基于断层滑动数据反演的燕山中西段晚中生代古构造应力场:对华北克拉通破坏峰期应力状态的启示

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.05.01

现代地质 ›› 2019, Vol. 33 ›› Issue (05): 919-936.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.05.01

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基于断层滑动数据反演的燕山中西段晚中生代古构造应力场:对华北克拉通破坏峰期应力状态的启示

高健翁¹^,²^,³(), 林逸¹, 张长厚¹(), 丁照月¹^,⁴, 侯丽玉¹, 黄滢竹¹

1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083
2.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所, 河北廊坊 065000
3.国土资源部地球化学探测重点实验室,河北廊坊 065000
4.河北省地质工程勘察院,河北保定 071051

收稿日期:2018-05-21 修回日期:2019-07-10 出版日期:2019-10-26 发布日期:2019-10-28
通讯作者: 张长厚
作者简介:张长厚,男,教授,博士研究生导师,1964年出生,构造地质学专业,主要从事构造地质学和区域大地构造学教学和科学研究工作。Email: changhou@cugb.edu.cn。
高健翁,男,硕士研究生,1991年出生,构造地质学专业,主要从事构造地质学研究。 Email: gaojianweng@igge.cn。
基金资助:
中国地质调查局地质调查项目(DD20190429);中国地质调查局地质调查项目(121201112073);中国地质调查局地质调查项目(12120113059700);国家自然科学基金项目(90814007);国家自然科学基金项目(40672150)

Late Mesozoic Paleotectonic Stress Fields Inferred from Fault-slip Data in Central and Western Yanshan Orogenic Belt: Implications for Destructive Geodynamics of North China Craton

GAO Jianweng¹^,²^,³(), LIN Yi¹, ZHANG Changhou¹(), DING Zhaoyue¹^,⁴, HOU Liyu¹, HUANG Yingzhu¹

1. School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083, China
2. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, China Academy of Geological Sciences, Langfang, Hebei 065000, China
3. Key Laboratory of Geochemical Exploration, Ministry of Land and Resources, Langfang, Hebei 065000, China
4. Hebei Geological Engineering Exploration Institute,Baoding, Hebei 071051, China

Received:2018-05-21 Revised:2019-07-10 Online:2019-10-26 Published:2019-10-28
Contact: ZHANG Changhou

摘要/Abstract

摘要：

在燕山中西段晚中生代岩体中的116个观测点中共采集到2 321组断层和破裂面滑动数据,利用Tensor软件进行古构造应力状态反演。将反演结果与区域构造变形及构造演化过程研究结果相结合,发现研究区在侏罗纪末—白垩纪初以来存在5期可识别的构造应力场:(1)晚侏罗世末—早白垩世初近N—S向挤压应力场(D₁,148~127 Ma);(2)早白垩世NW—SE向挤压应力场(D₂,143~127 Ma);(3)垂向挤压主导的多向水平伸展应力场(D₃,120~110 Ma);(4)NE—SW向挤压(D₄);(5)E—W向挤压的应力场(D₅)。D₁和D₂可能分别与蒙古—鄂霍茨克洋消减关闭作用的远程构造效应,以及古太平洋板块向欧亚大陆板块下的俯冲作用有关,且这两大构造系统在该时期可能同时作用于燕山地区。D₃期应力场可能反映源自壳下深部地幔活动引起的垂向挤压动力作用。D₄、D₅期应力场相对较弱,其动力学背景尚待今后研究进一步分析。本区古构造应力场研究结果表明,华北克拉通破坏峰期期间,主要的伸展作用并不完全符合西太平洋板块后撤主导的被动伸展裂谷模型,而是表现为深部地幔活动引起的垂向挤压作用主导的水平方向多向伸展。

关键词: 断层滑动数据, 古构造应力场, 晚中生代, 华北克拉通破坏, 燕山

Abstract:

A dataset of 2,321 fault-slip data were collected from 116 sites in Late Mesozoic plutons in the central and western Yanshan orogenic belt. Paleostress field inversion was carried out via Tensor from these data. A five-generation sequence of paleostress fields has been established from the inversion results combined with regional tectonic deformation analysis. We found that: (1) Latest Jurassic-Earliest Cretaceous (148-127 Ma) compression with N-S-trending maximum principle stress (σ₁) (D₁); (2) Early Cretaceous (143-127 Ma) compression with NW-trending σ₁ (D₂); (3) Multidirectional extension with a nearly vertical σ₁ (D₃, ~120-110 Ma); (4) Compression with NE-trending σ₁ (D₄), and (5) Compression with E-trending σ₁ (D₅). D₁ and D₂ are interpreted as the far-field effects correlated with the closing of Mongol-Okhotsk Ocean and west-dipping subduction of paleo-Pacific plate, respectively. These two tectonic systems have major impact on the deformation of the Yanshan orogenic belt. D₃ may have reflected the vertical compression derived from deep mantle activity. Tectonic events unambiguously related to D₄ and D₅ have not been reported so far, which implies relatively weak paleostress field, and their geodynamic setting remains unclear. We suggest that a model of multidirectional extension induced from vertical compression may be applicable to the peak destruction of the North China Craton, instead of a passive rifting model dominated by subduction roll-back of the paleo-Pacific plate as previously proposed.

Key words: fault-slip datum, paleostress field, Late Mesozoic, destruction of North China Craton, Yanshan orogenic belt

中图分类号:

P548
P55

高健翁, 林逸, 张长厚, 丁照月, 侯丽玉, 黄滢竹. 基于断层滑动数据反演的燕山中西段晚中生代古构造应力场:对华北克拉通破坏峰期应力状态的启示[J]. 现代地质, 2019, 33(05): 919-936.

GAO Jianweng, LIN Yi, ZHANG Changhou, DING Zhaoyue, HOU Liyu, HUANG Yingzhu. Late Mesozoic Paleotectonic Stress Fields Inferred from Fault-slip Data in Central and Western Yanshan Orogenic Belt: Implications for Destructive Geodynamics of North China Craton[J]. Geoscience, 2019, 33(05): 919-936.

图/表 13

图1 研究区地质构造简图(据文献[47]修编) Ar.太古宇;Ch-Qn.长城系—青白口系;Pz.下古生界(寒武系—奥陶系);J2j.九龙山组;J3t.髫髻山组;J3tch.土城子组;K1z.张家口组;K1jf.九佛堂组;SPF.尚义—赤城—古北口—平泉断裂;SLTH.沙梁子逆冲断层;THTH.汤河口逆冲断层;SSTH.十三陵逆冲断层;SHTH.上庄—红螺寺逆冲断层;QJTH.千家店逆冲断层;HFKF.河防口拆离正断层;QLF.崎峰茶—琉璃庙正断层;五角星及数字代表断层擦痕观测点位置及编号

Fig.1 Geologic map of Changping-Huairou-Miyun area, north of Beijing and western Luanping, Hebei Province (modified from Ref.[47])

图2 研究区地层与岩浆发育状况及构造层划分柱状图

Fig.2 Stratigraphic and structural framework of the study area xν σ 2 2 .中元古代新地斜长岩; lξ o 2 2 .中元古代兰营石英正长岩;xν4.晚古生代下窝铺变质辉长岩; gγ δ 5 2 .官山花岗闪长岩; ch δ 5 2 .长园闪长岩; shγ δ 5 2 .水峪花岗岩; xγ δ 5 3 .西后峪花岗岩; y γ 5 3 .蒙山花岗岩; hη γ 5 3 .黄花甸子二长花岗岩; f γ 5 3 .冯家峪—西白莲峪花岗闪长质复式岩体; xη ν 5 3 .薛家石梁二长辉长岩; h η 5 3 .黑山寨二长岩; h ξ 5 3 .湖门正长岩; h γ 5 3 .黑山陀花岗岩

图3 野外断层擦痕发育情况及运动学标志 (a)元古宙石英正长岩中两组擦痕叠加改造关系:晚期擦痕2仅发育于早期擦痕1形成的波状起伏面的一侧,且改造了该侧的擦痕1;(b)白垩纪肉红色二长花岗岩中擦痕与滑抹晶体;(c)太古宙深灰绿色片麻岩中擦痕及伴生张性破裂与正阶步;(d)白垩纪花岗岩中擦痕与正阶步

Fig.3 Photos of striations and kinematic markers

图4 实测断层滑动数据反演的最大主应力(σ1)和最小主应力(σ3)方位分布等密度图

Fig.4 Fisher distribution of maximum (σ1) and minimum (σ3) principal stress

图5 古应力场年代顺序矩阵分析

Fig.5 Chronological matrix analysis of paleostress fields

图6 N—S向挤压应力张量

Fig.6 Distributions of N-S compressional stress tensors

图7 NW—SE向挤压应力张量

Fig.7 Distributions of NW-SE compressional stress tensors

图8 NW—SE向伸展应力张量

Fig.8 Distributions of NW-SE extensional stress tensors

图9 NE—SW向伸展应力张量

Fig.9 Distributions of NE-SW extensional stress tensors

图10 N—S向伸展应力张量

Fig.10 Distributions of N-S extensional stress tensors

图11 E—W向伸展应力张量

Fig.11 Distributions of E-W extensional stress tensors

图12 NE—SW向挤压应力张量

Fig.12 Distributions of NE-SW compressional stress tensors

图13 E—W向挤压应力张量

Fig.13 Distributions of E-W compressional stress tensors

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基于断层滑动数据反演的燕山中西段晚中生代古构造应力场:对华北克拉通破坏峰期应力状态的启示

Late Mesozoic Paleotectonic Stress Fields Inferred from Fault-slip Data in Central and Western Yanshan Orogenic Belt: Implications for Destructive Geodynamics of North China Craton

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