沂沭断裂带构造系统

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沂沭断裂带的形成和演化,历来是地质学界长期争论的焦点,基于不同的大地构造观点及不同的地质依据,有不同的认识和观点。依据区域地质资料,下面对涉及沂沭断裂带有关的重要地质问题进行讨论。
1.形成阶段及左行韧性走滑阶段
该阶段大约发生在古元古代末,伴随着强烈的吕梁运动,华北板块的东部地区发生分化,鲁西地区发育北西向的韧性剪切带,而在辖域沂沭带发生了大规模的基底左行平移,形成沂沭断裂带基底北东向及北北东向的韧性剪切带,有的地区主要表现为北北东向韧性剪切及面理置换,此次活动使沂沭断裂带形成雏形,并大约平移了100～200km。
2.“古沂沭海峡”阶段
晋宁运动,应力场再次变化,华北板块与扬子板块发生汇聚,其后又迅速分离,此时应力场变为南北向拉张,分别在江苏徐州及辽宁复州地区形成两个盆地,而沂沭断裂带作为构造薄弱地带,也继续控制了土门群的沉积,成为“古沂沭海峡”(当时海峡范围远比现在的沂沭带大得多),于是总体形成了“S”形海盆。正是它造成了平移740km的假象。
新元古代末期,构造应力场又发生了逆转,变为南北向挤压,海盆逐渐缩小,鲁西暴露剥蚀,而沂沭断裂带地震频繁,广泛发育含地震纹的震裂灰岩。最终海水完全退去,再度变为陆地。
3.准稳定的差异性沉积阶段
经过前寒武纪多次活动后的沂沭断裂带,到寒武纪时,逐渐变得平静,在寒武纪—石炭纪一段时间内与鲁西其他地区一样,平稳地接受了寒武纪—中奥陶世的沉积及晚奥陶世—早石炭世的剥蚀,随即又共同接受了石炭纪、二叠纪的沉积,至二叠纪晚期又重新剥蚀,在这期间它的控制作用不很明显。
4.转换断层阶段
三叠纪中晚期,扬子板块与华北板块又一次聚合,应力场以南北向挤压为主。在此情况下沉寂多年的沂沭断裂带再次强烈复活,成为调节秦岭-大别-苏鲁造山带应力场的转换断层,中段平移幅度巨大,可达300km左右。但它不控制沉积,此时构造的另一表现主要为差异性抬升,从坊子—柳山一带侏罗纪淄博群直接覆于古元古代花岗岩之上来看,当时差异升降的规模较大。而鲁东地区则可能抬升更大,至使可能存在的古生代地层完全被剥蚀,而仅在局部保留有蓬莱群(与土门群大致相当)。
5.平移拉分运动阶段
燕山期开始,区域应力场有了显著变化,太平洋板块、库拉板块开始活动。库拉板块向北北西向俯冲,驱动了鲁东地块向北平移。在沂沭断裂带内发育了各种牵引构造,由于平移运动,形成一些拉分盆地及深陷盆地,并诱发了火山岩的喷发形成了的青山群火山岩,随后的拉分作用形成了大盛群的拉分盆地,并沉积很厚的碎屑岩堆积。
燕山晚期,大约距今80～90Ma左右,库拉-太平洋脊倾没于日本海之下,应力场又有了新变化,沂沭断裂带以压性为主,兼有小幅度左行平移,拉分盆地闭合,而在沂沭断裂带的东北部仍有王氏群沉积。
总之,燕山期沂沭断裂带发育大规模平移,累计平移100km左右。
6.新构造活动阶段
新生代初,随着库拉板块和库拉-太平洋脊俯冲消亡于日本岛弧之下,太平洋板块继续向欧亚板块俯冲,使辖域主要为东西向的挤压力,沂沭断裂带表现为强烈挤压,兼有小规模右行平移,而其他地区则以南北向张应力为主。形成较多北西向及东西向的张性、张扭性断裂。如辖域北部的东西向齐河-广饶断裂,控制了古近纪沉积,在北部、西部、东北部分别沉积济阳群、官庄群、五图群。新近纪断裂继续活动,切穿地壳,并诱发了玄武岩的喷溢,形成了牛山组、山旺组及尧山组。
进入第四纪,继续受太平洋板块俯冲影响,辖域主压应力方向为北东东或东西向,使断裂带除发育挤压俯冲外,还发育小规模右行平移,并由于构造活动强烈,地震频繁。

沂沭断裂带构造系统是中亚-特提斯构造域转向滨太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。在经历了大规模的左行平移、伸展、拉张及挤压作用下，形成了以沂沭断裂带为特征的盆岭构造、羽状构造格局及大陆边缘花岗岩系。

4.2.2.1 中生代陆相盆地与盆岭构造

越来越多的地质事实表明，晚侏罗世前后，东亚地区的构造变形体制发生了重大转折，构造活动从晚侏罗世以前强烈的陆内挤压造山和地壳增厚作用演变到早白垩世以来强烈的陆内引张裂陷和岩石圈减薄作用，这种构造体制的转折过程与太平洋板块向亚洲大陆的俯冲作用紧密相关。早白垩世是中国东部强烈的伸展变形和裂谷作用时期，形成了广泛发育的裂陷盆地和伸展盆山耦合系统。根据盆地的原型几何特征和展布规律，将裂陷盆地归纳为下列3种类型：

（1）泛裂陷型盆地系。由一系列单个断陷盆地组成，形成区域上广泛分布的裂陷盆地群，典型的如蒙阴裂陷盆地群。断陷盆地系中，单个断陷盆地往往规模较小、延伸短、断陷深、相互隔离和分布不连续，断陷形态以不对称半地堑为主。

蒙阴裂陷盆地群分布于沂沭断裂西侧，总体呈NW-SE向长条形或弧形，与沂沭断裂共同组成牵引“入”字型构造格局。盆断裂位于盆地北缘，盆内地层由南向北逐层上叠。断裂和地层相向倾斜，断裂倾角65°～75°，地层倾角10°～25°，下部地层倾角略大于上部地层倾角，形成前断后超式单侧断陷盆地。盆地内主要发育淄博群三台组（红色岩系）、莱阳群、青山群，盆地形成始于侏罗纪，白垩纪为盆地裂陷活动的主期。由于主控断裂的走向差异可划为两种类型：莱芜型，平面上呈三角形，剖面上呈箕型，是由NNW走向和NE走向断裂交叉控制而形成的；平邑型，总体呈长轴状展布，三角形部分不发育，主要与NW走向断裂有关。

（2）狭窄型裂陷盆地系。这类裂陷盆地的显著特征是平面上呈线形展布、剖面上受断裂控制，由对称地堑和地垒组成，其发育与岩石圈断裂有关。沂沭裂谷系属于这一类盆地系，裂谷由西侧的苏村地堑、东侧的莒县地堑（安丘莒县盆地）和中部的汞丹山凸起组成二堑夹一垒构造格局。裂谷长大于500 km，宽15～50 km，其长宽比与东非裂谷系相似^［151］。地堑内沉积了一套早白垩世河湖相砂砾岩系（大盛群）、高钾火山喷发岩（青山群）和晚白垩世河湖相砂砾岩系（王氏群）。地堑内盆地主要包括马站盆地、苏村盆地、郯城盆地、昌邑盆地、寒亭盆地和安丘莒县盆地。

（3）菱形状裂陷盆地系。这类盆地平面形态往往呈菱形，四周受断裂控制，其发育与主干断裂走滑活动密切相关，具有走滑拉分盆地性质。以鲁东地区的胶莱盆地、中楼盆地较为典型。

中楼盆地，位于沂沭断裂带旁侧，为被沂沭断裂带、船坊断裂、中楼断裂、大长远-清平峪断裂控制的局限盆地。盆地大致呈菱形，由莱阳群及青山群组成，莱阳群沉积厚度大，是胶莱盆地同期沉积的3～4倍，盆地中常见滑塌构造、鲍马序列等。盆地边缘常见强烈火山活动形成的火山碎屑岩及巨厚的山前洪积扇等沉积物，沉积物成分成熟度及结构成熟度低，具深水、近源、快速堆积的特点。

鲁东中生代盆地与鲁西构造特点不同，控盆断裂位于盆地南缘，盆内地层具有由北向南逐层上叠和南断北超的特点。

受沂沭断裂带制约，上述盆地与隆升山体共同构成了典型的盆岭构造体系。

图4-2 沂沭断裂带牵引羽状构造模式图

4.2.2.2 沂沭断裂带羽状断裂系统

由于沂沭断裂带的强烈左行平移，形成围绕沂沭断裂带的羽状断裂系统。鲁西地区最醒目的格架性构造是NW向的断裂构造及其控制的北西向北断南超中生代盆地，鲁东地区最突出的控制性构造则是总体NE走向的断裂构造及其控制的南断北超中生代盆地，这些构造围绕沂沭断裂带构成羽状分布格局（图4-2）。

（1）鲁西地区断裂构造

鲁中隆起中的断裂构造主要有NW和NNE走向两组，呈“X”形断裂组合，前者主要表现为铲式正断层，构成沂沭断裂带羽状系统的左侧翼；后者主要表现为走滑断裂，大致平行于沂沭带分布，为沂沭断裂的平行构造。NW向断裂是鲁中隆起最重要的断裂构造，它控制了鲁中隆起内中生代盆地北断南超的构造格局，剖面上构成了具有特色的箕斗型断块构造。NW向断裂主要有两类：一类收敛于沂沭断裂带，控制NW向的盆地与凸起，将鲁西滨太平洋前陆坳陷带划分为若干掀斜断块，构成沂沭断裂带旁侧的“入”字型构造。各断裂规模巨大，结构面特征非常相似，发育较宽的构造带，由构造角砾岩、碎裂岩、挤压透镜体、断层泥等组成，主要显示张扭活动。该类断裂主要有蒙山断裂、新泰-垛庄断裂，孙祖-铜冶店断裂，韩旺-石桥断裂等。这种张性“入”字型构造，指示了沂沭断裂的左行平移性质。另一类NW向断裂是构成沂沭断裂带旁侧扇状构造的放射状断裂，它们一部分与入字型构造重合，主要发育于鲁中隆起的北部边缘，走向一般NNW—NW向，延伸较长，主要显示张性活动。牵引扇状构造以沂沭断裂为中心，由近EW、NE向走滑断裂和NW向张性断裂共同构成，是在沂沭断裂带平移过程中，对鲁西滨太平洋前陆坳陷带形成牵引，应力在某一点集中，并以它为支点，发生旋转形成的（图4-2）。宏观上，整个鲁中隆起区似乎构成一个巨大的扇状，其中齐广断裂是其弧形右行平移断层，而NW向断裂等大致构成了放射状的张性断裂，应力集中点大致在临沂一带，而应力真空区在昌乐一带。徐宿弧形隆褶带中的褶皱、断裂，则构成了另一个扇形的一部分。比较典型的扇状构造还有沂沭断裂带中的东莞-于家河扇状构造，及鲁西的马牧池扇状构造。马牧池扇状右行平移弧形断裂是夏蔚断裂，它右行平移幅度并不大，约2～5 km，尾部呈帚状，由于平移量小，应力真空区一带未张开，放射状张裂不太发育，主要由近放射状分布的燕山期岩体所显示，应力集中点位于沂南南部。

前人对鲁西地区断裂构造格局进行了许多研究，分别认为：鲁西地区断裂构造为同心环状—放射状断裂构造体系，是鲁西滨太平洋前陆坳陷带呈穹窿拱升形成的，形成过程中受郯庐断裂活动影响发生了旋转^［152］；鲁西地区环状、放射状断裂系统应是幔枝构造形成期间发育的断裂构造；燕山期构造演化与陆内壳下拆沉和壳内挤出逃逸构造有关，并与中国东部燕山期高原隆升及岩石圈减薄、郯庐断裂左行、兰考-聊城断裂右行走滑机制有关^［153］。本书认为鲁中隆起区断裂构造的基本格局是“入”字型构造和扇状构造组合，剖面上则为箕斗型断块构造，沂沭断裂带的左行走滑运动是产生这种构造体系的根本原因，即它们均是沂沭断裂带派生的张性断层和走滑断层。

（2）鲁东地区断裂构造

鲁东地区最发育的一组断裂是NE—NNE走向断裂，其次为近EW—NEE走向断裂，二者构成共轭“X”型断裂组合，组成沂沭断裂带羽状系统的右侧翼。NE—NNE向断裂发育的条数多、密度大，与沂沭断裂共同构成倒“入”字型格局。该组断裂的共同特点是延伸远，连续性好，通常长度可达100 km，以左行压扭性为主，常控制或明显改造早期地质体。NE向断裂方位大多为40°～50°，部分为35°～40°及50°～60°，断裂沿走向呈舒缓波状，发育有十几米至上百米宽的破碎带。在胶北隆起区内NE向断裂剖面上呈铲式分布，是胶西北金矿的主要赋矿构造。NNE向断裂方位主要为10°～25°，断面以南东倾为主，发育有几十至几百米乃至逾千米的破碎带。NNE向断裂发育特点是北强南弱，西强东弱，自西向东可划分为多个密集的断裂构造带，在鲁东北玲珑花岗岩中发育一组带窄、延伸长、方位稳定、断距小的密集断裂束构成招（远）-平（度）断裂构造带。NE—NNE向骨干断裂有牟即断裂带、日照断裂、相家沟-洙边断裂、船坊断裂、焦家断裂、招平断裂、栾家河断裂、丰仪断裂、紫现头-解宋营断裂、寨里-杨础断裂、肖古家断裂、盘子涧断裂等。

鲁东地区EW向断裂常被NE向断裂切割，显示以张扭性为主的多期活动特征，常常是中生代盆地的控盆断裂，且形成南断北超的构造格局。EW向断裂构造地表出露比较零星，连续性差，一般延伸数千米至几十千米，发育有几十米至数百米断裂破碎带，带内多发育有构造角砾岩、碎裂岩及褐铁矿化、绿泥石化、硅化等动力变质岩和多样性的蚀变现象。主要控盆断裂有莒南断裂（莒南盆地）、五莲-青岛断裂（胶莱盆地）、西林断裂（藏格庄盆地）、黄山馆断裂（黄县盆地）、平度-门村断裂（平度凹陷）、五龙村断裂（莱阳凹陷）。该组断裂在接近沂沭断裂带附近被改造成NEE走向的弧形（或与NEE向断裂交叉复合），如五莲-青岛断裂、百尺河断裂、门村-平度断裂、黄山馆断裂等，弧形牵引构造是沂沭断裂右行牵引改造的结果。

4.2.2.3 沂沭断裂带成矿的动力学条件

沂沭断裂带是纵贯山东中部的规模巨大的左旋平移走滑断裂带，关于断裂切割的深度，王小凤等（2001）认为，该断裂是一条多层次的走滑断裂，可划分为浅、中、深3个层次，浅层次的深度为10～15 km，中层次的深度为15～25 km，深层次的切割深度达80～100 km。根据该断裂带中发育有偏碱性的中基性火山岩，而且地球物理场上也有明显的显示，判断其最大切割深度达到下地壳或上地幔。

多数研究者（万天丰等，1996；王小凤等，2001；朱光等，2004a；2004b）认为，郯庐断裂带的形成与华南、华北克拉通的碰撞有关。但对最大左旋平移发生的时代有不同认识，万天丰等（1996）认为，该断裂带巨大的左旋平移（压扭性变形）发生于三叠纪中-晚期（250～208 Ma）；王小凤等（2001）根据糜棱岩的年龄范围（150～140 Ma），认为最大的平移发生于侏罗纪；朱光等（2004a）认为，最大平移发生在早白垩世（140～110 Ma）；Marayama等（1997）认为与太平洋区伊泽奈崎（Izanaqi）板块北向快速俯冲有关。

作者认为：沂沭断裂带可能起源于秦岭古海洋的转换断层，晚三叠世到早侏罗世（200～160 Ma），由于后碰撞（post-collision）的强大挤压作用（陆内俯冲），导致华北克拉通南缘地壳增厚，侏罗纪中-晚期（160～135 Ma）为大规模平移期，动力来源于后碰撞挤压作用和伊泽奈崎板块北向斜冲所导致的剪切作用；早白垩世早期（135～120 Ma）是该断裂由大规模左旋平移向右旋拉伸的转变时期；早白垩世晚期到晚白垩世早期，发生强烈的右旋拉伸，导致沂沭裂谷^［151］及其分支裂谷如胶莱盆地的生成、胶莱盆地内青山组火山岩的喷发〔Rb-Sr等时线年龄为119.6～111.4 Ma（邱检生，1996）〕，带内金矿床的形成，其动力来源于太平洋板块正向俯冲所导致的弧后软流圈上升、岩石圈折沉^［69］。因此可以说，沂沭断裂带巨大的左旋平移是后碰撞的挤压和伊泽奈崎板块北向快速斜冲（Maruyama et al.，1997）所导致的剪切共同作用的结果。

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