沁水盆地鄭莊區(qū)塊構造特征與演化研究

陳黎明

(山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011)

沁水盆地鄭莊區(qū)塊構造特征與演化研究

陳黎明*

(山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011)

基于沁水盆地區(qū)域構造發(fā)育特征，以鄭莊區(qū)塊為構造演化研究對象，研究了自二疊紀煤系形成以來該區(qū)域構造演化應力場及變形特征，分析了研究區(qū)構造發(fā)育規(guī)律。研究表明：鄭莊地區(qū)主要經歷了印支期、燕山期、喜馬拉雅早期和喜馬拉雅晚期—現(xiàn)代4個期次的構造應力場演化。在構造發(fā)育受諸多因素的控制下，研究區(qū)的構造發(fā)育程度明顯存在不均一性，根據構造分形研究揭示，平面上構造分維數(shù)隨距離寺頭斷層的遠近而呈現(xiàn)明顯的增減，分維值大的區(qū)域，其構造發(fā)育程度也將增高。

沁水盆地；鄭莊；構造應力

1 沁水盆地區(qū)域構造特征

沁水盆地為中朝準地臺（亦稱華北地臺）山西隆起上的一個中生代以來形成的構造型復式盆地。沁水盆地現(xiàn)今整體構造形態(tài)為一近NE－NNE向的大型復式向斜，軸線大致位于榆社—沁縣—沁水一線，東西兩翼基本對稱，傾角4°左右，次級褶皺發(fā)育。在北部和南部斜坡仰起端，以SW向和NE向褶皺為主，局部為近EW向和弧形走向的褶皺。斷裂以NE、NNE、NEE向高角度正斷層為主，主要分布于盆地的西部、西北部以及東南緣（圖1）。

盆地的不同部位具有不同的構造特點?？傮w來看，西部以中生代褶曲和新生代正斷層相疊加為特征，東北部和南部以中生代的EW向、NE向褶皺為主，盆地中部NNE-NE向褶皺發(fā)育。斷層主要發(fā)育于盆地東、西部邊緣，在盆地中部有一組近EW向正斷層，即雙頭—襄垣斷裂構造帶。

圖1 沁水盆地南部構造綱要圖

2 鄭莊區(qū)塊構造變形特征

沁水盆地南部鄭莊區(qū)塊位于沁水盆地南部晉城地區(qū)，主體部分位于山西省沁水縣境內，以寺頭斷層為界，西側為鄭莊區(qū)塊。沁水盆地南部構造處于沁水盆地南部晉城馬蹄形斜坡帶，東為太行山復式背斜隆起，南為中條山隆起，西為霍山凸起，北部與盆地腹部相接。

鄭莊區(qū)塊，地層寬緩，地層傾角平均只有4°左右，低緩、平行褶皺普遍發(fā)育，呈近南北和北北東向，褶皺的幅度相對較小，背斜幅度一般小于50m，延伸長度在5～10km，呈典型的長軸線性褶皺；斷層相對不發(fā)育，斷距大于20m的斷層僅在西南部分布，主要有寺頭斷層、后城腰斷層以及與之伴生的斷層，呈一組北東向—東西向正斷層組成的弧形斷裂帶（表1），區(qū)內無巖漿活動，但發(fā)育有一定數(shù)量的陷落柱。

區(qū)內主要構造形態(tài)（斷層走向與褶曲軸向）呈NNE向展布，但次一級褶曲構造發(fā)育，方向多變，明顯表現(xiàn)了多期構造作用的產物，而斷層構造則不發(fā)育。

表1 鄭莊區(qū)塊主要斷層統(tǒng)計簡表

2.1 褶皺構造

鄭莊區(qū)塊屬于暴露與半暴露區(qū)，巖石地面露頭良好，在廣泛收集區(qū)域資料的基礎上，對野外進行了現(xiàn)場考察，對褶曲進行了較詳細的實地調查與研究，基本控制了全區(qū)的褶曲發(fā)育跡線。

鄭莊區(qū)塊的褶曲構造發(fā)育，至少有25個，但其發(fā)育的規(guī)律性比較明顯，背、向斜軸延伸規(guī)律性強，主要集中在NNE-NE，統(tǒng)計對比結果表明，褶曲軸向集中在30°～74°。主要發(fā)育兩翼傾角較緩的寬緩褶曲。

2.2 斷裂構造

斷裂構造在研究區(qū)并不十分發(fā)育，多為正斷層，斷層的規(guī)模相對較小。野外調研中，發(fā)現(xiàn)2條小型正斷層，一條位于鄭莊鎮(zhèn)西北側，發(fā)育于劉家溝組（T1l）地層中，斷層產狀分別為：115°∠54°，斷距為H=1.2m；另一條位于鄭莊鎮(zhèn)西石千峰組（P2sh）地層中，產狀為：325°∠55°，斷距為H=2m，兩條斷層均發(fā)育在石千峰組的砂泥巖互層中。

寺頭斷層是鄭莊區(qū)塊的主要斷層，也是區(qū)內最大的斷層構造。地表有多處出露，表現(xiàn)為正斷層，斷層斷在劉家溝組的上石盒子組、下石盒子組中,斷層帶寬約3 m，總體呈NNE向延伸,平面上呈舒緩狀，斷層產狀為110°∠40°。

2.3 構造發(fā)育程度

由于構造發(fā)育受諸多因素的控制，導致研究區(qū)的構造發(fā)育程度明顯存在不均一性，對鄭莊區(qū)塊的構造分形研究揭示，平面上構造分維數(shù)隨距離寺頭斷層的遠近而呈現(xiàn)明顯的增減，最低值出現(xiàn)在區(qū)塊的西邊界，其分維值僅為0.45，反映出該區(qū)域構造發(fā)育較為簡單，斷裂不發(fā)育；而隨著靠近寺頭斷層，分維值則逐漸增大，最高可達1.35，說明受寺頭斷層影響，接近大斷層帶節(jié)理也越發(fā)育。最大值出現(xiàn)在寺頭斷層與后城腰斷層的相交處；局部受小斷層發(fā)育的影響，其分維值也有隨之增大趨勢，但總體上不破壞整個區(qū)塊內部向NW方向分維值遞減的趨勢，由圖中數(shù)據結合地震解釋資料及野外實測值綜合分析比對表明，分維值的展布與實際情況非常吻合，因此，分維值大的區(qū)域，其構造發(fā)育程度也將增高，發(fā)育可能有斷層等構造的可能性也增大。

3 構造應力場演化

自石炭二疊系煤系形成以來，沁水盆地南部經歷了多期構造運動，先后經歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動，每次構造運動都相應地產生了一系列的地質構造，現(xiàn)存的地質構造形態(tài)、組合形式及分布規(guī)律都是各期構造作用的疊加。與之相對應，沁水盆地南部晉城地區(qū)（包括研究區(qū)在內）構造應力場可以分為4個時期：第一期，印支期構造應力場；第二期，燕山期構造應力場；第三期，喜馬拉雅早期構造應力場；第四期，喜馬拉雅晚期—現(xiàn)代構造應力場（表2）。

表2 晉城地區(qū)中生代以來構造應力場演化及主應力特征

（1）印支期構造應力場。印支運動從中三疊世之后開始影響沁水盆地，并且主要活動期為晚三疊世末。沁水盆地主體遭受近南北向的擠壓應力場，在該期主體構造應力場的影響下，沁水盆地南部陽城斷隆帶上形成了近東西向的褶皺?？傮w上看，印支期近南北向的水平擠壓應力場對沁水盆地的影響并不大，沁水盆地仍保持了穩(wěn)定狀態(tài)，并未在盆地內部形成明顯的地質構造，僅使盆地南部產生了一定程度的隆起抬升。

（2）燕山期構造應力場。該期構造應力場表現(xiàn)為NW-SE向近水平擠壓應力場，在盆地南部晉城一帶主應力跡線略有偏轉呈近東西向，事實上我們在研究寺頭斷層的巖石的組構時，也明顯發(fā)現(xiàn)其存在一期近EW向的擠壓應力場，主應力呈15°向SEE傾向。

在該期構造應力場的作用下，沁水盆地的構造活動以擠壓抬升和褶皺作用最為顯著，盆地內部形成了軸向NE-NNE的一系列寬緩的背、向斜構造，規(guī)模較大，一般長約10～30km，褶皺走向自北向南呈規(guī)律性變化，南部陽城以南呈北北東—北東向，在大褶皺的兩翼往往發(fā)育一系列的次級褶皺，而盆地兩緣特別是盆地東緣靠近太行山造山帶形成了北東向展布的沖斷層。同時，盆地的莫霍面上拱并有局部的巖漿侵入，形成了不均衡高地熱場，這對于煤儲層中外生裂隙以及割理的生成是十分有利的，因而形成本區(qū)所特有的煤級雖高，但割理比較發(fā)育的狀況，對于煤層氣的生成和產出以及勘探開發(fā)十分有利。

（3）喜馬拉雅早期構造應力場。該階段，華北地區(qū)北部受到NW-SE方向的拉張構造應力作用，在區(qū)內形成大規(guī)模伸展構造，即進入全面裂陷階段，形成了貫穿山西南北的斷陷盆地，長治段及晉城段高角度正斷層發(fā)育，部分地段密集分布，同時伴生形成剪、張節(jié)理。

在研究區(qū)內，喜馬拉雅早期最明顯的構造是分隔鄭莊區(qū)塊與樊莊區(qū)塊的寺頭斷層，對該斷裂帶的巖組與擦痕研究表明，明顯可以區(qū)分出存在3期構造應力場。其3期構造應力場的主壓應力產狀分別為：NW向：300°∠20°；近EW向：100°∠15°；NNE向，約10°∠16°。而根據斷層延展及性質與構造應力場的關系分析，特別是就斷層面的擦痕研究，斷層形成時其三軸應力方向分別為，最大主應力10°∠16°，最小主應力290°∠16°，中間主應力100°∠74°。因此，該斷層發(fā)育主要與NNE向擠壓和NWW向伸展有關，應該是喜馬拉雅早期的產物。該期構造應力場在鄭莊區(qū)塊內，主要表現(xiàn)為發(fā)育大量的節(jié)理構造，但褶曲構造并不明顯，僅有少量的正斷層形成，原先的褶皺被得到一定程度的加強。

（4）喜馬拉雅晚期—現(xiàn)代構造應力場特征。山西地區(qū)的構造應力場由早期的NNE-SSW向擠壓應力逐漸轉變?yōu)镹E-SW向擠壓應力。研究區(qū)在該期構造應力場作用下，導致地殼進一步被抬升，接受剝蝕，并在第四紀老黃土中發(fā)育有節(jié)理構造。野外實測黃土節(jié)理表明現(xiàn)代構造應力場的主壓應力方向為NE50°左右，而實測（測井解釋）水平最大主應力值也呈NE向，兩者相得益彰，均揭示了該期構造應力場的特征。

最近的一期應力場對樊莊區(qū)塊的構造改造性相對大些，它進一步加強了前期構造特征，特別是中部的軸向NW的褶曲構造。此外，研究區(qū)常存在一些褶曲軸彎曲的現(xiàn)象，也可能是本期應力場影響的表現(xiàn)，使得原先的構造復雜化。受該期NE-SW向的區(qū)域擠壓應力場作用，寺頭斷層可能在該期應力場下，兼具右行走滑作用，導致該斷裂在喜馬拉雅晚期—現(xiàn)代處于相對緊閉狀態(tài)而有利于煤層氣的保存。

4 結論

（1）沁水盆地現(xiàn)今整體構造形態(tài)為一近NE－NNE向的大型復式向斜，東西兩翼基本對稱，在北部和南部斜坡仰起端，以SW向和NE向褶皺為主，局部為近EW向和弧形走向的褶皺。斷裂以NE、NNE、NEE向高角度正斷層為主。

（2）鄭莊區(qū)塊的褶曲構造發(fā)育，其發(fā)育的規(guī)律性比較明顯，背、向斜軸延伸規(guī)律性強，主要集中在NNENE，主要發(fā)育兩翼傾角較緩的寬緩褶曲。斷裂構造在研究區(qū)并不十分發(fā)育，多為正斷層，斷層的規(guī)模相對較小。由于構造發(fā)育受諸多因素的控制，研究區(qū)的構造發(fā)育程度明顯存在不均一性，鄭莊區(qū)塊的構造分形研究揭示，而隨著靠近寺頭斷層，分維值則逐漸增大，分維值大的區(qū)域，其構造發(fā)育程度也將增高。

（3）沁水盆地南部經歷了多期構造運動，先后經歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動，每次構造運動都相應地產生了一系列的地質構造，現(xiàn)存的地質構造形態(tài)、組合形式及分布規(guī)律都是各期構造作用的疊加。

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Study on the Structure Features and Evolution of Zhengzhuang Block in Qinshui Basin

CHEN Li-ming
(Shanxi Province Coal Geology 114 Prospecting Institute,Changzhi Shanxi 046011,China)

Based on the characteristics of Qinshui Basin regional tectonic development,the paper take Zhengzhuang block as a research object of structural evolution,studied its tectonic evolution and stress field features since the formation of the Permian coal measure strata,analyzed the research area structural development pattern.The research shows that Zhengzhuang block has experienced the tectonic stress filed evolution history of Indosinian period,Yanshanian period,early Himalayan movement period,later to modern Himalayan movement period.The tectonic development degree of the studying area is heterogeneous apparently under the control of several factors.Study on the structural fractal shows that structural fractal dimension of the plane present obvious presents obvious with different distances from the Sitou fault.The bigger of the fractal dimension,the higher of the tectonic development degree.

Qinshui basin；Zhengzhuang；tectonic stresses；tectonic period

P618

A

1004-5716(2015)12-0098-04

2014-12-19

2014-12-19

陳黎明（1982-），男（漢族），湖南祁陽人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質相關工作。