沁水盆地郑庄区块构造特征与演化研究

陈黎明

(山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011)

沁水盆地郑庄区块构造特征与演化研究

陈黎明*

(山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011)

基于沁水盆地区域构造发育特征，以郑庄区块为构造演化研究对象，研究了自二叠纪煤系形成以来该区域构造演化应力场及变形特征，分析了研究区构造发育规律。研究表明：郑庄地区主要经历了印支期、燕山期、喜马拉雅早期和喜马拉雅晚期—现代4个期次的构造应力场演化。在构造发育受诸多因素的控制下，研究区的构造发育程度明显存在不均一性，根据构造分形研究揭示，平面上构造分维数随距离寺头断层的远近而呈现明显的增减，分维值大的区域，其构造发育程度也将增高。

沁水盆地；郑庄；构造应力

1 沁水盆地区域构造特征

沁水盆地为中朝准地台（亦称华北地台）山西隆起上的一个中生代以来形成的构造型复式盆地。沁水盆地现今整体构造形态为一近NE－NNE向的大型复式向斜，轴线大致位于榆社—沁县—沁水一线，东西两翼基本对称，倾角4°左右，次级褶皱发育。在北部和南部斜坡仰起端，以SW向和NE向褶皱为主，局部为近EW向和弧形走向的褶皱。断裂以NE、NNE、NEE向高角度正断层为主，主要分布于盆地的西部、西北部以及东南缘（图1）。

盆地的不同部位具有不同的构造特点。总体来看，西部以中生代褶曲和新生代正断层相叠加为特征，东北部和南部以中生代的EW向、NE向褶皱为主，盆地中部NNE-NE向褶皱发育。断层主要发育于盆地东、西部边缘，在盆地中部有一组近EW向正断层，即双头—襄垣断裂构造带。

图1 沁水盆地南部构造纲要图

2 郑庄区块构造变形特征

沁水盆地南部郑庄区块位于沁水盆地南部晋城地区，主体部分位于山西省沁水县境内，以寺头断层为界，西侧为郑庄区块。沁水盆地南部构造处于沁水盆地南部晋城马蹄形斜坡带，东为太行山复式背斜隆起，南为中条山隆起，西为霍山凸起，北部与盆地腹部相接。

郑庄区块，地层宽缓，地层倾角平均只有4°左右，低缓、平行褶皱普遍发育，呈近南北和北北东向，褶皱的幅度相对较小，背斜幅度一般小于50m，延伸长度在5～10km，呈典型的长轴线性褶皱；断层相对不发育，断距大于20m的断层仅在西南部分布，主要有寺头断层、后城腰断层以及与之伴生的断层，呈一组北东向—东西向正断层组成的弧形断裂带（表1），区内无岩浆活动，但发育有一定数量的陷落柱。

区内主要构造形态（断层走向与褶曲轴向）呈NNE向展布，但次一级褶曲构造发育，方向多变，明显表现了多期构造作用的产物，而断层构造则不发育。

表1 郑庄区块主要断层统计简表

2.1 褶皱构造

郑庄区块属于暴露与半暴露区，岩石地面露头良好，在广泛收集区域资料的基础上，对野外进行了现场考察，对褶曲进行了较详细的实地调查与研究，基本控制了全区的褶曲发育迹线。

郑庄区块的褶曲构造发育，至少有25个，但其发育的规律性比较明显，背、向斜轴延伸规律性强，主要集中在NNE-NE，统计对比结果表明，褶曲轴向集中在30°～74°。主要发育两翼倾角较缓的宽缓褶曲。

2.2 断裂构造

断裂构造在研究区并不十分发育，多为正断层，断层的规模相对较小。野外调研中，发现2条小型正断层，一条位于郑庄镇西北侧，发育于刘家沟组（T1l）地层中，断层产状分别为：115°∠54°，断距为H=1.2m；另一条位于郑庄镇西石千峰组（P2sh）地层中，产状为：325°∠55°，断距为H=2m，两条断层均发育在石千峰组的砂泥岩互层中。

寺头断层是郑庄区块的主要断层，也是区内最大的断层构造。地表有多处出露，表现为正断层，断层断在刘家沟组的上石盒子组、下石盒子组中,断层带宽约3 m，总体呈NNE向延伸,平面上呈舒缓状，断层产状为110°∠40°。

2.3 构造发育程度

由于构造发育受诸多因素的控制，导致研究区的构造发育程度明显存在不均一性，对郑庄区块的构造分形研究揭示，平面上构造分维数随距离寺头断层的远近而呈现明显的增减，最低值出现在区块的西边界，其分维值仅为0.45，反映出该区域构造发育较为简单，断裂不发育；而随着靠近寺头断层，分维值则逐渐增大，最高可达1.35，说明受寺头断层影响，接近大断层带节理也越发育。最大值出现在寺头断层与后城腰断层的相交处；局部受小断层发育的影响，其分维值也有随之增大趋势，但总体上不破坏整个区块内部向NW方向分维值递减的趋势，由图中数据结合地震解释资料及野外实测值综合分析比对表明，分维值的展布与实际情况非常吻合，因此，分维值大的区域，其构造发育程度也将增高，发育可能有断层等构造的可能性也增大。

3 构造应力场演化

自石炭二叠系煤系形成以来，沁水盆地南部经历了多期构造运动，先后经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动，每次构造运动都相应地产生了一系列的地质构造，现存的地质构造形态、组合形式及分布规律都是各期构造作用的叠加。与之相对应，沁水盆地南部晋城地区（包括研究区在内）构造应力场可以分为4个时期：第一期，印支期构造应力场；第二期，燕山期构造应力场；第三期，喜马拉雅早期构造应力场；第四期，喜马拉雅晚期—现代构造应力场（表2）。

表2 晋城地区中生代以来构造应力场演化及主应力特征

（1）印支期构造应力场。印支运动从中三叠世之后开始影响沁水盆地，并且主要活动期为晚三叠世末。沁水盆地主体遭受近南北向的挤压应力场，在该期主体构造应力场的影响下，沁水盆地南部阳城断隆带上形成了近东西向的褶皱。总体上看，印支期近南北向的水平挤压应力场对沁水盆地的影响并不大，沁水盆地仍保持了稳定状态，并未在盆地内部形成明显的地质构造，仅使盆地南部产生了一定程度的隆起抬升。

（2）燕山期构造应力场。该期构造应力场表现为NW-SE向近水平挤压应力场，在盆地南部晋城一带主应力迹线略有偏转呈近东西向，事实上我们在研究寺头断层的岩石的组构时，也明显发现其存在一期近EW向的挤压应力场，主应力呈15°向SEE倾向。

在该期构造应力场的作用下，沁水盆地的构造活动以挤压抬升和褶皱作用最为显著，盆地内部形成了轴向NE-NNE的一系列宽缓的背、向斜构造，规模较大，一般长约10～30km，褶皱走向自北向南呈规律性变化，南部阳城以南呈北北东—北东向，在大褶皱的两翼往往发育一系列的次级褶皱，而盆地两缘特别是盆地东缘靠近太行山造山带形成了北东向展布的冲断层。同时，盆地的莫霍面上拱并有局部的岩浆侵入，形成了不均衡高地热场，这对于煤储层中外生裂隙以及割理的生成是十分有利的，因而形成本区所特有的煤级虽高，但割理比较发育的状况，对于煤层气的生成和产出以及勘探开发十分有利。

（3）喜马拉雅早期构造应力场。该阶段，华北地区北部受到NW-SE方向的拉张构造应力作用，在区内形成大规模伸展构造，即进入全面裂陷阶段，形成了贯穿山西南北的断陷盆地，长治段及晋城段高角度正断层发育，部分地段密集分布，同时伴生形成剪、张节理。

在研究区内，喜马拉雅早期最明显的构造是分隔郑庄区块与樊庄区块的寺头断层，对该断裂带的岩组与擦痕研究表明，明显可以区分出存在3期构造应力场。其3期构造应力场的主压应力产状分别为：NW向：300°∠20°；近EW向：100°∠15°；NNE向，约10°∠16°。而根据断层延展及性质与构造应力场的关系分析，特别是就断层面的擦痕研究，断层形成时其三轴应力方向分别为，最大主应力10°∠16°，最小主应力290°∠16°，中间主应力100°∠74°。因此，该断层发育主要与NNE向挤压和NWW向伸展有关，应该是喜马拉雅早期的产物。该期构造应力场在郑庄区块内，主要表现为发育大量的节理构造，但褶曲构造并不明显，仅有少量的正断层形成，原先的褶皱被得到一定程度的加强。

（4）喜马拉雅晚期—现代构造应力场特征。山西地区的构造应力场由早期的NNE-SSW向挤压应力逐渐转变为NE-SW向挤压应力。研究区在该期构造应力场作用下，导致地壳进一步被抬升，接受剥蚀，并在第四纪老黄土中发育有节理构造。野外实测黄土节理表明现代构造应力场的主压应力方向为NE50°左右，而实测（测井解释）水平最大主应力值也呈NE向，两者相得益彰，均揭示了该期构造应力场的特征。

最近的一期应力场对樊庄区块的构造改造性相对大些，它进一步加强了前期构造特征，特别是中部的轴向NW的褶曲构造。此外，研究区常存在一些褶曲轴弯曲的现象，也可能是本期应力场影响的表现，使得原先的构造复杂化。受该期NE-SW向的区域挤压应力场作用，寺头断层可能在该期应力场下，兼具右行走滑作用，导致该断裂在喜马拉雅晚期—现代处于相对紧闭状态而有利于煤层气的保存。

4 结论

（1）沁水盆地现今整体构造形态为一近NE－NNE向的大型复式向斜，东西两翼基本对称，在北部和南部斜坡仰起端，以SW向和NE向褶皱为主，局部为近EW向和弧形走向的褶皱。断裂以NE、NNE、NEE向高角度正断层为主。

（2）郑庄区块的褶曲构造发育，其发育的规律性比较明显，背、向斜轴延伸规律性强，主要集中在NNENE，主要发育两翼倾角较缓的宽缓褶曲。断裂构造在研究区并不十分发育，多为正断层，断层的规模相对较小。由于构造发育受诸多因素的控制，研究区的构造发育程度明显存在不均一性，郑庄区块的构造分形研究揭示，而随着靠近寺头断层，分维值则逐渐增大，分维值大的区域，其构造发育程度也将增高。

（3）沁水盆地南部经历了多期构造运动，先后经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动，每次构造运动都相应地产生了一系列的地质构造，现存的地质构造形态、组合形式及分布规律都是各期构造作用的叠加。

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Study on the Structure Features and Evolution of Zhengzhuang Block in Qinshui Basin

CHEN Li-ming
(Shanxi Province Coal Geology 114 Prospecting Institute,Changzhi Shanxi 046011,China)

Based on the characteristics of Qinshui Basin regional tectonic development,the paper take Zhengzhuang block as a research object of structural evolution,studied its tectonic evolution and stress field features since the formation of the Permian coal measure strata,analyzed the research area structural development pattern.The research shows that Zhengzhuang block has experienced the tectonic stress filed evolution history of Indosinian period,Yanshanian period,early Himalayan movement period,later to modern Himalayan movement period.The tectonic development degree of the studying area is heterogeneous apparently under the control of several factors.Study on the structural fractal shows that structural fractal dimension of the plane present obvious presents obvious with different distances from the Sitou fault.The bigger of the fractal dimension,the higher of the tectonic development degree.

Qinshui basin；Zhengzhuang；tectonic stresses；tectonic period

P618

A

1004-5716(2015)12-0098-04

2014-12-19

2014-12-19

陈黎明（1982-），男（汉族），湖南祁阳人，工程师，现从事煤田地质相关工作。