臨汾地區構造特征及其構造應力場演化

楊　帆

(山東泰山地質勘查公司，山東　泰安　271000)

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臨汾地區構造特征及其構造應力場演化

楊帆

(山東泰山地質勘查公司，山東泰安271000)

摘要臨汾地區處在鄂爾多斯盆地南北分區與東西分區的構造交匯部位，在該區構造特征表現為 “東西分帶，南北分層”的規律，是多期次構造應力場下的產物。通過運用層面校正的方法，結合野外實測共軛節理，對區域內古構造應力場進行恢復，共得到3期構造應力場方位，區域內共發育3期構造應力場。印支期構造應力場，主應力方向為NNE-SSW、近SN向；燕山期共發育2組主應力，早期NW-SE向的構造擠壓應力以及晚期NW-SE向拉張應力，這與區域性構造體制轉變是一致的；喜山期構造主應力方向發生根本轉變，由NW向轉變為NE向。

關鍵詞臨汾地區；構造特征；層面校正；構造演化

構造應力場是控制區域構造發育和演化的重要因素之一，在不同的構造應力場作用下，將產生不同性質構造及其組合。利用各種構造行跡，如節理、斷層、褶皺、構造透鏡體及顯微構造等反推地質過程中形變作用發生時期的構造應力方向，是確定構造應力場的一種重要地質方法[1].

構造應力場的研究，對恢復煤田構造演化具有重要意義。構造演化具有長期性、多期性和間歇性，在擠壓、拉張和剪切的構造應力場條件下，從構造演化的程度對煤層的賦存狀態、煤體結構和煤儲層物性以及煤層氣成藏的控制作用[2-4]進行研究；徐志斌等[5]對晉中南構造應力場演化進行研究，研究區經歷了印支、燕山、喜山多期的構造應力場作用，以北西-南東方向近水平伸展應力場為主，并且伴隨著太行山和霍山的不斷隆起，在晉中南東部的沁水含煤向斜中形成了局部擠壓應力場。

1區域構造特征

鄂爾多斯盆地是一個穩定的克拉通盆地[6]，周緣活動性較強，褶皺、斷裂構造密集發育，盆地內部則較為穩定，主要表現為隆起、拗陷以及寬緩褶皺。中生代以來，伴隨著印支運動、燕山運動、喜山運動構造疊加，盆地周緣構造活動性加劇，盆地東緣不斷隆起，形成了現今東傾西陷的總體構造面貌[7,8].

臨汾地區位于鄂爾多斯盆地東南緣，處在鄂爾多斯盆地南、北分區與東西分區的構造交匯部位，其所處的構造位置較為重要。研究區處在華北板塊、秦嶺板塊相互碰撞、擠壓作用地帶，經歷了長期的構造作用與演化，不僅擁有鄂爾多斯盆地具有的基本特征，還表現出自身一定的特征。

臨汾地區總體構造變形較弱，整體呈西傾單斜構造，褶皺軸跡與斷層走向在區域分布上表現出明顯的差異性(圖1).通過野外實測剖面以及地質構造的解析，臨汾地區構造變形強度表現出明顯的“東西分帶，南北分層”的特征，由東緣向區域內部，變形強度表現出“強弱強弱”的特征，東西分帶表現在構造樣式由東向西分別為：紫荊山逆沖推覆構造、馬頭山階梯狀正斷層，明珠疊加褶皺，古驛-窯渠背斜及對沖式逆斷層，西部西傾單斜構造。南北分層表現在斷層性質以河底為界，北部表現為逆斷層，南部表現為正斷層性質。區域構造特征一定程度上反映了該區域構造演化的復雜性，是多期構造應力場下共同作用的產物。

圖1　臨汾地區區域構造綱要圖

2古構造應力場的恢復

區域內節理的形成是長期多次構造活動的產物，為了探討該地區的構造變形史和古構造應力場，必須要進行節理的分期與配套。節理的分期配套主要依據節理組之間的交切關系以及借助與各期次節理有關的地質體的關系，在對節理進行力學性質的觀察和分析的基礎上，將同一地點、同一時期、同一應力作用下所產生的節理組合在一起，利用它們與主應力方位的關系來確定和恢復區域古構造應力場。

利用構造節理恢復軟件，通過赤平投影的方法，首先將節理產狀以及地層產狀投影到吳氏網上，然后以地層走向為軸順時針或逆時針旋轉一定的角度(地層傾角)，得到層面校正后的節理數據。如果兩組節理在層面校正之后是共軛的，說明所受應力應該是在地層水平時期開始的，相鄰層組如果都存在相同的應力，則可推測出應力的影響厚度和開始時間；如果地層傾斜之后存在一組共軛節理，說明所受應力是從地層發生傾斜之后開始的，相鄰層組如果都存在相同的應力，則可據此推測出應力的影響厚度和開始時間[9].根據共軛剪節理(具體又分為平面共軛剪節理系和剖面共軛剪節理系)的交線，平行于中間主應力軸σ2, 其夾角平分線分別為最大主應力軸σ1和最小主應力軸σ3,確定所受主應力方向(圖2).

a) 平面共軛X節理系　　　　　　　 b) 剖面共軛X節理系

用于恢復古構造應力場的節理數據，由老到新分別采自中奧陶統馬家溝組、峰峰組，上石炭統本溪組、太原組，下二疊統山西組，中二疊統下石盒子組、上石盒子組，上二疊統石千峰組，下三疊統劉家溝組、和尚溝組，中三疊統二馬營組、銅川組，上三疊統延長組。根據野外觀測剖面及室內的統計分析，對實測數據進行分期配套，為分析該區構造變形史和古構造應力場提供依據。

3分析結果

通過以上分析，結合層面校正前后構造節理分期配套關系(圖3，圖4)，臨汾地區共發育4套共軛X節理，其中3套為擠壓應力作用下形成的(圖5)，另外一套是拉張應力環境下的產物。3組擠壓應力方向分別為：第一組共軛節理走向分別為NW-SE、NE-SW向，顯示擠壓應力方向為NNE或近SN向(圖5a)；第二組走向為EW向、近SN向，顯示主壓應力方向為NW向(圖5b)；第三組走向為SN向以及NW向，顯示主壓應力方向為NNE向(圖5c)；第四組拉張應力方向為NW向，兩組共軛X節理呈剖面共軛關系。通過野外觀測，第二組切穿第一組，第三組切穿第二組，結合區域構造應力場，第一組為印支期構造應力場下的產物，第二組、第四組為燕山期構造應力場的產物，第三組為喜山期構造應力場作用的結果。

圖3　實測節理主應力方向圖　　　　　　圖4　層面校正后主應力方向圖

圖5　臨汾地區主壓應力方向圖

4區域構造應力場演化

鄂爾多斯盆地印支運動第一期構造運動發生于早三疊世之末，由于盆地抬升和微褶皺，造成紙坊組與下伏和尚溝組呈平行不整合接觸。在臨汾地區主要表現在下伏和尚溝組自東北向西南方向變薄。通過赤平投影方法，野外實測節理可獲得兩組節理較為發育，一組近NW向，另一組近NE向，構造應力方向為近SN以及NNE向。

印支運動形成于三疊系與侏羅系之間的不整合面以下。主要特征之一是由于揚子地臺與北方大陸拼接，使中國東部大陸連成一片，長期以來一直存在的南海北陸局面被東西分異的新格局取代。由于印支運動的影響，使晚古生代所形成的大華北沉積盆地的東界于晚三疊世推移到太行山以西，而成為晉陜侏羅紀沉積盆地。

鄂爾多斯盆地東緣印支期古構造應力場以近NS向擠壓為主要特征，發生在晚三疊世的印支運動，伴隨著特提斯洋的消減閉合和揚子-華北板塊的陸-陸碰撞作用，在鄂爾多斯盆地南緣形成了近EW走向的秦嶺古驛-窯渠背斜，海水從中國大陸基本退出。華北板塊處于揚子板塊和西伯利亞板塊NS向擠壓構造格局之中，在鄂爾多斯盆地東部和北部產生軸向近NS的構造擠壓作用，由于遠離板塊邊緣，印支期近NS向的構造擠壓作用對鄂東地區的構造變形影響較小。

燕山期構造運動奠定了本區的構造格架，對其構造應力場的恢復依據優勢節理方位及其褶皺軸跡，臨汾區域燕山期構造應力場以NNW-SSE，NWW-SEE向擠壓為顯著特征，相應的伸展方向為NE-SW向。

主壓應力跡線總體呈NW-SE向延伸，并呈向NE突出的弧形彎曲，即從西部的NW方向，向東略向S偏轉，與區域邊界的馬頭山斷層和區域內部的古嶧-鳴啼背斜和薛關-峪口斷層等主要構造的走向近于垂直，表明這些構造的形成與燕山期構造應力場作用密切相關，從而形成具有擠壓性質的構造變形。

喜馬拉雅期構造應力場與燕山期相比發生了重大轉變，即由NW-SE向的擠壓轉變為NE-SW向擠壓，也使在這一時期區域構造應力發生反轉。在臨汾區域喜馬拉雅期的構造變形形跡不是很顯著，但由于與燕山期構造的走向近于垂直的拉張伸展作用，對早期的改造作用較為顯著，即使早期的壓性構造轉變為張性構造，發生構造性質的轉變。東緣紫荊山斷裂帶構造性質也由早期壓性斷裂轉變為現在壓扭性斷裂。區域內部大量存在的疊加褶皺也是驗證了區域內部構造應力場的轉變過程。

5結論

該區位于板塊匯聚部位，受到多期構造應力場的疊加作用，構造變形強度表現出明顯的“東西分帶，南北分層”的特征，由東緣向區域內部，變形強度表現出“強弱強弱”的特征，構造跡線存在明顯的差異性。區域內共發育3期構造應力場，其中，印支期構造應力場，主應力方向為NNE-SSW、近SN向，在該區發育較弱；燕山期共發育兩組主應力，早期NW-SE向的構造擠壓應力以及晚期NW-SE向拉張應力，這與區域性構造體制轉變是一致的，并且奠定了該區的構造格局；喜山期構造主應力方向發生根本轉變，由NW向轉變為NE向，主要體現在對早期形成的NE向構造的改造上。

參考文獻

[1]萬天豐.古構造應力場[M].北京：地質出版社，1987:22-69.

[2]姜波，徐鳳銀，彭德華，等.柴達木盆地北緣斷裂構造變形特征[J].中國礦業大學學報，2004，33(6)：687-692.

[3]姜波,秦勇,琚宜文，等.煤層氣成藏的構造應力場研究[J].中國礦業大學學報,2005,3(5)：564-569.

[4]姜波,秦勇.變形煤結構演化機理及其地質意義[M].徐州:中國礦業大學出版社,1998:27-28.

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[8]張泓,孟召平,何宗蓮.鄂爾多斯煤盆地構造應力場研究[J].煤炭學報，2000,25(增刊)：1-5.

[9]任收麥,葛肖虹,劉永江,等.柴達木盆地北緣晚中生代、新生代構造應力場—來自構造節分析的證據[J].地質通報,2009,28(7):877-887.

·問題探討·

究，(E-mail) yangfqd@163.com

Structural Characteristics and Tectonic Stress

Field Evolution of Linfen Region

YANG Fan

AbstractLinfen region is located in the tectonic interjunction of Ordos basin north-south division and east-west division, where the tectonic features has the rule of east-west zoning and north-south layering, that is the product of multi-period tectonic stress field. Through using the method of level adjustment, combines with the conjugate joints of field survey, to recover the palaeotectonic stress field in the region, receives three periods of tectonic stress field orientation, three periods of tectonic stress field are developed in areas. The principal stress directions of tectonic stress field in Indosinian period is NNE-SSW, close to SN. Two principal stresses are developed in Yanshanian, that are structure compression of NW-SE in the early time and stretching stress of NW-SE in the late peroid, which are consistent with regional tectonic regime transition. The principal stress directions of structure in Himalayan changes fundamentally from NW turn into NE.

Key wordsLinfen region; Tectonic characteristics; Level calibration; Tectonic evolution

中圖分類號：[TD15]

文獻標識碼：A

文章編號：1672-0652(2015)05-0053-04

作者簡介：楊帆(1988—)，男，山東青島人，2013年畢業于中國礦業大學，碩士研究生，助理工程師，主要從事資源勘查、地質調查方面的研

收稿日期：2015-03-30