苏北－南黄海盆地地震构造基本特征

2013-11-27张月辉

华北地震科学 2013年1期

郭斌，王斌，张月辉

（1.盐城市地震局，江苏盐城 224001；2.盐城地震台，江苏盐城 224005）

0 引言

苏北－南黄海盆地位于江苏省及以东的黄海海域，是我国东部沿海地震多发地带，历来被确定为地震重点监视区域。区域内主要构造体系为NE 和NW 向，前人在进行区域地震研究过程中多关注NE向构造，而长期忽视了NW 向构造体系与强震之间的关系［1］。李祖武［2］首先关注了中国东部的NW 向构造系与地震活动的关系，冯希杰［3］、徐杰［1］等对中国东部北西向断裂带进行了探讨，认为中国东部的NE、NW 向共同组成的共轭断裂对强震的发生起着控制作用，胡连英等通过对江苏地区地震活动图像的研究，提出NW 向断裂较新，可能由于其是NE向断裂的配套断裂，具有活动性强、中强地震活动频率高等特点［4］。本文在前人研究基础上，综合整理、分析区域构造与演化，探讨区域内NW向构造的形成与演化特征，以期起到抛砖引玉作用，为区域地震研究奠定地质学基础。

1 研究区范围与构造属性

研究区位于下扬子地块（图1），北部以千里岩隆起北断裂为界，以北为华北地块东南部，其基底为固化程度较高的太古宙结晶基底［5］，主要由太古界泰山群、太古界－下元古界胶东群为主的区域中深变质岩系组成，受不同程度的混合岩化作用［6］。千里岩隆起以南的下扬子地块为相对软弱的元古宙变质基底［5］，由中元古界的海州群、张八岭群浅变质岩组成［6］。区域重力资料研究表明，千里岩隆起北部的连云港－千里岩断裂和南部的嘉山－响水断裂（图1）均表现为重力异常密集的梯度带，前者长度约200km，切割深度浅，后者长度约400km，为切割地壳的深大断裂，两者向东均终止于其西部的SN 向重力梯度带［7］。

图1 苏北－南黄海盆地及其周边主要构造单元（据吴根耀2003，叶舟2006修改）

西部构造边界为著名的NNE 向郯庐断裂带，该断裂曾发生过大规模水平位移，平均幅度约500 km［8］，长期以来认为苏鲁造山带是秦岭造山带的东延，只是被后期郯庐断裂的左行走滑活动错开，并认为下扬子地区是扬子克拉通的一部分，最近的研究对这一认识提出了质疑［9］，樊金涛提出下扬子地区中元古代从中朝构造域裂离后归入华南构造域，与胶辽地区间隔以苏鲁洋，而后郯庐断裂则可能是苏鲁洋和秦岭大别洋之间的转换断层［10］。陈学方通过对震旦纪－早古生代区域的沉积建造与变形特征的分析认为下扬子与扬子地块存在差异，可能两者间隔以海槽，下扬子地区石炭纪－二叠纪末沉积物中的C、O 同位素表明它受到冈瓦纳大陆冰川活动的影响，推测下扬子地块可能为古特提斯洋域中的一个独立地块［11］。刘志丽通过对中三叠世南方沉积古地理的分异表明下扬子与上扬子沉积区是两个不关联的沉积古地理体系［12］。邓晋福指出晚侏罗世－早白垩世苏皖地区强烈的火成岩为安第斯式的大陆边缘弧环境［13］。已有研究同时也表明，下扬子地块在古纬度、火山岩和花岗岩的时空发育、区域成矿、沉积建造和构造变形等方面具有独立性，与扬子地块有显著差异［14］。以上论述表明下扬子地块不同于扬子克拉通，具有独特的构造演化史。

下扬子地块的东部边界，涉及到朝鲜半岛在大地构造上的归属问题，一般认为下扬子地块东延至朝鲜东部南北断裂，与日本弧后海盆毗邻。研究表明，朝鲜半岛临津江以南的京畿地块具有典型的中朝板块结晶基底、下古生界沉积岩系及中奥陶统与石炭系之间存在假整合地层接触关系，朝鲜半岛太白盆地沉积地层可与华北地区沉积层序相对应［15］。地球物理场资料分析结果显示，黄海海域125°E 附近为布格重力异常变异带，其以西海区，异常密集，以东则以宽缓正异常为特点。异常带北起自西朝鲜湾，南达33°N 附近，全长约600km，该异常带在38°N的速度成像剖面上表现为124°E 附近的高速与低速分界线西倾，深度达到96km，表明在该SN向异常区存在的断裂带为一区域性切割壳层的深断裂，且在局部表现出走滑特征，同时，地球物理资料表明，南黄海中一系列NE、NEE向断裂均没有穿过该断裂［7］。根据以上地质及地球物理分析，推测朝鲜半岛西缘的SN 向断裂带为中朝与下扬子块体的结合带。

下扬子地块与其南部的华南褶皱系的怀玉造山带毗邻，常佛印等认为下扬子地块的南界断裂为怀玉造山带北断裂，由江南－周王断裂、苏州－昆山断裂等一系列NE 向断裂组成，称之为江南断裂［16］。HQ－13大剖面显示下扬子地块向南俯冲并下插到怀玉造山带之下［17］，是一条北北东向断裂错移和复杂化的构造岩浆带，其两侧的燕山期花岗岩区别明显。下扬子地块在海域的南边界目前存在争议，其边界结合带不甚确定［18］，郝天珧等通过对区域重磁数据分析，认为在杭州湾至对马海峡一带存在明显构造分界线，即江绍断裂在海域的延伸部分，应为华南与下扬子板块在海域的边界结合带［7］，此划分可以作为参考。

以上分析表明，下扬子地块具有构造演化的独立性，以周边的4个深断裂带为界，呈现菱形展布。苏北－南黄海盆地位于下扬子的主体区域（图1），其东、西、北边界与与下扬子地块相同，南部边界位于下扬子地块中部的对冲构造，北部近EW 向拼茶河断裂。

2 基本构造格架

2.1 深部构造特征

深部构造是浅部中、新生代构造形成的基础，两者间有一定的成因联系［19］。苏北－南黄海地区的莫霍面（图2）形态为一近东西走向且与上部中、新生代断陷盆地呈同相关系的负向构造［20］，最深处为东台南约35km，最浅处在八滩附近约28km。黄海区域的地壳平均厚度29km，仍显示为陆壳性质，区域莫霍面等值线表现为小型圈闭特点，呈串珠状沿NE向分布，横向（NS向）变化较大。莫霍面深度等值线的梯度带或转折处往往有断裂通过，江阴－响水断裂和苏北滨海断裂尤为突出。

图2 莫霍面深度图（据郝天珧2004修改）

2.2 构造格架

苏北－南黄海盆地受印支－燕山期的逆冲推覆和新生代的伸展断陷、坳陷构造的叠加控制，根据盆地形成的地球动力学背景以及盆地沉积的发育，苏北盆地从北至南划分为两坳一隆（盐阜坳陷、建湖隆起、东台坳陷），南黄海盆地从北至南划分为5个构造单元（千里岩隆起、北部坳陷、中部隆起、南部坳陷、勿南沙隆起）（图3）［21］。盆地总体以NE 向构造为主，NW 向构造次之，前者为控制盆地走向的主要断层和凹陷，后者为错断NE 断层的新生断裂和凹陷中隔及断鼻构造，如洪泽凹陷中NW 向中隔将该凹陷分为馆镇和顺和2 个次凹，高邮凹陷中有NNW 向的车逻鞍槽，金湖凹陷发育4～5条NNW向断鼻带，高邮深凹中2条NW 向中隔将其分为邵伯、樊川、刘五舍3个次凹，这些NW 向构造起因于右行扭动应力场［5］，表明新生代以来NW 向构造对NE向构造体产生强烈改造作用。

图3 苏北－南黄海构造单元区划略图（据刘玉瑞，2010 修改）

苏北－南黄海盆地下古生界构造以宽缓褶皱为主，岩层产状较为平缓，上古生界存在复杂的逆冲推覆构造体系，形成逆冲推覆构造带，发生地层倒转，逆冲带以薄皮滑脱为主［21］（图4）。受晚燕山期仪征运动及喜山运动影响，晚中生界至更新统普遍发育以箕状断陷、坳陷为代表的伸展构造（图5），其上覆盖新近系以来产状平缓、未变形或变形轻微的稳定沉积层［22］。

图4 南黄海北部坳陷L612测震剖面中滑脱逆冲构造（据李楠，2010）

图5 盐城凹陷地震资料解释剖面中箕状断陷构造（据陈安定，2010）

如图6、图7 所示，在区域构造剖面上，苏北盆地总体呈现南断北超，并以位于通杨隆起北部的印支－燕山期在南京－海安一带形成的对冲轴为界［20］，呈对称结构，苏南地区表现为北断南超。南黄海地区则以中部隆起为轴，北部盆地为北断南超，南部盆地为南断北超的箕状构造。反映了印支－燕山期区域构造应力场的一致性和局部应力场的差异性。

图6 苏北盆地区域构造剖面示意图（据陈安定，2010）

图7 南黄海盆地区域构造剖面示意图（据陶瑞明等，1987）

3 构造演化

苏北及南黄海盆地是由多期、多类盆地叠加的复合残留盆地，地质概况基本相似，成因演化近同［21］。自下元古界下扬子地块形成后，加里东运动使得下扬子与华南板块逐渐碰撞拼合，形成统一的南方古陆，海西运动以震荡为主，进入陆表海阶段，印支－早燕山期下扬子与华北块体碰撞，形成一系列逆冲推覆构造，造成三叠纪－早侏罗系海相地层强烈改变，燕山中晚期区域构造应力环境由挤压转为剪切张拉，喜山运动后，本区进入广泛的拉张断陷、坳陷阶段［21］（表1）。由于本文主要讨论与地震相关构造，因此，以下着重讨论对区域新构造有重要影响的特征性事件。

3.1 对冲构造与构造反转

印支早期，受特提斯洋闭合的影响，下扬子地块整体抬升，由海相沉积过渡到陆相沉积［23］。印支末期－早燕山期下扬子地块与华北地块发生强烈碰撞，下扬子地块向华北地块俯冲，产生由北北西向南南东推覆的前陆褶皱冲断带，并沿郯庐一线发生斜向碰撞，形成大别山－张八岭－苏鲁造山带及沿该带的超高压变质带。受其影响，在造山带南缘的苏北－南黄海盆地北部因地壳均衡调整而下陷出现中生代前陆盆地，并发育一套类磨拉石沉积（象山组）［24］，南黄海盆地南部表现为断陷特征。与此同时，下扬子地块南部地区在继承加里东运动块体拼合的基础上，受到来自华南地块的挤压产生板内造山，形成一套由南东向北西推覆的褶皱冲断带，从而形成了位于南京－海安一线的对冲构造带［20］（图8）。庄建建等对下扬子区印支－燕山期的构造应力进行模拟实验表明，印支－早燕山期下扬子地块呈现由南北向中东部运动的趋势，位移速率约50 mm／a［25］，G78苏州－连云港地震剖面的综合解释也完整地反映了下扬子区古、中生界的对冲构造［26>］。

图8 下扬子区对冲体系模式图（据杨盛良，1997）

晚白垩世，受太平洋板块斜向俯冲形成的张裂构造的影响，区域应力进入拉张环境［17］，始新世以来，又受到印度板块、太平洋－菲律宾板块指向NE和NW 的交替挤压，在燕山早、中期逆冲推覆的基础上，指向NE 的侧压力在遇到早期逆断层时主要转化为NW 向张应力的正断层（图9），从而产生在同一方向（NW）上张－压交替的力学环境，形成基底拱升式断－坳结合型箕状盆地，其结构、规模和区域展布受逆冲推覆体的控制［5］，箕状断陷的长轴方向与逆掩褶皱轴同向，箕状断陷深凹陷一侧的断阶构造带往往十分发育，主要由2～3条主干同生断裂控制，另一侧的斜坡带上常出现明显的沉积超覆，发育小型的反向断裂并构筑众多的断块构造［17］，下扬子对冲构造带随着区域伸展作用的改造，逐渐解体［20］。

图9 东台坳陷负反转构造样式（line511测线三维地震剖面）

3.2 地形巨变

早白垩纪，在太平洋板块挤压作用下，郯庐断裂左旋走滑［27］，推覆构造进一步发育，构造盆地形成，沉降中心与周边山地形成强烈的地势差异，山盆地貌形成。根据苏北－南黄海盆地及邻区的中生代地层分析显示，区域内中生代地层具有东部沉积薄、西部沉积厚，东部沉积环境以氧化为主、岩石发红，西部以还原环境为主，岩石发暗，东部以火山岩类岩相为主，西部以碎屑岩为主［28］。反映了中生代晚期区域盆地地形变化形势为东高西低，和现在的地势相反。根据石油地质钻井浦口组厚度变化特征，苏北中生代陆相碎屑沉积包含若干个沉积中心，沉积中心底部砾岩厚度普遍较大，四周渐薄，区内浦口组的沉积厚度从630 m 到2 700 m，反映了沉积初期古地形起伏较大，属于山、盆相间的地貌地形。

晚白垩纪到早第三纪，区域应力状态转变为拉张，发育箕状断陷盆地，在拉张作用下有多次玄武岩喷发活动，箕状断陷中心沉积厚度大，缓坡突起部位受外力剥蚀作用强烈［5］，早第三纪晚期苏北盆地火山活动加强，规模不大，晚渐新世存在沉积间断（表1），表明在长期夷平的作用下，外力剥蚀作用加强，地势差异降低（图10）。陈安定研究发现，盐城真武事件相对剥蚀量为0～1 362m，三垛事件相对剥蚀量为0～480m，在白驹凹陷，真武事件和三垛事件相对剥蚀量最大分别达到1 362 m 和超过596 m［5］，表明早第三纪区域夷平作用十分明显。箕状凹陷斜坡部位戴南组和三垛组削平现象十分明显（图11），盆岭地貌被夷平［14］。晚第三纪在构造坳陷的背景下，后期沉积具有广泛的超覆特点，不再明显地反映盆地的沉积特点。苏北平原晚第三系盐城组中新统顶部发育厚度为40～80 m 的红色泥岩，在凹陷中心厚度达到400m，盐城组上段主要为粉砂质泥岩，地层厚度从西往东逐渐加厚［29］，说明晚第三纪末苏北平原地区地势已经从中生代的东高西低演化为西高东低。第四纪以来，盆地持续沉降，地势差异逐渐接近现代。

图10 苏北盆地中、新生代地形变化过程（张克振等，2002）

图11 G78线地震剖面揭示的三垛事件（江苏油田，2005）

3.3 断裂系统的新生性与继承性

印支－早燕山期下扬子地块与华北地块、华南地块发生板间和板内碰撞，苏北－南黄海地区地层受到NW、SE方向挤压应力的强烈改造，产生走向NE、NEE的大型逆冲推覆构造体和逆冲断层，地震资料显示，一些主要的断裂均下切至古生界［5］。晚白垩纪，区域应力转变为拉张，区域内主要断裂在原有逆冲断层的基础上反转为负向正断层，同时，受重力滑塌作用产生了一系列与主断裂走向相同的次生正断层（图9）。

古近纪中晚期印度板块与欧亚板块碰撞后继续向北推移，青藏高原不断的隆升、挤压缩短并向东挤压逃逸。我国东部地区古近纪中、晚期（48～30 Ma）菲律宾板块和太平洋板块移动方向一致，均为NWW 向，新近纪早期（22～5 Ma）菲律宾板块运动转向，沿琉球海沟向NNW 俯冲，菲律宾板块与中国大陆东部地区碰撞推挤，产生NW 向挤压作用［1］。下扬子地区在新生代以来处于两侧受压的构造环境，构造应力场逐渐由NNW－SSE 方向挤压转变为NEE挤压构造应力场［30］。在此应力场下，形成与先存NE、NNE 向断裂相垂直的NW、NNW 向压性结构面为主的新断裂系统，从而形成NW－NE 共轭剪切系统［3］，NE 向断裂性质为左旋走滑正断裂，NW 断裂系统为右旋走滑断裂（图12）。

卫星图像增强处理发现区域内NE向断裂图像清晰直观，纵贯全区，NW 向断裂主要表现为线性色彩和不同色调界限，连续性较差，多切割其它方向断裂［31］。苏北的金湖－高邮－无锡连线，磁航异常在西部杂乱，东部平静；重力布格图上北西向断裂表现为异常线的扭曲、错动和异常的终极处等特征［30］；地震测线剖面上建湖古生界有明显古生界NW 向断裂存在，在第三系内NW 向断裂清晰，并与NE向断裂组成断块［32］。另外，在苏南地区的溧水爱景山、无锡嵩山、宜兴太阳山、常熟虞山、太湖的西山和东山、苏州西华和弹山等地，均存在NW 向断裂与褶皱，走向30°～50°NW，且见于花岗岩内的NW 向断裂又切割新华夏系［2］。苏北坳陷内大量的石油勘探资料揭示三垛组和阜宁组地层中发育有NW 向褶皱和压性断裂，比如伍家垛构造带、草舍构造、闵桥塔集构造带、马坝张公铺构造带以及雁红山、焦山一带的许多NW 向压性小断层，这些断层常追踪底部大义山式断裂而延伸［32］。

总体上，北东向断裂主要是在先存断裂的基础上继承发展的，规模较大，连续性好；北西向断裂系统是晚第三纪以来形成的新生断裂，以走滑为主，常切割NE、NNE 等其它方向断裂与构造体，整体上连续性比较差，但集中成带特点明显，而且具有近似的等距性（图13）。

4 主要结论与认识

本文对研究区所在下扬子地块边界范围和构造属性进行了分析，指出下扬子地块的构造与演化具有其独立性，可独立作为地震活动性参数的统计单元。区域构造格架的论述明确了区域构造性质与特征，是进行区域地震构造分析的基础。对区域构造演化着重强调了对冲构造与构造反转的形成与发展、中－新生代以来地形地貌的巨变以及区域断裂系统的继承性和新生性。

综合区域构造与演化特征分析认为，区域内NW 向构造具有新生性，且其形成时代一般较晚，对区域新生代以来构造与沉积具有改造与控制性作用，尽管NW 向构造其规模较NE 向小，但其大范围的不连续性和成带性，表明NW 向构造处于新生构造的初期演化阶段，根据发震构造与地震活动性之间的关系，未来对区域内NW 向构造应予以重点关注。

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