黎城盆地形成及斷裂特征、第四紀活動性探討

趙志偉

（山西省地質勘查局212地質隊，山西長治046000）

1 前言

1.1 概述

廣義的長治盆地位于華北地塊中部，沁水塊坳東南部，太行山塊隆西南部，地貌上屬于高原盆地，平均海拔900～970m，分布向北至襄垣、向西至屯留、向東至黎城、向南至長治縣。長治盆地整體為濁漳河的沖積平原區，區內第四紀黃土沖溝及河谷較發育，地形切割強烈。長治盆地可細分為南部長治盆地（狹義）、西北部襄垣盆地、東北部黎城盆地。本次以黎城盆地作為研究對象，和狹義上的長治盆地進行對比分析。

根據野外調查分析，結合相關文獻資料，筆者本次將徐順強等認為黎城盆地北緣黎城斷裂[1]歸為李莊斷裂，將位于黎城盆地南緣的斷裂定名為黎城斷裂。近幾年，對于長治盆地形成及長治斷裂第四紀構造活動性等方面的研究已經取得了不錯進展，但對黎城盆地的形成及黎城斷裂第四紀構造活動性的研究接近于無，本次筆者依托在黎城盆地取得的煤炭勘查資料，結合相關文獻對黎城盆地的形成、黎城斷裂的基本構造特征和第四紀活動性進行初步分析和探討。

1.2 區域地質背景

受古亞洲洋構造域、太平洋構造域和特提斯構造域的影響[2]，中生代華北克拉克通開始活化，燕山期古太平洋板塊向亞洲板塊下俯沖，同期華北地塊內部開始發生強烈的陸內北北東—北東向褶皺和逆沖變形[3]。于長治盆地表現為盆地東晉獲褶斷帶重新活動，區域上南東東—北西西向擠壓應力主應力軸方向為294°∠1°[4]，在其作用下形成了北北東向壓性構造及北西向、北東東向剪性構造（見圖1、圖2）。北北東向壓性構造本區內表現為隔擋式背斜和逆沖變形，如老頂山復式背斜、微子鎮—賈掌向斜、烏集頭—集店向斜及孟家莊斷裂；北西向、北東東向剪性構造則表現為壺口斷裂、潞城斷裂、西川斷裂、黎城斷裂及李莊斷裂。

新生代時期，華北地塊相對運動，中新世北西西向剪切應力場和北北東向剪切應力場影響加強，在華北地塊形成運城盆地和大同盆地雛形；上新世隨著印度板塊與歐亞板塊的進一步碰撞，華北地塊北西西向左旋剪切應力及北東向右旋剪切應力均得到加強，在兩種應力的共同作用下，斷陷活動由南北兩端向內部發展，于上新世形成忻定、太原、臨汾盆地等。于長治盆地表現為晉獲褶斷帶上新世開始繼續復活，上新世構造應力場擠壓方向為北北東—南南西向，主應力軸方向為201°∠5°，北北東向晉獲褶斷帶與最大主應力跡線近乎平行，褶斷帶北西西向發生應力松弛，前期擠壓構造開始出現負反轉[5]，黎城斷裂南部早期逆斷層正斷層運動形成長治正斷層（見圖1、圖2）。同時在北西西向左旋剪切應力及北東向右旋剪切應力影響下，形成長治盆地。而黎城盆地西側孟家山斷裂因與李莊斷裂、黎城斷裂均有交匯節點，而節點部位應力容易集中，促使原有逆沖斷層沿北北東方向繼續逆沖變形。此期應力場進一步塑造了黎城盆地西側輪廓。

第四紀以來，華北地塊各塊體之間的相對運動發生了一定變化，北西西向左旋剪切應力及北東向右旋剪切應力均在加強，但是北東向右旋剪切應力增強幅度明顯大于北西西向左旋剪切應力，其合力方向由北西向拉張逐漸轉變為北北西向拉張。這也導致了北東向斷裂垂向活動性質加大，北北東向斷裂右旋性質加強。于黎城盆地表現為隨著北北東—南南西向主應力開始向北東東—南西西向主應力轉變，最終主應力軸方向變為74°∠4°，最小主應力方向為343°∠3°，與早期形成的壓剪性質的北東東—南西西斷層近乎垂直，在北西西向左旋剪切應力及北東向右旋剪切應力合力—北北西向拉張力作用下，黎城盆地南北端早期形成的壓剪性質斷層—李莊斷裂、黎城斷裂開始發生正斷層構造活動，最終于更新世晚期形成黎城盆地（見圖1、圖2）。

1.3 區域構造部位

依據晉獲褶斷帶斷層性質和地貌特征，晉獲褶斷帶分為獲鹿—黎城段、黎城段、黎城長治段、長治—晉城段[6]，而黎城盆地就位于黎城段。晉獲褶斷帶黎城段即孟家莊斷裂受李莊斷裂、黎城斷裂控制，在黎城盆地北緣、南緣發生斷錯，李莊斷裂兩端斷層習性存在較大差異，集中表現為黎城斷裂南端長治正斷層的負反轉，李莊斷裂北端鹿獲—黎城段的右旋走滑，黎城段自身的逆沖變形。黎城盆地位于晉獲褶斷帶黎城段東側，受李莊斷裂和黎城斷裂控制，呈似三角形狀形態。

2 斷裂的基本特征

2.1 構造演化

孟家莊斷裂、李莊斷裂及黎城斷裂均為晉獲褶斷帶的重要組成部分，三者構成了黎城盆地與其南北、東西側的地質—地貌分界線，控制了黎城盆地的新構造運動。黎城盆地地形地貌與地質構造分區明顯，孟家莊斷裂以西為沁水塊坳的組成部分娘子關—坪頭坳緣翹起帶，由奧陶系及寒武系碳酸鹽巖組成，地貌表現為中低山。李莊斷裂北部為贊皇塊凹，由寒武奧陶系碳酸鹽巖及長城紀砂泥巖組成，地貌表現為中低山區。黎城斷裂東部為太行山塊隆，由寒武奧陶紀碳酸鹽巖組成，地質上為北北東向復背斜，地貌表現為中低山。

黎城盆地為小型斷陷盆地，形成之前位處微子鎮—賈掌向斜的北段，向斜因晉獲褶斷帶東側主逆沖斷層牽引而形成[7]，向斜表現寬緩，軸部局部保留石炭—二疊紀含煤地層，產狀近水平，傾角4°～8°，僅在靠近西部背斜的地段地層傾角陡然變大，最大可達18°。含煤地層上部堆積200m左右厚的松散沉積物。

上述地質地貌特征表明黎城盆地所在區域在經過早期升降作用后，于中生代燕山運動時再次大范圍持續上升，遭受剝蝕并發生強烈的褶皺逆沖構造運動，同時發生壓剪斷裂作用，形成黎城盆地的基本構造框架。喜馬拉雅運動中期，盆地西側再次小范圍持續上升，遭受剝蝕并發生較為強烈的褶皺逆沖構造，并于黎城盆地一側開始剝蝕堆積物沉積，直至上新世末，完成盆地西側輪廓的塑造。喜馬拉雅運動晚期，隨著區域主構造應力方向的轉移，繼長治盆地之后，本區也開始發生垂直差異性構造運動，進而形成群山環繞構造洼地，奠定現今地形地貌基本格局。上更新世以來，構造活動趨于平穩，盆地開始萎縮，地表的侵蝕—堆積作用在原有地貌基礎上繼續進行夷平面改造。

2.2 地貌分異

黎城盆地地貌分異明顯，總體呈現了東部南高北低，西部南低北高的四象限地形分布特征[8]，黎城盆地最高海拔925m，最低海拔677m，平均海拔800m，受構造控制，山地和洼地的走向均為北北東向，分別對應老頂山復式背斜和微子鎮—賈掌向斜。

2.3 構造應力場分析

黎城盆地現今的構造格局是在三期構造應力場下形成。

第一期：中生代北北東—北東向擠壓應力場，在此期間，黎城盆地所在區域進行逆沖褶皺及斷裂活動，形成老頂山復式背斜、微子鎮—賈掌向斜及孟家莊斷裂，微子鎮—賈掌向斜為魏家莊—北仙泉向斜向北延伸部分。同時區域上形成文王山斷裂在內的一系列北西向、北東東向剪性構造。李廣紅通過分析衛片認為李莊斷裂很可能是文王山斷裂的東段延伸部分[9]，筆者通過分析襄垣五陽礦區勘探資料發現，文王山斷裂向東延伸至襄垣縣城東南原莊村，與晉獲斷裂相交，走向北東向80°，傾向北西，傾角75°，于五陽礦區最大斷距500m[10]。本次筆者認為文王山斷裂與李莊斷裂同期形成，呈共軛產出，但不應為同一條斷裂。

第二期：新近紀北北東—南南西向擠壓應力場，在此期間，黎城盆地所在區域相較長治盆地，構造運動明顯不同，長治盆地此期開始垂直升降運動并接受松散物沉積，而黎城盆地繼續逆沖褶皺活動，并于逆斷層下盤接受剝蝕堆積物沉積。

第三期：第四紀北北西向擠壓應力場，在此期間，黎城斷裂、李莊斷裂開始復活，形成黎城正斷層和李莊正斷層，最終具地塹構造的黎城盆地。

通過對比長治盆地第四紀沉積厚度筆者發現，長治盆地早更新統沉積49m，中更新統沉積30m，晚更新統沉積3m；與此同時黎城盆地早更新統沉積72m，中更新統沉積40m，晚更新統沉積10m，這說明發現第三期應力場作用下發生的垂直升降作用相較第二期明顯減弱，其應力場強度明顯較小。結合第三期構造應力場與之配套的共軛剪節理不甚發育，筆者認為該期應力場或為第二期應力場的主應力軸偏轉連續過渡形成，這也解釋了長治盆地第四紀沉積的連續減薄和黎城盆地的相對較厚的原因。并以此推測第二期應力場的主應力軸偏轉發生在新近紀晚期或早更新統早期。

在第三期主應力的作用下，早期剪性構造發生正斷層運動，并有右旋走滑表現，區域上表現為潞城斷裂和壺口斷裂將長治大斷層錯斷為三截。

2.4 第四紀構造運動特征

黎城盆地四象限地形及地貌分異是黎城斷裂、孟家莊斷裂及李莊斷裂水平活動的產物，這也與華北地臺擠壓盆山耦合體制轉為引張盆地耦合體制[11]相對應，本區應力場東西—南東方向具有右旋走滑特征與沁水塊坳的應力場特征基本一致。

區內第四系松散沉積物可見顯著的大面積整體抬升，在黎城盆地北側山皇垴一帶，可見高出盆地海拔標高200m的剝夷面，說明黎城盆地垂直升降活動始發于第四紀早更新世。

對比長治盆地第四紀期間堆積的松散沉積物，可以發現長治盆地上新世任家垴組地層厚240m，而黎城盆地僅70m。長治盆地任家垴組巖性底部存在殘坡積紅土風化殼，向上巖性為灰黃、灰紫色卵礫石層、灰綠色—灰黃色亞砂土、亞粘土、粘土，以湖泊相湖積物為主，夾洪積物薄層，為還原—氧化環境沉積物；大墻組主要為紅色氧化相沖洪積物，含礫巖石無分選，礫石棱角狀，均表明沉積物搬運距離較近；離石組以紅色氧化相沖洪積物；黎城盆地巖性任家垴組為河流相深棕紅色粘土、粉質粘土及卵礫石層，卵礫石多呈半膠結狀態，以沖洪積物為主，為氧化環境沉積物；大墻組巖性由深紅色—灰綠色粘土、粉質粘土及卵礫石層組成，土層中含鐵錳質結核，為湖泊、河流沉積環境；離石組巖性主要為棕紅、黃紅色粉質粘土，夾鈣質結核層，盆地北部夾多層卵礫石層，盆地南部土質較均勻，為洪積、風積沉積環境。

筆者認為長治盆地和黎城盆地不僅在上新世沉積物巖性上存在差異，而且垂直升降運動開始發生時期也不同，同時不同時期不同地段的差異升降幅度也有所不同。據此也說明了第二期以長治斷裂為主要代表的主體構造活動主要發生在新近紀到早更新世，中更新世以來開始減弱，逐漸過渡到第三期以黎城斷裂為代表的構造活動，第三期構造應力明顯弱于第二期，表現為黎城盆地第三期第四紀沉積物厚度遠小于長治盆地第二期上新世沉積物厚度。筆者認為第三期應力場或為第二期應力場的主應力軸偏轉連續過渡形成，這也解釋了黎城盆地的沉降作用持續到較晚時期的原因。

3 黎城盆地斷裂構造

3.1 孟家莊斷裂

孟家莊斷裂展布于黎城盆地的西緣，控制了黎城盆地的形成和演化，孟家莊斷裂表現逆沖斷層的地質地貌特征。孟家莊斷裂于黎城盆地西緣延伸長度6km，走向北北東，斷距250m，斷層傾向北西，傾角70°。斷層斷距向南變小，下降盤主要巖性為石炭系本溪組、奧陶系峰峰組地層，上覆為任家垴組河流相砂礫石層、張村組湖相粘土—砂層，小常村組河湖相雜色粘土—砂層。上升盤主要巖性為奧陶系馬家溝組灰巖為主[12]。整體上來說，孟家莊斷裂在黎城盆地西緣表現為走向北北東的高角度逆斷層。

3.2 李莊斷裂

李莊斷裂展布于黎城盆地的北緣，李莊斷裂自洪井鄉土地垴起，沿黎城盆地北側山前向東延伸至東陽關鎮辛村，斷裂長12km，走向北東東75°～南東東95°，斷距200～270m，斷層傾向南，傾角73°～83°。斷層下降盤主要巖性為石炭系二疊系含煤地層，上升盤主要巖性為奧陶系上馬家溝組地層。整體上來說，李莊斷裂在黎城盆地北緣表現為走向近東西向的高角度正斷層。

3.3 黎城斷裂

黎城斷裂展布于黎城盆地的南緣，李莊斷裂自西仵鄉幸福莊村起，沿黎城盆地南側山前向東延伸至東陽關鎮東南，斷裂長13km，走向北東東62°～83°，斷距15～100m，斷層傾向北，傾角83°。斷層下降盤主要巖性為石炭系本溪組地層，上升盤主要巖性為奧陶系上馬家溝組地層。整體上來說，黎城斷裂在黎城盆地北緣表現為走向北東東向、北東向的高角度正斷層。

4 斷裂活動性研究

據1988年國家地震局《鄂爾多斯周緣活動斷裂系》專題研究，長治盆地的下陷速率為3mm/a，長治斷裂以東太行山區垂直上升速率為5mm/a，且長治斷裂帶還發生過3級地震，說明斷裂至今仍在活動，但活動性較弱。長治盆地自 1970 年以來，共發生 2 次 ML≥3.0 地震，分別為1981年ML3.0和1982年ML3.3地震，說明長治盆地地震活動也相對較弱[13]。

黎城斷裂及李莊斷裂根據高密度電法解釋成果，確定其均錯斷中更新統地層，以此推斷兩斷裂均為第四系活動斷裂，這與區域應力場是一致的。根據黎城歷年的地震記錄，縣境內發生過有感地震三次，最大一次震級4.1級。最近一次有感地震發生在2004年，震級1.7級。根據山西省地震局公布的山西及鄰近地區地震目錄及震中分布圖數據，黎城無感地震時有發生。僅2020 年1～3 月就發生3 次無感地震。黎城盆地位于晉獲褶斷帶中北部交界處，晉獲褶斷帶歷史記錄中最大震級為5.5級，多數地震發生在晉獲褶斷帶的中部和北部。又因孟家莊斷裂、黎城斷裂及李莊斷裂是晉獲褶斷帶的關鍵節點，易造成應力集中，同時晉獲褶斷帶本身又受多個地震帶影響，故黎城盆地地震環境比較復雜。

5 結論

（1）黎城盆地形成、構造演化和地貌發育受孟家莊斷裂、黎城斷裂、李莊斷裂控制，孟家莊斷裂為高角度逆沖斷層，黎城斷裂、李莊斷裂為高角度正斷層，上述斷層后期均表現了右旋走滑性質。

（2）黎城盆地形成于華北地塊三期構造應力場作用之下，中生代第一期構造應力場奠定黎城盆地基本框架，新近紀第二期應力場完成了盆地西側輪廓的塑造，第四紀早中期第三期應力場完成了黎城盆地的形成并構建了黎城盆地現今的地形地貌格局。

（3）結合高密度電法資料，確定黎城斷裂和李莊斷裂為第四紀活動斷裂。且因孟家莊斷裂、黎城斷裂及李莊斷裂位于晉獲褶斷帶的關鍵節點，同時晉獲褶斷帶本身又受多個地震帶影響，黎城盆地地震環境比較復雜。