下扬子陆域东部北西向断裂特征及其形成机制.pdf
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1、doi:10.3969/j.issn.2095-1329.2023.02.017下扬子陆域东部北西向断裂特征及其形成机制王 超,唐贤君,钟荣全(中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200335)摘 要:下扬子陆域东部断裂走向主要为 NNE-NE 向,NW 向断裂零星可见,关于 NW 向断裂分布规律及形成机制一直是研究的难点。本文通过区域重力、磁力资料分析,结合 NW 向断裂野外及卫星遥感资料,探索 NW 向断裂的分布规律及成因。研究结果表明:在区域特征上,下扬子陆域东部自西向东,NE 向断裂体系存在明显分带差异,且区域重力、磁力异常等资料上有响应,这些差异性也反映了潜在 NW 向断裂带的存
2、在;在断裂分布上,NW 向断裂规模总体较小,但是具有成带发育特点,平面分布呈右阶排列形成区域 NW 向断裂带,控制两侧构造变形的差异;在断裂成因上,NW 向断裂主要形成于中生代,在燕山期挤压背景下,受区域不均衡作用影响,东西部差异挤压控制下扬子西窄东宽的构造格局,此时,区域NW向断裂带开始发育,主要起区域应力调节作用。关键词:构造断裂;分布特征;成因机制;下扬子地区 中图分类号:P315;P318 文献标志码:A 文章编号:2095-1329(2023)02-0107-06下扬子陆域东部位于扬子板块东部向华北板块突出的部位,受郯庐断裂带、苏鲁造山带和江山绍兴大断裂夹持,总体呈现出西南窄、东北开
3、阔的喇叭形态(图1)。该区构造条件复杂,NNE-NE 向构造在中新生代地质构造演化中发挥着重要作用,中生代印支燕山期挤压背景下,形成 NNE-NE 向逆冲推覆、走滑构造1-5;新生代时期下扬子陆域东部发育箕状断陷,形成 NE 向基底断裂控制的苏北盆地6-8。近年来,随着下扬子陆域东部地质、地球物理等资料不断丰富,陆续有 NW 向断裂发育的报道,不同学者对NW 向断裂发育特征及成因存在不同认识9-13。崔敏等9通过对苏北盆地进行研究,认为 NW 向断裂在晚侏罗世已经形成,新生代继承性发育形成 NE 和 NW 共轭断层系统;王伟锋等10通过对苏北盆地金湖凹陷隐性断裂进行研究,认为该区晚侏罗世至早白
4、垩世已经形成了 NW向基底断裂,晚白垩世-现今 NW 向基底断裂微弱活动,收稿日期:2023-03-08修回日期:2023-04-28作者简介:王超,1988 年生,男,硕士,工程师,主要从事海洋石油勘探研究。电子邮箱:基金项目:国家科技重大专项“东海深层大型气田勘探评价技术”(2016ZX05027-002)F1 郯庐断裂带(南段);F2 江山绍兴断裂带(东段);F3 嘉山响水断裂;F4 江南断裂;F5 九江南京断裂;F6 南京溧阳断裂;F7 常州苏州断裂;F8 如皋上海断裂;F9 泗阳宝应断裂;F10六合嘉山断裂F1 Tanlu Fault Zone(South Section);F2 J
5、iangshan-Shaoxing Fault Zone(East Section);F3 Jiashan-Xiangshui Fault;F4 Jiangnan Fault;F5 Jiujiang-Nanjing Fault;F6 Nanjing-Liyang Fault;F7 Changzhou-Suzhou Fault;F8 Rugao-Shanghai Fault;F9 Siyang-Baoying Fault;F10 Liuhe-Jiashan Fault图 1 下扬子陆域东部断裂体系Fig.1 Fault system in the eastern part of the lowe
6、r Yangtze continental domain上海国土资源Shanghai Land&Resources 2023Vol.44.2 107在盆地盖层内发育了 NW 向隐性断裂;束宁凯等13通过对苏北盆地高邮凹陷的两条重要断裂进行剖析,认为NW 向断层为晚始新世以来斜向裂陷作用的产物,其形成受到先存基底断裂的控制;何委徽等14认为下扬子地区NW 向断裂在燕山晚期和喜山期较活跃,应力环境以张扭性为主。综上所述,下扬子陆域东部 NW 向断裂确有存在,但前人研究多基于 NW 向断裂局部分析,缺乏整体认识,进而制约了区域 NW 向断裂的成因认识。基于上述问题,本文对下扬子陆域野外露头、重磁、地
7、震勘探等资料进行系统整理,综合分析区内 NW 向断裂特征,并在此基础上对其形成及演化产生一些新的认识。1 NW 向断裂分布特征1.1 苏南地区 NW 向断裂特征苏南地区的 NW 向断裂在野外露头上广泛分布,目前已经在爱景山、芝山、太阳山、虞山、西山多地找到有NW向断裂存在的证据15。NW向断裂以压扭性质为主,呈现出雁列分布特征,露头上断面较为粗糙,断层带内含断层角砾岩,压扭背景下,断裂两侧深部地层一起被卷入变形(表 1)16。此外,部分地区 NW 向断裂也表现出张性和压性特征,李祖武15认为 NW 向断裂形成于区域复杂应力背景下,构造应力场不断变化,因此,该组断裂的形成与多期应力背景叠加影响有
8、关。苏南地区 NW 向断裂带控制着火山岩及相关地层分布。江苏六合安徽嘉山一线中、新生代火山岩呈带状分布,该条带方向为 NW 向,宽度约 30 km。目前,该区地质、地球物理资料表明该处发育 NW 向深断裂17,该断裂为六合嘉山断裂(F10),断层断至张八岭群。在南侧南京溧阳存在规模较大的 NW 向隐伏断裂(F6),切割 NE 向构造,断层也控制着中生代地层的分布,主要活动时间在晚燕山期早喜山期。NW 向断裂在区域航磁、重力异常图上表现明显。航磁异常图上可见成排的近东西向磁异常条带被 NW 向断裂错断,呈右阶排列,比较显著的 NW 向断层带如南京溧阳(F6)、常州苏州(F7)、如皋上海(F8)一
9、线(图2)。重力异常图及重力垂向二阶导数图上均可见重力异常区域的尖灭位置也是顺 NW 方向排列的,其反映的 NW 向断层与磁异常图相似(图 3、图 4);张永鸿等18也推断在常州苏州存在一条隐伏 NW 向平移剪切大断裂,表 1 苏南地区 NW 向压性断裂特征对比(据李祖武15,孙岩等16修改、整理)Table 1 NW-trending compressive structural characteristics of southern Jiangsu(modified and sorted by Li Zuwu 15,Sun Yan et al.16)主体方向断 裂褶皱地层平面展布构造关系活
10、动时期断裂性质断裂带北西向N W 305315逆、冲断层逆掩护断层发育断层角砾岩;动力变质程度不高上古生界主断裂等距性破裂面雁列式切割华夏系燕山早期北北西向NW335350高角度冲断层上中生界切割新华夏系燕山晚期至喜山早期,部分至今仍在活动图 2 苏南地区航磁低异常带顺 NW 向错动特征Fig.2 Stagger characteristics of aeromagnetic low anomaly zone in southern Jiangsu 图 3 苏南地区剩余重力异常及 NW 向错断特征Fig.3 Residual gravity anomaly and northwestern f
11、ault characteristics in the southern Jiangsu region 图 4 苏南地区重力异常垂向二阶导数及 NW 向错断特征Fig.4 Vertical second derivative of gravity anomaly and NW dislocation characteristics in southern Jiangsu上海国土资源 Shanghai Land&Resources108 2023Vol.44.2 为苏锡常断裂,与本文断层 F7 一致。1.2 苏北盆地区 NW 向断裂特征苏北地区现今为第四纪冲积平原,早期沉积地层野外露头未见出露,
12、但是,通过卫星遥感图像观察,苏北地区及邻域海岸线、长江平原的大型湖泊的分布均呈现出顺 NW 向展布的特征(图 5),且在区域重磁资料上也有明显的反映。此外,苏北盆地勘探地震资料表明,NW 向断裂发育较多,影响盆地整体构造格局,且对部分凹陷内的构造形迹有明显控制。苏北盆地整体呈“坳隆坳”的构造格局(图 6),NW 向断裂的影响主要表现为错断 NE向断裂,如在苏北地区的建湖隆起区,可见嘉山响水断裂和建湖隆起被泗阳宝应断裂(F9)明显分割,整体呈右行扭动;在盐阜坳陷的涟北、涟南凹陷,盐城凹陷,可见 NW 向断裂分割凹陷和隆起,限制了 NE 向断裂的横向分布19。苏北盆地内部各凹陷虽未见 NW 向断裂
13、规模发育,但是新生界地层受到 NW 向断裂活动的影响18,20,其对区域沉积格局、构造形态起着重要的控制作用。例如,苏北盆地盐城组可见沉积充填东薄西厚,部分凹陷内 NW向大型挠曲和小型褶皱发育9,断鼻构造带轴迹方向呈NW 向,盆地内部分凹陷隔断隆起区也沿 NW 向发育,上述现象进一步说明存在 NW 向断裂作用对盆地结构的影响。以苏北盆地溱潼凹陷为例。通过地震资料解释出的断裂体系显示,溱潼凹陷内部也受到 NW 向断裂影响。溱潼凹陷可具体分为 I、II 两个构造区,进一步细分可将 II 分为 II1和 II2构造区。对于不同构造区域断裂的体系特征及火成岩的分布也存在较大差异(图 7)。溱潼凹陷内
14、I、II构造区域分界线 L1为近 NW 向转换带,这与我国东部新生代盆地构造转换带的发育情况具有较强的一致性20-21。溱潼凹陷 II2区位于 I、II1两区之间,有对 I、II1区断裂图 5 苏北盆地及邻域卫星遥感及 NW 向断裂分布图Fig.5 Satellite remote sensing and fault distribution characteristics in the Subei Basin and adjacent areas图 6 苏北盆地结构特征Fig.6 Structural zoning of the Subei Basin背景为泰州组(K2t)底块砂岩顶面构造图
15、;I、II1、II2溱潼凹陷东部构造分区;泰州凸起区;L1I 区与 II1 区构造分界线;L2II1区与 II2区构造分界线;火成岩体.图 7 溱潼凹陷东部构造不连续特征图Fig.7 Structural discontinuity characteristics in the east of Qintong depressionNkm上海国土资源Shanghai Land&Resources 2023Vol.44.2 109活动进行调节的作用。此外,高邮凹陷也发育有隐性 NW 向断裂,控制着该区域凹陷结构、岩浆岩的分布及油气藏的分布。如高邮凹陷南侧邵伯、樊川、刘五舍三个次洼被近 NW 向断裂
16、分割14,区内车逻鞍槽,陆次凹展布方向均为 NNW向22;高邮凹陷晚始新世至渐新世末三垛运动伴随岩浆活动,岩浆先沿着基底断裂上升,之后顺着盖层内部 NE和 NW 向断层侵入,岩浆岩发育特征为顺 NE 和 NW 向带状分布;高邮凹陷油气成藏也具有顺 NW 向呈带状分布规律10。2 区域 NW 向断裂带分布规律通过对苏南、苏北地区 NW 向断裂分析,发现整个下扬子陆域东部发育的 NW 向断裂规模小、分布局限特征明显,区域 NW 向断裂带发育的规律难以把握。早在20 世纪 80 年代,学者们就开始对区域性 NW 向断裂带进行探讨,谢瑞征等23通过对江苏地区地震活动进行分析,认为发震构造线方向是 NW
17、、NWW 和 NNE,并以此推断了区域 NW 向断裂带的分布。陈沪生等24综合地质与物探资料发现下扬子陆域东部整个岩石圈具有沿着 NNW向呈右阶排列构造形迹,这些断裂具有成带分布特征,形成时间可能为早燕山末期中燕山早期,NW 向两侧的差异发育受到滨海桐庐隐伏深断裂的影响(图 5)。本文认为区域 NW 向断裂带具有一定的延伸规模,但多以隐伏断裂的形式存在。区域 NW 向断裂带的形成过程受到张扭、压扭等多种构造作用,构造组合为右行右阶,其错断了苏北和苏南地区 NEE-EW 向重磁线性异常带,同时 NW 向断裂也在新生代地层中起着转换调节作用。本文认为,区域 NW 向断裂带空间组合总体具有带状分布特
18、点,区内可识别出三条 NW 向区域构造带(图 5),自西向东分别为嘉山南京溧阳构造带(Z1)、淮安常州苏州构造带(Z2)、盐城南通上海西构造带(Z3)。除上述断裂带外,也不排除有其他区域 NW 向断裂带的发育。3 区域 NW 向断裂带发育机制探讨 关于区域 NW 向断裂带发育机制,郝天珧等25通过海域研究认为其与印支期南北板块碰撞有关。本文认为区域性磁性异常条带主要反映燕山期及之后形成岩体,NW 向断裂对 NE 向断裂具有明显的错动作用,反映 NW向断裂可能是燕山期及之以后形成的。根据地震、重磁资料上 NW、NNW 向断裂切割了 NE、NNE 向断裂特征,推断 NW 向断裂形成时间较晚。由于
19、NW 向断层也控制着燕山期以来苏北盆地的凹陷结构,推断下扬子陆域东部 NW 向断裂形成期应该早于喜山期。结合区域构造演化规律,本文认为 NW 向断裂的形成主要经历了燕山期、喜山期等多个演化阶段。在燕山期,华北板块和扬子板块碰撞调整过程中,下扬子陆域东部逐步形成西窄东宽的独特构造格局,在这种特殊的边界条件下,东西部挤压程度的显著差异主要受区内 NW 向断裂带调节,即区域性 NW 向断裂带主要形成于燕山期差异挤压的应力背景。从区域格局上看,明光南京一线两侧构造形态及断裂体系发育情况存在显著差异。明光南京一线东侧活动相对开阔,形成的构造轴迹方向以 NEE-EW 向为主,区域性 NW 向断裂带与构造轴
20、线方向近于垂直,NW 向断裂带调节活动显著。明光南京一线西侧构造活动相对紧闭,构造轴迹方向以 NNE-NE 向为主,与 NNW 断层交角较小,NW 向断裂带调节活动不明显,构造位错的垂直距离也较小(图 8)。至喜山期,下扬子陆域东部 NW 向构造活动仍然较为强烈。通过卫星遥感图像对比,发现下扬子陆域东部形成的 NW 向断裂地貌特征上存在着显著特点,在研究区内海岸线延伸方向、长江突转方向、区域湖泊分布特图 8 下扬子陆域东部不均衡挤压模式 Fig.8 Uneven rate thrust mode in the eastern part of the lower Yangtze continen
21、tal regiond1d2d1d2aa上海国土资源 Shanghai Land&Resources110 2023Vol.44.2 征均呈 NW 向,这在一定程度上说明了区内 NW 向断裂在喜山期有再活动。从板块角度来看,太平洋板块在喜山期俯冲作用较强,南黄海、日本海及菲律宾各个构造单元相对活跃,也为下扬子陆域东部 NW 向断裂带重新活动提供了动力。另外一些证据也显示 NW 向断裂的存在,如在江苏六合等地发现有新生代火山岩呈 NW 向条带分布,苏北盆地新近系盐城组地层东西分布存在明显的差异,江苏地区地震活动分布特征也具有顺 NW 向分布的特征23。上述现象表明,在喜山期伸展背景下,NW向断裂
22、具有再活化的特点,对区内 NE、NEE 断裂起到再调节作用。4 总结与认识(1)通过剖析苏南地区,苏北盆地盐阜坳陷、溱潼凹陷、高邮凹陷盆地地质及物探资料,发现 NW 向断裂两侧凹陷结构特征、断裂体系、重磁特征具有较大差异,具有明显的分带性,也进一步印证了区域 NW 向断裂的存在。(2)下扬子陆域东部地区区域性 NW 向断裂具有右阶分布的特点,自西向东可划分为三个区域性条带,分别为嘉山南京溧阳构造带(Z1)、淮安常州苏州构造带(Z2)、盐城南通上海西构造带(Z3)。(3)下扬子陆域东部地区 NW 向断裂具有多期次运动的特点。燕山期在华北及扬子板块的侧向不均衡挤压下形成区域 NW 向断裂带,调节下
23、扬子地区东部西窄东宽的构造格局,喜山期表现出局部再活化的特点。参考文献(References)1 徐曦,孙连浦,肖梦楚,等.下扬子区新生代断陷盆地的断裂构造特征与活动规律 J.高校地质学报,2018,24(5):723-733.XU X,SUN L P,XIAO M C,et al.Structural characteristics and activity rules of faults in the Cenozoic faulted-basins in the lower Yangtze region J.Journal of University Geology,2018,24(5):
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