1、合肥盆地和郯庐断裂带南段深部地球物理特征研究第 49 卷第 1 期2006 年 1 月地球物理CHINESEJOURNALOFGEOPHYSICSVo1.49.No.1Jan.,2006李云平,吴时国,韩文功等.合肥盆地和郯庐断裂带南段深部地球物理特征研究.地球物理,2006,49(1):115122LiYP,WuSG.HanWG,eta1.AstudyongeophysicalfeaturesofdeepstructuresoftheHefeiBasinandthesouthemTan-Lufaultz0neChitteseJ.C.op.(inChinese),2006,49(1):1151
2、22合肥盆地和郯庐断裂带南段深部地球物理特征研究李云平,吴时国 H,韩文功,张岳桥1 中国科学院海洋研究所.青岛 2660712 中石化胜利石油有限公司物探研究院,东营 2570003 中国科学院研究生院,北京 1000494 中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081摘要根据重,磁,电,震资料联合反演和综合解释,研究了合肥盆地和郯庐断裂带南段深部结构特征和构造样式.合肥盆地呈现深部印支面以下为逆冲断层,以上为张性正断层的构造样式,盆地构造反转发生在晚侏罗世,早白垩世是裂陷盆地形成的主要时期,早白垩世晚期合肥盆地发生构造反转,发育冲逆,冲推覆构造.郯庐断裂带南段表现为“上正下逆 “的构造
3、变形样式和正花状构造特征,并经历了复杂的挤压走滑一引张正断层变形过程.关键词综合地球物理,深部构造,合肥盆地,郯庐断裂文章编号 00015733(2oo61oio11508 中圈分类号 P313 收稿日期 20040405,2oo50916 收修定稿AstudyongeophysiealfeaturesofdeepstructuresoftheHefeiBasinandthesouthernTan.LufaultzoneLIYunPing,?,WUShiGuo,HANWen.Gong2,ZHANGYueQiao1MarineInstitute,AcademicaSinica,Qingdao26
4、6071,China2GeopiealResearchInstitute,ShengtiOafietd,SINOPEC,Donsying257022,China3GraduateSchool.ChineseAcademyofn,100049,China4Instituteof(omn,ChineseAcademyofGeological,l,Beiing100081,ChinaAbstractBasedondetailedprocessingofgravity,magnetic,electricityandseismicprofiledataandapplyingsyntheticgeophy
5、sicalinversiontechniqueandinterpretation,westudythedeepstructuresandstructuralstylesoftheHefeiBasinandthesouthernTanLufauhzone.IntheHefeibasin,thethrustfaultsoccurredinthestratabelowIndoChinamovementunconformity,whileriflingsystemdevelopedintheupperstrataovertheunconformity.TectonicreversionintheHei
6、basinhappenedinthelateJurassic.RiflingbasinwasdevelopedintheearlyCretaceous,butareversionoccurredatthelatestoftheearlyCretaceous,andleadedtothrustandnappestructures.TheTanLufaultzonethatboundstheHeifeibasintotheeastdisplaysastyleofnormalfaultingintheshallowpartandreversefaultinginthedeeppart,whichre
7、cordedthechangeoftectonicregimesduringtheMesozoicinEastChina.KeywordsIntergratedgeophysics,Deepstructure,Hcfeibasin,TanLufault基金项目国家重大基础研究项目(G200046704) 和中国科学院知识创新项目(KZCX1.SW.18.06,KZCX3.SW.219)资助.作者简介李云平,女.1962 出生,高级工程师,中国科学院海洋所在读博士生,主要从事综合地球物理勘探方面的研究.*通讯作者吴时国,男,1963 年生,研究员,主要从事海洋地球物理和海底构造方面的研究.E-m
8、ail:116 地球物理(ChineseJ.Geophys.)49 卷1 引言合肥盆地位于安徽省中部,东西长约 180km,南北宽约 150km,总面积约 20000km2,其基底属于南华北地块的组成部分.盆地东缘为郯庐断裂带,与张八岭隆起相邻(图 1),南缘为大别山造山带.合肥盆地的形成和演化与郯庐断裂带和大别山造山带的构造演化历史密切相关.尽管前人对这两个构造带做了大量的地表地质调查和研究工作“,但由于缺乏精细的深部地球物理资料,郯庐断裂带与合肥盆地的深部结构特征和它们之间的运动学耦合仍然不清楚,以至于对郯庐断裂带与合肥盆地的构造关系提出了截然不同的认识.有些学者强调郯庐断裂带晚中生代左旋
9、走滑运动的重要性,认为合肥盆地是在左旋走滑背景下形成的张性盆地.另外一些学者则从中国东部裂陷盆地的发育特征和演化历史分析出发,指出郯庐断裂带晚中生代经历了右旋一左旋走滑活动交替历史【8.1999 年以来,胜利石油有限公司在合肥盆地开展了覆盖全区的高精度重力,航磁,电测深和地震勘探.其中,航磁覆盖面积达 30416km2,重力勘测面积 27686km2,二维地震测线总计长 3374.75km,电法实测区域大剖面 EMAP5 条,共 707.3km,MT3条,共 484km.同时,安参 1 井的成功钻探,获得了丰富的深部地质与地球物理基本参数 rJ“,为深入研究合肥盆地和郯庐断裂深部结构特征提供了
10、重要的资料.本文利用已有的重力场,磁力场,电场和地震波场等资料,采用重磁电震一体化应用技术和综合解释,联合反演等方法 r】.,对合肥盆地地球物理资料进行了精细处理和分析,研究了合肥盆地和其郯庐断裂带南段深部结构特征,在此基础上探讨构造演化历史.2 综合地球物理资料处理重磁异常的分离采用了特殊处理与目标处理相结合的方针,根据研究区域地质情况采用趋势面,差值趋势面分析,频率滤波,上下延拓等处理手段相结合,较为合理地分离了重磁场的异常信息.图 1 合肥盆地区域构造示意图Fig.1SketchmapshowingregionaltectonicsoftheHefeibasin1 期李云平等:合肥盆地和
11、郯庐断裂带南段深部地球物理特征研究 ll7EMAP,MT 资料在预处理的基础上,进行定性分析,结合地质和不同地质体的电性特征,建立反演计算模型,确定电法地质剖面.一维反演是在定性和半定量解释的基础上进行的,将实测大地电磁测深资料(包括视电阻率和相位曲线等)转换为一维地电断面参数,提供工区的地电模型.如果工区的地电断面是一维或近似一维的二维模型,一维反演结果可以作为最后结果,在二维(或近似二维的三维)情况下,要进行二维反演,二维反演相对一维反演来讲,能较好地解决低阻层处电磁场的绕射(使绕射波归位,正确反映电性,构造特征)和三维性(采用结合平均的方法)问题.在剖面上以地震,电法解释为基础建立初始模
12、型,进行重磁电震联合反演,反演遵循的原则是地球物理与地质相结合,正演与反演相结合,定性解释与定量计算相结合,多次反馈,最终得到最为接近实际的综合解释剖面;平面联合反演 n 以剖面反演结果为约束条件,用统计推断的方法进行计算,结合地质实际最终得到平面上的反演结果.综合地球物理特征分析3.1 重力场特征合肥盆地重力异常图(图 2)展示了合肥盆地和郯庐断裂带特征,它清晰地界定了盆地内部及周边一级断裂展布及其接触关系,如郯庐断裂,定远一寿县断裂,吴集断裂等.合肥盆地结晶基底界面区域异常场值显示“周低环中高“的分布特征 ;结晶基底及以下岩石圈重力场基本反映了基底起伏和区域场变化趋势.平面展布呈现东,南,
13、西侧三大片低值环绕中,北部重力高值区.从重力异常角度,说明东部,南部,西侧基底单面倾伏,深切没入周边控盆断裂.郯庐断裂在布格重力异常图上反应为明显的北北东向梯级带,其值在一 l35mGal 之间.水平总梯度图,90o,135o 方向梯度平面图上表现为正极值连线.0.相关滤波平剖图上表现为正极值连线.剩余异常及垂向二导图上表现为正负异常的过渡带及负异常中心连线.在重力水平总梯度图上,断裂带20400000204200002O44OOOO2046000020480000205000002052000020540000205600002058000020600000图 2 合肥盆地重力异常图(图中数
14、字单位为 mGa1)Fig.2GravityanomalymapoftheHefeibasin(Unit:mGa1)00000n口 600n口 600n0000 寸 nn0口 00n00口 60n0000寸 n地球物理(ChineseJ.Geophys.)49 卷表现为东侧张八岭隆起重力高与西侧盆地重力低的截然边界,北北东向重力高,低相间出现,指示由两条主干断裂组成,盆地东缘受断裂带控制出现了北北东向条带状的深凹带.盆内近东西向的重力密集带,反映为肥中断裂,六安断裂在郯庐断裂带处被截切,并显示左旋牵引现象.3.2 磁力场特征合肥盆地深变质太古界磁性较强,组成本区的强磁性结晶基底.而其上的海相沉
15、积层和中新生界岩石磁性较弱,纵向上整体呈现双层磁性结构.在航磁异常图中(图 3),郯庐断裂带由多种磁异常特征线明显地反映出来,包括磁异常梯度带,串珠状异常带及不同磁场分区界线等.郯庐西界断裂贯通本次航磁测区,在磁场图中它主要表现为明显的磁异常梯度带,构成了东侧张八岭隆起变质岩,岩浆岩高磁性体与箍地内中生界低磁性体的边界.磁异场图揭示沿该断裂出现多处异常局部错位现象.在航磁影像图上,大桥凹陷东侧显现出两条北北东向平行断裂,主要表现为一条串珠状异常带.3.3 电场特征合肥盆地南部(肥中断裂以南)发育有较厚的低阻电性层(电阻率小于 10tm),存在侏罗系及上古生界两个低电性标志层.上古生界低电性层,
16、与南北向 650 线北端淮南复向斜,地质上能确定的及合深 4井揭露的晚古生代地层电性非常一致.另外,新生界呈低阻,上白垩统电阻率也较低,而下白垩统略高一点,盆地基底的下古生界为高阻电性层,元古界一太古界电阻率最高.东西向 340 线电法剖面上,电性变化较小,主要变化带在盆地边界断裂(郯庐断裂,吴集断裂)位置.盆地北部东西向电性结构主要分为两块,西侧霍丘断裂带分为浅部低阻盖层和深部高阻霍丘群变质基底,东侧大桥凹陷白垩系电阻率很低且沉积厚度较大,侏罗系电阻率中等,基底下古生界电阻率相对较高.箍地南部东西向电性变化不大,基底以低阻为主(上古生界低阻电性层反映十分明显).郯庐断裂带在电性平面图上反映为
17、北北东向的等值线密集带,指示西界断裂控制了盆地边界.在 340 线频率域视电阻率等值线剖面图上,郯庐断裂仍反映比较明显.断裂带以东,为张八岭隆起的高阻体,以西为相对低阻的沉积层.在浅部可见西倾正断,控制盆地低层沉积和局部东倾的逆断层使高阻体逆冲20400000204200002044000020460000204800002050000020520000205400002056000020580000图 3 合肥盆地航磁化极异常图(图中数字单位为 nT)Fig,3Imagemapforaeromagneticanomaliesreduced-to-poleoftheHefeibasin(Uni
18、t:nT)000口 l0n0000n0000nn0000 寸 nn0 凸 l00n0 凸 l000n0000寸 nl 期李云平等:合肥盆地和郯庐断裂带南段深部地球物理特征研究 l19在西侧低阻的盆地沉积之上.这也反映了郯庐断裂带经历过走滑,伸展与逆冲的多期活动.3.4 地震资料解释结果白垩一第三纪盆地的地震层序具有较清晰的地震反射特征,在一般情况下,利用地震相可以对地层进行识别和标定.标定地震反射层位如表 1 所示.印支面以下地层中发育众多规模较大的逆冲断层,由于极少钻井钻遇该套地层,其地层识别难度大,主要依靠地震相特征加以识别.合肥盆地上古生界反射特征为反射能量大,较强振幅,连续性好一中等反
19、射特征(主要以煤系地层碎屑岩为主),下古生界为空白弱反射,同相轴平行的反射特征(以灰岩地层为主),而中上元古界为平行一亚平行强反射特征(碎屑岩及浅变质岩),下元古界及太古界无反射或绕射波发育(变质岩), 与上覆地层为角度不整合接触关系.合肥盆地大多数探井钻遇中侏罗统以上地层,其中合深 4,安参 1,合深 3 井等钻遇下侏罗统和二叠系以下地层.表 1 台肥盆地主要反射界面及其声学特征Table1MainreflectionhorizonsandtheiracousticcharacteristicsoftheHefeibasin3.5 重磁电震联合反演结果通过重磁电震联合反演 n 及综合研究,建
20、立了合肥盆地速度场,电场,重力场和磁力场特征;基本确立了合肥盆地的盆地边界,修改了北部的定远寿县断裂,将盆地的南部边界从信舒断裂推到了北淮阳构造带南部的龙梅断裂,西部的吴集断裂由肥中断裂以北向南断续延伸至大别山,查清了盆地内部的断裂展布特征,发现了一批新的小断层;重新划分了盆地的构造单元和构造层,确定了盆地具有“四凹两凸“的构造格局 ,主要包含颖上 ,大桥,肥东,舒城 4 个洼陷和霍丘,六安两个凸起,按照陆相盆地性质及盆地内主要发育的不整合分布情况,将中,新生界大致分为侏罗系,下白垩统,上白垩统一下第三系及上第三系一第四系 4 个构造层;修改并发现了一批深层,浅层及火成岩局部构造;确立盆地的性
21、质,由于受大别造山带和郯庐断裂的双重控制和影响,合肥盆地的构造演化极其复杂,集挤压逆冲回返成盆,走滑拉分成盆,拉张断陷成盆和坳陷成盆等成翁动力机制于一身,形成了现今复合型残留盆地.分析反演平面成果图(图 4)可知,揭示的构造更趋于精细,合理化;断裂组合清晰明了,符合地质规律;基底起伏变化轮廓自然,线条舒畅.地质界面揭示完整,总体反映了对地层沉积的控制作用,构造大背景及应力环境得到清晰地再现.4 结果与讨论4.1 郯庐断裂带深部构造样式从电测深和地震剖面上可以看出,合肥盆地东缘的郯庐断裂带显示了上部正断层和下部逆断层的构造样式.郯庐断裂带浅部一系列正断层控制了西侧合肥盆地上侏罗统和白垩系的发育,
22、下盘隆升导致张八岭变质杂岩的剥露.沿郯庐断裂带发育的正断层有两类,分别是层120 地球物理(ChineseJ,Geophys.)49 卷图 4 合肥盆地重磁电震联合反演结晶基底构造图(图中数字单位为 m)Fig.4Crystalbasementstructuresofcombinedgravity-magnetic-electricseismicinversionoftheHefelbasin间滑动正断层和同沉积生长断层.层问滑动正断层主要发育在侏罗系和白垩系中,一般断距较大,有一定的规模.同沉积生长断层主要发育于上白垩统及下第三系,在合肥盆地的中新生界也有较多的同沉积正断层,这些断层基本特征
23、与中国东部的其他断陷盆地相类似,但断层的“根 “与之有较大差异.从电法 340 测线上视电阻率剖面可以看出,郯庐断裂带深部显示了逆冲构造样式,表现为断层断裂带以东主要为高阻体,基本为肥东群等变质岩体的反应.深层逆冲断层的成因很可能与郯庐断裂的早期走滑作用有关.花状构造是走滑断层系剖面上的一种特征性构造,一条走滑断层自下而上成花状散开,故称为花状构造,据力学性质可分为正花状和负花状构造.郯庐断裂在剖面上表现出明显的正花状构造(图 5),发育一系列的逆冲断层,由此推断这一断裂为走滑断层.正花状构造是走滑作用下压扭而形成的,常常表现为挤压背斜构造.局部也可出现负花状构造.它也是在张扭作用下形成的,出
24、现花式地堑.走滑断层附近常发育走滑盆地,在郯庐断裂带发现了较多的走滑拉分盆地渤海湾盆地的潍北凹陷,莱州湾凹陷等,在沂沐断裂带发育张性地图 5 合肥盆地 340(东段) 测线地震解释剖面Fig.5Interpretationofreflectionseismicprofile340intheHefeibasin堑,而合肥盆地东部的定远及大桥凹陷是走滑盆地成因(白垩纪). 单条式由一条主干断层和派生的次级构造组成.平行线式由两条或更多条断层平行并列组合.雁列式由数条相互平行依次斜向错开排列的走滑断层构成.菱格式由两组反向滑动的走滑断层相互交切而构成的格子状构造构成.拉分盆地是走滑断层系中拉伸形成的断陷盆地.
