吳懷春地質大學
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⑵ 中朝板塊元古宙板內地震帶與盆地格局
Intraplate Seismic Belt and Basin Framework of Sino-Korean Plate in Proterozoic
喬秀夫
原文刊於《地學前緣》，2002年第9卷第3期，對年所提出的地震液化序列的B單元底部增加了液化角礫岩單元；圖2，圖3改換為彩色圖。
地史中發生的強地震事件在地層中留下固定的記錄（圖1～圖3），這些記錄在區域上呈帶狀分布，代表地史中的地震帶。中朝板塊元古宙目前可識別出兩個板內地震帶（圖5）。中元古代板內地震帶（1700～1200 Ma）西起太行山北段，經燕山山脈、遼寧西部，穿越遼河平原至遼寧北部的泛河流域分布，即燕山—泛河地震帶，現今呈NEE向延伸。新元古代震旦紀地震帶沿吉林南部、遼東半島、山東中部及蘇皖北部現今呈NNE走向分布，即古郯廬地震帶（650～600 Ma）。上述兩個板內地震帶是元古宙不同時期超大陸裂解在板內的響應。中元古代與新元古代兩個不同方向的地震斷裂帶分別控制著兩個時期的盆地邊界。燕山泛河地震斷裂帶構成中元古代海盆南界（指現在的位置），形成向北開放的海域。古郯廬地震斷裂帶將中朝板塊裂解為華北塊體與膠遼朝塊體。古郯廬地震斷裂帶構成震旦紀海域的邊界，震旦紀海盆通過朝鮮半島與當時的外海相連接，華北塊體則為陸源剝蝕區。文內四幅古地理圖（圖6～9）是以地震災變思想為指導，以新的地層研究、對比為基礎編制的，側重反映了盆地的格局及其變化。根據地震、同沉積斷裂新的思路，可提供地質學家重新認識與解釋某些沉積礦床的成因，它們的成礦元素均來自地球深部而非地表風化作用。文中編制的古地理圖將為這種解釋提供盆地與事件背景。
1軟沉積物中的地震液化記錄
地史中發生的強地震事件在固結或未固結的沉積物中留下不同的記錄。在未固結的軟沉積物中主要表現為沉積物內部的液化作用及由此而引起的一系列變形構造。眾多地質學家，地震學家及土建學家對沉積物中液化作用及形成的記錄進行了系統的研究[1～11]。圖1碳酸鹽岩地震液化序列系依據筆者1994年所提出的序列[5]，在B單元底部增添了液化角礫岩單元，它是液化作用形成的液化脈切穿、擾動軟沉積物使之原地破碎形成角礫岩，這種碳酸鹽角礫具有可拼合性。圖1液化序列概括了一次強地震瞬時過程中，在碳酸鹽軟沉積物中的災變事件記錄，它提供了在碳酸鹽岩以及其他沉積岩中識別地震事件的基本標志。在野外實際工作中，我們可在一個剖面中識別出圖1中所有的單元，但更多的情況則是某幾個單元的組合。
圖1 碳酸鹽岩地層中的地震液化序列
（據喬秀夫等，1994補充）
圖2，圖3給出了遭受地震時，地層中在原地形成的事件單元以及共生單元組合（圖1中的A,B,C單元），它們均選自中朝板塊元古宙地層。
2地震時間分布與板內地震帶
圖4列出了1700～600 Ma中朝板塊板內具強地震災變記錄的27個岩組，這些地震記錄是筆者及其研究集體近10年來調查並進行了不同程度的研究而確認的。某些文獻最近大量報道的地震事件岩組尚未列入圖4中。
中元古代（1800～1000 Ma）的1700～1200 Ma期間是一個近500 Ma的地震長周期，在這個長周期中有5個地震活躍期（圖4中①～⑤）。約1200～850 Ma為無地震或少地震的長周期。約630～540 Ma為第二個長周期，近80 Ma的時期內有4個地震活躍期。從中元古代到新元古代每個地震長周期的時限縮短，而每個地震長周期中地震活躍期則更加密集，活躍期之間平靜期更加縮短。
圖2 碳酸鹽岩中的地震液化記錄
a—液化泥晶脈（盲脈）與層內微斷層，圖1中A單元與C單元（遼寧大連市金石灘海岸，震旦系興民村組）；b—地震液化泥晶脈在層面及垂直於層面的表現，它呈現板狀體，圖1中A單元（遼寧省瓦房店市小島山震旦系營城子組）；c—地裂縫及粒序斷層，圖1中C單元（遼寧省大連市金石灘海岸），圖的中部呈Y字形斷裂為地裂縫，鉛筆處為當時的古地面，可清楚看到古地面上新的碳酸鹽沉積物向下貫入地裂縫，地裂縫的下方為兩行密集的微斷層（粒序斷層）；d—液化碳酸鹽角礫岩，圖1中B單元（遼寧省旅順龍頭尾）
圖3 地層中的地震液化記錄
a—北京昌平區十三陵，長城系串嶺溝組頁岩中彎曲的液化砂岩脈（據宋天銳）；b—北京十三陵串嶺溝組中地震引起的液化捲曲變形；c—液化泥晶脈，脈向上層面及下層面兩個方向流動穿刺紋層，迫使紋層圍繞脈的兩端彎曲，黑色比例棒1cm，圖1中A單元（河南省嵩山青白口系何窯組，標本由高林志採集）；d—深色液化泥晶脈（箭頭所指），與深色泥晶薄層相連通，由深色薄層液化形成直立的泥晶脈，泥晶脈又為層內斷層（粒序斷層）錯碎，表明為液化作用後期岩層縮水，體積收縮的結果，圖1中A單元及C單元（江蘇徐州銅山縣震旦系九頂山組）；e—層內正斷層（圖1中C單元），箭頭所指為上盤移動方向，直立彎曲的液化泥晶脈（圖1中A單元）為上升盤，這張照片表明：地震引起的泄水作用形成直立的液化泥晶脈（盲脈），液化作用停止後，沉積物由於失水體積收縮，迫使泥晶脈彎曲，隨之發生層內錯斷（安徽宿縣金山寨村震旦系望山組）；f—液化泥晶脈（盲脈）在岩層兩個斷面的表現，呈板狀體（金山寨望山組）
圖4 中朝板塊元古宙板內強地震事件岩組
第二個地震長周期中，特別是晚震旦世4個地震活躍期（圖4中⑦～⑩），可能是Rodinia超大陸從800 Ma開始裂解（breaking up），至震旦紀達到裂解高潮時在中朝板塊板內的響應[12]。王鴻禎提出地史中曾5次出現聯合古陸，P-1950 Ma,P-1450 Ma為中元古代中的兩個聯合大陸[13]，圖4中串嶺溝組時期及高於庄組時期的地震事件，很可能是中元古代不同時期聯合古陸裂解在板內的響應。
中元古代與新元古代的強地震分布於中朝板塊內部的不同地區，中元古代地震事件位於燕山—遼寧北部泛河流域（圖5），構成中元古代燕山—泛河板內地震帶。現今呈NNE走向的新元古代地震帶大體沿現今郯廬斷裂帶分布，即震旦紀古郯廬帶[5,6,14]。這兩個板內地震帶分別控制了中、新元古代海域邊界與古盆地格局。
3中朝板塊中、新元古代盆地格局
同沉積斷裂構造、火成岩活動及伴隨的強地震帶構成了中元古代的盆地邊界，新元古代隨著地震帶的位置變化，海域及盆地邊界也相應變化。
3.1中元古代早期（相當於早長城世）盆地格局（圖6）
長城紀早期海域位於板塊的北部。南部及東、西部廣大地域為侵蝕區。古地理最明顯特徵是高山聳立，高山之間為由斷層控制的裂陷谷地，即燕山裂陷槽（aulacogen）。
圖5 中朝板塊元古宙板內地震帶
（據喬秀夫等，1999修正）
NCB—華北塊體；JLKB—膠遼朝塊體；YSTF—黃海轉換斷層（中生代）
密雲—平泉—凌源與灤縣—撫寧—建昌兩條同沉積斷裂控制的狹長谷地構成裂陷槽的軸部，沿著谷地（靠密雲—興隆—平泉—凌源斷裂一側）為河流沉積（常州溝組下部礫岩、砂岩），谷地兩側為沖積扇、洪積扇[15]。燕山裂陷谷地被與之斜交的多條平行的同沉積斷裂（具轉換斷裂性質）截切。沿谷地邊界斷裂及斜切轉換斷層是強地震分布區[15]。早長城世地震分布除與斷裂伴生外，並與火成岩活動密切相關[16]。常州溝組上部砂岩及串嶺溝組為代表的晚期海侵越過密雲—興隆—平泉—凌源斷裂超覆於裂陷槽的肩部，至赤城—北票以北（內蒙地軸）與外海相連接。灤縣—建昌地震斷裂則構成海域的南部邊界（指現在地理位置）。新的研究表明： 「內蒙地軸」由古元古界及中元古界變質地層組成[17]，並未構成盆地的北部隆起區，解決了長期困擾地質學家的關於中元古代海盆地與外海連通的問題。
串嶺溝組沿燕山裂陷槽軸部為障壁深水黑色泥質沉積，而在肩部則為典型淺海沉積。盆地西北部著名的串嶺溝組中鮞狀，腎狀赤鐵礦（宣龍式鐵礦），實際是由藻顆粒及疊層石吸附鐵質形成。有關鐵質來源過去均解釋為陸源搬運至淺海海岸帶形成。如圖6所示，串嶺溝組海域向北與外海相連，北部無陸源物供應；其西部（山西，河北東部）基底岩石（太古宇，古元古界）風化殼並不十分發育，鐵質來源並不充分，作為穩定的鐵元素實際很難向海域遷移。在宣龍式鐵礦的頂、底板層位中有多個由砂岩脈及泥質脈組成的震積岩，宣龍鐵礦盆地側邊為赤城—密雲—灤縣同沉積斷裂。斷裂及伴生的地震均表明這里是地球深部物質十分活躍的地區，鐵元素來源於深部，至地表被藻類吸附形成富鐵沉積。為什麼在串溝組沉積的廣闊海岸帶，只有宣化龍關地區形成有經濟價值鐵礦層，用鐵元素來源於深部可能合理地解釋了目前的地質記錄。
圖6 中朝板塊早長城世（1800～1600Ma）古地理格局
1—侵蝕區；2—同沉積斷裂；3—與同沉積斷裂伴生的地震事件（震積岩分布區）；4—河流（砂岩、長石石英砂岩）；5—河流流向；6—濱海含鐵沉積區（宣龍式疊層石赤鐵礦）；7—海侵超覆區（含砂頁岩與極薄層砂岩互層）；8—開闊海較深水沉積；①燕山裂隙槽；YSTF—黃海轉換斷層（中生代後期）
山西呂梁山地區漢高山砂岩、小兩嶺安山岩及晉南、豫西的西陽河群、熊耳群歷來作為中元古代早期的岩組。最近在熊耳群中獲得單顆粒鋯石U-Pb年齡1.95 Ga，認為熊耳群為古元古界[18]。因此，呂梁—陝豫三叉裂陷槽[19]有可能為古元古代裂陷槽，則中元古代盆地只限於中朝板塊北部。
3.2晚長城世—薊縣紀（1600～1000Ma）盆地格局（圖7）
圖7主要反映1600～1200 Ma，即大紅峪組至霧迷山組沉積時期古地理，海域仍位於中朝板塊北部。長城紀早期的斷裂仍控制盆地格局，深水碳酸鹽岩位於由斷裂控制的裂陷槽軸部。燕山裂陷槽向東延伸至遼北泛河流域。有地震記錄的最高層位為霧迷山組（燕山）及遼北泛河群虎頭嶺組，1200 Ma之後伸展作用結束，裂陷槽停止發展。中元古代中期（1600～1200 Ma）是一個充滿火山爆發、頻繁發生地震及斷裂活動的海盆地[12,20,21]。沿裂陷槽軸部密雲—興隆—平泉斷裂分布的黃鐵礦—鉛鋅硫化物礦帶（高板河鉛礦）及鐵嶺泛河流域的關門山鉛鋅礦，其成因均與沿海底斷裂來自深部噴出的富金屬的熱水或噴氣相關聯[22]。1600～1200 Ma強地震活躍時期也是一個造礦期。
圖7 中朝板塊晚長城世—薊縣紀（1600～1000Ma）古地理格局
1—侵蝕區；2—同沉積斷裂及與其伴生的地震事件（大紅峪組，高於庄組，霧迷山組及泛河群震積岩分布區）；3—火山噴發（大紅峪組富鉀粗面岩）；4—火山噴氣孔（鐵嶺組灰岩中）；5—鉛鋅硫化物礦帶（燕山高於庄組高板河鉛鋅礦與遼北泛河流域關門山組鉛鋅礦）；6—潮坪帶（疊層石、藻席灰岩、白雲岩）；7—較深水沉積區（高於庄組灰岩）；8一開闊廣海沉積；①燕山—泛河裂陷槽；YSTF—黃海轉換斷層（中生代後期）
3.3青白口紀（1000～800Ma）盆地格局（圖8)
1000Ma很可能是全球超大陸（Rodinia）形成時期。中朝板塊主體經過芹峪上升（1000～900Ma）長期剝蝕[23～25]，已完全準平原化，海水淹沒了大部分地區，整個青白口紀盆地為極淺水海盆。除遼北鐵嶺泛河流域會試屯群於北溝組，太子河流域南芬組及豫西有地震記錄外（圖4），整個盆地很少地震及構造活動，也無火山爆發痕跡。板塊南部（豫西）青白口紀盆地從1000Ma開始發展，為典型潮坪沉積；板塊北部盆地則從900Ma開始，與北部開闊海有陸地障壁，形成內陸海。內陸海通過遼東半島、朝鮮半島北部與當時的外海連通，其地形很類似於今天的渤海。這種障壁環境可能是青白口統下馬嶺組黑色層形成的古地理背景。
圖8 中朝板塊青白口紀（1000～800Ma）古地理格局（Rodinia古大陸上沉積）
1—侵蝕區；2—同沉積斷裂及其伴生的地震事件（泛河會試屯群下部，太子河南芬組及豫西何窯組震積岩）；3—青白口紀潮坪為主沉積區（砂岩、頁岩、疊層石灰岩）；4～6：晚青白口世濱海淺海沉積區；4—晚青白口世早期相對障壁海（下馬嶺組黑色頁岩），後期淺海（龍山組石英砂岩，景兒峪組泥晶灰岩）；5—晚青白口世中後期海侵超覆區（龍山組，景兒峪組及相當層位）；6—晚青白口世早期陸相盆地（山區河流為主）：①永寧盆地，②步雲山盆地，③旅大盆地，④葦沙河盆地；7—開闊海沉積區；YSTF—黃海轉換斷層（中生代後期）
3.4震旦紀（630～540Ma）盆地格局（圖9）
中朝板塊從800 Ma開始，整體上升，缺失南華紀（800～680 Ma）與早震旦世沉積（圖4），震旦紀盆地格局發生根本性變化，即古郯廬斷裂地震帶產生，古郯廬斷裂將中朝板塊分隔為華北塊體（NCB）與膠遼朝塊體（JLKB）。晚震旦世海域主要位於古郯廬斷裂之東（指現今位置），而華北塊體的主體部分則作為其陸源區。古郯廬斷裂控制了膠遼朝海盆地界線，華北塊體的晚震旦世沉積僅分布於其南部邊緣。
統一的中朝板塊從630 Ma開始裂解為兩個塊體，沿裂解帶強地震頻繁發生及基性岩牆（床）侵位[12,26,27]，這種盆地格局可解釋為Rodinia超大陸裂解在中朝板塊的板內響應。
揚子板塊南華紀南沱期冰川消融後，導致震旦紀海平面上升才淹沒了中朝板塊的膠遼朝塊體與華北塊體的南部邊緣。
中朝板塊在Rodinia古大陸再造圖中模式2（張世紅，2000），膠遼朝塊體緊鄰大洋裂開的一側（圖10），震且紀海盆通過朝鮮半島與當時的外海相連，而華北塊體則為其陸源區。圖9震旦紀古地理盆地格局與古地磁研究的結果相一致[28]。
圖9 中朝板塊震旦紀（630～540Ma）古地理格局（Rodinia裂解期格局）
1—侵蝕區；2—同沉積斷裂；3—與斷裂伴生的地震事件（震積岩）；4—淺海（下部為碎屑岩墊板，上部為海侵碳酸鹽岩上超）；5—山嶽冰川－冰海沉積（上震旦統頂部羅圈組）；6—開闊海沉積區；PTLF—古郯廬斷裂；NCB—華北塊體；JLKB—膠遼朝塊體；YSTF—黃海轉換斷層（中生代）
4結語
中朝板塊元古宙盆地邊界由地震斷裂帶控制（圖6～9），是本文對盆地形成的動力作用解釋。盆地格局有兩個重要轉換期：一為青白口紀，由中元古代板塊北部向北開放的海域，廣大南部地區為侵蝕區轉變為板塊北部、東部及南部均有沉積。震旦紀為第二個轉折時期，海域主要在板塊東部（膠遼朝塊體）及華北塊體南部邊緣，是一個向東開放（指現今方位）的海域，而華北塊體為陸源區。古郯廬地震斷裂帶構成震旦紀盆地的邊界，它的全球構造意義是Rodinia裂解在板內的響應。
圖10 630Ma（震旦紀）中朝板塊在Rodinia古大陸再造中的位置
（據張世紅，2000)[28]
中朝板塊1800 Ma固結，經歷3次內部裂解：1700 Ma,1400 Ma,630 Ma。始自震旦紀結束於晚石炭世早期的裂解期[12,14]，中朝板塊實際被分割為兩個塊體，塊體之間的界線為古郯廬帶。晚中生代沿古郯廬斷裂重新裂開形成晚中生代以來的板內裂谷盆地。因此，郯廬斷裂帶兩側地質體的不連續是兩個不同塊體上不同地質作用演化的結果，不必用郯廬斷裂巨大平移來解釋。
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