山東金嶺地區(qū)古生代地層節(jié)理特征分析

季瑋，張超

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院， 四川成都 610059; 2.山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院， 山東淄博255049)

1 魯西地塊構(gòu)造演化特征

魯西地塊大地構(gòu)造演化過程可劃分為早前寒武紀(jì)階段、中新元古代階段、古生代階段和中新生代階段等階段［1］。

古生代山東省可大致劃分為三大地區(qū)：華北板塊陸表區(qū)、魯東被動型大陸邊緣區(qū)一級別山-蘇魯裂谷盆地區(qū)。早古生代時期山東省全域呈現(xiàn)同步緩慢沉降的特點，魯西地區(qū)形成了巨厚的奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r（O2m）。中、晚奧陶世之后，由于板塊匯聚俯沖運動的影響，魯西地區(qū)承受南北向的擠壓，研究區(qū)被迫整體東西向抬升，接受剝蝕，最終導(dǎo)致魯西地塊缺失晚奧陶世-泥盆紀(jì)地層沉積。晚古生代時期區(qū)內(nèi)結(jié)束了的單一海相沉積史,完成了海陸交互相向純陸相沉積的重大古地理轉(zhuǎn)變［1］。晚石炭世至早二疊世，內(nèi)陸地地區(qū)沉積出了一套準(zhǔn)碳酸鹽臺地和三角洲潮坪瀉湖相的暗色砂巖，并且從中二疊世開始，魯西地區(qū)出現(xiàn)了典型的河流湖泊相沉積地層［2］。

中生代時期山東境內(nèi)由于太平洋板塊俯沖運動，直接影響到區(qū)域內(nèi)構(gòu)造的排布，并對新生代形成的構(gòu)造具有明顯的圍限作用［3］。印支期早期（早三疊世）魯西地區(qū)繼承了海西期南北向擠壓，地殼以整體抬升為主，魯西地區(qū)北緣產(chǎn)生河流湖泊相沉積地層。但是漸至晚印支期，庫拉-太平洋板塊開始向歐亞板塊俯沖，這一俯沖運動直接導(dǎo)致中國大陸南部整體向北移動，區(qū)域應(yīng)力場由南北向擠壓變?yōu)楸蔽魑飨驍D壓，魯西和魯東構(gòu)造分界線的“沂沭斷裂”受其影響開始活動，至此山東域內(nèi)已由古亞洲構(gòu)造體系完全轉(zhuǎn)化為濱太平洋構(gòu)造體系［1,4］。進入燕山期后，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造演化可謂“百家爭鳴”，這一時期地殼活動強烈，奠定了山東省以東西向、南北向、北北東向以及北北西向構(gòu)造為主的格局［5-6］。燕山期太平洋板塊對歐亞板塊的俯沖作用持續(xù)加劇，導(dǎo)致魯東地區(qū)與魯西地區(qū)邊界的左行沂沭平移斷裂活動更為頻繁，魯西魯東分別形成北西向和北東向的張扭性斷裂，同時產(chǎn)生大量斷陷盆地。

喜馬拉雅期構(gòu)造格局體現(xiàn)出繼承性和新生性兩種特點［1,7］。繼承性指喜馬拉雅早期（古近紀(jì)）華北克拉通東部依舊受到太平洋板塊北北西向俯沖，因而繼承了燕山期北西西向主應(yīng)力方向。新生性來源于兩個方面，其一、喜馬拉雅后期庫拉板塊逐漸消亡于日本海下，使得太平洋板塊有燕山期的北北西斜向俯沖變?yōu)楸蔽魑髡蚋_，其二、印度板塊在喜馬拉雅山期開始與歐亞板塊強烈碰撞形成喜馬拉雅山脈，不但影響到了中國西部地區(qū)更對東部地區(qū)這一時期的構(gòu)造演化發(fā)生了作用，綜上，喜山后期魯西地塊主要受到東西向擠壓［2］。

2 技術(shù)方法

當(dāng)原始的水平地層受到某個方向構(gòu)造應(yīng)力的作用時，沿最大主應(yīng)力方向會產(chǎn)生一組共軛剪節(jié)理，此共軛剪節(jié)理的銳角平分線方向則代表最大主應(yīng)力δ1方向。實際上當(dāng)應(yīng)力持續(xù)作用，地層中會發(fā)生褶皺，這導(dǎo)致先前形成的理想狀態(tài)共軛剪節(jié)理會隨著地層的褶皺發(fā)生偏轉(zhuǎn)，成為非共軛剪節(jié)理，這時共軛剪節(jié)理銳角平分線往往不表示最大主應(yīng)力軸δ1方向［8］。為了保證共軛剪節(jié)理分析最大主應(yīng)力δ1方向時的準(zhǔn)確性，我們有必要進行地層水平校正，經(jīng)過水平校正后獲得一套共軛剪節(jié)理，可由此演算出最大主應(yīng)力方向。

3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析工作主要包含兩部分內(nèi)容。①對野外采集的數(shù)據(jù)進行層位校正。②利用層位校正之后的節(jié)理數(shù)據(jù)，制作節(jié)理傾向玫瑰圖。

3.1 層位校正

本次采用西北大學(xué)設(shè)計團隊研發(fā)的“Stereographic Projection（Strgraph prj 1.0）”對野外采集的構(gòu)造節(jié)理數(shù)據(jù)進行層面校正。利用StereographicProjection可以將非共軛節(jié)理校正成共軛節(jié)理，為制作節(jié)理傾向玫瑰圖、分析主應(yīng)力方向打下基礎(chǔ)。

3.2 節(jié)理傾向玫瑰圖

圖1 層位校正后張節(jié)理及共軛剪節(jié)理傾向玫瑰圖

通過分析層位校正后張節(jié)理傾向玫瑰圖（如圖1-a），可將馬家溝群灰?guī)r（O2m）中張節(jié)理分為三組。第一組優(yōu)勢張節(jié)理：傾向為近西向，最大主應(yīng)力δ1方向為南北向，最小主應(yīng)力δ3方向為東西向。第二組張節(jié)理：傾向為北東東向，最大主應(yīng)力δ1方向為北北西向，最小主應(yīng)力δ3方向為北東東向。第三組張節(jié)理：傾向近南北，最大主應(yīng)力δ1方向為東西，最小主應(yīng)力δ3方向為南北向。

根據(jù)層位校正后共軛剪節(jié)理傾向玫瑰圖（如圖1-b），可將馬家溝群灰?guī)r（O2m）中共軛剪節(jié)理分為三組。第一組優(yōu)勢共軛剪節(jié)理：兩條剪節(jié)理傾向分別為北北西向和北東向，最大主應(yīng)力δ1方向為近東西向，最小主應(yīng)力δ3方向為近南北向。第二組共軛剪節(jié)理：兩條剪節(jié)理傾向分別為南南西向-南西向和北東東向，最大主應(yīng)力軸δ1方向為北北西向-北西向，最小主應(yīng)力δ3方向為北東東向。第三組共軛剪節(jié)理：兩條剪節(jié)理的傾向分別為北西西向和北東向，最大主應(yīng)力軸δ1方向為北北西向-北西向，最小主應(yīng)力δ3方向為北東東向。第二組和第三組共軛剪節(jié)理雖然為兩套節(jié)理，但是卻指示出相同的古應(yīng)力場。

3.3 構(gòu)造節(jié)理綜合分析

如表1所示，淄博金嶺鐵礦礦區(qū)的原始構(gòu)造節(jié)理數(shù)據(jù)主要采集自古生代馬家溝群灰?guī)r（O2m），經(jīng)過實測數(shù)據(jù)的節(jié)理傾向玫瑰圖投影，指示出礦區(qū)內(nèi)自中奧陶統(tǒng)共受到四個方向的擠壓力：①北北西-南南東向；②北北東-南南西向；③北西-南東向；④北東-南西向，經(jīng)過層面校正后可獲得南-北向、北北西-南南東向、東-西向三組擠壓應(yīng)力方向。

表1 節(jié)理應(yīng)力綜合分析

4 結(jié)論

在前人對于魯西地區(qū)古構(gòu)造演化的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合金嶺地區(qū)節(jié)理所顯示的構(gòu)造應(yīng)力特征，可獲得如下結(jié)論：

（1）第一套優(yōu)勢張節(jié)理所反映的南北向擠壓應(yīng)力，正好與海西和印支期的古應(yīng)力場相同。由此可知第一套優(yōu)勢張節(jié)理南北向擠壓應(yīng)力，應(yīng)為海西期、和印支期構(gòu)造活動的產(chǎn)物。

（2）第二套張節(jié)理、第二套共軛剪節(jié)理以及第三套共軛剪節(jié)理共同反映出的北北西向擠壓應(yīng)力，與燕山期古應(yīng)力場匹配。由此可知第二套張節(jié)理、第二套共軛剪節(jié)理以及第三套共軛剪節(jié)理北北西向擠壓應(yīng)力，應(yīng)為燕山期構(gòu)造活動的產(chǎn)物。

（3）第三組張節(jié)理和第一套優(yōu)勢剪節(jié)理所反映的東西向擠壓應(yīng)力方向，恰好與喜山期古應(yīng)力場方向相匹配。所以這兩套節(jié)理東西向擠壓應(yīng)力，應(yīng)為喜山期構(gòu)造運動產(chǎn)物。