鲁西隆起与歧口凹陷耦合机制

牛树银，王金忠，孙爱群，马宝军，陈超2，，王宝德，张建珍，胡华斌

(1.石家庄经济学院资源学院，河北石家庄050031;2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083;3.中国黄金集团河北公司，河北石家庄050011)

鲁西隆起与歧口凹陷耦合机制

牛树银1，2，王金忠3，孙爱群1，马宝军1，陈超2，1，王宝德1，张建珍1，胡华斌1

(1.石家庄经济学院资源学院，河北石家庄050031;2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083;3.中国黄金集团河北公司，河北石家庄050011)

山区固体矿产地质研究和盆地油气地质研究是地质学两个重要的研究领域，但是由于部门的划分而导致两者研究各有侧重，从而使两者研究的结合和借鉴远远不够。鲁西隆起由南至北分别展布有尼堒山－母子山、蒙山、徂莱山－新甫山－孟良岗、泰山－鲁山－沂山等四个隆起，而隆起之间则分布有泗平、汶蒙、肥城、莱芜等四个相邻的断陷，断陷与隆起之间均发育典型的铲状断裂，并控制着中新世的箕状断陷沉积;而歧口凹陷则以南大港和北大港潜山构造带为界划分为歧南、歧北、板桥三个次级凹陷，它们均呈北侧陡且深、南侧缓而浅的箕状不对称形态，具有“北断南超”的特点。其形态特征完全可以与鲁西隆起区的隆坳构造进行对比。笔者从幔枝构造的视角研究认为它们是鲁西隆起与歧口凹陷之山盆耦合形成的主要构造形迹。

幔枝构造;山盆耦合;箕状构造;铲状断裂;华北地区

收到《大地构造与成矿学》2010年第四期——“渤海湾盆地歧口凹陷构造与沉积地质研究”专集就被其深深地吸引住了，专集中专题性的组稿，不同专业的详细论述，高精度的地球物理探测剖面，精美的地球物理构造解释图件，以及歧口凹陷构造分析与沉积地质研究(吴永平等，2010a，2010b;任建业等，2010;周江羽等，2010;彭文绪等，2010;刘恩涛等，2010;杨池银等，2010)都给笔者留下了美好而深刻的印象。但是，笔者也掩卷久久沉思:这么好的资料没有更多地被山区地质研究所关注，当然，山区的地质研究成果也较少被盆地研究所参考。

地球科学不仅古老而神秘，地球历史之漫长、人类历史之短暂，地球之庞大广阔、人类视域之局限，而且加之地球经历了若干次强烈的地壳运动改造，以及风霜雨雪的侵蚀，使地球科学研究极具挑战性。因此，需要多学科的紧密配合和联合攻关，积极积累资料，才能更加客观地认识地球科学的本质，并为建立地球科学的最高境界——地球科学系统而不懈探索。

本文在简述歧口凹陷和鲁西隆起构造特征的基础上，对比两者的构造形式，讨论鲁西隆起与歧口凹陷之间的山盆耦合关系。

1 歧口凹陷的构造式样

歧口凹陷属于黄骅坳陷的一部分，位于鲁西隆起的北北西方向，其间间隔着济阳坳陷和埕宁隆起，但是，其构造样式却与鲁西隆起具有一定的可比性，意味着是同一时期、同一构造体制作用下形成的相同构造体系。

歧口凹陷是渐新世以来长期发育的大型生油凹陷，其西起孔店凸起，东达沙垒田隆起，北至沧县隆起，南到埕宁隆起，东北界与南堡凹陷相邻，面积约为5280 km2，具有层位发育全、沉积厚度大的特点，是黄骅坳陷油气勘探的主要地区(吴永平等，2010a)(图1)。

歧口凹陷作为黄骅坳陷内长期继承发育的凹陷，发育了巨厚的古近系和新近系沉积，厚度达8000～10000 m。该区域从古近系沙三段开始接受沉积，经历了古近纪的断陷发育阶段和新近纪的坳陷发育阶段，其中古近系沉积厚度达4000～6000 m，属典型的裂陷期阶段。以湖相沉积发育为特色。新近纪湖盆消失，以陆相河流沉积为特色。

在构造地质特征上，吴永平等(2010a)总结歧口凹陷总体上具有四带、四坡、四凹的构造格架:从北到南，发育沧东、北大港、南大港及羊二庄四个断裂构造带，断裂总体走向北东－近东西向;板桥、歧北、歧南及埕北四个斜坡区;以东倾的南大港和北大港潜山构造带为界分为歧北、歧南、板桥三个次级凹陷，均呈北侧陡且深，南侧缓而浅的箕状不对称形态，具有“北断南超”的特点，实际上是三个典型的箕状同沉积断陷。东侧海域则发育沉积厚度巨大的歧口主凹。这种特征在济阳坳陷和鲁西隆起具有相似的构造形态和相同的动力学机制。

图1 歧口凹陷区域地质简图(据吴永平等，2010a)Fig.1 Sketch regional geological map of the Qikou depression(after Wu et al.，2010a)

2 鲁西隆起构造特征

鲁西隆起十分显著地耸立在华北平原中东部，地形、地貌，甚至地层(岩体)的展布均以泰山－鲁山－邹县－临沂地区为中心，向外呈环状展布。隆起核部基底岩系由新太古代泰山岩群、TTG岩系和古元古代造山花岗质岩体组成。盖层则由古生代、中生代和新生代碳酸盐岩、碎屑岩和火山岩组成。

鲁西隆起区的断裂构造展布具有明显的规律性(图2)。总体上以中部的新寨－泗水－平邑－蒙阴地区为中心，向外呈同心环状和放射状断裂展布。根据主要同心环状断裂展布，可划分为三个基本完善的环状构造。从内向外分别为:①肥城－沂源－临沂－曲阜环状断裂，该环状断裂实际上是古生界寒武－奥陶系盖层与基底间的主拆离滑脱带。②巨野－粱山－济南－淄博环状构造带，它是以古生界为底的中新生界断陷－沉积岩系与古生界之间的拆离带。③马头集－范县－聊塘－桓台环状断裂，它构成了以古生界为底的中新生代断陷－沉积岩系与以古近系为底的新生代火山－沉积物的界线。环状构造总体上均为外倾，应该是鲁西幔枝隆升时的构造活动的产物，或者说是古构造应力释放带(牛树银等，2004)。

放射状断裂主要有夏蔚断裂、淄河断裂、上五井断裂、金山－姚家峪断裂、白泉庄－五色崖断裂、文租断裂、长清断裂、汶上－泗水断裂、蒙山断裂、郓城断裂、荷泽断裂、凫山断裂、尼山断裂，独角山断裂等。尤以尼山断裂、郓城断裂、汶上－泗水断裂、肥城断裂、文租断裂、金山－姚家峪断裂、上五井断裂等规模较大，特征明显。在构造特征上，放射状断裂面以陡倾为主，同心环状断裂向外缓倾为主。两者相互切错，表明两组断裂为同应力场、同构造期的产物。分析认为应是鲁西幔枝构造形成期间发育的断裂体系。

图2 鲁西隆起构造简图(据牛树银等，2004修改)Fig.2 Sketch structural map of the uplift of Western Shandong

值得指出的是，鲁西隆起构造核部岩浆－变质杂岩区出现了四条隆坳相间的构造组合，它们亦是幔枝构造活动的产物，并具有明显的弧形拆离滑脱带。四个隆起带自南向北依次为:①尼堒山－母子山;②蒙山;③徂莱山－新甫山－孟良岗;④泰山－鲁山－沂山。而在每条弧形隆起的凹侧，则为四条弧形断陷带，自南向北依次为泗平(泗水－平邑)断陷、汶蒙(大汶口－蒙阴)断陷、肥城断陷和莱芜断陷。各断陷均为中新生代断陷火山－沉积建造。断陷与隆起之间均发育典型的铲状断裂，并控制着断陷中的箕状沉积。实际上，它们均是鲁西幔枝上隆、盖层向外拆离过程中被弧形断裂阻挡的掀斜断块。其间的不整合面作为构造薄弱面，多被改造为拆离滑脱断层，如新泰断陷，这种特征就相当明显(图3)。

图3 新泰地区掀斜断块剖面示意图Fig.3 Sketch map showing the section of the tilted fault-block in the Xintai area

3 鲁西隆起与歧口凹陷耦合机制

幔枝构造是地幔热柱演化的第三级构造单元，是地幔热柱多级演化在岩石圈浅部的综合表现形式，Maruyama(1994)称之为三次柱。幔枝构造一般由核部岩浆－变质杂岩、外围盖层拆离滑脱层、上叠构造断陷－火山盆地等三个单元组成(牛树银等，2002)。它们一起构成相互关联的统一整体。

3.1 区域构造演化

华北地块经历了漫长的稳定地台型演化之后，华北东部一改古生代期间的造陆过程，进入了地壳运动强烈活动时期，燕山运动早期主要表现为挤压体制，燕山运动中期以来进入了地幔热柱演化阶段，区域构造体制也由挤压体制转变为伸展体制，甚至早期挤压运动形成的断裂构造也被利用改造为伸展构造，盆岭构造体系逐渐形成，地幔热柱导致的垂向物质运动开始成为主导因素。地球物理探测资料对岩石圈三维结构给予了强有力的支持。尽管这些资料反映的是现代岩石圈的结构，但由于岩石圈演化是较缓慢的过程，从演化趋势上分析，适当向前推断(如100 Ma以内)还是可信的。在北京－冲绳间幔壳结构剖面上，明显地显示出以渤海为中心(Vs＜4.2～4.3 km/s)的地幔隆起(冯福闿和宋立珩，1996)。物性上相当于地幔亚热柱，鲁西幔枝构造则是华北地幔亚热柱的次级构造单元。

3.2 幔枝构造的形成

参照地震层析资料揭示出来的华北东部盆岭区幔壳结构，结合该区中生代以来的岩浆活动以及新生代渤海周边地区大量幔源岩浆活动特征，可建立鲁西幔枝构造形成模式，探讨形成机制。

正是由于华北地幔亚热柱呈蘑菇状向外围扩展，加之地幔位势差的存在，使岩石圈深部物质可通过上地幔顶部幔壳过渡带、中地壳低速带(韧性流变拆离带)等向外围方向拆离流变。而这些低速软层一旦被持续活动的陡倾韧性剪切带所切割，加之剪切带造成的减压释荷作用，便可导致原本具有一定熔融性质的低速软化物质转变为深熔岩浆源，并可沿陡倾韧性剪切带上侵，甚至通过浅部脆性断裂直达地表，导致火山喷发。如果区域构造应力场处于挤压体制，或韧性剪切带较为紧闭，则岩浆上侵活动缓慢，活动时期漫长，壳源混入作用加强。主要侵入岩浆类型从早到晚可表现为偏基性→偏中性→偏酸性→偏碱性演化。岩浆侵位深度由深成→浅成→超浅成演化。

幔枝构造核部岩浆－变质杂岩中往往以中酸性花岗质侵入岩为主，这可能与地壳对岩浆的过滤，很多基性岩浆在一定深度就往往沿缓倾构造薄弱带侵入到中－上地壳围岩之中有关。其巨大的热(一般可达1200～1300℃)烘烤作用，足以使上覆原本就具有一定温压条件的硅铝层岩石熔融，形成中酸性岩浆源地。由于中酸性岩浆密度较小，浮力较大，因此，很容易导致中酸性岩浆接力(式)上侵，形成一系列中酸性深成侵入体及其一系列相关的脉岩。同时，带动外围的变质围岩一起隆升，外围盖层则大幅度拆离滑脱，以致于形成典型的幔枝构造。而进入新生代以来，幔枝构造的继续隆升，则应视为自早侏罗世、早白垩世幔枝构造形成主期之后的应力场调整，表现出明显的差异升降运动。以致于幔枝构造主期在一定深度形成的侵入岩及与之相关的矿床被抬升到近地表，成为典型的金银多金属成矿集中区(徐金芳等，2000;李洪奎等，2007)(图4)。

图4 鲁西幔枝构造形成模式图Fig.4 Formation model of the mantle branch in Western Shandong

3.3 鲁西隆起与歧口凹陷耦合机制

在地幔亚热柱的上部，地幔物质沿幔壳界面、中地壳等主要构造界面往外拆离滑脱，其上部则发生明显的热断陷作用;而在鲁西地区，由于韧性剪切带的深切作用，使深部软化的地幔物质减压释荷形成深熔岩浆。深熔岩浆在侵位上升的过程中，往往在中、下地壳之间，或中、上地壳之间热熔部分壳源岩石，并在同化混染过程中，呈接力形式继续上侵，其岩性也逐渐由中基性向中酸性演化。

正是由于中酸性岩浆负重力异常引起的重力均衡作用，导致岩体并带动周围变质岩系一起上隆，上部盖层则发生大幅度向外拆离滑脱，以致于逐渐形成鲁西幔枝构造及其外围的隆坳构造，如鲁西隆起－济阳坳陷－埕宁隆起－临清坳陷等四级构造单元。而在鲁西隆起上自南向北依次形成的泗平断陷、汶蒙断陷、肥城断陷和莱芜断陷则应为五级构造，它们是拆离滑脱过程中形成的掀斜断块。它们均是鲁西幔枝上隆、盖层向外拆离过程中被弧形断裂切割阻挡形成的掀斜断块，各断陷中寒武统－奥陶系→石炭－二叠系→侏罗－白垩系等三套地层为盖层拆离体系，它们往往以拆离断块的形式存在，有的还被断失部分层位。古近系－第四系则明显具有箕状同沉积特征，往往以新生代断陷火山－沉积建造为特征。

这种五级箕状掀斜断块的特征在济阳坳陷也表现得较为典型，甚至一直延续到歧口凹陷，以南大港和北大港潜山构造带为界的歧北、歧南、板桥三个次级凹陷，均呈北侧陡且深，南侧缓而浅的箕状不对称形态，具有“北断南超”的特点(吴永平等，2010b)，实际上是三个典型的箕状同沉积断陷，构成与鲁西幔枝构造上部泗平断陷、汶蒙断陷、肥城断陷和莱芜断陷很相似的构造形态。

很显然，从鲁西隆起与歧口坳陷的耦合机制上分析，以渤海为中心的地幔亚热柱顶部物质向外拆离，对于鲁西幔枝构造来说，就是由北向南拆离，在鲁西地区被深切韧性剪切带切割，形成幔枝构造。幔枝构造隆升不仅造成盖层向外拆离，而且成为外围坳陷的风化产物供给源，同时形成平邑－济阳－歧口一线的一系列箕状掀斜断块，构成了典型的物质四维调整运移(牛树银等，1995)。

3.4 幔枝形成时间的厘定

岩浆岩的侵位机制是地质学家都很关心的焦点问题，已有十余种侵位模式被提出来。王涛等(1999)认为很多岩体的侵位不能用一种模式来说明，而往往在侵位过程中表现为一种复合作用。或者说更可能是壳源与幔源两种岩浆混合的产物。不管是深源还是浅源，这种混染作用均存在，只是作用时间长短、壳源混入物的多少而已。如果侵位时间短、混入壳源物质少，岩浆作用表现为中基性，即深源特征;如果侵入时间长、壳源混入物质多，则向中酸性转化。

到目前为止，鲁西中生代岩浆岩年龄测定积累了大量的数据。岩浆活动可分为两期，其一为早侏罗世，主要形成了铜石碱性杂岩体，其40Ar/39Ar年龄在188～190 Ma(林景仟等，1997)。另一期在早白垩世，年龄为110～130 Ma。济南岩体、郭店一带的岩体、桓台金岭镇岩体、铜井区岩体、莱芜地区的一些岩体均形成于此时期。由此可见，鲁西地幔热柱中生代活动的高潮时期为早侏罗世和早白垩世，其中早白垩世的活动尤为强烈。这也与一些学者提出的早白垩世为全球地幔柱活动的高潮时期相一致(刘建明等，2001)。

4 结 论

鲁西隆起区与歧口凹陷区均作过大量的科学研究与探矿实践，也发表了数以千计的优秀论文，很多成果就某些问题论述得相当深刻。但是，以幔枝构造的视角把鲁西隆起与歧口凹陷联系起来，并从山盆耦合的角度来探讨其构造演化却是一个新的探索。很显然，它对区域构造演化以及华北东部地区的地质找矿(包括固体矿产与油气资源)具有十分重要的意义。

(1)鲁西隆起是一典型的幔枝构造，隆起核部基底岩系由新太古代泰山岩群、TTG岩系和古元古代造山花岗质岩体组成，向外分别有寒武－奥陶系、石炭－二叠系、古近－第四系呈环带状环绕，且具典型的环状构造与放射状构造相互切错的特征。

(2)鲁西隆起不仅北与济阳坳陷、歧口凹陷呈山盆耦合关系，且与外围西、南、东部坳陷均具有山盆耦合关系。形成典型的中心隆起与外围坳陷共存的构造格局。

(3)鲁西隆起与歧口凹陷的山盆耦合研究表明，中生代以来，以渤海为中心的地幔隆升，导致深部地幔物质向(南)外围拆离，并在鲁西一带被韧性剪切带切割，导致深熔岩浆上涌，形成鲁西幔枝构造，隆起上部盖层向外拆离滑脱，外围则相应形成断陷。向外拆离的盖层受到伸展体制所形成的反向铲状断裂的阻挡则形成一系列(如鲁西隆起上部的泗平、汶蒙、肥城、莱芜断陷和歧口地区歧北、歧南、板桥凹陷)掀斜式断块，这是山盆构造耦合形成的典型构造形式。

致谢:衷心感谢审稿专家所给予的高度评价并提出的宝贵指导意见，感谢《大地构造与成矿学》编辑部赠阅期刊。

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The Tectonic Coupling between the Luxi Uplift and the Qikou Depression

NIU Shuyin1，2，WANG Jinzhong3，SUN Aiqun1，MA Baojun1，CHEN Chao2，1，WANG Baode1，ZHANG Jianzhen1and HU Huabin1
(1.College of Resources，Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang050031，Hebei，China;2.School of the Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing100083，China;3.Hebei Company，Golden Group of China，Shijiazhuang050011，Hebei，China)

The solid mineral resources in mountain area and the petroleum in basin are two main areas of geological researches，with different emphasis and normally assigned to different department，so that interdisciplinary investigation is scarce to date.The Luxi uplift consists of Nikunshan-Muzishan，Mengshan，Culaishan-Xinfushan-Mengliangang and Taishan-Lushan-Yishan etc.spreading from south to north，furthermore，among these uplift there are distributed four neighboring fault depressions i.e.Siping，Wenmeng，Feicheng and Laiwu fault depressions.Between the fault depressions and the uplift developed the typical listric faults which control the Miocene dustpanshaped sediments in the fault depressions.In the case of the Qikou depression，there are three subclasses of depressions as Qinan，Qibei and Banqiao with Nandagang and Beidagang buried-hill structure belt as the boundaries and taken on the dissymmetry form with the northern side deep and steep，the southern side shallow and nearly flat.The Qikou depression was faulted in the north and overlapped in the south.Comparative study of the sag and the structure of uplift and depression in the uplift area of Western Shandong becomes an urgent need.From the point of view of mantle branch，the authors propose that both the Luxi uplift and Qikou depression have the main structural features formed through coupling of mountain and basin.

mantle branch;mountain-basin coupling;dustpan-shaped structure;listric fault;North China

P542;TE121

A

1001-1552(2012)01-0001-007

2011－02－21;改回日期:2011－04－07

项目资助:我国典型金属矿科学基地研究(200911007)、国家自然科学基金(40872137)和石家庄经济学院科研基金(XN201031)资助。

牛树银(1952－)，男，教授，博士生导师，主要从事构造地质学与构造成矿的教学与科研工作。Email:niusy@sjzue.edu.cn