Analysis of Structural Style of Yanjin Fengqiu Section of Xinxiang Shangqiu Fault in Neotectonic Period
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摘要: 新乡-商丘断裂是南华北盆地与渤海湾盆地、鲁西隆起的分界断裂,是一条长期活动的区域性深大断裂。浅层地震勘探与跨断层钻孔联合剖面探测工作已证实该断裂延津至封丘段的最新活动时代为晚更新世,本文通过对典型地震勘探剖面和钻探资料综合分析认为:新乡-商丘断裂延津至封丘段断裂结构复杂,新近纪以来构造样式在不同构造部位有显著差异。延津段在地震勘探剖面上浅部显示为负花状构造;封丘段变化较大,东部在剖面上为多组阶状正断层组合,形成了由断层带控制的构造背斜,平面上表现为NW向排列、走向NNE雁列状断层组合;西部结构单一,自东向西断裂控制的浅部地层变形范围增大,断层带逐步变宽。根据新乡-商丘断裂延津至封丘段剖面上的构造样式与平面上的组合模式,表明该段断裂最新活动具有走滑运动性质。Abstract: The Xinxiang-Shangqiu fault is a regional deep fracture of long-term activity marking the boundary between the South North China Basin and Bohai Bay Basin. The latest active age of the Yanjin to Fenqiu fragment of this fault is of late Pleistocene, which is testified by the joint work of shallow seismic exploration and cross-fault borehole detection. On the basis of the typical seismic exploration profiles and drilling data, we concluded that the Yanjin-Fengqiu fragment of the Xinxiang-Shangqiu fault has a very complicated structure. Since the Neogene time, the different tectonic positions of the Yanjin-Fengqiu fragment have quite different tectonic styles. The Yanjin part has a negative flower structure in the seismic exploration profile. However, the Fengqiu part is structurally quite variable. The eastern segment of the Fengqiu part is composed of multiple scalariform normal faults, which form an anticline controlled by a fault belt. These faults are arranged in the NW direction and in echelon with a strike of NNE direction. The western segment is relatively in simple structure, with increasing deformation scale of the shallow strata controlled by the E-W trending fault. The fault zone of the western segment becomes wider from east to the west. According to the tectonic styles and combination patterns of the profile, we concluded that the Yanjin-Fengqiu fragment of the Xinxiang-Shangqiu fault is of strike-slip characteristics.
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Key words:
- Xinxiang Shangqiu fault /
- Seismic exploration /
- Structural style
1) 2 中国地震局地球物理勘探中心,2016. 新乡市活动断层探测与地震危险性评价工程报告.2) 3 中国地震局地球物理勘探中心,2014. 长垣县主城区地震小区划报告.3) 4 河南省航空物探遥感中心,2013. 河南省内黄隆起区地震概查及资源远景评价报告.4) 5 河南省航空物探遥感中心,2019. 河南省地震构造探查工程(1)浅层人工地震探测专题报告.5) 6 中国石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院,2017. 新乡-商丘断裂石油地震资料分析与解释成果报告.6) 7 中国地震局地球物理勘探中心,2019. 新乡-商丘断层活动构造探测目标断层人工地震浅层反射剖面探测专题报告.7) 8 河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院,2020. 河南省地震构造探查工程(2)-主要断裂活动性鉴定(部分)成果报告.8) 9 河南省地质调查院,2021. 河南省地震构造探查工程(4)-主要断裂活动性鉴定(部分)成果报告.9) 10 北京防灾科技有限公司,2021. 新乡-商丘断裂(封丘段)活动性鉴定与定位验收报告. -
引言
新乡-商丘断裂是南华北盆地与渤海湾盆地、鲁西隆起的分界断裂(许立青等,2013),整体呈NW走向隐伏于新乡、延津、兰考、商丘至永城一带,断裂以北构造线主要为NE-NNE向,断裂以南的南华北盆地构造线主要为近EW向和NW向,沿断裂发育有喜山期玄武岩、安山岩及酸性火山岩,是一条长期活动的区域性深大断裂(王定一等,1994;徐汉林等,2003)。其最新活动时代和活动性质历来为研究者所重视(刘尧兴等,2001;王志铄,2017)。
河南省地震构造探查工程项目实施以来,在收集梳理已有石油、煤田勘探成果资料的基础上,跨新乡-商丘断裂完成了多期浅层地震勘探与钻孔联合剖面探测工作,其中延津至封丘段探测的成果资料最为丰富。钻孔联合剖面探测成果表明,该断裂延津至封丘段最新活动时代为晚更新世(张扬等,2021;侯江飞等,2021),而有关新乡-商丘断裂延津至封丘段的最新构造样式、活动性质及成因仍需进一步总结,这对全面评价该断裂的地震危险性具有重要意义。
本文基于河南省地震构造探查工程项目成果资料,选取典型地震勘探反射剖面并结合钻孔资料,对新乡-商丘断裂延津至封丘段的剖面结构特征进行对比,总结本区段新近纪以来该断裂的构造组合样式,并分析其运动性质与动力学机制,推测断裂的平面组合模式。
1. 构造背景
新乡-商丘断裂延津至封丘段西起延津县南刘岗村,经石婆固镇、封丘县城至曹岗乡一带,长约55 km(曹岗至兰考县三义寨段,本文不作讨论)。依据断裂对两侧构造单元的控制作用,自西向东分为延津段和封丘段,整体走向NW,延津段主体倾向SW,封丘段倾向NE(图1)。
延津段西起南刘岗村,经石婆固镇到西守宫村附近,长约29 km。该段主断层倾向SW,控制了内黄隆起的南边界,断裂北侧为内黄隆起,南侧为封丘凸起(斜坡)和延津次凹(武陟隐伏隆起东北部的次级构造单元);内黄隆起整体为NE向的条形块体,基底为太古界至古生界,盖层为新近系至第四系,厚约500~2 000 m,西北薄、东南厚,向东南倾斜,第四纪以来西升东降,具掀斜运动性质;封丘凸起呈NW向,基底为太古界至古生界,盖层为部分中生界、新近系至第四系;其南侧的延津次凹是武陟隐伏隆起上的次级凹陷,呈NW向展布,基底为太古界至古生界,盖层以中生界为主,古近系不发育,厚约数百米,封丘凸起与延津次凹内,新近系至第四系厚2 000~2 600 m,由东北向西南逐步加深。封丘段西起西守宫,经封丘县城、鲁岗乡,在曹岗一带与NNE向黄河断裂相交,长约26 km,该段主断层倾向NE,断裂上盘为东濮凹陷,下盘为封丘凸起(斜坡)和开封凹陷。东濮凹陷北窄南宽,具有东西分带、南北分区的构造特征,总体为“两凹夹一凸及一斜坡”的构造格局(马宝军等,2017),基底为太古界至古生界,其上残留有中生界,新生界厚达7000~9 000 m;开封凹陷分布于新乡-商丘断裂以南、陡门断裂以东、郑州-开封断裂带和杨庄断裂以北,是一个被NE向和NW向2组主要断裂复杂化的中、新生代盆地,基底为太古界至古生界,其上残留有部分中生界,古近系最大厚度达4 000 m,新近纪分别在中牟北、原阳南、兰考西等地形成了多个沉降中心,新近系底界最大埋深约2 800 m。
新乡-商丘断裂延津至封丘段有3条NNE向主要断裂与之相交,分别是汤东断裂、长垣断裂和黄河断裂。汤东断裂为汤阴地堑的东边界,倾向NWW,其南段最新活动时代为晚更新世①,断层两侧微地貌与水系研究表明,汤东断裂具有右旋走滑性质(刘尧兴等,2001)。长垣断裂为东濮凹陷西部次凹带的西边界,倾向SEE,该断裂南段强烈活动期为古近纪,新近纪早期有过弱活动,根据浅层地震勘探反射剖面资料推测,长垣断裂南段的最新活动时代为新近纪早期②。黄河断裂倾向NWW,为东濮凹陷西部次凹带与中央次凸带的分界断裂,根据浅层地震勘探反射剖面资料推测黄河断裂南段的最新活动时代为早、中更新世②。
2. 研究方法
本地区石油勘探资料丰富,煤田勘探资料次之,河南省地震构造探查工程项目实施过程中,根据补充收集的中深层地震勘探资料和钻孔资料,重新梳理出新乡-商丘断裂在延津至封丘段及主要相交断裂的平面分布、断层宽度和几何结构,编制了相关构造图(构造层为新近系底界)。在此基础上开展了一系列浅层地震勘探和钻探工作,整体上控制了新近纪以来新乡-商丘断裂延津至封丘段的断裂格架。
本文选取6条中深层地震勘探反射剖面和4条浅层地震勘探反射剖面(图2),结合钻孔资料由深及浅重点分析新近纪以来新乡-商丘断裂延津至封丘段在垂直剖面上的构造样式。选取的浅层地震勘探反射剖面基本控制了该断裂的宽度,浅层地震勘探基本参数如表1所示。
表 1 浅层地震勘探基本参数Table 1. Basic parameters of shallow seismic exploration序号 线号 长度
/m道距/m 炮距/m 偏移距/m 接收道数 覆盖次数 采样间隔/ms 记录时间
/s震源吨位/t 1 XS1 8875 10 20 0 240 60 0.5 3 26 2 XSB1 5795 5 20 0 260 32 0.5 3 26 3 XS2 8100 10 20 0 240 60 0.5 3 26 4 FQ1 7216 4 16 0 220 22 0.5 2 18 注:XSB1线为组合线,由XSB11线与XSB12线组合而成。 具体研究方法如下:选取不同构造部位的典型地震勘探反射剖面,结合钻孔资料,综合分析目标断裂的结构、新近纪以来断裂控制的地层变形特征,及其构造样式与变化规律,讨论其成因、最新活动性质,推测目标断裂的平面组合模式。
3. 典型地震勘探反射剖面分析
3.1 延津段
本段选取SP1线煤田地震勘探反射剖面和XSB1线浅层地震勘探反射剖面进行对比分析。
3.1.1 中深层地震勘探反射剖面
跨新乡-商丘断裂延津段的SP1线煤田地震勘探反射剖面揭示的反射震相比较丰富(图3),双时程0.2~3.0 s之间发育多组反射波组,分别以Ta1、Ta2、TN、TE、TT、Tg表示,根据测线邻近开3井的地层划分结果,自上而下它们分别代表了第四系、上新统、中新统、古近系、中生界和古生界的底界;根据反射波组同相轴的扭曲、错断现象,解译出Fa1、Fa2、Fa3、Fa4共4条分支断层,断层带宽度达2.6 km;断层带两侧新近系至第四系近水平,断层带内地层断错、褶曲变形特征明显。
图 3 SP1线偏移时间剖面③Figure 3. Time seismic exploration profile of SP1 line断层组合特征如下:剖面中Fa2为主断层,构成内黄隆起的南边界,视倾向SW,正断性质明显,TN、Ta2波组的垂直断距均大于其它分支断层,而Ta1波组的垂直断距小于南侧各支断层;断层Fa3、Fa1视倾向NE,断层Fa4视倾向SW,这3支断层呈上部散开、下部收敛的组合样式,在TN波组以下交汇于主断层Fa2上;从Ta1波组的位错量看,断层Fa1、Fa3、Fa4的垂直断距明显高于北边界断层Fa2,其中断层Fa3断距最大,表明南部断层组第四纪活动强度高于北边界断层Fa2。
地层变形特征如下:断层Fa1、Fa3、Fa4最突出的特点是除具有垂直位错分量外,断层活动造成1 200 ms以浅的地层发生褶曲变形,变形带下窄上宽。
3.1.2 浅层地震勘探反射剖面
XSB1线是XS1线的补充勘探线,受管道波影响,XS1线浅层地震勘探的成像质量不高,在其东侧1.25 km处依据XS1线控制的断层带宽度补充完成了XSB1线,该测线距SP1线约5.3 km,由南、北2段组合而成,道间距均为5 m。南段为XSB11线,南起朱庄村,北至小渭村东,全长2 875 m;北段为XSB12线,南起小渭村东南,北至省道S308,全长2 920 m,两线叠合段约1 360 m,最小间距约380 m。
XSB1线偏移时间剖面揭示的反射震相丰富,波组特征明显,双程走时1 000 ms以上共解译了5组特征明显的反射波组,自上而下标识为Tb1~Tb5;根据反射波组同相轴的扭曲、错断现象,共解译出4条主要断层,分别标示为Fb1、Fb2、Fb3、Fb4(次级断层未编号),由于XSB12线剖面南部有1 360 m的区段与XSB11线北段叠合,推测XSB12线剖面上南支断层对应XSB11线剖面上的Fb3(图4)。
图 4 XSB1线偏移时间剖面图④Figure 4. Time profile of XSB1 line offset地层变形特征如下:该剖面1 000 ms以浅的地层变形、断层结构等细节更为丰富。Fb1与Fb2之间同样发育了一条上宽下窄的背斜:以XSB11线桩号2 265 m为界,左侧300 ms以下地层向南倾伏,构成背斜的南翼;桩号2 265 m至断层Fb2之间的对应地层向北倾伏,构成背斜的北翼,Fb2右侧的地层略向南倾,倾角明显变缓。
对比XSB1线、SP1线地震勘探反射剖面,后者断裂控制的浅部背斜两翼不对称,且整个浅部地层变形强度相对偏弱(图3、图4)。这种差异说明新乡-商丘断裂延津段在SP1线至XSB1线之间,活动强度自东向西有增大的趋势。
断层组合特征如下:XSB1线浅层地震勘探反射剖面显示,由Fb1~Fb4及次级断层构成负花状构造样式。
上述剖面显示的断错性质、地层变形和断层结构特征,均说明新乡-商丘断裂延津段为负花状构造,具有正走滑的运动性质,活动强度自东向西有增大的趋势。
3.2 封丘段
本段选取7条地震勘探反射剖面。其中,SP2线、SP3线石油地震勘探反射剖面和XS2线浅层地震勘探反射剖面反映了该断裂控制濮阳凹陷西部斜坡带与封丘凸起的情况;SP4线、SP5线石油地震勘探反射剖面反映了该断裂控制濮阳凹陷西部次凹带与封丘凸起的情况;SP6线则反映了该断裂控制的濮阳凹陷西部次凹带与西部斜坡带的横向结构,FQ1线浅层地震勘探反射剖面位于SP4线、SP5线之间,与SP4线、SP6线相交。
3.2.1 中深层地震勘探反射剖面
SP2线~SP6线石油地震勘探反射时间剖面中断裂的形态结构、地层变形特征具有一定代表性(图5、图6、图7)。依据波组特征、接触关系及石油钻孔资料,自下而上可识别出代表古近系、新近系和第四系底界的反射波组,分别用TE、TN、Tc1标识, Tc2为新近系内部的次级反射波组,大至相当于上新统底界,根据反射波组同相轴的扭曲、错断现象,进行构造解译。
图 5 SP2线与SP3线偏移时间剖面⑤Figure 5. Seismic time profile of line SP2 and line SP3图 7 SP6线偏移时间剖面⑤Figure 7. Seismic time profile of line SP6(1)SP2线与SP3线
SP2线地震勘探反射剖面上新乡-商丘断裂结构单一,为一条视倾向NE的主断层,正断性质明显。断层上盘750 ms以浅地层形成宽缓褶曲,750 ms至TN波组在断层两侧近水平(图5(a));SP3线位于SP2线东南6.1 km处,剖面上除显示出一条视倾向NE的主断层外,断层上盘无明显的褶曲变形,仅在下盘近断层处1 000 ms以浅地层有牵引变形显示,但变形宽度明显变小(图5(b))。
(2)SP4线与SP5线
新乡-商丘断裂在SP4线地震勘探反射剖面上显示为多条断层,断层带上宽下窄,呈负花状,向下收敛于主断层上,断层带上部宽约2.48 km,构成东濮凹陷与封丘凸起的分界;在断层带左侧,TN波组以上地层南倾,倾角较小;断层带右侧地层呈宽缓的向斜,整体略向南倾;断层带内新近系及以上地层变形强烈,形成明显的构造背斜,断层位错与地层变形已影响到Tc1波组及以上地层,表明第四纪以来断裂活动较为明显(图6(a))。
SP5线位于SP4线东南5.3 km处。与SP4线相比,SP5线地震勘探反射剖面上新乡-商丘断裂的结构发生了明显变化,该剖面上仅显示出2条视倾向NE的正断层Fd4、Fd5(断层相距约3.5 km),除Fd5右侧500 ms以浅的地层有微弱褶曲变形外,SP4线剖面上醒目的浅部构造背斜基本消失(图6(b))。
(3)SP6线
SP6线为NWW向,距新乡-商丘断裂南边界约1.4 km,该剖面自西向东显示出濮阳凹陷西部的3个次级构造单元,即西部斜坡带、西部次凹带和部分中央次凸带,主要边界断裂如长垣断裂、黄河断裂也有显示(图7)。剖面上以古近系沉降中心为界(图7中的SP4线位置),东、西两侧的地层变形特征、断层发育情况截然不同:西部TN波组及以上地层变形微弱,断层不发育,表明新乡-商丘断裂在该剖面西段没有显示或断层带变窄;东部地层形成西翼窄、东翼宽的不对称背斜,掀斜变形明显,地层倾角较大;越过黄河断裂进入中央次凸带后,地层迅速转为近水平,变形不明显。该背斜的轴部出现在SP4线附近,在2.5km宽度范围内,两侧浅部地层产状急剧变化,褶曲变形强烈,影响到Te1波组及以上地层;在背斜东部发育一系列阶状正断层,视倾向NWW,大部分延入凹陷基底,多为新乡-商丘断裂在剖面上的反映,靠近中央次凸带的部分断层可能是黄河断裂;该构造背斜两翼发育的断层Fe7~Fe11,在剖面上形成负花状构造。
根据中国石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院编制的新近系底界构造图,该区段上述断层在平面上呈NNE向展布,延伸长度5~7 km(图8)。
图 8 新乡-商丘断裂与黄河断裂交汇区构造图6(位置见图2,构造层为新近系底板,有修改)Figure 8. Structural map of the intersection area of Xinxiang Shangqiu fault and Yellow River fault (See Fig. 2 for location, the structural layer is the Neogene floor which is modified according)3.2.2 浅层地震勘探反射剖面
(1)XS2线
XS2线位于SP2线以西,沿008县道布设,南起冯马台村,北至前新乡屯村,长8 100 m。XS2线偏移时间剖面揭示的反射震相丰富,波组特征明显。在双程走时1 300 ms以上共解译了5组特征明显的地层反射,分别标识为Tf1、Tf2、Tf3、Tf4、Tf5。根据地层反射波组同相轴的扭曲、错断现象,共解译了3条断层,分别以Ff1、Ff2、Ff3标注,它们均为视倾向NNE的正断层,断层结构相对单一(图9);断裂带左侧1 300 ms以浅地层除局部有起伏外,基本为近水平,断裂带及其右侧300 ms以浅地层近水平,300~900 ms的地层则发生褶曲变形,断裂带之间的地层变形最为明显,与SP2线地震勘探反射剖面显示的变形特征相近(图5(a)、图9)。
图 9 XS2线偏移时间剖面④Figure 9. Shallow seismic exploration section of XS2 line(2)FQ1线
FQ1线沿县道X008布设,北起王村,南至鲁岗乡,长7 216 m。FQ1线分别与SP4线、SP6线斜交。
FQ1线偏移时间剖面揭示的反射震相丰富,波组特征明显。双程走时1 200 ms以上共解译了5组特征明显的地层反射波组,分别标识为Tg1、Tg2、Tg3、Tg4、Tg5。依据地层反射波组同相轴的扭曲、错断现象,共解译了8条主要分支断层,分别以Fg1~Fg8表示,剖面揭示的断层带宽约3.7 km,Fg1~Fg6均为视倾向NNE的正断层(其与SP6线剖面上一系列视倾向NWW的阶状正断层可基本对应),Fg7、Fg8为视倾向SSW的正断层。从断层带及两侧的地层变形特征看,构成了一个由Fg5~Fg8控制、上宽下窄的浅部构造背斜,背斜轴部位于桩号3 028 m附近,而Fg8右侧地层呈宽缓的向、背斜与之相接(图10)。
图 10 FQ1线偏移时间剖面⑥Figure 10. Shallow seismic exploration section of FQ1 line3.2.3 特殊构造标志的追踪定位
3条地震勘探反射剖面(SP4线、FQ1线、SP6线)上均出现醒目的浅层构造背斜,可作为特殊构造标志在平面上进行追踪、定位,确定这一构造背斜的平面分布和轴向。追踪定位结果表明,该背斜轴向为NNE向(图8),即控制该构造背斜的相关断层,平面上排列的方向亦应为NNE向。因此可推测,新乡-商丘断裂封丘段在平面上表现为NW向排列、走向NNE的雁列状断层组合,这与中国石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院编制的新近系底界构造图给出的平面组合样式基本一致(图8)。
从多条典型地震勘探反射剖面上揭示的断层结构和地层变形特征上看,新乡-商丘断裂封丘段结构复杂,封丘段东部在剖面上由多组阶状正断层组成,在平面上表现为NW向排列、走向NNE的雁列状断层组合;封丘段西部断裂结构单一,自东向西浅部地层变形范围逐步增大,此外断裂北侧的新近系底板等深线具有向NW方向扩展的趋势,以上证据均表明新乡-商丘断裂封丘段具有左旋正走滑的运动性质。
4. 钻孔联合剖面探测的主要结果
2019年至今,跨新乡-商丘断裂延津至封丘段已完成5条钻孔联合剖面⑦ ⑧ ⑨,这5条钻孔联合剖面分别位于朱庄村(延津县)、塔北村(封丘县)、陈王庄村(封丘县)、潘店村(封丘县)和姚务村(封丘县)。本文以朱庄村(延津段)和陈王庄村(封丘段)的钻孔联合剖面为例,简要介绍活动性鉴定的主要结果。
延津段朱庄钻孔联合剖面位于延津县石婆固乡朱庄村北,目标断层为XSB11线桩号1 892 m的分支断层(即图4中Fa1支断层,视倾向NNE)。图11为朱庄钻孔联合剖面,剖面显示地层①~⑫均被错断,地层⑬底界被错断,顶界未被错断;地层⑬为河流相厚层砂体,通过钻孔间的地层对比,选择地层⑬中部的一段局部事件沉积层B7,用来进一步约束断层上断点的可能区间。B7在ZKZ08孔、ZKZ09孔、ZKZ10孔和ZKZ03孔之间埋深基本稳定,可作为未错断标志层(其它钻孔相近深度范围内由于相变或为后期冲洪积物侵蚀而快速尖灭),由此确定上断点埋深为32~43 m,根据测年数据(表2)和区域地层对比结果,确定地层⑬属上更新统,说明该断层的最新活动时代为晚更新世⑧。
表 2 朱庄钻孔联合剖面测年数据表⑧Table 2. Data sheet of combined profile dating of Zhuzhuang borehole样品编号 样品埋深/m 地层/标志层 所处构造位置 测试方法 距今年龄/ka ZKZ0714C01 16.55 层⑮ 上覆地层 14C 8.76±0.03 ZKZ0314C02 28.26 层⑬/B7 上覆地层 14C >43.50 ZKZ02OSL03 42.38 层⑬ 上覆地层 OSL 130.55±7.59 ZKZ07OSL01 43.98 层⑫/B6 断层下盘 OSL 134.95±8.85 ZKZ04OSL02 54.18 层⑨ 断层下盘 OSL 278.78±23.77 ZKZ09OSL01 72.45 层⑦/B4 断层下盘 OSL 162.41±9.21 ZKZ02ESR01 77.40 层⑦/B4 断层上盘 ESR 270±36 ZKZ02ESR02 88.70 层⑤/B3 断层上盘 ESR 346±34 ZKZ02ESR03 96.59 层③/B2 断层上盘 ESR 556±72 ZKZ02ESR05 117.43 层① 断层上盘 ESR 853±171 注:14C样品年龄测试由美国Beta实验室完成;OSL、ESR样品年龄测试由北京光释光实验室有限公司完成。 图 11 新乡-商丘断裂延津段朱庄钻孔联合地质剖面⑧Figure 11. Combined geological profile of Zhuzhuang borehole in Yanjin section of Xinxiang Shangqiu fault封丘段陈王庄钻孔联合剖面位于封丘县王村乡陈王庄村村东,横跨新乡-商丘断裂封丘段的主断层,图12为陈王庄钻孔联合剖面,剖面显示地层①~⑩均被错断,地层⑪底界被错断,顶界未被错断;地层⑪中的标志层B6近水平。由此确定上断点埋深为32~34 m,根据测年数据(表3)和区域地层对比结果,确定地层⑪属上更新统,说明该断层的最新活动时代为晚更新世⑧。
表 3 陈王庄钻孔联合剖面测年数据表⑧Table 3. Data sheet of combined profile dating of Chenwangzhuang borehole样品编号 样品埋深/m 地层/标志层 所处构造位置 测试方法 距今年龄/ka ZKW0814C01 18.84 层⑬ 上覆地层 14C 17.15±0.06 ZKW0414C01 25.05 层⑫ 上覆地层 14C >43.5 ZKW05OSL02 32.34 层⑪ 断层上盘 OSL 5.38±0.34 ZKW03OSL02 33.75 层⑪ 断层下盘 OSL 107.39±7.13 ZKW04OSL02 45.96 层⑩ 断层上盘 OSL 138.06±6.79 ZKW09OSL02 73.58 层⑨ 断层上盘 OSL 136.19±7.55 ZKW03ESR01 77.14 层⑧/B3 断层下盘 ESR 286±57 ZKW03ESR02 82.21 层⑧/B3 断层下盘 ESR 482±48 ZKW03ESR04 93.10 层⑥/B2 断层下盘 ESR 546±54 ZKW03ESR05 101.97 层⑤ 断层下盘 ESR 610±117 ZKW03ESR06 120.49 层② 断层下盘 ESR 742±148 注:14C样品年龄测试由美国Beta实验室完成;OSL、ESR样品年龄测试由北京光释光实验室有限公司完成。 此外,封丘段塔北村、潘店村和姚务村3条钻孔联合剖面探测结果也表明新乡-商丘断裂封丘段的最新活动时代为晚更新世⑦、⑨,正断活动性质明显。
5. 讨论
张扬等(2018)应用三维地震方差体识别断层技术,对南华北盆地沈丘凹陷新近系中部强反射界面进行综合解译,总结出NW向展布的三门峡-鲁山-淮南断裂带沈丘凹陷段新构造时期的断裂运动模式及几何学特征,三维地震资料分析表明,平面上该断裂带在新近系中部为一组NW向排列的雁列状走滑断裂,雁列断层走向为NNE,在纵向剖面上表现为负花状构造,这与本文给出的新乡-商丘断裂延津至封丘段最新构造样式基本相近。
震源机制解分析表明,本研究区所属区域现今构造主压应力方向为NEE向,主张应力方向为NNW向,二者均为近水平向(许忠淮等,1989;刘尧兴等,2001;谢智等,2010),这种由破坏性地震资料统计分析给出的是平均震源深度下的应力场特征;在此构造应力场下,NW向断裂产生左旋走滑,NE向断裂产生右旋走滑,这是本区断裂走滑活动的应力机制。
断裂走滑活动由基底向盖层扩展过程中,其构造样式受多种因素影响;模拟实验表明(李艳友等,2017;马宝军等,2017):隐伏区走滑断裂及其相关构造受基底性质、断层形态及地层能干性的影响,除基底断层走滑位移量对盖层构造变形强度、构造变形样式有明显控制作用外,地层岩性、盖层厚度控制着浅层走滑剪切范围及变形幅度。浅部走滑变形带宽度与软弱层厚度成正比,断层受阻部位软弱层厚度大则形成褶皱,反之发育断块构造。
新乡-商丘断裂延津至封丘段构造样式分段变化的原因如下:
(1)封丘段东部受黄河断裂活动的影响明显。在现今近水平的NEE向主压应力和NNW向主张应力场下,NE向断裂易产生右旋走滑,NW向断裂易产生左旋走滑;新乡-商丘断裂与黄河断裂交汇处的钝角区容易形成明显的拉张区(交汇段受黄河断裂右旋走滑活动的叠加或分割),这种在特殊构造部位形成的局部拉张应力场是发育多组正断层的原因;当新乡-商丘断裂封丘段远离该局部拉张区时,黄河断裂的影响逐步减弱,而盆地(凹陷)结构的影响开始显现。
(2) 封丘段受盆地(凹陷)结构的明显控制。该段紧邻新乡-商丘断裂的东濮凹陷西部次凹,其基底形态变化较大,古近系底界面在横向剖面上呈两头浅、中间深的起伏形态,在纵向剖面上显示为西南深、东北浅的起伏形态,长垣断裂以西则为斜坡带,新生界底界面向西逐步抬升并过渡到内黄隆起(图7)。这种盆地(凹陷)底界起伏形态(包含盖层厚度和地层能干性变化的因素)明显控制着新乡-商丘断裂封丘段的断裂结构和变形特征。
封丘段东部,即黄河断裂至凹陷中心段,在局部拉张应力场下,在凹陷中心以东形成多组倾向NWW的正断层,这组阶状断层的正断活动使得新近系及以上地层向东掀斜(平面上该组断层呈NNE向雁列状,断层带较宽),迫使凹陷中心以西相应地层产生反向的应力应变响应,受凹陷底界面形态约束,凹陷中心的新近系及以上盖层形成不对称的背斜,尤其在凹陷中心,浅部地层褶皱作用更为显著,发育了NNE向的构造背斜和多组分支断层(图7)。
封丘段西部,即凹陷中心向西至斜坡带(古近系构造层),断裂北盘新近系底板等深线有向西北、东北扩展的趋势(图8),一方面是新乡-商丘断裂左旋走滑的指示,另一方面表明凹陷上部巨厚沉积层对应力应变具有明显的侧向调节作用,应力变形难以集中在目标断层上,使得该段断层结构相对单一。
(3) 延津段受新生界厚度逐渐减薄的影响明显。由于新乡-商丘断裂延津段两侧新生界明显变薄,基底抬升,造成该区段断裂左旋走滑活动受阻,应力应变侧向调节作用减弱,断裂附近的新生界尤其是第四系的构造变形增强,变形带逐渐变宽,但也不排除该段基底断层走滑位移量增大的因素,断裂在剖面上呈负花状,走滑活动特征清楚。
6. 结论
(1)新乡-商丘断裂延津至封丘段断裂结构复杂,新近纪以来构造样式在不同构造部位有着显著差异。延津段在剖面上浅部为负花状构造;封丘段变化较大,东部在剖面上为多组阶状正断层组合,形成由断层带控制的构造背斜,平面上表现为NW向排列、走向NNE的雁列状断层组合,西部结构单一,自东向西断裂控制的浅部地层变形范围增大,断层带逐步变宽。
(2)新乡-商丘断裂延津至封丘段剖面上的构造样式与平面上的组合模式表明,该断裂最新活动具有走滑运动性质;钻孔联合地质剖面显示该断裂最新活动时代为晚更新世。
致谢 感谢中国石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院在基础资料解译方面给予的大力支持,感谢中国地震局地球物理勘探中心、河南省航空物探遥感中心在浅层地震勘探工作中的辛苦付出,感谢河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院、河南省地质调查院、北京防灾科技有限公司在野外钻探施工中的艰苦努力,感谢审稿专家和编辑赵敏提出的宝贵意见和建议。
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图 3 SP1线偏移时间剖面③
Figure 3. Time seismic exploration profile of SP1 line
图 4 XSB1线偏移时间剖面图④
Figure 4. Time profile of XSB1 line offset
图 5 SP2线与SP3线偏移时间剖面⑤
Figure 5. Seismic time profile of line SP2 and line SP3
图 7 SP6线偏移时间剖面⑤
Figure 7. Seismic time profile of line SP6
图 8 新乡-商丘断裂与黄河断裂交汇区构造图6(位置见图2,构造层为新近系底板,有修改)
Figure 8. Structural map of the intersection area of Xinxiang Shangqiu fault and Yellow River fault (See Fig. 2 for location, the structural layer is the Neogene floor which is modified according)
图 9 XS2线偏移时间剖面④
Figure 9. Shallow seismic exploration section of XS2 line
图 10 FQ1线偏移时间剖面⑥
Figure 10. Shallow seismic exploration section of FQ1 line
图 11 新乡-商丘断裂延津段朱庄钻孔联合地质剖面⑧
Figure 11. Combined geological profile of Zhuzhuang borehole in Yanjin section of Xinxiang Shangqiu fault
表 1 浅层地震勘探基本参数
Table 1. Basic parameters of shallow seismic exploration
序号 线号 长度
/m道距/m 炮距/m 偏移距/m 接收道数 覆盖次数 采样间隔/ms 记录时间
/s震源吨位/t 1 XS1 8875 10 20 0 240 60 0.5 3 26 2 XSB1 5795 5 20 0 260 32 0.5 3 26 3 XS2 8100 10 20 0 240 60 0.5 3 26 4 FQ1 7216 4 16 0 220 22 0.5 2 18 注:XSB1线为组合线,由XSB11线与XSB12线组合而成。 表 2 朱庄钻孔联合剖面测年数据表⑧
Table 2. Data sheet of combined profile dating of Zhuzhuang borehole
样品编号 样品埋深/m 地层/标志层 所处构造位置 测试方法 距今年龄/ka ZKZ0714C01 16.55 层⑮ 上覆地层 14C 8.76±0.03 ZKZ0314C02 28.26 层⑬/B7 上覆地层 14C >43.50 ZKZ02OSL03 42.38 层⑬ 上覆地层 OSL 130.55±7.59 ZKZ07OSL01 43.98 层⑫/B6 断层下盘 OSL 134.95±8.85 ZKZ04OSL02 54.18 层⑨ 断层下盘 OSL 278.78±23.77 ZKZ09OSL01 72.45 层⑦/B4 断层下盘 OSL 162.41±9.21 ZKZ02ESR01 77.40 层⑦/B4 断层上盘 ESR 270±36 ZKZ02ESR02 88.70 层⑤/B3 断层上盘 ESR 346±34 ZKZ02ESR03 96.59 层③/B2 断层上盘 ESR 556±72 ZKZ02ESR05 117.43 层① 断层上盘 ESR 853±171 注:14C样品年龄测试由美国Beta实验室完成;OSL、ESR样品年龄测试由北京光释光实验室有限公司完成。 表 3 陈王庄钻孔联合剖面测年数据表⑧
Table 3. Data sheet of combined profile dating of Chenwangzhuang borehole
样品编号 样品埋深/m 地层/标志层 所处构造位置 测试方法 距今年龄/ka ZKW0814C01 18.84 层⑬ 上覆地层 14C 17.15±0.06 ZKW0414C01 25.05 层⑫ 上覆地层 14C >43.5 ZKW05OSL02 32.34 层⑪ 断层上盘 OSL 5.38±0.34 ZKW03OSL02 33.75 层⑪ 断层下盘 OSL 107.39±7.13 ZKW04OSL02 45.96 层⑩ 断层上盘 OSL 138.06±6.79 ZKW09OSL02 73.58 层⑨ 断层上盘 OSL 136.19±7.55 ZKW03ESR01 77.14 层⑧/B3 断层下盘 ESR 286±57 ZKW03ESR02 82.21 层⑧/B3 断层下盘 ESR 482±48 ZKW03ESR04 93.10 层⑥/B2 断层下盘 ESR 546±54 ZKW03ESR05 101.97 层⑤ 断层下盘 ESR 610±117 ZKW03ESR06 120.49 层② 断层下盘 ESR 742±148 注:14C样品年龄测试由美国Beta实验室完成;OSL、ESR样品年龄测试由北京光释光实验室有限公司完成。 -
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