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福建东南沿海盆地第四纪构造运动模式与动力学成因

作　者: 张路
导　师: 曲国胜
学　校: 中国地震局地质研究所
专　业: 构造地质学
关键词: 福建东南沿海地区第四纪海平面盆地构造沉积序列地壳结构地壳运动模型巴士构造系岩石圈多层构造
分类号: P542
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在我国大陆东部地区,福建沿海现今的构造活动十分引人注目,很多学者对福建沿海的第四纪构造活动进行了研究,包括:断层活动性、地震活动性以及二者关系,沿海盆地的沉积、构造与地震活动性,沿海沉积与地壳升降和海平面变化关系等。福建东南沿海地区的构造由北东向和北西向两组断裂控制,北东向断裂带有政和—大埔断裂带、长乐—诏安断裂带和滨海断裂带3条深大断裂带;北西向为韩江断裂带、九龙江断裂带、永安—晋江断裂带、兴化湾断裂带和闽江断裂带等断裂带。长乐—诏安断裂带是本区重要的深大断裂带,主要活动时期在更新世中期之前,更新世晚期以来活动强度大为减弱。长乐—诏安断裂带现代的地震活动较频繁,但无论是在强度上还是在空间密度和时间频度上,均要比滨海断裂带弱。滨海断裂带是一条海域深大断裂带,是华南陆区正常型陆壳与海区减薄型陆壳的分界地壳断裂,可能是新生代强烈沉陷的台湾海峡西边界断裂;它是本地区最重要的现代地震发生带。在福建沿海地区北西向断裂是一组较新的、活动性强烈的左旋张性断裂带,它们的切割深度可能不及北东向断裂,但它们几乎切割错断了其它所有方向的断裂;该断裂组分布比较规则(方向一致、排列等距),且地震活动强度向南递增,强震一般发生在北东向和北西向断裂交汇部位。福建东南沿海地区基岩以燕山期花岗岩、侏罗纪和白垩纪的陆相碎屑—火山碎屑建造为主,第四纪沉积主要分布于东部沿海花岗岩基底的盆地、平原中。沿长乐—诏安断裂带分布有混合岩化、花岗岩化的动力变质带。长乐—诏安断裂带南部漳浦—龙海一带分布有新近纪以来的玄武岩,该火山在晚更新世有活动。福建沿海地区新生代沉积较浅,主要是第四纪沉积,更新统划分为下更新统天宝组、中更新统同安组、更新统上部龙海组和东山组,全新统主要为长乐组。该区第四纪沉积由长乐—诏安断裂带及北西向断裂控制,主要分布于福州盆地、长乐平原、莆田平原、泉州盆地、同安平原、漳州盆地和龙海平原等地区,这些盆地一般位于长乐—诏安断裂带和北两向断裂的交汇处。福建沿海地区尽管已取得了大量对第四纪盆地和构造的研究成果,但对盆地形成发展、大区域第四纪构造演化及其动力学模式深入研究较少。为深入探测和研究福建沿海的断裂及其活动性,近年来陆续开展了福州、漳州、厦门和泉州等城市活断层探测与地震危险性评价项目。本文利用该项目获得的资料和福建沿海、台湾海峡以及更大区域资料,结合作者对几个城市断层的野外调查,对福建沿海第四纪盆地构造及其运动规律进行了综合性分析,获得该地区第四纪地壳运动、动力学成因更进一步认识,论文在以下方面取得了进展:1.研究方法研究本区古海平面的标志层位,分析其测年和高程,对比盆地的海侵层位,确认盆地的构造沉降。论文在总结该区大量沉积和构造及其构造活动时空关系的研究成果基础上,充分了解国际相关领域的研究进展,对盆地的沉积深度、时间及相关构造活动的对应演化关系进行了深入分析,根据现有资料和盆地沉积特点,提出了利用钻孔资料进行沉积深度—时代(D-T)分析方法,从而更有效直观地判断第四纪盆地断层的活动性,分析盆地内不同位置、不同时期构造活动之幅度和强度的时空变化。2.盆地构造分析沿研究区的两组深大断裂分布的历史地震和多数现代小震说明了断裂的活动性,这些断裂的深部活动引发地表沉降,是盆地形成的重要成因。根据盆地地貌、海平面升降和海侵层位等特征,确认盆地的构造属性,阐明盆地形成的阶段性——从早期“断陷”到晚更新世以来“拗陷沉积”。根据闽南各城市活断层探测结果获得了市区及其附近地区大量钻探和年代学研究资料,本文利用盆地钻探获得的钻孔测年数据对各个钻孔进行沉积的深度—时代对比分析(D-T分析),进一步判断盆地的断层活动性和沉积规律,确认盆地构造的发展趋势。(1)盆地断层活断层探测及研究表明,福建沿海几个北西向盆地(福州、漳州和泉州)内的断裂均为高倾角正断层,并且倾向盆地中心;盆地内北西向较活动的断裂位于盆地西南侧或中部盆地沉积最深处:福州盆地的闽侯—南屿断裂是福州盆地最具发生中等—中强地震潜势的相对危险断层,其次为五虎山北麓断裂,盆地内其余断层为一般危险性断层,盆地内2条相对危险断裂均位于盆地西南侧。泉州盆地的寺角—晋江断裂最新活动时代在更新世晚期;本文根据D-T沉积—构造分析认为紫帽山—乌石山断裂在更新世晚期有活动。寺角—晋江断裂在盆地中部最深处,紫帽山—乌石山断裂在盆地西南侧。其余断裂在第四纪早期或以前有活动。漳州盆地的古塘—大梅溪断裂和九龙江断裂北支最新活动时代可能在更新世晚期,是相对危险断裂,九龙江断裂北支是位于漳州市小区西南侧的北西向断裂;在珩坑—天宝小区西南侧的岱山岩—珩坑断裂要比珠坑断裂更活动一些。厦门岛的筼筜港断陷盆地内只有北东向筼筜港断裂可能有晚更新世活动,岛上其余断裂活动更早。(2)盆地沉积福建沿海几个盆地内的第四纪沉积较新,一般为更新世以来沉积,盆地的D-T沉积—构造分析发现,盆地沉积的中心都有由北东向南西迁移的趋势:福州盆地东北部可能在近千年来无沉积或有过剥蚀,在40～8ka时段高沉积速率位置向西转移,福州盆地的沉积中心有由北东向南西迁移的趋势。泉州盆地的东北部最早沉积(近80ka左右);30ka盆地中部开始沉积,并成为沉积中心;而在最近千年,盆地中部的沉积变为高速并成为最高速沉降区。自盆地形成开始,盆地的沉积中心就有从北东向盆地中部迁移的趋势。漳州盆地:珩坑—天宝小区的东北部沉积较早,但更新世晚期以来,东北部沉积深度和速率小于南西部,表明盆地中心有随时间向南西迁移的规律;同样,漳州市小区的沉积中心也有向南迁移的趋势。厦门岛筼筜港断陷盆地内的沉积有向南西迁移的趋势。通过上述盆地断裂和沉积的综合分析可以认为,福建东南沿海福州、泉州和漳州3个由北西向断裂控制的盆地中,北西向较活动断裂发育在盆地西南侧或中部最深处,盆地的沉积均有由北东向南西的迁移趋势,盆地有向南西方向掀斜的特征。3.区域构造运动模型福建东南沿海地区的第四纪构造运动模型建立在①几个北西向盆地内的断裂和沉积所表现的盆地向南西方向掀斜特征、②盆地第四纪沉积事件的时间序列和③该区地壳结构的分析基础上。福建沿海几个沉积盆地以及龙海平原、广东省沿海潮汕平原和珠江三角洲的第四纪钻探与年代学研究表明:滨海盆地第四纪起始沉积年代早于内陆盆地,厦门岛比龙海平原早,龙海平原比漳州盆地早;其它几个沉积事件也具有相同特征。在内陆,漳州盆地起始沉积最早,沿南西和向北东2个方向各盆地起始沉积时代均分别逐渐变新:其中厦门—漳州盆地形成的时代最早,福州盆地、珠江口盆地形成时代最晚。福建省沿海内陆盆地的其它几个沉积事件也有从漳州向北东变新的趋势。利用该区几条深部地震勘探结果建立的区域地壳结构模型表明:本区的地壳较薄,在上地壳底部存在低速层;低速层底面在滨海断裂带和台湾海峡明显上隆,在漳州—厦门一线沿九龙江断裂上隆,在泉州一带也有部分区域上隆;上地幔顶面的深度图像和低速层底面类似,沿北西向九龙江断裂带和永安—晋江断裂带的上隆更明显。通过各个盆地内部构造运动趋势研究,对比盆地之间的沉积序列,结合地壳结构分析,给出该区的构造运动模型:在第四纪早期或前第四纪,北东向的拉张作用使漳州南西侧深部的上地幔发生隆起,随后,伸展作用向北东扩展,伴随该区两组断裂的活动,陆续形成漳州、泉州和福州盆地;向南西扩发展同样陆续形成潮汕平原和珠江口盆地;该伸展作用的持续发展,形成福建东南沿海第四纪的构造格局。4.区域构造动力学分析本文由大区域到小区域逐步分析了西太平洋板块和菲律宾板块的第四纪运动方式,着眼于直接作用于该区的西菲律宾板块西缘的构造,论述沿海、台湾和菲律宾等海域的构造及其活动,结合南海板块对该区构造影响的讨论,给出如下构造运动及其动力学解释:对西太平洋洋盆的演化分析表明,中生代晚期库拉板块NNW向俯冲、中生代和新生代太平洋板块南北两洋脊先后俯冲到亚洲板块东南缘之下、新生代太平洋板块运动方向的改变和菲律宾板块北西向俯冲等大事件,对闽台地区构造的形成和发展起着重要的作用。论文讨论了巴士构造系的形成机理:菲律宾板块北西方向运动,北侧沿琉球沟弧盆系俯冲消亡,西侧在台湾纵谷以弧—陆碰撞带与欧亚板块左旋逆走滑断层接触,而与南中国海次板块以马尼拉海沟相邻,南中国海次板块在马尼拉海沟向东俯冲作用于菲律宾板块。这两个板块的共同作用下,势必在台湾南端巴士海峡一带产生沿NWW—SEE一线的左旋拉伸,形成巴士构造系。分析表明:在菲律宾板块的北西向挤压作用下,福建东南沿海及滨海地区表现为隆升和北东向拉伸。菲律宾板块的运动在巴士构造系产生左旋拉张作用,巴士构造系在陆地的延伸位于漳州南西侧,它的活动引发地幔隆升,成为本区伸展构造运动的触发点。拉张作用从漳州—厦门一带分别向北东和南西扩展,引发福建东南沿海各个盆地的沉积和升降运动。菲律宾板块的运动是韵律式的,它在巴士构造系引发的左旋拉张作用是多期的,福建东南沿海各个盆地的运动也是多期的。5.岩石圈的多层圈构造解释论文从岩石圈多层构造思想分析讨论了东南沿海地区地壳伸张、破裂的成因,解释该区第四纪构造运动。岩石圈的上层(上地壳)为脆性、中脆性层,岩石在岩石圈上层受力时的主要变形方式是脆性破裂,断层破裂和地震多发生于此;岩石圈下层(下地壳和上地幔)是半延性、延性的塑性层,厚度要比上层大得多,是岩石圈主要的受力、传力层,它的主要变形方式是塑性蠕变。在巴士构造—漳州一线的岩石圈接受引张作用时,岩石圈变形所表现出的伸展作用从受力端向另一端传播,持续的引张力作用在该区形成等距的正断层组,可能是导致由九龙江断裂带向两侧第四纪盆地依次发展的深部构造原因。

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摘要  3-7
ABSTRACT  7-17
第一章引言  17-24
  1.1 论文选题和意义  17
  1.2 国内外相关研究进展  17-21
    1.2.1 国外相关研究  17-18
    1.2.2 国内相关研究  18-19
    1.2.3 研究区研究进展与存在问题  19-21
  1.3 论文研究思路和方法  21-22
    1.3.1 主要资料来源  21
    1.3.2 研究思路  21
    1.3.3 研究方法  21-22
    1.3.4 创新点  22
  1.4 研究基础与工作量  22-24
    1.4.1 研究基础  22-23
    1.4.2 论文相关工作  23-24
第二章福建东南沿海区域构造格局  24-50
  2.1 华南地区大地构造  24-26
    2.1.1 传统构造学说  24-25
    2.1.2 现代构造学说  25-26
  2.2 福建区域地质概况  26-28
  2.3 福建东南沿海区域地质、地震活动和第四纪盆地  28-44
    2.3.1 前第四纪区域地质  28-31
    2.3.2 第四纪区域地质  31-43
    2.3.3 区域地震活动性  43
    2.3.4 区域沉积盆地  43-44
  2.4 现代地壳结构和地壳运动  44-49
    2.4.1 地壳结构  44-46
    2.4.2 应力场  46
    2.4.3 地壳运动  46-49
  2.5 小结  49-50
第三章福建东南沿海地区盆地构造  50-99
  3.1 资料来源  50
  3.2 福州盆地构造  50-59
    3.2.1 概述  50
    3.2.2 断裂构造  50-55
    3.2.3 第四纪沉积  55-57
    3.2.4 第四纪沉积环境  57-59
  3.3 泉州盆地构造  59-71
    3.3.1 概述  59
    3.3.2 断裂构造  59-67
    3.3.3 第四纪沉积  67-68
    3.3.4 第四纪沉积环境  68-70
    3.3.5 第四系三维构造格架  70-71
  3.4 漳州盆地构造  71-87
    3.4.1 概述  71
    3.4.2 断裂构造  71-79
    3.4.3 第四纪沉积  79-85
    3.4.4 第四纪沉积环境  85
    3.4.5 第四系三维构造格架  85-87
  3.5 厦门地区构造  87-98
    3.5.1 概述  87
    3.5.2 断裂构造  87-96
    3.5.3 第四纪沉积  96-97
    3.5.4 第四纪沉积环境  97-98
  3.6 小结  98-99
第四章福建东南沿海地区盆地第四纪构造沉降  99-124
  4.1 伸展盆地  99-102
    4.1.1 盆地分类  99-100
    4.1.2 伸展盆地形成机制  100
    4.1.3 伸展盆地构造演化  100-102
  4.2 福建东南沿海的断裂活动与地表形变  102-109
    4.2.1 断层活动性的认知  102
    4.2.2 福建东南沿海的断裂  102-103
    4.2.3 断裂的地震活动性  103-106
    4.2.4 断层活动引发的地表形变  106-109
  4.3 福建东南沿海盆地沉积、构造运动与盆地属性  109-123
    4.3.1 地貌  109-111
    4.3.2 海平面变化与盆地沉降  111-122
    4.3.3 区域地壳运动及盆地演化  122-123
  4.4 小结  123-124
第五章福建沿海第四纪盆地沉积构造的深度─时间(D-T)分析  124-157
  5.1 盆地沉积─构造演化分析方法综述  124-126
  5.2 盆地沉积构造的深度─时间(D-T)分析方法  126-127
    5.2.1 盆地分析方法的选择  126
    5.2.2 D-T沉积─构造分析  126-127
    5.2.3 影响因素分析  127
  5.3 盆地的D-T沉积分析  127-131
    5.3.1 数据来源  127
    5.3.2 盆地沉积深度─时间(D-T)曲线模型的构建  127-128
    5.3.3 D-T沉积曲线的性质和含义  128-129
    5.3.4 D-T沉积曲线的应用  129-131
  5.4 福州盆地沉积D-T分析  131-138
    5.4.1 断层活动性识别  131
    5.4.2 盆地沉积变迁规律  131-138
  5.5 泉州盆地沉积D-T分析  138-144
    5.5.1 D-T沉积曲线  138-139
    5.5.2 断层活动性识别  139-140
    5.5.3 盆地沉降分析  140-144
  5.6 漳州盆地沉积D-T分析  144-150
    5.6.1 D-T沉积曲线  144-145
    5.6.2 断层活动性识别  145-149
    5.6.3 盆地沉降分析  149-150
  5.7 厦门岛沉积D-T分析  150-154
    5.7.1 D-T沉积曲线  150
    5.7.2 断层活动性分析  150-154
    5.7.3 厦门岛沉降分析  154
  5.8 盆地D-T分析方法的适用性  154-156
    5.8.1 可进一步鉴定断层的活动性  155
    5.8.2 钻孔场地河漫滩和阶地的估计  155
    5.8.3 可提供沉积迁移的信息  155
    5.8.4 可判断盆地沉降和沉积速率的分布规律  155-156
    5.8.5 D-T方法的不足  156
  5.9 小结  156-157
第六章福建东南沿海地区地壳构造及运动模型  157-168
  6.1 盆地特征和序列沉积事件  157-159
    6.1.1 北西向盆地共同特征  157-158
    6.1.2 盆地沉积事件序列  158-159
  6.2 福建东南沿海地区地壳结构  159-167
    6.2.1 深部探测剖面  159-165
    6.2.2 区域地壳结构模型  165-167
  6.3 构造运动模型的建立  167
  6.4 小结  167-168
第七章福建东南沿海地区地壳运动的动力学成因  168-187
  7.1 西太平洋板块及其边缘海的演化  168-178
    7.1.1 西太平洋板块的演化  168-171
    7.1.2 西太平洋的边缘海  171-178
  7.2 福建东南沿海构造格局的成因探讨  178-179
    7.2.1 两种大地构造体制及转化  178
    7.2.2 福建东南沿海的晚中生代岩浆岩带及变形带的形成  178-179
    7.2.3 南海北缘和南海盆地伸展  179
  7.3 福建东南沿海及滨海的第四纪地壳运动  179-181
    7.3.1 菲律宾板块的作用  179-180
    7.3.2 巴士构造系  180-181
    7.3.3 福建东南沿海及滨海的第四纪地壳运动  181
  7.4 第四纪地壳运动模型的岩石圈多层构造动力学分析  181-186
    7.4.1 第四纪地壳运动模型的认识和理解  181-182
    7.4.2 第四纪区域动力学及其演化初探  182
    7.4.3 岩石圈多层构造和塑性流动模型  182-183
    7.4.5 福建东南沿海第四纪地壳运动的解释  183-186
  7.5 小结  186-187
第八章结论和存在问题  187-190
  8.1 结论  187-188
  8.2 存在问题和进一步的研究工作  188-190
参考文献  190-214
致谢  214-215
作者简介  215

福建东南沿海盆地第四纪构造运动模式与动力学成因

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