corbiculasp.，多分布于第四纪，14C测年结果为(1 980±85)a，故可认为海滩岩形成的地质时代为全新世晚期，约在距今2 000 a。

5.2 产生海滩岩的海洋事件

西沙湾海滩岩是极高能量的海洋动力作用下的海岸混杂堆积，为正常环境下出现突发事件的产物。地震与海啸不存在直接的因果关系，但地震发生后的强烈震动力和断裂突然错动，引起巨大规模的海底滑坡和崩塌可引发海啸。不论震级大小与震源深浅，或震源机制类型，只要能触发突然的足够大规模的海底或海岸滑坡、崩塌，就可引发海啸[14，15]。地震过程中发生的海岸快速下沉，随后可能紧随海啸发生[16-18]。泉州湾及其周边地区位于我国东南部，处于环太平洋地震活动带，新生代以来受到菲律宾板块向西推压的直接影响，全新世沿长乐—诏安断裂带和滨海断裂带多次发生强烈地震，都可能发生海啸、海岸或海底滑坡、崩塌和沉陷等突发事件。

据西沙湾海滩岩含有晋江河口沉积物分析，初步认为其搬运动力来自晋江河口以南。晋江河口南面的深沪湾在距今7 000 a和距今2 000 a均发生过强地震，使得生长于更新世，14C测年(25 800±2 490)a～(15 460±420)a的古牡蛎和生长于距今8 000 a～7 000 a的古油杉森林快速下沉到潮下带和潮间带海域保留至今[19-21]。西沙湾海滩岩可能与距今2 000 a发生的强震事件相关。强烈的震动，使得附近海岸由志留纪花岗岩构成的山体、陡崖突然发生巨大规模的崩塌而引发海啸，以>100 cm/s的流速将塌落的岩石碎屑带走，途经海滩、河口与那里的砂砾、生物贝壳无序混合，在<100 cm/s流速下，杂乱堆积于西沙湾潮间带，完成了该处海滩岩下部的沉积作用；相隔不久，由于地震震动造成的地壳不稳定因素仍然存在，也可能余震发生，导致深沪湾整体快速下沉，紧随的海啸能量比前一次更大，以>250 cm/s的流速经过泉州湾入海口，搬运河口及潮滩堆积物，在<250 cm/s流速下沉积于前次海啸的堆积体之上，形成上部海滩岩。

6 结论

福建泉州湾北部的海滩岩经分析，初步认为其物源为海岸花岗岩和河口、海滩砂砾质堆积物，是突发性海洋事件的产物，可能与晋江深沪湾在距今约2 000 a发生的一次地震相关。由地震造成海岸巨大体积的山体突然崩塌和海湾快速下沉，引发2次海啸，分别搬运海底陆源碎屑并堆积到西沙湾潮滩接近高潮线部位所形成。碎屑自深沪湾经泉州湾口，大致与海岸线平行由南向北偏东方向搬运；2次搬运速度分别>100 cm/s和>250 cm/s；搬运距离10～40 km；沉积环境为温暖的气候，良好的砂砾质海滩、洁净的水体和接近高潮位的潮间带；成岩条件为温暖和高蒸发的气候条件，有淡水参与，由钙质胶结快速成岩。

由地震引发海啸形成泉州湾海滩岩只是一种初步的认识，不排除地震引发海底滑坡产生浊流沉积和风暴潮等突发事件造成碎屑物质搬迁、堆积而形成海滩岩的可能性，其成因有待进一步深入研究、探讨。

本文中的古生物化石由中国科学院南京地质古生物研究所分析鉴定，14C和ESR测年由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测试，岩石、矿物由福建省地质矿产勘查开发局测试研究中心分析鉴定。谨此对参与相关工作的专家表示衷心感谢。

1 何耀堂.泉州沿海全新世钙质碎屑岩特征及其成因的初步认识.福建地质，2006，25(1).

2 丁祥焕，王跃东，叶盛基，等.福建东南沿海活动断裂与地震.福州：福建科学技术出版社，1999.

3 张虎男.福建长乐—诏安断裂带的新构造运动.地质学报，1987，(3).

4 陈伟光.华南沿海沉积盆地的新构造运动及其与地震的关系.华南地震，1995，15(2).

5 黄松风.长诏断裂带垂直运动与地震关系初探.大地测量与地球动力学，2003，23(4).

6 张虎南，陈伟光，黄坤荣，等.华南沿海新构造运动与地质环境.北京：地震出版社，1990.

7 魏柏林，徐辉龙，谢明富.东南沿海地震区的现代构造应力场.华南地震，1996，16(4).

8 孙金龙，徐辉龙，李亚敏.南海东北部新构造运动及其动力学机制.海洋地质与第四纪地质，2009，29(3).

9 杨建明.福建沿岸晚更新世末次海侵及其海平面的变化.海洋科学，1988，12(5).

10 王绍鸿.福建全新世海滩岩及其地质意义.福建师范大学学报(自然科学版)， 1995，11(4).