牟平-即墨断裂带即墨段白垩纪古构造应力场特征

朱学强，杨仕鹏，任天龙，黄永波，侯建华

(山东省地质调查院，山东 济南 250013)

牟平-即墨断裂带即墨段白垩纪古构造应力场特征

朱学强，杨仕鹏，任天龙，黄永波，侯建华

(山东省地质调查院，山东 济南 250013)

牟平-即墨断裂带是胶东地区一条重要的区域性断裂带。通过研究断裂带两盘不同构造层的共轭节理系、纵弯褶皱以及野外断层滑动矢量，对古构造应力场进行反演。结果表明，牟平-即墨断裂带即墨段白垩纪时期构造应力场具有以伸展为主，并与急剧的挤压作用交替进行的燕山旋回构造演化特征。断裂带经历了莱阳期、青山期的张性活动、各构造期末的左行压扭活动，以及王氏期的张性活动，最终以右行压扭性活动结束白垩纪的演化历史。伸展构造与岩石圈的减薄作用关系密切，而挤压作用则与周边板块，尤其是东部太平洋板块的运动方向和方式有着密切关系。

牟平-即墨断裂带；古构造应力场；燕山运动；白垩纪；胶东地区

0 引言

牟平-即墨断裂带(以下简称牟即断裂带)发育于山东胶东半岛东部，是一条重要的区域性断裂带。断裂带北起牟平，经桃村、郭城、朱吴、海阳，过即墨市进入胶州湾，总体呈NE 40°～50°延伸，长约200km，宽40～50km，自东至西由海阳断裂、朱吴断裂、郭城断裂、桃村断裂等4条主干断裂及一系列大致平行的次级断裂组成[1]。

近年来，许多学者提出牟即断裂带是苏鲁造山带的北段西边界[2-4]，同时控制了白垩纪胶莱盆地的形成和发育[5-6]。因此，牟即断裂带是一条重要的控盆边界断裂带[7-8]，其晚中生代运动学历史、变形方式和活动时代记录了中国东部构造体制的转换过程[6]。

张岳桥等基于野外断层滑动矢量分析[6，9]，认为牟即断裂带白垩纪运动历史划分为5个阶段：早白垩世莱阳期NW—SEE向伸展，早白垩世青山期W—E向伸展，早白垩世末期NW—SE向挤压，晚白垩世近N—S向伸展，NE—SW向挤压。施炜等[10]、任凤楼等[11]也应用同样的方法反演出胶莱盆地白垩纪古构造应力场演化历史经历了3个伸展阶段和3个挤压反转阶段。由于区域构造应力场的叠加与改造，仅仅依赖断层带内部结构的研究，很难弄清断裂带复杂的演化历史[12]。因此，该文在1∶5万区调的基础上，采用多种确定古构造应力场的方法，对牟即断裂带即墨段白垩纪古构造应力场进行反演，并对其运动学特征进行分析。

1 岩石地层单位

断裂带两侧岩石地层出露齐全，以中生代白垩纪陆相火山—沉积地层为主，记录了3套不同的沉积序列，分别为早白垩世莱阳群、青山群和晚白垩世王氏群。通过化石及同位素测年，确定了主要岩石地层单元时代(图1)。

图1 岩石地层柱状图

在即墨—海阳一带，牟即断裂带将胶莱盆地分割为东西两部分。东侧海阳凹陷主要发育早白垩世莱阳群河湖相沉积，以及少量的早白垩世青山群火山岩系，不发育晚白垩世王氏群。早白垩世莱阳群河湖相沉积受燕山晚期花岗岩体侵入，地层普遍发生角岩化变质。西侧即墨凹陷发育早白垩世莱阳群河湖相沉积、早白垩世青山群火山喷发岩系、晚白垩世王氏群红色河湖相碎屑岩系，以青山群火山岩系最为发育，构成火山喷发活动中心。莱阳群、青山群、王氏群3套地层之间以不整合(多为平行不整合)方式接触，代表胶莱盆地白垩纪整体伸展环境下的3个不同的伸展阶段。因此，根据不整合面，将即墨地区地层(地质体)划分为莱阳群、青山群、王氏群3个构造层，分别对应莱阳期、青山期、王氏期3个构造期。

2 牟即断裂带即墨段特征

牟即断裂带即墨段由海阳断裂、朱吴断裂、郭城断裂3条主干断裂以及一系列次级断裂组成(图2)，总体走向NE 40°左右，倾角较陡。断裂以脆性变形为特征，断层面发育明显的多期擦痕阶步，断层破碎带发育，强弱变形分带明显，断层岩以碎裂岩、构造角砾岩、断层泥、构造透镜体为主，普遍发生矿化蚀变；并发育劈理化带以及大量的脉岩侵入充填(图3)，脉岩有后期的蚀变破碎现象，均说明断裂经历多期活动，并在中生代发生重要的左旋走滑运动[12-14]。伴随着断裂的活动，在断裂两侧形成牵引褶皱等伴随构造。在地貌上则以牟即断裂带为界，表现为东部丘陵区与西部平原区的突变边界带。

图2 牟平-即墨断裂带即墨段地质简图

图3 即墨市温泉镇朱吴断裂地质剖面图

σ1—最大主应力；σ2—中间主应力；σ3—最小主应力；M—轴面；F—断层；J—共轭节理系；T—张节理；S—断层擦痕；α—断裂剪裂角图4 共轭节理系、纵弯褶皱及断层派生构造与主应力轴示意图(据万天丰、汤经武)

3 古应力场分析方法

确定古构造应力场的方法有多种，系统研究断裂带两盘各个构造层中的褶皱形变以及共轭节理系，再配合以断裂带内构造岩与构造形变特征的研究，并结合区域地质发展历史便可弄清该地区以及断裂带的形成演化历史[12]。该文主要通过共轭节理、纵弯褶皱、断层滑动矢量等方法进行古构造应力场的恢复反演。

利用共轭节理系2组剪节理的代表性产状，可确定3个主应力轴产状。共轭节理夹角往往分别为最大主应力(σ1)和最小主应力(σ3)方向所平分，两组节理的交线平行于中间主应力(σ2)方向(图4)。如果岩层没有经历过特别剧烈的动力(塑性)变形作用，根据岩石破裂理论，一般锐角平分线对应最大主应力(σ1)方向，而钝角平分线对应最小主应力(σ3)方向。应用这一原理，根据野外节理发育特点进行分期、配套，分析应力状态，进而可以推测区域构造应力场[15]*佟彦明，胶莱盆地构造演化研究，中国地质大学博士学位论文，2007年。。

纵弯褶皱是在岩层受到顺层挤压力的作用下形成的褶皱[16]，依据纵弯褶皱的两翼产状或轴面与枢纽产状可确定3个主应力轴产状(图4)。因此在褶皱形态简单，轴面几乎直立的情况下，垂直于轴面方向为最大主应力(σ1)方向，褶皱的枢纽相当于中间主应力轴(σ2)，最小主应力轴(σ3)必定包含在轴面内，并与枢纽相垂直[17]。

断层滑动矢量反演是通过野外定点观察，测量不同时代地层或岩体中的断层面和断层滑动矢量，利用各种滑动构造标志判断断层运动方向，利用计算机反演程序计算各观测点三轴主应力方向[11]。其中断层面擦痕与σ2垂直，为断层面与包含σ1，σ3的平面交线(图3)[18]。

4 牟即断裂带古构造应力反演

在1∶5万区域地质调查研究的基础上，系统对比各构造层的特征，通过上述方法进行古构造应力场的恢复反演。

2.3 运行人员操作程序不规范，未拉开电压互感器高压侧刀闸，电压互感器直接向空母线送电，引起电压互感器铁磁谐振。

4.1 纵弯褶皱

纵弯褶皱的发育可以为确定区域应力场的特征及时间演化提供直接的证据。研究区纵弯褶皱并不发育，并且普遍受断层切割破坏，但仍可进行复原并加以利用。

在青岛青山一带，莱阳群构造层受挤压应力影响，形成轴迹60°～76°展布的纵弯褶皱，西端被中生代中粗粒花岗岩侵入，侵入接触面与褶皱的轴迹近于直交(图5)，说明褶皱形成于中粗粒花岗岩侵位之前，而中粗粒花岗岩的侵位时间与青山群火山岩喷发时间相近，说明该期褶皱的形成是在青山群火山喷发之前近NNW—SSE向挤压应力的产物。

在莱阳、万第一带发育向斜构造，呈NE向展布，位于桃村断裂和郭城断裂带之间，核部地层为青山群，两翼由莱阳群组成，为对称型的宽缓向斜构造，轴面直立，轴向NE 40°左右(图6a)。而在上覆王氏群中不发育，说明青山群喷发形成之后，褶皱是在受NW—SE向挤压应力作用形成。

在即墨普东、马山一带发育轴迹走向NW，轴面近于直立的向斜构造，由核部的王氏群和翼部的青山群、莱阳群组成，轴面产状33°∠87°，枢纽走向303°(图6b)。说明白垩世王氏群沉积之后，即墨地区受NE—SW向的挤压应力作用。根据纵弯褶皱所反映的应力场特征可以看出，在不同构造期末都发生了具有特定方向的构造挤压反转。

4.2 共轭节理系

依据共轭节理的研究方法和步骤[15]，对即墨地区的节理进行观察、测量、统计分析，在分期配套的基础上得出王氏期、青山期、莱阳期3期共轭节理系及主压应力优势产状(表1)，王氏期构造应力场最大主压应力(σ1)为NE—SW向，青山期构造应力场最大主压应力(σ1)为NW—SE向，莱阳期构造应力场最大主压应力(σ1)为NNW—SSE向。反映即墨地区共轭剪节理的形成受控于倾伏角不大的区域构造压性应力的作用，同时青山期构造演化对莱阳期构造有一定的继承性和逆时针旋转。

图5 青山北褶皱地质剖面图

(a.莱阳-万第向斜构造；b.普东-马山向斜构造)图6 褶皱构造解析

4.3 断层滑动矢量

对莱阳群、青山群、王氏群3个构造层进行详细的断层测量和运动学分析，野外断层滑动矢量测量和反演揭示了白垩纪时期，牟即断裂带即墨段所记录的构造应力场演化历史为3次伸展应力事件和3次挤压应力事件。

3次伸展应力事件分别为NEE—SWW向、NWW—SEE向、近E—W向，3次挤压应力事件分别为NNW—SSE向、NW—SE和NE—SW向(图7)，这与共轭节理系及纵弯褶皱所反演的挤压应力场是一致的。NEE—SWW向伸展作用发生在莱阳群沉积时期，NWW—SEE向伸展作用发生在青山群火山喷发时期、近E—W向伸展作用发生在王氏群沉积时期。NNW—SSE向挤压应力作用记录在莱阳群地层中，而NW—SE向挤压应力作用记录在莱阳群和青山群地层中，NE—SW向挤压应力作用不仅在莱阳群和青山群中有记录，同时也影响到了王氏群地层。根据断层滑动矢量叠加关系，结合沉积充填序列推断，NNW—SSE向挤压作用发生在莱阳群沉积之后，青山群沉积之前；NW—SE向挤压应力作用发生在青山群沉积之后，王氏群沉积之前；NE—SW向挤压应力作用发生在王氏群沉积之后。

小箭头表示断层面上滑动矢量；实心大箭头指示挤压方向；空心大箭头指示伸展方向；实心三角表示最大主应力轴(σ1)；空心三角表示最小主应力轴(σ3)；赤平投影下方为地层，其中K1L,K1Q,K2W分别对应早白垩世莱阳群、青山群和晚白垩世王氏群；赤平投影采用等面积下半球投影图7 牟即断裂带断层滑动矢量及挤压(左)和伸展(右)构造应力场反演

上述古应力分析结果显示，牟即断裂带即墨段白垩纪时期整体处于伸展应力作用之下，控制了凹陷的伸展以及莱阳群沉积、青山群火山喷发活动、王氏群沉积。虽然经历了不同构造期末的不同方向的挤压构造反转，但整体上以伸展为主，这从莱阳群、青山群与王氏群之间的角度不整合可以反映，三者之间的不整合面上下地层之间，仅表现为轻微的角度变化，局部甚至并无明显差别。

5 牟即断裂带白垩纪演化历史

根据断裂带两盘各个构造层中的褶皱形变、共轭节理系，以及野外观察点断层滑动矢量的测量和构造应力场反演，可以看出牟即断裂带即墨段在白垩纪时期经历了多期不同性质和不同方向的构造应力作用，断层运动性质也发生相应变化，但总体以伸展为主，并与急剧的挤压作用交替进行。

(1)早白垩世莱阳期近NEE—SWW向伸展，在该期应力场的作用下，牟即断裂带呈现张性活动。在伸展环境下，地震频发，在莱阳群水南组地层中普遍发育震积岩。

在莱阳群沉积之后、青山群沉积之前，在NNW—SSE向挤压应力作用下，牟即断裂带表现为左行压扭性活动。同时在莱阳群地层中形成轴迹走向NEE的褶皱变形及一组走向40°～310°方向的共轭节理组。

(2)早白垩世青山期近NWW—SEE向伸展，牟即断裂带以张性活动为主，大量的青山群火山岩沿牟即断裂带以裂隙式—中心式喷发，以及酸性侵入岩及中基性脉岩侵入。

青山群火山岩喷发之后，早白垩世末期NE—SE向挤压应力作用下，牟即断裂带再次呈现左行压扭性活动，但以压性为主，野外观测断层主要表现为这一期运动特征。这次挤压事件使东部的海阳凹陷整体抬升并遭受剥蚀，形成轴迹走向与牟即断裂带近于平行的褶皱变形，并使西部的即墨凹陷的沉积中心向西偏移。

(3)晚白垩世王氏期近E—W向伸展，牟即断裂带表现为张性活动，两侧地层中同沉积正断层发育。这与张岳桥等[6]分析的近S—N向伸展不同。由于胶莱盆地在3个地质时期的裂陷原型都可能受控于平面双轴拉张伸展作用*佟彦明，胶莱盆地构造演化研究，中国地质大学博士学位论文，2007年。，虽然整体上王氏期以近S—N向伸展最为显著，但在盆地边界、牟即断裂带内部及其两侧，与胶莱盆地第一主张应力近于垂直的E—W方向上的伸展应力应表现得相对显著。

晚白垩世沉积结束，在NE—SW向挤压应力作用下，牟即断裂带发生右行压扭性活动。盆地收缩变形结束沉积，并形成以王氏群为核部的轴迹走向NW的向斜构造。

6 构造应力场演化机制分析

中生代燕山运动是在稳定克拉通基础上发生的，断块的差异升降及边界活动，盆地的构造演化都必然与地壳乃至岩石圈深部的动力学背景密切相关[20]。相反，克拉通的破坏与岩石圈减薄等深部动力学的结果必然有其浅部响应[21]。大量研究表明，华北克拉通东部岩石圈地幔在中生代曾发生过大规模的减薄，并且主要发生在早白垩世[22-25]。从动力学系统来看，燕山期岩石圈减薄作用是在总体挤压造山的背景下发生的减薄作用，伴随陆壳的加厚作用与随后的岩石圈伸展减薄作用[26]。牟即断裂带的构造演化历史必然受这一深部机理及动力学背景制约。同时，与周边板块尤其是东部太平洋板块的运动方向和方式有着密切关系[27]。

因此，研究区早白垩世的伸展构造与岩石圈的减薄作用关系密切，在华北克拉通南缘碰撞造山作用造成的加厚地壳发生伸展垮塌(莱阳期)以及随后的岩浆活动(青山期)。而伸展之后的2次构造反转挤压事件，可能与伊泽纳崎板块脉动式向欧亚板块俯冲有关。晚白垩世(王氏期)的伸展构造可能仍在受岩石圈减薄作用的影响，而晚白垩世沉积结束，受伊泽纳崎板块倾末于日本岛弧之下，太平洋板块俯冲方向的转变，更多的受特提斯构造域印度板块与欧亚板块碰撞产生的远程效应的影响而产生挤压应力。

7 结论

通过共轭节理系、纵弯褶皱、断层滑动矢量分析对古构造应力场反演，牟即断裂带即墨段白垩纪时期经历了3次伸展和3次挤压事件，但整体处于伸展应力作用之下。3次伸展应力事件分别为NEE—SWW向、NWW—SEE向、近E—W向，牟即断裂带表现为张性活动；3次挤压应力事件分别为NNW—SSE向、NW—SE和NE—SW向，牟即断裂带表现为左行压扭性活动、以压性为主的左行活动以及右行压扭性活动。总体上表现为具有以伸展为主，并与急剧的挤压作用交替进行的燕山运动构造演化特征。牟即断裂带古应力场的演化特征所反映的伸展应力与岩石圈的减薄作用关系密切，挤压应力场特征则与周边板块尤其是东部太平洋板块的运动方向和方式有着密切关系。

[1] 山东省地质矿产局.山东省区域地质志[M].北京：地质出版社，1991：475-476.

[2] 王来明，宋明春，王沛成，等.苏鲁超高压变质带的结构与演化[M].北京：地质出版社，2005：1-100.

[3] 薛怀民，刘福来，许志琴.苏鲁超高压变质带西北缘五莲断裂外侧浅变质花岗片麻岩的地球化学特征及原岩成因研究[J].中国地质，2005，32(2)：249-258.

[4] 李洪奎，杨永波，耿科，等.山东重大基础地质问题研究进展[J].岩石学报，2013，29(2)：594-606.

[5] 戴俊生，陆克政，宋全友，等.胶莱盆地的运动学特征[J].石油大学学报(自然科学版)，1995，19(2)：1-6.

[6] 张岳桥，李金良，张田，等.胶东半岛牟平-即墨断裂带晚中生代运动学转换历史[J].地质论评，2007，53(3)：289-301.

[7] 唐华风，程日辉，白云风，等.胶莱盆地构造演化规律[J].世界地质，2003，22(3)：246-251.

[8] 翟慎德.胶莱盆地莱阳凹陷构造特征及演化[J].石油实验地质，2003，25(2)：137-142.

[9] 张岳桥，李金良，张田，等.胶莱盆地及其邻区白垩纪—古新世沉积构造演化历史及其区域动力学意义[J].地质学报，2008,82(9)：1229-1257.

[10] 施炜，张岳桥，董树文，等.山东胶莱盆地构造变形及形成演化——以王氏群和大盛群变形分析为例[J].地质通报，2003，22(5)：325-334.

[11] 任凤楼，张岳桥，邱连贵，等.胶莱盆地白垩纪构造应力场与转换机制[J].大地构造与成矿学，2007，31(2)：157-167.

[12] 万天丰.郯庐断裂带的演化与古应力场[J].地球科学——中国地质大学学报，1995，20(5)：526-534.

[13] 朱学强，杨仕鹏，任天龙.即墨地区莱阳群底部止凤庄组地质特征及其碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄地质意义[J].山东国土资源，2016，32(2)：1-7.

[14] Cui Kerui, Shi Yangshen. Offset of rock bodies on the both sides of Muping—Qingdao fault zone in eastern Shandong, China[J]. Journal of Nanjing University (Natural Science edition), 1994, 30(4):648-661.

[15] 蔡汝青.共轭节理研究及区调中的应用——以江西省赣南地区1∶5万青塘幅为例[J].江西地质，1999，13(4)：247-254.

[16] 朱志澄，宋鸿林.构造地质学[M].武汉：中国地质大学出版社，1990：1-50.

[17] 万天丰.古构造应力场[M].北京：地质出版社，1988：1-50.

[18] 汤经武，杨学敏.利用派生小构造恢复断层应力场——微型机在构造地质研究中的应用之五[J].成都地质学院学报，1986，13(1)：95-102.

[19] 聂宗笙.华北地区的燕山运动[J].地质科学，1985，10(4)：320-333.

[20] 邵济安，何国琦，张履桥.燕山陆内造山作用的深部制约因素[J].地学前缘，2005，12(3)：137-148.

[21] 朱光，胡召齐，陈印，等.华北克拉通东部早白垩世伸展盆地的发育过程及其对克拉通破坏的指示[J].地质通报，2008，27(10)：1594-1604.

[22] 翟明国，樊祺诚，张宏福，等.华北东部岩石圈减薄中的下地壳过程：岩浆底侵、置换与拆沉作用[J].岩石学报，2005，21(6)：1509-1526.

[23] 路凤香，郑建平，邵济安，等.华北东部中生代晚期-新生代软流圈上涌与岩石圈减薄[J].地学前缘，2006，13(2)：86-92.

[24] 匡永生，庞崇进，洪陆兵，等.胶莱盆地晚白垩世玄武岩的年代学和地球化学特征及其对华北岩石圈减薄—增生的制约[J].大地构造与成矿学，2012，36(4)：559-571.

[25] 吴福元，葛文春，孙德有，等.中国东部岩石圈渐薄研究中的几个问题[J].地学前缘，2003，10(3)：51-60.

[26] 邓晋福，赵国春，苏尚国，等.地球史中的构造活动论和发展阶段论[J].地学前缘，2006，13(6)：14-21.

[27] 环文林，时振梁，鄢家全.中国东部及邻区中新生代构造演化与太平洋板块运动[J].地质科学，1982，(2)：179-190.

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；编辑曹丽丽

1∶5万店集、王村、即墨、鳌山卫、崔格庄幅区域地质调查(编号1212011120749)；山东省地质勘查项目11∶5万夏格庄、灵山幅区域地质调查(鲁勘字[2015]1号)

朱学强(1983—)，男，吉林农安人，工程师，主要从事区域地质调查研究工作；E-mail：zxqiang2012@163.com

朱学强，杨仕鹏，任天龙，等.牟平-即墨断裂带即墨段白垩纪古构造应力场特征[J].山东国土资源，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.