遼寧省綜合地球物理解釋斷裂構造的方法和依據

張連增

遼寧省地質勘查院，遼寧大連116100

遼寧省綜合地球物理解釋斷裂構造的方法和依據

張連增

遼寧省地質勘查院，遼寧大連116100

通過研究遼寧省布格重力異常Δg及其位場轉換場、航磁ΔT異常及其位場轉換場、地震波場、大地電磁場，結合地貌以及鉆探等資料，綜合解釋出了區內斷裂構造.展示出了遼寧省斷裂構造平面分布特征.配合地球物理解釋剖面，可以了解區內主要斷裂構造的垂向發育特征.分析認為郯廬斷裂帶為左行走滑斷層帶，劃分出了表殼斷裂、中-下地殼斷裂、超巖石圈斷裂.

地球物理解釋；斷裂構造；郯廬斷裂帶；遼寧省

0 引言

研究斷裂構造發育特征，是尋找地下資源、地震預報、工程建筑等一系列工程的基礎性工作.受地質構造應力的作用，地層、巖體發生不同程度的機械破碎或沿破碎帶充填新的地質體以及沿破裂面發生顯著性位移，斷裂帶（或斷裂面）及其兩側的巖石密度、巖石磁性、彈性波速等物性將發生相應的變化.對應的重力、磁場、（地震）彈性波場等地球物理場，將具有相應的畸變特征.筆者在參加遼寧省地質系列圖件編制與研究（遼寧省區域地質志）項目時，研究了區內及鄰區以往地球物理、地質以及鉆探等資料，提交了“遼寧省綜合地球物理解釋斷裂構造成果”.

1 主要斷裂構造

依據布格重力異常Δg及其位場轉換場、航磁ΔT異常及其位場轉換場線性梯度帶等畸變特征，結合磁法勘探、地球物理測井、衛星及航片遙感影像、地震勘探、大地電磁測深、地質調查、地貌以及鉆探等資料，綜合解釋出了“遼寧省地球物理解釋斷裂構造成果”（圖1）.

從圖1中可以看出，區內斷裂構造主要可分為NE、NNE、NWW向，NW、NNW、NWW向，S-N向以及E-W向4組，共299條.其中，表殼斷裂263條，中-下地殼斷裂17條，超巖石圈斷裂19條.現舉例說明一些主要斷裂構造的綜合地球物理異常場解釋方法和依據.

圖1 遼寧省地球物理解譯斷裂構造成果Fig.1 Geophysical interpretation of fault structures in Liaoning Province1—表殼斷裂及編號（supracrustal fault and number）；2—中－下地殼斷裂及編號（middle-lower crustal fault and number）；3—超巖石圈斷裂及編號（translithospheric fault and number）；4—平移斷層（strike-slip fault）；5—西部凹陷地震勘探研究區及測線（west sag seismic exploration area and survey line）；6—遼東灣地震勘探研究區（Liaodong Bay seismic exploration area）

郯廬斷裂帶，由北東向南西從吉林省向遼寧省延伸至沈陽新臺子段（194號），布格重力異常明顯呈一條斷續的線性梯度帶.由反映地殼淺部密度特征的遼寧省布格重力異常向上延拓0～5 km殘差場線性梯度帶，可以比較準確地劃分出其近地表平面位置.航磁異常原平面化極場，為多個似二度負異常（長）軸的連線.從遼寧省1/50地質圖中可以看出：若認為該斷裂東側（清河區）中二疊世二長花崗巖（ηγP2）與其西側鐵嶺市北側中二疊世二長花崗巖（ηγP2）原為同一巖體，則可以推測郯廬斷裂主斷面兩盤為左旋平移特點（圖2），據此量取水平錯斷距離為22 km.在開原東北段郯廬斷裂切割泉頭組（K2q），并控制下遼河盆地的邊界，表明其在晚白堊世以來仍在活動.郯廬斷裂在延伸入遼河盆地后，布格重力異常的線性梯度帶變為多條，顯示帚狀斷裂束特征.其中，185、186號斷裂形成了大民屯凹陷，155號斷裂的東北段的西側形成了遼河拗陷的西部凹陷，155、156號斷裂的北東段之間為遼河拗陷的中央凸起，156、163號斷裂的北東段之間形成了遼河拗陷的東部凹陷.凹陷對應布格重力負異常，凸起對應布格重力正異常.由地震勘探，結合鉆探成果可以詳細地解釋出郯廬斷裂帶和其他斷裂.例如：遼河油田在西部凹陷中南部做的三維地震資料相干切片［1］（圖3），顯示冷家-陳家斷層和盤山西-高升西斷層之間形成了近E-W向的雁行排列的次一級斷裂，亦說明了這兩個主斷裂為左旋走滑斷層.由多個地震勘探剖面解釋成果［1］（圖4），更清晰地反映出遼河西部凹陷斷裂分布特征.即，郯廬斷裂帶主走滑斷層西側形成了近E-W至NEE走向的雁行排列次一級斷裂，在有的地段亦有主走滑斷層之間形成次一級順層平移斷層束或壓扭性近E-W走向的雁行排列次一級斷裂.由西部凹陷地震勘探斷裂剖面［1］（圖5）可以看出：臺安-大洼斷層為西部凹陷東邊界，西部凹陷為復式地塹凹陷.在渤海遼東灣，根據地震勘探、鉆探結果劃分出了郯廬斷裂帶及其他斷裂［2-3］，例如157號斷裂（圖6、7）［2］，平面上亦呈典型的左旋走滑特征，在主走滑面的兩側及其中間過渡帶形成近E-W至NEE向雁行排列的次一級斷裂.并且，在部分區段主滑脫面甚至有2～3條斷層面，組成“Y”字型斷層組合樣式，并形成地塹（圖8）［2］.從反映中-下地殼的遼寧省航磁ΔT異常化極上延60～70 km場殘差場（圖9）中可以看出：若認為C5號磁異常與C6號磁異常原為同源異常，則亦顯示NE向（186、194）郯廬斷裂主走滑面為左旋.并且，C6號磁異常值高于C5號磁異常值，說明南東盤相對南西盤抬升.一般認為遼河拗陷盆地和渤海遼東灣拗陷與郯廬斷裂的主要活動時期同為中生代早白堊世晚期.根據GGT-13地學斷面［4］（大地電磁測深和深地震測深）資料，該斷裂的主斷面從表殼一直切割至巖石圈底部.即，其屬于超巖石圈斷裂.按照斷裂構造線定義，劃淺表層位置（其他斷裂相同）.圖1中的154、155、157、164、169、175、176、177、178、180、182、183～186、188、 190、194號斷裂，組成郯廬斷裂主斷裂束.從斷裂構造線分布情況可以看出：郯廬斷裂束中的每條斷裂，在近地表分別被后期的近S-N向、NW及E-W向斷裂切割.關于對郯廬斷裂束過沈陽以后如何向北延伸問題，主要有如下觀點［5］：①郯廬斷裂束北延至沈陽向北分為敦化-密山斷裂、依蘭-伊通斷裂和沈陽-長春斷裂3支（黃汲清等）；②郯廬斷裂北延至沈陽向北沿敦化-密山斷裂、依蘭-伊通斷裂延伸（徐嘉煒）；③郯廬斷裂北延沿依蘭-伊通斷裂延伸（張寶政）；④郯廬斷裂北延與雙遼-孫吳斷裂相連（鄧乃恭）.

圖2 郯廬斷裂錯斷清河二長花崗巖體Fig.2 The Qinghe monzogranite body dislocated by the Tan-Lu fault1—第四系沖積物/坡洪積物（Quaternary）；2—義縣組玄武巖、安山巖、流紋巖、凝灰巖夾砂巖、頁巖（Yixian fm.）；3—英樹溝組頁巖、粉砂巖（shale and siltstone of Yingshugou fm.）；4—南康莊組礫巖、頁巖夾煤層（Nankangzhuang fm.）；5—前彎嶺組安山巖（Qianwanling fm.）；6—照北山巖組大理巖、變粒巖、片巖（Zhaobeishan fm.）；7—燒鍋屯組變粒巖、片巖夾淺粒巖（Shaoguotun fm.）；8—石門組石英砂巖、板巖、砂屑白云巖（Shimen fm.）；9—二道溝組細碧巖夾炭質板巖（Erdaogou fm.）；10—虎頭嶺組燧石結核白云巖、砂巖、板巖（Hutouling fm.）；11—佟家街組砂巖、礫屑白云巖、板巖（Tongjiajie fm.）；12—關門山組白云巖（Guanmenshan fm.）；13—康莊子組砂巖、板巖、灰巖（Kangzhuangzi fm.）；14—早三疊世二長花崗巖（Early Triassic monzogranite）；15—中二疊世二長花崗巖（Middle Permian monzogranite）；16—閃長巖（diorite）；17—古元古代角閃石巖（Paleoproterozoic hornblendite）；18—早白堊世流紋斑巖（Early Cretaceous rhyolite porphyry）；19—新太古代片麻狀二長花崗巖（Neoarchean gneissic monzogranite）；20—石英閃長質片麻巖（quartz dioritic gneiss）；21—閃長質片麻巖（dioritic gneiss）；22—巖層產狀/倒轉巖層產狀（stratum occurrence）；23—正斷層（normal fault）；24—超巖石圈斷裂及編號（translithospheric fault and number）

圖3 遼河西部凹陷中南部三維地震資料相干切片（850 ms）（據文獻［3］；三維地震數據體由遼河油田提供）Fig.3 The 3D seismic section of the central south of western Liaohe Depression（850 ms）（From Reference［3］;3D seismic data by courtesy of Liaohe Oilfield）F1—臺安-大洼斷層，主干延伸斷層（Taian-Dawafault,themajor extension fault）；F2—牛心坨東斷層，主干走滑斷層（Niuxintuodong fault,the major strike-slip fault）；F3—冷家-陳家斷層，主干走滑斷層（Lengjia-Chenjia fault,themajorstrike-slipfault）；F4—盤山西-高升西斷層，隱伏基底走滑斷層（Panshanxi-Gaoshengxi fault,concealed basement strike-slip fault）

圖4 遼河西部凹陷古近系上部東營組底部斷裂分布圖（據文獻［3］）Fig.4 Distribution of faults in the bottom of Paleogene Dongying formation in western Liaohe Depression（From Reference［3］）F1—臺安-大洼斷層，主干延伸斷層（Taian-Dawa fault,the major extension fault）；F2—牛心坨東斷層，主干走滑斷層（Niuxintuodong fault,the major strike-slip fault）；F3—冷家-陳家斷層，主干走滑斷層（Lengjia-Chenjia fault,the major strike-slip fault）；F4—盤山西-高升西斷層，隱伏基底走滑斷層（Panshanxi-Gaoshengxi fault,concealed basement strike-slip fault）；1—正斷層（normal fault）；2—走滑斷層（strike-slip fault）；3—逆沖斷層（thrust fault）；4—東營組分布邊界線，三角箭頭指向缺失區域（boundary of Dongying fm.）；5—三維地震測線編號（3D seismic survey line）：L—主測線（main line），T—聯絡測線（crossline）

圖5 遼河西部凹陷南部地震剖面結構（據文獻［3］）Fig.5 Seismic section structure of the south of western Liaohe Depression（From Reference［3］）N+Q—新近系和第四系（Neogene and Quaternary）；E3d—漸新統東營組（Oligocene Dongying fm.）；E3s1-2—漸新統沙河街組一、二段（1st and 2nd mems.of Oligocene Shahejie fm.）；E3s3—沙河街組三段（3rd mem.of Shahejie fm.）；E3s4—沙河街組四段（4th mem.of Shahejie fm.）

圖6 157（遼中1號）斷裂中段及鄰區方差切片（1000 ms）（據文獻［4］）Fig.6 ariance section in the middle sector of Liaozhong No.1 fault and adjacent areas（From Reference［4］）1—走滑方向（strike-slip direction）；2—鉆孔位置及編號（drill hole and code）

圖7 遼東灣拗陷157號斷裂金州地區地震剖面（A-A′）（據文獻［4］）Fig.7 Interpreted seismic profile of Liaodong Bay Depression No. 157 fault in Jinzhou area（From Reference［4］）

圖8 遼東灣拗陷金州地區東營組二段低界斷裂分布圖（據文獻［4］）Fig.8 Faults on the base of the 2nd member of Dongying formation in Jinzhou area of Liaodong Bay Depression（From Reference［4］）1—走滑方向（strike-slip direction）；2—井位（well position）；3—斷層（fault）；4—地震測線（seismic survey line）

由反映中-下地殼（深殼）的遼寧省布格重力異常Δg向上延拓60～70 km殘差場的梯度帶，劃分出了歸州-丹東等中-下地殼（深殼）斷裂（67）.近年來，沿該斷裂低震級的地震時常發生.由反映中-下地殼（深殼）的遼寧省航磁ΔT向上延拓60～70 km殘差場的等值帶突然變寬、線性梯度帶等磁場畸變特征劃分及判斷出了楊樹嶺-建平（109）等斷裂.其中，董家溝斷裂（210）為壓性斷裂破碎帶，在小東家溝處可以看到約15 m寬的（灰巖角礫）斷裂破碎帶，向北東方向延伸的壓性斷裂帶已形成（燒窯土）斷層泥，有文家窯、徐家窯等；鴨綠江斷裂（269）為斷裂帶，控制著鴨綠江的展布形態，在其西側寬甸和東側朝鮮的次一級斷裂，航磁與衛星影像特征非常吻合，在其成礦有利部位形成了一些金、鉛鋅等礦脈.

由反映淺表地殼特征的遼寧省布格重力異常Δg向上延拓0～5 km殘差場和遼寧省航磁ΔT異常化極上延0～5 km殘差場的線性梯度帶、等值帶扭曲或錯斷等畸變帶以及結合一些地面電法、磁法等資料，劃分出了省內具有一定規模的表殼斷裂，數目過多，在此不予贅述.

2 活動斷裂構造

遼寧省一些斷層構造具有一定的繼承性，前第四紀形成的的斷裂，現今仍在活動.例如：遼寧省地震局對金州斷裂、丹東鴨綠江斷裂兩盤進行了水準測量，發現其均發生垂向形變.

另外，據區域形變資料［6］，1958～1970年莊河相對于營口上升70 mm，年平均上升量達到5.8 mm.跨斷距精密水準測量表明，下遼河盆地兩側的邊緣斷裂為正斷層活動，遼西隆起區內為逆斷層活動.據1975年2月4日海城7.3級地震后考察和測算，震源機制解確定發震斷層是一走向290°的左旋平移斷層，微波三角測距E-W向三角邊相對縮短量最大，應力解除方法測得最大主壓應力方向為84～87°.說明此次地震是在NEE向主壓應力場作用下，發生于16 km深處的一次突然剪切破裂.

上述資料以及其他一些低震級地震、地熱變化、水文觀測、水準測量、第四紀斷裂都說明遼寧省內一些斷裂現今仍在活動.

3 結論

通過上述地球物理資料和區域地質調查以及鉆探資料綜合研究，解釋出了遼寧省斷裂構造格架，全面地展示了區內區域斷裂構造的平面和垂向發育特征，確定了遼寧省區域斷裂構造總體上以NE向為主.這一特征反映了遼寧境內燕山期板內造山構造形變以N E向為主要特點，以郯廬斷裂帶為代表.此外，燕山期板內造山構造形變也有NW向、NWW向、S-N向，但規模遠不及NE向斷裂.按照斷裂形成時期由早至晚順序是：NE→NNE→NW或NWW，部分斷裂由于多期活動，NE與NW向斷裂互相切割.

E-W向斷裂總體所映了印支期構造形變特點，其形成機制主要與西伯利亞板塊與華北-柴達木板塊碰撞所產生的南北向擠壓應力有關.區內受中生代NW向郯廬左旋走滑超巖石圈斷裂帶構造運動的影響，形成了渤海遼東灣拗陷、遼河拗陷；與郯廬斷裂平行的建昌-北票超巖石圈斷裂構造運動形成了北票-哈爾腦、大平房-燒鍋仗子、建昌中生代盆地.大量的現代不同震級的構造地震和高精度水準測量［6］以及重力異常場［7］、地熱場［8］、地應力場［3］隨著年度的變化，說明郯廬斷裂帶等一些斷裂現今仍在活動.

研究工作的前后，分別受到管燁、邴志波、付海濤、楊中柱、董萬德、陳樹良等專家的指導，在此一并致謝！

圖9 遼寧省航磁ΔT異常化極上延60~70 km場殘差場等值線平面圖Fig.9 Plane contour map of aeromagnetic ΔT anomaly with reduction-to-pole upward extending 60-70 km residual field of Liaoning Province1—正值線及數值（positive contour and value）；2—零值線（zero contour）；3—負值線及數值（negative contour and value）；4—超巖石圈斷裂及編號（translithospheric fault and number）；5—磁異常位置及編號（magnetic anomaly and number）；6—地學斷面超巖石圈斷裂投影點（translithospheric fault projection point on geological section）；7—地學斷面隱伏超巖石圈斷裂投影點（concealed translithospheric fault projection point on geological section）；8—渤海研究區（study area in Bohai Sea）；9—遼河西部凹陷觀測區（survey area of the western Liaohe Depression）

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METHODS AND BASIS OF INTEGRATED GEOPHYSICAL INTERPRETATION OF FAULT STRUCTURES IN LIAONING PROVINCE

ZHANG Lian-zeng

Liaoning Institute of Geological Exploration,Dalian 116100,Liaoning Province,China

With study on the Bouguer gravity anomaly Δg and its potential field conversion field,aeromagnetic anomaly ΔT and its potential field conversion,seismic wave field and magnetotelluric field,combined with the topography and drilling data of Liaoning Province,the author comprehensively interprets the fault structures,which show the plane distribution characteristics of faults in the province.Together with the geophysical interpretation section,the vertical development characteristics of main fault structures can be recognized.The analysis reveals that the Tan-Lu fault zone is of left lateral strike slip.The faults can be divided into supracrustal fault,middle-lower crust fault and translithospheric fault.

geophysical interpretation;fault structure;Tan-Lu fault zone;Liaoning Province

1671-1947（2015）05-0483-06

P631

A

2015－05－06；

2015-07-10.編輯：張哲．

中國地質調查局“遼寧省地質系列圖件編制與綜合研究”項目（編號1212010811028）.

張連增（1959—），男，高級工程師，主要從事地球物理勘探工作，通信地址遼寧省大連市金州新區五一路10號，E-mail//820562273@qq.com