朱學(xué)強(qiáng)，楊仕鵬，任天龍，黃永波，侯建華

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

牟平-即墨斷裂帶即墨段白堊紀(jì)古構(gòu)造應(yīng)力場特征

朱學(xué)強(qiáng)，楊仕鵬，任天龍，黃永波，侯建華

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

牟平-即墨斷裂帶是膠東地區(qū)一條重要的區(qū)域性斷裂帶。通過研究斷裂帶兩盤不同構(gòu)造層的共軛節(jié)理系、縱彎褶皺以及野外斷層滑動矢量，對古構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行反演。結(jié)果表明，牟平-即墨斷裂帶即墨段白堊紀(jì)時期構(gòu)造應(yīng)力場具有以伸展為主，并與急劇的擠壓作用交替進(jìn)行的燕山旋回構(gòu)造演化特征。斷裂帶經(jīng)歷了萊陽期、青山期的張性活動、各構(gòu)造期末的左行壓扭活動，以及王氏期的張性活動，最終以右行壓扭性活動結(jié)束白堊紀(jì)的演化歷史。伸展構(gòu)造與巖石圈的減薄作用關(guān)系密切，而擠壓作用則與周邊板塊，尤其是東部太平洋板塊的運(yùn)動方向和方式有著密切關(guān)系。

牟平-即墨斷裂帶；古構(gòu)造應(yīng)力場；燕山運(yùn)動；白堊紀(jì)；膠東地區(qū)

0 引言

牟平-即墨斷裂帶(以下簡稱牟即斷裂帶)發(fā)育于山東膠東半島東部，是一條重要的區(qū)域性斷裂帶。斷裂帶北起牟平，經(jīng)桃村、郭城、朱吳、海陽，過即墨市進(jìn)入膠州灣，總體呈NE 40°～50°延伸，長約200km，寬40～50km，自東至西由海陽斷裂、朱吳斷裂、郭城斷裂、桃村斷裂等4條主干斷裂及一系列大致平行的次級斷裂組成[1]。

近年來，許多學(xué)者提出牟即斷裂帶是蘇魯造山帶的北段西邊界[2-4]，同時控制了白堊紀(jì)膠萊盆地的形成和發(fā)育[5-6]。因此，牟即斷裂帶是一條重要的控盆邊界斷裂帶[7-8]，其晚中生代運(yùn)動學(xué)歷史、變形方式和活動時代記錄了中國東部構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換過程[6]。

張?jiān)罉虻然谝巴鈹鄬踊瑒邮噶糠治鯷6，9]，認(rèn)為牟即斷裂帶白堊紀(jì)運(yùn)動歷史劃分為5個階段：早白堊世萊陽期NW—SEE向伸展，早白堊世青山期W—E向伸展，早白堊世末期NW—SE向擠壓，晚白堊世近N—S向伸展，NE—SW向擠壓。施煒等[10]、任鳳樓等[11]也應(yīng)用同樣的方法反演出膠萊盆地白堊紀(jì)古構(gòu)造應(yīng)力場演化歷史經(jīng)歷了3個伸展階段和3個擠壓反轉(zhuǎn)階段。由于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的疊加與改造，僅僅依賴斷層帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，很難弄清斷裂帶復(fù)雜的演化歷史[12]。因此，該文在1∶5萬區(qū)調(diào)的基礎(chǔ)上，采用多種確定古構(gòu)造應(yīng)力場的方法，對牟即斷裂帶即墨段白堊紀(jì)古構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行反演，并對其運(yùn)動學(xué)特征進(jìn)行分析。

1 巖石地層單位

斷裂帶兩側(cè)巖石地層出露齊全，以中生代白堊紀(jì)陸相火山—沉積地層為主，記錄了3套不同的沉積序列，分別為早白堊世萊陽群、青山群和晚白堊世王氏群。通過化石及同位素測年，確定了主要巖石地層單元時代(圖1)。

圖1 巖石地層柱狀圖

在即墨—海陽一帶，牟即斷裂帶將膠萊盆地分割為東西兩部分。東側(cè)海陽凹陷主要發(fā)育早白堊世萊陽群河湖相沉積，以及少量的早白堊世青山群火山巖系，不發(fā)育晚白堊世王氏群。早白堊世萊陽群河湖相沉積受燕山晚期花崗巖體侵入，地層普遍發(fā)生角巖化變質(zhì)。西側(cè)即墨凹陷發(fā)育早白堊世萊陽群河湖相沉積、早白堊世青山群火山噴發(fā)巖系、晚白堊世王氏群紅色河湖相碎屑巖系，以青山群火山巖系最為發(fā)育，構(gòu)成火山噴發(fā)活動中心。萊陽群、青山群、王氏群3套地層之間以不整合(多為平行不整合)方式接觸，代表膠萊盆地白堊紀(jì)整體伸展環(huán)境下的3個不同的伸展階段。因此，根據(jù)不整合面，將即墨地區(qū)地層(地質(zhì)體)劃分為萊陽群、青山群、王氏群3個構(gòu)造層，分別對應(yīng)萊陽期、青山期、王氏期3個構(gòu)造期。

2 牟即斷裂帶即墨段特征

牟即斷裂帶即墨段由海陽斷裂、朱吳斷裂、郭城斷裂3條主干斷裂以及一系列次級斷裂組成(圖2)，總體走向NE 40°左右，傾角較陡。斷裂以脆性變形為特征，斷層面發(fā)育明顯的多期擦痕階步，斷層破碎帶發(fā)育，強(qiáng)弱變形分帶明顯，斷層巖以碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、斷層泥、構(gòu)造透鏡體為主，普遍發(fā)生礦化蝕變；并發(fā)育劈理化帶以及大量的脈巖侵入充填(圖3)，脈巖有后期的蝕變破碎現(xiàn)象，均說明斷裂經(jīng)歷多期活動，并在中生代發(fā)生重要的左旋走滑運(yùn)動[12-14]。伴隨著斷裂的活動，在斷裂兩側(cè)形成牽引褶皺等伴隨構(gòu)造。在地貌上則以牟即斷裂帶為界，表現(xiàn)為東部丘陵區(qū)與西部平原區(qū)的突變邊界帶。

圖2 牟平-即墨斷裂帶即墨段地質(zhì)簡圖

圖3 即墨市溫泉鎮(zhèn)朱吳斷裂地質(zhì)剖面圖

σ1—最大主應(yīng)力；σ2—中間主應(yīng)力；σ3—最小主應(yīng)力；M—軸面；F—斷層；J—共軛節(jié)理系；T—張節(jié)理；S—斷層擦痕；α—斷裂剪裂角圖4 共軛節(jié)理系、縱彎褶皺及斷層派生構(gòu)造與主應(yīng)力軸示意圖(據(jù)萬天豐、湯經(jīng)武)

3 古應(yīng)力場分析方法

確定古構(gòu)造應(yīng)力場的方法有多種，系統(tǒng)研究斷裂帶兩盤各個構(gòu)造層中的褶皺形變以及共軛節(jié)理系，再配合以斷裂帶內(nèi)構(gòu)造巖與構(gòu)造形變特征的研究，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)發(fā)展歷史便可弄清該地區(qū)以及斷裂帶的形成演化歷史[12]。該文主要通過共軛節(jié)理、縱彎褶皺、斷層滑動矢量等方法進(jìn)行古構(gòu)造應(yīng)力場的恢復(fù)反演。

利用共軛節(jié)理系2組剪節(jié)理的代表性產(chǎn)狀，可確定3個主應(yīng)力軸產(chǎn)狀。共軛節(jié)理夾角往往分別為最大主應(yīng)力(σ1)和最小主應(yīng)力(σ3)方向所平分，兩組節(jié)理的交線平行于中間主應(yīng)力(σ2)方向(圖4)。如果巖層沒有經(jīng)歷過特別劇烈的動力(塑性)變形作用，根據(jù)巖石破裂理論，一般銳角平分線對應(yīng)最大主應(yīng)力(σ1)方向，而鈍角平分線對應(yīng)最小主應(yīng)力(σ3)方向。應(yīng)用這一原理，根據(jù)野外節(jié)理發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行分期、配套，分析應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而可以推測區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場[15]*佟彥明，膠萊盆地構(gòu)造演化研究，中國地質(zhì)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007年。。

縱彎褶皺是在巖層受到順層擠壓力的作用下形成的褶皺[16]，依據(jù)縱彎褶皺的兩翼產(chǎn)狀或軸面與樞紐產(chǎn)狀可確定3個主應(yīng)力軸產(chǎn)狀(圖4)。因此在褶皺形態(tài)簡單，軸面幾乎直立的情況下，垂直于軸面方向?yàn)樽畲笾鲬?yīng)力(σ1)方向，褶皺的樞紐相當(dāng)于中間主應(yīng)力軸(σ2)，最小主應(yīng)力軸(σ3)必定包含在軸面內(nèi)，并與樞紐相垂直[17]。

斷層滑動矢量反演是通過野外定點(diǎn)觀察，測量不同時代地層或巖體中的斷層面和斷層滑動矢量，利用各種滑動構(gòu)造標(biāo)志判斷斷層運(yùn)動方向，利用計(jì)算機(jī)反演程序計(jì)算各觀測點(diǎn)三軸主應(yīng)力方向[11]。其中斷層面擦痕與σ2垂直，為斷層面與包含σ1，σ3的平面交線(圖3)[18]。

4 牟即斷裂帶古構(gòu)造應(yīng)力反演

在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)對比各構(gòu)造層的特征，通過上述方法進(jìn)行古構(gòu)造應(yīng)力場的恢復(fù)反演。

2.3 運(yùn)行人員操作程序不規(guī)范，未拉開電壓互感器高壓側(cè)刀閘，電壓互感器直接向空母線送電，引起電壓互感器鐵磁諧振。

4.1 縱彎褶皺

縱彎褶皺的發(fā)育可以為確定區(qū)域應(yīng)力場的特征及時間演化提供直接的證據(jù)。研究區(qū)縱彎褶皺并不發(fā)育，并且普遍受斷層切割破壞，但仍可進(jìn)行復(fù)原并加以利用。

在青島青山一帶，萊陽群構(gòu)造層受擠壓應(yīng)力影響，形成軸跡60°～76°展布的縱彎褶皺，西端被中生代中粗?；◢弾r侵入，侵入接觸面與褶皺的軸跡近于直交(圖5)，說明褶皺形成于中粗?；◢弾r侵位之前，而中粗粒花崗巖的侵位時間與青山群火山巖噴發(fā)時間相近，說明該期褶皺的形成是在青山群火山噴發(fā)之前近NNW—SSE向擠壓應(yīng)力的產(chǎn)物。

在萊陽、萬第一帶發(fā)育向斜構(gòu)造，呈NE向展布，位于桃村斷裂和郭城斷裂帶之間，核部地層為青山群，兩翼由萊陽群組成，為對稱型的寬緩向斜構(gòu)造，軸面直立，軸向NE 40°左右(圖6a)。而在上覆王氏群中不發(fā)育，說明青山群噴發(fā)形成之后，褶皺是在受NW—SE向擠壓應(yīng)力作用形成。

在即墨普東、馬山一帶發(fā)育軸跡走向NW，軸面近于直立的向斜構(gòu)造，由核部的王氏群和翼部的青山群、萊陽群組成，軸面產(chǎn)狀33°∠87°，樞紐走向303°(圖6b)。說明白堊世王氏群沉積之后，即墨地區(qū)受NE—SW向的擠壓應(yīng)力作用。根據(jù)縱彎褶皺所反映的應(yīng)力場特征可以看出，在不同構(gòu)造期末都發(fā)生了具有特定方向的構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)。

4.2 共軛節(jié)理系

依據(jù)共軛節(jié)理的研究方法和步驟[15]，對即墨地區(qū)的節(jié)理進(jìn)行觀察、測量、統(tǒng)計(jì)分析，在分期配套的基礎(chǔ)上得出王氏期、青山期、萊陽期3期共軛節(jié)理系及主壓應(yīng)力優(yōu)勢產(chǎn)狀(表1)，王氏期構(gòu)造應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力(σ1)為NE—SW向，青山期構(gòu)造應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力(σ1)為NW—SE向，萊陽期構(gòu)造應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力(σ1)為NNW—SSE向。反映即墨地區(qū)共軛剪節(jié)理的形成受控于傾伏角不大的區(qū)域構(gòu)造壓性應(yīng)力的作用，同時青山期構(gòu)造演化對萊陽期構(gòu)造有一定的繼承性和逆時針旋轉(zhuǎn)。

圖5 青山北褶皺地質(zhì)剖面圖

(a.萊陽-萬第向斜構(gòu)造；b.普東-馬山向斜構(gòu)造)圖6 褶皺構(gòu)造解析

4.3 斷層滑動矢量

對萊陽群、青山群、王氏群3個構(gòu)造層進(jìn)行詳細(xì)的斷層測量和運(yùn)動學(xué)分析，野外斷層滑動矢量測量和反演揭示了白堊紀(jì)時期，牟即斷裂帶即墨段所記錄的構(gòu)造應(yīng)力場演化歷史為3次伸展應(yīng)力事件和3次擠壓應(yīng)力事件。

3次伸展應(yīng)力事件分別為NEE—SWW向、NWW—SEE向、近E—W向，3次擠壓應(yīng)力事件分別為NNW—SSE向、NW—SE和NE—SW向(圖7)，這與共軛節(jié)理系及縱彎褶皺所反演的擠壓應(yīng)力場是一致的。NEE—SWW向伸展作用發(fā)生在萊陽群沉積時期，NWW—SEE向伸展作用發(fā)生在青山群火山噴發(fā)時期、近E—W向伸展作用發(fā)生在王氏群沉積時期。NNW—SSE向擠壓應(yīng)力作用記錄在萊陽群地層中，而NW—SE向擠壓應(yīng)力作用記錄在萊陽群和青山群地層中，NE—SW向擠壓應(yīng)力作用不僅在萊陽群和青山群中有記錄，同時也影響到了王氏群地層。根據(jù)斷層滑動矢量疊加關(guān)系，結(jié)合沉積充填序列推斷，NNW—SSE向擠壓作用發(fā)生在萊陽群沉積之后，青山群沉積之前；NW—SE向擠壓應(yīng)力作用發(fā)生在青山群沉積之后，王氏群沉積之前；NE—SW向擠壓應(yīng)力作用發(fā)生在王氏群沉積之后。

小箭頭表示斷層面上滑動矢量；實(shí)心大箭頭指示擠壓方向；空心大箭頭指示伸展方向；實(shí)心三角表示最大主應(yīng)力軸(σ1)；空心三角表示最小主應(yīng)力軸(σ3)；赤平投影下方為地層，其中K1L,K1Q,K2W分別對應(yīng)早白堊世萊陽群、青山群和晚白堊世王氏群；赤平投影采用等面積下半球投影圖7 牟即斷裂帶斷層滑動矢量及擠壓(左)和伸展(右)構(gòu)造應(yīng)力場反演

上述古應(yīng)力分析結(jié)果顯示，牟即斷裂帶即墨段白堊紀(jì)時期整體處于伸展應(yīng)力作用之下，控制了凹陷的伸展以及萊陽群沉積、青山群火山噴發(fā)活動、王氏群沉積。雖然經(jīng)歷了不同構(gòu)造期末的不同方向的擠壓構(gòu)造反轉(zhuǎn)，但整體上以伸展為主，這從萊陽群、青山群與王氏群之間的角度不整合可以反映，三者之間的不整合面上下地層之間，僅表現(xiàn)為輕微的角度變化，局部甚至并無明顯差別。

5 牟即斷裂帶白堊紀(jì)演化歷史

根據(jù)斷裂帶兩盤各個構(gòu)造層中的褶皺形變、共軛節(jié)理系，以及野外觀察點(diǎn)斷層滑動矢量的測量和構(gòu)造應(yīng)力場反演，可以看出牟即斷裂帶即墨段在白堊紀(jì)時期經(jīng)歷了多期不同性質(zhì)和不同方向的構(gòu)造應(yīng)力作用，斷層運(yùn)動性質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)變化，但總體以伸展為主，并與急劇的擠壓作用交替進(jìn)行。

(1)早白堊世萊陽期近NEE—SWW向伸展，在該期應(yīng)力場的作用下，牟即斷裂帶呈現(xiàn)張性活動。在伸展環(huán)境下，地震頻發(fā)，在萊陽群水南組地層中普遍發(fā)育震積巖。

在萊陽群沉積之后、青山群沉積之前，在NNW—SSE向擠壓應(yīng)力作用下，牟即斷裂帶表現(xiàn)為左行壓扭性活動。同時在萊陽群地層中形成軸跡走向NEE的褶皺變形及一組走向40°～310°方向的共軛節(jié)理組。

(2)早白堊世青山期近NWW—SEE向伸展，牟即斷裂帶以張性活動為主，大量的青山群火山巖沿牟即斷裂帶以裂隙式—中心式噴發(fā)，以及酸性侵入巖及中基性脈巖侵入。

青山群火山巖噴發(fā)之后，早白堊世末期NE—SE向擠壓應(yīng)力作用下，牟即斷裂帶再次呈現(xiàn)左行壓扭性活動，但以壓性為主，野外觀測斷層主要表現(xiàn)為這一期運(yùn)動特征。這次擠壓事件使東部的海陽凹陷整體抬升并遭受剝蝕，形成軸跡走向與牟即斷裂帶近于平行的褶皺變形，并使西部的即墨凹陷的沉積中心向西偏移。

(3)晚白堊世王氏期近E—W向伸展，牟即斷裂帶表現(xiàn)為張性活動，兩側(cè)地層中同沉積正斷層發(fā)育。這與張?jiān)罉虻萚6]分析的近S—N向伸展不同。由于膠萊盆地在3個地質(zhì)時期的裂陷原型都可能受控于平面雙軸拉張伸展作用*佟彥明，膠萊盆地構(gòu)造演化研究，中國地質(zhì)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007年。，雖然整體上王氏期以近S—N向伸展最為顯著，但在盆地邊界、牟即斷裂帶內(nèi)部及其兩側(cè)，與膠萊盆地第一主張應(yīng)力近于垂直的E—W方向上的伸展應(yīng)力應(yīng)表現(xiàn)得相對顯著。

晚白堊世沉積結(jié)束，在NE—SW向擠壓應(yīng)力作用下，牟即斷裂帶發(fā)生右行壓扭性活動。盆地收縮變形結(jié)束沉積，并形成以王氏群為核部的軸跡走向NW的向斜構(gòu)造。

6 構(gòu)造應(yīng)力場演化機(jī)制分析

中生代燕山運(yùn)動是在穩(wěn)定克拉通基礎(chǔ)上發(fā)生的，斷塊的差異升降及邊界活動，盆地的構(gòu)造演化都必然與地殼乃至巖石圈深部的動力學(xué)背景密切相關(guān)[20]。相反，克拉通的破壞與巖石圈減薄等深部動力學(xué)的結(jié)果必然有其淺部響應(yīng)[21]。大量研究表明，華北克拉通東部巖石圈地幔在中生代曾發(fā)生過大規(guī)模的減薄，并且主要發(fā)生在早白堊世[22-25]。從動力學(xué)系統(tǒng)來看，燕山期巖石圈減薄作用是在總體擠壓造山的背景下發(fā)生的減薄作用，伴隨陸殼的加厚作用與隨后的巖石圈伸展減薄作用[26]。牟即斷裂帶的構(gòu)造演化歷史必然受這一深部機(jī)理及動力學(xué)背景制約。同時，與周邊板塊尤其是東部太平洋板塊的運(yùn)動方向和方式有著密切關(guān)系[27]。

因此，研究區(qū)早白堊世的伸展構(gòu)造與巖石圈的減薄作用關(guān)系密切，在華北克拉通南緣碰撞造山作用造成的加厚地殼發(fā)生伸展垮塌(萊陽期)以及隨后的巖漿活動(青山期)。而伸展之后的2次構(gòu)造反轉(zhuǎn)擠壓事件，可能與伊澤納崎板塊脈動式向歐亞板塊俯沖有關(guān)。晚白堊世(王氏期)的伸展構(gòu)造可能仍在受巖石圈減薄作用的影響，而晚白堊世沉積結(jié)束，受伊澤納崎板塊傾末于日本島弧之下，太平洋板塊俯沖方向的轉(zhuǎn)變，更多的受特提斯構(gòu)造域印度板塊與歐亞板塊碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響而產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。

7 結(jié)論

通過共軛節(jié)理系、縱彎褶皺、斷層滑動矢量分析對古構(gòu)造應(yīng)力場反演，牟即斷裂帶即墨段白堊紀(jì)時期經(jīng)歷了3次伸展和3次擠壓事件，但整體處于伸展應(yīng)力作用之下。3次伸展應(yīng)力事件分別為NEE—SWW向、NWW—SEE向、近E—W向，牟即斷裂帶表現(xiàn)為張性活動；3次擠壓應(yīng)力事件分別為NNW—SSE向、NW—SE和NE—SW向，牟即斷裂帶表現(xiàn)為左行壓扭性活動、以壓性為主的左行活動以及右行壓扭性活動?？傮w上表現(xiàn)為具有以伸展為主，并與急劇的擠壓作用交替進(jìn)行的燕山運(yùn)動構(gòu)造演化特征。牟即斷裂帶古應(yīng)力場的演化特征所反映的伸展應(yīng)力與巖石圈的減薄作用關(guān)系密切，擠壓應(yīng)力場特征則與周邊板塊尤其是東部太平洋板塊的運(yùn)動方向和方式有著密切關(guān)系。

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CharacteristicsofCretaciousPalaeotectonicStressFieldofJimoAreainMuping-JimoFaultZoneinShandongProvince

ZHU Xueqiang，YANG Shipeng，REN Tianlong，HUANG Yongbo，HOU Jianhua

(Shandong Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

Muping-Jimo fault zone is an important regional tectonic zone. Through study on conjugate system, buckle fold and fault slip data, paleostress inversion has been carried out. It is showed that palaeotectonic stress field in Jimo area in Muping-Jimo fault zone during the period of Cretacious has the characteristics of Yanshan Movement, that is priority to extension and alternate with mutation compression. Muping-Jimo fault zone has experienced extension in Laiyang group and Qingshan group, left-slip transpression at the end of every stage, and extension movement in Wangshi stage. Finally, it is finished by Cretacious evolvement history by right-slip transpression. Extension has relationship with lithospheric thinning, but compression has vicinity with periferal plates, especially with the movement sense and means of Pacific Plate.

Muping-Jimo fault zone; paleotectonic stress field; Yanshan mjovement; Cretacious; Jimo area

P551

A

2017-04-12；

2017-05-12；編輯曹麗麗

1∶5萬店集、王村、即墨、鰲山衛(wèi)、崔格莊幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(編號1212011120749)；山東省地質(zhì)勘查項(xiàng)目11∶5萬夏格莊、靈山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(魯勘字[2015]1號)

朱學(xué)強(qiáng)(1983—)，男，吉林農(nóng)安人，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究工作；E-mail：zxqiang2012@163.com

朱學(xué)強(qiáng)，楊仕鵬，任天龍，等.牟平-即墨斷裂帶即墨段白堊紀(jì)古構(gòu)造應(yīng)力場特征[J].山東國土資源，2017,33(11)：15-22.

ZHU Xueqiang，YANG Shipeng，REN Tianlong，etc.Characteristics of Cretacious Palaeotectonic Stress Field of Jimo Section in Muping-Jimo Fault Zone in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2017,33(11)：15-22.