太原断陷西北缘断裂带研究

作者：地理人来源：未知时间：2024-11-01 阅读：次字体：大中小在线投稿

　　论文摘要：太原断陷位于晋中盆地北段，是一个充填第四系的活动断陷；其西北缘断裂带为盆缘主断裂带，由北西和北东两段交汇构成平面上的拐折；汾河穿峡谷在拐折点流入盆地，断裂带附近分布有汾河二库、军事重地、兰村和西张两大水源地以及呼延水厂、太原第二电厂、江阳化工厂等要害设施。因此对太原断陷西北缘断裂带的运动学、动力学、年代学和与汾河地貌的关系进行研究具有重要意义。
　　本文研究的区域范围是以太原断陷西北缘断裂带为中心，涉及到附近新生代盆地、周围基岩山区，大约100km2的面积。该区域地理位置为太原市的北部，主要是呼延－大留－土堂－上兰村－镇城－西关口一带。由于太原断陷之下上地幔的局部隆起，地幔物质上涌，使温度高、粘性低的中下地壳发生侧向流展和地幔物质的侧向蠕散，从而形成太原断陷。据前人研究，中生代时期，太原东、西山地区连成一体。
　　新第三纪，西山边山断裂开始产生，形成了太原断陷及泥屯－阳曲断陷盆地的雏形，从而使太原东、西山分离。太原断陷总体上是一侧深陡，一侧浅缓的不对称箕状盆地。根据地震剖面，赵永贵等将西张至上兰村一带定为西张断阶，新生界（仅沉积第四纪地层）厚度100－200m左右，基底为奥陶纪灰岩。本区位于太原断陷的西北缘，汾河峡谷出口位置，由于采石场众多，断层及下盘基岩、上盘黄土出露较好，便于进行构造和相关研究。　　
　　1 区域概述
　　本区域主要发育北北西向、北东向正断层，倾向向盆地，有部分反向正断层存在，还有一条近南北向正断层。土堂断阶带：F1和F2，为西山边山断裂的主体断裂带中的两条主要断层，分别存在黄土台地的后缘与灰岩接触部位和黄土台地的前缘陡坎处。走向北北西330°左右，倾向60°左右，总体断距在400-500m左右；二龙山断块：F3，F4，F5，F6，F7，主要分布于汾河峡谷出口附近，二龙山的周围。外围的F3，F5断层为倾向盆地的高角度正断层；F4断层为反向的正断层，F6，F7为二龙山北侧的倾向二龙山的正断层。总体断距也在400m上下；镇城断阶带：F8，F9，F10，F11，F12，F13，主要分布于上兰村－镇城一线以北的北山之中，其中F8为走向近南北的倾向东正断层，F11为倾向北的反向正断层，其他基本上都为倾向盆地的正断层。总体断距也在300-400m。本断裂带在以往的文献中很少被提及。
　　2 断裂带研究
　　2.1 断裂带形态学和运动学研究
　　太原断陷西北缘断裂带为盆缘主断裂带，太原断陷西北缘断裂带表层由北东向镇城断阶带、二龙山三角形书斜断块和北北西向土堂断阶带三个块体组成；北北西和北东两段交汇在二龙山构成平面上的拐折，汾河穿峡谷在拐折点流入太原断陷。土堂断阶带可见宽度达200-300m。汾河峡谷段的总体走向与北东向断裂带走向一致。汾河的下切侵蚀形成了反映断裂带不同活动阶段的地貌面。
　　山西地堑系在空间角度上的盆山耦合响应模型为伸展造山－断陷沉盆－后推成台。根据对能体现本区运动方向、运动方式和运动过程的野外剖面的研究。作者认为，太原断陷是由于深部地壳伸展减薄而形成，是一个断陷、上升、沉积、侵蚀共同作用下的半开放系统，边缘高角度正断层对整个断陷起控制作用，在三维空间上，断裂带及其所分割的地质实体都是活动的，而且不仅断层在活动，断块体也在活动，包括变位和旋转等，具有三维的散体运动特征,断层带的表层部分向着深部聚敛且简单化。因此可以判定，边山断裂的活动是分阶段的，而且至少在中更新世以来便已经开始加速活动，至今仍在活动中。
2.2 断裂带动力学研究
　　断裂带的形成与区域大地构造背景密切相关。早远古代晚期，华北古大陆块体已逐渐发展成熟，包括山西在内的整个华北地区完全拼合成一个硬化而稳定的地块；古生代华北处在平稳发展阶段；自三叠纪末期的印支运动开始，山西进入了一个动荡不定、地壳运动频繁的时代，自寒武纪以来的全省性统一而稳定的地理、地貌景观分化瓦解。其中晋中盆地是位于太行山西侧的伸展型裂陷盆地，总体上是一侧深陡，一侧浅缓的不对称箕状盆地。新第三纪，西山边山断裂开始产生，形成了太原断陷的雏形。由于太平洋板块的俯冲，上地幔物质不断的底劈上涌，并导致地幔岩石的部分熔融，一方面引起垂向上莫霍面局部上隆，侧翼相对下降，另一方面地壳在横向上伸展拉张减薄，在浅部地壳部分表现为高角度正断层和断陷盆地。从华北板块火山作用的发展过程和从渤海湾向西到鄂尔多斯盆地的低速异常区的分布，证明了太平洋向西俯冲对大陆地壳伸展减薄过程是由东到西逐步发展的。从而促使太原断陷之下上地幔的局部隆起、地幔物质上涌，使温度高、粘性低的中下地壳发生侧向流展和地幔物质的侧向蠕散，形成伸展构造，这是太原断陷形成的深部动力来源。
　　2.3 断裂带年代学研究
　　太原断陷西北缘边山断裂带的年代学研究前人涉及较少，仅有大概的大地构造活动时间和几处断层附近沉积物的热释光和14C测年数据。虽然有的学者将构造活动和地貌过程进行了一定的结合研究，但是相对比较粗略。由于缺少重要的地质证据，本区断裂带年代学研究一直进展缓慢。
　　1、断裂带时间已有的研究结果。太原断陷中巨厚的新生界说明该断陷是-个新生代的断陷盆地；西山边山断裂主要是在第三纪以来发展起来的；晋中盆地是由南向北逐渐扩展的，在晚第三纪末发展到晋中盆地北段即本文所说的太原断陷，但是在阳曲凹陷内沉积有20-50m厚的上第三系，并且基底地层主要为奥陶系中统，相对于南部地层较老，说明太原断陷在晚第三纪早期正经历强烈的剥蚀作用。同时由于晋中盆地的下降使古汾河开始了强烈下切的地质历史，此时间应晚于在山西省静乐县小红凹沉积的静乐段红土，因此，此时间在3.0Ma左右。
　　2、黄土对断裂发育时间都界定。太原断陷是新生代以来逐步发展起来的断陷盆地，具体到西北缘边山断裂带的形成时间，可以借助于黄土－古土壤序列的研究成果进行确定。黄土－古土壤序列不仅有重大的构造意义，其已经成型的黄土年代学更是一把地质事件的时间标尺。事实与前人研究成果有些不同，但是都肯定了西山边山断裂的活动沿断裂倾向具有向南东方向伸展的趋势。其中的关键问题是，本项研究中没有着重于采样测年，所以对于断裂的活动的时间只能是从地质上进行界定，而不能精确定年。
　　2.4 汾河地貌演化和断裂带发育时间的关系
　　构造活动对峡谷的形成起着决定作用，不但因为北东向断裂带的延伸形成构造弱面使得汾河在此处就位，还因为构造下降使得河道快速下切成为可能。汾河峡谷形成的原因一方面是由于侵蚀基准面的快速下降，即断裂带活动量较大，另一方面是由于灰岩地区的岩性利于形成快速下切之后的地貌形态的保存。在至今仍在持续的0.45Ma以来的峡谷期，边山断裂带的活动呈现了加速趋势。在二龙山和横岭山块体的周围，断裂活动表现明显，此处断裂带的构造活动对汾河的峡谷出口起着决定性作用。北东向断裂带和北北西向的断裂带的共同作用，整体上使得边山断裂带有向北西方向扩展的趋势。汾河曾流经南部的西张一带，一方面可能和西张东部现在汾河所处位置的汾河断裂带活动加剧有关；另一方面，F1断层的发散从而活动量变小，使汾河发生向东的转弯。F2断层在晚更新世到全新世都有活动，F1断层在中更新世晚期存在活动，并且在中更新世之后F2断层的活动量大于F1，即断裂活动有向南东方向伸展的趋势。在上兰村至大留村一段黄土台地冲沟并没有侵蚀到与汾河河床同一高度，而是保持了由山前到汾河河床部位的较大坡度，这一点可能也与F2断层在晚更新世以来的快速活动有关，流水侵蚀作用的速度并没有赶上断层运动的速度。
　　3 结论
　　由于太原断陷附近分布着重要的要害设施，因此对太原断陷的研究具有重要意义。本文从太原断陷的形态学、运动学、动力学、年代学及和汾河地貌的关系五个方面进行了研究。确定了太原断陷的形态结构和开始运动的时间；并在前人研究的基础上总结了太原断陷的动力学特征；根据野外黄土断裂发育的界面，界定了断陷带的时间；并对断裂带和汾河地貌的演化关系做了阐述。从而对太原断陷西北缘断裂带进行了系统的研究。