摘要：太原斷陷位于晉中盆地北段，是一個充填第四系的活動斷陷；其西北緣斷裂帶為盆緣主斷裂帶，由北西和北東兩段交匯構(gòu)成平面上的拐折；汾河穿峽谷在拐折點流入盆地，斷裂帶附近分布有汾河二庫、軍事重地、蘭村和西張兩大水源地以及呼延水廠、太原第二電廠、江陽化工廠等要害設(shè)施。因此對太原斷陷西北緣斷裂帶的運動學(xué)、動力學(xué)、年代學(xué)和與汾河地貌的關(guān)系進(jìn)行研究具有重要意義。

　　關(guān)鍵詞：太原斷陷,斷裂,斷層

　　本文研究的區(qū)域范圍是以太原斷陷西北緣斷裂帶為中心，涉及到附近新生代盆地、周圍基巖山區(qū)，大約100km2的面積。該區(qū)域地理位置為太原市的北部，主要是呼延－大留－土堂－上蘭村－鎮(zhèn)城－西關(guān)口一帶。由于太原斷陷之下上地幔的局部隆起，地幔物質(zhì)上涌，使溫度高、粘性低的中下地殼發(fā)生側(cè)向流展和地幔物質(zhì)的側(cè)向蠕散，從而形成太原斷陷。據(jù)前人研究，中生代時期，太原東、西山地區(qū)連成一體。

　　新第三紀(jì)，西山邊山斷裂開始產(chǎn)生，形成了太原斷陷及泥屯－陽曲斷陷盆地的雛形，從而使太原東、西山分離。太原斷陷總體上是一側(cè)深陡，一側(cè)淺緩的不對稱箕狀盆地。根據(jù)地震剖面，趙永貴等將西張至上蘭村一帶定為西張斷階，新生界（僅沉積第四紀(jì)地層）厚度100－200m左右，基底為奧陶紀(jì)灰?guī)r。本區(qū)位于太原斷陷的西北緣，汾河峽谷出口位置，由于采石場眾多，斷層及下盤基巖、上盤黃土出露較好，便于進(jìn)行構(gòu)造和相關(guān)研究。

　　1區(qū)域概述

　　本區(qū)域主要發(fā)育北北西向、北東向正斷層，傾向向盆地，有部分反向正斷層存在，還有一條近南北向正斷層。土堂斷階帶：F1和F2，為西山邊山斷裂的主體斷裂帶中的兩條主要斷層，分別存在黃土臺地的后緣與灰?guī)r接觸部位和黃土臺地的前緣陡坎處。走向北北西330°左右，傾向60°左右，總體斷距在400-500m左右；二龍山斷塊：F3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，主要分布于汾河峽谷出口附近，二龍山的周圍。外圍的F3，F(xiàn)5斷層為傾向盆地的高角度正斷層；F4斷層為反向的正斷層，F(xiàn)6，F(xiàn)7為二龍山北側(cè)的傾向二龍山的正斷層。總體斷距也在400m上下；鎮(zhèn)城斷階帶：F8，F(xiàn)9，F(xiàn)10，F(xiàn)11，F(xiàn)12，F(xiàn)13，主要分布于上蘭村－鎮(zhèn)城一線以北的北山之中，其中F8為走向近南北的傾向東正斷層，F(xiàn)11為傾向北的反向正斷層，其他基本上都為傾向盆地的正斷層。總體斷距也在300-400m。本斷裂帶在以往的文獻(xiàn)中很少被提及。

　　2斷裂帶研究

　　2.1斷裂帶形態(tài)學(xué)和運動學(xué)研究

　　太原斷陷西北緣斷裂帶為盆緣主斷裂帶，太原斷陷西北緣斷裂帶表層由北東向鎮(zhèn)城斷階帶、二龍山三角形書斜斷塊和北北西向土堂斷階帶三個塊體組成；北北西和北東兩段交匯在二龍山構(gòu)成平面上的拐折，汾河穿峽谷在拐折點流入太原斷陷。土堂斷階帶可見寬度達(dá)200-300m。汾河峽谷段的總體走向與北東向斷裂帶走向一致。汾河的下切侵蝕形成了反映斷裂帶不同活動階段的地貌面。

　　山西地塹系在空間角度上的盆山耦合響應(yīng)模型為伸展造山－斷陷沉盆－后推成臺。根據(jù)對能體現(xiàn)本區(qū)運動方向、運動方式和運動過程的野外剖面的研究。作者認(rèn)為，太原斷陷是由于深部地殼伸展減薄而形成，是一個斷陷、上升、沉積、侵蝕共同作用下的半開放系統(tǒng)，邊緣高角度正斷層對整個斷陷起控制作用，在三維空間上，斷裂帶及其所分割的地質(zhì)實體都是活動的，而且不僅斷層在活動，斷塊體也在活動，包括變位和旋轉(zhuǎn)等，具有三維的散體運動特征,斷層帶的表層部分向著深部聚斂且簡單化。因此可以判定，邊山斷裂的活動是分階段的，而且至少在中更新世以來便已經(jīng)開始加速活動，至今仍在活動中。

　　2.2斷裂帶動力學(xué)研究

　　斷裂帶的形成與區(qū)域大地構(gòu)造背景密切相關(guān)。早遠(yuǎn)古代晚期，華北古大陸塊體已逐漸發(fā)展成熟，包括山西在內(nèi)的整個華北地區(qū)完全拼合成一個硬化而穩(wěn)定的地塊；古生代華北處在平穩(wěn)發(fā)展階段；自三疊紀(jì)末期的印支運動開始，山西進(jìn)入了一個動蕩不定、地殼運動頻繁的時代，自寒武紀(jì)以來的全省性統(tǒng)一而穩(wěn)定的地理、地貌景觀分化瓦解。其中晉中盆地是位于太行山西側(cè)的伸展型裂陷盆地，總體上是一側(cè)深陡，一側(cè)淺緩的不對稱箕狀盆地。新第三紀(jì)，西山邊山斷裂開始產(chǎn)生，形成了太原斷陷的雛形。由于太平洋板塊的俯沖，上地幔物質(zhì)不斷的底劈上涌，并導(dǎo)致地幔巖石的部分熔融，一方面引起垂向上莫霍面局部上隆，側(cè)翼相對下降，另一方面地殼在橫向上伸展拉張減薄，在淺部地殼部分表現(xiàn)為高角度正斷層和斷陷盆地。從華北板塊火山作用的發(fā)展過程和從渤海灣向西到鄂爾多斯盆地的低速異常區(qū)的分布，證明了太平洋向西俯沖對大陸地殼伸展減薄過程是由東到西逐步發(fā)展的。從而促使太原斷陷之下上地幔的局部隆起、地幔物質(zhì)上涌，使溫度高、粘性低的中下地殼發(fā)生側(cè)向流展和地幔物質(zhì)的側(cè)向蠕散，形成伸展構(gòu)造，這是太原斷陷形成的深部動力來源。

　　2.3斷裂帶年代學(xué)研究

　　太原斷陷西北緣邊山斷裂帶的年代學(xué)研究前人涉及較少，僅有大概的大地構(gòu)造活動時間和幾處斷層附近沉積物的熱釋光和14C測年數(shù)據(jù)。雖然有的學(xué)者將構(gòu)造活動和地貌過程進(jìn)行了一定的結(jié)合研究，但是相對比較粗略。由于缺少重要的地質(zhì)證據(jù)，本區(qū)斷裂帶年代學(xué)研究一直進(jìn)展緩慢。

　　1、斷裂帶時間已有的研究結(jié)果。太原斷陷中巨厚的新生界說明該斷陷是-個新生代的斷陷盆地；西山邊山斷裂主要是在第三紀(jì)以來發(fā)展起來的；晉中盆地是由南向北逐漸擴(kuò)展的，在晚第三紀(jì)末發(fā)展到晉中盆地北段即本文所說的太原斷陷，但是在陽曲凹陷內(nèi)沉積有20-50m厚的上第三系，并且基底地層主要為奧陶系中統(tǒng)，相對于南部地層較老，說明太原斷陷在晚第三紀(jì)早期正經(jīng)歷強(qiáng)烈的剝蝕作用。同時由于晉中盆地的下降使古汾河開始了強(qiáng)烈下切的地質(zhì)歷史，此時間應(yīng)晚于在山西省靜樂縣小紅凹沉積的靜樂段紅土，因此，此時間在3.0Ma左右。

　　2、黃土對斷裂發(fā)育時間都界定。太原斷陷是新生代以來逐步發(fā)展起來的斷陷盆地，具體到西北緣邊山斷裂帶的形成時間，可以借助于黃土－古土壤序列的研究成果進(jìn)行確定。黃土－古土壤序列不僅有重大的構(gòu)造意義，其已經(jīng)成型的黃土年代學(xué)更是一把地質(zhì)事件的時間標(biāo)尺。事實與前人研究成果有些不同，但是都肯定了西山邊山斷裂的活動沿斷裂傾向具有向南東方向伸展的趨勢。其中的關(guān)鍵問題是，本項研究中沒有著重于采樣測年，所以對于斷裂的活動的時間只能是從地質(zhì)上進(jìn)行界定，而不能精確定年。

　　2.4汾河地貌演化和斷裂帶發(fā)育時間的關(guān)系

　　構(gòu)造活動對峽谷的形成起著決定作用，不但因為北東向斷裂帶的延伸形成構(gòu)造弱面使得汾河在此處就位，還因為構(gòu)造下降使得河道快速下切成為可能。汾河峽谷形成的原因一方面是由于侵蝕基準(zhǔn)面的快速下降，即斷裂帶活動量較大，另一方面是由于灰?guī)r地區(qū)的巖性利于形成快速下切之后的地貌形態(tài)的保存。在至今仍在持續(xù)的0.45Ma以來的峽谷期，邊山斷裂帶的活動呈現(xiàn)了加速趨勢。在二龍山和橫嶺山塊體的周圍，斷裂活動表現(xiàn)明顯，此處斷裂帶的構(gòu)造活動對汾河的峽谷出口起著決定性作用。北東向斷裂帶和北北西向的斷裂帶的共同作用，整體上使得邊山斷裂帶有向北西方向擴(kuò)展的趨勢。汾河曾流經(jīng)南部的西張一帶，一方面可能和西張東部現(xiàn)在汾河所處位置的汾河斷裂帶活動加劇有關(guān)；另一方面，F(xiàn)1斷層的發(fā)散從而活動量變小，使汾河發(fā)生向東的轉(zhuǎn)彎。F2斷層在晚更新世到全新世都有活動，F(xiàn)1斷層在中更新世晚期存在活動，并且在中更新世之后F2斷層的活動量大于F1，即斷裂活動有向南東方向伸展的趨勢。在上蘭村至大留村一段黃土臺地沖溝并沒有侵蝕到與汾河河床同一高度，而是保持了由山前到汾河河床部位的較大坡度，這一點可能也與F2斷層在晚更新世以來的快速活動有關(guān)，流水侵蝕作用的速度并沒有趕上斷層運動的速度。

　　3結(jié)論

　　由于太原斷陷附近分布著重要的要害設(shè)施，因此對太原斷陷的研究具有重要意義。本文從太原斷陷的形態(tài)學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)、年代學(xué)及和汾河地貌的關(guān)系五個方面進(jìn)行了研究。確定了太原斷陷的形態(tài)結(jié)構(gòu)和開始運動的時間；并在前人研究的基礎(chǔ)上總結(jié)了太原斷陷的動力學(xué)特征；根據(jù)野外黃土斷裂發(fā)育的界面，界定了斷陷帶的時間；并對斷裂帶和汾河地貌的演化關(guān)系做了闡述。從而對太原斷陷西北緣斷裂帶進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

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