沂沭斷裂帶研究進(jìn)展綜述

羅文強(qiáng)，張尚坤，于學(xué)峰，田京祥，楊斌，張巖，陳軍，馬祥縣，唐璐璐，孫秀珠

(山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，國(guó)土資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

沂沭斷裂帶是中國(guó)大陸東部巖石圈尺度的構(gòu)造邊界帶[1]和巨型活動(dòng)斷裂帶[2-4]——郯廬斷裂帶的山東段，呈NEE 10°～25°方向，沿著沂河、沭河及濰河展布*山東省地質(zhì)科學(xué)研究所, 山東沂沭斷裂帶的結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)及形成歷史的研究報(bào)告, 1985年。[1]，長(zhǎng)約330km，寬20～60km。其縱貫山東中部，是魯東和魯西的分劃性斷裂(圖1)，沂沭斷裂帶的形成演化影響了該區(qū)的構(gòu)造格架、地層建造、巖漿活動(dòng)、成盆成礦作用等[2,5]。

1—以古近系為底的斷陷火山—沉積盆地；2—以中生界為底的斷陷沉積盆地；3—古生代構(gòu)造層；4—核部巖漿—變質(zhì)雜巖；5—造山帶巖漿—變質(zhì)雜巖；6—反向鏟狀斷層；7—次級(jí)拆離滑脫帶；8—斷層及推斷斷層圖1 沂沭斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)李洪奎等，2009)

諸多學(xué)者[2,5-17]在沂沭斷裂帶的深部結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造形成演化、成盆成礦作用等方面做了大量的研究工作，論述了該斷裂帶的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、形成、演化及其成礦作用等[14-16]。

該文在分析總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)沂沭斷裂帶深部結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造形成演化、成盆成礦作用等進(jìn)行了闡述，旨在為下一步研究工作開拓思路。

1 沂沭斷裂帶地質(zhì)概況

沂沭斷裂帶東西兩側(cè)的地層建造、巖漿活動(dòng)、構(gòu)造演化、成礦作用等均有較大的差異性(圖1)[5,15,16]。魯西古生代地層發(fā)育較全；魯東以古元古代變質(zhì)巖系和中生代地層為其特點(diǎn)，缺失古生代地層。魯西僅發(fā)育有規(guī)模較小且呈零星分布的閃長(zhǎng)巖體；魯東巖漿巖出露廣泛，發(fā)育一系列規(guī)模較大的花崗巖體，從中新太古代—中生代均有侵入活動(dòng)。沂沭斷裂帶在平面上構(gòu)成了“兩塹夾一壘”的構(gòu)造格局(圖2)[5,10,15]，自東向西依次由NWW傾的昌邑-大店、近直立的安丘-莒縣、NWW傾的沂水-湯頭和SEE傾的鄌郚-葛溝4條主干斷裂組成，目前認(rèn)為昌邑-大店斷裂是主要斷裂。

1—中新生代坳陷；2—中生代地塹及坳陷；3—隆起-凸起地塊；4—被新生代覆蓋的隱狀地塊；5—主干斷裂；6—一般斷裂；Fl—鄌郚-葛溝斷裂；F2—沂水-湯頭斷裂；F3—安丘-莒縣斷裂；F4—昌邑-大店斷裂圖2 沂沭斷裂帶平面結(jié)構(gòu)圖(據(jù)李洪奎等，2009,2017)

在沂沭斷裂帶內(nèi)及兩側(cè)成礦作用也具有明顯的差異性[16]，魯東地區(qū)是金礦集中區(qū)；魯西鐵礦床較為發(fā)育。目前在沂沭斷裂帶內(nèi)及兩側(cè)發(fā)現(xiàn)的金礦類型也不同，這種成礦的差異性是否與沂沭斷裂帶有關(guān)有待進(jìn)一步研究[14]。

2 沂沭斷裂帶研究成果綜述

沂沭斷裂帶命名近60年來，國(guó)內(nèi)外地質(zhì)專家從各種角度論述了斷裂的結(jié)構(gòu)特征、形成、演化、斷裂帶與成盆和內(nèi)生金屬成礦作用的關(guān)系，取得了豐碩的成果。

2.1 深部構(gòu)造和地球物理場(chǎng)特征

在沂沭斷裂帶研究中，重、磁、電、地震等地球物理場(chǎng)技術(shù)方法得到了廣泛應(yīng)用，揭示了其深部構(gòu)造特征，增強(qiáng)了地球動(dòng)力學(xué)、大震成因背景等方面的認(rèn)識(shí)[18-36]。

2.1.1 航磁異常特征

沂沭斷裂帶航磁異常以劇烈變化的串珠狀高值異常為特點(diǎn)，呈現(xiàn)為一系列NNE—NE向線狀和串珠狀異常帶，異常形態(tài)呈正磁場(chǎng)為主的局部夾持負(fù)磁異常、中間高兩邊略低的塹壘式構(gòu)造格局[5,19,21]。

2.1.2 重力場(chǎng)特征

沂沭斷裂帶布格重力異常呈現(xiàn)為以沂沭斷裂帶為界，兩側(cè)重力低，中部重力高，表現(xiàn)為NNE走向的重力梯度帶，分隔了魯西、魯東地塊，成為區(qū)域內(nèi)重要的地球物理分界線[22]，區(qū)域重力場(chǎng)帶內(nèi)部呈現(xiàn)兩塹一壘的重力異常格局。區(qū)域莫霍面形態(tài)呈東高西低的分異格局，沂沭斷裂帶形成了莫霍面陡變帶[5,18,20,22]。

2.1.3 深部地殼結(jié)構(gòu)特征

連云港—臨沂—泗水GGT地學(xué)斷面研究結(jié)果表明[24-28]，沂沭斷裂帶及兩側(cè)中下地殼內(nèi)低速度層及其厚度有明顯變化；斷裂切割了M面；在斷裂帶范圍內(nèi)，中地殼下部和下地殼加厚，下地殼包括莫霍界面有撓曲隆起，但隆起高點(diǎn)偏向沂沭斷裂帶的西側(cè)；地震剖面顯示西邊2條斷裂東傾，東邊2條斷裂近于直立，形成下窄上寬的超殼斷裂帶。大地電磁測(cè)深解釋結(jié)果顯示，殼內(nèi)未發(fā)現(xiàn)高導(dǎo)層，而在上地幔有2個(gè)高導(dǎo)層，在60～80km深度的上地幔內(nèi)有低阻層分布，隆起范圍大致亦偏向斷裂帶西側(cè)[26,29,30]。通過多條大地電磁探測(cè)反演的電阻率剖面分析[28,31-34]，該構(gòu)造帶所處兩側(cè)電性存在明顯差異，推斷沂沭斷裂帶深切上地幔。近年來，隨著海域斷層探測(cè)的發(fā)展，根據(jù)地震剖面解譯，發(fā)現(xiàn)萊州灣內(nèi)沂沭斷裂帶內(nèi)活動(dòng)斷層的一些特征與濰北凹陷中的斷層特征較為一致[23,35-36]。

2.2 沂沭斷裂帶形成時(shí)代和演化歷史

國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家[1，8,37-44]對(duì)沂沭斷裂帶(郯廬斷裂帶)的形成、演化進(jìn)行過大量的研究工作，提出不同觀點(diǎn)，分歧十分明顯，始終沒有形成統(tǒng)一意見。

2.2.1 沂沭斷裂帶形成時(shí)代

關(guān)于沂沭斷裂帶的形成爭(zhēng)議較大，總結(jié)了4種觀點(diǎn)。

(1)沂沭斷裂帶具有長(zhǎng)期復(fù)雜的活動(dòng)歷史，在太古宙或元古宙就已經(jīng)存在，具有長(zhǎng)期復(fù)雜的活動(dòng)歷史[45-50]。薛金聲等[45]認(rèn)為，沂沭斷裂帶形成于古元古代末期，在地臺(tái)發(fā)展階段相對(duì)穩(wěn)定。張家聲[46]認(rèn)為，沂沭斷裂帶在元古宙時(shí)期開始活動(dòng)，泰山群結(jié)晶基底中的左行韌性剪切帶是元古宙時(shí)期斷裂活動(dòng)時(shí)在地殼較深層次上形成的構(gòu)造表象。張用夏等[47]認(rèn)為，郯廬斷裂帶是劃分兩側(cè)太古界至中下元古界不同基底的明顯界線。周建波等[48]認(rèn)為，魯中基底NNE向韌性變形帶形成于晉寧期(941Ma)之前的晉寧構(gòu)造期。喬秀夫等[49]指出，滄浪鋪階的地震災(zāi)變事件與層序地層的客觀地質(zhì)記錄尚不支持郯廬斷裂巨大平移，也不支持遼東半島滄浪鋪階是晚侏羅世或早白堊世期間從蘇皖北部巨大平移至現(xiàn)今位置的觀點(diǎn)；認(rèn)為新元古代震旦紀(jì)地震帶即古郯廬地震帶(650～600Ma)構(gòu)成震旦紀(jì)盆地的邊界，兩側(cè)地質(zhì)體的不連續(xù)是兩個(gè)不同塊體上不同地質(zhì)作用演化的結(jié)果，不是郯廬斷裂巨大平移的結(jié)果[50]。

(2)沂沭斷裂帶起源于華北與華南板塊的碰撞造山中，在古生代—中生代早期，伴隨秦嶺板塊俯沖帶而形成[1,8,37,51-52]，斷裂帶內(nèi)造山期構(gòu)造及旁側(cè)的前陸沉積與變形構(gòu)造特征,指示斷裂帶同造山運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)換斷層型式，屬于同造山走滑構(gòu)造[40,52]。

(3)徐嘉煒[6,7,53]最早研究郯廬斷裂帶(沂沭斷裂帶)及其平移性質(zhì)，認(rèn)為開始平移時(shí)間為T3-K1，平移運(yùn)動(dòng)高潮在J3晚期；他后期研究重新認(rèn)為斷裂平移從晚侏羅世末期開始活動(dòng)，主平移時(shí)期為晚侏羅-早白堊世(140～110Ma)，最大平移距達(dá)740km[54]。

(4)羅志立等[17]提出郯廬斷裂是由晚古生代華力西期切過南秦嶺洋的一條轉(zhuǎn)換斷層發(fā)展起來的追蹤繼存性斷裂，渤海灣盆地形成與郯廬斷裂扭動(dòng)關(guān)系不大，而與地幔柱有關(guān)。

關(guān)于郯廬斷裂的形成時(shí)代和運(yùn)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，目前較為一致的認(rèn)識(shí)是受控于特提斯、古亞洲洋和太平洋三大構(gòu)造域的相互作用，形成的動(dòng)力學(xué)背景是中生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折和巖石圈減薄，起因是與太平洋板塊對(duì)歐亞板塊的俯沖機(jī)制有關(guān)[5,15]。

2.2.2 沂沭斷裂帶演化歷史

萬天豐等[8,51]認(rèn)為，此斷裂帶開始形成于250～208Ma(中-晚三疊世)左行走滑，最大斷距為430km；208～135Ma(侏羅紀(jì))與52～23.3Ma(中始新世-漸新世)為逆斷層活動(dòng)；135～52Ma(白堊紀(jì)-早始新世)為略帶右行走滑的正斷層；23.3～0.73Ma(中新世-更新世)為帶有左行走滑的正斷層；0.73Ma(中更新世)以來斷裂帶又變成略帶右行走滑的逆斷層。張?jiān)罉虻萚55]概括斷裂的演化歷史為“兩大運(yùn)動(dòng)、五個(gè)階段”，“印支運(yùn)動(dòng)”(三疊紀(jì)-早侏羅世早期)經(jīng)歷了轉(zhuǎn)換走滑階段(240～220Ma)和左旋平移走滑階段(220～190Ma)；“燕山運(yùn)動(dòng)”(中-晚侏羅世至古新世時(shí)期)經(jīng)歷了擠壓走滑活動(dòng)(中-晚侏羅世至早白堊世早期)、伸展和陸內(nèi)裂谷斷陷作用(早白堊世)和右旋走滑(晚白堊世-古新世)；認(rèn)為斷裂帶中生代發(fā)育過程與地質(zhì)特征在東亞大陸演化歷史中具有獨(dú)特的作用[56]。陳宣華等[57]認(rèn)為，斷裂帶的形成和演化經(jīng)歷了左行平移(三疊紀(jì)244～209Ma)、東側(cè)下?lián)P子地塊逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(侏羅紀(jì)189～164Ma)、正斷活動(dòng)(白堊紀(jì)103～94Ma)、右旋平移(晚白堊-第三紀(jì))4個(gè)過程。朱光等[42]推測(cè)，在早白堊世末期110～130Ma以前，郯廬斷裂帶發(fā)生大規(guī)模左行平移，與太平洋的高速俯沖有關(guān)[40]；晚白堊世-古近紀(jì)伸展活動(dòng)中，晚白堊世和古近紀(jì)各發(fā)生過2次和3次顯著的斷陷事件[58]。李洪奎等[15]認(rèn)為，郯廬斷裂帶構(gòu)造系統(tǒng)是中亞-特提斯構(gòu)造域向?yàn)I太洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換過程中的重要組成部分，是華北板塊與揚(yáng)子板塊、太平洋板塊與歐亞板塊相互作用的結(jié)果，沂沭斷裂帶的塹壘、盆嶺和羽狀構(gòu)造系統(tǒng)及大陸邊緣花崗巖系是典型陸內(nèi)伸展構(gòu)造特征，是左行平移—伸展—拉張—擠壓作用的表現(xiàn)形式。

2.2.3 沂沭斷裂帶形成模式

(1)大量的研究表明，斷裂帶起源于印支期華北與華南板塊的碰撞造山過程中，有許多不同的解釋模式：大陸轉(zhuǎn)換斷層模式[40,51]；陸內(nèi)平移斷層模式[7]；縫合線模式[1,39]；樞紐斷層模式[38]；撕裂斷層模式[37]。

(2)徐嘉煒等[7]認(rèn)為，斷裂是西北環(huán)太平洋邊緣內(nèi)側(cè)的平移斷層，受太平洋板塊俯沖作用，應(yīng)為西太平洋與歐亞大陸的相對(duì)單剪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。

(3)萬天豐等[8]和朱光等[41]認(rèn)為，該斷裂帶早期起源于華北與華南板塊的碰撞造山中，隨后在早白堊世濱太平洋構(gòu)造活動(dòng)中又再次發(fā)生平移運(yùn)動(dòng),近年來愈來愈多的研究成果都支持兩階段平移觀點(diǎn)[43,55]。

(4)喬秀夫[49-50]認(rèn)為，郯廬斷裂帶南段有一定幅度的移動(dòng)，但作為郯廬斷裂主體部分于中生代期間基本無平移。湯加富等[59-60]認(rèn)為，郯廬斷裂帶并無巨大的平移運(yùn)動(dòng)發(fā)生，而是多期構(gòu)造變動(dòng)形成的負(fù)向構(gòu)造帶綜合造就的一種假錯(cuò)位效應(yīng)。

2.3 沂沭斷裂帶的成盆成礦作用

2.3.1 成礦作用

徐嘉煒等[6]認(rèn)為，郯廬斷裂帶的成礦作用主要為早期的成礦帶被錯(cuò)移、剪切斷裂，韌性剪切帶中形成的新礦床，白堊紀(jì)至古近紀(jì)(甚至新近紀(jì))形成的含油盆地。萬天豐等[8,51]提出，沿此斷裂帶形成了一系列大中型金、銀、銅、鐵、鉛鋅等內(nèi)生金屬礦床，在早白堊世已構(gòu)成了中國(guó)東部重要的內(nèi)生金屬成礦帶。王小鳳等[2]認(rèn)為，郯廬斷裂帶控制金礦的分布、多樣性、礦化類型、成因，郯廬斷裂帶成生發(fā)展與成礦具同步性。李洪奎等[15]認(rèn)為，廣泛發(fā)育的裂陷盆地和伸展盆山耦合系統(tǒng)是受侏羅紀(jì)以來沂沭斷裂帶強(qiáng)烈的左行平移作用的結(jié)果；大陸弧花崗巖系統(tǒng)的形成與盆嶺構(gòu)造相伴的巖漿事件相關(guān)；山東的金及多金屬礦的形成與大陸弧花崗巖有著十分密切的關(guān)系；沂沭斷裂帶的強(qiáng)烈活動(dòng)不僅為金礦定位提供了空間，也為成礦流體提供了通道和賦存部位[14]；沂沭斷裂帶對(duì)區(qū)內(nèi)金及多金屬礦的形成起控制作用，并具有控礦、容礦構(gòu)造的特征[61]。石文杰等[62]提出，在沂沭斷裂帶不斷引張及減壓環(huán)境下，誘發(fā)的強(qiáng)烈殼幔作用為金成礦提供了物質(zhì)和流體來源，因此華北克拉通東南緣亦存在晚白堊世金成礦作用。吳齊等[63]認(rèn)為，斷裂帶的伸展活動(dòng)不僅控制著火山巖的分布，而且為巖漿的形成和運(yùn)移提供了有利的場(chǎng)所，斷裂帶的演化在華北克拉通破壞中可能起到了重要的作用。劉昊等[64]提出，沂沭斷裂帶金礦的生成具有韌性剪切帶的雙階段控金性，礦床主要分布于應(yīng)力集中構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域；韌性剪切帶控制金礦的規(guī)律在于垂向上控制金礦的梯度性。近幾年，在沂沭斷裂帶上發(fā)現(xiàn)了龍泉站、牛家小河、南小堯等金礦，使金礦找礦取得了突破，郭瑞朋等[65]認(rèn)為，沂沭斷裂帶不但導(dǎo)礦，而且儲(chǔ)礦，提出了新的找礦方向。

2.3.2 成盆作用

沂沭斷裂帶(郯廬斷裂帶)控制了渤海東部凸起、凹陷的形成演化，也控制了成油盆地?zé)N源巖、儲(chǔ)蓋層及圈閉的展布[66]。胡望水等[67]認(rèn)為，郯廬斷裂帶控制周緣中-新生代盆地的發(fā)育，對(duì)盆地的演化起著重要的影響作用，經(jīng)歷了伸展到擠壓的演化過程。萬桂梅等[68]提出，郯廬斷裂帶控制了渤海海域油氣藏分布，古近紀(jì)伸展活動(dòng)控制了生烴凹陷的形成，并促進(jìn)烴源巖的快速演化，新近紀(jì)的強(qiáng)烈走滑作用形成了大量的構(gòu)造圈閉，并促進(jìn)了油氣的運(yùn)移及晚期成藏。

吳根耀等[69]認(rèn)為，“郯廬斷裂帶”前白堊紀(jì)兩側(cè)的盆地不是左行平移錯(cuò)斷的同一個(gè)盆地，各有其獨(dú)立的發(fā)育史。張鵬等[10]提出，斷裂帶內(nèi)部及兩側(cè)盆地的伸展與斷裂帶平移無關(guān)，而是受控于深部巖石圈減薄，由地幔底辟導(dǎo)致的裂陷作用形成。

3 討論

綜上所述，沂沭斷裂帶的研究成果豐富，爭(zhēng)議也較大。對(duì)于沂沭斷裂帶的深部特征、構(gòu)造樣式、形成時(shí)代、構(gòu)造演化、成盆成礦作用等方面的研究甚多，且都存在爭(zhēng)議。

(1)對(duì)沂沭斷裂帶及附近地區(qū)深部結(jié)構(gòu)的研究很多，但缺少多物理場(chǎng)的綜合研究；沂沭斷裂帶與膠東金礦礦集區(qū)的控礦斷裂的關(guān)系及構(gòu)造深部聯(lián)通關(guān)系還不清楚。進(jìn)一步研究沂沭斷裂帶深部構(gòu)造應(yīng)利用多地球物理場(chǎng)深部探測(cè)技術(shù)，結(jié)合天然地震層析成像技術(shù)，進(jìn)行地震波三維速度結(jié)構(gòu)層析成像，獲取地殼及上地幔高精度三維速度模型，同時(shí)綜合利用多地球物理場(chǎng)深部結(jié)構(gòu)信息，研究巖石圈流變結(jié)構(gòu)、構(gòu)造斷裂體系分布，實(shí)現(xiàn)沂沭斷裂帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)“透明化”。

(2)沂沭斷裂帶的形成演化一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。應(yīng)先從宏觀的大地構(gòu)造特征及其中國(guó)構(gòu)造格局上確定其主要或優(yōu)勢(shì)構(gòu)造期，然后在微觀上進(jìn)行詳細(xì)的期次及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的研究，并研究沂沭斷裂帶的形成、演化、疊加、復(fù)合、改造、保存的全過程。斷裂的形成時(shí)代是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如何確定基底韌性剪切帶的變形時(shí)代是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，今后仍要加強(qiáng)研究沂沭斷裂帶內(nèi)及兩側(cè)韌性剪切帶和糜棱巖帶的時(shí)代、斷裂帶的同位素地質(zhì)、以及沿?cái)嗔褞е猩儎?dòng)與古老基底變動(dòng)的關(guān)系；同時(shí)把斷裂帶的形成、演化與周鄰地區(qū)的構(gòu)造形變史、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化結(jié)合起來進(jìn)行研究，才可能系統(tǒng)地弄清斷裂帶演化各階段的形態(tài)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

(3)沂沭斷裂帶的成礦作用研究不夠，特別是斷裂帶與膠東金礦礦集區(qū)的成礦關(guān)系不明；缺乏高精度的成礦年代學(xué)制約，在一定程度上制約了礦床成因研究以及與兩側(cè)金礦的對(duì)比研究工作?？梢酝ㄟ^開展中生代火山-侵入-構(gòu)造事件不同幕次間形成、演化機(jī)制與過程的研究，進(jìn)一步探討中生代巖漿事件與金礦、多金屬礦形成與定位的耦合關(guān)系，研究金礦等成礦物質(zhì)的來源以及賦礦部位，解釋沂沭斷裂帶地區(qū)金礦和多金屬礦的形成機(jī)理與成礦規(guī)律，對(duì)比與膠東金礦集中區(qū)成礦流體的差異性，探討斷裂帶對(duì)我省礦產(chǎn)資源的控制作用。

沂沭斷裂周邊分布大量的含油氣盆地，每個(gè)盆地的油氣富集程度不同，斷裂各段的差異控油機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。該斷裂帶與兩側(cè)金剛石礦帶的關(guān)系也值得進(jìn)一步研究。

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