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鲁西地块新生代断裂体系活动性与深部动力机制

李少俊 李三忠 李玺瑶 索艳慧 王鹏程 王倩 张剑 周在征

李少俊, 李三忠, 李玺瑶, 索艳慧, 王鹏程, 王倩, 张剑, 周在征. 鲁西地块新生代断裂体系活动性与深部动力机制[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2018, 38(4): 123-134. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.04.010
引用本文: 李少俊, 李三忠, 李玺瑶, 索艳慧, 王鹏程, 王倩, 张剑, 周在征. 鲁西地块新生代断裂体系活动性与深部动力机制[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2018, 38(4): 123-134. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.04.010
LI Shaojun, LI Sanzhong, LI Xiyao, SUO Yanhui, WANG Pengcheng, WANG Qian, ZHANG Jian, ZHOU Zaizheng. Activity of Cenozoic fault system in the Luxi Block and deep dynamics[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2018, 38(4): 123-134. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.04.010
Citation: LI Shaojun, LI Sanzhong, LI Xiyao, SUO Yanhui, WANG Pengcheng, WANG Qian, ZHANG Jian, ZHOU Zaizheng. Activity of Cenozoic fault system in the Luxi Block and deep dynamics[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2018, 38(4): 123-134. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.04.010

鲁西地块新生代断裂体系活动性与深部动力机制


doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.04.010
详细信息
    作者简介:

    李少俊(1992—), 女, 硕士生, 地质学专业, E-mail:18954219097@163.com

    通讯作者: 李三忠(1968—), 男, 教授, 博导, 构造地质与海洋地质专业, E-mail:sanzhong@ouc.edu.cn
  • 基金项目:

    国家科技重大专项“寒武系-中新元古界盆地原型、烃源岩与成藏条件研究” 2016ZX05004001-003

    鳌山卓越科学家计划“洋陆过渡带构造过程的资源灾害效应” 2015ASTP-0S10

    国家自然科学基金杰出青年基金“构造地质学” 41325009

  • 中图分类号: P542

Activity of Cenozoic fault system in the Luxi Block and deep dynamics

More Information
  • 摘要: 根据野外观察分析, 综合前人研究成果, 对新生代时期鲁西地块的深、浅部构造特征、地震活动性以及动力学机制进行了分析。结果表明, 鲁西地块新生代浅表主体断裂构造格局为NW—NWW走向断裂构成的多米诺式组合, 震源机制解和野外观测揭示, 其具有左旋走滑性质, 并与NE向断裂共同控制了新生代盆地的形成和发育。地球物理资料揭示, 鲁西地块深部15~20km处存在一条缓倾滑脱带和大规模低速异常体, 浅表多米诺式断裂体系归并到该滑脱带, 表现为深浅部构造的脱耦性, 深部高低速异常体的过渡区域控制发育了鲁西地区两条NW向中强地震带。动力学成因上与太平洋板块俯冲作用导致地壳减薄、地幔上涌并在地幔楔中发生小尺度对流有关, 并造成了鲁西地块的隆起抬升。
  • 图  1  鲁西地块现今构造格架

    (根据文献[16-20]编制)F1-F4:郯庐断裂带; F5:上五井断裂; F6:益都断裂; F7:博山断裂; F8:铜冶店-孙祖断裂; F9:文祖断裂; F10:泰山山前断裂; F11:新泰-蒙阴断裂; F12:蒙山山前断裂; F13:汶口断裂; F14:肥城断裂; F15:汶泗断裂; F16:苍山-尼山断裂; F17:枣庄断裂; F18:兰考-聊城断裂

    Figure  1.  Tectonic framework of the Luxi Block

    (modified after references[16-20])F1-F4:Tanlu Fault Zone; F5:Shangwujing Fault; F6:Yidu Fault; F7:Boshan Fault; F8 Tongyedian-Sunzu Fault; F9:Wenzu Fault; F10:Taishan Piedmont Fault; F11:Xintai-Mengyin Fault; F12:Mengshan Piedmont Fault; F13:Wenkou Fault; F14:Feicheng Fault; F15:Wensi Fault; F16:Cangshan-Nishan Fault; F17:Zaozhuang Fault; F18:Lankao-Liaocheng Fault

    图  2  新泰市沈家庄村构造剖面

    (GPS:35°51′41.17″N、117°47′55.56″E)

    Figure  2.  Structural profile across the Shenjiazhuang Town, Xintai City, Shandong

    图  3  平邑县仲村镇永旺村东构造剖面

    (GPS:35°56′42.01″N、117°66′11.79″E)

    Figure  3.  Geological section in the east of the Yongwang Village, Zhongcun Town, Pingyi County

    图  4  莱芜市大洛庄村北构造剖面

    (GPS:36°15′38.26″N、117°41′35.74″E)

    Figure  4.  Geological section in the north of the Daluozhuang Village, Laiwu City

    图  5  泰安市梭西村西北构造剖面

    (GPS:36°16′27.66″N、117°18′22.44″E)

    Figure  5.  Geological section in the northwest of the Suoxi Village, Tai'an City

    图  6  山东省莫霍面深度等值线

    (据文献[28]解释)

    Figure  6.  Contour map of Moholovich boundary in Shandong Province

    (compiled after reference[28])

    图  7  鲁西地块不同深度处P波层析成像结果

    (据文献[30]编制)色标蓝色为P波快, 红色为P波慢, 4级以上地震往往分布在冷、热地壳或P波快、慢速的过渡区; 黑色圆圈为地震分布

    Figure  7.  Four levels of tomographic map of P-wave for Luxi Block

    (modified after reference[30])

    图  8  鲁西地块隆起与伸展构造模式

    Figure  8.  Tectonic model of uplifting and extensional structures of the Luxi Block

    图  9  鲁西地块地震分布与断裂关系

    (地震数据来自于中国地震台网http://data.earthquake.cn/data/)

    Figure  9.  Spatial relations between faults and earthquakes in the Luxi Block

    (seismic data from http://data.earthquake.cn/data/)

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-31
  • 修回日期:  2017-07-13
  • 刊出日期:  2018-08-28

鲁西地块新生代断裂体系活动性与深部动力机制

doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.04.010
    作者简介:

    李少俊(1992—), 女, 硕士生, 地质学专业, E-mail:18954219097@163.com

    通讯作者: 李三忠(1968—), 男, 教授, 博导, 构造地质与海洋地质专业, E-mail:sanzhong@ouc.edu.cn
基金项目:

国家科技重大专项“寒武系-中新元古界盆地原型、烃源岩与成藏条件研究” 2016ZX05004001-003

鳌山卓越科学家计划“洋陆过渡带构造过程的资源灾害效应” 2015ASTP-0S10

国家自然科学基金杰出青年基金“构造地质学” 41325009

  • 中图分类号: P542

摘要: 根据野外观察分析, 综合前人研究成果, 对新生代时期鲁西地块的深、浅部构造特征、地震活动性以及动力学机制进行了分析。结果表明, 鲁西地块新生代浅表主体断裂构造格局为NW—NWW走向断裂构成的多米诺式组合, 震源机制解和野外观测揭示, 其具有左旋走滑性质, 并与NE向断裂共同控制了新生代盆地的形成和发育。地球物理资料揭示, 鲁西地块深部15~20km处存在一条缓倾滑脱带和大规模低速异常体, 浅表多米诺式断裂体系归并到该滑脱带, 表现为深浅部构造的脱耦性, 深部高低速异常体的过渡区域控制发育了鲁西地区两条NW向中强地震带。动力学成因上与太平洋板块俯冲作用导致地壳减薄、地幔上涌并在地幔楔中发生小尺度对流有关, 并造成了鲁西地块的隆起抬升。

English Abstract

  • 华北地区地质构造复杂, 型式多样, 具有复杂的发育及演化过程, 其新生代构造格局在中生代的基础上具有继承性和新生性。新生代时期华北地区的构造特征、构造应力状态和岩石圈动力学影响因素明显分为两个时期:古近纪和新构造期。始新世中期至渐新世印度板块与欧亚板块碰撞拼合之后, 继续向北推进1500~2000km深入到亚洲大陆内部, 从而导致新构造期复杂多样的构造变形[1, 2]。从构造动力学角度分析, 中国新构造大致界定为新近纪和第四纪[3]。新生代华北东部地区共经历了两期伸展作用, 古近纪时期受秦岭-大别造山带的影响形成了NW—NWW向断裂构造[4], 新构造期受郯庐断裂带和兰考-聊城断裂带走滑作用影响, 叠加了NE向断裂构造[5]

    鲁西地块是华北克拉通东部最重要的构造单元之一, 具体位于兰考-聊城断裂以东, 郯庐断裂带以西, 新生代渤海湾盆地以南以及中、新生代合肥盆地以北的区域[6] (图 1)。四周均为盆地或平原, 东西两侧的盆地内部主体断裂构造格局为NE—NNE向, 而唯独鲁西地区为地形隆起区, 其主体断裂格局为NW—NWW向。新生代以来, 中国东部发育了大量NW—NWW向断裂, 并形成了多条NW—NWW向深大断裂构造带[7, 8]。鲁西地区位于张家口-蓬莱断裂带与介休-新乡-溧阳断裂带之间, 主体断裂构造格局与二者相同, 是研究大陆内部动力学的最佳对象之一。前人相关研究成果表明, 鲁西地块的新生代构造格局明显为NWW向的盆-山构造格局, 发生了多期次隆起抬升, 但对于该区新构造断裂体系深、浅部关系及其动力学机制研究还缺乏系统认识。为此, 本文综合前人的研究成果, 并结合野外观察分析、盆地分布格局、地震及岩浆活动, 重新厘定该区断裂体系, 阐述鲁西地块新生代断裂活动特征, 解释其深、浅部动力学机制, 并探讨鲁西地块隆升机制。

    图  1  鲁西地块现今构造格架

    Figure 1.  Tectonic framework of the Luxi Block

    • 鲁西地块位于华北克拉通东部, 具有典型的华北型克拉通结晶基底结构。结晶基底为太古宙泰山杂岩的变质岩, 沉积盖层为古生界、中生界和新生界的碳酸盐岩或碎屑岩[9, 10], 其中, 古生界主要为海相碳酸盐岩, 中、新生代盆地中主要发育有陆相碎屑岩、火山碎屑岩及湖相泥岩[10, 11] (图 1)。印支期受华南、华北板块碰撞和古太平洋板块俯冲影响, 郯庐断裂带表现为左行, 兰考-聊城断裂带则为右行, 鲁西地块整体受到近南北向(区域应力NW—SE向)挤压力向西南方向挤出逃逸并上升隆起, 形成一系列与东西走向的坡坪式逆冲推覆相关的近东西向的宽缓褶皱, 这些断裂于燕山期反转为NW或EW向的张性正断层, 如铜冶店-孙祖断裂、新泰-蒙阴断裂和苍山-尼山断裂等。燕山早期鲁西地块继承了印支期褶皱-逆冲推覆构造走向, 至燕山中期, 太平洋俯冲方向变为NNW向, 郯庐断裂由左旋平移转变为张扭环境[12], 鲁西地块受南北方向的局部拉伸作用, 开始第一次大规模的伸展作用, 沿早期NW—NWW向断裂面下滑、掀斜, 形成近东西向的蒙阴盆地、平邑盆地和莱芜盆地等系列地堑和半地堑盆地。至燕山晚期, 太平洋NNW向俯冲作用增强, 郯庐断裂再次发生左旋走滑, 鲁西地块受挤压隆起, 形成北断南超的断陷构造格局, 并伴随着大规模的火山喷发[6]。新生代以来, 由于太平洋板块因俯冲后退和弧后扩张作用向东跃迁, 同时印度板块向欧亚板块北向推挤碰撞[13, 14], 华北克拉通东部整体进入伸展垮塌阶段, 郯庐断裂带转变为右行张扭性走滑, 兰考-聊城断裂带仍然为右行走滑, 在NW—SE向拉伸应力作用下, 鲁西地块发生强烈的伸展正断活动, 断裂活动一方面控制断陷盆地继续发育, 另一方面造成地层的掀斜从而导致鲁西地块快速抬升, 整体抬升过程由南向北迁移[15]。在潍坊、临朐、昌乐及沂水地区发生了强烈的玄武岩岩浆活动[16]

    • 鲁西地块新生代断裂体系与中生代构造格局具有继承性和新生性, 在SE—NW向张引力作用下, 先存印支期NWW向、燕山期NE向逆冲断层皆可反转为正断层, NWW向断裂可兼具左旋走滑性质, NE向断层仍表现为正断层, 因而鲁西地区现今的浅表断裂体系主要由两组呈“X”型组合的陡倾斜断裂构成, 即NW—NWW走向和NEE走向的断层[6]。这两组断裂共同控制了该地区走滑拉分盆地的形成和演化, 形成了鲁西地块现今盆、山相间的整体构造格局。

    • NW—NWW向断裂构造是鲁西地块的主体断裂型式, 在中生代时期、新生代初期以及第四纪晚期均发生强烈的正断活动, 控制了一系列北断南超的NW向断陷盆地的多阶段形成和发育。

      (1) 新泰-蒙阴断裂

      西起上石灰峪, 向东南经刘家庄、黄土山水库、尚店、青驼至沂河边, 并继续延伸至与郯庐断裂带相交, 断裂长110km以上[21], 总体呈NW走向, 倾向SW。古近纪新泰-蒙阴断裂发生强烈正断活动, 其南盘形成单断坳陷并逐渐扩展延伸[22], 控制了蒙阴盆地的官庄组沉积。剖面上(图 2), 在新泰市沈家庄村, 紫红色中厚层砂岩和灰白色厚层砾岩互层, 最上层覆盖有第四纪沉积物。剖面上可见三条高角度正断层, 断层具有负花状构造的特征, 并且断层均错切第四纪沉积物, 说明新泰-蒙阴断裂在更新世仍有活动。前人对该断裂进行了石英颗粒电镜分析, 发现其最新活动时间为晚更新世[21]

      图  2  新泰市沈家庄村构造剖面

      Figure 2.  Structural profile across the Shenjiazhuang Town, Xintai City, Shandong

      (2) 蒙山山前断裂

      西起方城, 向东经公家庄、杨庄、通太庄和崖头与郯庐断裂带相交汇, 断裂全长约120km, 总体为NW走向, 在近郯庐断裂带地段转为近EW走向, 倾向南西[21]。蒙山山前断裂在古近纪发生强烈正断兼左旋走滑运动, 控制平邑盆地发育。第四纪以来, 该断裂的活动明显分为两段, 自公家庄以西的段落没有活动迹象, 以东至郯庐断裂带断裂, 其活动错断了临城期夷平面并控制了第四纪地层[10]。在平邑县仲村镇永旺村剖面上观察到(图 3), 在青灰色中厚层石灰岩基岩中发育了一组NW向高倾角的多米诺式正断层, 断层明显错断上覆的第四纪地层, 说明蒙山山前断裂的活动受郯庐断裂带的影响, 具有自东向西拓展的趋势。王志才等[10]通过热释光测年确定蒙山山前断裂年龄为(24.3±1.2) kaBP, 即最新活动时代为晚更新世时期。

      图  3  平邑县仲村镇永旺村东构造剖面

      Figure 3.  Geological section in the east of the Yongwang Village, Zhongcun Town, Pingyi County

      (3) 铜冶店-孙祖断裂

      西起铜冶店, 向东经小辛庄、上温村、龙廷、岸堤水库、孙祖到达沂河并于郯庐断裂带相交汇, 断裂呈NW走向, 倾向南西。该断裂龙廷以东段, 第四纪没有活动迹象, 龙廷以西段是莱芜盆地的控盆断裂之一, 第四纪活动明显[21]。莱芜市大洛庄村北的断裂剖面(图 4)显示, 基底为未变形变质的黑云二长花岗岩, 上覆第四纪沉积地层, 发育一组呈花状构造特征的NWW向高角度张扭性正断层, 断层控制第四纪的沉积。

      图  4  莱芜市大洛庄村北构造剖面

      Figure 4.  Geological section in the north of the Daluozhuang Village, Laiwu City

      结合上述资料分析可知, 古近纪时期, 鲁西地块NW—NWW向断层发生强烈的伸展正断活动兼左旋走滑运动, 断层多为南西倾向的高角度正断层, 与郯庐断裂带相交汇, 并控制了系列单断盆地的形成发育(图 1)。第四纪时期, 鲁西地块多数断裂更新世活动强烈, 并控制了相关盆地的发育, 但全新世时期很少有错断地表的断裂活动发生, 并且断裂活动具有分段性, 如铜冶店-孙祖断裂龙廷以东段第四纪没有活动迹象, 而以西段则活动明显[21], 因而鲁西地块新生代的断裂活动具有时间和空间分布不均匀性[10], 总体而言, NW—NWW向断层的活动受郯庐断裂带影响具有自东向西拓展的趋势[23]

    • NE向断裂是鲁西地块另一组主要断裂, 表现为走滑断层。代表性断裂自西向东主要有肥城断裂、泰山山前断裂、夏张-安驾庄断裂、上五井断裂等, 倾角多在75°以上[6]。NEE向断裂走向逐渐靠近郯庐断裂带和兰考-聊城断裂带, 并且有向二者逐渐平行化的趋势, 可能表明是与它们相关的次级断裂[24]。这些断裂在晚更新世时期活动痕迹明显, 大多切穿和错开NW向伸展正断层, 并与NW断裂一起控制了新生代盆地的发育。以泰山山前断裂为例(图 5), 分析鲁西地块NEE向断裂新生代的构造活动。

      图  5  泰安市梭西村西北构造剖面

      Figure 5.  Geological section in the northwest of the Suoxi Village, Tai'an City

      泰山山前断裂南起泰安大河水库附近, 沿泰山山前向北东方向延展, 经御碑楼、水牛铺、西官庄、大王庄最终与铜冶店-孙祖断裂相交汇[25]。新生代时期, 泰山山前断裂在老构造部位的基础上发生走滑拉分, 并控制了莱芜盆地的西北边界。晁洪太等[25]通过热释光测年法测得该断裂的最新活动时期为晚更新世晚期。野外观察点位于泰山市梭西村西北方向, 剖面基底为太古宙花岗片麻岩, 其中可见斜长角闪岩基性岩脉, 最上层覆盖有第四纪沉积物与基底岩体不整合接触。剖面中发育有一组NNE向的走滑正断层, 该组断层切割NW向的逆冲断层, 并控制第四纪地层的沉积。

    • 鲁西地块浅表高角度正断层的倾角随着深度的增加逐渐变缓, 延伸至深部汇聚为一缓倾滑脱面, 总体缓倾向北, 浅表鲁西南NW—NWW向正断层的断盘在断裂活动过程中发生向北向东的掀斜抬升作用, 并且具有西早东晚的特征[23], 鲁西北NE向断裂控制了向北向西的掀斜抬升作用, 促进了深部滑脱断层的产生。浅表不同NW—NWW正断层的底界面对应滑脱深度不同, 蒙山断裂及其以南的NW向断裂滑脱深度为20~25km, 而新泰-蒙阴断裂东段、铜冶店-孙祖断裂滑脱深度为30km[26, 27], 断裂滑脱深度总体呈现由南向北逐渐加深的趋势。鲁西地块泰山-鲁山的莫霍面深度较大(图 6), 并以泰山和鲁山为中心, 向南、向北逐渐变浅, 与断裂滑脱面深度变化相一致, 与浅表断裂分布型式相耦合, 同时这也印证了鲁西地块的隆起具有由南向北的抬升序列; 当向北跨过济阳坳陷, 反射地震剖面揭示滑脱面变为最浅; 再向北在埕宁隆起处莫霍面再度变深(图 6), 向北到渤中坳陷莫霍面再度变浅, 反射地震剖面也揭示滑脱面再度变浅。

      图  6  山东省莫霍面深度等值线

      Figure 6.  Contour map of Moholovich boundary in Shandong Province

      地球物理资料表明, 鲁西地块上地壳底部(7~11km处)存在一条脆韧性转换带, 其浅部为脆性变形构造层, 深部为韧性变形构造层, 该转换带的存在对于岩石圈应力由深部向浅部的传递起着重要的作用[29], 是深、浅部构造活动的主要协调媒介。本文认为30km以浅的层析图像解释应当以密度差异(地壳内部物质组成差异)来解释, 高速异常可能对应中下地壳(或结晶基底), 低速体对应上地壳(或沉积盖层)组成(图 7), 因此, 苏道磊等[30]层析成像结果(图 7)说明, 鲁西地块10km以上的范围内高、低速异常相间分布, 与鲁西地区盆、山相间分布一致, 垂向上构造变化较小。在20km地壳深度处, 鲁中南地区存在较大规模的NWW向分布的低速异常区, 这与蒙山断裂及其以南的NW向断裂滑脱深度为20~30km相对应。30km深度处层析结果表明, 鲁西地块的低速异常区范围进一步向北扩大, 这与鲁西北断裂滑脱深度为30km左右相对应, 并且此深度上鲁西地块的低速异常区与郯庐断裂带的低速异常连为一体; 更深层次的层析成像显示该低速异常的起源深度大于500km, 且垂直方向上连续, 是地幔物质上涌的结果。据此本文认为鲁西地块深部滑脱构造的产生和变位不仅受郯庐断裂带的活动影响[30], 同时与太平洋板块的西向俯冲导致岩石圈减薄, 从而引发上涌地幔在上覆地幔楔中发生小尺度热对流、导致岩石圈发生拆沉作用[31]密切相关, 地幔上涌区抬升, 拆离面伴随高抬变浅, 铲形断裂倾角变缓, 甚至向北缓倾, 导致深部地壳抬升; 而隆起区下沉, 地壳增厚, 断裂面较陡, 拆离面变深(图 8)。

      图  7  鲁西地块不同深度处P波层析成像结果

      Figure 7.  Four levels of tomographic map of P-wave for Luxi Block

      图  8  鲁西地块隆起与伸展构造模式

      Figure 8.  Tectonic model of uplifting and extensional structures of the Luxi Block

    • 华北地区处于板块内部, 板内地震频发, 破坏性地震时有发生, 地震活动成群成带发育, 并表现出与区域性NE向和NWW向构造相关的“井”字形分布状态, 条带状分布明显, 这说明华北地区地震活动与深、浅部断裂构造有密切相关性[32, 33]。前人研究表明, 华北地区地震多发生在中上部脆性地壳与下部韧性地壳之间的脆韧性转换带中, 可能存在区域构造块体的旋转运动和深部构造动力作用两种地震构造成因[34]

      将鲁西地区地震震中分布情况与断裂构造进行空间叠加可以分析地震分布与断裂的关系(图 9), 研究发现地震震中的分布与断裂活动具有一定空间关联性, 4级以上地震往往分布在冷、热地壳或P波快、慢速的过渡区(图 7)。地震多分布于断裂附近且优势走向与断裂优势走向相同, 均为NE向或NW向。鲁西地块整体以中小型地震为主, 但存在两条明显的NW向中强地震带, 即临邑-临朐地震带与长清-临沂地震带。临邑-临朐地震带主体部分位于鲁西隆起与济阳坳陷的边界地带[35], 是由以益都断裂为代表的NW向断裂以及上五井断裂等NE向断裂共同控制发生的。长清-临沂地震带位于鲁西地块中部, 由多次中强地震组成[36, 37], 把中强地震震中位置的分布情况与活动断裂分布情况相结合, 除1668年泰安地震控震断裂为NE向的泰山山前断裂[37]、1668年郯城地震控震断裂为郯庐断裂外, 其他中强地震的控震断裂均为左旋走滑的NW向断裂, 如1831年新泰地震的控震断裂为新泰-蒙阴断裂, 费县地区发生的多次5级及以上地震的控震断裂为蒙山山前断裂。将地震分布与断裂关系(图 7)与研究区层析成像结果(图 6)结合起来分析, 发现研究区中强地震带的位置大致对应着中下地壳深部高、低速异常体的过渡区域。Zhang等[38]和Fang等[39]的研究都指出高、低速异常过渡区域的流变边界的应力较为集中, 再叠加深大断裂的影响, 极易诱发中强地震, 因而鲁西地区的中强地震带的生成, 是深部低速体存在的影响作用与深、浅部各断裂活动共同作用的结果。

      图  9  鲁西地块地震分布与断裂关系

      Figure 9.  Spatial relations between faults and earthquakes in the Luxi Block

      前人的研究表明鲁西地区地震震源的优势深度为中上地壳[30], 周翠英等[40]利用格点法研究山东地区中小地震震源机制解, 发现鲁西地区的地震均呈走滑或近走滑型式。对于形成这种地震活动的特点, 本文认为是深部大规模低速异常体的存在, 驱动着上地壳块体发生运动变形, 应力与应变在中上地壳累积从而导致浅源地震活动频繁, 走滑与近走滑型式的地震活动特点, 则是深部的滑脱构造带与低速异常体共同作用的结果。

    • 新生代时期, 华北东部地区构造变形受太平洋板块俯冲作用和印度板块、欧亚板块的碰撞汇聚作用两个洲际尺度的岩石圈动力学作用影响[41], 但古近纪和新构造期两个阶段, 华北东部地区的构造特征、构造应力状态和岩石圈动力学主要影响因素明显不同。古近纪时期太平洋板块俯冲作用占主导地位, 始新世时期太平洋板块俯冲方向由NNW向转变为NWW向, 俯冲角度与俯冲速度均增大, 同时印度板块与欧亚板块进入陆-陆碰撞阶段, 使青藏高原地区地壳挤压缩短、增厚隆升, 软流圈地幔物质向东推挤[42-44], 导致华北东部处于NW—SE向伸展环境中, 发生伸展断陷活动并伴随着广泛的火山活动, NNE向郯庐断裂带发生右旋张扭性活动。进入新构造期, 太平洋俯冲带向东“被动”后撤[13], 华北东部构造变形主要受印度板块和亚欧板块持续的陆内汇聚动力作用的影响[41], 处于东西两侧受压的构造环境, 构造应力场转变为NEE—SWW向挤压状态, 郯庐断裂带也转变为由东向西的挤压, 从而导致NWW向走滑断层断陷活动减弱, 渤海湾盆地整体以热沉降作用为主, 鲁西地块以间歇式差异上升运动为主。

      在新生代华北东部的大地构造背景和深部动力联合影响下, 鲁西地区除了发生强烈的伸展断陷活动并形成一系列走滑拉分盆地以外, 还经历了多期次抬升事件, 最终形成了现今四周均为盆地、唯独鲁西地块隆起抬升的地形地貌。牛树银等[45]认为鲁西地块隆起是由于地幔热柱拆离出的地幔岩被断裂构造切割, 进而地幔上涌导致的, 并在浅表形成呈同心环状分布的断裂体系, 然而实际上鲁西地块浅表断裂沿NW—NWW向和NE向两个方向优势排列, 而非同心环状展布。综合分析前人在鲁西地区进行的磷灰石裂变径迹研究[46]发现, 古近纪时期鲁西地区经历了两次隆起抬升事件, 分别为62~53Ma和44~38Ma, 与济阳坳陷的构造沉降事件62~46Ma和46~38Ma在时间上具有一致性, 且鲁西地区隆起中心与济阳坳陷沉降中心的迁移方向一致, 均为自西向东迁移[23, 46]。鲁西地块和济阳坳陷构造中心的迁移方向, 与华北克拉通岩石圈自西向东呈阶梯状减薄的深部现象相对应。郭慧丽等[31]通过层析成像技术揭示了造成这种构造现象的深部动力学机制, 新生代时期太平洋板块俯冲作用导致华北克拉通岩石圈进一步减薄[47-49], Liu Xin等[50]进一步约束了地幔转换带的太平洋板块俯冲滞留体形成时间不超过20Ma, 这有可能触发大地幔楔中的小尺度对流(图 8)。与此同时, 印度板块对亚欧板块的推挤作用促进软流圈向东侧挤出[42], 使华北克拉通及其东邻地区新生代阶段发生了两次大陆岩石圈拆沉, 且拆沉方向自西向东迁移[31], 从而导致中国大陆东部岩浆活动、构造沉降与隆起活动中心向东迁移。华北东部岩石圈减薄、地幔上涌, 在鲁西地区表现为发生了先后两次岩石圈地幔拆沉(图 8)。第一次拆沉的位置在浅部可能对应济阳坳陷, 上涌地幔在地幔楔内发生小尺度对流, 在浅表响应为大规模滑脱断层发育, 地层向北发生掀斜, 从而造成泰山地区隆起抬升、济阳坳陷断陷。随着太平洋板块进一步向东俯冲后撤, 在渤中坳陷对应的深部岩石圈地幔处启动了第二次拆沉, 地层向北掀斜, 导致浅部隆起区与沉积盆地均向北、向东跃迁, 分别形成了埕宁隆起和渤中坳陷, 同时泰山地区掀斜抬升加剧, 鲁西地块进一步隆起抬升。

    • (1) 鲁西地块浅表断裂体系由NWW—NW向和NE向两组断裂呈“X”组合型式构成, 新生代时期, 构造活动分为古近纪和新构造期两个时期。古近纪NWW—NW向断裂发生强烈的伸展正断活动, 兼有左旋走滑性质, 与NE向正断层共同控制形成了系列NW轴向的北断南超的箕状断陷盆地。新构造时期, 鲁西地块构造活动减弱, 以间歇性差异掀斜上升运动为主, 直至第四纪时期, 大多数断裂重新活动, 并控制第四纪盆地的发育。

      (2) 鲁西地块浅表断层深切基底, 在很深处汇聚到平缓滑脱面, 而周边断陷盆地区不同坳陷的断层滑脱深度变化, 与莫霍面的起伏存在耦合关系。深部滑脱构造的产生, 不仅受郯庐断裂带的影响, 同时与太平洋俯冲导致岩石圈减薄、地幔上涌造成的岩石圈拆沉、小尺度对流作用密切相关。

      (3) 鲁西地区北部和中部地区分别存在两条地震频次少的中强地震带, 其位置对应着深部高、低速异常体的过渡区域, 也正对应深切脆性正断裂带。然而, 在深部滑脱构造与大规模低速异常体共同限定的鲁西地块大部分地区, 地震主要为小于4级的地震, 震源集中在中上地壳滑脱面上, 地震频次多, 以走滑或近走滑控制的黏滑型地震为主。

      (4) 新生代时期, 华北东部地区浅部构造变形机制是由太平洋板块俯冲作用和印度板块、亚欧板块的碰撞汇聚作用共同控制的地幔过程制约。在这种局部构造背景下, 随着太平洋板块向东俯冲后撤, 深部拆沉过程可能也向东迁移, 自西向东间断式发生了两次大陆岩石圈地幔的拆沉, 其浅部相应为华北东部岩浆活动、新生代盆地沉降中心以及鲁西地块隆起中心自西向东迁移。

参考文献 (50)

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