牟平-即墨斷裂帶即墨段白堊紀古構造應力場特征

朱學強，楊仕鵬，任天龍，黃永波，侯建華

(山東省地質調查院，山東 濟南 250013)

牟平-即墨斷裂帶即墨段白堊紀古構造應力場特征

朱學強，楊仕鵬，任天龍，黃永波，侯建華

(山東省地質調查院，山東 濟南 250013)

牟平-即墨斷裂帶是膠東地區一條重要的區域性斷裂帶。通過研究斷裂帶兩盤不同構造層的共軛節理系、縱彎褶皺以及野外斷層滑動矢量，對古構造應力場進行反演。結果表明，牟平-即墨斷裂帶即墨段白堊紀時期構造應力場具有以伸展為主，并與急劇的擠壓作用交替進行的燕山旋回構造演化特征。斷裂帶經歷了萊陽期、青山期的張性活動、各構造期末的左行壓扭活動，以及王氏期的張性活動，最終以右行壓扭性活動結束白堊紀的演化歷史。伸展構造與巖石圈的減薄作用關系密切，而擠壓作用則與周邊板塊，尤其是東部太平洋板塊的運動方向和方式有著密切關系。

牟平-即墨斷裂帶；古構造應力場；燕山運動；白堊紀；膠東地區

0 引言

牟平-即墨斷裂帶(以下簡稱牟即斷裂帶)發育于山東膠東半島東部，是一條重要的區域性斷裂帶。斷裂帶北起牟平，經桃村、郭城、朱吳、海陽，過即墨市進入膠州灣，總體呈NE 40°～50°延伸，長約200km，寬40～50km，自東至西由海陽斷裂、朱吳斷裂、郭城斷裂、桃村斷裂等4條主干斷裂及一系列大致平行的次級斷裂組成[1]。

近年來，許多學者提出牟即斷裂帶是蘇魯造山帶的北段西邊界[2-4]，同時控制了白堊紀膠萊盆地的形成和發育[5-6]。因此，牟即斷裂帶是一條重要的控盆邊界斷裂帶[7-8]，其晚中生代運動學歷史、變形方式和活動時代記錄了中國東部構造體制的轉換過程[6]。

張岳橋等基于野外斷層滑動矢量分析[6，9]，認為牟即斷裂帶白堊紀運動歷史劃分為5個階段：早白堊世萊陽期NW—SEE向伸展，早白堊世青山期W—E向伸展，早白堊世末期NW—SE向擠壓，晚白堊世近N—S向伸展，NE—SW向擠壓。施煒等[10]、任鳳樓等[11]也應用同樣的方法反演出膠萊盆地白堊紀古構造應力場演化歷史經歷了3個伸展階段和3個擠壓反轉階段。由于區域構造應力場的疊加與改造，僅僅依賴斷層帶內部結構的研究，很難弄清斷裂帶復雜的演化歷史[12]。因此，該文在1∶5萬區調的基礎上，采用多種確定古構造應力場的方法，對牟即斷裂帶即墨段白堊紀古構造應力場進行反演，并對其運動學特征進行分析。

1 巖石地層單位

斷裂帶兩側巖石地層出露齊全，以中生代白堊紀陸相火山—沉積地層為主，記錄了3套不同的沉積序列，分別為早白堊世萊陽群、青山群和晚白堊世王氏群。通過化石及同位素測年，確定了主要巖石地層單元時代(圖1)。

圖1 巖石地層柱狀圖

在即墨—海陽一帶，牟即斷裂帶將膠萊盆地分割為東西兩部分。東側海陽凹陷主要發育早白堊世萊陽群河湖相沉積，以及少量的早白堊世青山群火山巖系，不發育晚白堊世王氏群。早白堊世萊陽群河湖相沉積受燕山晚期花崗巖體侵入，地層普遍發生角巖化變質。西側即墨凹陷發育早白堊世萊陽群河湖相沉積、早白堊世青山群火山噴發巖系、晚白堊世王氏群紅色河湖相碎屑巖系，以青山群火山巖系最為發育，構成火山噴發活動中心。萊陽群、青山群、王氏群3套地層之間以不整合(多為平行不整合)方式接觸，代表膠萊盆地白堊紀整體伸展環境下的3個不同的伸展階段。因此，根據不整合面，將即墨地區地層(地質體)劃分為萊陽群、青山群、王氏群3個構造層，分別對應萊陽期、青山期、王氏期3個構造期。

2 牟即斷裂帶即墨段特征

牟即斷裂帶即墨段由海陽斷裂、朱吳斷裂、郭城斷裂3條主干斷裂以及一系列次級斷裂組成(圖2)，總體走向NE 40°左右，傾角較陡。斷裂以脆性變形為特征，斷層面發育明顯的多期擦痕階步，斷層破碎帶發育，強弱變形分帶明顯，斷層巖以碎裂巖、構造角礫巖、斷層泥、構造透鏡體為主，普遍發生礦化蝕變；并發育劈理化帶以及大量的脈巖侵入充填(圖3)，脈巖有后期的蝕變破碎現象，均說明斷裂經歷多期活動，并在中生代發生重要的左旋走滑運動[12-14]。伴隨著斷裂的活動，在斷裂兩側形成牽引褶皺等伴隨構造。在地貌上則以牟即斷裂帶為界，表現為東部丘陵區與西部平原區的突變邊界帶。

圖2 牟平-即墨斷裂帶即墨段地質簡圖

圖3 即墨市溫泉鎮朱吳斷裂地質剖面圖

σ1—最大主應力；σ2—中間主應力；σ3—最小主應力；M—軸面；F—斷層；J—共軛節理系；T—張節理；S—斷層擦痕；α—斷裂剪裂角圖4 共軛節理系、縱彎褶皺及斷層派生構造與主應力軸示意圖(據萬天豐、湯經武)

3 古應力場分析方法

確定古構造應力場的方法有多種，系統研究斷裂帶兩盤各個構造層中的褶皺形變以及共軛節理系，再配合以斷裂帶內構造巖與構造形變特征的研究，并結合區域地質發展歷史便可弄清該地區以及斷裂帶的形成演化歷史[12]。該文主要通過共軛節理、縱彎褶皺、斷層滑動矢量等方法進行古構造應力場的恢復反演。

利用共軛節理系2組剪節理的代表性產狀，可確定3個主應力軸產狀。共軛節理夾角往往分別為最大主應力(σ1)和最小主應力(σ3)方向所平分，兩組節理的交線平行于中間主應力(σ2)方向(圖4)。如果巖層沒有經歷過特別劇烈的動力(塑性)變形作用，根據巖石破裂理論，一般銳角平分線對應最大主應力(σ1)方向，而鈍角平分線對應最小主應力(σ3)方向。應用這一原理，根據野外節理發育特點進行分期、配套，分析應力狀態，進而可以推測區域構造應力場[15]*佟彥明，膠萊盆地構造演化研究，中國地質大學博士學位論文，2007年。。

縱彎褶皺是在巖層受到順層擠壓力的作用下形成的褶皺[16]，依據縱彎褶皺的兩翼產狀或軸面與樞紐產狀可確定3個主應力軸產狀(圖4)。因此在褶皺形態簡單，軸面幾乎直立的情況下，垂直于軸面方向為最大主應力(σ1)方向，褶皺的樞紐相當于中間主應力軸(σ2)，最小主應力軸(σ3)必定包含在軸面內，并與樞紐相垂直[17]。

斷層滑動矢量反演是通過野外定點觀察，測量不同時代地層或巖體中的斷層面和斷層滑動矢量，利用各種滑動構造標志判斷斷層運動方向，利用計算機反演程序計算各觀測點三軸主應力方向[11]。其中斷層面擦痕與σ2垂直，為斷層面與包含σ1，σ3的平面交線(圖3)[18]。

4 牟即斷裂帶古構造應力反演

在1∶5萬區域地質調查研究的基礎上，系統對比各構造層的特征，通過上述方法進行古構造應力場的恢復反演。

2.3 運行人員操作程序不規范，未拉開電壓互感器高壓側刀閘，電壓互感器直接向空母線送電，引起電壓互感器鐵磁諧振。

4.1 縱彎褶皺

縱彎褶皺的發育可以為確定區域應力場的特征及時間演化提供直接的證據。研究區縱彎褶皺并不發育，并且普遍受斷層切割破壞，但仍可進行復原并加以利用。

在青島青山一帶，萊陽群構造層受擠壓應力影響，形成軸跡60°～76°展布的縱彎褶皺，西端被中生代中粗粒花崗巖侵入，侵入接觸面與褶皺的軸跡近于直交(圖5)，說明褶皺形成于中粗粒花崗巖侵位之前，而中粗粒花崗巖的侵位時間與青山群火山巖噴發時間相近，說明該期褶皺的形成是在青山群火山噴發之前近NNW—SSE向擠壓應力的產物。

在萊陽、萬第一帶發育向斜構造，呈NE向展布，位于桃村斷裂和郭城斷裂帶之間，核部地層為青山群，兩翼由萊陽群組成，為對稱型的寬緩向斜構造，軸面直立，軸向NE 40°左右(圖6a)。而在上覆王氏群中不發育，說明青山群噴發形成之后，褶皺是在受NW—SE向擠壓應力作用形成。

在即墨普東、馬山一帶發育軸跡走向NW，軸面近于直立的向斜構造，由核部的王氏群和翼部的青山群、萊陽群組成，軸面產狀33°∠87°，樞紐走向303°(圖6b)。說明白堊世王氏群沉積之后，即墨地區受NE—SW向的擠壓應力作用。根據縱彎褶皺所反映的應力場特征可以看出，在不同構造期末都發生了具有特定方向的構造擠壓反轉。

4.2 共軛節理系

依據共軛節理的研究方法和步驟[15]，對即墨地區的節理進行觀察、測量、統計分析，在分期配套的基礎上得出王氏期、青山期、萊陽期3期共軛節理系及主壓應力優勢產狀(表1)，王氏期構造應力場最大主壓應力(σ1)為NE—SW向，青山期構造應力場最大主壓應力(σ1)為NW—SE向，萊陽期構造應力場最大主壓應力(σ1)為NNW—SSE向。反映即墨地區共軛剪節理的形成受控于傾伏角不大的區域構造壓性應力的作用，同時青山期構造演化對萊陽期構造有一定的繼承性和逆時針旋轉。

圖5 青山北褶皺地質剖面圖

(a.萊陽-萬第向斜構造；b.普東-馬山向斜構造)圖6 褶皺構造解析

4.3 斷層滑動矢量

對萊陽群、青山群、王氏群3個構造層進行詳細的斷層測量和運動學分析，野外斷層滑動矢量測量和反演揭示了白堊紀時期，牟即斷裂帶即墨段所記錄的構造應力場演化歷史為3次伸展應力事件和3次擠壓應力事件。

3次伸展應力事件分別為NEE—SWW向、NWW—SEE向、近E—W向，3次擠壓應力事件分別為NNW—SSE向、NW—SE和NE—SW向(圖7)，這與共軛節理系及縱彎褶皺所反演的擠壓應力場是一致的。NEE—SWW向伸展作用發生在萊陽群沉積時期，NWW—SEE向伸展作用發生在青山群火山噴發時期、近E—W向伸展作用發生在王氏群沉積時期。NNW—SSE向擠壓應力作用記錄在萊陽群地層中，而NW—SE向擠壓應力作用記錄在萊陽群和青山群地層中，NE—SW向擠壓應力作用不僅在萊陽群和青山群中有記錄，同時也影響到了王氏群地層。根據斷層滑動矢量疊加關系，結合沉積充填序列推斷，NNW—SSE向擠壓作用發生在萊陽群沉積之后，青山群沉積之前；NW—SE向擠壓應力作用發生在青山群沉積之后，王氏群沉積之前；NE—SW向擠壓應力作用發生在王氏群沉積之后。

小箭頭表示斷層面上滑動矢量；實心大箭頭指示擠壓方向；空心大箭頭指示伸展方向；實心三角表示最大主應力軸(σ1)；空心三角表示最小主應力軸(σ3)；赤平投影下方為地層，其中K1L,K1Q,K2W分別對應早白堊世萊陽群、青山群和晚白堊世王氏群；赤平投影采用等面積下半球投影圖7 牟即斷裂帶斷層滑動矢量及擠壓(左)和伸展(右)構造應力場反演

上述古應力分析結果顯示，牟即斷裂帶即墨段白堊紀時期整體處于伸展應力作用之下，控制了凹陷的伸展以及萊陽群沉積、青山群火山噴發活動、王氏群沉積。雖然經歷了不同構造期末的不同方向的擠壓構造反轉，但整體上以伸展為主，這從萊陽群、青山群與王氏群之間的角度不整合可以反映，三者之間的不整合面上下地層之間，僅表現為輕微的角度變化，局部甚至并無明顯差別。

5 牟即斷裂帶白堊紀演化歷史

根據斷裂帶兩盤各個構造層中的褶皺形變、共軛節理系，以及野外觀察點斷層滑動矢量的測量和構造應力場反演，可以看出牟即斷裂帶即墨段在白堊紀時期經歷了多期不同性質和不同方向的構造應力作用，斷層運動性質也發生相應變化，但總體以伸展為主，并與急劇的擠壓作用交替進行。

(1)早白堊世萊陽期近NEE—SWW向伸展，在該期應力場的作用下，牟即斷裂帶呈現張性活動。在伸展環境下，地震頻發，在萊陽群水南組地層中普遍發育震積巖。

在萊陽群沉積之后、青山群沉積之前，在NNW—SSE向擠壓應力作用下，牟即斷裂帶表現為左行壓扭性活動。同時在萊陽群地層中形成軸跡走向NEE的褶皺變形及一組走向40°～310°方向的共軛節理組。

(2)早白堊世青山期近NWW—SEE向伸展，牟即斷裂帶以張性活動為主，大量的青山群火山巖沿牟即斷裂帶以裂隙式—中心式噴發，以及酸性侵入巖及中基性脈巖侵入。

青山群火山巖噴發之后，早白堊世末期NE—SE向擠壓應力作用下，牟即斷裂帶再次呈現左行壓扭性活動，但以壓性為主，野外觀測斷層主要表現為這一期運動特征。這次擠壓事件使東部的海陽凹陷整體抬升并遭受剝蝕，形成軸跡走向與牟即斷裂帶近于平行的褶皺變形，并使西部的即墨凹陷的沉積中心向西偏移。

(3)晚白堊世王氏期近E—W向伸展，牟即斷裂帶表現為張性活動，兩側地層中同沉積正斷層發育。這與張岳橋等[6]分析的近S—N向伸展不同。由于膠萊盆地在3個地質時期的裂陷原型都可能受控于平面雙軸拉張伸展作用*佟彥明，膠萊盆地構造演化研究，中國地質大學博士學位論文，2007年。，雖然整體上王氏期以近S—N向伸展最為顯著，但在盆地邊界、牟即斷裂帶內部及其兩側，與膠萊盆地第一主張應力近于垂直的E—W方向上的伸展應力應表現得相對顯著。

晚白堊世沉積結束，在NE—SW向擠壓應力作用下，牟即斷裂帶發生右行壓扭性活動。盆地收縮變形結束沉積，并形成以王氏群為核部的軸跡走向NW的向斜構造。

6 構造應力場演化機制分析

中生代燕山運動是在穩定克拉通基礎上發生的，斷塊的差異升降及邊界活動，盆地的構造演化都必然與地殼乃至巖石圈深部的動力學背景密切相關[20]。相反，克拉通的破壞與巖石圈減薄等深部動力學的結果必然有其淺部響應[21]。大量研究表明，華北克拉通東部巖石圈地幔在中生代曾發生過大規模的減薄，并且主要發生在早白堊世[22-25]。從動力學系統來看，燕山期巖石圈減薄作用是在總體擠壓造山的背景下發生的減薄作用，伴隨陸殼的加厚作用與隨后的巖石圈伸展減薄作用[26]。牟即斷裂帶的構造演化歷史必然受這一深部機理及動力學背景制約。同時，與周邊板塊尤其是東部太平洋板塊的運動方向和方式有著密切關系[27]。

因此，研究區早白堊世的伸展構造與巖石圈的減薄作用關系密切，在華北克拉通南緣碰撞造山作用造成的加厚地殼發生伸展垮塌(萊陽期)以及隨后的巖漿活動(青山期)。而伸展之后的2次構造反轉擠壓事件，可能與伊澤納崎板塊脈動式向歐亞板塊俯沖有關。晚白堊世(王氏期)的伸展構造可能仍在受巖石圈減薄作用的影響，而晚白堊世沉積結束，受伊澤納崎板塊傾末于日本島弧之下，太平洋板塊俯沖方向的轉變，更多的受特提斯構造域印度板塊與歐亞板塊碰撞產生的遠程效應的影響而產生擠壓應力。

7 結論

通過共軛節理系、縱彎褶皺、斷層滑動矢量分析對古構造應力場反演，牟即斷裂帶即墨段白堊紀時期經歷了3次伸展和3次擠壓事件，但整體處于伸展應力作用之下。3次伸展應力事件分別為NEE—SWW向、NWW—SEE向、近E—W向，牟即斷裂帶表現為張性活動；3次擠壓應力事件分別為NNW—SSE向、NW—SE和NE—SW向，牟即斷裂帶表現為左行壓扭性活動、以壓性為主的左行活動以及右行壓扭性活動。總體上表現為具有以伸展為主，并與急劇的擠壓作用交替進行的燕山運動構造演化特征。牟即斷裂帶古應力場的演化特征所反映的伸展應力與巖石圈的減薄作用關系密切，擠壓應力場特征則與周邊板塊尤其是東部太平洋板塊的運動方向和方式有著密切關系。

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CharacteristicsofCretaciousPalaeotectonicStressFieldofJimoAreainMuping-JimoFaultZoneinShandongProvince

ZHU Xueqiang，YANG Shipeng，REN Tianlong，HUANG Yongbo，HOU Jianhua

(Shandong Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

Muping-Jimo fault zone is an important regional tectonic zone. Through study on conjugate system, buckle fold and fault slip data, paleostress inversion has been carried out. It is showed that palaeotectonic stress field in Jimo area in Muping-Jimo fault zone during the period of Cretacious has the characteristics of Yanshan Movement, that is priority to extension and alternate with mutation compression. Muping-Jimo fault zone has experienced extension in Laiyang group and Qingshan group, left-slip transpression at the end of every stage, and extension movement in Wangshi stage. Finally, it is finished by Cretacious evolvement history by right-slip transpression. Extension has relationship with lithospheric thinning, but compression has vicinity with periferal plates, especially with the movement sense and means of Pacific Plate.

Muping-Jimo fault zone; paleotectonic stress field; Yanshan mjovement; Cretacious; Jimo area

P551

A

2017-04-12；

2017-05-12；編輯曹麗麗

1∶5萬店集、王村、即墨、鰲山衛、崔格莊幅區域地質調查(編號1212011120749)；山東省地質勘查項目11∶5萬夏格莊、靈山幅區域地質調查(魯勘字[2015]1號)

朱學強(1983—)，男，吉林農安人，工程師，主要從事區域地質調查研究工作；E-mail：zxqiang2012@163.com

朱學強，楊仕鵬，任天龍，等.牟平-即墨斷裂帶即墨段白堊紀古構造應力場特征[J].山東國土資源，2017,33(11)：15-22.

ZHU Xueqiang，YANG Shipeng，REN Tianlong，etc.Characteristics of Cretacious Palaeotectonic Stress Field of Jimo Section in Muping-Jimo Fault Zone in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2017,33(11)：15-22.