發(fā)布時(shí)間：2019-06-17所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要張坊巖溶地貌是中國(guó)北方巖溶類型的典型代表。分析張坊地區(qū)的地層展布與構(gòu)造變形，探討地層-構(gòu)造演化與巖溶發(fā)育的關(guān)系。研究區(qū)主要出露近水平的中上元古界碳酸鹽巖夾細(xì)碎屑巖和硅質(zhì)巖，主要經(jīng)歷印支期(或更早期)伸展?fàn)顟B(tài)下的固態(tài)流變變形、燕山期的逆沖-
摘要張坊巖溶地貌是中國(guó)北方巖溶類型的典型代表。分析張坊地區(qū)的地層展布與構(gòu)造變形，探討地層-構(gòu)造演化與巖溶發(fā)育的關(guān)系。研究區(qū)主要出露近水平的中上元古界碳酸鹽巖夾細(xì)碎屑巖和硅質(zhì)巖，主要經(jīng)歷印支期(或更早期)伸展?fàn)顟B(tài)下的固態(tài)流變變形、燕山期的逆沖-褶皺變形和房山巖體期后的伸展變形等多期次構(gòu)造演化，造就了研究區(qū)復(fù)雜的褶皺、斷裂、構(gòu)造裂隙和巖溶地貌特征。大型溶洞的發(fā)育主要與中上元古界的巖性-地層展布、中生代的逆沖斷裂和新生代的伸展斷裂等地質(zhì)作用有關(guān)。在多階段沉積-變形等地質(zhì)作用控制下，發(fā)育了中元古代、古生代、中生代和新生代4期古巖溶，形成構(gòu)造抬升侵蝕溶蝕、構(gòu)造反轉(zhuǎn)溶蝕沖蝕和多次抬升溶蝕侵蝕等3種主要溶洞發(fā)育類型。
關(guān)鍵詞張坊巖溶區(qū);地層;裂隙;構(gòu)造演化;巖溶發(fā)育
北京張坊巖溶地貌是北方巖溶類型的典型代表，該區(qū)的巖溶地下水是北京地區(qū)地下水資源的重要組成部分，為合理地開采利用、保護(hù)巖溶水，對(duì)該地區(qū)的巖溶和巖溶水已有較多研究[1-11]。但是，對(duì)巖溶區(qū)的地層發(fā)育、構(gòu)造特征與巖溶演化的關(guān)系，還認(rèn)識(shí)不足，阻礙了地下水資源的開發(fā)利用。除地層發(fā)育基礎(chǔ)外，地質(zhì)構(gòu)造是巖溶發(fā)育的重要條件[12-18]，對(duì)于構(gòu)造的研究不僅可以了解巖溶作用的宏觀選擇性作用，而且能夠正確認(rèn)識(shí)一些特殊巖溶形態(tài)形成的真正起因和形成機(jī)理[19]。
張坊地區(qū)中上元古界碳酸鹽巖受多期構(gòu)造活動(dòng)的影響，形成不同方向的斷層、褶皺構(gòu)造與宏大的節(jié)理裂隙，造就了多期巖溶的疊加特征。本文通過詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查，分析張坊巖溶區(qū)的巖溶發(fā)育地層的展布，裂隙、節(jié)理和斷層等構(gòu)造特征，結(jié)合周口店地區(qū)的構(gòu)造演化，探討巖溶發(fā)育、演化特征，以期為合理有效地開發(fā)利用、保護(hù)巖溶水提供依據(jù)。
1區(qū)域地質(zhì)背景
北京張坊地區(qū)位于華北板塊中部，太行山隆起帶的東北端，東鄰華北平原，北為近東西向的燕山山脈，這兩個(gè)主體方向(北北東和東西)控制了研究區(qū)內(nèi)多期變形疊加改造的構(gòu)造地質(zhì)圖像，據(jù)文獻(xiàn)[20]修編)。張坊地區(qū)的地層出露比較齊全，由老到新分別為:中晚元古代、古生代、中生代及新生代地層(圖1(b)，據(jù)文獻(xiàn)[11]修編)。
中晚元古代地層(長(zhǎng)城系、薊縣系和青白口系)是研究區(qū)的主要層系，為一套海相碳酸鹽巖和碎屑巖[21-22];早古生代巖性(寒武系、奧陶系)以碳酸鹽巖為主，及少量的泥質(zhì)巖和細(xì)粉砂巖;晚古生代(石炭系、二疊系)以碎屑巖為主，其中還有煤系地層發(fā)育;中生代地層(三疊系、侏羅系)復(fù)雜，包括含玄武巖地層、含煤系地層等。關(guān)于北京張坊地區(qū)的構(gòu)造特征與演化，主要存在3種觀點(diǎn):1)與華北地臺(tái)廣大地區(qū)一樣，自呂梁運(yùn)動(dòng)以后到中生代初期，一直處于穩(wěn)定的地臺(tái)升降狀態(tài)，只是燕山運(yùn)動(dòng)造就了復(fù)雜的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用[22];2)強(qiáng)調(diào)在印支期就已形成研究區(qū)的基本構(gòu)造格局，主要構(gòu)造形跡為韌性伸展構(gòu)造(順層固態(tài)流變構(gòu)造、變質(zhì)核雜巖和剝離斷層)和東西向褶皺，在燕山期為房山巖體的侵入和脆性逆沖斷層的活動(dòng)[20，23];3)房山巖體巖漿底辟構(gòu)造控制房山地區(qū)構(gòu)造演化[24]。
北京西山地區(qū)蓋層演化，主要有2個(gè)認(rèn)識(shí):一種是認(rèn)為與華北地臺(tái)廣大地區(qū)一樣，自呂梁運(yùn)動(dòng)以來，從元古宙—中生代初的蓋層發(fā)育過程中，北京西山一直處于穩(wěn)定的升降狀態(tài)，雖有兩個(gè)時(shí)期(元古宙與古生代之間，奧陶紀(jì)和石炭紀(jì)之間)的重大沉積間斷，但未曾發(fā)生過明顯的構(gòu)造變動(dòng)[21];另外一種是認(rèn)為主要構(gòu)造格局是燕山運(yùn)動(dòng)，或者印支運(yùn)動(dòng)以來的產(chǎn)物，在蓋層構(gòu)造形成過程中至少經(jīng)歷了3期變形旋回，伴隨相關(guān)的構(gòu)造事件[25]。
實(shí)際上，北京西山地區(qū)的構(gòu)造特征遠(yuǎn)比上述認(rèn)識(shí)復(fù)雜得多。宋鴻林[23]提出早在燕山運(yùn)動(dòng)以前就經(jīng)歷了多期變形作用。后來又通過進(jìn)一步工作，在周口店地區(qū)發(fā)現(xiàn)伸展構(gòu)造表現(xiàn)形式之一的剝離斷層[26]。張長(zhǎng)厚等[27]的研究進(jìn)一步深化或修正前期的工作，認(rèn)為燕山—太行山的地殼擠壓縮短變形在二疊紀(jì)晚期就已發(fā)生，后經(jīng)歷三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)及早白堊世的變形，地殼強(qiáng)烈加厚，有利于深部發(fā)生拆沉作用及淺部出現(xiàn)強(qiáng)烈的伸展變形。趙遜[7]認(rèn)為北京地區(qū)新生代以來由于強(qiáng)烈斷塊抬升而與華北平原分離，結(jié)構(gòu)上以拉伸開裂為主要特征，發(fā)生多次剝蝕夷平作用，留下較多的巖溶形態(tài)。
2構(gòu)造發(fā)育特征
各類原生沉積構(gòu)造面或構(gòu)造變形面是識(shí)別構(gòu)造的重要特征，研究區(qū)的構(gòu)造變形面主要分為兩類:低角度的剝離斷層和推覆構(gòu)造的沖斷面。特別地，研究區(qū)發(fā)育了大量淺變質(zhì)褶疊層及與其相關(guān)的順層韌性剪切帶(剝離型韌性剪切帶)、順層掩臥褶皺、拉伸線理及石香腸等構(gòu)造。
2.1褶疊層及其發(fā)育特征
褶疊層是由于橫向置換作用，形成一系列宏觀上呈水平或緩傾斜的新生面狀構(gòu)造替代原始層理(或先期層理)而構(gòu)成的地層構(gòu)造單元[28-29]。周口店固態(tài)流變構(gòu)造群落大體上分布在房山巖體周圍，在巖體旁的蓋層中變質(zhì)、變形最為明顯和強(qiáng)烈。野外調(diào)查證實(shí)，由巖體向四周變質(zhì)、變形作用隨著構(gòu)造層次和涉及地層的改變而逐漸減弱或者終止。在研究區(qū)的路線地質(zhì)調(diào)查中，固態(tài)流變構(gòu)造在靠近霞云嶺逆沖推覆構(gòu)造帶的東關(guān)上—佛嶺溝、化湯溝、黑牛水，以及靠近黃山店逆沖推覆構(gòu)造帶的孤山口—上中院，及其南端的周張公路沿線等地均有發(fā)育。上方山一帶發(fā)育順層韌性剪切帶(剝離型)，主要表現(xiàn)為霧迷山組和鐵嶺組厚層白云巖中發(fā)育的千枚狀構(gòu)造片巖和石英質(zhì)糜棱巖，結(jié)合帶內(nèi)發(fā)育的不對(duì)稱褶皺、礦物拉伸線理(方向?yàn)?00°～130°)和S-C組構(gòu)等，均指示伸展性質(zhì)的剪切運(yùn)動(dòng)。
2.2褶皺-斷裂系統(tǒng)
研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育兩條較大規(guī)模的逆沖推覆構(gòu)造，即長(zhǎng)操—霞云嶺逆沖推覆構(gòu)造和黃山店逆沖推覆構(gòu)造。長(zhǎng)操—霞云嶺推覆構(gòu)造，呈北東走向，傾向南東，除前鋒陡起外，一般傾角舒緩，斷層跡線蜿蜒幾十公里。沿著斷層基本沒有破碎帶發(fā)育，向西南方向，斷層被宋各莊—澳水尖“Z”字型撓折帶所取代，向北東方向延伸，推覆距離增大，最大推覆距離可達(dá)5km，總體推覆方向310°～320°。其中大型溶洞(仙棲洞、龍仙宮及牛皮洞)的發(fā)育都與該斷層有密切聯(lián)系。黃山店褶皺-沖斷構(gòu)造總體上由兩個(gè)相互疊置的大型平臥背斜和向斜組成，在褶皺的倒轉(zhuǎn)翼發(fā)育了鏟式逆沖斷層[25，30]。
此外，新生代的構(gòu)造作用還形成一系列高角度正斷層，對(duì)巖溶發(fā)育的空間位置起到控制作用。尤其是更新世以來，地殼間隙性的上升，對(duì)先期形成的巖溶進(jìn)行疊加和改造，形成多層結(jié)構(gòu)的洞穴(如銀狐洞、石花洞等)。
2.3構(gòu)造裂隙
在溶洞的發(fā)育與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系中，以節(jié)理裂隙的走向與溶洞延伸方向的相關(guān)性最具有普遍意義，并控制著洞穴的平面形態(tài)[10，19]。此外，節(jié)理還利于溶蝕裂隙和溶蝕破碎帶的發(fā)育，而且更利于中小型層間溶洞的發(fā)育[10]。喬小娟等[11]通過對(duì)巖溶地下水運(yùn)移富集的研究，認(rèn)為構(gòu)造裂隙一方面提供大氣降水和地表水入滲的運(yùn)移通道，另一方面為巖溶地下水提供儲(chǔ)集空間。因此構(gòu)造裂隙是巖溶發(fā)育的重要因素，控制著巖溶在空間的發(fā)育強(qiáng)度和分布規(guī)律[31-33]。
其次，利用節(jié)理恢復(fù)古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，還可以確定區(qū)域內(nèi)的主應(yīng)力方位，分析構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)形成的構(gòu)造背景，為進(jìn)一步分析巖溶發(fā)育機(jī)理提供依據(jù)。構(gòu)造活動(dòng)的多期性決定了節(jié)理裂隙形成的多階段性和復(fù)雜性，在研究區(qū)的構(gòu)造變形中發(fā)育有大量節(jié)理，以高角度的共軛剪節(jié)理為主，主要走向?yàn)楸蔽鳌⒈睎|和北東東向。節(jié)理能夠指示區(qū)域和局部的應(yīng)力場(chǎng)，在一定的區(qū)域內(nèi)具有相同的方位[34-38]。
根據(jù)節(jié)理的切割關(guān)系、分期配套等，厘定研究區(qū)上元古界中主要發(fā)育3套共軛剪節(jié)理，指示該區(qū)存在著3期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng):南北向的擠壓、北西—南東向的擠壓和北東—南西向的擠壓。董瑩等[10]對(duì)該地區(qū)的節(jié)理特征進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)與分析，也證實(shí)了這3期應(yīng)力場(chǎng)。其中，中生代的節(jié)理及逆沖構(gòu)造對(duì)于巖溶洞穴(如，龍仙宮和仙棲洞等)的發(fā)育具有重要意義;而新生代的節(jié)理與新生代地殼的升降與多層溶洞(如，石花洞等)的形成密切相關(guān)。總之，構(gòu)造裂隙的出現(xiàn)為巖溶的發(fā)育提供了一定的基礎(chǔ)，對(duì)于巖溶的延伸方向和規(guī)模程度都有影響，利于后期發(fā)育不同類型的巖溶地貌[10]。
4討論
北京張坊巖溶區(qū)屬于弱溶蝕作用的巖溶景觀。地質(zhì)構(gòu)造條件是巖溶發(fā)育演化的基礎(chǔ)格架[32]，因此區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的形成演化過程對(duì)該地區(qū)的巖溶發(fā)育具有重要影響。
5結(jié)論
1)張坊地區(qū)主要發(fā)育中上元古界碳酸鹽巖夾細(xì)碎屑巖和硅質(zhì)巖等，碳酸鹽巖地層分布廣，厚度大，地層傾角緩，構(gòu)造作用強(qiáng)烈地區(qū)，傾角變陡，為巖溶發(fā)育提供最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。不整合面、區(qū)域性隔水層和多期構(gòu)造裂隙在巖溶發(fā)育過程中扮演重要角色。
2)區(qū)域逆沖斷裂由南東向北西推覆，主斷面向南東方向緩傾，并順地層延伸，遇到強(qiáng)能干層傾角變陡，并伴生斷層相關(guān)褶皺等構(gòu)造。
3)張坊地區(qū)經(jīng)歷中元古代古巖溶、古生代古巖溶、中生代古巖溶和新生代巖溶發(fā)育期，主要包括構(gòu)造抬升侵蝕溶蝕、構(gòu)造反轉(zhuǎn)溶蝕沖蝕以及多次抬升溶蝕侵蝕等巖溶發(fā)育類型。
參考文獻(xiàn)
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