华北板块构造演化.pdf

第卷第期年月华北地震科学论 华北板块 构造演化李建辉华北石汕 勘探 研究院摘要本文在搜集近年钻井、地震多次梭盖、垂、磁,电等资料的华础 上,讨 论了华北扳少灯灾化与地震机制着重以近代地质学理论为基础,如热力学、不同构造位形变和板块构造等』给出的热传导方程讨七 了华匕 板上赶断犷飞构查扫制一、华北板块构造演化华北板块,在距今亿年以前就已存在国外学者称之为、】寒武纪时,位于现 在北纬“一“间,东西面分别为西伯利亚 板块和喀扎克斯坦板块到泥盆纪,华北板块转置于 西们利亚板块东而二迭纪末期,华北板块与西伯利亚板块碰撞缝合,形成统一的‘一亚洲大陆的一部分成为环西太平洋的一个构造域‘一‘生 代以来,占太平洋分解扩 张,华北板块在库拉板块的 北 北西推挤下,出现水平剪切 活动,而由于贝尼奥夫带的作用,又产生壳下地馒上拱,致使华北板块水平引张,形成断陷,从 而在这一古老 的刚性板块出现了被分剖的断块,这就是近年来触发天然地震的根本原因华北板块 的演化共经历了六 个阶段、克拉通阶段,、增生阶段,、初始裂解阶段,、剪切 平移阶段,、断陷阶段,、均衡阶段分别描述如下、克拉通阶段,这一阶段可追溯到亿 年以前,于距今亿年结束。

实际资料表明,华北板块震旦系是一套经受区域功力变质的碳酸盐岩,下马岭组与下伏地层呈不整合接触前寒武纪地层与显生宙地层无论在岩性、古生物、沉积特征、岩浆活动、变质建造和构造特 征来看,都具有明显的二分性,因而,华北板块在寒武纪 以前,是一种地球发育较早的大陆块体垠早的形成是由于大洋板块的裂谷活动,地性物质涌 出后,发生岩浆分 异,使较轻 的硅铝质矿物浮在上面,盯谊矿物往下堆积,在 风化、沉积 和近海等各种地质因素作用下,形成兀立于海上 的大陆川图华北板块演化地壳动‘举模式一克众加阶段、增生阶段这一阶段从距今亿年起直至亿,万结束相当于加里东运动告一段落时期这一时期,华北板块由纬度较高区域 向纬度较 低区域漂移,不断增生估华北地震卷算平均漂移速度为毫米年华北板块由以前的稳定地块而成为较大陆块图华北板块的古生界具有两分性,一部分为板内大陆型 沉积,另一部分为俯冲消亡型滨一浅海相披覆式沉积,主要是洋壳仰冲所致馒头组、张夏统、炒米店统和马家沟组主要为一套泥岩和灰岩,华北板块基本缺失志留系泥盆系华北板块这一时期的漂移运动与泛古陆的活动情况是一致 的图古大西洋于志留纪开始收缩,中泥盆纪关闭,形成加里东一阿巴。

初始裂解阶段,华北板块在石炭纪以后,开始与西伯利亚板块相向汇聚一方面,板块持续增生,另一方面,由于贝尼奥夫带的热作用,导致板块下部结晶橄揽岩晶格位错和流变,在上地竣的拱裂作用下,华北板块发生初始裂解,出现一系列拉张性质的断裂图华北板块这一时期的构造演化受到泛古陆活动控制石炭纪以来,劳亚古陆和冈瓦那古陆趋于汇聚,晚石炭至二登纪,冈瓦那古陆与欧美大陆碰撞形成了海西一南阿巴那契摘皱带,同时,亚洲与欧洲板块相碰撞形成乌拉尔山脉古大西洋于距今亿 年关闭华北板块在这一时期于乌兰浩特、赛汉塔拉一线与西伯利亚板块碰撞缝合剪切平移阶段,该阶段始于三叠纪按照,和等人的古地 磁研究〔〕 〔 〕,古太平 洋的扩张可追溯至距今亿 年以前,距今亿年是活动高潮期由于库拉板块推挤,华北板块出现一系列左旋平移断裂,华北板块三叠系大体缺失,侏罗系为断槽式充填沉积,与石炭系呈不 整合接触,断裂活动表现出一定的继承 性,现代断裂力学认为物休失稳扩 张通常起,,图、寒武 纪一早奥陶纪全球板块构造 图据,和,那契卫脉冈 瓦那占陆、劳亚古陆,始于原有的古老疵暇图这一阶段晚期,、华 北板块演化地壳动力学模式,一初始裂解阶 段华北板块 由水平剪切向垂直拱裂和水平期李建辉论华北板块构造演化引张转化,触发了第三纪的断陷活动。

这里,作者用给出的热传导方程估算贝尼奥夫带形成的拱裂引张的热力学条件〔“’对于下沉板块,选取适当坐标系可得方程为 月一照一鬓 里二一入‘人口乙‘可以求得通解的近似表示,澎一〔一二“令图华北板块演化地充动力 学棋式一剪 切平移阶段‘〕兀‘考虑一定条件,又可推得,一一一一肠,可知,与成正比,与、扩张速度和板块倾角功有关和小越大,越大随着俯冲时间的延长,形成地慢流的高温条件就具备了邦城一庐江断裂和渤海断陷是这一构造活动的结果断陷阶段,始于第三纪初,于上新世 结束孔店组、沙河街组、东营组、馆陶组和明化镇组,均充填于断陷中图大约距今亿年,库拉一太平洋背向东 亚大陆下倾没,继续扩张,形成日本海〔‘残留下来的太平洋板块以北西西方向在日本列岛俯冲〔〕,俯冲板块变得老而厚公 ‘一」川一图华 北板块固安一静海实侧剖而必华北板块垂向拱裂水平引张活动一直延续到早第三纪,由于贝尼奥夫带外推,热力学条件的改变,拱裂期岩浆喷发后,岩浆室 由于空乏而坍落,地壳的挠曲刚度回升,被拉断的块体出现差异运动,形成断陷图均衡阶段,华北板块第四纪以来,处于一种均衡状态,由于上述边界条件改变,俊流固结,华北板块的断陷活动已经结束了。

地壳的断陷构造与地慢逐步 趋于均衡实际资料表明,断陷构造与地俊的凸起表现出一种镜象关系,华北板块第四系主要为一套陆源风化淋滤的粘土图生北地震科‘羊一 一一一一一 一一一一一一卷,‘尸砂一一一一一一,图华北 板块演化地壳功 力学模式一 断陷阶段卜一一一一一图华 北板块演化 地壳功学锁式一均衡 阶段二、华北地震机制华北板块的演化,主要是一个从稳定地块到断陷构造区的发展过程华北地的地震主要归结为两种原因一是断块问的运动,这在断陷区与相邻台块交界部位表现录为明显,二是断陷区内或台块上的断摺活动,一 方而,区内断层水平或垂向运动,另一方,面在区域挤压应力场下发生连续介质形变,出现整体性褶皱控制近期华北板块构造运 动 的构造应 力场主要有两个在垂直压应力方向上,断块沿断裂走向滑动图一是太“洋 板决的水平 压应飞是整个欧亚 板块 的顺时针扭动,这种扭动,使得华北板块内部和边界 区的另另一方而,则使华北板块整体向南旋转图一组断吸也 出现左旋错 动图,国外学者如二··,以、··和·一,等确认了这种顺时针扭动作厂,件华生乏士七往东夕向水了厂一力众左 专全华北板 块北东一北北东 断 裂走淆活功期乍建辉论华北板块构造演化心耳图、才卜北板块 侏罗纪以来的顺时 针扭动在上述构造应力场控制下,华北板块内出现两种断块运动,控制了近年的地震丧衰华北板块地及机制表 份构造活动历年地震区断 块问吕黎、滦县、店山、抚宁、旅大、背、库伦旗、蔚县、灵丘、优县、原 平、定囊、背 阳、和 顺、塘沽、海 城。

断祝怀来、通县、大厂、三 河、延庆、琢 鹿、北京、沫水、深县、磁 县、菏 泽、柏乡、‘护普新 河、隆 尧、东 沟、河 间、沦州、南平将华北板块的演化特征一与典型裂谷比较,有着本质的区别〔一〕,因而,地震机制和特点亦不 同由于前述 两种断块活动,华北地区的地震表现 出这样的特征,即在某一地区发生一次应力释放后,又需要经过一段时间的积聚,所以地震具有间歇性,不可能连续长时间发生华北地区的地震活动主要受控于断块活 动,常受到断块格局控制,同一断裂带上,往往先后触发地震,如三河一平谷级地震和年北京通县告级地震均发生在一个构造带上而邢台地区年同年发生 的、和级地震则归结为同一断块运动华北地区的地震还有两 个特点,一是在断陷区内,地震多不强烈,表现出连续介质形变只有台块活动区才会造成比较强烈的地震二是在断陷区与邻区断块交界的地方和未沉陷的断块 内,构造活动 表现为岩石的脆性破裂和断块间的错动,容易导致比较强烈的地震例 如,北京地区为一 刚性地块,一方面受两侧断陷区和断块运动影响,一方面又为北东一北北东和北西和北西西 两组断裂 系所错动这一 刚性地块的形变表现为区域构造应力场较长期作用下而生 的急速破裂形变。

刚性地块在拉张,剪切等应力场作用华北地震科掌卷下,被进一步分割成次一级 的块体,这些块体发生水平错动和局部掀斜运动,从而诱发具有一定规模的地震,其理论上力学相似体为胡克体,〕根据本文的讨论,可 以确认活动构造区图叭,犷二注呼和浩特张家‘妙犷妙钾州饰裤石家庄·℃卿一蔗·‘‘郑州田华北板块活动构造区华北地区,在天津东侧,是一大断陷区这一断块,在区域构造应力场 作用下,容易向北错动,而受到一系列近于东西向的断裂阻档,如在华北板块北端有张家口一北票大断裂和白云鄂博一金昌大断裂等,往南侧有昌平一宝低大断裂、海河断裂、怀安一易县断裂、徐水一黄 葬 断裂、望都一济阳断裂、石家庄一衡水断裂、南官一东平断裂、内黄一坟上断裂、丰县大断裂、开封一商丘断裂和郑州一尉氏大断裂等参见图可见这些断裂交汇部位都是新构造活动相对 明显的地方由于断块的整体北移,在北端 受的,阻力最大,因而,天津、唐山、山海关至锦州和沈阳一带是构造活动区天津地区位于迁安一宁河大断陷的西侧,天津地区以西侧是石家庄一坝县断陷区,所以,它的构造活动主要受到北京地区与唐山地区构造活动的影响,受到北北东和近东西向两组断裂的, 控制山海关和锦州地区位于迁安一宁河大断裂与承德一凌源台块交界部位,断块运动为另一种断裂活动复杂化。

沈阳地区,断块左旋水平运动明显,又为近于东西向断裂影响北京地区为一被夹持的断块,南面为石家庄一坝县断陷区,西面是宣化一琢鹿断陷区,北面是燕山断裂系,北京市北面的宝低一昌平大断裂切割石家庄一坝县断陷北端,所以,构造活动表现为两侧断块的错动石家庄、保定、抢州、德州和郑州地区等位于断陷内,构造活动主要是断摺活动,其次是局部断裂发育部位和残留台块边界区域黄葬地区,北面大清河残留台块,南面则为景县一清河残留台块,构造活动以断块差异运动和断陷区内水平运动为主邢台地区,位于几条断陷交错部位,其间夹持规模不大的残留台块,断块构造为断裂复杂化,德州地 区是景县一清河残留台块与开封一惠民断陷交汇处,构造活动为断块错动控制一年月门收初稿,期李建辉论华北板块构造演化参考文献娜〔〕宝产,〔〕,一〔〕、,〔〕,,魂〔〕,,〕,叮,〔〕许志琴,谈谈裂谷,〔〕一,布刃人尸‘”扭公琶,,吧,,,”,·”””。