沧东断裂(天津段)特征及导水导热性质分析.docVIP

沧东断裂（天津段）特征及导水导热性质分析 摘要：沧东断裂是华北平原区一条规模较大的隐伏断裂，构造演绎经历了中、新生代两个裂陷旋回，一直为地热地质工作者所关注。深入研究沧东断裂构造特征，对认识天津地区地热形成机理，回灌总体布局具有深刻的意义。作者分析认为沧东断裂（天津段）是发育于地壳上部的大型拆离滑脱构造，深部构造不具备控制天津地热热源的条件，断裂顶部具有明显的热对流特征。在导水特征上，除局部有一定的差异性外，总体上具有广泛的水平和垂向上断裂带向两侧的迳流能力。 关键词：沧东断裂 导水　导热 流体特征 1.引言 沧东断裂是华北地区东部一条重要断裂，全部被新生界覆盖，是上世纪60年代依据地球物理资料确定的（图1）。《天津市区域地质志》研究认为沧东断裂是产生在由古生界地层组成的背斜上，属印支--燕山旋回的产物，断裂活动控制着中生界和新生界的沉积，是天津地区一条重要的深大断裂［1］。高站武等地震学者研究认为沧东断裂发育于上地壳的上陡下缓的铲状断裂，断面于10km深处的上地壳底部变为近水平的拆离滑脱面。断裂的主要形态不同区段的产状和活动强度表现出鲜明的分段性不是活动断裂。。 2. 沧东断裂（天津段）的基本特征 2.1深部物理场特征 国家地震局地球物理勘探中心于1995年运用深地震宽角反射/折射探测技术得到沧东断裂北部（天津段）的地壳上地幔结构剖面（图2），研究认为沧县隆起和黄骅坳陷地壳分上中下三层：上地壳最大岩石波速6.3km/s，沧县隆起厚16km，黄骅坳陷厚12km；中地壳岩石波速6.3-6.8km/s，厚度稳定，为8km；下地壳岩石波速6.8-8.0km/s之间，形态与中地壳相似，厚9-10km左右。值得注意的是，沧县隆起和黄骅坳陷中、下地壳速度结构横向连续，但上地壳速度结构明显不同，沧东断裂正是此结构的分界。所以说，沧东断裂深部构造在剖面上表现为上陡、下缓的铲状断面以极缓的倾角延伸至10km深处，是一条发育于上地壳，断深在上地壳底部、中地壳上部，倾向在水平上延伸数10km的大型拆离断裂，与深切地壳甚至岩石圈、地幔的郯庐断裂截然不同。 2.2地质构造特征 沧东断裂总体走向NE，为阶梯式向东倾斜的正断层，倾角约30～45°，断距1000～6000m不等，总体上具有北浅南深的特征。沧东断裂在天津地区的延伸长度约60km，被北西向的断裂切割成数段，是沧县隆起和黄骅坳陷共有的主要边界断裂（图1）。该断裂产状变化较大，平面上追踪NNE和NWW两组断裂呈锯齿状分布，断面呈平面状和铲状，断裂倾角约30-40O，垂直断距3-5km，水平断距3-4km。沧东断裂西侧为沧县隆起，基岩以古生界为主，顶板埋深在1000-2000m；东侧为黄骅坳陷，堆积的古近系孔店组很薄，主要以沙河街组和东营组为主，厚度约3-5km，西侧的前古生界地层与东侧的新近系地层对接（图3）。 2.3 沧东断裂的北部边界的确定 关于沧东断裂北端界限问题，天津市地矿部门和地震部门根据沧东断裂北延伸线的东西两侧重力异常等值线及地震垂直形变等值线分布特征，认为沧东断裂越过宁河向北延伸至蓟运河断裂（宝坻断裂东段）。《河北省北京市天津市区域地质志》对“沧州－大名深断裂亦称沧东断裂”的描述中，以推测方式表示了沧东断裂继续向北延伸至唐山的结论[3]。就目前掌握的资料，笔者认为沧东断裂北端断至蓟运河断裂附近。原因在于蓟运河断裂南北两侧分属两个不同的构造体系，北侧为一系列NNE向、古生界碳酸盐岩及含煤碎屑岩强裂褶皱组成的地质建造体构成，基岩埋深在500-700m以浅，背向斜构造多在蓟运河断裂附近消失，唯独车轴山向斜核部越过蓟运河，在宁河县西双庄附近才消失[4]（图4），所处构造单元属于燕山造山带内宝坻～唐山凹褶。而在蓟运河断裂以南，以沧东断裂为界，断裂西侧为基岩埋深较浅的古生界潜山，东侧为巨厚的古近系堆积，属典型的华北断陷盆地的“断陷”---“坳陷”结构。 3. 沧东断裂导热特征分析 研究沧东断裂的导热作用，主要从两个方面，一是看沧东断裂是否对形成地热的热源有构造控制作用，将产热层上抬，为天津地热异常形成较短的导热通道，二是通过地热井揭露，通过地温场分布特征研究沧东断裂在地壳浅部的导热作用。 3.1深部控热条件 众多的研究表明[5，6]，华北断陷盆地地热热源主要为中地壳花岗岩放射性元素生成热和上地幔软流圈传导热。沧东断裂在上地壳底部即转化为近乎水平的走滑断裂（图2），不具备将产生放射生成热的中地壳和产生深部热流的上地幔向上抬升的条件。再者，像沧东断裂这样的铲状正断裂发育有一个重要的特点，当断裂倾角随断裂两盘块体旋转（掀斜）而逐渐变小时，断裂上盘重力对断裂发展所起的作用越来越小，最后以致消失而转变成阻止断裂活动的摩擦力，因此，沧东断裂在上地壳深部也不会有大规模的热源物质上涌，形成较短的导热“通道”