郯庐断裂带的演化

郯庐断裂带的地质演变~

第三纪以来的浅部挤压活动与深部过程郯庐断裂带晚第三纪以来持续遭受着挤压,使前期大规模的断陷盆地抬升、消亡,近代还是中国东部最大的地震活动带.断裂带所遭受的近WE向的挤压,是西太平洋弧后扩张和印度板块向北碰撞中的构造挤出作用产生的区域动力.断裂带在新生代挤压活动中切入上地幔,出现了地幔剪切、地幔交代、部分熔融等深部过程,最终形成了挤压背景下的陆内断裂带大规模的玄武岩喷发.

查明郯庐断裂带与其两侧的中新生代盆地间形成演化关系，特别是合肥盆地与莱阳盆地是否为同一盆地被错移（徐嘉炜，1980），对确定郯庐断裂形成时代及性质具有重要意义。据安徽省区域地质调查所（1990）、贾红义等（2001）、金福全等（2001）及山东省地质矿产局（1996）资料作如下分析。合肥盆地处大别造山带北缘与张八岭隆起西侧。近年来，石油部门通过野外调查，系统的电法、重力、化探、钻井、地震工作，特别是覆盖全区的9条综合剖面成图，已基本查明盆地基底的起伏与组成，以及基底之上的盖层发育情况（图2-27）。盆地内褶皱基底主要由石炭系、二叠系组成，缺失三叠系。在霍丘一带有新太古代霍丘岩群分布。基底残留地层呈近EW向展布，并被一系列近EW向断裂切割。以肥东断裂为界，北部基底产状平缓，断层少；以南产状变化大、断裂发育，且多为先逆后滑。盆地基底表现为北高南低，沉积厚度最大处在大别造山带北东侧舒城一带，沉积总厚达12000m，盆地沉积具翘倾楔状特点。早侏罗世以河流相碎屑岩为主，不整合于石炭系、二叠系之上。在大别造山带北侧，张八岭隆起西侧形成两个沉积地层厚度中心。前者呈近EW向展布，沉积可达1800m；后者呈NNE向分布，沉积厚约1500m。呈现南厚北薄，不断向北超覆的趋势。中侏罗世盆地整体沉降，形成以湖泊（滨湖相、潟湖相）碎屑岩、泥岩为主沉积，早侏罗世的两个沉积地层等厚线值区逐渐汇合，在大别山隆起北侧与张八岭隆起西侧的交接地带，形成由EW向渐转成NNE向分布，沉积厚达5000～6000m，并逐渐向北超覆减薄，在霍丘一带仅厚1400m。早中侏罗世地层厚度虽有变化，但构成一个独立完整盆地，盆地沉积处于填平补齐填充阶段。晚侏罗世，中国东南部处于强烈抬升期（陈丕基，2000），仅在大别造山带北侧接受部分磨拉石相堆积（金福全等，2001）。白垩纪沉积盆地呈NNE向沿张八岭隆起西侧呈狭长带状分布，亦构成完整独立盆地，沉积厚度由南向北增大至定远附近，厚达4000m，盆地西侧霍丘隆起未接受沉积。另在郯庐断裂带内嘉山县两侧，有小型白垩纪盆地。盆地内沉积的砾石成分主要有花岗岩、变火山岩，明显来自于两侧的张八岭隆起，且由隆起向盆地中心，砾石由大变小，由多变少，磨圆度由差变好，砾石成分由复杂变单一，表明郯庐断裂带对其控制十分明显。
莱阳盆地处苏鲁造山带北部及郯庐断裂（或称沂沭断裂）东侧。徐嘉炜（1980）认为是合肥盆地向北错移达520km。据山东省地矿局（1996）资料（图2-28），自早侏罗世始至晚白垩世，郯庐断裂带两侧沉积状况与岩相古地理有很大差异。早、中侏罗世地层自下而上为坊子组、三台组，主要分布于郯庐断裂带西侧淄博、蒙阴及潍坊一带，以紫红色、杂色碎屑岩系夹煤层不整合于占生代地层或平行不整合于三叠系之上，在郯庐断裂带东侧很少分布。下白垩统自下而上由莱阳群、青山群、王氏群组成。莱阳群，山东省区域地质志（1991）曾划属晚侏罗世，后岩石地层清理（1996）归属早白垩世；在郯庐断裂带西侧仅零星分布，且不整合于古生界或平行不整合于侏罗系之上；在莱阳盆地内发育完好，主要分布在莱阳盆地及郯庐断裂带内，沿莱阳至海阳一带沉积厚达2000～3000m，地层厚达7000m；主要由山麓相、河流相、湖泊相等杂色碎屑岩为主，不整合于古元古代荆山群、胶南群之上。青山群主要为一套火山岩系，在郯庐断裂带内及其东侧广泛分布，主要为中—基性与酸性火山岩相间产出，在胶州、莱阳、海阳一带厚达3000m。在郯庐断裂带西侧也有零星分布，主要为中—基性火山岩，厚度小于1000m。王氏群主要为一套红色碎屑岩系，主要分布在郯庐断裂东侧莱阳盆地内，沉积厚达5000～6000m；但在郯庐断裂带西侧仅零星分布，发育不全。晚白垩世晚期至第三纪，郯庐断裂带两侧，普遍分布有以杂色砂页岩夹油页岩的五图群，以山麓相、河湖相红色碎屑岩夹膏盐层的官庄群。因此，以郯庐断裂带为界西侧合肥盆地与东侧莱阳盆地，虽同处于大别－苏鲁造山带北缘，但盆地基底与盆地沉积完全不同，前者为早侏罗世地层不整合于石炭系、二叠系之上，发育早中侏罗世沉积；后者是早白垩世莱阳群不整合元古宙荆山群、胶南群之上，发育早白垩世沉积，且各自形成独立完整盆地，两者并非为同一盆地被错移。

图2-27　合肥盆地C—P基底分布及J—K地层等厚图（单位：m）

NC—华北地块；YZ—扬子地块；TLF—郯庐断裂带；H—合肥盆地；L—莱阳盆地；Ⅰ—大别造山带；Ⅱ—苏鲁造山带；a—合肥盆地C-P残留地层等厚图；b—合肥盆地早侏罗世地层等厚图；c—合肥盆地中侏罗世地层等厚图；d—合肥盆地白垩纪残留地层等厚图（引自贾红义，2001）

图2-28　山东省J1—K1地层分布略图

1—J1沉积区；2—K1沉积区；3—沉积区界线；4—断层

经过四十多年的研究（徐嘉炜，1978；万天丰，1992,1993，徐嘉炜、马国锋，1992；徐嘉炜、朱光，1994；朱光等，1995；徐嘉炜等，1995；宋传中，1998；朱光、徐嘉炜，1998,1999；朱光等，2000；王小凤等，2000），郯庐断裂带的演化规律逐渐为人们所认识和接受。该断裂带经历过走滑运动、伸展运动和逆冲运动“三部曲”的演化。这“三部曲”的演化与中国东部大地构造演化规律是一致的，主要受控于太平洋板块运动所产生的区域动力场。

（一）平移运动

对于郯庐断裂带起始时间存在三种认识，即前寒武纪（国家地震局地质研究所，1987）、印支期和燕山期。随着研究工作的不断深入，90年代以来人们普遍认为其起始于中生代，但仍存在着印支期和燕山期两种观点。近几年来，通过对郯庐断裂带上走滑期糜棱岩类、岩浆岩同位素年代学的研究，认为大规模平移发生在晚侏罗世末—早白垩世。

郯庐断裂带的大规模平移使中国东部前期的构造单元被左行错移，最突出的是将原先近EW向、统一的秦岭-大别-胶南造山带左行错移达550km（图4-26）。

图4-26　郯庐断裂带及其左行平移示意图（转引自朱光，2000）

1—江南隆起带；2—下扬子-沃川坳陷带；3—大别-胶南-京畿造山带；4—北淮阳-北胶南-临津江构造带；5—合肥-胶莱盆地；6—蚌埠-胶北隆起；7—淮河-辽南-平南地块；8—鲁西-辽北地块9—黄骅坳陷；10—山海关隆起；11—燕辽台褶带；12—内蒙古隆起；13—内蒙古—吉黑褶皱带；14—构造单元界线；15—平移断裂；16—地缝合线

张八岭隆起北段新元古代张八岭群中发现的许多高压变质产物——蓝片岩（⁴⁰Ar/³⁹Ar同位素年龄为220～245Ma；李曙光等，1993）属于扬子与华北板块碰撞造山的残留物，后期左旋走滑的郯庐断裂带叠加其上，主要呈现为NNE向的走滑糜棱岩带和浅层的左行平移断层，代表了滨太平洋构造（朱光、徐嘉炜，1999）。

郯庐断裂带的平移运动诱发了大规模的中酸性岩浆活动，主要为火山喷发，其次为岩浆侵入。在安徽段南部，大别山东部出现了一系列的花岗岩、正长岩侵入体及早白垩世的毛坦厂组火山岩。在合肥盆地东缘，地表也发现了早白垩世毛坦厂组火山岩，并有NNE向延伸的花岗岩侵入体。

中国东部燕山晚期以来的区域构造演化主要受控于东部的太平洋板块运动（图4-28）。研究表明，早白垩世太平洋板块沿NNW向低角度斜向俯冲于东亚大陆之下，相应地中国东部大陆遭受了强烈的左旋剪切（Engebretson等，1985），从而形成了巨型的NNE向左行平移的郯庐断裂带。

（二）伸展运动

郯庐断裂带在晚白垩世—老第三纪转变为伸展运动，控制发育了一系列断陷盆地（朱光等，2000）。

在晚白垩世，郯庐断裂带安徽至山东段广泛控制并发育了断陷红盆，安徽段南部出现了半地堑式的潜山盆地（形成宣南组）和合肥盆地（形成张桥组）；鲁南至皖北发育了地堑式的郯城、古沛盆地；而山东段中部（潍坊至郯城北）出现了四条伸展断层控制的“两堑一垒”格局，即马站-苏村地堑、安丘-莒县地堑（形成王氏组）和汞丹山地垒。

进入老第三纪，除了山东潍坊至安徽明光（嘉山）处于隆起状态外，郯庐断裂带广泛卷入了伸展活动，此时，潜山盆地和合肥盆地继续发育断陷盆地，潍坊以北出现了老第三纪地堑式盆地，包括潍北盆地、渤中盆地、下辽河-辽东湾盆地、依兰-伊通盆地等。

上述可见，郯庐断裂带的伸展活动总体上发生于晚白垩世至老第三纪，但各段的开始和结束时间有所差异，中、南段起始于晚白垒世，北段起始于老第三纪，具有由南向北明显迁移的规律。

从晚白垩世至老第三纪，太平洋板块转为向西正面俯冲于东亚大陆之下（图4-27），俯冲角由早期的10°逐渐变成为85Ma左右约80°（李显武、周新民，1999），俯冲速度猛增至233～238km/Ma。相应地中国东部大陆转变成高角度正面俯冲下的伸展。晚白垩世—老第三纪，由于太平洋板块向西正面高角度的俯冲，导致中国东部岩石圈上拱，从而总体出现类似于弧后扩张机制的伸展活动，郯庐断裂带在此背景下广泛发育伸展断陷。

图4-27　中国东部大地构造演化与太平洋板块运动关系示意图（据朱光，2001）

（三）逆冲活动

研究表明，郯庐断裂带上断陷盆地普遍于老第三纪末结束断陷活动，此时出现区域性挤压应力现象，这一挤压活动使郯庐断裂带出现正反转，并导致断陷盆地的抬升和消亡。

由地震、钻探资料所确定的郯庐断裂带主断面逆冲幅度一般为几百米。根据盆缘剥蚀地层厚度估计，主断面逆冲幅度一般为几百米至三千米，次级断面的逆冲幅度一般只有几米至几十米。

根据野外地表测量，郯庐断裂带西倾断面上逆冲的擦痕侧伏角为90°～60°S，显示伴有小幅度的右行平移，表明挤压应力方向在一些部位与断面走向不完全垂直。在郯-庐断带的逆冲活动中，有时伴有NW向左行平移断层出现，它们将郯庐断裂带左行错开几十至上千米，这些断层在地表多表现为未固结的断层泥。

古应力场和现代应力场测量（图4-28）都显示新第三纪以来郯庐断裂带遭受的是近EW向的挤压应力，这一应力场是西太平洋的弧后扩张（图4-27）和印度板块向北碰撞过程中的构造挤压作用产生的区域动力。在此区域应力场作用下，NNE走向的郯庐断裂带于新第三纪以来相应地出现了逆冲活动。

图4-28　郯庐断裂带附近现代挤压应力场图（据李开善，1987）

1—震源机制解；2—地应力测量

总之，郯庐断裂带中生代以来经历了晚侏罗世末—中白垩世的走滑运动、晚白垩世—老第三纪的伸展运动和新第三纪以来的逆冲活动。具体到合肥盆地东缘，断裂带三期活动表现为不同类型的构造样式，合肥盆地也呈现出不同的构造-沉积响应。

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