辽宁省综合地球物理解释断裂构造的方法和依据

张连增

辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100

辽宁省综合地球物理解释断裂构造的方法和依据

张连增

辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100

通过研究辽宁省布格重力异常Δg及其位场转换场、航磁ΔT异常及其位场转换场、地震波场、大地电磁场，结合地貌以及钻探等资料，综合解释出了区内断裂构造.展示出了辽宁省断裂构造平面分布特征.配合地球物理解释剖面，可以了解区内主要断裂构造的垂向发育特征.分析认为郯庐断裂带为左行走滑断层带，划分出了表壳断裂、中-下地壳断裂、超岩石圈断裂.

地球物理解释；断裂构造；郯庐断裂带；辽宁省

0 引言

研究断裂构造发育特征，是寻找地下资源、地震预报、工程建筑等一系列工程的基础性工作.受地质构造应力的作用，地层、岩体发生不同程度的机械破碎或沿破碎带充填新的地质体以及沿破裂面发生显著性位移，断裂带（或断裂面）及其两侧的岩石密度、岩石磁性、弹性波速等物性将发生相应的变化.对应的重力、磁场、（地震）弹性波场等地球物理场，将具有相应的畸变特征.笔者在参加辽宁省地质系列图件编制与研究（辽宁省区域地质志）项目时，研究了区内及邻区以往地球物理、地质以及钻探等资料，提交了“辽宁省综合地球物理解释断裂构造成果”.

1 主要断裂构造

依据布格重力异常Δg及其位场转换场、航磁ΔT异常及其位场转换场线性梯度带等畸变特征，结合磁法勘探、地球物理测井、卫星及航片遥感影像、地震勘探、大地电磁测深、地质调查、地貌以及钻探等资料，综合解释出了“辽宁省地球物理解释断裂构造成果”（图1）.

从图1中可以看出，区内断裂构造主要可分为NE、NNE、NWW向，NW、NNW、NWW向，S-N向以及E-W向4组，共299条.其中，表壳断裂263条，中-下地壳断裂17条，超岩石圈断裂19条.现举例说明一些主要断裂构造的综合地球物理异常场解释方法和依据.

图1 辽宁省地球物理解译断裂构造成果Fig.1 Geophysical interpretation of fault structures in Liaoning Province1—表壳断裂及编号（supracrustal fault and number）；2—中－下地壳断裂及编号（middle-lower crustal fault and number）；3—超岩石圈断裂及编号（translithospheric fault and number）；4—平移断层（strike-slip fault）；5—西部凹陷地震勘探研究区及测线（west sag seismic exploration area and survey line）；6—辽东湾地震勘探研究区（Liaodong Bay seismic exploration area）

郯庐断裂带，由北东向南西从吉林省向辽宁省延伸至沈阳新台子段（194号），布格重力异常明显呈一条断续的线性梯度带.由反映地壳浅部密度特征的辽宁省布格重力异常向上延拓0～5 km残差场线性梯度带，可以比较准确地划分出其近地表平面位置.航磁异常原平面化极场，为多个似二度负异常（长）轴的连线.从辽宁省1/50地质图中可以看出：若认为该断裂东侧（清河区）中二叠世二长花岗岩（ηγP2）与其西侧铁岭市北侧中二叠世二长花岗岩（ηγP2）原为同一岩体，则可以推测郯庐断裂主断面两盘为左旋平移特点（图2），据此量取水平错断距离为22 km.在开原东北段郯庐断裂切割泉头组（K2q），并控制下辽河盆地的边界，表明其在晚白垩世以来仍在活动.郯庐断裂在延伸入辽河盆地后，布格重力异常的线性梯度带变为多条，显示帚状断裂束特征.其中，185、186号断裂形成了大民屯凹陷，155号断裂的东北段的西侧形成了辽河拗陷的西部凹陷，155、156号断裂的北东段之间为辽河拗陷的中央凸起，156、163号断裂的北东段之间形成了辽河拗陷的东部凹陷.凹陷对应布格重力负异常，凸起对应布格重力正异常.由地震勘探，结合钻探成果可以详细地解释出郯庐断裂带和其他断裂.例如：辽河油田在西部凹陷中南部做的三维地震资料相干切片［1］（图3），显示冷家-陈家断层和盘山西-高升西断层之间形成了近E-W向的雁行排列的次一级断裂，亦说明了这两个主断裂为左旋走滑断层.由多个地震勘探剖面解释成果［1］（图4），更清晰地反映出辽河西部凹陷断裂分布特征.即，郯庐断裂带主走滑断层西侧形成了近E-W至NEE走向的雁行排列次一级断裂，在有的地段亦有主走滑断层之间形成次一级顺层平移断层束或压扭性近E-W走向的雁行排列次一级断裂.由西部凹陷地震勘探断裂剖面［1］（图5）可以看出：台安-大洼断层为西部凹陷东边界，西部凹陷为复式地堑凹陷.在渤海辽东湾，根据地震勘探、钻探结果划分出了郯庐断裂带及其他断裂［2-3］，例如157号断裂（图6、7）［2］，平面上亦呈典型的左旋走滑特征，在主走滑面的两侧及其中间过渡带形成近E-W至NEE向雁行排列的次一级断裂.并且，在部分区段主滑脱面甚至有2～3条断层面，组成“Y”字型断层组合样式，并形成地堑（图8）［2］.从反映中-下地壳的辽宁省航磁ΔT异常化极上延60～70 km场残差场（图9）中可以看出：若认为C5号磁异常与C6号磁异常原为同源异常，则亦显示NE向（186、194）郯庐断裂主走滑面为左旋.并且，C6号磁异常值高于C5号磁异常值，说明南东盘相对南西盘抬升.一般认为辽河拗陷盆地和渤海辽东湾拗陷与郯庐断裂的主要活动时期同为中生代早白垩世晚期.根据GGT-13地学断面［4］（大地电磁测深和深地震测深）资料，该断裂的主断面从表壳一直切割至岩石圈底部.即，其属于超岩石圈断裂.按照断裂构造线定义，划浅表层位置（其他断裂相同）.图1中的154、155、157、164、169、175、176、177、178、180、182、183～186、188、 190、194号断裂，组成郯庐断裂主断裂束.从断裂构造线分布情况可以看出：郯庐断裂束中的每条断裂，在近地表分别被后期的近S-N向、NW及E-W向断裂切割.关于对郯庐断裂束过沈阳以后如何向北延伸问题，主要有如下观点［5］：①郯庐断裂束北延至沈阳向北分为敦化-密山断裂、依兰-伊通断裂和沈阳-长春断裂3支（黄汲清等）；②郯庐断裂北延至沈阳向北沿敦化-密山断裂、依兰-伊通断裂延伸（徐嘉炜）；③郯庐断裂北延沿依兰-伊通断裂延伸（张宝政）；④郯庐断裂北延与双辽-孙吴断裂相连（邓乃恭）.

图2 郯庐断裂错断清河二长花岗岩体Fig.2 The Qinghe monzogranite body dislocated by the Tan-Lu fault1—第四系冲积物/坡洪积物（Quaternary）；2—义县组玄武岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩夹砂岩、页岩（Yixian fm.）；3—英树沟组页岩、粉砂岩（shale and siltstone of Yingshugou fm.）；4—南康庄组砾岩、页岩夹煤层（Nankangzhuang fm.）；5—前弯岭组安山岩（Qianwanling fm.）；6—照北山岩组大理岩、变粒岩、片岩（Zhaobeishan fm.）；7—烧锅屯组变粒岩、片岩夹浅粒岩（Shaoguotun fm.）；8—石门组石英砂岩、板岩、砂屑白云岩（Shimen fm.）；9—二道沟组细碧岩夹炭质板岩（Erdaogou fm.）；10—虎头岭组燧石结核白云岩、砂岩、板岩（Hutouling fm.）；11—佟家街组砂岩、砾屑白云岩、板岩（Tongjiajie fm.）；12—关门山组白云岩（Guanmenshan fm.）；13—康庄子组砂岩、板岩、灰岩（Kangzhuangzi fm.）；14—早三叠世二长花岗岩（Early Triassic monzogranite）；15—中二叠世二长花岗岩（Middle Permian monzogranite）；16—闪长岩（diorite）；17—古元古代角闪石岩（Paleoproterozoic hornblendite）；18—早白垩世流纹斑岩（Early Cretaceous rhyolite porphyry）；19—新太古代片麻状二长花岗岩（Neoarchean gneissic monzogranite）；20—石英闪长质片麻岩（quartz dioritic gneiss）；21—闪长质片麻岩（dioritic gneiss）；22—岩层产状/倒转岩层产状（stratum occurrence）；23—正断层（normal fault）；24—超岩石圈断裂及编号（translithospheric fault and number）

图3 辽河西部凹陷中南部三维地震资料相干切片（850 ms）（据文献［3］；三维地震数据体由辽河油田提供）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—台安-大洼断层，主干延伸断层（Taian-Dawafault,themajor extension fault）；F2—牛心坨东断层，主干走滑断层（Niuxintuodong fault,the major strike-slip fault）；F3—冷家-陈家断层，主干走滑断层（Lengjia-Chenjia fault,themajorstrike-slipfault）；F4—盘山西-高升西断层，隐伏基底走滑断层（Panshanxi-Gaoshengxi fault,concealed basement strike-slip fault）

图4 辽河西部凹陷古近系上部东营组底部断裂分布图（据文献［3］）Fig.4 Distribution of faults in the bottom of Paleogene Dongying formation in western Liaohe Depression（From Reference［3］）F1—台安-大洼断层，主干延伸断层（Taian-Dawa fault,the major extension fault）；F2—牛心坨东断层，主干走滑断层（Niuxintuodong fault,the major strike-slip fault）；F3—冷家-陈家断层，主干走滑断层（Lengjia-Chenjia fault,the major strike-slip fault）；F4—盘山西-高升西断层，隐伏基底走滑断层（Panshanxi-Gaoshengxi fault,concealed basement strike-slip fault）；1—正断层（normal fault）；2—走滑断层（strike-slip fault）；3—逆冲断层（thrust fault）；4—东营组分布边界线，三角箭头指向缺失区域（boundary of Dongying fm.）；5—三维地震测线编号（3D seismic survey line）：L—主测线（main line），T—联络测线（crossline）

图5 辽河西部凹陷南部地震剖面结构（据文献［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—渐新统东营组（Oligocene Dongying fm.）；E3s1-2—渐新统沙河街组一、二段（1st and 2nd mems.of Oligocene Shahejie fm.）；E3s3—沙河街组三段（3rd mem.of Shahejie fm.）；E3s4—沙河街组四段（4th mem.of Shahejie fm.）

图6 157（辽中1号）断裂中段及邻区方差切片（1000 ms）（据文献［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—钻孔位置及编号（drill hole and code）

图7 辽东湾拗陷157号断裂金州地区地震剖面（A-A′）（据文献［4］）Fig.7 Interpreted seismic profile of Liaodong Bay Depression No. 157 fault in Jinzhou area（From Reference［4］）

图8 辽东湾拗陷金州地区东营组二段低界断裂分布图（据文献［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—断层（fault）；4—地震测线（seismic survey line）

由反映中-下地壳（深壳）的辽宁省布格重力异常Δg向上延拓60～70 km残差场的梯度带，划分出了归州-丹东等中-下地壳（深壳）断裂（67）.近年来，沿该断裂低震级的地震时常发生.由反映中-下地壳（深壳）的辽宁省航磁ΔT向上延拓60～70 km残差场的等值带突然变宽、线性梯度带等磁场畸变特征划分及判断出了杨树岭-建平（109）等断裂.其中，董家沟断裂（210）为压性断裂破碎带，在小东家沟处可以看到约15 m宽的（灰岩角砾）断裂破碎带，向北东方向延伸的压性断裂带已形成（烧窑土）断层泥，有文家窑、徐家窑等；鸭绿江断裂（269）为断裂带，控制着鸭绿江的展布形态，在其西侧宽甸和东侧朝鲜的次一级断裂，航磁与卫星影像特征非常吻合，在其成矿有利部位形成了一些金、铅锌等矿脉.

由反映浅表地壳特征的辽宁省布格重力异常Δg向上延拓0～5 km残差场和辽宁省航磁ΔT异常化极上延0～5 km残差场的线性梯度带、等值带扭曲或错断等畸变带以及结合一些地面电法、磁法等资料，划分出了省内具有一定规模的表壳断裂，数目过多，在此不予赘述.

2 活动断裂构造

辽宁省一些断层构造具有一定的继承性，前第四纪形成的的断裂，现今仍在活动.例如：辽宁省地震局对金州断裂、丹东鸭绿江断裂两盘进行了水准测量，发现其均发生垂向形变.

另外，据区域形变资料［6］，1958～1970年庄河相对于营口上升70 mm，年平均上升量达到5.8 mm.跨断距精密水准测量表明，下辽河盆地两侧的边缘断裂为正断层活动，辽西隆起区内为逆断层活动.据1975年2月4日海城7.3级地震后考察和测算，震源机制解确定发震断层是一走向290°的左旋平移断层，微波三角测距E-W向三角边相对缩短量最大，应力解除方法测得最大主压应力方向为84～87°.说明此次地震是在NEE向主压应力场作用下，发生于16 km深处的一次突然剪切破裂.

上述资料以及其他一些低震级地震、地热变化、水文观测、水准测量、第四纪断裂都说明辽宁省内一些断裂现今仍在活动.

3 结论

通过上述地球物理资料和区域地质调查以及钻探资料综合研究，解释出了辽宁省断裂构造格架，全面地展示了区内区域断裂构造的平面和垂向发育特征，确定了辽宁省区域断裂构造总体上以NE向为主.这一特征反映了辽宁境内燕山期板内造山构造形变以N E向为主要特点，以郯庐断裂带为代表.此外，燕山期板内造山构造形变也有NW向、NWW向、S-N向，但规模远不及NE向断裂.按照断裂形成时期由早至晚顺序是：NE→NNE→NW或NWW，部分断裂由于多期活动，NE与NW向断裂互相切割.

E-W向断裂总体所映了印支期构造形变特点，其形成机制主要与西伯利亚板块与华北-柴达木板块碰撞所产生的南北向挤压应力有关.区内受中生代NW向郯庐左旋走滑超岩石圈断裂带构造运动的影响，形成了渤海辽东湾拗陷、辽河拗陷；与郯庐断裂平行的建昌-北票超岩石圈断裂构造运动形成了北票-哈尔脑、大平房-烧锅仗子、建昌中生代盆地.大量的现代不同震级的构造地震和高精度水准测量［6］以及重力异常场［7］、地热场［8］、地应力场［3］随着年度的变化，说明郯庐断裂带等一些断裂现今仍在活动.

研究工作的前后，分别受到管烨、邴志波、付海涛、杨中柱、董万德、陈树良等专家的指导，在此一并致谢！

图9 辽宁省航磁ΔT异常化极上延60~70 km场残差场等值线平面图Fig.9 Plane contour map of aeromagnetic ΔT anomaly with reduction-to-pole upward extending 60-70 km residual field of Liaoning Province1—正值线及数值（positive contour and value）；2—零值线（zero contour）；3—负值线及数值（negative contour and value）；4—超岩石圈断裂及编号（translithospheric fault and number）；5—磁异常位置及编号（magnetic anomaly and number）；6—地学断面超岩石圈断裂投影点（translithospheric fault projection point on geological section）；7—地学断面隐伏超岩石圈断裂投影点（concealed translithospheric fault projection point on geological section）；8—渤海研究区（study area in Bohai Sea）；9—辽河西部凹陷观测区（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.编辑：张哲．

中国地质调查局“辽宁省地质系列图件编制与综合研究”项目（编号1212010811028）.

张连增（1959—），男，高级工程师，主要从事地球物理勘探工作，通信地址辽宁省大连市金州新区五一路10号，E-mail//820562273@qq.com