华夏裂谷——沂沭断裂

1 目 录 C O N T E N T S 走进沂沭断裂带/2 沂沭断裂带亦称“沂沭深大断裂带”，是号称“中 国大裂谷”的郯庐断裂带的山东部分。它南起郯城，北 入渤海，因大致位于沂河与沭河之间而得名。 沂沭断裂带特征/3 沂沭断裂带切割深度、延伸长度显著，遥感影像、数 字高程模型影像、地质特征、地球物理等性质均反映了断 裂带地质构造演化的特点。 Part 1 沂沭断裂掲面纱 沂沭断裂带的诞生/15 关于沂沭断裂带的早期活动，前人论述颇多，但多数 人认为沂沭断裂作为浅表层次脆性断裂的初始活动时间不 会早于中生代。 Part 2 沂沭断裂解成因 华夏裂谷——沂沭断裂 2 Yishu Faults：The Rift Valley of China 能源矿产储量大/20 沂沭断裂带内蕴藏着丰富的能源矿产，主要有煤、 油页岩、石油、天然气及地热等能源。临沂市的地热资 源最为丰富，有“中国地热城”的美誉。 金属矿产种类多/27 沂沭断裂带内岩浆-火山活动形成了一系列的金属 矿产，包括各种类型的金矿、铁矿、钛铁矿、铅锌矿 等。平邑归来庄金矿是目前我国首次发现的规模最大的 隐爆角砾岩型金矿床。 非金属矿产具特色/33 沂沭断裂带内蕴藏着丰富的非金属矿产，包括著名 的金刚石和蓝宝石，还有金钱石、临朐彩石等山东著名 的观赏石。 Part 3 沂沭断裂矿藏多 中生代后的构造演化/16 中生代以来该地区位于环太平洋构造，区域构造应力 来源于原始太平洋板块在100 Ma前后的高速斜向俯冲。其 北北东向的构造分量造成中国东部的左旋走滑运动，并使 一系列先存的基底构造重新活动和发展壮大。 目 录 Contents 3 火山地貌景观/48 沂沭断裂带的演化过程都伴随了大量的火山喷发， 沿沂沭断裂带发育有昌乐、郯城等典型古火山。昌乐是 山东省东部新生代火山岩的主要分布区，是山东省规模 最大、保存最完整、特征最典型的古火山口群。 岱崮地貌景观/54 岱崮地貌主要分布在鲁中南低山丘陵区域，较为知 名的崮不下百座，形成了风景壮美的沂蒙崮群，“沂蒙 七十二崮” 呈崮群集中连片分布，令天下称奇。 构造形迹景观/62 沂沭断裂带的活动造就了多种构造形迹，形成了丰富 的构造形迹景观，主要包括典型的褶皱和断层，在昌乐、 临沭及郯城表现较为突出。马陵山区是沂沭断裂带出露最 好、各种构造形迹齐全的地段，规模壮观，内容丰富，保 存完好。 Part 4 沂沭断裂景观萃 沂沭断裂地震带/69 沂沭断裂带是一条至今仍在继续活动的活动断裂， 断裂带及其附近的地震活动从未间断过。 Part 5 沂沭断裂震害强 华夏裂谷——沂沭断裂 4 Yishu Faults：The Rift Valley of China 旷古奇灾——郯城大地震/71 1668年的郯城大地震是有史以来我国东部破坏最为 强烈的地震，是在中国东部人口稠密地区影响最广和损 失惨重的一次地震。 参考文献/90 地学知识窗 岩石地层单位/6 断裂带和断裂构造/6 地垒和地堑/9 地球的内部结构/11 布格重力 异常/13 沉积建造/15 左旋走滑断层/16 底辟作用/18 石油一词的来历/22 山东八大名 石/44 火山和熔岩地貌/49 玄武岩柱状解理的成因/50 丹霞地貌/64 单面山/65 波痕、 泥裂和雨痕/66 震级和地震烈度/71 地震前兆和自救口诀/75 郯城麦坡地震活断层遗址碑 记/79 李四光/83 地质力学/83 柯石英/86 巨大的郯庐断裂带/81 郯庐断裂带北起黑龙江的佳木斯，经吉林伊通，辽 宁沈阳，过渤海到鲁中、苏北、皖中最终达长江北岸的 广济一带，在我国境内绵延2 400多km，往北进入俄罗斯 境内，总长度近5 000 km。同时它还是一条向下延伸，切 穿地壳直达上地幔的断裂破碎带。 神奇的郯庐断裂带/84 郯庐断裂带是一条神奇的断裂带，它经历了多期构 造，是一条“长寿”的以剪切运动为主的深断裂带，同 时它还是一条重要的成矿带和闻名于世的地震活动带。 Part 6 郯庐断裂纵横谈 Part 1 沂沭断裂揭面纱 沂沭断裂带亦称“沂沭深大断裂带”，是号称“中国大裂谷”的郯 庐断裂带的山东部分。它南起郯城，北入渤海，因大致位于沂河与沭河 之间而得名。 华夏裂谷——沂沭断裂 Yishu Faults：The Rift Valley of China 2 沂 沭 断 裂 带 亦 称 “ 沂 沭 深 大 断 裂 带”，它南起郯城，北入渤海， 因大致位于沂河与沭河之间而得名。沂沭 断裂带是号称“中国大裂谷”的郯庐断裂 带的山东部分。郯庐断裂带是中国东部著 名的郯城—庐江大断裂带的简称，因山东 郯城和安徽庐江位于断裂带上而得名。郯 庐断裂带形成于中元古代，是一条经历了 长期、复杂演化过程的“长寿”断裂带。 它还是一条规模宏伟、名扬中外的巨型断 裂带，在我国境内绵延2 400多km。一般 认为，郯庐断裂带南起湖北的广济，经安 徽的庐江、山东的郯城，跨越渤海海峡， 至沈阳附近分为东、西两支：东支经敦 化、密山延至俄罗斯远东地区，直至萨哈 林湾；西支经舒兰、依兰一线延入俄罗 斯。郯庐断裂带露头最清晰的部位是山东 段的沂沭断裂。 沂沭断裂带纵贯山东省的中部，全长 走进沂沭断裂带 360 km，整体走向为北东10°～25°，东 西跨度为20～40 km, 中间宽、两端窄。其 范围，南达山东郯城，北抵渤海莱州湾， 东接五莲山，西止沂山和蒙山，主要涉及 临沂市（包括沂水县、沂南县、费县、 苍山县、郯城县），青岛市（包括莱州 市、平度市），日照市（包括莒县、五莲 县），潍坊市（包括昌乐县、昌邑市、寿 光市、临朐县、安丘市、诸城市），淄博 市（包括沂源县）等主要和部分辖区。 在地形上，沂沭断裂带表现为中间高、 南北低，中部为山地和丘陵地带，海拔 600 ～900 m，向南、北两端逐渐过渡为 平原区，海拔200～450 m。 沂沭断裂带形成时间早，演化历史 长，断裂活动复杂。在这个断裂带上曾发 生过1668年“旷古奇灾”的郯城大地震， 给人们带来了巨大的灾难，然而这条断裂 带内还蕴藏着煤、石油、金刚石、铁、铜 沂沭断裂揭面纱 Part 1 3 等丰富多样的矿产资源，也造就了如火山 地貌景观、崮形地貌、构造行迹等多样的 地质景观。 一、影像特征 1. 遥感影像特征 沂沭断裂带遥感解译图（图1-1） 显示，沂沭断裂带主要由四条北北东走 向的大型活断层（F1、F2、F3、F4）组 成，其东侧两条断层（F1、F2）之间还 发育了一条分布于安丘和莒县之间且走 向与之平行的断层（F5），这五条断裂 还被一系列北西或北东向的小断层切 割。除此之外，在沂沭断裂带周边，还 分布有东侧的北东向活断层系和西侧的 北西向活断层系，沂沭断裂带正好位于 两大构造体系的交界处。 结合区域地质资料遥感解译图可知， 图中绿色主要为植物的反射色，桃红色和 粉红色为太古代变质岩和元古代的沉积盖 层反射色，紫色为中生代的沉积碎屑岩的 沂沭断裂带特征    图1-1  沂沭断裂带遥感解译图 华夏裂谷——沂沭断裂 Yishu Faults：The Rift Valley of China 4 反射色，深蓝色则是河流、湖泊和海洋的 反射色。 2. 数字高程模型影像特征 数 字 高 程 模 型 （ D E M ） 是 地 球 表 面地形地貌的数字表达与模拟。随着 地貌学与地质学的相互交叉融合，利 用数字高程模型对地形分析的研究已 得到广泛应用。数字高程模型数据不 仅包含了高程信息，还能反映地形的 起伏变化，因而基于数字高程模型的 构造地貌分析相对于遥感影像更具可 行性和可视性。 从数字高程模型解译图（图1-2） 可以看出，沂沭断裂带内地势总体特征 为横向上中间低、两侧高，纵向上中间 高、向南北两端逐渐降低。断裂带两侧以 山地为主，海拔在500 m以上；断裂带内，中 部以山地和丘陵为主，海拔200～500 m； 南北两端则呈现为低山丘陵和冲积平 原。断裂带内的水系大多沿着断层走向 分布，以沂水、沭水最为典型。断层的 活动直接影响了带内地貌和河流的形成 与演化。 二、地质特征 沂沭断裂带介于鲁西地块与胶东地 块、苏鲁造山带之间（图1-3）。以沂沭 断裂为界，其东西两侧地层建造、变形变 质特征、构造演化及成矿作用均有较大的 不同。鲁西构造区的基底岩系为太古界沂 水岩群、泰山岩群和新元古界土门群，三 者之间均有较长时间的沉积间断。鲁东构 造区的基底建造为太古界胶东岩群、古元 古界荆山群、粉子山群和新元古界的蓬莱   图1-2  沂沭断裂带DEM 解译图 沂沭断裂揭面纱 Part 1 5    图1-3  沂沭断裂带地质构造简图 F1.昌邑—大店断裂；F2.安丘—莒县断 裂；F3.沂水—汤头断裂；F4.鄌郚—葛沟 断裂 群。两区盖层岩石亦有较大的区别，鲁西 构造区发育早古生代寒武—奥陶纪建造、 晚古生代石炭—二叠系二套建造，而鲁东 构造区缺失古生代全部地层建造。直至中 生代中上部地层建造两区才基本可以进行 对比。 鲁西和鲁东地区岩浆岩的规模和类 型有着显著的差别。就侵入岩体而言， 鲁西地区仅发育规模较小且呈零星分布 的闪长岩体；鲁东地区则广泛发育一系 列规模较大的花岗岩体，其出露面积约 占鲁东地区面积的一半。 华夏裂谷——沂沭断裂 Yishu Faults：The Rift Valley of China 6 ——地学知识窗—— 岩石地层单位 岩石地层单位是根据可观察到并呈现总体一致的岩性（或岩性组合）、变质程度或 结构特征，以及与相邻地层间关系所定义和识别的一个三维空间的岩石体。一个岩石地层 单位可以由一种或多种沉积岩、喷出岩或其变质岩组成。单位的鉴别要求是整体岩石特征 的一致性。岩石地层单位包括“群”“组”“段”和“层”四级。群是岩石地层的最大单 位，一般由纵向上相邻两个或两个以上具有共同岩性特征的组联合而成，是比组高一级的 岩石地层单位，群的上下界限往往为明显的沉积间断面（假整合和角度不整合），群内不 能有明显的沉积间断或不整合存在。 三、构造特征 沂沭断裂带主体由4 条断裂组成（图 1-4），自东向西依次为昌邑—大店断 裂（F1）、安丘—莒县断裂（F2）、沂 ——地学知识窗—— 断裂带和断裂构造 断裂带亦称“断层带”，是由主断层面及其两侧破碎岩块以及若干次级断层或破裂面 组成的地带。在靠近主断层面附近发育有构造岩，以主断层面附近为轴线向两侧扩散，一般 依次出现断层泥或糜棱岩、断层角砾岩、碎裂岩等，再向外即过渡为断层带以外的完整岩 石。 断裂又称断裂构造，是指岩石因受地壳内的动力沿着一定方向产生机械破裂，失去其 连续性和整体性的一种现象。断裂构造可分为解理和断层。解理是指岩石裂开而裂面两侧无 明显相对位移的构造；断层是岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造。 水—汤头断裂（F3）和鄌郚—葛沟断裂 （F4）。四条断裂（F1~F4断裂）之间相互 夹持形成了“两堑夹一垒”的构造格局。 沂沭断裂揭面纱 Part 1 7    图 1- 4  过 郯 庐 断 裂 带 山 东 段 地 质 剖 面 （ 《 山 东 省 区 域 地 质 志 》 ， 19 91 ） 华夏裂谷——沂沭断裂 Yishu Faults：The Rift Valley of China 8 1. 昌邑—大店断裂 该断裂是一条规模较大，活动和演化 历史较长，目前向左活动的断裂，它东、 西两盘在各方面完全一致，实际其已失去 原来分划断层意义。其性质应以压扭性的 断裂为主，平移距离甚小，其可能是在沂 沭断裂带左行大平移的后期活动才形成的 断层。据地震测深资料，这条断裂基本是 切穿地壳深入上地幔的超壳断裂。 2. 安丘—莒县断裂 该 断 裂 为 区 内 规 模 最 大 的 断 裂 之 一，总体走向为10°～20°，倾向北西 西或南东东，倾角近于直立，是产状变 化最大的一条断裂（图1-5）。北起安 丘市穆村镇，经安丘白芬子，诸城市孟 疃、茅埠、青峰岭，莒县一线。断裂主 要有两支：一支为白芬子—浮来山断 裂，为八亩地组形成以前的压扭性平移 断裂，该组形成以后则活动性减弱，并 被长期改造，区域上连贯性差；另一支 为安丘—莒县方向的断裂，为大盛群沉 积时形成、新生代仍活动的断裂。区域 上延伸稳定且较平直。 3. 沂水—汤头断裂 该断层是控制汞丹山单斜断拱与马 站—苏村半潜断陷的分划断层，总体走 向15°，中段10°，北段25°，总体北 西西倾，倾角一般为35°～70°，呈正 断层外貌（图1-6）。 4. 鄌郚—葛沟断裂 该断裂是沂沭带最西边的一条断裂 带。南北两端均被第四系覆盖，北端在潍坊    图1-5  郯城麦坡安丘—莒县断裂    图1-6  潍坊市昌乐县境内沂水—          汤头断裂出露（向东南拍摄） 沂沭断裂揭面纱 Part 1 9 二甲村一带开始出露，向南潜伏于第三系玄 武岩之下，在鄌郚一带又裸露地表，断裂总 体走向为18°，中段10°，北段23°，总体 南东东倾，倾角一般为80°左右，呈正断层 外貌。 沂沭断裂带有着长期活动的历史，且 不同区段、不同时期活动方式不尽相同， 因此内部结构颇为复杂，但就现今所呈现 出的面貌而论，基本上为“两堑夹一垒” 的构造型式，这主要是由白垩纪以来的差 异升降运动所造成的。“两堑”分别指东 侧的安丘—莒县地堑（简称东地堑）和西 侧的马站—苏村地堑（简称西地堑）， “一垒”为介于其间的汞丹山地垒（图 1-7）。 5. 汞丹山地垒 夹持于安丘—莒县断裂与沂水—汤头 断裂之间，长约170 km，宽10～ 30 km， ——地学知识窗—— 地垒和地堑 断层往往成组出现，形成各种组合形态，地垒和地堑是两种特殊的组合形态。地垒是 指两侧被断层所切，可以是两个，也可以是多个，中央部分相对上升，两侧相对下降的构 造；地堑则正好相反，其中央部分相对下降，而两侧部分相对上升。    图1-7  沂沭断裂带及周边地层分区简图        （据王小凤等，2000 年改） 华夏裂谷——沂沭断裂 Yishu Faults：The Rift Valley of China 10 北宽南窄。出露地层主要是太古界沂水 岩群和泰山岩群，东侧还发育青白口— 震旦纪土门群和古生界，另有侏罗系、 白垩系及新近系局部分布，广泛发育花 岗岩。 6. 安丘—莒县地堑 处于安丘—莒县断裂和昌邑—大店 断裂之间，长约160 km，中部最宽处可 达15 km，北部最窄处仅2 km。堑内沉积 白垩系青山群、大盛群和王氏群，其厚度 据物探资料推测有2～5 km。 7. 马站—苏村地堑 处于 鄌 郚 — 葛 沟 断 裂 和 沂 水 — 汤 头 断 裂 之 间 ， 长 达 1 5 0 k m ， 最 宽 处 近 1 0 k m 。 其 内 白 垩 系 厚 度 据 物 探 资 料显示为1～2 km，说明其基底深度远 比安丘—莒县地堑为小，事实也是如 此，在这里可见大面积的太古界泰山岩 群、古生界及少量土门群出露。 马站—苏村地堑与安丘—莒县地堑， 在沂沭断裂带南部合二为一，称郯城地 堑。该地堑呈北北东向条带状展布，大部 分被第四系覆盖，基岩出露面积很小，主 要为白垩纪青山群与大盛群。沂沭断裂带 北部也有一地堑，为昌潍地堑，主要表现 为白垩纪和古近纪早期地堑，新近纪以来 被第四系覆盖。 四、深部构造特征 一系列横穿沂沭断裂带的地学断面， 提供了该断裂带下丰富的岩石圈结构信 息。地学断面揭示，沂沭断裂带下莫霍面 呈过渡带现象，起伏变化不大，这也与重 力场特征相吻合。临沂东的断裂带，处于 莫霍面较浅的鲁西地块与较深的胶南造山 带之间的过渡带，其下莫霍面与下地壳一 起向西挠曲抬起，在15 km 宽的范围内变 化的幅度不到2 km。嘉山北断裂带下， 莫霍面稍向西倾斜，主要与两侧块体的莫 霍面埋深变化有关，同样起伏不大。在 这些地学断面上，仅有下辽河段的郯庐 断裂带下出现了莫霍面的明显上拱，深 仅31 km，较西侧高出4～5 km。该处莫 霍面也呈现为过渡带的特征，地震波呈多 个波组，地壳与上地幔横向不均匀最为显 著。 沂沭断裂带下最显著的岩石圈结构 表现为普遍的软流圈明显上隆。下辽河 段的郯庐断裂带下的软流圈也出现了大 幅度的上隆，深度为86～88 km，比东侧 海城一带抬升了23 km，比西侧闾阳（与 燕山台褶带交界处，深112 km）一带抬 升了26 km。该处断裂带下软流圈顶面 与莫霍面虽皆相似地抬升，但前者抬升 的幅度要显著大于后者。临沂东沂沭断 沂沭断裂揭面纱 Part 1 11 裂 带 下 ， 软 流 圈 也 强 烈 上 隆，埋深仅 60 km，最高点偏向断裂带西侧。而其 东、西两侧在45 km 范围内，软流圈顶 面深度分别为78 km 和76 km，在这一 水平距离上断裂带内软流圈上隆幅度超 过20 km。 沂沭断裂带不仅在浅部表现为堑垒 结构的复杂构造带，而且是一条向下延 伸并穿切地壳到达上地幔的断裂破碎带 与上地幔隆起带。 ——地学知识窗—— 地球的内部结构 地球的内部结构是指地球内部的分层结构（图1-8）。根据地震波在地下不同深度传 播速度的变化，一般将地球内部分为三个同心球层：地核、地幔和地壳，中心层是地核， 中间是地幔，外层是地壳。地壳与地幔之间由莫霍面界开，地幔与地核之间由古登堡面界 开。其中地壳的全部和上地幔的顶部称为岩石圈。软流圈则是位于上地幔上部岩石圈之 下，深度在80~400 km之间，是一个基本上呈全球性分布的地内圈层。    图1-8  地球的内部圈层 华夏裂谷——沂沭断裂 Yishu Faults：The Rift Valley of China 12 五、地球物理特征 1. 航磁ΔT异常特征 沂 沭 断 裂 带 航 磁 Δ T 异 常 图 （ 图 1-9）显示，该带呈现为一系列北北东— 北东向线状和串珠状异常带，并作为一 条醒目的不同磁场构造单元的分界线， 与鲁西北西向的磁场区和鲁东北东向的 磁场区有显著区别。沂沭断裂带区域磁 场大致分三部分，即西部负磁场、中部 杂乱磁场和东南部正磁场。区内沂沭断 裂带诸断裂在航磁场上反映明显，表现 为正负磁场的分界线，其走向与主断裂 相吻合。磁场分布区，ΔT 等值线平面 图上表现为等值线沿北东向展布的带状 分布，与区域构造的整体走向和凸起区 大致吻合。 2. 重力场特征 在布格重力异常图（图1-10）上，沂 沭断裂带主要表现为北北东走向的重力梯 度带，从潍坊至莒县，布格重力异常表现 为东侧北东向胶莱正异常区向西侧北西向 的泰沂负异常区过渡的密集重力梯度带 上。沂沭断裂带区域重力场的总体特征为 两低夹一高，即西部和东部重力低、中部 重力高。三部分之间以两条北北东向的大 型重力梯级带相隔，恰好与四条主干断裂 相对应。    图1-9  沂沭断裂带航磁ΔT异常图 零层以上航磁 异常等值线 零层以下航磁 异常等值线 零层航磁异常 线 沂沭断裂揭面纱 Part 1 13 ——地学知识窗—— 布格重力异常 重力仪的观测结果(g测)，经过纬度改正(g纬)、高度改正(g高)、中间层改正(g中)和地形改 正(g形)以后，再减去正常重力值（γ）所得到的重力差(Δg= g测- g高- g中- g纬- g形-γ)称为 布格重力异常。    图1-10  沂沭断裂带重力异常图  零层以上布格重 力异常等值线 零层以下布格重 力异常等值线 零层布格重力 异常等值线 沂沭断裂解成因 沂沭断裂带的形成和演化，是地质界长期争论和探讨的焦点。由于 地质构造演化的长期性和复杂性，对沂沭断裂带形成或“诞生”的认识 还有太古宙、元古宙、古生代、中生代等不同观点，但对于其演化过程 已有比较清晰的认识，普遍认为中生代（距今2.3亿～6500万年）是沂 沭断裂带的重要演化时期。 Part 2 沂沭断裂解成因 Part 2 15 ——地学知识窗—— 关 于 沂 沭 断 裂 带 的 早 期 活 动 ， 有 关 论 述 颇 多 。 有 人 依 据 汞 丹 山 地垒上发育的大量韧性变形带，认为沂 沭断裂带是始于前寒武纪的继承性长寿 断裂；有人依据土门群的分布特征，认 为沂沭断裂控制土门群，至少从青白口 纪即开始活动。多数人基于沂沭断裂带 对晚侏罗世以后的地质建造控制明显及 沂沭断裂带切错了印支期强烈活动的大 别—苏鲁造山带等特征认为，沂沭断裂 带作为浅表层次脆性断裂的初始活动时 间不会早于中生代。 沂沭断裂带的诞生 在 鲁 西 平 邑 盆 地 ， 晚 侏 罗 世 三 台 组 不 整 合 沉 积 在 同 位 素 地 质 年 龄 为 189 Ma～164 Ma±的东西向铜石杂岩体 之上，在蒙阴盆地则有坊子组含煤建造， 是该盆地最早的沉积建造。因此，三台组 形成前，岩体肯定抬升了几千米并遭受风 化剥蚀，这种差异运动无疑是坊子组建造 形成过程中引起的。坊子组的时代为早侏 罗世末 至 中 侏 罗 世 ， 这 样 鲁 西 地 区 在 经历了60 Ma 左右没有建造到开始沉积 的转变，这不会是偶然的。因此，可以 认为沂沭断裂带诞生于早侏罗世末。 沉积建造 泛指在一定构造背景条件下，当地壳发展到某一构造阶段时所形成的一套具有特定 岩相组合的沉积岩系，如碳酸盐岩建造、含煤建造等。含煤建造是指一套由砂岩、页岩为 主、夹有多层煤或煤线的岩系。无论是否具有可采煤层，都可称为含煤建造。 华夏裂谷——沂沭断裂 16 Yishu Faults：The Rift Valley of China 中生代后的构造演化 中生代以来该地区位于环太平洋构造 ， 区 域 构 造 应 力 来 源 于 原 始 太平洋板块在100 Ma前后的高速斜向俯 冲。其北北东向的构造分量造成中国东 部的左旋走滑运动，并使一系列先存的 基底构造重新活动和发展壮大。 晚侏罗世—早白垩世早期，随着古太 平洋板块向亚洲大陆的俯冲，中国东部受 到北西—南东向的强烈挤压，沂沭断裂带 再次发生左旋走滑活动，并在断裂带内形 成了高角度的斜冲断层和强烈的挤压破碎 带。对韧性剪切带的测年分析，证明了沂 沭断裂带在晚侏罗世—早白垩世早期发生 了左旋挤压走滑活动，与古太平洋板块的 俯冲时间一致，证明沂沭断裂带本期的左 旋走滑与古太平洋板块的俯冲直接相关。 早白垩世中期—早始新世（50 Ma 前），由于深部地幔的强烈活动，中国东 部岩石圈在中生代发生了减薄作用，并在 白垩纪达到减薄的峰值。早白垩世后，太 平洋板块活动完全取代了扬子板块及西伯 利亚板块活动对华北地区构造演化的控制 地位，中国东部经历了由挤压转为伸展的 重大构造体制转变过程。中国东部构造作 ——地学知识窗—— 左旋走滑断层 走向滑动断层即规模巨大的平移断层，又称横移断层、走滑断层，亦称为扭转断层。 平移断层作用的应力来自两旁的剪切力作用，其两旁顺断层面走向相对移动，而无上下垂 直移动。走滑断层发生的断裂为走滑断裂。岩石平行于走向相对平行的移动，如果我们站 在这种断裂的一侧，看另一侧的运动是从左向右，这种断层运动叫右旋走滑。同样地能确 定左旋走滑断层。 沂沭断裂解成因 Part 2 17    图2-1  沂沭断裂               带中生代 后的构造演化  用以地壳引张和岩石圈减薄为主导，沂沭 断裂带进入伸展期。在本时期，古太平洋板 块俯冲聚敛运动产生的挤压应力传递到板块 内部引起挤压应力场，使沂沭断裂带发生左 旋走滑；而岩石圈减薄、地幔底辟作用则产 生拉张应力场。白垩纪至早始新世古太平洋 板块俯冲的速度和角度发生多次变化，使沂 沭断裂带及周边盆地在本阶段受到多次挤压 和拉张交替的应力场控制，但伸展作用总体 占主导地位，使沂沭断裂带在伸展期发育了 ４条正断层，构成了“两堑一垒”的格局。 早始新世（50 Ｍa后）—渐新世，中国 东部的构造格局又发生了转折。由于库拉板 块消失，太平洋板块由北北西向俯冲转为北 西西向俯冲，最新测定的转向时间约50 Ma。 印度板块也几乎同时与欧亚板块发生全面碰 撞。两者共同向欧亚大陆汇聚，使得沂沭断 裂带的走滑作用难以继续进行，地幔底辟导 致的斜向伸展作用完全占主导地位。本时期 沂沭断裂带停止了左旋走滑活动，仅作为盆 地伸展的边界，而鲁西南盆地及北侧的渤海 湾盆地进入强烈伸展断陷阶段（图2-1）。 古太平洋板块的俯冲挤压造成沂沭断 裂带的左旋走滑运动 古太平洋板块俯冲聚敛运动及地幔底辟作用 使得沂沭断裂带受到多次挤压和拉张交替的 应力场控制，但伸展作用总体占主导地位， 形成了“两堑一垒”的格局 太平洋板块北西西向俯冲，印度板块也几乎 同时与欧亚板块发生全面碰撞。这两者使得 沂沭断裂带的走滑作用难以断续进行，地幔 底辟导致的斜向伸展作用完全占主导地位 地幔底辟作用 太平洋板块的挤压力 印度板块的挤压力 （a） （b） （c） 华夏裂谷——沂沭断裂 18 Yishu Faults：The Rift Valley of China    图2-2  新生代大地构造背景 ——地学知识窗—— 底辟作用 底辟作用是指在构造力的作用下，或者由于岩石物质间密度倒置所引起的浮力作用， 地下高塑性岩体向上流动并向上推挤或刺穿挤入上覆岩层，从而形成上隆构造的作用。岩 浆侵位时也可产生岩浆底辟作用。 中新世后，太平洋板块聚敛速度加 快，太平洋板块和菲律宾板块向西俯冲产 生弧后扩张作用，而印度板块与欧亚板块 的碰撞又向东推挤着中国东部大陆。两 者共同作用使中国东部产生近东西向的区 域挤压应力场，中国东部进入整体热沉降 时期（图2-2）。本时期沂沭断裂带活动 强度大大降低，停止了明显的剪切走滑活 动。沂沭断裂带的两支沂水—汤头断裂、 鄌郚—葛沟断裂在新近纪后活动性大大减 弱，而东支昌邑—大店断裂、安丘—莒县 断裂在区域挤压应力场的作用下，在第四 纪表现为逆冲活动。 沂沭断裂带是一条控制矿产形成的构造带，断裂带的长期活动产生 了多次岩浆侵入与喷发，为各类矿产的生成创造了有利条件。沂沭断裂 带内矿藏丰富，有煤、石油、天然气、油页岩和地热等能源矿产，有 金、铁、铅、锌等金属矿产，还有著名的蓝宝石、金刚石及观赏石等非 金属矿产。 Part 3 沂沭断裂矿藏多 华夏裂谷——沂沭断裂 20 Yishu Faults：The Rift Valley of China 区 内能源矿产丰富，主要有煤、石 油、天然气、油页岩和地热等。 一、煤及油页岩 煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷 等元素组成，碳、氢、氧三者总和约占 有机质的95%以上。煤是非常重要的能 源，也是冶金、化学工业的重要原料。 煤分为褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟 煤。煤为不可再生的资源。它是古代植 物埋藏在地下，经历了复杂的生物化学 和物理化学变化，再经地质作用逐渐形 成的固体可燃性矿产，俗称煤炭。沂沭 断裂带上的煤主要分布在临沂、坊子、 昌乐等地，成煤时代从晚石炭世到中侏 罗世及古近纪。 油 页 岩 （ 又 称 油 母 页 岩 ） 是 一 种 高灰分、含可燃有机质的沉积岩（图 3-1）。它和煤的主要区别是灰分超过 40%，与碳质页岩的主要区别是含油率 大于3.5%。油页岩经低温干馏可以得 能源矿产储量大 到页岩油，页岩油类似原油，可以制成 汽油、柴油或作为燃料油。除单独成藏 外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏， 一起被开采出来。沂沭断裂带上的油页 岩，主要分布在潍坊市的五图、安丘、 龙口、东营等地，成因类型为沉积型。五 图、龙口一带的油页岩产于古近纪五图群 李家崖组，由煤层、油页岩、泥岩、灰岩、 白云岩等组成，油页岩厚5～14 m，焦油    图3-1  油页岩 沂沭断裂矿藏多 Part 3 21 率为8%～10%，属内陆湖沼相生物化学沉 积；东营一带的古近系济阳群中，岩性 组合为泥岩、砂岩、碳质页岩、油页 岩、石膏及煤等，也是重要的石油生 油、储油层位，属内陆湖相或潟湖相沉 积。 1. 临沂煤田 临沂煤田位于山东省临沂市境内， 处于沂沭断裂带之鄌郚—葛沟断裂与汶 泗大断裂交会部位。临沂煤田含煤层位 为晚石炭世至早二叠世，产于月门沟群 太原组和山西组中。由于断裂带自燕山 运动起岩浆活动强烈，浅成侵入岩及脉 岩类广泛侵入煤系，吞蚀煤层，并使煤 层大范围内接触变质形成无烟煤和天然 焦。 由于火成岩侵入体影响，煤层厚薄不 均，普遍存在着增厚、变薄、分叉、尖灭 等现象，致使大面积煤层不可采。 2. 昌乐五图煤矿 五图煤矿位于昌乐县五图镇，居昌乐 凹陷的中北部，面积约100 km2。含煤地 层为陆相沉积的五图群李崖组，属新生代 古近纪始新世。煤田内含煤地层总厚度为 846 m，煤种为褐煤，与油页岩伴生。五 图煤矿油页岩为一套有机质丰度较高、类 型Ⅰ～Ⅱ型生油岩，含油率较高，达到 中品级油页岩标准，具有较高的工业价 值。五图煤矿油页岩广泛分布于李家崖组 的B段、C段和D段，以C段为主体，探 明储量2.72亿t，是褐煤的伴生矿种。 C段油页岩密集，厚度大；D段上部含 油页岩，但厚度小。油页岩产油率最高 16.25%，最低5.43%，平均8.36%。基 准发热量最高8.72%，最低6.16%，平均 6.91%。 二、石油和天然气 石油和天然气是极为重要的能源资 源，具有燃烧完全、发热量高、运输方便 等优点。 石油是一种十分重要的化学工业原 料，它是以液态形式存在于地下岩石空隙 中的可燃有机矿产，是一种成分复杂的 碳氢化合物的混合物。天然石油（又称原 油）一般是呈黑绿色、棕色、 黑色或浅 黄色的油脂状液体。石油的相对密度介于 0.75～0.98 之间。颜色愈深，相对密度愈 大。颜色深、相对密度大于 0.9 的称为重质 油，颜色浅、相对密度小于 0.9 的称为轻 质油。石油黏度较大，不溶于水，但溶于 有机溶液中。 天然气通常是指储集在地下岩石空隙 华夏裂谷——沂沭断裂 22 Yishu Faults：The Rift Valley of China 中以烃类为主的可燃气体。它的基本组成 是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷等， 还有少量的液态烃类及微量的非烃类组 分，如氮气、二氧化碳、硫化氢等。天然 气无色无味，但含一定量的硫化氢时会 有臭味，相对密度在 0.6～1.5 之间。 发热量一般在 33.49×106 J/m3～54.33× 106 J/m3 之间。天然气易溶于石油中（在 高温、高压下，1吨石油可溶解数十到数 百立方米的天然气），从而降低石油的黏 度，减小毛细管力，使石油容易在地层中 流动。 石油、天然气集中于鲁北平原区（图 3-2），主要分布于东营、寿光等县市。 一般认为沂沭断裂带新生代的活动在渤海 湾盆地东部形成了潍坊坳陷、潍北坳陷、 ——地学知识窗—— 石油一词的来历 “石油”一词最早见于公元977年中国北宋编著的《太平广记》。正式名称“石油”, 是根据中国北宋杰出的科学家沈括（1031-1095）在所著《梦溪笔谈》中根据这种油“生 于水际砂石，与泉水相杂，惘惘而出”而命名的。    图3-2  石油开采 沂沭断裂矿藏多 Part 3 23 莱南坳陷、莱州湾坳陷等一系列典型拉分 盆地。这些拉分盆地蕴藏着丰富的石油和 天然气资源。 1. 济阳坳陷 济 阳 坳 陷 区 内 的 油 气 田 ， 属 于 胜 利 油 田 。 济 阳 坳 陷 位 于 山 东 省 北 部 ， 属 于 中 朝 地 台 渤 海 油 湾 盆 地 ， 勘 探 面 积 为 3 5 6 9 6 k m 2, 包 括 东 营 、 沾 北 、 车 镇 、 惠 民 4 个 凹 陷 及 淮 海 地 区 ， 发 现 7 3 个 油 气 田 。 济 阳 坳 陷 自 1961年华八井获得工业油流以来，至 今 已 有 5 0 多 年 的 勘 探 历 史 。 至 2 0 0 8 年 年 末 ， 三 维 地 震 的 覆 盖 程 度 达 到 5 0 . 4 % 。 根 据 2 0 0 5 年 新 一 轮 资 源 评 价 结 果 ， 石 油 资 源 量 的 探 明 程 度 为 4 6 . 9 % ， 预 测 、 控 制 、 探 明 三 级 储 量 发 现 率 达 到 5 9 . 5 % 。 到 目 前 为 止 ， 济 阳坳 陷已连续20多年新增探明储量超 过 1 × 1 0 8 t ， 到 2 0 1 0 年 累 计 探 明 石 油 地质储量50.3×10 8 t，且仍然保持了 较强的储量增长能力，为国家能源战 略安全做出了重要贡献。 2. 莱州湾坳陷 属于渤海湾盆地东部边缘的一个新生 代次级坳陷，位于渤海海域东南部，面积 约1 780 km2。该坳陷东临鲁东隆起带， 为沂沭走滑断裂的两分支断层所夹持，呈 北断南超的箕状断陷结构。目前的油气勘 探已证实，莱州湾坳陷是一个小而肥的富 烃坳陷，拥有7×108~9×108 m3的资源量。 经评价，该凹陷目前具有极大的勘探潜 力。 3. 潍北坳陷 昌潍坳陷位于山东省潍坊市的昌邑、 潍坊、寿光、青州、昌乐等县（市）境 内，在构造区域上位于济阳坳陷的东南 部。潍北凹陷（图3-3）位于山东省潍坊 市北部，是昌潍坳陷的一个二级构造单 元，是沂沭断裂带内部典型的新生代走滑 拉分盆地，东以昌邑—大店断裂与鲁东隆 起为界，西以鄌郚—葛沟断裂与潍北凸 起、侯镇凹陷为界，北以古城—潍河口 断层与潍北凸起分隔，南与潍县（现寒 亭区）凸起超覆接触，平面大体呈平行 四边形，是一个以古近系始新统分布为 主，南北呈北断南超，东西呈双断式的 不对称箕状凹陷。淮北凹陷跨越昌邑、 潍县两县，面积880 km2。据专家估算， 该 区 生 烃量 为 1 7 . 9 × 1 0 8 t ， 石 油 资 源量为0.97×10 8 t，天然气资源量为 104×108 m3。 华夏裂谷——沂沭断裂 24 Yishu Faults：The Rift Valley of China 三、地热 地热是来自地球内部的一种热能资 源。地球 上 火 山 喷 出 的 熔岩温度高达 1 300℃，天然温泉的温度大多在60℃以 上，有的甚至高达140℃。这说明地球是 一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。这 种热量渗出地表，于是就有了地热。地热 能是一种清洁能源，是可再生能源，其开 发前景十分广阔。 沂沭断裂带及其两侧地热露头较多, 地热异常明显，蕴藏着丰富的地热资源。 临沂市处于沂沭断裂带中段，区域地质演 化受到区内断裂构造带的强烈控制，经历 复杂的沉积、变质、岩浆活动、构造运动 等地质事件，形成了一套较为完整的岩石 和构造体系，为地热资源的形成提供了有 利条件。2008年11月，山东省临沂市被中 国矿业联合会正式授予“中国地热城”称 号，成为全国第二个、华东第一个获此殊 荣的城市。 临沂市境内地热资源集中分布于三大 地热资源富集带内：一是沂沭断裂带地热    图3-3  潍北凹陷构造简图 沂沭断裂矿藏多 Part 3 25 资源富集带。沂沭断裂带在临沂境内沂 水至郯城的区段，鄌郚—葛沟断裂、沂 水—汤头断裂、安丘—莒县断裂、昌邑— 大店断裂自西向东分布，南北纵向贯穿整 个临沂市，著名的汤头地热田、铜井地热 田和许家湖地热田就分布在此富集带；二 是铜冶店—孙祖断裂带地热资源富集带。 该富集带呈北西—南东向带状分布，西至 蒙阴县垛庄，东接鄌郚—葛沟断裂，主要 包括孙祖断裂和垛庄断裂，松山地热田分 布在此富集带；三是蒙山断裂带地热资源 富集带。该富集带呈北西—南东向带状分 布，西至平邑县仲村，东接鄌郚—葛沟断 裂，地热异常区主要沿蒙山断裂分布，汪 家坡地热田和北城新区地热田分布在此富 集带。 临沂市有地热异常区49处，预测远 景地热资源总量约为5.4×1018 J，相当 于1.84亿t标准煤的产热量(标煤量按燃效 100%的产热量计算)，为大型地热田，地 热资源开发潜力巨大。目前，已勘查验 证地热田13处，其中，河东汤头、沂南铜 井、沂南松山、沂水许家湖、沂水龙家 圈、北城新区、河东柳航头、罗庄西高 都、蒙山旅游区、邢家庄等10处地热田已 经通过山东省国土资源厅资源评审和储量 备案。 据悉，临沂市地热资源属热水型，地 热水水温在29℃～80℃之间，局部最高 82℃。热水以氟、偏硅酸含量高为主要特 征外，还含有锂、锶、偏硼酸等，具有较 高的医疗和保健价值。 1. 汤头地热田 汤头地热田位于临沂市河东区汤头镇 政府驻地, 东依汤山, 西傍汤河, 风景秀丽, 环境幽雅，是著名的疗养胜地。汤头地热 水开发历史悠久，最初主要是利用温泉 自流量，后为钻孔开采。目前开采井有3 眼，水温 60℃，开采量 500 m3/d 左右。 汤头温泉（图3-4）处在马站—苏村地堑 内。地热水于汤河东岸汤头—郑家庄与 许 家 长 沟 — 汤 头 两 断 裂 交 会 处 出 露 成 泉。    图3-4  临沂汤头温泉 华夏裂谷——沂沭断裂 26 Yishu Faults：The Rift Valley of China 2. 铜井地热田 铜井地热田（图3-5）位于沂南县铜 井镇新王沟村, 水温74℃，热水涌水量 737.16 m3/d,水位喷出地面 2.3 m, 水化 学类型为 SO4·Cl - Na·Ca 型，矿化度 2.01 g/L。地热田位于鄌郚—葛沟断裂的近 旁, 附近分布一定面积的燕山期侵入岩。 热储层为朱砂洞组、馒头组灰岩，盖层为 闪长玢岩，地热水主要接受北、西部地下 水的补给, 热源为地下水深循环加热。    图3-5  铜井地热田成热模式示意图 1.闪长岩 2.灰岩 3.断裂 4.钻孔 5.泉 6.地下水流向 3. 松山地热田 松山地热田位于沂南县张庄乡松山村， 水温 48 ℃, 水化学类型为 Cl·SO-4 Na型，矿 化度 2.8 g/L。热储岩性为寒武系下统李官 组及震旦系佟家庄组石英砂岩，热储埋深 190 m。据资料分析,北西方向孙祖断裂与 北东方向鄌郚—葛沟断裂的次级断裂在地 热田东南侧交会，其交会部位岩石破碎， 裂隙岩溶发育，沟通了深部热储层，从而 为深部地下水的活动创造了极为有利的条 件。