我国山区地质构造的基本特征

如题所述

1.3.1 我国主要构造体系

按照地质力学观点,在我国境内,具有一定规模的构造体系主要有下列几种类型

1.3.1.1 巨型纬向构造体系

主要有3条东西向的复杂构造带横亘全国,每一构造带自成一个构造体系。①阴山—天山构造带:大致位于北纬40°~43°之间;②秦岭—昆仑构造带:大致位于北纬33°~36°之间;③南岭构造带:大致在北纬23°30′~26°之间。上述三条东西复杂构造带的主体,一般是由古老变质岩系和一部分古生代及中生代地层的紧密褶皱和挤压性断裂等构成,伴生有张性及扭性断裂,并有花岗岩体及超基性岩带等掺杂其中。这类构造体系具有悠久的发育历史,反复经过多次强烈的构造运动,最晚的一次,大约在侏罗纪以后。此外,出现在海南岛及附近海域、大兴安岭北段的东西构造带,可能分别属于另外两个巨型纬向构造带的一部分。其他散布各地、规模较小的一些东西构造带,一般称为区域性东西构造带。

1.3.1.2 经向构造体系

走向南北的构造中,自成体系的,属于经向构造体系。在国内,经向构造体系的构造带多为挤压带,主要由褶皱和挤压性断裂构成,主要发育在四川、云南、贵州、湖南等地区,山西西部及太行山东麓等地也有散布。这些构造带从燕山运动以来均断断续续发生过褶皱和隆起,有的历史悠久,有的追溯到古生代甚至更早。

1.3.1.3 各种扭动构造体系

可以分为多字形、山字形及歹字形等各种构造型式。

(1)新华夏构造体系:是发育在中国东部及东亚大陆濒太平洋地区的一个巨型多字型构造体系。它幅员辽阔,主体部分由燕山运动以来形成的、总体走向北北东的隆起褶带和沉降褶带组成。在地形上表现为三条分别由山脉、丘陵、岛屿构成的隆起,和相辅而行的、三条由高原—盆地、平原、大陆边缘海构成的凹陷。在这个范围内,走向大体与新华夏构造带方向一致的、与隆起和沉降褶带发生在同一构造运动时期的褶皱,以及与褶皱有密切联系的各种断裂,一般均属于新华夏构造体系。新华夏系大约在新近纪末期发展到成熟的阶段,局部地区至今仍有活动。

(2)华夏构造体系和华夏式构造体系:中国东部广大地区在古生代时期形成的走向北东的褶皱带和挤压性断裂带群,属于华夏构造体系。它是一个古老的巨型多字型构造体系,完成于古生代末。由于新地层的掩盖及新的巨型构造体系的干扰与破坏,它看起来不像新华夏系那样发育,但踪迹确是很明显的。此外,在我国东部地区的白垩系或第三系岩层中有类似华夏系的构造带出现,但形成时期晚,不同于华夏系,称为华夏式构造体系。

(3)山字形构造体系:中国具有一定规模的山字形构造体系有:祁吕贺山字形、淮阳山字形、云南山字形、广西山字形、粤北山字形及山东山字形(?)等。这类构造体系的共同点:在北半球主要由向南(偶有向西)凸出的弧形褶带和它后面大致走向南北的挤压构造带,以及二者之间相对稳定的地块等组成。弧形褶带的两翼常分别形成南北凸出的反射弧。反射弧后面也常出现走向南北的挤压带。

(4)歹字形构造体系:在中国西南地区分布着两个巨型歹字形构造体系:①青藏歹字形构造体系以川滇地区一群强大的弧形构造带为主体,向北展布到昆仑山以北,向南伸入缅甸、老挝、越南,并延伸到泰国、马来西亚、印度尼西亚等。②帕米尔—喜马拉雅歹字形构造体系以喀喇昆仑山、喜马拉雅山等从帕米尔地区跨中国边界向东南伸展的诸山脉为主体。这两个歹字形均有较长的发育历史,但在新生代才形成剧烈褶皱,构造运动达到高峰。

(5)其他扭动构造型式:包括各种形式的旋构造及尚待进一步研究其归属的构造带等。

1.3.2 我国山区地壳稳定性

地壳稳定性对山区地质灾害的形成和油气管道安全运营有很大的影响,决定地壳稳定性的主要有地震、活动性断裂、第四纪岩浆活动、地壳垂直形变、现今构造应力场特征等。

1.3.2.1 活动性断裂

岩土工程勘察规范规定[2]:①全新活动断裂为在全新地质时期(1万年)内有过地震活动或近期正在活动,在今后100年可能继续活动的断裂;全新活动断裂中、近期(近500年来)发生过地震震级M≥5级的断裂,在今后100年内,可能发生M≥5级的断裂,可定为发震断裂;②非全新活动断裂:1万年以前活动过,1万年以来没有发生过活动的断裂,可定为发震断裂。

全新活动断裂可按表1-3分级。

表1-3 全新活动断裂分级

第四纪以来,特别是现今有活动特征表现的断裂,谓之活动性断裂。

我国各地的活动性断裂在规模、活动方式、活动历史和活动强度等方面具有一定的差异性。综合分析活动性断裂的特点,按地域可划分为华北地区、东北地区、华南地区、西南地区和西北地区以及台湾地区。各地区活动性断裂主要特点如下:

1)华北地区活动性断裂主要特点

在现今构造应力场的作用下(现今构造应力场的主压应力方向为北东东向与南西西向),活动性断裂主要走向为北东方向和北西方向。主要活动性断裂有:郯城—庐江断裂带、太行山前断裂带、沧东断裂带和汾渭断陷带。

华北地区的活动性断裂大多数是中新生代以来的继承性断裂,特别是走向北北东和北东方向的活动性断裂,规模较大,垂直差异性活动较强烈,其中有一部分断裂对华北平原边缘和内部结构起控制性作用。在华北地区的活动性断裂带中有我国东部规模最大的活动性断裂带和断陷带,如郯城—庐江活动性断裂带和汾渭断陷带。据对强震的分析结果,华北地区的主要活动性断裂带亦是强地震带,地震活动周期性比较明显,强度大,但频度不很高,现今处于地震的活跃时期。

2)东北地区活动性断裂主要特点

东北地区的北东—北北东方向主要断裂具有继承性活动特点,但活动性在逐渐减弱,表现于现今仅在主要活动性断裂的特殊构造部位和主要盆地中有少数地震发生,地震频度和强度都较低。北西向活动性断裂规模比北东—北北东向活动性断裂小,生成时代较新,但活动性强,表现在与其他走向的断裂交汇部位一般都是现今地质构造活动性强的地区。东北地区主要活动性断裂有:伊通—依兰断裂带、敦化—密山断裂带和嫩江断裂带。

3)华南地区活动性断裂主要特点

华南地区的现今构造应力场与中生代的构造应力场相同,即主应力方向为北西西向南东东向,因而华南地区的主要活动性断裂具有继承性的特点。华南地区主要活动性断裂有:长乐—诏安断裂带、邵武—河源断裂带和王五—文教断裂带。

华南地区的活动性断裂分区性比较明显,具有较大规模的活动性断裂大多数集中分布在东南沿海一带,并且越靠近大陆边缘,断裂的活动性越强,表现在对第四纪断陷盆地的控制、强震的发生以及新近纪—第四纪玄武岩喷发等方面。在大陆内部也有少数活动性较强的活动性断裂,它们大多数分布在江汉—洞庭地区,但规模都小于沿海地区的主要活动性断裂。华南地区的北西向和东西向断裂亦具有一定的活动性,与北东—北北东方向断裂的交汇部位,常常是现今地壳稳定性较差的地区。

4)西南地区活动性断裂主要特点

西南地区是我国西部受喜马拉雅构造运动影响最强烈的地区。因此,区内不但存在喜马拉雅构造运动期形成的大型活动性断裂,如喜马拉雅山南缘活动性断裂,而且亦具有继承性活动特点,现今仍有强烈活动表现的较老的断裂带,如展布于川西—滇中一带的南北向断裂带。西南地区的主要活动性断裂有:雅鲁藏布江断裂带、昆仑—秦岭断裂带、青藏川滇断裂带和贺兰、川滇南北向断裂带。

西南地区的活动性断裂带走向多呈近东西—北西—北北西弧形和南北向,分布于青藏、川西、云南的山前地带和山间盆地旁侧并沿一些江河展布。地质构造活动强烈,特别是活动性断裂的强烈活动,造成了西南地区显著的构造地貌形态,高山深谷较普遍;第四纪断层形迹和地震断层规模较大,清晰可见;地震活动强烈,历史破坏性地震在单位面积上所释放的能量在我国居第二位;与活动性断裂密切相关的第四纪岩浆活动在青藏南部和滇西均有发现。

5)西北地区活动性断裂主要特点

西北地区是我国活动性断裂非常发育,且活动性强烈的地区之一,该区主要活动性断裂有:阿尔金断裂带、天山北缘断裂带、可可托海—二台断裂带、天山南缘断裂带和祁连山北缘断裂带。

西北地区活动性断裂多分布于主要山脉和山前地带和准噶尔、塔里木等大型盆地周边以及一些山间盆地中。活动性断裂主要走向为近东西向和北西向,少数为北东走向,性质以压扭性为主。十分发育的地质构造和活动性断裂的强烈活动造成了西北地区显著的构造地貌形态,高山峻岭、深切沟谷较普遍,山岭与盆地相间,高程悬殊。活动性断裂的强烈活动使西北地区成为我国强震区之一,地震的强度和频度仅次于台湾和西南地区。我国最新的火山活动区亦位于西北地区的活动性断裂带之中。

6)台湾地区活动性断裂主要特点

台湾地处现今世界构造活动最强烈的环太平洋构造带之中。该区的新构造运动在我国最为强烈,表现于以下四方面:活动性断裂十分发育,规模大,多为北东—北北东走向,活动性有由西向东相对加强的特点;构造地震频频发生,地震的数量和单位面积中地震所释放的能量居我国首位;构造地貌形态显著,垂直差异极其明显,特点是该区中央山脉以东地带;台湾岛东西两侧海底有近代火山活动。台湾地区主要活动性断裂有:台东断裂带和台西断裂带。

综前所述,我国活动性断裂规模西部相对大于东部,活动性一般亦是西部相对强于东部(台湾和华北地区的少数主要活动断裂例外),华南和台湾地区活动断裂的规模和活动性由北西向南东相对加强;我国西部多古生代以来的继承性活动断裂和新生代活动断裂,东部多中新生代以来的继承性活动断裂;活动性断裂在我国华南西部和大型断块盆地之中(如塔里木盆地、准噶尔盆地等)相对来说不甚发育或活动性不太强烈。

1.3.2.2 强烈地震的活动特点

我国是一个多地震的国家。为突出破坏性地震,使人们在工程—经济活动中更加重视其危害,了解其规律,从而加以设防,6级以上为强震。

地震按其成因可划分为构造地震、火山地震、陷落地震和人为地震。我国的强震绝大多数属于构造地震。我国强震的分布、强度和发震频度都有一定规律性。简要归纳如下:

1)强震的分布规律

我国强震的地理分布和震源深度分布都具有一定的规律性。

(1)强震的地理分布规律。

我国的强震在东北地区分布较少,华北地区分布较多,中南、东南分布较少、西北、西南分布较多,台湾省是我国强震分布最密集的地方。

在强震发生较多的地区,强震沿活动性断裂呈带状分布。如我国中部的贺兰山—六盘山—川滇南北向断裂带即是我国中部的强震活动带,称为南北地震带。

(2)强震的震源深度分布规律。

我国大多数地区的强震属浅源地震,震源深度5~80km;中源地震台湾(震源270km);新疆南部(西昆仑山)震源120~160km,青藏南部(震源达180km);深源地震东北震源约500km。

2)强震的发震频度规律

根据历史地震的统计,我国强震的发震频度各地有较大的差别。一般来说,现今断裂构造活动强烈地区强震发生频度较高,周期较短,反之则频度较低,周期较长。我国主要地震区强震活动期及频度见表1-4。

3)强震活动的强度规律

强震活动的强度指强震发生的次数和释放能量的多少。强震活动的强度统计见表1-5。

近年来随着地震工作的研究深化,人们将地震活动具有共同特征和相互联系、地震地质条件密切相关的地区划分成地震区、带,为国民经济建设和进一步研究地震服务。国家地震局有关单位将我国地震活动地区划分为10个地震区,23个地震亚区和30个地震带见表1-6。

表1-4 我国主要地震区强震活动分期及频度表

表1-5 我国主要地区强震次数和释放能量表

表1-6 我国地震区、带划分简表

1.3.3 第四纪岩浆活动特点

第四纪岩浆活动是地质构造活动的一个重要标志,是评价区域地壳稳定性的主要因素之一。我国的第四纪岩浆活动具有以下主要特点:

(1)第四纪岩浆活动与较大规模的活动性断裂密切相关。我国的第四纪岩浆岩绝大多数分布在现今仍在活动着的并具有较大规模的断裂带之中或其旁侧(图1-1)。以第四纪岩浆岩分布最广的黑龙江省和吉林省为例,岩浆岩主要分布在嫩江隐伏断裂带和敦化—密山断裂带等切割深达岩石圈或地壳的深大活动性断裂带影响范围之内。

(2)第四纪岩浆岩绝大部分属基性,超基性岩类。根据现有地质资料的统计,我国的第四纪岩浆岩绝大部分属基性、超基性岩类,仅见分布于新疆于田和台湾的部分第四纪岩浆岩属于中性岩类。

(3)第四纪岩浆岩的分布有一定规律性。这种规律性除前面已经提到的与深大活动性断裂有关外,再者就是我国第四纪岩浆岩的分布东部多于西部;北方(特别是东北地区)多于南方;在南方,沿海地区多于内陆;山区(包括山前地带)多于平原。

(4)第四纪岩浆岩分布地区往往也是地震活动较强地区。

图1-1 我国第四纪岩浆岩分布示意图[5]

1.3.4 新构造运动期地壳垂直变形

经研究和观测表明,我国新构造运动期地壳的水平形变大于垂直形变。因垂直形变较水平形变显而易见,资料丰富,因此,一般只表示地壳垂直形变。

我国新构造运动期地壳垂直形变从类型上可以划分为4个构造区(图1-2)。Ⅰ区为断裂构造区,区内以活动性断裂造成的新构造运动形式为主,如断裂隆起和断陷等。Ⅱ区为拱形断块构造区,以拱形断块隆起和断陷、拗陷等新构造运动形式为主。Ⅲ区为大幅度差异运动构造区,以大幅度差异性断块隆起和深断陷等新构造运动形式为主。Ⅳ区为断褶构造区,以断褶构造区,以断褶构造隆起和边缘拗陷等新构造运动形式为主。图1-2还综合表示出各构造区新构造运动期地壳垂直形变幅度。

图1-2 我国新构造运动期地壳垂直形变图[5]

1.3.5 现今构造应力场特征

对我国现今构造应力场特征的分析主要利用了地震震源机制解。

华北地区现今构造应力场主压应力轴方向为北东—北东东向。在这种应力场的作用下,北西向断裂呈压性,规模虽相对较小,但活动性很强,与地震关系密切。北北东和北西向断裂多呈扭性,分别为右旋和左旋扭动。

据推测东北地区可能与华北地区具有相同的现今构造应力场特征。

华南和台湾地区,主压应力轴方向为北西至北西西向。

新疆地区主压应力与主要构造带近于垂直。北天山为北东向,南天山为北北西向,兴都、库什地区为南北向,昆仑山西段为北东—北北东向。

青藏、川滇地区现今构造应力场较复杂,但也有一定的规律性。区内现今构造应力场可由4条构造带划分出4种应力作用方式:

喜马拉雅弧形构造带的地震震源机制解随震源深度不同而有差别,但地壳以内的震源机制解显示出主压应力轴方向大致与弧形构造垂直,并随弧形构造的弯曲而改变主压应力方向。

西昆仑—唐古拉—川滇弧形构造带的西段、中段优势主压应力方向为北东向,而川滇地区内优势主压应力方向为北西向。

东昆仑—川西弧形构造带主压应力方向大致为北东方向。但在包括龙门山构造带在内的川西地区,主压应力轴方向多为北西西向。

祁连山—六盘山构造带,主压应力优势方向为北东向。

1.3.6 我国区域地壳稳定性的一般规律

依据前述的我国地震、火山、活动性断裂、新构造运动、现今构造应力场等规律和特点,我国区域地壳稳定性具有以下一般规律性:

1.3.6.1 我国区域地壳稳定性具有明显的区域性特点

区域地壳稳定性决定于多种地质作用,其中主要是地震活动、断裂活动、泥石流和滑坡等对人类活动危害较大的地质作用。我国这些主要地质作用都具有明显的地区性特点,从而决定了我国区域地壳稳定性具有明显的区域性特点。我国西北和西南地区构造活动强烈,强震活动频繁,地貌条件复杂,地震烈度普遍较高,除塔里木盆地和准噶尔盆地及个别地方外,该区是我国区域地壳稳定性相对最差的地区。台湾岛处于环太平洋构造带中,现今地震活动,断裂差异性运动十分强烈,也是我国区域地壳稳定性最差的地区。华北和东南沿海一带构造活动较强烈,平原内部某些地段和断陷盆地地带差异运动明显,强震活动较强,地震烈度较高,该区是我国区域地壳稳定性较差的地区。东北和华南广大内陆地区地震活动性较弱,因新生代以来差异运动逐渐减弱,故物理地质现象不甚发育(除极个别地方外),东北地区虽有近代火山活动,但分布局限,有特定区域,且与人类重要工程关系不甚密切,因此该区是我国区域地壳稳定性较好的地区。

1.3.6.2 区域地壳稳定性与新构造运动期以来强烈的垂直差异运动相联系

在构造运动中垂直差异运动比较明显。我国新构造运动以来垂直差异运动主要反映在现代地形地貌和沉积物厚度及岩相变化上。强烈差异运动的结果可以形成地震、物理地质现象等多种破坏性地质现象和明显的构造地貌特征。我国垂直差异运动强烈地区也是区域地壳稳定性较差的地区。例如,台湾岛构造地貌显著,物理地质现象发育,地震活动强烈。这些均说明了台湾活动性断裂,特别是台东断裂带垂直差异运动十分明显,因此成为我国区域地壳稳定性最差的地区之一。又如,山西断陷带是我国区域地壳稳定性较差的地区,又是华北地区新生代垂直差异运动幅度最大地区,1556年华县大地震和1038年忻县7.25级地震等都发生在断陷盆地中新生代以来垂直差异运动最强烈的构造部位。

1.3.6.3 不同类型的构造盆地对区域地壳稳定性具有不同影响

我国的构造盆地可划分为:中新生代断块盆地、新生代断陷盆地、复合型盆地、断裂谷型盆地和山间盆地5种类型。它们的特征及对区域地壳稳定性的影响简述如下。

中新生代断块盆地主要在西北地区,如塔里木盆地、准噶尔盆地。它们的特点是范围大,地形上呈大型山间盆地,周围有活动性深大断裂,盆地内部断裂活动相对较稳定,盆地边缘与山区之间的深大断裂一般为高角度压扭性,沿断裂有强烈的垂直差异运动。此类盆地周边地壳稳定性较差,内部则较稳定。

新生代断陷盆地以山西、陕西境内的汾渭断陷盆地最典型,呈条带展布。盆地一侧或两侧常具有强烈活动的阶梯状正断层,垂直差异运动明显。盆地边缘断层地貌形态清楚,盆地内新生界厚度较大,盆地中常有与盆地走向不同的活动性构造存在。此种地段和盆地边缘断裂垂直差异最明显的地段是地壳稳定性较差的地方。

复合型盆地既有中新生代断块盆地的特征又有新生代断陷盆地的特征。表现为范围广,盆地边缘受活动性深大断裂控制,盆地中又有较小的断陷带存在,盆地中隐伏的活动性断裂较发育,这类盆地以华北平原为典型。盆地边缘和盆地中存在断陷带的地方是地壳稳定性较差的地段。

断裂谷型盆地主要见于西南地区,为地质历史中活动的大断裂带形成的狭长谷地,江河往往沿谷地发育。此类盆地长度大,宽度不大,地貌形态呈高山谷地类型。其物理地质现象发育,在构造复杂交汇处形成开阔地段,因而盆地总体多呈串珠状。强烈地震多发生于此类盆地之中,尤其是盆地的开阔地段。此类盆地地壳稳定性不好,盆地中的开阔地段地壳稳定性更差。

山间小盆地主要见于山区内部,范围较小。盆地一侧或几侧受断裂控制,强烈下陷而形成盆地。沉积物为粗碎屑物质,厚度大,盆地边缘和内部地震活动较强烈。此类盆地的地壳稳定性较差。

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