魯西隆起與歧口凹陷耦合機制

牛樹銀，王金忠，孫愛群，馬寶軍，陳超2，，王寶德，張建珍，胡華斌

(1.石家莊經濟學院資源學院，河北石家莊050031;2.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083;3.中國黃金集團河北公司，河北石家莊050011)

魯西隆起與歧口凹陷耦合機制

牛樹銀1，2，王金忠3，孫愛群1，馬寶軍1，陳超2，1，王寶德1，張建珍1，胡華斌1

(1.石家莊經濟學院資源學院，河北石家莊050031;2.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083;3.中國黃金集團河北公司，河北石家莊050011)

山區(qū)固體礦產地質研究和盆地油氣地質研究是地質學兩個重要的研究領域，但是由于部門的劃分而導致兩者研究各有側重，從而使兩者研究的結合和借鑒遠遠不夠。魯西隆起由南至北分別展布有尼堒山－母子山、蒙山、徂萊山－新甫山－孟良崗、泰山－魯山－沂山等四個隆起，而隆起之間則分布有泗平、汶蒙、肥城、萊蕪等四個相鄰的斷陷，斷陷與隆起之間均發(fā)育典型的鏟狀斷裂，并控制著中新世的箕狀斷陷沉積;而歧口凹陷則以南大港和北大港潛山構造帶為界劃分為歧南、歧北、板橋三個次級凹陷，它們均呈北側陡且深、南側緩而淺的箕狀不對稱形態(tài)，具有“北斷南超”的特點。其形態(tài)特征完全可以與魯西隆起區(qū)的隆坳構造進行對比。筆者從幔枝構造的視角研究認為它們是魯西隆起與歧口凹陷之山盆耦合形成的主要構造形跡。

幔枝構造;山盆耦合;箕狀構造;鏟狀斷裂;華北地區(qū)

收到《大地構造與成礦學》2010年第四期——“渤海灣盆地歧口凹陷構造與沉積地質研究”專集就被其深深地吸引住了，專集中專題性的組稿，不同專業(yè)的詳細論述，高精度的地球物理探測剖面，精美的地球物理構造解釋圖件，以及歧口凹陷構造分析與沉積地質研究(吳永平等，2010a，2010b;任建業(yè)等，2010;周江羽等，2010;彭文緒等，2010;劉恩濤等，2010;楊池銀等，2010)都給筆者留下了美好而深刻的印象。但是，筆者也掩卷久久沉思:這么好的資料沒有更多地被山區(qū)地質研究所關注，當然，山區(qū)的地質研究成果也較少被盆地研究所參考。

地球科學不僅古老而神秘，地球歷史之漫長、人類歷史之短暫，地球之龐大廣闊、人類視域之局限，而且加之地球經歷了若干次強烈的地殼運動改造，以及風霜雨雪的侵蝕，使地球科學研究極具挑戰(zhàn)性。因此，需要多學科的緊密配合和聯合攻關，積極積累資料，才能更加客觀地認識地球科學的本質，并為建立地球科學的最高境界——地球科學系統(tǒng)而不懈探索。

本文在簡述歧口凹陷和魯西隆起構造特征的基礎上，對比兩者的構造形式，討論魯西隆起與歧口凹陷之間的山盆耦合關系。

1 歧口凹陷的構造式樣

歧口凹陷屬于黃驊坳陷的一部分，位于魯西隆起的北北西方向，其間間隔著濟陽坳陷和埕寧隆起，但是，其構造樣式卻與魯西隆起具有一定的可比性，意味著是同一時期、同一構造體制作用下形成的相同構造體系。

歧口凹陷是漸新世以來長期發(fā)育的大型生油凹陷，其西起孔店凸起，東達沙壘田隆起，北至滄縣隆起，南到埕寧隆起，東北界與南堡凹陷相鄰，面積約為5280 km2，具有層位發(fā)育全、沉積厚度大的特點，是黃驊坳陷油氣勘探的主要地區(qū)(吳永平等，2010a)(圖1)。

歧口凹陷作為黃驊坳陷內長期繼承發(fā)育的凹陷，發(fā)育了巨厚的古近系和新近系沉積，厚度達8000～10000 m。該區(qū)域從古近系沙三段開始接受沉積，經歷了古近紀的斷陷發(fā)育階段和新近紀的坳陷發(fā)育階段，其中古近系沉積厚度達4000～6000 m，屬典型的裂陷期階段。以湖相沉積發(fā)育為特色。新近紀湖盆消失，以陸相河流沉積為特色。

在構造地質特征上，吳永平等(2010a)總結歧口凹陷總體上具有四帶、四坡、四凹的構造格架:從北到南，發(fā)育滄東、北大港、南大港及羊二莊四個斷裂構造帶，斷裂總體走向北東－近東西向;板橋、歧北、歧南及埕北四個斜坡區(qū);以東傾的南大港和北大港潛山構造帶為界分為歧北、歧南、板橋三個次級凹陷，均呈北側陡且深，南側緩而淺的箕狀不對稱形態(tài)，具有“北斷南超”的特點，實際上是三個典型的箕狀同沉積斷陷。東側海域則發(fā)育沉積厚度巨大的歧口主凹。這種特征在濟陽坳陷和魯西隆起具有相似的構造形態(tài)和相同的動力學機制。

圖1 歧口凹陷區(qū)域地質簡圖(據吳永平等，2010a)Fig.1 Sketch regional geological map of the Qikou depression(after Wu et al.，2010a)

2 魯西隆起構造特征

魯西隆起十分顯著地聳立在華北平原中東部，地形、地貌，甚至地層(巖體)的展布均以泰山－魯山－鄒縣－臨沂地區(qū)為中心，向外呈環(huán)狀展布。隆起核部基底巖系由新太古代泰山巖群、TTG巖系和古元古代造山花崗質巖體組成。蓋層則由古生代、中生代和新生代碳酸鹽巖、碎屑巖和火山巖組成。

魯西隆起區(qū)的斷裂構造展布具有明顯的規(guī)律性(圖2)?？傮w上以中部的新寨－泗水－平邑－蒙陰地區(qū)為中心，向外呈同心環(huán)狀和放射狀斷裂展布。根據主要同心環(huán)狀斷裂展布，可劃分為三個基本完善的環(huán)狀構造。從內向外分別為:①肥城－沂源－臨沂－曲阜環(huán)狀斷裂，該環(huán)狀斷裂實際上是古生界寒武－奧陶系蓋層與基底間的主拆離滑脫帶。②巨野－粱山－濟南－淄博環(huán)狀構造帶，它是以古生界為底的中新生界斷陷－沉積巖系與古生界之間的拆離帶。③馬頭集－范縣－聊塘－桓臺環(huán)狀斷裂，它構成了以古生界為底的中新生代斷陷－沉積巖系與以古近系為底的新生代火山－沉積物的界線。環(huán)狀構造總體上均為外傾，應該是魯西幔枝隆升時的構造活動的產物，或者說是古構造應力釋放帶(牛樹銀等，2004)。

放射狀斷裂主要有夏蔚斷裂、淄河斷裂、上五井斷裂、金山－姚家峪斷裂、白泉莊－五色崖斷裂、文租斷裂、長清斷裂、汶上－泗水斷裂、蒙山斷裂、鄆城斷裂、荷澤斷裂、鳧山斷裂、尼山斷裂，獨角山斷裂等。尤以尼山斷裂、鄆城斷裂、汶上－泗水斷裂、肥城斷裂、文租斷裂、金山－姚家峪斷裂、上五井斷裂等規(guī)模較大，特征明顯。在構造特征上，放射狀斷裂面以陡傾為主，同心環(huán)狀斷裂向外緩傾為主。兩者相互切錯，表明兩組斷裂為同應力場、同構造期的產物。分析認為應是魯西幔枝構造形成期間發(fā)育的斷裂體系。

圖2 魯西隆起構造簡圖(據牛樹銀等，2004修改)Fig.2 Sketch structural map of the uplift of Western Shandong

值得指出的是，魯西隆起構造核部巖漿－變質雜巖區(qū)出現了四條隆坳相間的構造組合，它們亦是幔枝構造活動的產物，并具有明顯的弧形拆離滑脫帶。四個隆起帶自南向北依次為:①尼堒山－母子山;②蒙山;③徂萊山－新甫山－孟良崗;④泰山－魯山－沂山。而在每條弧形隆起的凹側，則為四條弧形斷陷帶，自南向北依次為泗平(泗水－平邑)斷陷、汶蒙(大汶口－蒙陰)斷陷、肥城斷陷和萊蕪斷陷。各斷陷均為中新生代斷陷火山－沉積建造。斷陷與隆起之間均發(fā)育典型的鏟狀斷裂，并控制著斷陷中的箕狀沉積。實際上，它們均是魯西幔枝上隆、蓋層向外拆離過程中被弧形斷裂阻擋的掀斜斷塊。其間的不整合面作為構造薄弱面，多被改造為拆離滑脫斷層，如新泰斷陷，這種特征就相當明顯(圖3)。

圖3 新泰地區(qū)掀斜斷塊剖面示意圖Fig.3 Sketch map showing the section of the tilted fault-block in the Xintai area

3 魯西隆起與歧口凹陷耦合機制

幔枝構造是地幔熱柱演化的第三級構造單元，是地幔熱柱多級演化在巖石圈淺部的綜合表現形式，Maruyama(1994)稱之為三次柱。幔枝構造一般由核部巖漿－變質雜巖、外圍蓋層拆離滑脫層、上疊構造斷陷－火山盆地等三個單元組成(牛樹銀等，2002)。它們一起構成相互關聯的統(tǒng)一整體。

3.1 區(qū)域構造演化

華北地塊經歷了漫長的穩(wěn)定地臺型演化之后，華北東部一改古生代期間的造陸過程，進入了地殼運動強烈活動時期，燕山運動早期主要表現為擠壓體制，燕山運動中期以來進入了地幔熱柱演化階段，區(qū)域構造體制也由擠壓體制轉變?yōu)樯煺贵w制，甚至早期擠壓運動形成的斷裂構造也被利用改造為伸展構造，盆嶺構造體系逐漸形成，地幔熱柱導致的垂向物質運動開始成為主導因素。地球物理探測資料對巖石圈三維結構給予了強有力的支持。盡管這些資料反映的是現代巖石圈的結構，但由于巖石圈演化是較緩慢的過程，從演化趨勢上分析，適當向前推斷(如100 Ma以內)還是可信的。在北京－沖繩間幔殼結構剖面上，明顯地顯示出以渤海為中心(Vs＜4.2～4.3 km/s)的地幔隆起(馮福闿和宋立珩，1996)。物性上相當于地幔亞熱柱，魯西幔枝構造則是華北地幔亞熱柱的次級構造單元。

3.2 幔枝構造的形成

參照地震層析資料揭示出來的華北東部盆嶺區(qū)幔殼結構，結合該區(qū)中生代以來的巖漿活動以及新生代渤海周邊地區(qū)大量幔源巖漿活動特征，可建立魯西幔枝構造形成模式，探討形成機制。

正是由于華北地幔亞熱柱呈蘑菇狀向外圍擴展，加之地幔位勢差的存在，使巖石圈深部物質可通過上地幔頂部幔殼過渡帶、中地殼低速帶(韌性流變拆離帶)等向外圍方向拆離流變。而這些低速軟層一旦被持續(xù)活動的陡傾韌性剪切帶所切割，加之剪切帶造成的減壓釋荷作用，便可導致原本具有一定熔融性質的低速軟化物質轉變?yōu)樯钊蹘r漿源，并可沿陡傾韌性剪切帶上侵，甚至通過淺部脆性斷裂直達地表，導致火山噴發(fā)。如果區(qū)域構造應力場處于擠壓體制，或韌性剪切帶較為緊閉，則巖漿上侵活動緩慢，活動時期漫長，殼源混入作用加強。主要侵入巖漿類型從早到晚可表現為偏基性→偏中性→偏酸性→偏堿性演化。巖漿侵位深度由深成→淺成→超淺成演化。

幔枝構造核部巖漿－變質雜巖中往往以中酸性花崗質侵入巖為主，這可能與地殼對巖漿的過濾，很多基性巖漿在一定深度就往往沿緩傾構造薄弱帶侵入到中－上地殼圍巖之中有關。其巨大的熱(一般可達1200～1300℃)烘烤作用，足以使上覆原本就具有一定溫壓條件的硅鋁層巖石熔融，形成中酸性巖漿源地。由于中酸性巖漿密度較小，浮力較大，因此，很容易導致中酸性巖漿接力(式)上侵，形成一系列中酸性深成侵入體及其一系列相關的脈巖。同時，帶動外圍的變質圍巖一起隆升，外圍蓋層則大幅度拆離滑脫，以致于形成典型的幔枝構造。而進入新生代以來，幔枝構造的繼續(xù)隆升，則應視為自早侏羅世、早白堊世幔枝構造形成主期之后的應力場調整，表現出明顯的差異升降運動。以致于幔枝構造主期在一定深度形成的侵入巖及與之相關的礦床被抬升到近地表，成為典型的金銀多金屬成礦集中區(qū)(徐金芳等，2000;李洪奎等，2007)(圖4)。

圖4 魯西幔枝構造形成模式圖Fig.4 Formation model of the mantle branch in Western Shandong

3.3 魯西隆起與歧口凹陷耦合機制

在地幔亞熱柱的上部，地幔物質沿幔殼界面、中地殼等主要構造界面往外拆離滑脫，其上部則發(fā)生明顯的熱斷陷作用;而在魯西地區(qū)，由于韌性剪切帶的深切作用，使深部軟化的地幔物質減壓釋荷形成深熔巖漿。深熔巖漿在侵位上升的過程中，往往在中、下地殼之間，或中、上地殼之間熱熔部分殼源巖石，并在同化混染過程中，呈接力形式繼續(xù)上侵，其巖性也逐漸由中基性向中酸性演化。

正是由于中酸性巖漿負重力異常引起的重力均衡作用，導致巖體并帶動周圍變質巖系一起上隆，上部蓋層則發(fā)生大幅度向外拆離滑脫，以致于逐漸形成魯西幔枝構造及其外圍的隆坳構造，如魯西隆起－濟陽坳陷－埕寧隆起－臨清坳陷等四級構造單元。而在魯西隆起上自南向北依次形成的泗平斷陷、汶蒙斷陷、肥城斷陷和萊蕪斷陷則應為五級構造，它們是拆離滑脫過程中形成的掀斜斷塊。它們均是魯西幔枝上隆、蓋層向外拆離過程中被弧形斷裂切割阻擋形成的掀斜斷塊，各斷陷中寒武統(tǒng)－奧陶系→石炭－二疊系→侏羅－白堊系等三套地層為蓋層拆離體系，它們往往以拆離斷塊的形式存在，有的還被斷失部分層位。古近系－第四系則明顯具有箕狀同沉積特征，往往以新生代斷陷火山－沉積建造為特征。

這種五級箕狀掀斜斷塊的特征在濟陽坳陷也表現得較為典型，甚至一直延續(xù)到歧口凹陷，以南大港和北大港潛山構造帶為界的歧北、歧南、板橋三個次級凹陷，均呈北側陡且深，南側緩而淺的箕狀不對稱形態(tài)，具有“北斷南超”的特點(吳永平等，2010b)，實際上是三個典型的箕狀同沉積斷陷，構成與魯西幔枝構造上部泗平斷陷、汶蒙斷陷、肥城斷陷和萊蕪斷陷很相似的構造形態(tài)。

很顯然，從魯西隆起與歧口坳陷的耦合機制上分析，以渤海為中心的地幔亞熱柱頂部物質向外拆離，對于魯西幔枝構造來說，就是由北向南拆離，在魯西地區(qū)被深切韌性剪切帶切割，形成幔枝構造。幔枝構造隆升不僅造成蓋層向外拆離，而且成為外圍坳陷的風化產物供給源，同時形成平邑－濟陽－歧口一線的一系列箕狀掀斜斷塊，構成了典型的物質四維調整運移(牛樹銀等，1995)。

3.4 幔枝形成時間的厘定

巖漿巖的侵位機制是地質學家都很關心的焦點問題，已有十余種侵位模式被提出來。王濤等(1999)認為很多巖體的侵位不能用一種模式來說明，而往往在侵位過程中表現為一種復合作用?；蛘哒f更可能是殼源與幔源兩種巖漿混合的產物。不管是深源還是淺源，這種混染作用均存在，只是作用時間長短、殼源混入物的多少而已。如果侵位時間短、混入殼源物質少，巖漿作用表現為中基性，即深源特征;如果侵入時間長、殼源混入物質多，則向中酸性轉化。

到目前為止，魯西中生代巖漿巖年齡測定積累了大量的數據。巖漿活動可分為兩期，其一為早侏羅世，主要形成了銅石堿性雜巖體，其40Ar/39Ar年齡在188～190 Ma(林景仟等，1997)。另一期在早白堊世，年齡為110～130 Ma。濟南巖體、郭店一帶的巖體、桓臺金嶺鎮(zhèn)巖體、銅井區(qū)巖體、萊蕪地區(qū)的一些巖體均形成于此時期。由此可見，魯西地幔熱柱中生代活動的高潮時期為早侏羅世和早白堊世，其中早白堊世的活動尤為強烈。這也與一些學者提出的早白堊世為全球地幔柱活動的高潮時期相一致(劉建明等，2001)。

4 結 論

魯西隆起區(qū)與歧口凹陷區(qū)均作過大量的科學研究與探礦實踐，也發(fā)表了數以千計的優(yōu)秀論文，很多成果就某些問題論述得相當深刻。但是，以幔枝構造的視角把魯西隆起與歧口凹陷聯系起來，并從山盆耦合的角度來探討其構造演化卻是一個新的探索。很顯然，它對區(qū)域構造演化以及華北東部地區(qū)的地質找礦(包括固體礦產與油氣資源)具有十分重要的意義。

(1)魯西隆起是一典型的幔枝構造，隆起核部基底巖系由新太古代泰山巖群、TTG巖系和古元古代造山花崗質巖體組成，向外分別有寒武－奧陶系、石炭－二疊系、古近－第四系呈環(huán)帶狀環(huán)繞，且具典型的環(huán)狀構造與放射狀構造相互切錯的特征。

(2)魯西隆起不僅北與濟陽坳陷、歧口凹陷呈山盆耦合關系，且與外圍西、南、東部坳陷均具有山盆耦合關系。形成典型的中心隆起與外圍坳陷共存的構造格局。

(3)魯西隆起與歧口凹陷的山盆耦合研究表明，中生代以來，以渤海為中心的地幔隆升，導致深部地幔物質向(南)外圍拆離，并在魯西一帶被韌性剪切帶切割，導致深熔巖漿上涌，形成魯西幔枝構造，隆起上部蓋層向外拆離滑脫，外圍則相應形成斷陷。向外拆離的蓋層受到伸展體制所形成的反向鏟狀斷裂的阻擋則形成一系列(如魯西隆起上部的泗平、汶蒙、肥城、萊蕪斷陷和歧口地區(qū)歧北、歧南、板橋凹陷)掀斜式斷塊，這是山盆構造耦合形成的典型構造形式。

致謝:衷心感謝審稿專家所給予的高度評價并提出的寶貴指導意見，感謝《大地構造與成礦學》編輯部贈閱期刊。

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The Tectonic Coupling between the Luxi Uplift and the Qikou Depression

NIU Shuyin1，2，WANG Jinzhong3，SUN Aiqun1，MA Baojun1，CHEN Chao2，1，WANG Baode1，ZHANG Jianzhen1and HU Huabin1
(1.College of Resources，Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang050031，Hebei，China;2.School of the Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing100083，China;3.Hebei Company，Golden Group of China，Shijiazhuang050011，Hebei，China)

The solid mineral resources in mountain area and the petroleum in basin are two main areas of geological researches，with different emphasis and normally assigned to different department，so that interdisciplinary investigation is scarce to date.The Luxi uplift consists of Nikunshan-Muzishan，Mengshan，Culaishan-Xinfushan-Mengliangang and Taishan-Lushan-Yishan etc.spreading from south to north，furthermore，among these uplift there are distributed four neighboring fault depressions i.e.Siping，Wenmeng，Feicheng and Laiwu fault depressions.Between the fault depressions and the uplift developed the typical listric faults which control the Miocene dustpanshaped sediments in the fault depressions.In the case of the Qikou depression，there are three subclasses of depressions as Qinan，Qibei and Banqiao with Nandagang and Beidagang buried-hill structure belt as the boundaries and taken on the dissymmetry form with the northern side deep and steep，the southern side shallow and nearly flat.The Qikou depression was faulted in the north and overlapped in the south.Comparative study of the sag and the structure of uplift and depression in the uplift area of Western Shandong becomes an urgent need.From the point of view of mantle branch，the authors propose that both the Luxi uplift and Qikou depression have the main structural features formed through coupling of mountain and basin.

mantle branch;mountain-basin coupling;dustpan-shaped structure;listric fault;North China

P542;TE121

A

1001-1552(2012)01-0001-007

2011－02－21;改回日期:2011－04－07

項目資助:我國典型金屬礦科學基地研究(200911007)、國家自然科學基金(40872137)和石家莊經濟學院科研基金(XN201031)資助。

牛樹銀(1952－)，男，教授，博士生導師，主要從事構造地質學與構造成礦的教學與科研工作。Email:niusy@sjzue.edu.cn