基于深反射地震剖面的沂沭断裂带岩石圈精细结构

为揭示沂沭断裂带深部结构及发生—发展过程,查清断裂切割深度及对岩石圈地幔的破坏,探讨沂沭断裂带的构造组合样式、运动方式、地壳稳定性及其对资源环境的约束作用,研究团队于2019年在沂沭断裂带南段沂南—莒县附近布设了一条长约60 km的深反射地震剖面,系统采集了沂沭断裂带和两侧地块的地震数据,对沂沭断裂带深部岩石圈精细结构进行了解剖.结果显示,该区岩石圈结构在横向上表现为以沂沭断裂带为界的块状结构特征,地壳厚度约30.8～39.5 km;莫霍面总体呈西浅东深态势,并被西倾的沂水—汤头断裂(F2)和昌邑—大店断裂(F4)错断,垂直落差达10.5 km.与浅部"两堑夹一垒"的构造组合样式不同的是,沂沭断裂带在深部剖面上表现为由沂水—汤头断裂(F2)和昌邑—大店断裂(F4)向上延伸与分叉散开的多条断裂组成"双枝状"构造组合样式.断裂带内被断层切割的界面反射波多呈向上的拱弧形,其构造形迹具有伸展、挤压和走滑并存的特征,推断这些界面为层间滑脱构造,它们指示了沂沭断裂带"多层滑移"构造运动方式.该断裂带不仅切穿了近地表、壳内地质界面,F2、F4断裂还向下切割莫霍面,深入岩石圈地幔,是深达地幔的深大断裂构造带,为地幔热物质的上涌提供了通道,对中生代的岩浆活动和内生成矿具有控制作用.地震剖面西端的铜井金矿成矿与沿F2断裂上侵的铜井杂岩体关系密切;剖面东端的火山机构保存完整,没有明显构造破坏痕迹,据此认为沂沭断裂带左行走滑主要发生在早白垩世青山期以前,其后水平滑移量应不大.从区域地质分布及地震反演结果看,昌邑—大店断裂(F4)明显将山东省分割为鲁西和鲁东两个地质构造单元,因此将其作为区域地质构造分界线是合理的.本项研究结果进一步加深了沂沭断裂带深、浅部结构的认识,为分析研究沂沭断裂带的深部过程和浅部构造响应及对资源环境的影响提供了资料约束.     

基于多源遥感数据研究沂沭断裂带几何展布及构造地貌特征

本文利用ETM+、资源三号等多源遥感数据,经过镶嵌、增强及融合等一系列影像处理,对沂沭断裂带(郯庐断裂带山东带)的几何展布及构造地貌特征进行了详细的解译。研究表明,沂沭断裂带总体走向NNE,主要由5条主干断裂组成,分别是鄌郚-葛沟断裂(F_1)、沂水-汤头断裂(F_2)、白芬子-浮来山断裂(F_3)、昌邑-大店断裂(F_4)及安丘-莒县断裂(F_5),遥感影像上形成两堑一垒的构造地貌格局,而每条断裂均有明显的遥感构造地貌特征,表现为线性特征、色调差异、串珠状湖泊分布、断层陡坎、断层陡崖、断塞塘等现象,其中安丘-莒县断裂(F_5)在构造地貌上具有历史地震地表破裂、断层陡坎与冲沟同步右旋位错等较新的活动现象,表明该断裂为现今5条主干断裂中构造活动性最强的一条,对强震的发生具有明显的控制作用。     

郯庐断裂带渤海段与沂沭断裂带衔接关系

以郯庐断裂带渤海段和沂沭断裂带的衔接点潍北凹陷为切入点,依据高精度大地电磁和地震剖面,解析了潍北凹陷的多条断裂,并结合地层发育等特征,研究渤海段中生代断裂活动及其与沂沭断裂带的构造关系。研究认为这些断裂可能属于不同的断裂体系。在潍北凹陷解析出的郯西(Fa)和郯东(Fb)两条断裂为古近纪正断裂系,呈现上陡下缓的勺状形态,消失在中地壳,切割部位较浅,主要控制新生界沉积。新生代正断裂系下部发育有6条显著的中生代断裂(F1—F6),为中生代伸展断裂系,其中东(F6)、西(F1)两条断裂的断裂面整体近直立,切穿深部的下地壳,并向下继续延伸,与中间4条断裂共同控制中生界沉积。结合区域地质背景和重磁延拓等资料,推断其向南分别与沂沭断裂带西支鄌郚—葛沟断裂和东支昌邑—大店断裂相衔接,向北伸入渤海湾盆地深部,并对浅部古近纪正断裂系的形成演化具有明显的约束作用。      

沂沭断裂带莱州湾海域重力场特征

沂沭断裂带是郯庐断裂带的山东段,该断裂带不仅规模大,而且活动性强,具有"两堑夹一垒"的构造格架。利用实测1：20万海底高精度重力测量数据对沂沭断裂带莱州湾海域重力场特征进行了研究,采用欧拉反褶积、纹理分析等边界识别方法对数据进行处理解释,旨在对研究区进行构造格架的细化。根据重力场特征,推断断裂22条,以NE-NNE向和近EW向为主,推断沂沭断裂带4条主干断裂在莱州湾呈NNE向近平行舒缓波状展布;初步划分了3个三级构造单元,5个四级构造单元,12个五级构造单元;推断昌邑-大店断裂以西重力高反映了基底凸起,重力低主要反映了中、新生代凹陷,断裂以东重力高主要反映了早前寒武纪变质岩分布,重力低主要反映了中生代花岗岩体分布。     

山东沂水县龙泉站金矿成因初探

1 成矿地质背景沂沭断裂带是郯庐断裂的山东部分,由鄌部-葛沟断裂、沂水-汤头断裂、安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂构成"两堑夹一垒"的构造样式,山东段长约330 km.沂水县龙泉站金矿产于沂沭断裂带内,赋存于沂水-汤头断裂下盘.区内主要由新太古代的变质表壳岩和变质深成岩及古元古代的花岗质岩石组成,燕山期小规模的花岗岩和脉岩发育,构造活动强烈(李洪奎等,2007).     

鲁西北西向断裂系与沂沭断裂带晚中生代演化关系及其动力学背景探讨

晚中生代是华北地块构造演化的转折时期。由出露于沂沭断裂带、鲁西地体、鲁东地体的中生代地层、岩浆,结合断裂活动年代学、区域地质等资料分析,可以将沂沭断裂带晚中生代构造演化划分出距今约160Ma、130～110Ma、90～80Ma等3个关键时期,并分别与左行压剪、左行张剪、右行压剪构造活动相对应。晚中生代沂沭断裂带与鲁西北西向断裂系间的几何学、运动学、年代学的共轭匹配关系表明,它们为特定构造动力学背景下形成的一组共轭断裂系。同时对鲁东地体晚中生代构造演化、鲁东北西向断裂系特征,以及沂沭断裂带、北西向断裂系晚中生代构造演化的动力学背景进行探讨。     

郯-庐断裂带陆内伸展构造:以沂沭断裂带的表现特征为例

郯-庐断裂带构造系统是中亚-特提斯构造域转向滨太平洋构造域过程中的重要组成部分,是太平洋板块与欧亚板块及扬子板块相互作用的结果,沂沭断裂带是郯-庐断裂带中段研究其地质构造演化最佳的观测场所,也是露头分布集中、地质现象多样的区段。沂沭断裂带在经历了大规模的左行平移、伸展、拉张及挤压作用后,形成了以堑垒构造、盆岭构造、羽状构造系统及大陆边缘花岗岩系为典型陆内伸展构造的特征表现形式。沂沭断裂带堑垒构造为马站—苏村地堑、汞丹山地垒和安丘—莒县地堑两堑夹一垒的构造格局,是由白垩纪以来陆内伸展造成的差异性升降运动所致,其运动学方式多样,构造变形特征性质复杂,形成围绕沂沭断裂带的羽状断裂系统,鲁西地区以NW向的断裂构造为主,鲁东地区则是NE走向的断裂构造。受侏罗纪以来沂沭断裂带强烈的左行平移作用,形成了广泛发育的裂陷盆地和伸展盆山耦合系统,可进一步归纳为泛裂陷型盆地系、狭窄型裂陷盆地系、菱形状裂陷盆地系和胶莱盆地系统四种类型,这些裂陷盆地与隆升山体共同构成了典型的盆岭构造体系。与盆岭构造相伴的岩浆事件形成了大陆弧花岗岩系统,胶北俯冲型大陆弧花岗岩主要有玲珑造山早期二长花岗岩组合、郭家岭造山中期花岗闪长岩组合、伟德山造山晚期闪长岩-花岗岩组合和崂山后造山晶洞过碱性碱长花岗岩-正长花岗岩组合;鲁西俯冲型陆内弧花岗岩包括铜石造山早期闪长(玢)岩-二长(斑)岩-正长斑岩组合、济南—莱芜造山中期辉长岩-闪长岩组合、沂南造山中期闪长岩-闪长玢岩-花岗岩组合等。大陆弧花岗岩与山东的金矿、多金属矿的形成有着十分密切的关系。     

沂沭断裂带成热地质条件研究

沂沭断裂带是由四条主干断裂组成的深大断裂带,带内地热露头较多,蕴藏着较为丰富的地热资源。本文试图从区域地质角度对沂沭断裂带的地层结构、构造的导水控热性能以及热储特征等成热地质条件进行分析研究,提出沂沭断裂带内的正确勘查方向,以便有目的、有计划地开展地热资源勘查工作,以期促进沂沭断裂带地热资源勘查的新突破。通过分析,沂沭断裂带内西部马站-苏村地堑的成热地质条件优于东部安丘-莒县地堑,沂沭断裂带中段是进一步开展地热资源勘查的有利地段,而NW、NEE向次级断裂与主干断裂的交汇处是地热资源勘查的主要靶区,推断-葛沟断裂两侧存在深部灰岩热储。     

沂沭断裂带早白垩世晚期伸展的低温年代学证据

沂沭断裂带(郯庐断裂带山东段)由4条断裂组成,其西部的两条分别称鄌郚—葛沟断裂和沂水—汤头断裂。横跨这两条断裂及夹持的中生代盆地,分别获得6个磷灰石裂变径迹数据,年龄分布在102~82Ma,封闭径迹长度集中在13.0~14.0μm。数据反演结果显示:隆起区在距今105~100Ma及约距今85Ma时有过两次快速冷却事件;这两条断裂所夹持的断陷区经历过快速沉降,达到最大古地温后,在距今85~60Ma快速抬升。结合区域地质背景资料,以及在沂沭断裂带附近南北向玄武岩脉及北西向断层的断层泥K-Ar年龄数据综合分析,认为沂沭断裂带在早白垩世晚期经历以伸展为主的左行张剪活动。     

沂沭断裂带北段东支断裂的浅部构造特征及活动性

沂沭断裂带北段即潍坊市朱里以北的隐伏构造区,其主要隐伏活动断裂对第四系的发育具有控制作用。沂沭断裂带的活动性具有东强西弱的特点,其东支主干断裂是新构造运动强活动带,对地震的发生具有控制作用。莱州湾地区所开展的1∶5万区域地质调查、工程地质调查,通过大量的地面调查、物探、钻探等工作,对沂沭断裂带北段安丘-莒县断裂、昌邑-大店断裂的空间分布及活动性进行了深入调查研究,结果表明:两条主干断裂呈NNE向大致平行展布延伸,进入莱州湾海域,其中昌邑-大店断裂活动性质表现为走滑为主兼具逆冲运动,倾角近直立,倾向大致以东冢村北为界,由南段的倾向东转为北段的倾向西,该断裂最晚活动时代为晚更新世。安丘-莒县断裂控制了新生代地层的空间分布,新生代以来活动方式以向西正断为主,错断全新世地层并造成地表建筑物的开裂,目前仍处于活动期。本次调查首次确定了昌邑潜凸起的存在,该凸起位于断裂带北段东支两条主断裂之间,凸起区第四系厚度明显变薄,局部基岩出露;以柳疃断裂为界,北段潜凸区第四系下伏地层为新近纪明化镇组、馆陶组;南段潜凸区第四系下伏地层为新近纪八亩地组、牛山组,古近纪朱碧店组和白垩纪红土崖组。昌邑潜凸起区的发现对于莱州湾南岸水文地质、工程地质调查研究工作具有重要意义。     

胶莱盆地构造演化规律

胶莱盆地是中生代走滑拉分盆地，其形成与发育受到沂沭断裂和五莲—即墨—牟平断裂的控制。从晚侏罗世—晚白垩世经历了莱阳期、青山期和王氏期的盆地发展阶段。构造活动使不同时期的盆地格局发生改变，不同阶段盆地的次级构造单元也随之变化。不同阶段次级构造单元的形成与演变反映了构造活动对盆地发育的控制作用，表现在各单元之间沉积相发生突变。扬子板块与华北板块的碰撞，控制郯庐断裂带(沂沭断裂带)和五莲—即墨—牟平断裂的运动方向和强度，进而控制胶莱盆地的形成与发育。同时盆地发育也受到太平洋板块的影响与控制。     

晚中生代沂沭断裂带左旋韧性剪切与岩浆迁移规律

沂沭断裂带内部的岩浆侵入与断裂活动关系密切,开展沂沭断裂带内部岩浆年代学研究,对于沂沭断裂带构造背景研究具有积极的参考意义。选取沂沭断裂带内部的莒县浮来山正长岩体、边部的莒南官坊石英正长岩体及侵入该岩体的闪长玢岩脉,开展岩石学及年代学研究。首次发现晚中生代沂沭断裂带左旋韧性剪切,获得浮来山岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(125.1±1.7) Ma,官坊岩体年龄为(125.6±2.0) Ma, 发生韧性变形的闪长玢岩脉年龄为(122.8±2.1) Ma。获得的125 Ma岩浆活动年龄与沂沭断裂带东侧的五莲变质核杂岩快速剥露(122~128 Ma)、诸城断陷盆地快速沉降的时间相吻合,该时期沂沭断裂带处于岩石圈减薄与破坏强烈的时期;闪长玢岩脉的122.8 Ma结晶年龄,与五莲变质核杂岩后构造岩体(石场、坊子岩体等)结晶年龄一致,该时期沂沭断裂带处于弱伸展状态,同时也说明胶东半岛岩石圈减薄具有时间上的一致性。晚中生代时期,沂沭断裂带两侧岩浆活动具有逆时针迁移的规律,这一规律可能与伊佐奈岐板块向欧亚板块俯冲的方向、角度、速度的变换有关。     

胶东和鲁西地区中生代成矿作用重大差异性的内在因素

胶东和鲁西地区被沂沭断裂带所分隔 ,在中侏罗世末期 ,由于郯庐断裂带发生大规模左旋平移运动 ,二个地区最终拼合在一起。胶东和鲁西地区的金等多金属成矿作用发生在早白垩世 ,但其成矿作用的规模、矿床类型和成矿机制均存在很大的差别。研究表明 ,鲁西地区长期处于华北板块内部 ,而胶东地区则是长期处于华北板块的边缘地带 ,它曾经历了前寒武纪强烈的地质作用、早古生代洋—陆俯冲与碰撞造山作用、晚古生代缓慢隆起、印支晚期至燕山早期的陆—陆俯冲与强烈挤压以及燕山晚期岩石圈减薄与大规模构造 岩浆活动的复杂的构造环境和地质演化过程。因此可以认为 ,除上述综合地质构造作用因素外 ,中生代库拉—太平洋板块向欧亚大陆俯冲以及沂沭断裂带的强烈活动是直接导致早白垩世胶东地区产生突发性巨量成矿作用的重要的动力学条件     

以精定位背景地震活动与震源机制解研究郯庐断裂带中南段现今活动习性

郯庐断裂带是中国东部板内一条规模最大的强构造变形带与地震活动断裂带,其断裂结构与历史地震活动性具明显的分段活动性。文中通过沿郯庐断裂带中南段的历史地震活动性、精定位背景地震活动性与震源机制解分析,讨论了断裂带的深部几何结构与现今活动习性。现今地震活动在中段主要沿1668年郯城MS 8地震破裂带线性分布,线性条带在泗洪-诸城间延伸约340 km长,为1668年地震长期缓慢衰减的余震序列活动。大震地表破裂遗迹与精定位地震分布都揭示出郯庐断裂带中段的两条全新世活动断裂昌邑-大店断裂与安丘-莒县断裂以右阶斜列的形式共同参与了1668年郯城MS 8地震破裂。精定位震源剖面刻画出两条断裂结构面呈高角度相背而倾,其中昌邑-大店断裂倾向SE,安丘-莒县断裂倾向NW,两条断裂在深部没有合并汇聚。余震活动所代表的1668年地震震源破裂带是郯庐断裂带中现今尚未闭锁的安全段落,对应于高b值段。而未发生破裂的安丘以北段,小震活动不活跃,b值低,现今可能已成为应力积累的闭锁段。震源机制解揭示的断裂应力状态在中段以NE向主压应力为主,表现为右旋走滑活动性质,且存在少量正断分量,南段转为以NEE至近EW向为主,存在少量的逆冲分量。在中段与南段的转折处宿迁-嘉山段,主压应力方向垂直断裂带走向呈NWW向,反映出局部以挤压为主的应力特征,其中泗洪-嘉山段也是历史地震未破裂段,现今小震活动不活跃,因此该段可能更易于应力积累。精定位小震活动在郯庐断裂与北西向断裂相交汇处聚集,反映出北西向断裂的新活动性,以及郯庐断裂带现今的逆冲作用。在断裂带南端,精定位背景地震活动沿与其相交汇的襄樊-广济断裂带东段呈北西向线性分布,表明了该段的现今活动性。     

郯庐断裂带(安徽段)对地表水系空间分布形态的影响研究

为了研究郯庐断裂带(安徽段)构造活动对其周边地表水系形态及其发育特征的影响,本文基于DEM数据,利用GIS空间分析功能并结合郯庐断裂带构造运动特征,对郯庐断裂带(安徽段)周边水系的几何分布特征进行研究。研究表明:郯庐断裂带(安徽段)在不同地质历史时期对区内地表水系产生错动影响。受郯庐断裂三叠纪到白垩纪期间左旋走滑运动影响,两条二级水系在大别山区自西北向东南流经郯庐主干断裂及次级断裂时与断裂呈近似直角相交并发生左旋错动。大别山地区的皖河流域与华阳河流域水系受郯庐断裂第四纪以来逆右行平移运动影响流向由东南向同步大幅度拐向南西,表现为右旋扭错;巢湖流域水系受五河—合肥断裂和石门山断裂影响也出现了右旋位错。此外,受郯庐断裂带构造运动形成的合肥盆地和地堑式嘉山盆地的影响,池河的主河道沿合肥盆地东侧的沉降带和石门山断裂与嘉庐断裂之间的嘉山盆地发育。     

沂沭断裂带内构造体系特征及其复合现象

沂沭断裂带是山东境内一条从北向南展布的巨大断裂带,主要由鄌郚—葛沟、沂水—汤头、安丘—莒县和昌邑—大店断裂组成。该带内构造体系的复合现象很发育,可概括为:褶皱构造的迭加;断层力学性质的迭加;断裂间的穿切;结构面的方位改变和岩脉或矿脉的穿切等。 根据构造形迹力学性质和构造体系的特征,确定上述构造形迹归属于东西构造带和新华夏系。     

日照市管帅地区地热资源特征分析

日照市管帅地区位于沂沭断裂带之昌邑大店断裂两侧,莒县地堑东缘。通过对管帅地区地质构造、水文地质条件、热储层、反演电阻率及水化学的分析研究,探讨其地热资源特征,为管帅地区的地热资源规划开发提供参考依据。     

郯庐断裂带中段第四纪活动及其分段特征

郯庐断裂带是中国东部一条岩石圈尺度的构造不连续带。位于江苏和山东培内的郯庐断裂带中段，在新构造运动时期强烈右旋走滑复活，形成地貌形迹显著的走滑活动断裂带。笔者在断层活动形迹的野外调查和观测的基础上，结合TM遥感影像特征解译和地震震源机制解资料，分析了郯庐断裂中段第四纪活动的分段行为特征。位于嘉山－潍坊之间的郯庐断裂带中段可以进一步划分为3段，北段安丘－茅埠亚段，中段汪湖－宿迁亚段，南段宿迁－嘉山亚段，这三段可能分别是独立的地震破裂段。观测表明，新构造变形主要集中在宿迁以北的中、北段，是历史强震的发生段，而南段变形相对较弱，嘉山以南安徽境内郯庐断裂新构造变形更弱。郯庐断裂带新构造走滑变形的走向分段行为是华北地区不同块体新构造运动位移调节的结果。     

沂沭断裂带中段地质特征与金矿成矿作用

沂沭断裂带是一条岩石圈断裂，有着悠久的演化历史，在中生代受库拉板块和太平洋板块运动作用，发展成为裂谷式断裂系统。通过对沂沭断裂带中段地质特征的研究，初步总结了沂水-汤头断裂是在晋宁期形成的北东向中浅层次韧性剪切带的基础上，经后期脆性构造叠加、改造而形成的一条复杂的韧-脆性构造带，它对区内金矿的形成起控制作用，并具有控、容矿构造之特征。在该带内已发现六个金矿体，赋矿围岩为蚀变的绿片岩、糜棱岩化碎裂岩和花岗质碎裂岩。     

从水系的分布形态探讨沂沭断裂带的运动特征

郯城-庐江断裂带是纵贯中国大陆东部,长达2 000 km以上的大断裂带。该研究利用DEM数据和ETM,以及谷歌卫星影像来分析郯城-庐江断裂带中段的沂沭断裂带周边的水系的几何分布形态特征。三维卫星图像解译和野外调查的结果显示：(1)沿断裂带周边发育的水系的几何分布形态主要受由F1-F4 4条主要断层所组成的沂沭断裂带构造所制约;(2)沿断裂带发育的水系不具有典型的走滑断层的系统化的同步转折和位错的变形特征;(3)沂沭断裂带东侧的F1和F2断裂是现今的活动断裂,而F3和F4断裂在第四纪基本没有明显的活动迹象;(4)F1和F2断裂以垂向运动为主,具有高角度的逆断层或正断层的运动特征。该研究结果显示沿断裂发育的水系地貌和几何分布特征可作为评价断裂的活动性和运动特征的地貌标志。