（构造地质学专业论文）郯庐断裂带南段构造应力分析及gis数据库构建.pdf

郯庐断裂带南段构造应力分析及g i s 数据库构建 摘要 郯庐断裂带是我国东部一条古老而现今仍在活动的巨型断裂带，它经历了 漫长而复杂的演化历史，它的演化与发展直接反映出了区域大地构造格局的演 化与发展。本文主要以郯庐断裂带南段的脆性变形特征为研究对象，在野外地 质调查的基础上，通过室内试验和数据分析，对研究区的节理和断层进行了系 统的研究，并自行开发了一套利用共轭节理求解区域主应力方位的软件，分析 了区域内构造应力场的演化特征。结合已有的资料和证据，将其演化划分为八 个期次，并针对每个期次区内构造格局的形成和演化的动力学机制进行了解释 和阐述。在此基础上，借助g i s 技术，建立了一个地质数据库，用于存储、管 理数据，并进行了初步的空间分析。 本文的研究成果，进一步认识了郯庐断裂带南段的构造特征，对郯庐断裂 带南段进行了古应力场的恢复以及演化期次划分，从而为该地区今后的工程实 施、矿产勘察及地震地质提供基础地质资料和分析研究的参考依据；其次，开 发了一套实用的软件可供地学工作者分析应力场时使用；此外，还建立了一个 地学空间数据库为今后的研究工作提供辅助，具有较高的理论和实践意义。 关键词：郯庐断裂带构造应力场g i s 地学数据库 t h ea n a l y s i so ft e c t o n i cs t r e s sf i e l di nt h es o u t h t a n - - l uf a u l tz o n ea n dd a t a b a s eb u i l d i n g b yg i s a b s t r a c t t a n l uf a u l tz o n ei sa na n c i e n ta n dg i a n tf a u l tz o n ew h i c hi s s t i l la c t i v i t yf o rt h e p r e s e n ti ne a s t e r nc h i n a i th a se x p e r i e n c e dal o n ga n dc o m p l e xe v o l u t i o n a r yh i s t o r y , a n d d i r e c t l yr e f l e c t e dt h a tt h ee v o l u t i o na n dd e v e l o p m e n to fr e g i o n a lg e o t e c t o n i cf r a m e w o r k t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e dt h eb r i t t l ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si nt h es o u t h e r ns e c t i o no fm e t a n l uf a u l tz o n e ，a n db a s e do nt h ef i e l dg e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o n ，t h el a b o r a t o r yt e s ta n d d a t aa n a l y s i s ，t h ej o i n t sa n df a u l t sh a ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d t h ea u t h o rs e l f - d e v e l o p e da s e to fs o f t w a r ew h i c hu s e dc o n j u g a t ej o i n t st os o l v et h er e g i o n a lp r i n c i p a ls t r e s sd i r e c t i o n s ， a n a l y z e dt h ee v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fr e g i o n a lt e c t o n i cs t r e s sf i e l d c o m b i n a t i o nt h e e x i s t i n gi n f o r m a t i o na n de v i d e n c e ，t h ee v o l u t i o np e r i o dw a sd i v i d e di n t oe i g h ts t a g e s a n d t h ed y n a m i cm e c h a n i s mf o r t h ef o r m a t i o no ft h er e g i o n a lt e c t o n i cf r a m e w o r ka n de v o l u t i o n o fe a c hp e r i o dh a sb e e ne x p l a i n e da n de l a b o r a t e d o nt h i sb a s i s ，u s i n gg i st e c h n o l o g y , a g e o l o g i c a ld a t a b a s ew a se s t a b l i s h e df o rs t o r i n ga n dm a n a g i n gd a t a , a n dm a d eap r e l i m i n a r y a n a l y s i so nt h es p a c e i nt h i sp a p e r , t h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c sf o rt h es o u t h e r ns e c t i o no ft a n l uf a u l tz o n e h a sb e e nf u r t h e rr e a l i z e d b yt h er e s e a r c hr e s u l t s ，t h ea n c i e n ts t r e s sf i e l dh a sb e e nr e s t o r e d a n dt h ee v o l u t i o np e r i o dh a sb e e nd i v i d e d i tp r o v i d e dg e o l o g i c a ld a t aa n dr e f e r e n c ef o rt h e p r o j e c ti m p l e m e n t a t i o n ，m i n e r a lr e s o u r c er e c o n n a i s s a n c ea n ds e i s m i cg e o l o g y s e c o n d l y , a s e to fu t i l i t ys o f t w a r eh a sb e e nd e v e l o p e df o rt h e g e o l o g i c a lw o r k e r st oa n a l y s i st h e g e o - s t r e s sf i e l d ；i na d d i t i o n ，ag e o l o g i c a ls p a t i a ld a t a b a s eh a db e e ne s t a b l i s h e dw h i c h p r o v i d e das u p p l e m e n t a r yf o rt h ef u t u r er e s e a r c h i th a dh i g h e rt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：t a n l uf a u l tz o n e ；t e c t o n i cs t r e s sf i e l d ；g i s ；g e o l o g i c a ld a t a b a s e 图1 1 图1 2 图2 1 图3 1 图3 2 图3 3 图3 - 4 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 10 图4 1l 图4 1 2 图4 13 图4 1 4 图4 15 图4 16 图4 1 7 图4 18 图4 1 9 图4 2 0 图4 2 l 图4 2 2 图4 2 3 图4 2 4 图4 2 5 图4 2 6 图4 2 7 插图清单 郯庐断裂带南段地质构造略图1 郯庐断裂带起源形式的几种模式图4 工作区交通图8 经弧的投影解析l7 两平面的交线的投影解析1 7 两平面的夹角及角平分面的投影解析1 8 程序流程图”2 0 野外工作点分布图2 3 新近纪应力节理投影图2 9 断层t l 。6 3 应力投影图3l 断层t l 6 6 应力投影图31 断层t l 4 8 应力投影图3 2 地垒构造剖面图图3 2 地垒构造野外照片3 3 晚古近纪应力节理生成图3 4 t l 。3 3 野外照片“3 5 晚古近纪应力断层擦痕生成图3 6 桐城挂车附近采石场糜棱岩中逆断层3 6 晚白垩一早古近纪应力节理生成图3 7 t l 18 野外照片3 8 断层t l 1 8 应力投影图吖3 8 望虎墩组同沉积断层照片3 9 望虎墩组同沉积断层剖面素描图3 9 早白垩晚期一晚白垩应力共轭节理生成图4 1 t l 3 7 断层擦痕生成图“4 2 巢湖南岸侏罗系凝灰岩中的左行平移断层4 2 早白垩中一晚期应力共轭节理生成图4 3 早白垩早期应力共轭节理生成图l 4 4 早白垩早期应力共轭节理生成图2 4 5 t l 01 野外照片4 6 早白垩早期应力擦痕生成图1 4 7 早白垩早期应力擦痕生成图2 4 8 郯庐断裂带两期不同的韧性剪切带4 9 中国东部郯庐断裂带晚白垩世一早第三纪区域伸展模式图5 l 图5 1a r c g i s 9 体系5 5 图5 2 地层表结构5 7 图5 3 数字化底图5 8 图5 - 4 查询相关信息5 9 图5 5 地层表结构6 0 图6 1 郯庐断裂带南段区域断裂分布图6 1 图6 2 郯庐断裂带南段八期应力方位6 2 图6 3 郯庐断裂带南段七期应力方位”6 3 图6 4 郯庐断裂带南段六期应力方位”6 3 图6 5 郯庐断裂带南段五期应力方位6 4 图6 - 6 郯庐断裂带南段四期应力方位”6 4 图6 7 郯庐断裂带南段三期应力方位”6 5 图6 8 郯庐断裂带南段二期应力方位”6 5 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表4 6 表4 7 表4 8 表4 8 表4 9 表4 1 1 表4 1 2 表4 13 表4 1 4 表4 15 表4 16 表4 17 表4 18 表4 19 表4 2 0 表4 2 0 表格清单 断层测量数据表2 4 节理的野外测量结果2 5 共轭节理表- 2 7 新近纪节理应力及分布岩层3 0 t l 一6 3 ：逆断层：位于太古界地层中”3 0 t l 6 6 ：逆冲断层：位于古近纪地层中”3 l t l 4 8 ：正断层：位于古近纪与新近纪接触面”3 2 古近纪节理应力及分布岩层3 4 t l 3 3 ：左行平移断层：位于白垩纪地层中“3 5 t l 3 6 ：左行平移断层：位于白垩纪地层中”3 5 晚白垩一早古近纪节理应力及分布岩层3 7 t l 1 8 ：逆断层：位于古近纪地层中3 8 早白垩晚期一晚白垩节理应力及分布岩层4 1 t l 3 7 ：左行平移断层；位于花岗岩中4 l 早白垩中一晚期节理应力及分布岩层4 3 早白垩早期节理应力及分布岩层4 4 早自垩早期节理应力及分布岩层2 4 5 t l 0 1 ：左行平移断层：位于侏罗纪地层中4 6 t l 0 7 ：逆断层：位于糜棱岩中4 7 t l 1 4 ：左行平移断层：位于侏罗纪地层中4 7 t l 0 8 ：右行平移断层：位于侏罗纪地层中4 8 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究j i ：作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得金目巴王些太堂 或其他教育机构的学位或证j f 5 而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：赵文涛 签字日期：2 0 0 9 年4 月2 0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金魍： 些叁堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部i j 或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权佥日曼：l ：些厶堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：赵文涛 导师妣刘国生切l 签字日期：2 0 0 9 年4 月2 0 日签字日期：2 0 0 9 年4 月2 0 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 致谢 几经彷徨求索，论文终于得以完成。饮其流时思其源，成吾学时念吾师， 在此论文完成之际，谨向我尊敬的导师一一刘国生副教授，致以最诚挚的谢意 和最崇高的敬意。恩师丰富的实践经验、渊博的专业知识、精益求精、务实忘 我的工作作风、宽以待人的处事态度使我受益匪浅，深深地感染和激励着我。 同时，感谢合肥工业大学资源与环境工程学院所有的老师，特别是喻根老 师，石永红老师和王勇生老师，他们在本文的撰写过程中提供了诸多的宝贵意 见，还要感谢所有关心、帮助过我的同学，尤其是徐菲同学和苏蓉同学，正是 他们对我提供的无私帮助，才使我不断克服一个又一个的困难和疑惑，直至本 文的最终完成。 衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授，感谢答辩委员会的 各位老师和专家对我的论文提出的宝贵建议。 最后，感谢我的亲人，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报。 作者：赵文涛 2 0 0 9 年3 月1 6 日 第一章绪论 郯庐断裂带是我国东部滨太平洋地区的一条巨型岩石圈断裂带，几乎贯穿 整个中国东部地区( 图1 1 ) ，其主干断裂南起广济，北至沈阳，平面形态呈“s ” 形，走向从南至北呈北东一北北东一北东走向，主断面倾向忽左忽右，倾角较 大，一般大于4 5 0 ，最陡处达8 8 0 ，几近直立，并在黑龙江萝北地区延伸出境。 其在华南地区主要表现为雁列式次级断裂分布，华东地区则以主干断裂及伴生 鱼刺状断裂分布，东北地区为发散状和雁列分布。 图1 1 郯庐断裂带南段地质构造略图 郯庐断裂带的主带可分为三段：渤海及其以北为北段；山东至淮河为中段 ( 也称沂沐带) ：淮河以南至长江以北为南段。总体呈n n e 向的缓s 形。本文的研 究区为郯庐断裂带的南段( 图1 1 ) 。 该断裂带对我国东部地区的区域构造、沉积古地理、岩浆活动、矿产形成 分布及地震活动都具有一定的控制作用，因此，一直为众多地质、地球物理、 地震地质工作者所关注，并进行了大量卓越的研究工作，取得了丰硕的研究成 果。 1 1课题来源及选题目的和意义 1 1 1 课题来源 本文来源于国家自然科学基金资助项目：郯庐断裂带与大别苏鲁造山带构 造关系研究( 批准号：4 0 6 7 2 131 ) 和中石化项目郯庐断裂系的构造演化对下 扬子区盆地的控制与影响。 1 1 2 选题目的及意义 郯庐断裂带以其独有的地质一地貌景观和地球物理标志，展布于中国东部 大陆，其规模之大在濒西太平洋的东亚大陆上也是屈指可数的。它南起长江北 岸湖北的黄梅，经安徽太湖、庐江、肥东，江苏的宿迁，山东郯城、过渤海湾 后在沈阳以北分为西支的依兰一伊通断裂带和东支的密山一抚顺断裂带，总体 呈n n e 向延伸，中国境内长达2 4 0 0 k m ，平面形态呈缓s 形，构成了华北与杨 子板块的分界线。根据近年来横穿郯庐断裂带安徽段地学断面的研究成果( 马杏 垣等，l9 9 1 ；陈沪生等，1 9 9 9 ) ，郯庐断裂带己影响到了软流圈，为一名符其实 的岩石圈断裂。关于它的形成和演化研究，对于探索地球动力学特征有着重要 的理论意义，故一直都是地质学家致力研究的热点问题。 郯庐断裂带对中国东部中、新生代盐地的形成及演化有着重要的控制作用， 它不仅影响了诸盆地的基本构造、地层格架，还控制着盆地内油气的生成、运 移、聚集、圈闭形成( 特别是大型二级构造带的形成) 及油气的保存、油气藏的 分布等。现今仍在活动的郯庐断裂带，也是一条对中国东部地震活动有巨大影 响的强震活动带( 魏光兴等，1 9 9 3 ) 。郯庐断裂带的南段及两侧的邻近区域，历史 上曾发生过多次中强以上地震；19 7 9 年还曾发生过安徽固镇5 0 级地震。 此外，g i s 技术虽然已广泛应用于地质灾害评价、地球化学分析、地表及 地下数字模型构建等许多方面，但是，在构造地质学领域，由于学科的复杂性 和特殊性，一直缺乏与g i s 技术结合的理论与实践研究，仅仅有胡明星、郭达 志等( 1 9 9 8 年) 利用r s 与g i s 技术提取水系分析区域构造应力场的探讨。 尽管前人列举了大量的数据资料将郯庐的演化进行了的分期( 见下文) ，但 是他们的观点现在并不能达成共识，在演化时期以及应力方向等细节上还存在 很多分歧。因此，本文依据野外的脆性变形特征，对郯庐断裂带南段的演化进 2 行了细致的划分，并结合区域动力学背景，探讨了其演化的动力学机制，具有 较强的理论意义，也可为板内大型断裂带及其附近地区中一强震发生机理及今后 实际预测提供参考依据。此外，研究郯庐断裂带的构造特征，对明确今后的勘 探方向有着重要的现实及实践意义。第三，借助g i s 对郯庐断裂带南段的数据 建库和构造应力场分析也具有一定的理论与实践意义。 本文旨在通过对野外实测断层、节理、擦痕等地质记录的统计，应用相关 软件求解工作区不同时期的应力状态，结合区域构造应力背景以及地层等资料， 分析其几何学、运动学特征。并对郯庐断裂带南段的构造应力进行系统的分析， 将应力演化按不同的期次表现出来，得出其主应力的演化历史，从而反演其演 化历程，探讨郯庐断裂带南段应力演化特征，进一步了解郯庐断裂带的应力演 化趋势。并在此基础上总结所得数据，建立开放的地质数据库，可在将来的研 究中不断地更新及扩充，为今后的研究与实践提供数据基础和操作平台。 1 2国内外研究现状 走滑断层的构造特征是断层面或断层带近垂直，以水平( 走向) 主要的运动 方向。在国际上，现在一般认为，走滑断层在两大地质背景中很重要。一类是 以较小的构造出现在地壳的上部层位中，延伸一般不超过几十公里，例如侏罗 山脉( 法国和瑞士) 侏罗纪岩石内和威尔士内达费德( 彭布罗克郡) 的古生代岩石 中所出露的构造。更重要的一类是由区域或大陆规模的走滑断层组成，郯庐断 裂带即属于此类。此外还有美国西部的圣安德烈斯右行平移断层、新西兰的阿 尔卑斯右行平移断层、土耳其的n o r t ha n a t o l i a n 平移断层、苏格兰的大格伦平 移断层、日本列岛上左行平移的中央构造线等。这些大型构造有许多穿透了地 壳发育在现代或古代的板块边界上，许多还伴随有大规模的位移。如1 9 4 6 年 w q 肯尼迪证明苏格兰大峡谷断层有约1 5 0 k m 左旋走滑位移( 岩墙的错开表 明沿这条断层后来有右旋走向滑动并伴有正断位移) ，以及m l 希尔等人( 1 9 5 3 年) 提出圣安德烈斯断层系发生了大约5 0 0 k m 的水平位移等。 多年来，人们普遍认为所有的大型走滑断层都显示出与其它断层类型不同 的特征，即最大的位移一般出现在该构造的中央地区，朝断层的两端位移量逐 渐减少，主断层通过变成一系列次级断层而尖灭或终止。然而。近些年来，与 海底扩张有关的研究使人们认识到另一种类型的大走滑断层，即转换断层。转 换断层与典型的走滑断层不同，转换断层的位移在整个长度上大体保持不变。 无论是转换断层还是传统的走滑构造，它们的运动都可能产生各种各样的次生 构造，从沉积盆地、构造亚区和大型褶皱，到许多其它的次生断裂。这些长逾 数千千米的大型平移断层多不是局部构造运动的结果，而是区域板块运动的产 物，因此，对这些巨型断裂的研究，不仅是对断裂带本身的了解，也是揭示板 块汇聚过程与地球动力学演变的重要途径。 郯庐断裂带是中国大陆东部的一条大型平移断裂带，郯庐断裂带自1 9 5 7 年航磁大调查中被发现以来，已经有五十余年的研究历史。关于郯庐断裂带的 形成，一直存在着争议，通过对它沉积岩相古地理和岩浆活动的控制作用、断 裂两侧地壳块体的构造变形和断裂带内的构造岩的研究，许多学者提出了不同 的看法( 图1 2 ) 。 b 翼觊 一 ( 净盯 一 。j u 吖。 、潮 一一块 嘭 a 一转换断层模式( 据z h a n g 等，1 9 8 4 ) ；b 一缝合线模式( 据g i l d e r 等，1 9 9 9 ) ；c 一嵌 入模式( 据y i n 等，1 9 9 3 ) ；d 一撕裂断层模式( 据l i ，1 9 9 4 ) ；e 一枢纽断层模式( 据c h a n g ， 1 9 9 6 ) ；f 一陆内平移模式( 据x u 等，1 9 9 4 ) 图1 - 2郯庐断裂带起源形式的几种模式图 侯明金等( 2 0 0 4 ) 总结时指出，关于郯庐断裂带的形成起源主要有4 种观 占 、 1 它是一条自震旦纪或至少印支期开始发育的同沉积正断层( 劳秋元， 1 9 8 4 ) ： 2 是自印支期开始发育的n e 向的逆冲推覆断裂，作为扬子地块与华北地块 碰撞的对接带或转换断层( 李白堑等，l9 8 3 ，侯明金，2 0 0 4 ) ； 3 是自印支期发育的平移走滑系( 万天丰，1 9 9 6 ，朱光等，2 0 0 4 ) ； 4 是白燕山期开始发育的n e 、n n e 走向的线性延伸的、属于环太平洋构造 域横切欧亚大陆东部边缘的走滑断裂系统( 徐嘉玮，1 9 8 4 ，王小凤等，1 9 9 8 ， 侯明金等，2 0 0 3 ) 。 之所以存在上述诸多不同的认识，主要是因为郯庐断裂带是一条长寿断裂 带。在不同的时期不同的构造背景下，有不同的活动性质，不同研究者注重了 不同时间段的某种性质表现。 4 郯庐断裂带的活动，不仅记录了中国东部的动力学特征，也密切关系到新构 造运动、地震活动及其控制盆地内的油气勘探。徐嘉炜( 19 7 8 ) 曾总结郯庐断裂 带最后一期演化为晚第三纪以来的受压逆冲，兼有小幅度的右行平移。许多从 事新构造研究的学者也多持相同的观点( 强祖基等，19 8 4 ；高维明等，l9 8 4 ；陈 希祥，1 9 8 5 ；方仲景等，1 9 8 6 ；国家地震局地质研究所，1 9 8 7 ；汤有标等，1 9 9 0 ) 。 而万天丰( 1 9 9 2 ) 根据构造应力场恢复，认为郯庐断裂带始新世一渐新世受压逆冲， 中新世一早更新世受拉张，而中更新世以来呈右行走滑逆断层。王小凤等( 2 0 0 0 ) 则认为郯庐断裂带自晚白垩世末以来一直遭受近e w 向的挤压。因而，关于郯庐 断裂带的演化规律的认识还存在着许多分歧。作为切割深、延伸长的巨型断裂 带，其活动中必然有相应的深部地质过程发生。由此可见，对其进行应力场的 分期，是具有巨大理论与实践意义的。 地理信息系统，简称g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，又称土地资源 信息系统( l a n dr e s o u r c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，在我国有时也称资源与环境信息 系统( ( r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，虽然名称不同，但研究方 向、方法和内容是一致的。地理信息系统( g i s ) 是一种计算机化的以地理空间数 据为中心的信息系统，这些空间数据通常都与位置相联系，即是以计算机为应 用平台，对已有的数据资料进行分析和成图的工具。顾名思义，g i s 处理分析 的是与地理、位置或空间信息相关的数据，如地球上发生的地震事件等，并用 以支持决策的工具。它是随着社会生产力的发展，科学技术的进步，尤其是系 统科学、制图学、地理分析、遥感技术和计算机技术的发展，在最近2 0 多年逐 步发展起来的。世界上第一个地理信息系统是在19 6 3 年由加拿大测量学家 r r t o m l i n s o n 提出并建立的，主要用于自然资源的管理与规划。随后，美国哈 佛大学研究出s y m a p 系统软件。但是当时计算机技术水平不高，存储量小， 磁带存取速度慢，使得g i s 带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极为简单。 进入2 0 世纪7 0 年代后，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容 量的存储设备一硬盘的使用，为空间数据的输入、存储、检索和输出提供了强 有力的手段；高性能的图形显示器的发展，增加了人机对话和高质量图形显示功 能，促使g i s 朝着实用的方向迅速发展。一些发达国家先后建立了许多专业性 的土地信息系统和地理信息系统。例如1 9 7 0 年到1 9 7 6 年美国地质调查局就建 成了5 0 多个信息系统。一些商业公司开始活跃起来，软件在市场上受到欢迎， 据统计2 0 世纪7 0 年代大约有3 0 0 个系统投入使用，许多大学和研究机构开始 重视g i s 软件设计及应用研究，成立了各种g i s 实验室。 2 0 世纪8 0 年代是g i s 普及和推广应用阶段。由于计算机的发展，推出了 图形工作站和微机等性能价格比大为提高的新一代计算机。而2 0 世纪8 0 年代 后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输实效得到了极大的提高，它的应用 从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进 了地理信息产业的形成。进入2 0 世纪9 0 年代，市场上有报价的软件己达上千 种，并且涌现出了些有代表性的g i s 软件。如美国环境系统研究所( e s r i ) 研 制的著名g i s 软件a r c i n f o 和a r c v i e w 系列软件、m a p l n f o 公司研制的 m a p l n f o 软件以及由美国陆军部工程师结构工程研究实验室推出的地理资源分 析支持系统( g r a s s ) ，这些都标志着g i s 己经渗透到各行各业，愈来愈多的学 科，如地理学、工程学、地震工程学等都将g i s 作为研究发展的有力工具。 随着g i s 技术的发展，国外尤其发达国家将g i s 应用于地质科学研究方 面己做了很多工作。早在19 8 6 年加利福尼亚m e n l op a r k 地调局的e a r le b r a b b 就丌始使用g i s 的数据处理、数字绘图和数据管理等功能进行加利福尼亚 s a n m a t e o 地区的地质灾害研究。此后的2 0 多年来，g i s 技术在地学领域取得 了巨大的成就，近几年，美国、加拿大等采矿大国在矿山工程地质监测、预报 方面综合利用3 s 技术，建立起工程地质灾害空间数据库管理系统和工程地质 灾害的的分类及风险评估体系。从2 0 世纪8 0 年代至今，g i s 技术的应用也 从数据管理，多源数据集数字化输入和绘图输出，到d e m 或d t m 模型的使用， g i s 结合灾害评价模型的扩展分析，g i s 与决策支持系统( d s s ) 的集成和网络 g i s 逐步深入。可以预见，随着g i s 技术的进一步发展，将会涌现出越来越多 的方法应用于地质科学的研究和实践中。 我国g i s 的发展是从2 0 世纪8 0 年代初研究资源与环境信息系统开始的。 虽然和世界先进国家相比起步较晚，但在短短的2 0 年里，取得了令人瞩目的成 就。目前已经相继成立了一些专门的g i s 研究实体，并且已建立或正在建设一 批全国性、地方性综合或主题空间性信息系统，发展形式多种多样。此外，武 汉中地数码科技有限公司开发出了面向网络超大型分布式地理信息系统基础软 件平台m a p g i s ，并且广泛的应用在了包括地质科学在内的许多行业。 在地质科学中，g i s 在我国已成为地质制图、地质环境调查、地质环境评 价研究中不可或缺的工具，并且在理论研究与实践应用中取得了大量的成果， 如：刘希林等( 1 9 9 3 年) 根据大量调查统计资料，提出了判断泥石流危险程度和 评估泥石流泛滥堆积范围的方法；胡瑞林等( 1 9 9 4 年) 将计算机技术应用于地质 灾害评价初步提出了地质灾害评价的计算机模型预测系统与应用方法；黄素福 等( 1 9 9 4 年) 提出自然灾害风险评价的模型体系；郑世书、孙亚军等( 1 9 9 4 年) 利用 g i s 技术预测煤矿地下水涌水及矿区岩溶水害；雷明堂、蒋小珍等( 1 9 9 4 年) 运用 g i s 技术分析了岩溶塌陷，完成了唐山地区危险性评价及分区；原地质矿产部 水文地质工程研究所( 1 9 9 6 年) 将g i s 与智能决策支持系统结合，完成了“京津唐 地质灾害预测防治计算机辅助决策系统”；成都理工学院地质灾害防治与地质环 境保护国家专业实验室( 19 9 7 年) 利用g i s 完成了“山区小流域地质环境预测的 g i s 系统”的研究；罗文强、龚压( 1 9 9 9 年) 提出了滑坡风险评价的基本原理，并 导出了一个比较简单的计算滑坡保险率的理论公式；中科院地球化学所刘荣高、 6 李春来等( 2 0 0 0 年) 利用遥感和g i s 技术对贵州镇兴公路地质背景进行了评价；阮 沈勇、黄润秋等( 2 0 0 1 年) 对长江三峡库区的新滩一巴东库段的地质灾害进行了 研究，并利用信息量法模型与g i s 结合进行了危险性区划；武强、陈佩佩等( 2 0 0 2 年) 将g i s 与人工神经网络结合，对山西榆次地区地裂缝灾害进行了研究，并建 立了地裂缝危险性评价系统；2 0 0 3 年1 0 月中国地质环境监测院完成的“三峡库 区地质灾害调查评估综合研究”项目，在建立了基于m a p g i s 的三峡库区地质灾 害空间数据库的基础上，分析了地质灾害发育和分布与多触诱发因子的相关关 系、编制了三峡库区地质灾害“四度”区划区和地质灾害防治区划等。因此，在 信息化的时代，地质科学的研究与实践应用必将越来越多的结合g i s 技术的理 论与方法。 1 3研究的主要内容及技术路线 本文主要的研究内容包括： ( 1 ) 郯庐断裂带南段的地质背景； ( 2 ) 郯庐断裂带南段的古应力场恢复以及演化期次划分； ( 3 ) 郯庐断裂带南段的地质数据库构建； ( 4 ) 探索g i s 技术解决地质问题的方法。 针对以上研究内容，本文拟采用如下步骤开展研究： ( 1 ) 在充分收集、归纳和总结前人资料的基础上，通过实地调查来开展对 区域地质条件的研究。 ( 2 ) 通过野外对断裂及其伴生、派生构造的实地观察，根据野外断层及节 理的限制与切割关系等，对其构造进行期次划分，并以此通过各种辅助软件计 算求解各期次的主应力。最终对郯庐断裂带南段的古应力场演化加以研究。 ( 3 ) 综合已有的资料，利用g i s 技术编制数字地图管理地质数据，依据 数据库的构建原则，基本遵照第三范式构建空间数据库。 ( 4 ) 探索利用g i s 技术中的空间分析来辅助分析解决地质问题的方法。 7 第二章研究区概况 2 1 研究区自然地理概况 研究区为邦庐断裂带的南段，即郯庐断裂带在淮河以南至长江以北的部分。 主要经过桐城市、肥东县、桑涧、定远等地区。工作区位置图如下： 齐云山 图2 11 作区交通图 研究区地处亚热带季风型湿润气候区，气候温和，开照充足，雨水充沛， 四季分明。矿藏丰富，初步探明的有石墨、矾、花岗石、大理石、白云石、磷 矿石、云母、陶土、金、铜、铁等数十种。受国家保护的珍稀动物有金钱豹、 穿山甲、水灵猫、水獭、江豚、白鹤、巨晰等，珍稀植物有银杏、金钱松、鹅 掌楸、杜仲等，药用植物多达2 0 0 余种。经济繁荣，工业较为发达。 2 2研究区地层及岩石特征简述 地层的分析不仅是区域构造运动分析的基础，同时也是划定构造运动时期 的有效手段，如前所述，郯庐断裂是我国东部一条巨型断裂，它切割、错断了 大别一苏鲁造山带；构成了华南板块与华北板块的分界线，并在研究区的南段 切割了大别山，控制了东侧潜山盆地的发育，北段切割了张八岭，控制了其西 侧合肥瓮地的演化。因此，研究区的地层出露非常广泛，本文重点就郯庐断裂 所在区段及其与主断裂有关旁侧地层( 主要依据安徽省区域地质志) 作一简述： 2 2 1太古界 上太古界是区内最古老的地层，分布于五河、霍丘、大别山和肥东地区。 这些地层，在各地都是经过混合岩化作用改造的中深区域变质岩系。目前，将 其划分为霍丘群、五河群、大别山群和阚集群。 霍丘群分布于霍丘一寿县地区，是遭受混合岩化作用改造的火山一沉积变 质岩系，几乎全部被第四纪覆盖。五河群在区域混合岩化作用的改造下，形成 条带状及条痕状，部分h 艮球状注入混合岩和混合片麻岩，局部已成花岗质混合 片麻岩及混合花岗岩。大别山群分布于大别山区，是普遍经受区域混合岩化作 用改造的低角闪岩相和部分高绿片岩相区域变质岩系，西部局部地区达麻粒岩 相，东缘的大别杂岩，在剪切带糜棱岩的形成过程中普遍伴随有绿片岩相退变 质作用。阚集群分布于肥东桥头集一阚集一带，呈北北东向延伸，也是较普遍 受到混合岩化作用改造的低角闪岩相区域变质岩系，形成条带状、条痕状及眼 球状混合片麻岩，总体上也应属于火山一沉积岩系。 2 2 2 元古界 研究区内的元古界地层主要包括下元古界的肥东群和中元古界的张八岭 群。肥东群分布在肥东县东部西山驿一桥头集一带的郯庐断裂带内，呈北北东 向展布，地表出露为大型左行走滑韧性剪切带，也是整个断裂带上糜棱岩类出 露最好的地段，出现了一系列绿片岩相粗糜棱岩、糜棱岩、超糜棱岩、千糜岩 等，多叠加在高角闪岩相的区域变质岩之上。肥东群可分为双山组和桥头集组。 2 2 2 1 双山组 本组是较单一的含磷碳酸盐岩系。下部为青灰、灰白及少量玫瑰色白云质 大理岩及大理岩，夹少量斜长角闪岩和斜长角闪片岩、透闪片岩，底部是磷灰 岩及锰土；尚不为灰白色白云石大理岩。 9 2 2 2 2桥头集组 本组出露为墨绿、绿褐色角闪片岩、黑云片岩、角闪( 黑云) 斜长片麻岩， 底部央凸镜状大理岩及少量石墨石英片岩，岩石已普遍混合岩化。 张八岭群主要分布于滁州以西的张八岭地区，分为北将军组和西冷组。 2 2 2 3 北将军组 本组岩性稳定，下部为白云质大理岩夹千枚岩、钙质千枚岩及少量变质砂 岩等，向上千枚岩增多，大理岩中常见岩纹构造；上部为黄绿、墨绿色绢云石 英千枚岩夹绿泥绢云千枚岩、绢云千枚岩及少量绢云石英片岩，偏下部夹少量 含石墨千枚岩或石墨片岩及含碎屑大理岩。 2 2 2 4 西冷组 本组大致可分为三部分。上下部的岩性相近，为灰白、浅灰绿色石英角斑 岩及同类凝灰熔岩和熔凝灰岩，极少量的角砾凝灰岩和凝灰角砾岩，分别假1 2 层变质粉砂岩或千枚岩，局部有似层状或凸镜状结晶灰岩和硅质岩夹层； 中部岩性较为复杂，为灰白、灰紫、暗红、深灰等杂色石英角斑岩和同类凝灰 熔岩、凝灰角砾岩、角砾凝灰岩与角斑岩、细碧岩和同类凝灰角砾熔岩、角砾 凝灰岩等互层，有时夹一层千枚岩。 2 2 2 5 震旦系 在华北地层区，以局限台地相含硅钙镁碳酸盐沉积为主，夹少量砂泥质沉 积，藻类和蠕形动物繁盛，尤以富含叠层石为显著特色。沉积范围逐渐向北退 缩，海盆中心始终在宿州北东一带。在下扬子地层分区中，震旦系自下而上为 陆棚相砂泥质( 周岗组) 一冰水陆棚相含砾砂泥质( 苏家湾组) 一过渡带砂泥 质局限台地相碳酸盐( 陡山沱组上段和灯影组下部) 一盆地相硅质( 灯影组顶 部) 沉积。 2 2 3古生界 2 2 3 1奥陶系 主要为开阔台地至局限台地相沉积，其岩性为灰岩、白云质灰岩夹少量页 岩、硅质页岩。潜山县地区主要出露仑山组、红花园组、大湾组、牯牛潭组、 宝塔组、汤头组和五峰组。 1 仑山组：条带状大理岩，有时夹厚层石英岩、透闪阳起石大理岩。 2 红花园组：深灰色厚层含燧石条带( 或结核) 灰岩、白云质灰岩，局部 地区顶部夹有页岩。 3 大湾组：下部为青灰、黄绿色页岩，上部为灰岩。 4 牯牛潭组：灰岩、泥质灰岩、龟裂纹灰岩夹生物碎屑灰岩。 5 宝塔组：紫红色瘤状龟裂纹灰岩，向上泥质增高。 6 汤头组：灰绿色页岩及灰黄色泥灰岩。 7 五峰组：灰黑色硅质页岩及燧石层。 1 0 2 2 3 2志留系 1 高家边组：下段主要为灰黑色页岩，偶夹粉砂岩和细砂岩。中段主要为 黄绿色泥岩、页岩、粉砂质页岩，有时夹薄层细粒砂岩，上部砂岩夹层增多， 层面上见波痕。上段为灰绿、黄绿色薄层细粒砂岩、细粒长石石英砂岩及泥质 砂岩，与粉砂岩，粉砂质页岩互层。 2 坟头组：下段为灰绿、黄绿色、局部紫红色中厚一厚层细粒石英砂岩夹 薄层细粒尝试石英砂岩及黄绿色页片状具龟裂纹粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质 泥岩。上段为灰绿、黄绿色中一厚层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹细粒泥质石英 砂岩。 2 2 3 3泥瓮系 五通组：河流相碎屑沉积，可分为两段。下段岩性稳定，为灰白、粉紫色 中至厚层细粒石英砂岩夹少量薄层泥岩或粉砂岩，局部夹凸镜状铁矿层，偏下 部夹含砾细粒石英砂岩，底部为乳白色或浅棕色中厚一厚层石英砾岩，砾石含 量自下而上减少。上段为灰、灰黑色薄层粉砂质泥岩、泥岩、含炭质泥岩，与 灰白、棕黄色薄至中薄层细粒石英砂岩互层。总体为西部和北部较薄，东南部 偏厚。 2 2 3 4 石炭系 1 金陵组：含生物碎屑粉晶、微晶灰岩，底部铁制粉砂岩。 2 高骊山组：杂色砂质、粉砂质页岩，顶部灰白色石英砂岩，底部夹褐铁 矿，豆状赤铁矿。 3 和州组：上部为中一厚层亮晶生物碎屑灰岩，顶部炉渣状灰岩；下部为 生物碎屑白云质灰岩、泥岩。 4 黄龙组：下部灰质白云岩、白云岩，中部粗晶灰岩，上部纯灰岩。 5 一船山组：灰至深灰色灰岩，偏上部具球状构造，局部地区夹生物灰岩。 2 2 3 5 二叠系地层 1 栖霞组：底部碎屑岩段为灰、灰黄、灰黑色页岩、钙质页岩、炭质页岩， 夹砂岩及灰岩凸镜体，时夹煤层或高炭质页岩，局部地区底部含砾，沉积厚度 较小。下部臭灰岩段为深灰、灰黑色中薄至中层局部厚层沥青质灰岩，夹灰岩 和生物碎屑灰岩，有时央白云质灰岩或结晶灰岩。含燧石结核狄岩、大理岩化 灰岩、炭质灰岩。 2 孤峰组：下段主要岩性为深灰、灰褐色薄层硅质岩、硅质页岩央紫灰、 狄黄、棕黑色页岩、钙质页岩、炭质页岩及薄层粉砂岩、底部时夹灰岩凸镜体。 上段为深灰色、褐黄色薄层硅质岩夹蓝灰色、灰黄、土黄色硅质页岩、钙质页 岩，时夹泥质粉砂岩、页岩及灰岩凸镜体，局部地区还夹有含锰页岩或锰土层。 3 龙潭组：下部长石石英砂岩段主要为灰白、灰、褐黄、灰黄色薄至中厚 层细至中粗粒局部巨粒长石石英砂岩，夹砂岩、细粒砂岩、粉砂岩及砂质页岩。 中部含煤段为深灰、灰黑色页岩、炭质页岩、粉砂质页岩央细粒砂岩、粉砂岩、 长石石英砂岩、石英砂岩。上部灰岩段为深灰、灰黑色含燧石结核灰岩，时为 硅质灰岩、