杜國云

(魯東大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 山東 煙臺 264025)

萊州灣南岸地貌及第四系發(fā)育對區(qū)域構(gòu)造響應(yīng)

杜國云

(魯東大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 山東 煙臺 264025)

萊州灣南岸地貌第四系發(fā)育受控于氣候、基準(zhǔn)面及區(qū)域構(gòu)造, 沂沭斷裂帶的新近活動是該區(qū)域地貌第四紀(jì)發(fā)育的影響因素之一。本文通過地形分析、流域水文分析、歷史地貌分析、第四系厚度與歷史構(gòu)造分析等方法, 對該區(qū)域地貌第四系發(fā)育與斷裂帶關(guān)系進(jìn)行了研究。研究表明: (1)研究區(qū)地勢西高、東低, 河流下切深度自西向東依次減小; 典型河流河間地比率自西向東增大; 分水嶺向東遷移。(2)第四系西薄東厚, 區(qū)域第四系厚度分布受斷裂帶控制。(3)沂沭斷裂帶控制了濰北組的區(qū)域分布, 控制了區(qū)域第四紀(jì)沉降中心, 影響了全新世中期最大海侵范圍。第四紀(jì)沉降主軸與斷裂帶之間的幾何關(guān)系表明沂沭斷裂帶在第四紀(jì)具有右行走滑性質(zhì), 區(qū)域地貌第四紀(jì)特征為沂沭斷裂帶新構(gòu)造活動提供了地貌第四紀(jì)方面的證據(jù)。

河間地; 地貌傾斜; 沂沭斷裂帶; 第四紀(jì); 萊州灣南岸

0 引 言

構(gòu)造–地貌–氣候系統(tǒng)研究是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與大地構(gòu)造學(xué)研究的新動向( 樑王乃 和韓慕康, 1984; 許炯心等, 2009)。構(gòu)造地貌研究為認(rèn)識地球內(nèi)動力的新近活動提供了重要途徑( 樑王乃 和韓慕康, 1984), 對篩分構(gòu)造活動與氣候變化、構(gòu)造活動與基準(zhǔn)面變化有重要的應(yīng)用價(jià)值(楊景春等, 1998; Butler, 1998; Harveyv, 2002; 季軍良等, 2006; 潘保田等, 2007;李有利等, 2012)。河流是陸地地貌最重要的外動力,流域則是最基本的地貌單元, 流域地貌分析是構(gòu)造地貌分析的核心內(nèi)容之一。研究表明, 流域地貌分析能揭示長時(shí)間尺度的構(gòu)造活動特征和構(gòu)造活動進(jìn)程(Cox, 1994)。而流域間的地貌演化差異與新構(gòu)造在空間上的差異活動有一定的關(guān)系, 顯然, Davis的地貌演化階段為鄰近流域間的新構(gòu)造對比提供了理論模型。在流域地貌研究中, 河谷地貌研究, 尤其是河流階地研究一直是構(gòu)造地貌學(xué)研究的重點(diǎn)之一。但事實(shí)上, 河谷和河間是流域地貌過程的兩個(gè)側(cè)面,河間地也可以反映同樣的構(gòu)造活動事實(shí)。雖然已有針對河間地的討論, 如河流分類(王隨繼和任明達(dá), 1999)、古河道(李道高等, 2000)、泛濫平原及河間濕地與古環(huán)境(李從先等, 1999; 王隨繼, 2002)等, 但至今未能將河間地研究應(yīng)用到新構(gòu)造領(lǐng)域。當(dāng)前,國內(nèi)外學(xué)者基于 DEM 數(shù)據(jù), 提出了反映新構(gòu)造活動的一些地貌參數(shù), 可概括成三類: 一類屬于流域整體地貌參數(shù), 如流域形狀指數(shù)(BS)、流域盆地不對稱度(AF)等; 第二類屬于河谷地貌參數(shù), 如河流階梯指數(shù)(SL)、谷底寬度與谷肩高度比(VF)等; 第三類屬于上述兩類之外的地貌參數(shù), 如面積高程積分(HI)等, 將流域構(gòu)造地貌研究向定量化和半定量化方向推進(jìn)。

萊州灣南岸位于華北克拉通東南緣, 地跨魯東陸塊和魯西陸塊兩個(gè)次級構(gòu)造單元, 中、東部有沂沭斷裂帶通過, 為第四系覆蓋區(qū)。研究表明, 沂沭斷裂帶在第四紀(jì)呈現(xiàn)大型的活動構(gòu)造帶(嚴(yán)樂佳等, 2014), 出現(xiàn)了一系列活動斷層(方仲景等, 1976; 國家地震局地質(zhì)研究所, 1987)。最新研究則表明, 濰北–萊州灣段以全新世、晚更新世和第四紀(jì)活動斷裂相間出現(xiàn)為特征(胡惟等, 2013); 在萊州灣, 斷裂帶活動于晚更新世至全新世早期(王志才等, 2006; 李西雙等, 2010)。關(guān)于斷裂的性質(zhì), 比較一致的觀點(diǎn)是以右行平移為主(萬桂梅等, 2010; 陳書平等, 2010; 嚴(yán)樂佳等, 2014), 并有逆右行平移(胡惟等, 2013)、東支活動為正斷(李西雙等, 2010)和右旋單剪變形(王志才等, 2006)等觀點(diǎn)。來自全新世古海面標(biāo)志對比則指出了區(qū)域構(gòu)造上的不均衡現(xiàn)象(鄭良美和李容全, 1997), 流域河間地對比分析結(jié)果亦存在明顯的空間變化(杜國云, 2015), 全新世地貌演化很可能受到了沂沭斷裂帶的活動影響。本文試圖從地貌第四紀(jì)分析入手, 反推研究區(qū)的構(gòu)造活動特征, 為沂沭斷裂帶在第四紀(jì)的運(yùn)動提供地貌第四紀(jì)方面的證據(jù)。

1 地質(zhì)概況

萊州灣南岸位于山東中北部的魯中山地北側(cè),以近東西向齊廣斷裂為界, 北跨華北坳陷帶、南接魯中隆起區(qū), 東側(cè)與魯東隆起相接。研究區(qū)屬昌濰平原區(qū), 大部分為沖積平原, 近海為沖積、海積平原。區(qū)內(nèi)的河流自南而北入萊州灣, 主要河流有彌河、白浪河、虞河、濰河和膠萊河。根據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院2005年編制的1∶250000濰坊市幅地質(zhì)圖,區(qū)域第四系劃分為12個(gè)組級巖石地層單位, 從老到新依次為: (1)羊欄河組(Qpyl)沖洪積相棕紅色黏土,厚度 10 m。(2)平原組(Qpp)沖積相粉砂質(zhì)黏土夾不等粒砂層, 厚度＞10 m。(3)大站組(Qpd)集中分布于研究區(qū)的西南部谷地, 零星分布于濰河中游河谷附近及膠萊河口東部, 與基巖分布密切。風(fēng)積相, 局部夾沖–洪積相。主要巖性為土黃色粉砂質(zhì)黏土及砂礫石層, 總體以黃色調(diào)及大部分地區(qū)含鈣質(zhì)結(jié)核為特征, 有時(shí)含鐵錳結(jié)核。底部一般以礫石層為界角度不整合于下伏基巖之上, 厚度＞30 m。(4)黑土湖組(Qhh)分布于除調(diào)查區(qū)南部的廣大地區(qū)。湖沼相, 水沼澤化而成。巖性為灰黑色粉砂質(zhì)黏土, 局部夾灰白、黃色粉細(xì)砂, 含鐵、錳結(jié)核及少量鈣質(zhì)結(jié)核。平原區(qū)與上覆臨沂組呈平行不整合或整合接觸。局部低洼地帶形成時(shí)代較晚, 有的或?yàn)榻练e, 厚度0.3～2 m。(5)臨沂組(Qhl)分布于河流的I級階地及高河漫灘之上, 常形成沖積平原。河流相沉積, 二元結(jié)構(gòu), 上部以土黃色、灰黃色含砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)黏土為主; 下部為粗砂及礫石層。常覆蓋于大站組、黑土湖組或基巖之上, 厚度1～15 m。分布于壽光附近的臨沂組高位古河道沉積層14C年齡為7080±96 a (韓美等, 1999)。(6)山前組(Qhshq)為一套含礫砂質(zhì)黏土及砂礫層的坡積相。(7)濰北組(Qhw)分布于東部雙楊店鎮(zhèn)–留呂鎮(zhèn)–侯鎮(zhèn)一帶以東的低洼區(qū), 形成沖、海積平原, 其上常分布鹽田、養(yǎng)殖池、防潮堤壩等, 高程一般小于5 m, 沉積物主要為黑褐色、灰褐色粉砂質(zhì)淤泥、淤泥質(zhì)粉砂、黏土夾薄層中細(xì)粒砂。含較多貝殼碎屑、細(xì)砂薄層中常發(fā)育小型斜層理或水平層理, 海陸交互相, 是天然鹵水的賦存層位, 厚度 1～10 m。(8)寒亭組(Qhht)分布于濰坊市寒亭區(qū)及附近, 為一套風(fēng)成相的細(xì)砂、粉砂質(zhì)沉積。(9)旭口組(Qhxk)砂夾少量礫石及淤泥層。(10)小沱子組(Qhxtz)海相貝殼層及含貝殼層的砂、粉砂。(11)白云湖組(Qhb)主要見于平原區(qū)現(xiàn)代湖泊及山前大型水庫和洼地, 為現(xiàn)代湖泊相沉積的黑色、黑褐色粉砂土及砂質(zhì)黏土。砂質(zhì)黏土和粉砂質(zhì)黏土交替出現(xiàn), 富含有機(jī)質(zhì)及淡水貝殼, 厚度 5～20 m。(12)沂河組(Qhy)近現(xiàn)代河流相沉積, 發(fā)育于現(xiàn)代河床及低河漫灘之上, 厚度＜10 m。區(qū)域第四紀(jì)地層發(fā)育、沉積相及受控構(gòu)造見表1。

位于山東境內(nèi)的沂沭斷裂帶屬于中國東部郯廬斷裂帶的一部分, 主體分布在安丘以南的沂河、沭河流域, 發(fā)育4條斷裂, 自西向東依次為 鄌鄌–葛溝斷裂、沂水–湯頭斷裂、安丘–莒縣斷裂和昌邑–大店斷裂。郯廬斷裂帶的渤海段稱營濰斷裂帶, 包括本研究中的昌濰地區(qū), 分為東、西2支, 西支斷裂與鄌鄌–葛溝斷裂對接、東支與昌邑–大店斷裂對接。沂沭斷裂帶中的4條斷裂多向NW方向傾斜, 濰北的西支斷裂傾向SE(胡惟等, 2013)。研究區(qū)主要河流、第四紀(jì)地層及斷裂帶分布見圖1。

區(qū)域構(gòu)造研究表明, 沂沭斷裂帶是印支構(gòu)造階段形成的一條超巖石圈斷裂帶, 屬于華北板塊和華南板塊碰撞形成的蘇魯-大別縫合帶之間的一條轉(zhuǎn)換構(gòu)造帶的一部分, 并長期活動。晚侏羅世沿?cái)嗔褞Мa(chǎn)生了數(shù)千米的左行平移(朱日祥等, 2012)。燕山構(gòu)造階段的中晚期, 進(jìn)入構(gòu)造伸展活動階段, 形成了兩塹夾一壘的斷裂組合型式, 在東、西兩側(cè)的地塹內(nèi)發(fā)育了巨厚的青山群(K1q)火山巖、大盛群(K1d)碎屑巖和王氏組(K2w)紅層。古近紀(jì), 斷裂帶控制了濰北凹陷(Zhu et al., 2012)。新近紀(jì)早期(20～12 Ma),西部地塹再次發(fā)生弱拉張活動, 形成該時(shí)期的玄武巖。第四紀(jì), 營濰斷裂帶發(fā)育一系列活動斷層, 東、西兩支均表現(xiàn)為左階狀, 尤其是東側(cè)。地震剖面還顯示了斷裂帶內(nèi)存在第四紀(jì)背斜構(gòu)造(胡惟等, 2013)。

表1 萊州灣南岸第四紀(jì)地層Table 1 Quaternary strata along the south coastal area of the Laizhou Bay

圖1 研究區(qū)河流及地質(zhì)地貌簡圖(據(jù)1∶250000濰坊市幅地質(zhì)圖)Fig.1 Geological and geomorphic sketch showing the main rivers, Holocene deposits, and the Yishu fault zone of the South Laizhou Bay

2 萊州灣南岸地貌特征及所反映的新構(gòu)造運(yùn)動

2.1 地形剖面分析

研究區(qū)南高、北低, 西高、東低, 總體地勢自西南向東北傾斜。采用SRTM3-DEM數(shù)據(jù), 以ArcGIS為平臺, 沿AB剖面線方向(圖1)提取了NWW-SEE向的地形剖面(圖2)。圖2中, 地勢自西向東降低, 河谷兩側(cè)高度由西部海拔10 m以上向東部10 m以下過渡。對 AB地形剖面作地形包絡(luò)線后, 得到了彌河、白浪河和濰河三條河流在剖面線位置的下切深度, 分別是7.8 m、7 m、5 m, 平均6～7 m。其中, 彌河和白浪河明顯大于濰河, 三條河流之間的下切深度存在1～2 m的高差。

2.2 流域河間地比率的區(qū)域?qū)Ρ?/p>

河間地(Interfluves)是指相鄰流域間所夾持的地帶, 其間以河谷谷肩為界(楊景春和李有利, 2001)。河間地比率定義為河間地面積與流域面積之比, 其中, 河間地面積通過河網(wǎng)制圖獲得, 河網(wǎng)提取自DEM生成的累積流量柵格數(shù)據(jù)(杜國云, 2015)。已有的研究按累積流量(Flowacc)≥500(狀態(tài) 1)、累積流量≥50(狀態(tài)2)和累積流量≥5(狀態(tài)3)三種取值下提取了 9個(gè)河網(wǎng), 但從數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)河間地比率變化雖然與對數(shù)曲線較吻合, 但很不穩(wěn)定。本文在此基礎(chǔ)上又增加了累積流量≥300(狀態(tài) 4)和累積流量≥1000(狀態(tài)5), 共獲得15個(gè)水網(wǎng), 三個(gè)流域的流域面積、五種狀態(tài)的河間地面積及河間地比率見表2。

以上河網(wǎng)提取的 5種狀態(tài)中, 從累積流量≥1000到累積流量≥5, 域值依次減小, 取值范圍依次增大, 代表了河網(wǎng)提取趨向于更細(xì)小的溝系, 相應(yīng)的河長更長、河網(wǎng)密度更大, 河間地范圍、河間地比率漸次減小。表2中, 自上而下, 隨著河網(wǎng)取值范圍的增大, 河間地面積及河間地比率呈下降趨勢。西部的彌河、中部的白浪河和東部的濰河三個(gè)流域之間的河間地比率自西向東略呈增大趨勢。具體來說, 當(dāng)累積流量≥1000時(shí), 彌河為0.455, 白浪河為0.501, 濰河為0.475, 白浪河流域略大; 當(dāng)累積流量≥500時(shí), 彌河為 0.408, 白浪河為 0.416, 濰河為0.433; 當(dāng)累積流量≥300時(shí), 彌河為 0.424, 白浪河為0.405, 濰河為0.433, 白浪河流域略小; 當(dāng)累積流量≥50時(shí), 彌河為 0.385, 白浪河為 0.357, 濰河為0.404; 當(dāng)累積流量≥5時(shí), 彌河為 0.349, 白浪河為0.312, 濰河為0.332。在后兩種取值中, 彌河流域河間地比率偏大(圖3)。

雖然流域河間地比率存在與對數(shù)函數(shù)間的擬合關(guān)系(杜國云, 2015), 但其不穩(wěn)定性較強(qiáng)。按照三個(gè)流域地理位置自西向東看, 河間地比率增大趨勢還是比較明顯的, 尤其是當(dāng)累積流量≥500。以上河間地比率西小、東大的變化規(guī)律與地形分析中流域下切深度西大、東小的變化相對應(yīng)。

圖2 區(qū)域東西向地勢及河流下切深度圖Fig.2 EW trending topographic section showing main river incision

表2 彌河、白浪河和濰河流域面積及不同狀態(tài)下的河間地面積及河間地比率Table 2 Drainage area, interfluves area and its ratio in different states of the Mihe, Bailanghe, and Weihe Rivers

圖3 三條河流5種狀態(tài)下的河間地比率關(guān)系對比圖Fig.3 Comparison of the interfluves ratios in five statues of the three rivers

2.3 典型河流歷史地貌對比

在河流朔源侵蝕過程中, 相鄰流域間因侵蝕速度的差異, 會引起河流的遷移或襲奪(張珂, 2012),朔源侵蝕速度較快的流域向鄰近一側(cè)流域方向拓展,分水嶺向侵蝕較快速的流域外側(cè)轉(zhuǎn)移, 這在中部的白浪河與虞河流域間表現(xiàn)得很突出。圖4中, 白浪河流域和虞河流域是通過DEM獲得的現(xiàn)今兩流域盆地,白浪河流域(西側(cè))和虞河流域(東側(cè))之間的現(xiàn)今邊界線由藍(lán)色和淺黃色接邊給出。深黃色部分為沂河組河流相地層, 紅色線條為通過沂河組恢復(fù)的兩流域歷史上的可能邊界。從圖中可以看出, 白浪河流域和虞河流域之間的邊界在沂河組發(fā)育歷史上發(fā)生了變動,現(xiàn)今的白浪河流域向東切過了古虞河流域, 使部分屬于古虞河流域中的沂河組落入到現(xiàn)今的白浪河流域內(nèi), 造成以沂河組代表的古白浪河流域與沂河組代表的古虞河流域之間的歷史可能邊界與現(xiàn)今兩流域邊界不一致, 白浪河流域明顯向東拓展、分水嶺東移, 表明了白浪河流域近期下切速度快于虞河流域。

流域的快速下切取決于區(qū)域構(gòu)造抬升和基準(zhǔn)面的下降, 相鄰流域間的朔源侵蝕差別主要是構(gòu)造活動上的差異, 由構(gòu)造抬升引起的河流下切會形成兩側(cè)的高位古河道。本研究區(qū)中, 白浪河流域西界與彌河流域相鄰, 并被彌河所截切, 彌河兩側(cè)的古河道被抬升至高位(圖5), 古河道直接出露于河間地之上, 形成淺表古河道帶(韓美等, 1999)。

圖4 白浪河流域與虞河小流域邊界的歷史演變Fig.4 Migration of interfluves between the Bailanghe and Yuhe drainages

圖5 彌河河道與鄰近古道關(guān)系Fig.5 Relationship between the Mihe channel and its adjacent ancient channel

從全區(qū)看, 研究區(qū)流域間的侵蝕關(guān)系表現(xiàn)為自西向東依次侵蝕、切割, 彌河切割了白浪河, 白浪河向東切割了虞河。表明西部流域下切幅度大于東部、侵蝕速度快于東部。而從流域河間地比率上則表現(xiàn)為西小、東大的變化, 上述流域侵蝕地貌間的區(qū)域變化又印證了區(qū)域河間地的變化?？傮w上存在自西向東的地貌傾斜。

3 區(qū)域第四系厚度對比與東西向構(gòu)造傾斜

2010年山東省地質(zhì)調(diào)查院在壽光市施工的部分水文地質(zhì)鉆孔顯示, 整個(gè)第四紀(jì)期間, 壽光一帶的沉積粒度較細(xì), 主要為黏土、砂質(zhì)黏土、黏質(zhì)砂土和細(xì)、中、粗砂層構(gòu)成, 部分層位出現(xiàn)生物碎屑, 屬于沖積相、湖積相和局部的海陸交互相沉積組合。沉積厚度的空間變化十分明顯。在壽光市自西向東的6個(gè)水文地質(zhì)鉆孔剖面中(圖6), 自壽光市化龍鎮(zhèn)向東至侯鎮(zhèn)方向, 第四系厚度從70 m左右, 增加到了100 m以上。西側(cè)的壽光一帶, 第四系厚度僅為0～數(shù)十米, 到侯鎮(zhèn)一帶厚度達(dá)到了 120 m, 柳疃鎮(zhèn)達(dá)到 400 m。第四紀(jì)沉積厚度在空間上的變化反映了區(qū)域自西向東存在明顯的構(gòu)造沉降。

4 沂沭斷裂帶對區(qū)域第四系發(fā)育及古環(huán)境的影響

沂沭斷裂帶的新構(gòu)造活動對研究區(qū)內(nèi)的第四系發(fā)育和區(qū)域地貌演變產(chǎn)生了明顯的影響, 集中表現(xiàn)在對全新世最大海侵范圍、第四紀(jì)地層和第四紀(jì)沉降活動中心等三個(gè)方面的控制作用。

(1) 沂沭斷裂帶對全新世最大海侵范圍的控制。距今11～6 ka, 萊州灣沿岸出現(xiàn)了全新世時(shí)期最大的一次海侵事件, 相當(dāng)于華北地區(qū)的黃驊海侵。最大海侵線在膠萊河沿新河以南上朔至瓦廟口, 在昌邑以北、東 塚以南穿越濰河, 向西穿過虞河、彌河, 至臺頭北側(cè), 然后向西北過小清河至花官一線(圖7)。最大海侵層在膠萊河口一帶溯河向陸縱深約40 km,構(gòu)成了冰后期一古河口灣(莊振業(yè)等, 1991)。

(2) 沂沭斷裂帶對全新統(tǒng)分布的控制。主要表現(xiàn)為: ①控制和影響了沂河組的分布, 使沂河組的一些區(qū)段平行斷裂帶方向展布; ②斷裂帶局部控制了白云湖組的分布, 主要表現(xiàn)在西側(cè)的白云湖組受西支斷裂的限制; ③控制了濰北組的分布, 濰北組主要分布于西支斷裂與東支斷裂之間的斷裂帶內(nèi)(圖 7,并參照圖1)。

圖6 壽光市部分第四系水文地質(zhì)鉆孔剖面對比Fig.6 Comparison of the Quaternary deposits from hydrogeology drillings in Shouguang City

圖7 萊州灣南岸部分全新統(tǒng)分布與沂沭斷裂帶的空間關(guān)系Fig.7 Distribution of the Holocene deposits in the Yishu fault zone

(3) 沂沭斷裂帶對第四紀(jì)沉降活動中心的控制。1∶250000的濰坊市幅地質(zhì)圖中顯示, 研究區(qū)第四系厚度變化很大, 一般為數(shù)米至數(shù)十米, 最大厚度達(dá)400 m以上。區(qū)域第四系厚度最大的部位集中在東北部, 沂沭斷裂帶經(jīng)過的萊州灣南岸地段是第四紀(jì)最主要的沉降區(qū), 形成了A、B兩條大致平行的沉降帶(圖8)。沉降主軸A經(jīng)過濰坊市寒亭區(qū)、固堤鎮(zhèn)、泊子一線; 沉降主軸 B經(jīng)過昌邑市、柳疃鎮(zhèn)。沉降帶存在以下三個(gè)特點(diǎn): ①沿沉降主軸自南向北厚度增大; A② 、B兩帶基本限定在斷裂帶的東、西兩支之間; ③沉降主軸的走向呈NW-NWW向, 與東、西兩支斷裂走向斜交。其中, 主軸A的南部更靠近東、西兩支斷裂帶的中部, 走向NW, 自泊子附近向NE方向偏轉(zhuǎn); 主軸 B在昌邑市沿東支斷裂延伸, 為NNE向, 至柳疃鎮(zhèn)轉(zhuǎn)為NWW向。上述沉降主軸的空間變化與斷裂帶之間的幾何關(guān)系, 既表現(xiàn)出沂沭斷裂帶的平移機(jī)制及其依附關(guān)系, 又表現(xiàn)出后期的構(gòu)造疊加與改造的跡象。

5 討 論

5.1 區(qū)域地貌傾斜與構(gòu)造的關(guān)系

地貌是內(nèi)、外地質(zhì)應(yīng)力相互作用的結(jié)果, 受控于氣候、構(gòu)造和基準(zhǔn)面變化。研究區(qū)典型河流地貌特征上的東、西部差異, 包括地勢自西向東降低、河流下切深度西大東小、河間地比率西小東大, 均反映了區(qū)域地貌自西向東傾斜的特點(diǎn)。區(qū)域地貌傾斜發(fā)生在全新世。萊州灣沿岸的河流形成均未超過10 ka, 彌河古河道沉積體形成于7 ka左右(韓美等, 1999)。因此, 研究區(qū)地貌傾斜反映了全新世階段的區(qū)域地貌特征。前人通過渤海灣沿岸全新統(tǒng)年代對比與構(gòu)造均衡分析, 揭示出萊州灣南岸東側(cè)的萊州市西由3.1 ka 以來下降了1 m, 萊州灣沿岸存在自西向東的掀斜(鄭良美和李容全, 1997), 以及區(qū)域東、西部河流切割深度存在2 m的高差, 說明區(qū)域地殼在全新世期間仍在活動, 存在自西向東的構(gòu)造掀斜。而沂沭斷裂帶全新世活動斷層的存在(至少全新世早期的活動斷層), 則反映了斷裂帶在全新世的活動性。所以, 萊州灣南岸的區(qū)域地貌傾斜極有可能是沂沭斷裂帶活動造成的。

5.2 第四紀(jì)沉降帶的性質(zhì)及構(gòu)造背景

第四紀(jì)沉積帶與斷裂帶之間的幾何分析發(fā)現(xiàn),沂沭斷裂帶內(nèi)的第四紀(jì)沉降帶具有壓性特征, 很可能受沂沭斷裂帶的逆平移活動所產(chǎn)生的擠壓控制。

①古近紀(jì)以來斷裂帶內(nèi)的沉積活動具有明顯的繼承性。濰北凹陷區(qū)地震解釋剖面顯示(胡惟等, 2013), 區(qū)域總體上為地塹式結(jié)構(gòu), 前古近系基底以及古近系在整個(gè)凹陷區(qū)呈現(xiàn)西低、東高, 中東部突起狀態(tài), 第四系厚度分布特征與此相對應(yīng)。大多數(shù)學(xué)者主張沂沭斷裂帶第四紀(jì)的右行平移活動以側(cè)向擠壓作為區(qū)域構(gòu)造背景來解釋。②斷裂帶內(nèi)存在新生的背斜構(gòu)造和逆斷層性質(zhì)的活動斷層, 顯示出斷裂帶內(nèi)的擠壓活動構(gòu)造背景。雖然在斷裂帶系統(tǒng)中,與平移斷層斜交的擠壓構(gòu)造也可以通過剪切系統(tǒng)誘導(dǎo)產(chǎn)生, 而簡單剪切一般不會引起橫向上的構(gòu)造傾斜。因此, 控制沉降帶的斷裂活動只能是逆平移活動。③就斷裂帶的逆平移活動而言, 由于區(qū)內(nèi)的西支斷裂活動較新、且斷面向SE傾斜, 這更有利于產(chǎn)生區(qū)域地殼自西向東的構(gòu)造掀斜。

圖8 萊州灣南岸第四紀(jì)沉降帶與沂沭斷裂帶的空間關(guān)系Fig.8 Location of the Quaternary subsidence centre in the Yishu fault zone

6 結(jié) 論

萊州灣南岸平原區(qū)東、西部之間存在地貌傾斜和構(gòu)造上的傾斜, 在地勢、河流切割深度、流域河間地比率和第四系厚度等有一致的反映, 并可以相互印證。受河間地制圖方法及河網(wǎng)結(jié)構(gòu)關(guān)系影響, 流域河間地比率在區(qū)域上的變化有其不穩(wěn)定性。但似乎存在特別的取值, 在本研究中, 當(dāng)累積流量≥500時(shí),對區(qū)域地貌特征反映較好, 此種狀態(tài)的流域河間地比率可以作為流域侵蝕程度的替代指標(biāo), 并能較好地反映區(qū)域地貌變化特征。

沂沭斷裂帶對區(qū)域第四系發(fā)育及古環(huán)境有明顯的控制與影響, 包括區(qū)域地勢變化、典型流域地貌發(fā)育、河流下切深度、部分全新統(tǒng)的分布、全新世最大海侵范圍以及第四系厚度分布和沉降帶的控制和影響, 上述地貌第四紀(jì)現(xiàn)象采用具有垂向分量的斷裂帶活動性質(zhì)可以得到較好的解釋。根據(jù)第四系沉降主軸與沂沭斷裂帶之間的幾何關(guān)系推斷, 斷裂帶具有右行平移性質(zhì), 以逆平移斷裂活動可以較好地解釋區(qū)域地貌第四系發(fā)育特征, 反過來說, 區(qū)域地貌第四紀(jì)特征可以作為沂沭斷裂帶在第四紀(jì)活動的證據(jù)。

致謝: 真誠感謝中山大學(xué)張珂教授對本文的認(rèn)真審閱與指正！

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Geomorphic and Quaternary Response to the Regional Tectonics Along the South Coast of the Laizhou Bay

DU Guoyun
(School of Resources and Environment Engineering, Ludong University, Yantai 264025, Shandong, China)

The Yishu fault zone located in Shandong province is a section of the Tanlu Fault in the eastern China, which consists of 4 faults, and two faults among them along south coast area of the Laizhou Bay were active in Quaternary. Geomorphology and Quaternary of the area were controlled by climate, base level, regional tectonics, and the activity of Yishu fault in particular. Based on data of SRTM3-DEM, 1/250000 geological map of Weifang City, and 1/50000 topographic map, this paper studies regional geomorphic and Quaternary characteristics by analyzing topography, drainage, geomorphic evolution, Quaternary depositional thickness and tectonic evolution, and then discusses their relation to the Yishu fault zone. The results show that: (1) The DEM elevation is lowering and the river incision is deepening eastwardly in the region; (2) The interfluves ratio of the interfluve area to the drainage area, a proxy for erosion degree of drainage, is increasing eastward from the Mihe drainage in the west, to the Bailanghe drainage in the middle, and the Weihe drainage in the east, especially under the river net of flowacc ≥500; (3) The drainage boundaries migrate from west to east; (4) The thickness of the Quaternary deposit increases eastwardly, and the depocenter is located inside of the east part of the Yishu fault zone. The Yishu fault zone controlled the regional distribution of the Weibei marine and terrestrial interbed Formation, shore line of the largest transgression during the mid-Holocene, and the migration of the depocenter. The geomorphic incline in the area is related to the tectonic tilting created by the Yishu fault zone. Dextral strike-slip of the fault zone is indicated by angle between the main axis of the descendant zone and the Yishu fault zone. We suggest that the tectonic tilting of the area was likely related to the dextral slipping of the Yishu fault.

interfluve; topography and tectonic inclination; Yishu fault zone; Quaternary; south coast of Laizhou Bay

P54

A

1001-1552(2016)06-1136-009

2014-12-15; 改回日期: 2015-04-27

項(xiàng)目資助: 山東省自然科學(xué)基金(ZR2013DL006)資助。

杜國云(1962–), 男, 教授, 主要從事海岸帶過程與第四紀(jì)環(huán)境的教學(xué)與研究。Email: duguoyun2003@163.com