韓城斷裂帶NE段構(gòu)造應(yīng)力特征

李自紅 李 斌 劉鴻福 閆小兵 扈桂讓

1)山西省地震局，太原030021

2)太原理工大學(xué)，太原030024

3)Department of Earth Science，University of Bergen，Norway 5075

0 引言

韓城斷裂帶是汾渭地塹系中重要的邊界控制斷裂之一，控制著韓城斷陷的西緣。早期對(duì)該斷裂帶的研究可追溯至20世紀(jì)70年代，如鄧起東等(1973)在論述山西隆起區(qū)斷陷地震帶地質(zhì)條件與地震發(fā)展趨勢(shì)的一文中即作了簡(jiǎn)要描述。然而對(duì)韓城斷裂帶較為系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)80年代，其中比較有代表性的研究工作包括閻鳳忠等(1987)對(duì)韓城－侯馬斷陷區(qū)主要活動(dòng)斷裂進(jìn)行的野外考察，此次考察發(fā)現(xiàn)了2處切割至地表的活動(dòng)斷層剖面以及多處斷層劃痕，描述了韓城斷裂帶的空間展布特征與新構(gòu)造活動(dòng)特點(diǎn)，認(rèn)為韓城斷裂帶第四紀(jì)以來(lái)活動(dòng)強(qiáng)烈。張安良等(1987)對(duì)韓城龍灣－上峪口破裂帶的成因進(jìn)行了分析研究，認(rèn)為該區(qū)域處于一個(gè)特殊的構(gòu)造部位與地貌部位，沿?cái)嗔褞窃谌祟惢顒?dòng)(采煤)的環(huán)境下因重力作用而造成“錯(cuò)動(dòng)”，而非8級(jí)以上古地震的遺跡。申屠炳明等(1990)對(duì)韓城斷裂帶的活動(dòng)特征及斷裂帶古地震遺跡的考察工作認(rèn)為，韓城斷裂自上新世形成至今持續(xù)活動(dòng)，其NE段的活動(dòng)明顯較SW段強(qiáng)烈;同時(shí)，通過(guò)對(duì)沿?cái)嗔褞Х植嫉墓诺卣疬z跡的研究，認(rèn)為韓城斷裂自晚更新世末期以來(lái)至少發(fā)生過(guò)1次7級(jí)左右的破壞性地震。楊梅忠等(1994)對(duì)該地區(qū)的構(gòu)造現(xiàn)象進(jìn)行了調(diào)查，分析了破裂帶的特征及其成因，認(rèn)為新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是其活動(dòng)破裂的背景。不難看出，前人對(duì)韓城斷裂帶的研究大多集中在論證斷裂帶的成因與展布特點(diǎn)、斷裂帶的地層錯(cuò)斷與走滑活動(dòng)情況、斷裂帶古地震遺跡以及地表破裂調(diào)查等問(wèn)題上，系統(tǒng)的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力方面的研究則較少。究其原因主要有:韓城斷裂帶有歷史記載以來(lái)未發(fā)生過(guò)7級(jí)以上地震;斷裂帶內(nèi)布設(shè)的跨斷層水準(zhǔn)等應(yīng)力監(jiān)測(cè)手段較稀疏;流動(dòng)GPS有時(shí)亦難以對(duì)整個(gè)斷裂帶的應(yīng)力積累情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

近年來(lái)，巖石磁組構(gòu)作為構(gòu)造應(yīng)力研究方法在研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、地球動(dòng)力學(xué)演化等方面得到了國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家的普遍認(rèn)可和應(yīng)用(Kissel et al.，1986;Borradaile，1988;Rochette et al.，1992;Tarling et al.，1993;潘永信等，1998;周勇等，2001;Cifelli et al.，2004;梁文天等，2009)。研究表明，磁組構(gòu)對(duì)沉積物中的構(gòu)造應(yīng)力非常敏感，即使有非常微小的應(yīng)力作用，礦物也以不同的方式做出相應(yīng)的調(diào)整。磁化率橢球可以用來(lái)代替應(yīng)變橢球，用其形態(tài)和空間定向來(lái)分析構(gòu)造變形的性質(zhì)和應(yīng)力作用的方式與方向，為研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力以及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)提供了又一可選的手段。

在對(duì)韓城斷裂帶進(jìn)行1/5萬(wàn)活動(dòng)斷層填圖時(shí)發(fā)現(xiàn)，除了在黃河及其支流汾河等河流的河床、河漫灘及其兩岸的I級(jí)階地上出露全新統(tǒng)外，沿?cái)嗔褞С雎兜淖钚碌貙又饕巧细陆y(tǒng)，用單一的地質(zhì)方法難以判斷斷裂帶不同地點(diǎn)的活動(dòng)特征。因此選取斷裂帶NE段地層斷錯(cuò)明顯的上峪口、渚北莊與邵家?guī)X剖面進(jìn)行了磁組構(gòu)特征研究，以期對(duì)韓城斷裂帶NE段的構(gòu)造應(yīng)力情況進(jìn)行分析，為進(jìn)一步研究斷裂帶的活動(dòng)特征提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

韓城斷裂帶是韓城斷陷西緣的主控?cái)嗔?，北起西硙口西，向西南經(jīng)禹門口，斜穿韓城市進(jìn)入合陽(yáng)境內(nèi)，在義井一帶與雙泉－臨猗斷裂(即峨嵋臺(tái)地南緣斷裂)相交，其北端在西硙口一帶與羅云山山前斷裂相連。斷裂帶總體走向NE，傾向SE，長(zhǎng)約120km。韓城斷裂為正斷裂，兼有一定的右旋走滑分量。斷裂帶自上新世形成至今持續(xù)活動(dòng)，且表現(xiàn)出明顯的分段活動(dòng)特征。根據(jù)斷裂帶的平面展布、構(gòu)造地貌及活動(dòng)強(qiáng)度的不同，可將斷裂帶分為3段:NE段(西硙口至盤(pán)河段)、中段(盤(pán)河至行家堡段)以及SW段(行家堡至義井段)。其SW段發(fā)育于晚更新世黃土地層中，NE段為基巖與第四紀(jì)沉積物接觸?？傮w來(lái)講斷裂帶NE段較SW段活動(dòng)強(qiáng)烈，尤其是新生代晚期以來(lái)，隨著山體隆起及凹陷沉降，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈。最近的野外調(diào)查顯示，西硙口至盤(pán)河段最新活動(dòng)時(shí)代為全新世，盤(pán)河至行家堡段的最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世晚期，行家堡至義井段的最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世早期。

韓城斷裂帶山前基巖地層主要為寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)灰?guī)r、白云巖，夾有石炭紀(jì)、二疊紀(jì)及三疊紀(jì)砂巖、泥巖與頁(yè)巖。山前斷裂破碎帶附近構(gòu)造較為復(fù)雜。此外，沿韓城斷裂帶填圖區(qū)第四紀(jì)地貌單元主要為晚更新世沖積、洪積與風(fēng)成沉積3個(gè)大的地貌單元，前兩個(gè)單元主要分布于斷裂帶NE段，晚更新世風(fēng)積地貌主要分布于斷裂帶中段與SW段。全新世沖積、洪積地貌單元等主要分布于河流及沖溝的兩側(cè)，山前NE段亦有小規(guī)模全新世洪積扇分布。

研究區(qū)地貌除明顯的垂直運(yùn)動(dòng)特征外，還存在一些斷層走滑導(dǎo)致地貌水平扭錯(cuò)的證據(jù)，如河流扭錯(cuò)、斷層面上的水平擦痕等。本次工作選擇的采樣地點(diǎn)，均為斷裂帶內(nèi)地層錯(cuò)斷明顯且有一定走滑現(xiàn)象的剖面。研究區(qū)地質(zhì)與采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

圖1 韓城斷裂帶NE段地質(zhì)及磁組構(gòu)樣品采樣點(diǎn)分布簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch map of geology of northeastern section of Hancheng Fault zone and sampling sites.

2 樣品采集與測(cè)試

在韓城斷裂帶1/5萬(wàn)活動(dòng)斷層填圖的基礎(chǔ)上，于2010—2011年先后2次沿上峪口(35.60°N，110.55°E)、渚北莊(35.64°N，110.58°E)以及邵家?guī)X(35.79°N，110.70°E)剖面進(jìn)行了磁組構(gòu)樣品采集，共采集樣品225塊。樣品主要采自三疊系的泥巖和砂巖。由于需要采集的樣品較多且野外鉆取巖心比較困難，采樣工作采用了輕便手提汽油鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)鉆取樣品與野外采取塊樣、實(shí)驗(yàn)室鉆取巖心相結(jié)合的方法，在每個(gè)采樣點(diǎn)鉆取1～2個(gè)古地磁樣品，所有樣品均采用磁性羅盤(pán)進(jìn)行野外定向。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將每個(gè)采樣點(diǎn)的樣品加工成直徑2.54cm、高2.2cm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱形樣品。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試主要包括樣品巖石磁學(xué)與磁組構(gòu)測(cè)試兩部分。為確定樣品中主要載磁礦物的成分及磁疇形態(tài)，從各個(gè)剖面選取代表性樣品首先進(jìn)行了巖石磁學(xué)測(cè)試。其中，熱磁分析在可自動(dòng)記錄的居里秤上完成，實(shí)驗(yàn)最高溫度為710℃，加熱和冷卻速率均為15℃/min;等溫剩磁矯頑力與磁滯回線在Kazan Coactivity Spectrometer J_Meter上完成。樣品磁組構(gòu)測(cè)試?yán)媒菘薃GICO公司生產(chǎn)的MFK1－FA完成，所用磁場(chǎng)強(qiáng)度為300Am－1，磁化率測(cè)量精度為2×10－8SI。

樣品巖石磁學(xué)測(cè)試，以及邵家?guī)X與上峪口剖面樣品的磁組構(gòu)測(cè)試工作在挪威卑爾根大學(xué)地球科學(xué)系古地磁實(shí)驗(yàn)室完成;渚北莊剖面樣品的磁組構(gòu)測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古地磁與年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 樣品巖石磁學(xué)測(cè)試結(jié)果及分析

巖石磁學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，3個(gè)剖面樣品的磁學(xué)特征基本一致，其代表性樣品的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。從熱磁曲線來(lái)看(圖2 a;樣品HC－16)，樣品清楚地顯示了磁鐵礦的居里點(diǎn)(580℃左右)，表明磁鐵礦是樣品中最主要的載磁礦物。之后曲線雖繼續(xù)緩慢下降，到670℃左右達(dá)到最小值，但變化幅度較小，表明樣品中僅有少量赤鐵礦存在。絕大多數(shù)樣品在加熱到300℃左右時(shí)，曲線斜率均發(fā)生或多或少的變化，可能說(shuō)明樣品中含有熱不穩(wěn)定性磁性礦物——磁赤鐵礦，在此溫度區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)化成赤鐵礦(Nagata，1961;王喜生等，2002)。另外，所有測(cè)試的樣品均表現(xiàn)出了明顯的不可逆特征，絕大多數(shù)樣品冷卻曲線明顯低于加熱曲線，可能磁赤鐵礦在加熱的過(guò)程中轉(zhuǎn)變成赤鐵礦，或者部分磁鐵礦氧化為赤鐵礦(樣品在空氣環(huán)境中加熱);極少數(shù)樣品冷卻曲線高于加熱曲線，此類曲線并不常見(jiàn)，說(shuō)明在加熱的過(guò)程中有新的磁性礦物生成，如磁鐵礦(Moskowitz et al.，1984;王喜生等，2002)。

圖2 韓城斷裂帶NE段代表性樣品巖石磁學(xué)參數(shù)測(cè)量結(jié)果Fig.2 Plots of rock magnetic parameters of representative samples from the northeastern section of Hancheng Fault zone.

等溫剩磁－矯頑力測(cè)試結(jié)果顯示(圖2b;樣品HC－12—16)，等溫剩磁隨著所加磁場(chǎng)的升高快速上升，在300mT之前幾乎達(dá)到飽和(95%以上)，當(dāng)達(dá)到飽和加反向退磁場(chǎng)后，等溫剩磁又表現(xiàn)出迅速下降的特點(diǎn)，剩磁矯頑力(Hcr)大多＜60mT。從理論上講，磁鐵礦至多需要300mT磁疇達(dá)到飽和(多疇磁鐵礦需要100mT，等軸單疇需要300mT)，赤鐵礦一般需要2T或以上的磁疇達(dá)到飽和(李斌等，2008)。韓城斷裂帶NE段3個(gè)剖面的等溫剩磁曲線表明磁鐵礦是樣品中主要的磁性礦物，赤鐵礦少量存在，熱磁曲線中反映的赤鐵礦并不是完全由磁赤鐵礦熱轉(zhuǎn)化而成的。根據(jù)得到的磁滯回線參數(shù)繪制出的反映磁性礦物磁疇類型的Day圖(圖2d;樣品HC－6—19)顯示3個(gè)剖面中絕大多數(shù)樣品磁性礦物都是以假單磁疇存在。

由樣品巖石磁學(xué)測(cè)量結(jié)果綜合分析認(rèn)為，樣品中主要的載磁礦物為磁鐵礦，同時(shí)含有少量赤鐵礦與磁赤鐵礦，且絕大多數(shù)樣品的磁性礦物以假單磁疇存在。

4 樣品磁組構(gòu)測(cè)試結(jié)果與分析

從每個(gè)采樣點(diǎn)選取一個(gè)巖石樣品進(jìn)行測(cè)試，共獲得205個(gè)樣品的磁組構(gòu)測(cè)試結(jié)果(圖3，4)。

4.1 磁化率各向異性度及橢球體形態(tài)

磁化率各向異性度即磁化率各向異性的大小，從磁化率的角度反映巖石形成時(shí)以及形成后所受外界條件的影響，如巖石在沉積成巖過(guò)程中磁性顆粒受到的水流的搬運(yùn)營(yíng)力、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)施加的構(gòu)造應(yīng)力等。自Jelinek(1981)提出矯正磁化率各向異性度(PJ)(Corrected Anisotropy Degree)的概念后，樣品的磁化率各向異性度更普遍地用PJ來(lái)表述，即

式中:η =(η1+ η2+ η3)/3，η1=ln Kmax，η2=ln Kint，η3=ln Kmin。

文中樣品的各向異性度亦采用PJ來(lái)表述。一般而言，無(wú)論巖石樣品中的主要載磁礦物是鐵磁性礦物，還是順磁性或逆磁性礦物，樣品磁化率各向異性的大小都取決于磁性礦物顆粒自身的各向異性度以及它們定向排列的程度。而對(duì)于單個(gè)的磁性礦物顆粒，其各向異性的大小主要取決于晶格各向異性與形狀各向異性的綜合貢獻(xiàn)。二者的機(jī)理完全不同，至于哪種類型的各向異性占統(tǒng)治性地位與磁性礦物的種類、磁性礦物顆粒的大小等因素有關(guān)。很多研究表明(Kissel et al.，1986;Borradaile，1988;Aubourg et al.，1991;Rochette et al.，1992;Tarling et al.，1993;Sagnotti et al.，1994;潘永信等，1998;Parés et al.，1999;周勇等，2001;Cifelli et al.，2004;Parés，2004;梁文天等，2009;Hrouda et al.，2009;李震宇等，2010)，巖石形成后，磁化率各向異性度的大小受到構(gòu)造變形強(qiáng)度的顯著影響。

圖3為韓城斷裂帶NE段3個(gè)剖面樣品的磁化率各向異性度分布直方圖?？梢钥闯?，3個(gè)剖面上采集的所有樣品的磁化率各向異性度總體不高。除少數(shù)樣品外，大部分樣品PJ值＜1.03(圖3);樣品PJ值低于高應(yīng)變帶巖石樣品的磁化率各向異性度(Borradaile，1988;周勇等，2001)，說(shuō)明巖石樣品的磁組構(gòu)整體上受到的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的影響不大。此外，3個(gè)剖面之間的樣品磁化率各向異性度還存在著一定的差異，上峪口與渚北莊剖面樣品的PJ值分布為1.0～1.08，平均磁化率各向異性度分別為1.02與1.015。多數(shù)樣品的PJ值＜1.02，只有少數(shù)樣品的PJ值＞1.03。而邵家?guī)X剖面的樣品普遍表現(xiàn)出較大的磁化率各向異性度，分布范圍為1.0～1.18，平均值達(dá)到1.075。3個(gè)剖面所取樣品的巖層基本屬于同一層位，這種磁化率各向異性度的差異性分布特征，說(shuō)明了韓城斷裂帶NE段構(gòu)造應(yīng)力分布的不均勻性。

圖3 上峪口(Site#1)、渚北莊(Site#2)、邵家?guī)X(Site#3)以及3個(gè)剖面所有樣品(all)的磁化率各向異性度(P J)與磁化率橢球體形狀因子(T)分布直方圖Fig.3 Frequency histograms of the degree of magnetic susceptibility anisotropy(P J)and the shape factor of magnetic susceptibility ellipsoid(T)of Shangyukou(Site#1)，Zhubeizhuang(Site#2)，Shaojialing(Site#3)and all samples from the three sites.

磁化率橢球體形狀因子(T)是揭示樣品應(yīng)變信息的又一有效參數(shù)，用于刻畫(huà)樣品磁組構(gòu)的類型:T=(2×ln Kint－ln Kmax－ln Kmin)/(ln Kmax－ln Kmin)(T＞0，“扁球型”;T＜0，“拉長(zhǎng)型”)。從3個(gè)剖面所有樣品的T值分布直方圖來(lái)看(圖3a2)，大多數(shù)樣品的T值＞0，即屬于“扁球型”磁組構(gòu)，表明大多數(shù)樣品的磁化率橢球體以壓扁及平面應(yīng)變形態(tài)為主。巖石磁組構(gòu)類型也常用Flinn圖解來(lái)表示。以L(Lineation，L=Kmax/Kint)為縱坐標(biāo)，F(xiàn)(Foliation，F(xiàn)=Kint/Kmin)為橫坐標(biāo)，將數(shù)據(jù)投影于該坐標(biāo)系中，以E=1為界將坐標(biāo)系劃分為2個(gè)區(qū)域:E＞1表明磁化率橢球體為“拉長(zhǎng)型”，巖石中磁線理發(fā)育;E＜1時(shí)磁化率橢球體為“扁球型”，巖石中磁面理較磁線理發(fā)育。上峪口、渚北莊與邵家?guī)X3個(gè)剖面樣品的Flinn圖解顯示，絕大多樣品落在E＜1區(qū)域內(nèi)，即大多數(shù)樣品具有“扁球型”磁組構(gòu)，與形狀因子T揭示的結(jié)果一致，表明在韓城斷裂帶NE段的3個(gè)剖面上，磁面理較磁線理發(fā)育。

4.2 磁化率橢球體主軸方位

圖4為樣品磁化率橢球體3方向主軸在下半球的等面積投影。從3個(gè)剖面全部樣品的磁化率主軸等面積投影圖(圖4 a)可以看出，絕大多數(shù)樣品的磁化率橢球體最小軸方向傾角較大，多圍繞投影中心分布;最大軸方向傾角較小，多集中在投影的邊緣，沿NW－SE向有明顯的優(yōu)選分布特征;中間軸的投影特點(diǎn)與最大軸類似，亦多集中在投影邊緣，但表現(xiàn)出與最大軸分布一定的共軛關(guān)系。這些特點(diǎn)都是弱變形組構(gòu)的顯著特征(Borradaile，1988;Aubourg et al.，1991;Rochette et al.，1992;Tarling et al.，1993;Pares et al.，2002;Hrouda et al.，2009)。

上峪口、渚北莊與邵家?guī)X剖面樣品的磁化率主軸等面積投影圖(圖4b，c，d)除具有上述沉積磁組構(gòu)的共同特征外，還存在明顯的差異。上峪口剖面大部分樣品與上述沉積磁組構(gòu)的共性吻合，但有較少的樣品其對(duì)應(yīng)的磁化率橢球體最小軸方向傾角變小，沿NWW－SEE方向表現(xiàn)出一定的優(yōu)選分布特征;最大軸與中間軸方向傾角變緩，不再沿著投影的大圓弧分布，而是相對(duì)較為分散。渚北莊剖面樣品磁化率橢球體3個(gè)主軸的分布與3個(gè)剖面全部樣品的特征基本吻合。邵家?guī)X剖面大部分樣品的磁化率橢球體最小軸分布相對(duì)較為集中，更多樣品的最大軸投影落到大圓弧的第2象限，中間軸投影集中在第1象限，表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)選分布特征;與上峪口剖面相似，邵家?guī)X剖面亦有少部分樣品的最小軸偏離投影中心分布。

5 討論

在沒(méi)有變形的沉積巖中，磁性礦物平行于層理沉積壓實(shí)，磁化率橢球反映的是原生沉積磁組構(gòu)。除巖層產(chǎn)狀、沉積作用與壓實(shí)作用外，原生沉積磁組構(gòu)的形成還受到沉積動(dòng)力(環(huán)境)等因素的影響。沉積動(dòng)力較弱或在靜沉積環(huán)境中，原生沉積磁組構(gòu)的主要特征表現(xiàn)為磁面理平行于層面，Kmax和Kint雜亂分散在層面上，Kmin垂直于層面;當(dāng)沉積動(dòng)力較強(qiáng)時(shí)(如水流等)，Kmax會(huì)垂直應(yīng)力的方向表現(xiàn)出一定的優(yōu)選分布，但Kmin仍垂直層面。在PJ－T圖及Flinn圖解中，這類磁組構(gòu)位于扁圓區(qū)。原生沉積磁組構(gòu)形成后，若巖層受到持續(xù)增強(qiáng)過(guò)程中的構(gòu)造應(yīng)力作用，原生沉積磁組構(gòu)會(huì)根據(jù)外界構(gòu)造應(yīng)力的作用逐漸做出相應(yīng)的調(diào)整并改變其賦存形態(tài)。在弱變形階段，施加在巖石上的構(gòu)造應(yīng)力促使磁性礦物顆粒形狀以及易磁化軸的方向發(fā)生改變，但這種磁組構(gòu)的磁面理依然平行于層面，Kmin垂直于層面，只是層面上的Kmax和Kint發(fā)生分離，相對(duì)集中分布;在PJ－T圖及Flinn圖解中，它們也位于扁圓區(qū)。當(dāng)構(gòu)造應(yīng)變進(jìn)一步增強(qiáng)時(shí)，構(gòu)造縮短通常變化于10%～25%，往往會(huì)形成“鉛筆型”磁組構(gòu)?！般U筆型”磁組構(gòu)不僅磁化率最大軸多集中于與最大擠壓應(yīng)力方向垂直的方位，而且最小軸也會(huì)沿著擠壓應(yīng)力方向呈帶狀分布，這通常形成于具有較大擠壓應(yīng)力、變形較強(qiáng)的環(huán)境中(Sagnotti et al.，1994;沈忠悅等，1999;Parés et al.，2002;李震宇等，2010)?？傊?，在外界因素許可的條件下磁化率橢球可能經(jīng)歷從初始階段的壓扁狀—球形—拉長(zhǎng)型—壓扁狀磁組構(gòu)的變化過(guò)程(Parés et al.，1999，2004;李震宇等，2010)。

圖4 地層矯正后的樣品磁組構(gòu)等面積投影圖及其對(duì)應(yīng)的P J－T圖及Flinn圖解Fig.4 Equal-area projection of magnetic fabrics after rock bedding correction of samples from 3 sites with their corresponding P J－T relations and Flinn diagrams.

本文磁組構(gòu)樣品主要采自三疊系泥巖和砂巖，三疊紀(jì)以后汾渭地塹系經(jīng)歷了中生代的燕山運(yùn)動(dòng)和新生代的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)。燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期地殼運(yùn)動(dòng)活化，在NW－SE向主壓應(yīng)力作用下形成一系列寬緩、大型的復(fù)式背、向斜，并有壓性、壓扭性走向斷裂與之伴生。在喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)時(shí)期，由于應(yīng)力場(chǎng)改變，該區(qū)主要受到較強(qiáng)的NW－SE向主張應(yīng)力作用，在該主張應(yīng)力作用下，在燕山期整體上隆的背景之上疊加了一系列斷陷盆地，形成了著名的汾渭地塹系(鄧起東等，1973;閻鳳忠等，1987;張安良等，1987;申屠炳明等，1990)。然而，磁組構(gòu)對(duì)沉積物中的構(gòu)造應(yīng)力非常敏感，巖石中的磁性礦物也會(huì)根據(jù)外部應(yīng)力的變化以不同的方式做出相應(yīng)的調(diào)整(Kissel et al.，1986;Rochette et al.，1992;Tarling et al.，1993;潘永信等，1998;周勇等，2000;Cifelli et al.，2004)，因此認(rèn)為該地區(qū)中生代地層中磁組構(gòu)主要反映的是新生代的變形。

從韓城斷裂帶NE段3個(gè)剖面的磁組構(gòu)測(cè)試結(jié)果看，該區(qū)域的巖石磁組構(gòu)形態(tài)以“扁球型”組構(gòu)為主(圖3，4)，主要表現(xiàn)出弱變形組構(gòu)的特征;磁化率橢球體最小軸投影主要分布在投影圖中心;最大軸傾角較小，主要分布于投影圖大圓附近，且表現(xiàn)出沿NW－SE向的優(yōu)選分布特征(圖4，5)。弱變形磁組構(gòu)最大軸的優(yōu)選分布方向往往垂直于巖層受壓縮短方向或平行于區(qū)域構(gòu)造張應(yīng)力方向(Kissel et al.，1986;Lowrie et al.，1987;Rochette et al.，1992;Sagnotti et al.，1998;潘永信等，1998;Mattei et al.，1999;楊坤光等，2003;李震宇等，2010)。3個(gè)剖面磁組構(gòu)最大軸NW－SE向明顯的優(yōu)選分布特征說(shuō)明韓城斷裂帶NE段在垂直于Kmax的方向上主壓應(yīng)力有顯著增強(qiáng)，或受到較強(qiáng)的NW－SE向主張應(yīng)力的作用。然而，代表最大應(yīng)變壓縮軸的Kmin在NE－SW向的優(yōu)選分布特征相對(duì)較弱，結(jié)合我們?cè)谝巴馓顖D過(guò)程中沿?cái)嗔褞Ф嗵幱^察到斷層上下兩盤(pán)明顯的差異性垂直運(yùn)動(dòng)特征，認(rèn)為韓城斷裂帶NE段長(zhǎng)期以來(lái)主要受到較強(qiáng)的NW－SE向主張應(yīng)力作用，在該主張應(yīng)力作用下，斷裂帶一直處于NW－SE向的水平拉張狀態(tài)(鄧起東等，1973;閻鳳忠等，1987;張安良等，1987;申屠炳明等，1990)。這種構(gòu)造環(huán)境在一定程度上影響并改變了斷裂帶周圍磁組構(gòu)的賦存特征。除部分樣品外，磁化率各向異性度PJ總體較低(圖3)，從另一個(gè)角度反映了韓城斷裂帶NE段弱變形巖石磁組構(gòu)特征。

磁化率橢球體最小軸代表最大應(yīng)變的壓縮軸，即最大壓應(yīng)力方向(Kissel et al.，1986;Borradaile，1988;徐柏安，1990;Tarling et al.，1993;崔可銳等，1998;許順山等，1998;周勇等，2000;李建忠等，2006;李震宇等，2010)。3個(gè)剖面全部樣品的Kmin優(yōu)選分布特征整體上不如Kmax明顯，表現(xiàn)出微弱的NE－SW向分布趨勢(shì)。沿?cái)嗔褞ё呦?，斷層劃痕、河流扭曲等斷層走滑的野外證據(jù)都較為明顯，反映了相對(duì)明顯的NE－SW向水平擠壓應(yīng)力的存在。分析認(rèn)為，在拉張應(yīng)力控制的構(gòu)造單元，平行于斷層走向的剪切應(yīng)力可能伴隨著斷層的走滑或蠕動(dòng)而被有效地釋放，因而消減了平行斷層走向的剪切應(yīng)力對(duì)巖石磁組構(gòu)的影響。磁化率橢球體最小軸的NE－SW向分布趨勢(shì)反映了該方向的擠壓應(yīng)力在一定程度上也參與了對(duì)原生沉積磁組構(gòu)的改造，但相比上述造成顯著差異性垂直運(yùn)動(dòng)的NW－SE向水平拉張應(yīng)力，該NE－SW向水平擠壓應(yīng)力的貢獻(xiàn)總體相對(duì)較小。

從單個(gè)剖面的磁組構(gòu)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，上峪口、渚北莊與邵家?guī)X剖面磁組構(gòu)除具有上述特征外，還有各自的特點(diǎn)。如上峪口剖面少部分樣品的磁化率橢球體最小軸等面積投影偏離了投影中心(圖4b)，沿NWW－SEE方向表現(xiàn)出一定的優(yōu)選分布特征。這部分樣品對(duì)應(yīng)的磁化率最大軸與中間軸方向傾角變陡，比較分散，磁化率各向異性度也相對(duì)較高，在一定程度上表現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)變磁組構(gòu)特征，與其他樣品的特征不符。經(jīng)仔細(xì)核實(shí)后發(fā)現(xiàn)，這些樣品來(lái)自于斷層破碎帶的采樣點(diǎn)，可能在斷層活動(dòng)的過(guò)程中，斷層破裂帶附近的巖石受力較為復(fù)雜所致。除上述少數(shù)樣品外，上峪口剖面磁化率最小軸分布的玫瑰花圖顯示出NE－SW向的壓應(yīng)力分布(圖5)，與上述分析的構(gòu)造壓力方向基本吻合。在渚北莊剖面，磁化率最小軸的優(yōu)選方位玫瑰花圖較為明顯，顯示出類似的NE－SW向壓應(yīng)力的存在(圖5)。

圖5 韓城斷裂帶及周邊地區(qū)活動(dòng)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.5 Simplified tectonic map of Hancheng Fault zone and other surrounding active faults in this region.

邵家?guī)X剖面磁組構(gòu)最大軸投影與其他2個(gè)剖面基本相似，部分樣品的最小軸投影也表現(xiàn)出NE－SW向的分布特征;不同的是中間軸投影明顯集中在第1象限，Kmin優(yōu)選方位玫瑰花圖反映的NE－SW向擠壓應(yīng)力更為明顯。另外，邵家?guī)X剖面的磁化率各向異性度明顯大于其他2個(gè)剖面樣品。這些特點(diǎn)說(shuō)明，邵家?guī)X剖面的巖石磁組構(gòu)受到NE－SW向擠壓應(yīng)力的影響相對(duì)較大，明顯大于其他2個(gè)剖面。從構(gòu)造部位上看，該區(qū)域位于韓城斷裂與羅云山山前斷裂的交會(huì)處，而斷裂帶的交會(huì)部位往往構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈，推測(cè)邵家?guī)X剖面的磁組構(gòu)特征可能與2條斷裂帶的相互作用有關(guān)。邵家?guī)X剖面的大多數(shù)樣品仍然落于“扁球型”型區(qū)域內(nèi)(圖3，4)，應(yīng)屬于弱變形組構(gòu)。上述情況可能說(shuō)明在拉張應(yīng)力控制的構(gòu)造單元，即使受到一定的沿?cái)鄬幼呦虻臄D壓應(yīng)力，沉積巖中“拉長(zhǎng)型”磁組構(gòu)仍然難以形成。

另外，韓城斷裂帶NE段3個(gè)剖面所取樣品的巖層基本屬于同一層位，這種磁化率各向異性度差異性分布特征，表明了韓城斷裂帶NE段構(gòu)造應(yīng)力分布的不均勻性。這種應(yīng)力作用的不均勻性可能源于其北部相鄰的羅云山山前斷裂活動(dòng)的影響，尤其是處于斷層交會(huì)處的邵家?guī)X剖面;另外斷裂帶的空間展布并非理想的幾何構(gòu)造，如其走向的變化也會(huì)引起構(gòu)造帶局部應(yīng)力場(chǎng)的變化。邵家?guī)X剖面樣品磁化率各向異性度相對(duì)其他2個(gè)剖面普遍較高的現(xiàn)象，從磁組構(gòu)的角度在一定程度上解釋了韓城斷裂帶NE段新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)強(qiáng)烈的現(xiàn)象。文中樣品主要采集于斷裂帶附近的剖面，因而得到的應(yīng)力場(chǎng)主要反映的是斷裂帶局部的應(yīng)力場(chǎng)特征。而該應(yīng)力場(chǎng)與汾渭地塹系區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的一致性，表明韓城斷裂帶NE段的局部應(yīng)力場(chǎng)特征雖有一定的變化，但仍受控于以NW－SE向拉張、NE－SW向擠壓為特征的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)(鄧起東等，1973)。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)韓城斷裂帶NE段邵家?guī)X、渚北莊與上峪口3個(gè)剖面樣品的巖石磁學(xué)與磁組構(gòu)特征的研究，發(fā)現(xiàn)韓城斷裂帶NE段巖石樣品中的主要載磁礦物為磁鐵礦，并含有少量的赤鐵礦與磁赤鐵礦。其典型的巖石磁組構(gòu)特征為在原生沉積磁組構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)育的弱變形組構(gòu);磁化率橢球體最大軸Kmax沿NW－SE向與最小軸Kmin沿NE－SW向的分布趨勢(shì)，反映出韓城斷裂帶NE段總體受控于NW－SE向的拉張應(yīng)力，兼有相對(duì)較弱的NE－SW向水平擠壓應(yīng)力作用。斷裂帶不同地方的應(yīng)力作用存在一定的差異，上峪口與渚北莊受到的水平擠壓應(yīng)力相對(duì)較弱，邵家?guī)X則表現(xiàn)出較強(qiáng)的擠壓應(yīng)力作用。但邵家?guī)X剖面大多數(shù)樣品仍然落于“扁球型”區(qū)域內(nèi)，可能說(shuō)明在拉張應(yīng)力控制的構(gòu)造單元，即使擠壓應(yīng)力較為明顯，沉積巖中的“拉長(zhǎng)型”磁組構(gòu)仍難以形成。