臨汾地區(qū)構(gòu)造特征及其構(gòu)造應(yīng)力場演化

楊　帆

(山東泰山地質(zhì)勘查公司，山東　泰安　271000)

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臨汾地區(qū)構(gòu)造特征及其構(gòu)造應(yīng)力場演化

楊帆

(山東泰山地質(zhì)勘查公司，山東泰安271000)

摘要臨汾地區(qū)處在鄂爾多斯盆地南北分區(qū)與東西分區(qū)的構(gòu)造交匯部位，在該區(qū)構(gòu)造特征表現(xiàn)為 “東西分帶，南北分層”的規(guī)律，是多期次構(gòu)造應(yīng)力場下的產(chǎn)物。通過運(yùn)用層面校正的方法，結(jié)合野外實(shí)測共軛節(jié)理，對(duì)區(qū)域內(nèi)古構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行恢復(fù)，共得到3期構(gòu)造應(yīng)力場方位，區(qū)域內(nèi)共發(fā)育3期構(gòu)造應(yīng)力場。印支期構(gòu)造應(yīng)力場，主應(yīng)力方向?yàn)镹NE-SSW、近SN向；燕山期共發(fā)育2組主應(yīng)力，早期NW-SE向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力以及晚期NW-SE向拉張應(yīng)力，這與區(qū)域性構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變是一致的；喜山期構(gòu)造主應(yīng)力方向發(fā)生根本轉(zhuǎn)變，由NW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹E向。

關(guān)鍵詞臨汾地區(qū)；構(gòu)造特征；層面校正；構(gòu)造演化

構(gòu)造應(yīng)力場是控制區(qū)域構(gòu)造發(fā)育和演化的重要因素之一，在不同的構(gòu)造應(yīng)力場作用下，將產(chǎn)生不同性質(zhì)構(gòu)造及其組合。利用各種構(gòu)造行跡，如節(jié)理、斷層、褶皺、構(gòu)造透鏡體及顯微構(gòu)造等反推地質(zhì)過程中形變作用發(fā)生時(shí)期的構(gòu)造應(yīng)力方向，是確定構(gòu)造應(yīng)力場的一種重要地質(zhì)方法[1].

構(gòu)造應(yīng)力場的研究，對(duì)恢復(fù)煤田構(gòu)造演化具有重要意義。構(gòu)造演化具有長期性、多期性和間歇性，在擠壓、拉張和剪切的構(gòu)造應(yīng)力場條件下，從構(gòu)造演化的程度對(duì)煤層的賦存狀態(tài)、煤體結(jié)構(gòu)和煤儲(chǔ)層物性以及煤層氣成藏的控制作用[2-4]進(jìn)行研究；徐志斌等[5]對(duì)晉中南構(gòu)造應(yīng)力場演化進(jìn)行研究，研究區(qū)經(jīng)歷了印支、燕山、喜山多期的構(gòu)造應(yīng)力場作用，以北西-南東方向近水平伸展應(yīng)力場為主，并且伴隨著太行山和霍山的不斷隆起，在晉中南東部的沁水含煤向斜中形成了局部擠壓應(yīng)力場。

1區(qū)域構(gòu)造特征

鄂爾多斯盆地是一個(gè)穩(wěn)定的克拉通盆地[6]，周緣活動(dòng)性較強(qiáng)，褶皺、斷裂構(gòu)造密集發(fā)育，盆地內(nèi)部則較為穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為隆起、拗陷以及寬緩褶皺。中生代以來，伴隨著印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng)構(gòu)造疊加，盆地周緣構(gòu)造活動(dòng)性加劇，盆地東緣不斷隆起，形成了現(xiàn)今東傾西陷的總體構(gòu)造面貌[7,8].

臨汾地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南緣，處在鄂爾多斯盆地南、北分區(qū)與東西分區(qū)的構(gòu)造交匯部位，其所處的構(gòu)造位置較為重要。研究區(qū)處在華北板塊、秦嶺板塊相互碰撞、擠壓作用地帶，經(jīng)歷了長期的構(gòu)造作用與演化，不僅擁有鄂爾多斯盆地具有的基本特征，還表現(xiàn)出自身一定的特征。

臨汾地區(qū)總體構(gòu)造變形較弱，整體呈西傾單斜構(gòu)造，褶皺軸跡與斷層走向在區(qū)域分布上表現(xiàn)出明顯的差異性(圖1).通過野外實(shí)測剖面以及地質(zhì)構(gòu)造的解析，臨汾地區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的“東西分帶，南北分層”的特征，由東緣向區(qū)域內(nèi)部，變形強(qiáng)度表現(xiàn)出“強(qiáng)弱強(qiáng)弱”的特征，東西分帶表現(xiàn)在構(gòu)造樣式由東向西分別為：紫荊山逆沖推覆構(gòu)造、馬頭山階梯狀正斷層，明珠疊加褶皺，古驛-窯渠背斜及對(duì)沖式逆斷層，西部西傾單斜構(gòu)造。南北分層表現(xiàn)在斷層性質(zhì)以河底為界，北部表現(xiàn)為逆斷層，南部表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)。區(qū)域構(gòu)造特征一定程度上反映了該區(qū)域構(gòu)造演化的復(fù)雜性，是多期構(gòu)造應(yīng)力場下共同作用的產(chǎn)物。

圖1　臨汾地區(qū)區(qū)域構(gòu)造綱要圖

2古構(gòu)造應(yīng)力場的恢復(fù)

區(qū)域內(nèi)節(jié)理的形成是長期多次構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物，為了探討該地區(qū)的構(gòu)造變形史和古構(gòu)造應(yīng)力場，必須要進(jìn)行節(jié)理的分期與配套。節(jié)理的分期配套主要依據(jù)節(jié)理組之間的交切關(guān)系以及借助與各期次節(jié)理有關(guān)的地質(zhì)體的關(guān)系，在對(duì)節(jié)理進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)的觀察和分析的基礎(chǔ)上，將同一地點(diǎn)、同一時(shí)期、同一應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的節(jié)理組合在一起，利用它們與主應(yīng)力方位的關(guān)系來確定和恢復(fù)區(qū)域古構(gòu)造應(yīng)力場。

利用構(gòu)造節(jié)理恢復(fù)軟件，通過赤平投影的方法，首先將節(jié)理產(chǎn)狀以及地層產(chǎn)狀投影到吳氏網(wǎng)上，然后以地層走向?yàn)檩S順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定的角度(地層傾角)，得到層面校正后的節(jié)理數(shù)據(jù)。如果兩組節(jié)理在層面校正之后是共軛的，說明所受應(yīng)力應(yīng)該是在地層水平時(shí)期開始的，相鄰層組如果都存在相同的應(yīng)力，則可推測出應(yīng)力的影響厚度和開始時(shí)間；如果地層傾斜之后存在一組共軛節(jié)理，說明所受應(yīng)力是從地層發(fā)生傾斜之后開始的，相鄰層組如果都存在相同的應(yīng)力，則可據(jù)此推測出應(yīng)力的影響厚度和開始時(shí)間[9].根據(jù)共軛剪節(jié)理(具體又分為平面共軛剪節(jié)理系和剖面共軛剪節(jié)理系)的交線，平行于中間主應(yīng)力軸σ2, 其夾角平分線分別為最大主應(yīng)力軸σ1和最小主應(yīng)力軸σ3,確定所受主應(yīng)力方向(圖2).

a) 平面共軛X節(jié)理系　　　　　　　 b) 剖面共軛X節(jié)理系

用于恢復(fù)古構(gòu)造應(yīng)力場的節(jié)理數(shù)據(jù)，由老到新分別采自中奧陶統(tǒng)馬家溝組、峰峰組，上石炭統(tǒng)本溪組、太原組，下二疊統(tǒng)山西組，中二疊統(tǒng)下石盒子組、上石盒子組，上二疊統(tǒng)石千峰組，下三疊統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組，中三疊統(tǒng)二馬營組、銅川組，上三疊統(tǒng)延長組。根據(jù)野外觀測剖面及室內(nèi)的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分期配套，為分析該區(qū)構(gòu)造變形史和古構(gòu)造應(yīng)力場提供依據(jù)。

3分析結(jié)果

通過以上分析，結(jié)合層面校正前后構(gòu)造節(jié)理分期配套關(guān)系(圖3，圖4)，臨汾地區(qū)共發(fā)育4套共軛X節(jié)理，其中3套為擠壓應(yīng)力作用下形成的(圖5)，另外一套是拉張應(yīng)力環(huán)境下的產(chǎn)物。3組擠壓應(yīng)力方向分別為：第一組共軛節(jié)理走向分別為NW-SE、NE-SW向，顯示擠壓應(yīng)力方向?yàn)镹NE或近SN向(圖5a)；第二組走向?yàn)镋W向、近SN向，顯示主壓應(yīng)力方向?yàn)镹W向(圖5b)；第三組走向?yàn)镾N向以及NW向，顯示主壓應(yīng)力方向?yàn)镹NE向(圖5c)；第四組拉張應(yīng)力方向?yàn)镹W向，兩組共軛X節(jié)理呈剖面共軛關(guān)系。通過野外觀測，第二組切穿第一組，第三組切穿第二組，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場，第一組為印支期構(gòu)造應(yīng)力場下的產(chǎn)物，第二組、第四組為燕山期構(gòu)造應(yīng)力場的產(chǎn)物，第三組為喜山期構(gòu)造應(yīng)力場作用的結(jié)果。

圖3　實(shí)測節(jié)理主應(yīng)力方向圖　　　　　　圖4　層面校正后主應(yīng)力方向圖

圖5　臨汾地區(qū)主壓應(yīng)力方向圖

4區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場演化

鄂爾多斯盆地印支運(yùn)動(dòng)第一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生于早三疊世之末，由于盆地抬升和微褶皺，造成紙坊組與下伏和尚溝組呈平行不整合接觸。在臨汾地區(qū)主要表現(xiàn)在下伏和尚溝組自東北向西南方向變薄。通過赤平投影方法，野外實(shí)測節(jié)理可獲得兩組節(jié)理較為發(fā)育，一組近NW向，另一組近NE向，構(gòu)造應(yīng)力方向?yàn)榻黃N以及NNE向。

印支運(yùn)動(dòng)形成于三疊系與侏羅系之間的不整合面以下。主要特征之一是由于揚(yáng)子地臺(tái)與北方大陸拼接，使中國東部大陸連成一片，長期以來一直存在的南海北陸局面被東西分異的新格局取代。由于印支運(yùn)動(dòng)的影響，使晚古生代所形成的大華北沉積盆地的東界于晚三疊世推移到太行山以西，而成為晉陜侏羅紀(jì)沉積盆地。

鄂爾多斯盆地東緣印支期古構(gòu)造應(yīng)力場以近NS向擠壓為主要特征，發(fā)生在晚三疊世的印支運(yùn)動(dòng)，伴隨著特提斯洋的消減閉合和揚(yáng)子-華北板塊的陸-陸碰撞作用，在鄂爾多斯盆地南緣形成了近EW走向的秦嶺古驛-窯渠背斜，海水從中國大陸基本退出。華北板塊處于揚(yáng)子板塊和西伯利亞板塊NS向擠壓構(gòu)造格局之中，在鄂爾多斯盆地東部和北部產(chǎn)生軸向近NS的構(gòu)造擠壓作用，由于遠(yuǎn)離板塊邊緣，印支期近NS向的構(gòu)造擠壓作用對(duì)鄂東地區(qū)的構(gòu)造變形影響較小。

燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)奠定了本區(qū)的構(gòu)造格架，對(duì)其構(gòu)造應(yīng)力場的恢復(fù)依據(jù)優(yōu)勢(shì)節(jié)理方位及其褶皺軸跡，臨汾區(qū)域燕山期構(gòu)造應(yīng)力場以NNW-SSE，NWW-SEE向擠壓為顯著特征，相應(yīng)的伸展方向?yàn)镹E-SW向。

主壓應(yīng)力跡線總體呈NW-SE向延伸，并呈向NE突出的弧形彎曲，即從西部的NW方向，向東略向S偏轉(zhuǎn)，與區(qū)域邊界的馬頭山斷層和區(qū)域內(nèi)部的古嶧-鳴啼背斜和薛關(guān)-峪口斷層等主要構(gòu)造的走向近于垂直，表明這些構(gòu)造的形成與燕山期構(gòu)造應(yīng)力場作用密切相關(guān)，從而形成具有擠壓性質(zhì)的構(gòu)造變形。

喜馬拉雅期構(gòu)造應(yīng)力場與燕山期相比發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，即由NW-SE向的擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)镹E-SW向擠壓，也使在這一時(shí)期區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力發(fā)生反轉(zhuǎn)。在臨汾區(qū)域喜馬拉雅期的構(gòu)造變形形跡不是很顯著，但由于與燕山期構(gòu)造的走向近于垂直的拉張伸展作用，對(duì)早期的改造作用較為顯著，即使早期的壓性構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)閺埿詷?gòu)造，發(fā)生構(gòu)造性質(zhì)的轉(zhuǎn)變。東緣紫荊山斷裂帶構(gòu)造性質(zhì)也由早期壓性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在壓扭性斷裂。區(qū)域內(nèi)部大量存在的疊加褶皺也是驗(yàn)證了區(qū)域內(nèi)部構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變過程。

5結(jié)論

該區(qū)位于板塊匯聚部位，受到多期構(gòu)造應(yīng)力場的疊加作用，構(gòu)造變形強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的“東西分帶，南北分層”的特征，由東緣向區(qū)域內(nèi)部，變形強(qiáng)度表現(xiàn)出“強(qiáng)弱強(qiáng)弱”的特征，構(gòu)造跡線存在明顯的差異性。區(qū)域內(nèi)共發(fā)育3期構(gòu)造應(yīng)力場，其中，印支期構(gòu)造應(yīng)力場，主應(yīng)力方向?yàn)镹NE-SSW、近SN向，在該區(qū)發(fā)育較弱；燕山期共發(fā)育兩組主應(yīng)力，早期NW-SE向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力以及晚期NW-SE向拉張應(yīng)力，這與區(qū)域性構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變是一致的，并且奠定了該區(qū)的構(gòu)造格局；喜山期構(gòu)造主應(yīng)力方向發(fā)生根本轉(zhuǎn)變，由NW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹E向，主要體現(xiàn)在對(duì)早期形成的NE向構(gòu)造的改造上。

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·問題探討·

究，(E-mail) yangfqd@163.com

Structural Characteristics and Tectonic Stress

Field Evolution of Linfen Region

YANG Fan

AbstractLinfen region is located in the tectonic interjunction of Ordos basin north-south division and east-west division, where the tectonic features has the rule of east-west zoning and north-south layering, that is the product of multi-period tectonic stress field. Through using the method of level adjustment, combines with the conjugate joints of field survey, to recover the palaeotectonic stress field in the region, receives three periods of tectonic stress field orientation, three periods of tectonic stress field are developed in areas. The principal stress directions of tectonic stress field in Indosinian period is NNE-SSW, close to SN. Two principal stresses are developed in Yanshanian, that are structure compression of NW-SE in the early time and stretching stress of NW-SE in the late peroid, which are consistent with regional tectonic regime transition. The principal stress directions of structure in Himalayan changes fundamentally from NW turn into NE.

Key wordsLinfen region; Tectonic characteristics; Level calibration; Tectonic evolution

中圖分類號(hào)：[TD15]

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-0652(2015)05-0053-04

作者簡介：楊帆(1988—)，男，山東青島人，2013年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，碩士研究生，助理工程師，主要從事資源勘查、地質(zhì)調(diào)查方面的研

收稿日期：2015-03-30