沂沭断裂带研究进展综述

2018-05-10罗文强张尚坤于学峰田京祥杨斌张岩陈军马祥县唐璐璐孙秀珠

山东国土资源 2018年5期

罗文强，张尚坤，于学峰，田京祥，杨斌，张岩，陈军，马祥县，唐璐璐，孙秀珠

(山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东济南 250013)

0 引言

沂沭断裂带是中国大陆东部岩石圈尺度的构造边界带[1]和巨型活动断裂带[2-4]——郯庐断裂带的山东段，呈NEE 10°～25°方向，沿着沂河、沭河及潍河展布*山东省地质科学研究所, 山东沂沭断裂带的结构力学性质及形成历史的研究报告, 1985年。[1]，长约330km，宽20～60km。其纵贯山东中部，是鲁东和鲁西的分划性断裂(图1)，沂沭断裂带的形成演化影响了该区的构造格架、地层建造、岩浆活动、成盆成矿作用等[2,5]。

1—以古近系为底的断陷火山—沉积盆地；2—以中生界为底的断陷沉积盆地；3—古生代构造层；4—核部岩浆—变质杂岩；5—造山带岩浆—变质杂岩；6—反向铲状断层；7—次级拆离滑脱带；8—断层及推断断层图1 沂沭断裂带地质构造简图(据李洪奎等，2009)

诸多学者[2,5-17]在沂沭断裂带的深部结构特征、构造形成演化、成盆成矿作用等方面做了大量的研究工作，论述了该断裂带的形态、结构、形成、演化及其成矿作用等[14-16]。

该文在分析总结前人研究成果的基础上，对沂沭断裂带深部结构特征、构造形成演化、成盆成矿作用等进行了阐述，旨在为下一步研究工作开拓思路。

1 沂沭断裂带地质概况

沂沭断裂带东西两侧的地层建造、岩浆活动、构造演化、成矿作用等均有较大的差异性(图1)[5,15,16]。鲁西古生代地层发育较全；鲁东以古元古代变质岩系和中生代地层为其特点，缺失古生代地层。鲁西仅发育有规模较小且呈零星分布的闪长岩体；鲁东岩浆岩出露广泛，发育一系列规模较大的花岗岩体，从中新太古代—中生代均有侵入活动。沂沭断裂带在平面上构成了“两堑夹一垒”的构造格局(图2)[5,10,15]，自东向西依次由NWW倾的昌邑-大店、近直立的安丘-莒县、NWW倾的沂水-汤头和SEE倾的鄌郚-葛沟4条主干断裂组成，目前认为昌邑-大店断裂是主要断裂。

1—中新生代坳陷；2—中生代地堑及坳陷；3—隆起-凸起地块；4—被新生代覆盖的隐状地块；5—主干断裂；6—一般断裂；Fl—鄌郚-葛沟断裂；F2—沂水-汤头断裂；F3—安丘-莒县断裂；F4—昌邑-大店断裂图2 沂沭断裂带平面结构图(据李洪奎等，2009,2017)

在沂沭断裂带内及两侧成矿作用也具有明显的差异性[16]，鲁东地区是金矿集中区；鲁西铁矿床较为发育。目前在沂沭断裂带内及两侧发现的金矿类型也不同，这种成矿的差异性是否与沂沭断裂带有关有待进一步研究[14]。

2 沂沭断裂带研究成果综述

沂沭断裂带命名近60年来，国内外地质专家从各种角度论述了断裂的结构特征、形成、演化、断裂带与成盆和内生金属成矿作用的关系，取得了丰硕的成果。

2.1 深部构造和地球物理场特征

在沂沭断裂带研究中，重、磁、电、地震等地球物理场技术方法得到了广泛应用，揭示了其深部构造特征，增强了地球动力学、大震成因背景等方面的认识[18-36]。

2.1.1 航磁异常特征

沂沭断裂带航磁异常以剧烈变化的串珠状高值异常为特点，呈现为一系列NNE—NE向线状和串珠状异常带，异常形态呈正磁场为主的局部夹持负磁异常、中间高两边略低的堑垒式构造格局[5,19,21]。

2.1.2 重力场特征

沂沭断裂带布格重力异常呈现为以沂沭断裂带为界，两侧重力低，中部重力高，表现为NNE走向的重力梯度带，分隔了鲁西、鲁东地块，成为区域内重要的地球物理分界线[22]，区域重力场带内部呈现两堑一垒的重力异常格局。区域莫霍面形态呈东高西低的分异格局，沂沭断裂带形成了莫霍面陡变带[5,18,20,22]。

2.1.3 深部地壳结构特征

连云港—临沂—泗水GGT地学断面研究结果表明[24-28]，沂沭断裂带及两侧中下地壳内低速度层及其厚度有明显变化；断裂切割了M面；在断裂带范围内，中地壳下部和下地壳加厚，下地壳包括莫霍界面有挠曲隆起，但隆起高点偏向沂沭断裂带的西侧；地震剖面显示西边2条断裂东倾，东边2条断裂近于直立，形成下窄上宽的超壳断裂带。大地电磁测深解释结果显示，壳内未发现高导层，而在上地幔有2个高导层，在60～80km深度的上地幔内有低阻层分布，隆起范围大致亦偏向断裂带西侧[26,29,30]。通过多条大地电磁探测反演的电阻率剖面分析[28,31-34]，该构造带所处两侧电性存在明显差异，推断沂沭断裂带深切上地幔。近年来，随着海域断层探测的发展，根据地震剖面解译，发现莱州湾内沂沭断裂带内活动断层的一些特征与潍北凹陷中的断层特征较为一致[23,35-36]。

2.2 沂沭断裂带形成时代和演化历史

国内外地质学家[1，8,37-44]对沂沭断裂带(郯庐断裂带)的形成、演化进行过大量的研究工作，提出不同观点，分歧十分明显，始终没有形成统一意见。

2.2.1 沂沭断裂带形成时代

关于沂沭断裂带的形成争议较大，总结了4种观点。

(1)沂沭断裂带具有长期复杂的活动历史，在太古宙或元古宙就已经存在，具有长期复杂的活动历史[45-50]。薛金声等[45]认为，沂沭断裂带形成于古元古代末期，在地台发展阶段相对稳定。张家声[46]认为，沂沭断裂带在元古宙时期开始活动，泰山群结晶基底中的左行韧性剪切带是元古宙时期断裂活动时在地壳较深层次上形成的构造表象。张用夏等[47]认为，郯庐断裂带是划分两侧太古界至中下元古界不同基底的明显界线。周建波等[48]认为，鲁中基底NNE向韧性变形带形成于晋宁期(941Ma)之前的晋宁构造期。乔秀夫等[49]指出，沧浪铺阶的地震灾变事件与层序地层的客观地质记录尚不支持郯庐断裂巨大平移，也不支持辽东半岛沧浪铺阶是晚侏罗世或早白垩世期间从苏皖北部巨大平移至现今位置的观点；认为新元古代震旦纪地震带即古郯庐地震带(650～600Ma)构成震旦纪盆地的边界，两侧地质体的不连续是两个不同块体上不同地质作用演化的结果，不是郯庐断裂巨大平移的结果[50]。

(2)沂沭断裂带起源于华北与华南板块的碰撞造山中，在古生代—中生代早期，伴随秦岭板块俯冲带而形成[1,8,37,51-52]，断裂带内造山期构造及旁侧的前陆沉积与变形构造特征,指示断裂带同造山运动为转换断层型式，属于同造山走滑构造[40,52]。

(3)徐嘉炜[6,7,53]最早研究郯庐断裂带(沂沭断裂带)及其平移性质，认为开始平移时间为T3-K1，平移运动高潮在J3晚期；他后期研究重新认为断裂平移从晚侏罗世末期开始活动，主平移时期为晚侏罗-早白垩世(140～110Ma)，最大平移距达740km[54]。

(4)罗志立等[17]提出郯庐断裂是由晚古生代华力西期切过南秦岭洋的一条转换断层发展起来的追踪继存性断裂，渤海湾盆地形成与郯庐断裂扭动关系不大，而与地幔柱有关。

关于郯庐断裂的形成时代和运动力学性质，目前较为一致的认识是受控于特提斯、古亚洲洋和太平洋三大构造域的相互作用，形成的动力学背景是中生代构造体制转折和岩石圈减薄，起因是与太平洋板块对欧亚板块的俯冲机制有关[5,15]。

2.2.2 沂沭断裂带演化历史

万天丰等[8,51]认为，此断裂带开始形成于250～208Ma(中-晚三叠世)左行走滑，最大断距为430km；208～135Ma(侏罗纪)与52～23.3Ma(中始新世-渐新世)为逆断层活动；135～52Ma(白垩纪-早始新世)为略带右行走滑的正断层；23.3～0.73Ma(中新世-更新世)为带有左行走滑的正断层；0.73Ma(中更新世)以来断裂带又变成略带右行走滑的逆断层。张岳桥等[55]概括断裂的演化历史为“两大运动、五个阶段”，“印支运动”(三叠纪-早侏罗世早期)经历了转换走滑阶段(240～220Ma)和左旋平移走滑阶段(220～190Ma)；“燕山运动”(中-晚侏罗世至古新世时期)经历了挤压走滑活动(中-晚侏罗世至早白垩世早期)、伸展和陆内裂谷断陷作用(早白垩世)和右旋走滑(晚白垩世-古新世)；认为断裂带中生代发育过程与地质特征在东亚大陆演化历史中具有独特的作用[56]。陈宣华等[57]认为，断裂带的形成和演化经历了左行平移(三叠纪244～209Ma)、东侧下扬子地块逆时针转动(侏罗纪189～164Ma)、正断活动(白垩纪103～94Ma)、右旋平移(晚白垩-第三纪)4个过程。朱光等[42]推测，在早白垩世末期110～130Ma以前，郯庐断裂带发生大规模左行平移，与太平洋的高速俯冲有关[40]；晚白垩世-古近纪伸展活动中，晚白垩世和古近纪各发生过2次和3次显著的断陷事件[58]。李洪奎等[15]认为，郯庐断裂带构造系统是中亚-特提斯构造域向滨太洋构造域转换过程中的重要组成部分，是华北板块与扬子板块、太平洋板块与欧亚板块相互作用的结果，沂沭断裂带的堑垒、盆岭和羽状构造系统及大陆边缘花岗岩系是典型陆内伸展构造特征，是左行平移—伸展—拉张—挤压作用的表现形式。

2.2.3 沂沭断裂带形成模式

(1)大量的研究表明，断裂带起源于印支期华北与华南板块的碰撞造山过程中，有许多不同的解释模式：大陆转换断层模式[40,51]；陆内平移断层模式[7]；缝合线模式[1,39]；枢纽断层模式[38]；撕裂断层模式[37]。

(2)徐嘉炜等[7]认为，断裂是西北环太平洋边缘内侧的平移断层，受太平洋板块俯冲作用，应为西太平洋与欧亚大陆的相对单剪运动产生。

(3)万天丰等[8]和朱光等[41]认为，该断裂带早期起源于华北与华南板块的碰撞造山中，随后在早白垩世滨太平洋构造活动中又再次发生平移运动,近年来愈来愈多的研究成果都支持两阶段平移观点[43,55]。

(4)乔秀夫[49-50]认为，郯庐断裂带南段有一定幅度的移动，但作为郯庐断裂主体部分于中生代期间基本无平移。汤加富等[59-60]认为，郯庐断裂带并无巨大的平移运动发生，而是多期构造变动形成的负向构造带综合造就的一种假错位效应。

2.3 沂沭断裂带的成盆成矿作用

2.3.1 成矿作用

徐嘉炜等[6]认为，郯庐断裂带的成矿作用主要为早期的成矿带被错移、剪切断裂，韧性剪切带中形成的新矿床，白垩纪至古近纪(甚至新近纪)形成的含油盆地。万天丰等[8,51]提出，沿此断裂带形成了一系列大中型金、银、铜、铁、铅锌等内生金属矿床，在早白垩世已构成了中国东部重要的内生金属成矿带。王小凤等[2]认为，郯庐断裂带控制金矿的分布、多样性、矿化类型、成因，郯庐断裂带成生发展与成矿具同步性。李洪奎等[15]认为，广泛发育的裂陷盆地和伸展盆山耦合系统是受侏罗纪以来沂沭断裂带强烈的左行平移作用的结果；大陆弧花岗岩系统的形成与盆岭构造相伴的岩浆事件相关；山东的金及多金属矿的形成与大陆弧花岗岩有着十分密切的关系；沂沭断裂带的强烈活动不仅为金矿定位提供了空间，也为成矿流体提供了通道和赋存部位[14]；沂沭断裂带对区内金及多金属矿的形成起控制作用，并具有控矿、容矿构造的特征[61]。石文杰等[62]提出，在沂沭断裂带不断引张及减压环境下，诱发的强烈壳幔作用为金成矿提供了物质和流体来源，因此华北克拉通东南缘亦存在晚白垩世金成矿作用。吴齐等[63]认为，断裂带的伸展活动不仅控制着火山岩的分布，而且为岩浆的形成和运移提供了有利的场所，断裂带的演化在华北克拉通破坏中可能起到了重要的作用。刘昊等[64]提出，沂沭断裂带金矿的生成具有韧性剪切带的双阶段控金性，矿床主要分布于应力集中构造活动强烈的区域；韧性剪切带控制金矿的规律在于垂向上控制金矿的梯度性。近几年，在沂沭断裂带上发现了龙泉站、牛家小河、南小尧等金矿，使金矿找矿取得了突破，郭瑞朋等[65]认为，沂沭断裂带不但导矿，而且储矿，提出了新的找矿方向。

2.3.2 成盆作用

沂沭断裂带(郯庐断裂带)控制了渤海东部凸起、凹陷的形成演化，也控制了成油盆地烃源岩、储盖层及圈闭的展布[66]。胡望水等[67]认为，郯庐断裂带控制周缘中-新生代盆地的发育，对盆地的演化起着重要的影响作用，经历了伸展到挤压的演化过程。万桂梅等[68]提出，郯庐断裂带控制了渤海海域油气藏分布，古近纪伸展活动控制了生烃凹陷的形成，并促进烃源岩的快速演化，新近纪的强烈走滑作用形成了大量的构造圈闭，并促进了油气的运移及晚期成藏。

吴根耀等[69]认为，“郯庐断裂带”前白垩纪两侧的盆地不是左行平移错断的同一个盆地，各有其独立的发育史。张鹏等[10]提出，断裂带内部及两侧盆地的伸展与断裂带平移无关，而是受控于深部岩石圈减薄，由地幔底辟导致的裂陷作用形成。

3 讨论

综上所述，沂沭断裂带的研究成果丰富，争议也较大。对于沂沭断裂带的深部特征、构造样式、形成时代、构造演化、成盆成矿作用等方面的研究甚多，且都存在争议。

(1)对沂沭断裂带及附近地区深部结构的研究很多，但缺少多物理场的综合研究；沂沭断裂带与胶东金矿矿集区的控矿断裂的关系及构造深部联通关系还不清楚。进一步研究沂沭断裂带深部构造应利用多地球物理场深部探测技术，结合天然地震层析成像技术，进行地震波三维速度结构层析成像，获取地壳及上地幔高精度三维速度模型，同时综合利用多地球物理场深部结构信息，研究岩石圈流变结构、构造断裂体系分布，实现沂沭断裂带地质结构“透明化”。

(2)沂沭断裂带的形成演化一直是争论的焦点。应先从宏观的大地构造特征及其中国构造格局上确定其主要或优势构造期，然后在微观上进行详细的期次及运动学、动力学的研究，并研究沂沭断裂带的形成、演化、叠加、复合、改造、保存的全过程。断裂的形成时代是一个关键点，如何确定基底韧性剪切带的变形时代是构造地质学的一个难点，今后仍要加强研究沂沭断裂带内及两侧韧性剪切带和糜棱岩带的时代、断裂带的同位素地质、以及沿断裂带中生代变动与古老基底变动的关系；同时把断裂带的形成、演化与周邻地区的构造形变史、构造应力场的变化结合起来进行研究，才可能系统地弄清断裂带演化各阶段的形态学、运动学以及动力学机制。

(3)沂沭断裂带的成矿作用研究不够，特别是断裂带与胶东金矿矿集区的成矿关系不明；缺乏高精度的成矿年代学制约，在一定程度上制约了矿床成因研究以及与两侧金矿的对比研究工作。可以通过开展中生代火山-侵入-构造事件不同幕次间形成、演化机制与过程的研究，进一步探讨中生代岩浆事件与金矿、多金属矿形成与定位的耦合关系，研究金矿等成矿物质的来源以及赋矿部位，解释沂沭断裂带地区金矿和多金属矿的形成机理与成矿规律，对比与胶东金矿集中区成矿流体的差异性，探讨断裂带对我省矿产资源的控制作用。

沂沭断裂周边分布大量的含油气盆地，每个盆地的油气富集程度不同，断裂各段的差异控油机理还有待进一步研究。该断裂带与两侧金刚石矿带的关系也值得进一步研究。

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