本次野外实际测量发现, 山东半岛前寒武系基本出露于地表, 中、新生界仅分布于莱阳盆地等沉积凹陷中。前寒武系密度大多为2.65 g/cm³以上, 中生界密度为2.51~2.59 g/cm³, 新生界古近系密度约为2.18 g/cm³, 山东半岛广泛出露的海西期花岗岩体密度为2.56~2.68 g/cm³。

江苏地区前震旦纪云台组— 锦屏山组及下部朐山组片岩、片麻岩及混合岩平均密度为2.62~2.76 g/cm³。中下三叠统及整套古生界平均密度约为2.68 g/cm³, 而上三叠统至中下侏罗统密度稍小, 为2.56 g/cm³。下白垩统葛村组— 上侏罗统西横山组密度为2.50 g/cm³, 上白垩统浦口组— 泰州组平均密度为2.30 g/cm³, 阜宁组及三垛组地层密度约为2.23 g/cm³。此外, 毛北地区榴辉岩密度为3.37~4.27 g/cm³。

由上可知, 研究区山东半岛前寒武系以及下扬子地区元古宇、古生界密度较高, 且分布较广泛, 其与上覆中生界存在较大的密度差; 新生界密度较小, 与下伏中生界也存在较大的密度差。花岗岩体与中生界密度相近, 但明显小于古生界及前寒武系密度, 因此, 当花岗岩体侵入至上述地层时, 往往引起低值重力负异常。

胶东地区磁性地层主要为太古宇— 古元古界胶南群变质岩及中生界火山岩; 江苏地区磁性地层主要为震旦系下部朐山组。此外, 出露于海州地区的中元古界云台组、锦屏组及中、新生代火山岩也能引起局部高异常。胶东半岛地区广泛分布的燕山期侵入岩体也具有一定磁性, 但磁性变化较大, 在磁异常图上表现为强度及规模均较大的正磁异常。

利用重磁资料确定基底断裂, 特别是深大断裂是一种行之有效的方法, 其原因在于地质体经受断裂作用后, 断裂两侧的地质体常发生空间位置变动, 断裂带附近的物质结构也发生变化, 这些地质体结构、物质和空间位置上的变化可表现在重磁图上, 形成明显的重磁异常特征。

日照— 连云港地区断裂极为发育, 其在重磁异常图上的特征十分明显。日照— 连云港地区整体构造格架由NE向和NNE向断裂组成, 西北部主要为NNE向延伸的郯庐断裂带, 山东半岛南部及海洲湾地区主要发育NE向断裂。此外, NW向断裂在区内也较发育, 往往切割早期形成的NE向、NEE向或NNE向断裂。

3.2.1 郯庐断裂带沂水段(F₁)

郯庐断裂带(郯城— 庐江断裂带)最早由中国国土资源航空物探遥感中心(原地质部地球物理探矿局航测大队)发现。1957年, 中国国土资源航空物探遥感中心在华北及周围山区进行大面积石油构造航磁测量时, 在获得的航磁图上发现从安徽庐江, 经巢县西、嘉山、江苏泗洪、宿迁、山东郯城、莒南有1条呈NNE向、规模巨大并将淮河与苏北平原截然分开的线性磁异常带, 命名为郯城— 庐江异常带, 宽为5~20 km, 长达470~480 km。该发现将以往在该带上识别的零散或局部断裂作为1条整体断裂带或断裂系进行研究。

郯庐断裂带在研究区由西北部穿过, 在布格重力异常图及布格重力垂向一阶导数图上, 重力场整体由西向东逐渐升高, 断裂带显示为梯级带特征, 梯级带相对较平直, 梯度较陡(图2(a), (b)), 表明断裂两侧基底存在显著差异。为准确判断线性构造的位置, 应用刻痕分析法对航空布格重力数据进行处理。在刻痕处理边界系数图上, 断裂线性特征更加明显。在航磁化极等值线图上, 郯庐断裂带整体显示为不同磁场区的分界线(图2(c)), 断裂带内几条主要断裂的磁异常特征各不相同。

图2

Fig.2

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	图2 郯庐断裂带重磁异常特征综合对比图Fig.2 Comprehensive comparison of magnetic and gravity anomalies characteristics of Tanlu fault belt

郯庐断裂带在潍坊以南(沂沭段)由4条平行展布的断裂组成, 自东向西分别为昌邑— 大店、安丘— 莒县、沂水— 汤头及鄌郚— 葛沟断裂, 这4条断裂以高角度切穿深部下地壳, 并向下继续延伸。在郯庐断裂带浅部沿主干断裂发育一系列近于平行的次级断裂, 形成复杂的垒堑构造格局。依据重磁资料, 该断裂带内规模较大的断裂有3条, 且断裂位置清晰、连续性好。重磁资料确定的断裂位置、延伸与地表已知断裂接近, 但细节有所差别。几条断裂的不同重磁特征是其构造作用差异性的反映。昌邑— 大店断裂 (F_1-1)对于东西两侧重磁场控制作用明显, 断裂两侧地表出露的地质体差异大, 表明该断裂应为郯庐断裂带的东界主断裂。沂水— 汤头(F_1-3)及鄌郚— 葛沟断裂(F_1-2)在重磁场上虽有反映, 但与昌邑— 大店断裂 (F_1-1)相比, 其对构造的控制作用稍弱。

3.2.2 桑墟— 连云港断裂(F₃)

在研究区布格重力异常图上, 沿桑墟镇— 连云港一线分布1条窄而陡的梯级带, 北侧为高值异常区, 南侧为低值异常区; 在研究区布格重力垂向一阶导数图上, 该梯级带南侧伴生1条由局部低值异常构成的线性异常带; 在研究区磁场图上, 该位置对应1条明显的磁场分界线, 界线北侧为高频异常的负磁场区, 界线南侧为平静磁场区。上述重磁场之间的分界线和梯度带即是桑墟— 连云港断裂(F₃)的反映(图3)。与区域地质资料对比, 发现该断裂为连云港— 黄梅断裂(连黄断裂)的一部分。连云港— 黄梅断裂西接郯庐断裂, 呈NE-NNE向, 经泗阳、海州入黄海, 延伸至千里岩以东海域。该断裂在江苏响水— 内蒙古满都拉地学大断面上有明显反映, 断裂两侧地层厚度差异明显, 北西侧地壳厚度达30 km以上, 东南侧地壳厚度仅为20 km, 研究表明该断裂切割了莫霍面, 是1条深大断裂。

图3

Fig.3

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	图3 桑墟— 连云港断裂带重磁异常特征综合对比图Fig.3 Comprehensive comparison of magnetic and gravity anomalies of Sangxu-Lianyungang fault

从重磁场特征推断, 断裂两侧的基底具有明显差异。断裂北西侧重力高的特点反映了深部存在高密度地质体, 且其埋藏相对较浅。根据区域物性资料, 连云港、海州等地区地表出露的地质体应为华北地层区的太古宇— 古元古界, 该套地层在胶东半岛南部广泛出露, 具有高密度的特点。由于原岩多含有基性火山岩物质, 往往具有强弱不均的磁性特征, 在磁场图上引起规模不等的局部磁异常。断裂南西侧靠近断裂位置表现为低值重力异常, 表明基底埋藏深, 其上部可能发育中新生界, 而海州湾南部的团块状高值重力异常可能与相邻陆区出露的元古宇海州群地层相当。断裂南西侧以发育团块状磁异常为特点, 深度计算结果表明该套基底埋藏较深, 为4~5 km, 平静的磁场特征说明区内岩浆活动不发育, 构造变形较弱, 推断该套基底为南黄海中部刚性基底的一部分。

一直以来, 苏鲁造山带南部边界存在连云港— 黄梅断裂(连黄断裂)和嘉山— 响水断裂之争。嘉山响水断裂在研究区也有分布, 即响水— 陈家港断裂(F₉), 但其在重磁异常图上, 仅显示为异常错动线, 断裂南北两侧重磁场面貌差别较小, 反映断裂两侧应为同一基底, 将其作为苏鲁造山带与下扬子陆块的界线依据并不充分。而桑墟— 连云港断裂与其相比, 重磁资料反映出的断裂两侧基底构成、地层分布、构造活动等方面的差异性更加显著。因此, 将桑墟— 连云港断裂作为苏鲁造山带南部界线更合理。

3.2.3 东海— 赣榆断裂(F₅)

东海— 赣榆断裂沿东海— 墩尚— 赣榆一线延伸, 在海头镇附近入海。该断裂在布格重力异常图上显示为宽缓的梯度带和区域重力场分界线, 断裂两侧重力场差别明显, 北侧为低值重力异常区, 南侧为高值重力异常区。在航磁化极等值线平面图上, 断裂表现为区域磁场分界线, 断裂北侧为日照— 胶南菱形强磁异常区, 断裂南侧整体为负背景场。断裂南北两侧的重磁场特征具有较强的相关性, 北侧高磁低重, 南侧低磁高重, 反映断裂南北两侧基底性质、岩浆活动等存在明显差异。

东海— 赣榆断裂位于苏鲁造山带内, 其北侧强磁异常及低值重力异常特征是新太古界— 古元古界基底被后期岩浆强烈改造引起的。断裂南侧重力高、磁力低的特点是中— 新元古界的反映。因此, 以东海— 赣榆断裂为界, 苏鲁造山带可分为南北2部分, 造山带北部发育新太古界— 古元古界基底, 基底被后期岩浆活动强烈改造, 形成大面积分布的中性及酸性岩体, 这些岩浆活动可能与板块碰撞造山作用有关。造山带南部基底主要由中— 新元古界组成, 与造山带北部相比, 岩浆活动及构造变形均相对较弱。