山西太原西山东缘垂向构造样式分析

PAGE16项观杰：山西太原西山东缘垂向构造样式分析PAGE17题目：山西太原西山东缘垂向构造样式分析摘要摘要：晋祠泉—平泉位于晋中断陷区的西北缘，该地区处于太原西山地区的中心地带，出露地层主要为早古生界—中古生界地层，前人将该地区地层划分为两个构造亚层：碳酸盐岩地层（主要为奥陶系峰峰组灰岩、泥灰岩等）以其平行不整合面之上的石炭系-二叠系碎屑岩地层（主要为本溪组、太原组和山西组的砂岩、泥岩及煤层）。本文主要对这两个构造亚层进行构造变形分析，通过野外宏观构造特征观察和地球物理资料整理分析、室内绘制剖面图、裂隙产状投图分析、岩层产状投图分析表明，研究区的构造变形主要经历了3期构造变形。在这3期构造运动的作用下，研究区的碳酸岩岩层和碎屑岩岩层所发育的构造变形存在差异性变形。对其研究发现，碳酸岩和碎屑岩变形不协调，而这种垂向上的变形差异构成了这一区域构造的主要特征样式，发育有不协调褶皱。关键词：晋祠泉—平泉,碳酸盐岩,碎屑岩,变形差异,垂向变形差异性AbstractAbstract:Jinciquan-PingquanislocatedinthenorthwestmarginofJinzhonginterruptiondepressionarea,whichislocatedinthecenteroftheXishanareaofTaiyuan.TheoutcroppedstrataoftheareaaremainlyEarlyPaleozoic-MiddlePaleozoicstrata,whichweredividedintotwotectonicsublayersbythenumbers.ThetwotectonicsublayersareCarbonatestrata(mainlylimestoneandmarlofFengfengFormationofOrdovician)andCarboniferous-PermianClasticrockstrata(mainlysandstone,mudstoneandcoalseamofBenxiFormation,TaiyuanFormationandShanxiFormation)abovetheirparallelunconformities.Thispapermainlyanalysesthestructuraldeformationofthesetwostructuralsublayers.Throughtheobservationofmacro-structuralcharacteristicsinthefieldandthecollationandanalysisofgeophysicaldata,theindoordrawingofsectionmaps,themappinganalysisoffractureoccurrence,andthemappinganalysisofrockoccurrence,itshowsthatthestructuraldeformationinthestudyareamainlyundergoesthreestagesofstructuraldeformation.Undertheactionofthesethreestagesofstructuralmovement,therearedifferencesinthestructuraldeformationofcarbonateandclasticrocksinthestudyarea.Itisfoundthatthedeformationofcarbonaterocksandclasticrocksisinconsistent,andthisverticaldeformationdifferenceconstitutesthemaincharacteristicpatternoftheregionalstructure,andthereareinconsistentfolds.Keywords:Jinciquan—Pingquan,Carbonaterocks,Clasticrock,Deformationdifference,VerticalDeformationDifference目录序言5第一章区域地质概况81.1区域构造背景81.2地层特征91.3构造运动的多期活动性131.3.1燕山期141.3.2喜山期15第二章垂向构造样式的几何学特征152.1碳酸岩构造剖面特征分析172.2碎屑岩构造剖面特征分析18第三章构造活动期次分析20第四章构造运动演化背景与垂向变形模式23第五章小结25致谢26参考文献27序言一．研究区地理位置范围研究区位于山西省太原市吕梁山脉中部东麓的边山地区，行政区主要位于晋源区晋祠镇（图0-1）。地理坐标：E112019＇～112046＇，N37036＇～37055＇,属于暖温带大陆性季风气候，区域面积289km2。研究区地处太原市西南，西依龙山，与古交市接壤；东傍汾水，与小店区隔河相望；北起义井东街，与万柏林区毗邻；南至姚村镇高家堡，与清徐县相连。地势南北延伸，山川各半，研究区内东西两山对峙，中间为向南呈开放形的开阔河谷平原，辖金胜、晋祠、姚村3个镇，义井、罗城、晋源3个街道，90个行政村及18个社区。研究区交通主要有有太汾、太祁、太榆、太旧4条过境公路线和石太、同蒲过境铁路线及太原武宿国际机场，铁路有石太铁路以及如蛛网般密布的乡间小道，交通极为便利。图0-1研究区交通图二．选题依据本论文是在山西太原晋祠复流项目支撑下完成的，所参照的图幅为1:20万榆次图幅，再对研究资料以及数据进行具体的系统分析，结合实际的野外地质调查发现，运用最新的技术手段以及理论方法，具体分析山西太原西山晋祠垂向上构造样式的形成及其演化，研究其垂向构造样式的差异及其地质特征，进而分析其在地质历史中的演化发展及其与构造运动的关系。三．研究现状晋祠泉生态复流项目具有很大的研究意义，由于大规模的地壳运动，导致了晋祠周边的岩石发生多种复杂的运动，对晋祠的生态环境最严重的后果就是导致了晋祠泉的断流，而这个研究的主要目的就是为了研究大地构造运动所发育的垂向构造样式的差异对晋祠区域地下水的流动与富集带来的一系列影响。而根据大项目的总体设计要求，我们团队的研究区域主要处于太原西山东缘地区（晋祠泉——平泉），以这一区域为我们的核心构造解析研究区。本次的实习调查以绘制1:2000-1:5000构造剖面图和绘制1:5000大比例构造填图为主要研究手段，系统的收集构造体系的三维空间产状要素，特别是研究区的主要构造样式（褶皱、断层）以及它们之间的配套以及分期关系，更为重要的是，要特别注意分析主体构造系统与其次级伴生小构造系统（节理、裂隙）的空间产出状态之间的关系以及两者之间的配套与分期关系，从而更好的分析讨论褶皱、断层、节理和裂隙等构造系统对岩溶作用的不同影响程度。在此过程中，我们不仅要分析主体大构造的形成过程，同时还要理清主体构造之间的次序，以及之间的配套叠加关系，深入的总结该区域的变形特征与变形规律，为水文地质研究和分析此地区地下水的流动与富集有着重要意义。四．论文主要研究内容（1）晋祠泉——平泉的区域地质特征；（2）晋祠泉——平泉的大地构造背景及其演化过程；（3）主体构造与伴生构造之间的分期配套关系；（4）垂向上构造样式变形的差异性。五．完成的主要工作量本人与团队成员一起与2018年7月在山西太原西山进行了为期一周的毕业生产实习工作，较为圆满的完成了毕业生产实习，与团队成员一起收集了大量第一手的原始资料；回到学校又在导师的帮助下进行了大量中英文文献的阅读，同时还在室内绘制了许多研究区有关的图件，为完成本次毕业论文做足了必要的准备。主要工作量见表1所示:表１完成的主要工作量统计工作项目工作量工作项目工作量野外地质路线条照相张野外定点观察点野外记录本本野外素描幅编制大小图件余张采集标本块参考有关文献篇

第一章区域地质概况1.1区域大地构造背景研究区位于我国山西省太原市的西山地区东缘，而在中国区域大地构造的格局中，山西太原位于华北板块中部地区，是我国早前寒武纪变质岩典型的出露地区之一；其西部为鄂尔多斯陆块和阴山陆块，东部为东部陆块[1]。自中生代以来，华北板块岩石圈地幔发生过多次减薄和破坏，其破坏中心主要位于东部地块，其西部地块保存较为完整[2]。山西西山地区的构造格架主要于中生代发育而成，其构造形迹在研究区的南北两端表现为NE-SW向，中部为NNE-SSW向（图1-1）。自新生代以来，在燕山期构造上叠加汾渭裂谷系，其形态上表现为隆起与带状凹陷特征明显[3]。图1-1研究区大地构造地质图研究区所在晋祠泉区域属于晋中断陷区的西北缘，该地区处于太原西山地区的中心地带，该地区出露地层主要为早古生界-中生界地层。该线，前人将其划分为两个构造（亚）层。研究区的发生变形的主体阶段为燕山期和地区出露有石炭系本溪组与奥陶系峰峰组的平行不整合界面，以这个平行不整合面为界喜山期，主要发育有NE-SW向和NNW-SSE向的正断层以及褶皱组合构造组合样式，该地区的大型正断层组合多呈现NE-SW向的地堑与地垒。从构造形迹上来看，西山地区表现为两翼不对称的复式向斜构造，包括了多个呈“S”型展布的大型向斜以及一系列小型褶皱。褶皱构造主要由狮子河向斜、马兰向斜和东社向斜、水峪贯向斜等组成，其西翼多陡峭，东翼平缓开阔，多被NE-SW向断层所切割。断裂主要分布在晋祠泉区域的SE和SW两侧，构成了西山地区天然边界。按照山西地区经过多年研究形成的三种学术观点里的断块构造学说的划分方案，太原西山地区位于五台山块隆南部的次级构造单元—古交掀斜地块的东南部，研究区中部为新生代叠加的晋中新断陷次级构造单元—太原断陷盆地，古交掀斜地块为五台山块隆的主要含煤区域，地块内的地层展布北老、南新总体向南南东缓倾[4]。研究区内无古老地层出露，主要出露地层为寒武系上统——二叠系上统地层，在总体上呈现为向南倾斜的单斜构造。
在本次的研究实习中，我们将晋祠泉区域的构造形迹划分为四种主要类型：①近东西向（纬向）构造，主要分布在寒武——奥陶系地层中，多形成向南的滑脱构造；②近南北向（经向）构造，主要分布在寒武——三叠系中，多形成南北向褶皱，是太原西山地区主体构造类型；③NE-SW构造，主要分布太原西山二叠——三叠系中，多形成NE-SW向断层与同向褶皱系统，该期构造叠加在早期南北向褶皱之上。④伸展构造，在早期构造基础上，发育有NE向和NNW向正断层（如晋祠断裂、清交断裂等）组合为代表的伸展构造，正断层多组合形成NE向的地堑与地垒构造。1.2地层特征太原西山地区为研究区所处的大环境，山西主要出露有早古生界-中生界地层，一般分为前寒武纪变质基底、中新元古界、寒武系-奥陶系、石炭纪-二叠纪含煤岩系、中上二叠统、三叠系和侏罗系[5]。研究区主要位于山西地层分区的中部，所在的地质图幅包含的地层主要为寒武系、奥陶系（以奥陶系中统为主）仅于图幅的北部有零星分布于其上，而图幅中的主要出露地层在研究区域内广泛发育，太原西山地区大面积出露并广泛发育的地层为石炭系、二叠系地层（图1-1），同时也发育有奥陶系地层（如峰峰组地层）。太原盆地内则主要分布有第四系的沉积物。在对比分析的基础上，本次研究所采用的主要地层单位如表2所示：表2太原西山地区主要沉积地层对比表区内已有1:5万区调地质图《山西省区域地质志》1989与本项目用《全国地层多重划分对比研究—山西省岩石地层》1997群组段代号组段代号组段代号汾河组Qhf汾河组Qhf汾河组Qhf马兰组Qp3m马兰组Qp3m马兰组Qp3m离石组Qp2l离石组Qp2l离石组Qp2l静乐组N2j静乐组N2j静乐组N2j保德组N2b保德组N2b保德组N2b陈家庄组T2c二马营组T2e二马营组T2e石千峰群和尚沟组T1h和尚沟组T1h和尚沟组T1h刘家沟组T1l刘家沟组T1l刘家沟组T1l孙家沟组P2s石千峰组P2sh孙家沟组P2s石盒子群天龙寺组三段P2t3上石盒子组三段P2s3石盒子组平顶山段P2sp二段P2t2二段P2s2神岩段P2ss一段P2t1一段P2s1天龙寺段P2st化客头组二段P1h2下石盒子组二段P1x2化客头段P1sh一段P1h1一段P1x1骆驼脖子段P1s1月门沟群山西组C3s山西组P1s山西组CPs太原组毛儿沟段C3tm太原组三段C2t3太原组C2-P1t晋祠段C3tj二段C2t2半沟段C3tb一段C2t1孝义组C2x本溪组C2b湖田段C2th马家沟组六段O2m6峰峰组二段O2f2马家沟组六段O2m6五段O2m5一段O2f1五段O2m5四段O2m4上马家沟组二-三段O2s2-3四段O1m4三段O2m3一段O2s1三段O1m3二段O2m2下马家沟组二-三段O2x2-3二段O1m2一段O2m1一段O2x1一段O1m1三山子组三段O1s3亮甲山组O1l亮甲山组（相变）l段O1sl二段O1s2冶里组O1y冶里组（相变）y段O1sy一段Є3s1凤山组Є3f炒米店组（相变）c段Є3sc1.前寒武纪变质基底晋祠泉区域的前寒武纪变质基底主要包括太古界界河口群、吕梁山群以及元古界长城系，主要分布在晋祠泉区域的正北部与正西部，如汾河渗漏段龙尾头等地[6][7]。这些地区发育的前寒武纪变质基底多以断层形式与沉积盖层相分隔。太古界界河口群的主要岩性为变质程度较高的片麻岩，其中以片岩为主，多夹大理岩和石英岩，片麻岩多发生部分熔融；吕梁山群主要为斜长角闪片麻岩、黑云母角闪片麻岩，变辉绿岩和灰绿色千枚岩的组合。长城系（霍山群）主要为一套肉红色、紫红色系厚层状石英砂岩，底部多发育有砾岩。2.寒武系 在晋祠图幅上的寒武系的地层从前人对山西太原的研究资料可以确定该地层为三山子组一段，出露岩石为灰色厚层状中—细粒结晶白云岩；而三山子组二段和三段地层属于奥陶系下统，其发育的岩石与一段一样都是白云岩，二段是灰色白云岩与叶状白云岩互层；三段式灰色白云岩，其中下部含有燧石条带及鲕粒[8]。3.奥陶系晋祠泉区域的奥陶系的出露地层以上马家沟组以及峰峰组的地层分布最为广泛，下马家沟组仅出露于太原西山汾河河谷及其两侧，其中下马家沟组在太原东山冲沟底部局部亦有出露，与上伏石炭系本溪组呈平行不整合接触关系，与下伏寒武系地层呈整合接触关系。冶里组（O1y）为一套浅灰、灰白色薄层状白云岩、白云质灰岩、泥灰岩，中部夹有竹叶状灰岩、硅质灰岩。亮甲山组（O1l）上部为深灰、灰白色厚层-巨厚层状细-粗粒白云岩及白云质灰岩，顶部发育串珠状燧石，下部多为薄层状硅质灰岩夹白云岩。下马家沟组（O2x）可以分为O2x1和O2x2-3，O2x1中发育的岩石为灰黄色角砾状泥灰岩夹泥质白云岩，其下部为薄层砂岩与白云质灰岩互层；O2x2-3中发育的岩石为灰色云斑状白云质灰岩、灰质白云岩互层，夹有泥质白云岩上马家沟组（O2s）可以分为O2s1和O2s2-3,O2s1中发育的岩石为灰黄色角砾状泥灰岩、泥质白云岩互层；O2s2-3中发育的岩石可以划分为两个部分，下部云斑状白云质灰岩，上部灰色厚层状含白云质灰岩夹灰白、灰黄色薄—中厚层状灰质泥质白云岩，中间白云岩局部含有燧石。峰峰组（O2f）分为两段，O2f1和O2f2，在实习区内峰峰组一段O2f1很厚，厚度为103.1米，但在地表以上出露的厚度只有30-40米，发育的岩石主要为灰白色厚层状灰岩、浅灰色中薄层—中厚层状泥灰岩，向上逐渐过渡为白云质泥灰岩，顺层发育有岩溶现象，层间充填有网格状方解石，发育有大量裂隙溶孔直径约为3cm，在其中也发育了大量的岩溶角砾；峰峰组二段O2f2较薄，厚度仅有4.7米，发育的岩石主要为深灰色中厚层状灰岩和下部的泥灰岩以及角砾状石灰岩以及白云质灰岩，局部含有白云质、泥质，其铁染现象较为普遍，峰峰组一段上部多破裂、岩溶发育，下部岩石较软、破裂较少，溶洞在峰峰组地层中发育较广泛。且与上覆本溪组平行不整合接触，这也说明了在本溪组之前发生了一次较强的构造运动致使地壳抬升，遭受到剧烈的剥蚀，致使峰峰组一段与二段厚度差异异常大。而峰峰组一段的岩石减薄，则说明另一次构造运动。4.石炭系晋祠泉区域的石炭系地层主要分布于太原西山山前地带，与下伏的奥陶系地层中的峰峰组地层呈平行不整合接触关系。在研究区内广泛发育着本溪组（C2b）地层，发育岩石主要为灰色泥岩、页岩，下部含有铁矿团块；上部常含铝土矿。并且在明仙沟D9507处可见本溪组岩层受到上覆太原组坚硬的砂岩在重力作用下产生的的滑脱作用，致使太原组岩石局部在一定程度上发生了减薄作用，但由于本溪组的岩石能干性差，因此本溪组岩层并未发生断裂。在研究区内太原组地层也大量发育，但向下逐渐减少最后在半山腰消失仅出露峰峰组地层。太原组地层发育岩石可以分为三段，下部岩层为黑色页岩夹薄层灰岩、少量砂岩及煤线；中间岩层的下部为灰白色粉砂岩，中上部为黑色砂质页岩、薄层灰岩、砂岩及煤层；上部岩层的下部为深灰色灰岩夹黑色泥岩及薄层煤，上部为灰色砂岩及黑色黑色泥岩，泥岩富含含菱铁矿结核。太原组岩层中发育有多组节理，这对地下水的流向有很好的控制作用。太原组煤层中发育有砂体，煤层厚度与砂体的粒度成反比，底砾岩通常称为晋祠砂岩。5.二叠系晋祠泉区域的二叠系地层主要分布于石千峰、庙前山的区域，主要由一套砂岩、砂质页岩、泥岩组成，构成陆相沉积环境，二叠系地层与下伏的石炭系太原组地层呈整合接触关系。6.三叠系晋祠泉区域的三叠系地层包括有和尚沟组、二马营组和刘家沟组三组地层，均为整合接触关系，这几组地层主要产出于交城的西北山区，二马营组和刘家沟组地层发育较为完整，为一套灰紫、紫红色、灰绿、灰色的中细粒、细粒长石石英砂岩夹有砂质泥岩。7.新近纪晋祠泉区域的新近纪地层主要为中新统保德组和静乐组，主要产出为一套坡洪积相及洪积-河湖相沉积，为一套棕色、暗红色、深红色粘土以及砂质粘土，夹有钙质结核层，下部常发育有胶结、半胶结的砾石层。8.第四系晋祠泉区域的第四系地层主要为洪积物、残积物、坡积物等松散堆积物，主要由中更新统离石组、上更新统马兰组和全新统汾河组组成[9]。三组地层均具有良好的含水性，主要由粘土、钙质结核、半胶结的砾石层或钙质结核层以及砂质黏土以及泥质碎屑，还发育有非常良好的含水层。离石组（Qp2l）为一套红色、浅红色粘土及砂质粘土，夹多层理藏土，含钙质结核。底部常含半胶结的砾石层或钙质结核层。马兰组（Qp3m）为一套浅黄色粉砂土，中部时含砂层或砂砾层；底部时含豆状、卵状钙质结核，多分布于丘陵及梁、垣、峁之上。汾河组（Qhf）为近代冲积、洪积层，杂色、灰黄色砾石、卵石、砂土、砂质粘土及泥质碎屑，多分布于河床及其两侧，不整合于各地层之上，常为良好的含水层。1.3构造运动的多期活动性对构造运动进行分期划分，首先需要在总体上对断裂构造的组合样式进行运动学分析，其次还需要对构造活动的形成以及运动进行研究，其中所出现的问题主要有地块的运动方向和应力的剪切方向，以及断裂的位移距离、地块的伸展量或者缩短量和断裂的运动方式，还有与应力的应变型式以及应变速率，然后根据所研究得到的数据资料建立所需要的应变场模型、几何学模型和运动学模型，同时进行应变场、运动学以及几何学分析[10]。在研究区经过多次构造活动，断层与褶皱所组成的构造组合样式经过了多期次改造，大体可以将区域上大的构造运动主要分为燕山运动和喜山运动[11]。每一个地区的构造样式形成的运动学机制也不相同，因此在研究区的地表上可以看到不同的构造组合样式。在结合前人研究山西太原西山的区域大地构造活动的基础上，我们认为太原西山的构造样式的发育与华北克拉通的破坏（活化）有关，华北克拉通的破坏（活化）问题在学术界一直是热点问题[12]。自中生代以来，华北克拉通之下岩石圈地幔发生了一系列的减薄、破坏作用，而这一破坏作用的中心就位于华北克拉通的东部地块，其西部地块基本保持了其完整性，而太原西山地区就处于中部向西部过渡的过渡区边缘[13]。在大地区域构造上研究区区划分为晋中断陷区，主要是燕山期和喜山期构造运动的产物，其内部发育有一系列NE向和NNW向的正断层及褶皱组合，大型正断层多组合形成NE向的地堑与地垒构造，其岩石构造组合及构造特征主要与燕山运动相吻合。图1-2华北克拉通大地构造单元分解图（李三忠，赵国春等，2012）1.3.1燕山期燕山期构造运动在山西省太原西山区域发育了一系列背向斜构造组合样式，在燕山运动之前太原西山的向斜构造样式尚未形成[14]。在地形上，太原西山地区与太原盆地、太原东山以及晋中地区连结成为一个整体，在构造上构成了晋东南向斜的西北端。参考前人的研究资料太原西山地区的的构造断裂的演化过程主要发育与中生代晚期和末期。而在燕山运动之前，中国古大陆的地块较为稳定，是一个统一的稳定地块[15]。在那之后华北克拉通地块相继受到了古太平洋的向北西挤压的应力作用和来自特提斯洋的应力作用的影响，形成了区内前新生代的挤压构造样式与构造体系[16]。同时燕山运动中同时也形成了共轭减破裂，燕山晚期运动发生在白垩纪末期，第三系与白垩系及更老地层之间的不整合，代表白垩纪末的燕山晚期运动。燕山晚期沿一些深大断裂带附近还发生了岩脉或矿脉活动，其展布方向也指示了该期构造应力场[17]。燕山运动的发生导致了华北克拉通的结晶基底发生了破裂解体（活化），太原西山地区受到了燕山运动的岩浆运动的侵入作用并导致了上覆岩层产生了强烈的破坏，形成了复杂的构造形态。受到东侧太平洋板块的俯冲作用的影响，太原西山岩体受到了SEE—NWW向的水平挤压作用[16]，形成了现今的西山地区的构造格局的基础。这是研究区晚古生代以来所遭受的最明显的一次挤压构造变形。1.3.2喜山期喜山运动泛指新生代以来的造山运动，主要发生在第三纪，在亚洲大陆广泛发育，从6500万年前的新生代开始，太行山山前断裂带以东开始大面积沉降而逐渐形成广阔的华北平原，断裂带以西则大面积持续隆起。在新生代，西山由早期的挤压体制转向伸展体制。这一变化主要与两种动力源有关：一种是来自深部地幔隆起造成的岩石圈上拱、开裂和薄化，从而导致表浅层脆性断裂发生伸展、下陷和接受沉积[18]；另一种是由中国大陆周邻其它板块运动的应力场转化，使原有的挤压断裂面转化成张性，发生构造反转。在早更新世，太原西山地区的抬升速率明显增加，剥蚀作用亦随之增强，从而使较老的地层出露地表。中晚更新世，晋祠断层和西铭断层的下盘抬升幅度较大，致使上古生界奥陶系灰岩出露地表，西山地区东部的地层总体向西倾斜，再加西铭断层下盘的奥灰岩与晋东南向斜北翼的奥灰岩连为一体，从而构成了向南倾伏的太原西山向斜的形态。喜山晚期运动主要发生在新第三纪末期，其强度相对较弱，因此对古生代、中生代地层和老断裂的变形影响不明显，主要表现为对下第三系的破坏和改造[19]。研究区喜山晚期的构造变形不是很强烈，造成的构造形迹较少，因此太原西山地区近东西向至NEE向的断层向北偏转，从而与太原东山的构造形态产生方位差异。NNW-SSE向的伸展作用，使早期共扼剪破裂中NW向剪切构造得以发育形成正断层，切割早期的构造形迹（如NE向断层等），从而形成现今的构造格局。第二章垂向构造样式的几何学特征在研究区域内发育的构造类型主要是许多大角度的正断层以及大型褶皱的构造组合样式，由这些大角度的正断层在走向上近似平行排列成地堑、地垒构造。根据实际测量的研究分析可以将区域上大的构造运动分为3个期次：NE—SW向断裂、近南北向断裂、NNW—SSE向褶皱带，在研究山西太原西山的大地区域构造是对三次构造活动的分期进行了大量的实测工作，以及描绘了大量的的构造剖面图（图2-1）。图2-1晋祠区联合剖面图（上）和D9507岩层差异变形（下）在这张晋祠区联合剖面图上可以很明显的看出上下地层构造变形具有相当大的差异性，造成这种明显的差异性是因为岩石的能干性不同，由此反映出来的是岩石在水平应力的挤压作用下，岩石由于下部的岩石能干性强，上部的岩石能干性弱，所以差异性明显，而根据实际测量，可以确定这种水平应力的所确定褶皱轴迹的大体方向为NNW—SSE方向，将之称为NNW—SSE向褶皱带。而这种地层上构造样式的垂向上的差异构成了这一区域构造的主要特征样式（图2-1），分为上构造亚层和下构造亚层，由本溪组和峰峰组的不整合界面分割开来。下构造亚层的变形程度大，岩层厚度大，发育有大量裂隙，且岩层面呈弯曲状；上构造亚层的变形程度小，岩层厚度小，岩层层面较平直，且岩层受到垂直方向的应力作用，岩层发生了减薄破坏，上下构造亚层的不同构造变形样式构成了地层上构造样式的垂向上的差异性。从图2-1上还可以看出研究区内发育有大量的正断层，这些断层将整个地区表层切割成大量的断块，断块对地层产生影响，同时联合在一起构成地堑、地垒构造样式。对断层的方向进行统计，将之分为NE—SW向断裂、近南北向断裂，可以确定的是NNW—SSE向褶皱带的发生时间在NE—SW向断裂、近南北向断裂之前。这两个构造活动之间地层岩层间的垂向构造差异变化非常明显。2.1碳酸岩构造剖面特征分析明仙沟位于本次晋祠调查区的东缘，主要出露有峰峰组灰色中厚层状微晶灰岩与本溪组灰色泥岩、太原组砂岩与薄层灰岩。本次调查的构造剖面特征显示，明仙沟上出露的碳酸盐岩地层为奥陶系峰峰组灰岩、泥灰岩，地层形态主要以宽缓褶皱为特征，宽缓褶皱的具体形态主要有箱状褶皱，这表明褶皱的形成过程主要与滑脱构造作用有关，其滑脱的软弱层主要为于峰峰组不整合接触的本溪组地层，在明仙沟D9507有现象充分表明这一点（图2-2）。通过对研究区的研究可以表明该地区先后经过NNW—SSE向褶皱带和近南北向断裂的构造运动的影响，研究区的数据研究表明明仙沟地区的褶皱轴迹方位为NE—SW向，轴面近乎直立。在形成褶皱主体构造之后，显示出受到后期近南北向、NE-SW向断裂作用强烈改造，出现有以地垒式构造为代表的伸展构造记录。在断裂和次级裂隙构造发育处，往往出现有明显的岩溶作用改造。在晋祠区联合剖面图的主要出露地层主要有峰峰组二段的灰黑色厚层——巨厚层灰岩（图2-1），岩石内部裂隙发育，主要产出近直立的切层裂隙，裂隙主要表现为张性或张扭性，局部发育有岩溶角砾岩。以明仙沟北部断层处的节理露头为例，中厚层状灰岩发育有三组节理（图2-3）。其中，NE-SW向高角度节理为优势节理，与区域主断层面产状一致，性质为张剪性。在晋祠泉周缘碳酸盐岩的NE-SW向断裂区，基岩中次级裂隙以NE-SW向为主；在断裂区之外，基岩中次级裂隙多以近东西向、近南北向和顺层产出，以南北向为主。在NW-SW向断裂与近南北向断裂的复合叠加部位，多形成大规模古岩溶作用。在风峪沟和明仙沟的地层中，主体的岩石地层为峰峰组地层，而研究区的断裂活动对峰峰组的碳酸岩的改造作用较为明显，其岩溶作用较为发育，峰峰组地层二段灰岩中包裹有砂和泥，且岩石中还有方解石析出，这都是碳酸岩在构造活动的影响下所发育的变形特征。且峰峰组内常出现有典型的溶岩角砾岩，其形状为棱角状—次棱角状，大小不一，以2-5cm为主，显示出岩石破碎后受到岩溶作用的改造，在峰峰组的灰白色中薄层灰岩破碎感较强，所形成的构造岩多为张性角砾岩（图2-3），以棱角状为主，显示了边山断裂的影响范围较宽，在明仙沟有大量的岩溶作用发育，且还有一些小型的岩溶溶洞发育，对溶洞的研究可以很好的追溯古地下水的流动方向以及作为参考资料研究现今地下水的流向,在考虑构造影响的同时，还应考虑煤矿带压对地下水流向的影响[20]。图2-3明仙沟节理测量点（MX-2）野外特征（左）与节理玫瑰花图（中）岩溶角砾岩（右）2.2碎屑岩构造剖面特征分析明仙沟的碎屑岩的出露地层主要为平行不整合面之上的石炭系—二叠系碎屑岩地层（主要为本溪组、太原组和山西组的砂岩、泥岩和煤层），地层形态主要以断块为特征，几个大型正断层切断将峰峰组二段以下的地层切断，形成大型的地堑地垒构造。而小型的正断层切断本溪组和太原组的碎屑岩形成小型的地堑地垒构造组合样式，而这些断块的形成过程主要与晋祠区最后一次大型的构造活动NE—SW向断裂有关。断块之内有一些地层发生弯曲变形，形成断褶块，在这一主要地层岩石为碎屑岩的构造亚层内，岩溶作用不发育，断裂作用极为发育，发育有构造角砾岩，以棱角状为主，粒径多为10-20cm，在这一构造亚层中，断裂带大多沿NE—SW向延伸。这一构造亚层的断裂带内岩石多发生明显破碎，且由于属于碎屑岩，基本地面多成沟谷状负地形。太原组地层主要为灰褐色中厚层状粉砂岩，向上过渡为薄层砂岩，夹有少量页岩，节理极发育，在研究区周缘的碎屑岩区，NE—SW向断裂和边山断裂等宏观断裂体系对于基岩裂隙分布同样具有明显的控制作用。这主要表现在，岩石在早期褶皱变形过程中，由于层间滑动而形成顺层裂隙；在后期NW-SE向挤压作用下，岩石发生破裂而多形成共轭节理，后期则形成张剪性节理。能干性不同的碎屑岩裂隙发育程度有一定差异性。能干性较强的岩层（如厚层砂岩）主要发育近东西向张性裂隙与顺层裂隙，对应于早期近东西性挤压作用；能干性较弱的岩层（如薄层粉砂岩）主要发育NE-SW向压剪性裂隙与顺层裂隙，对应于晚期NW-SE向挤压作用。图2-4黄楼村节理测量点（HL-1-3）野外特征（左）与节理玫瑰花图（右）以黄楼村杏坪村东节理为例，岩石中节理较为发育（图2-3），优势节理为NNE-SSW、NWW-SEE共轭高角度剪节理，代表岩石在剪应力作用下形成的X型共轭节理，主应力方位为NW-SE向。第三章构造活动期次分析在明仙沟D9501出露有太原组灰黑色薄层粉砂岩夹有青灰色砂岩，产状为160o<30o，同时在离其不远的地方发现了O2f2的岩层，岩层产状近乎水平，在短短不到10m的地方岩层发生了突变，根据太原组岩层的逆向拖曳现象和区域上该地区属于伸展的构造背景，对其性质可以确定为正断层（图3-2左上），由于断裂带已经被风化剥蚀，根据周围地形的变化以及岩层的出露情况，也可以确定断层断裂带的方向为NE—SW向，不能测量出断裂带的产状（断裂带已被风化剥蚀）。图3-2联合图在D9501的O2f2的岩层中，发育有一条切穿岩层的小型断裂（图3-2右上），小型断裂旁发育有阶梯状的之字形裂隙、水平擦痕和垂向擦痕。对水平擦痕进行方向测量，其方向大致为近南北向，用手触摸这个擦痕发现擦痕很淡，痕迹不深，已经不能指示运动方向，这说明了一点：水平构造被NE—SW向断裂改造过，但由于改造作用不够剧烈，改造方向也与水平擦痕方向不同，一部分水平擦痕在局部岩石上保留了下来。垂向擦痕是NE—SW向断裂留下的证据，在O2f2的岩层中发育的小型断裂则是断层的次生产物（图3-2左下），由于这条断裂，造成了上覆岩石C2b和O2f2的不整合界面部分的大量滑脱，同时发育了一条阶梯状裂隙，这条裂隙控制了地下水流的流向（沿着裂隙面顺层滑动）。沿着D9501向下观察，观察到许多由近南北断裂控制发育的水平擦痕。对沿途的水平擦痕都进行了测量，发现水平擦痕都指示着近南北方向（图3-2右下）。充分说明了该地区存在一条近南北方向的断裂带。在D9506观察到大型的岩溶地貌，在这一个大型的岩溶地貌之中有岩溶漏斗、箱状褶皱、断裂带等构造现象。岩溶现象发育的地方为恰好为一断裂带，经过测量确定断裂带方向是NE—SW向，这一现象可以证明NE—SW向断裂作用的时间比近南北向断裂作用时间晚（图3-3）。该大型岩溶地貌产的物结晶好、结晶颗粒大，推测岩溶产生时间为第四纪，由地下水的溶蚀作用发育而成，而断裂带内破碎的岩石则更容易被地下水充分溶蚀，这就说明NE—SW向断裂作用的时间晚，因为NE—SW向断裂将近南北向断裂作用的痕迹进行了再一次的改造。在近南北向断裂方向上的也发现有岩溶现象，这些岩溶大部分属于古岩溶，没有现今岩溶结晶好，且在部分岩溶孔洞中可以观察到有物质充填在其中，这也证明了NE—SW向断裂作用时间比近南北向晚。图3-3岩溶现象根据上图崖壁岩层的出露迹线可以看出这是一个箱状褶皱被NE—SW向断裂切割后留下的痕迹。根据地质体切割原理，可以确定NE—SW向断裂比NNW—SSE褶皱带晚，根据在地层中就已经叙述的理由，可以得出近南北向断裂作用的时间比NNW—SSE褶皱带晚。图2-3明仙沟沟口构造短剖面图与D9515裂隙产状统计图与D9514岩层产状图在D9515中我们进行了裂隙的极射赤平投影，在裂隙产状投图的图中（图2-3），我们可以看出，投图有3组应力方向：NE—SW向、近南北向、NNW—SSE向。证明，研究区经历了3次构造活动：NE—SW向断裂、近南北向断裂、NNW—SSE向褶皱带，这三组构造运动都在岩层上发育了裂隙，且留下了相应的痕迹，通过极射赤平投影可以将之分门别类，而在这三组构造应力中我们可以发现NE—SW向的应力方向是最为明显的。由于每一次构造活动的发生都会对地层中已存在的构造现象进行相应的改造，可以说明NE—SW向构造活动的时间是离现今最近的，在其发生后还没有经历过其他较为活跃的构造活动对NE—SW向断裂构造进行明显的改造，上述种种均可以说明一点：NE—SW向断裂发生的时间比近南北向断裂晚。从图2-3中我们可以看出，在断层周围的岩层产状经过极射赤平投影后的点聚集后自动生成的一条最优选曲线代表的是褶皱枢纽的方向，由此可以确定其对应的应力方向为NE—SW向。这一证据更是可以说明，构造活动时间最晚的是NE—SW向断裂，这一断裂主要为伸展构造，产生正断层，但同时也对地层产生轻微的影响，并在岩层上记录下证据，根据这些证据，可以确定三期构造活动的时间先后顺序为：NNW—SSE向褶皱带、近南北向断裂、NE—SW向断裂[21]。明仙沟构造剖面和沟口短剖面的主要出露地层主要有峰峰组二段的灰黑色厚层——巨厚层灰岩，岩石内部裂隙发育，主要产出近直立的切层裂隙。第四章构造运动演化背景与垂向变形模式在区域大地构造位置上，山西地区主要受古亚洲洋构造域、濒太平洋构造域与特提斯构造域的影响，其构造演化阶段概括为三个主要阶段：太古代-古元古代克拉通变质基底形成、中元古代-古生代沉积盖层形成与发展和中生代-新生代滨太平洋域演化阶段等[22]。研究区的构造运动变形主要受到上述构造活动的影响，研究区受到的区域构造事件主要为燕山期和喜山期，因此，研究区的主体构造是燕山运动的变形结果，喜山期（主要为中新世、上新世和第四纪）的构造运动对燕山期构造进行明显改造。晋祠泉周缘的风峪沟为褶皱-断裂区、明仙沟为断块区，马坊沟为断裂-褶皱区[24][25]。明仙沟西段地垒段为北区的强碎裂带。根据褶皱轴迹结果显示，不同区段褶皱发生一定构造变位，表明其受到NE-SW向平移断层明显改造（图3-1（1）（2）（3））。研究区的二叠系碎屑岩层变形相对较弱，从总体上来看其变形特征具有一致性（图3-1（4）（5）（6）），表现为NE-SE向平移断裂及其次级裂隙叠加于NE-SW向的宽缓褶皱之上，其变形特征明显有别于下伏的碳酸盐岩层，在垂向上构成变形的差异性，这种差异性与岩石的能干性有关。研究区的马家沟组地层受到构造运动的改造变形，可以将其分为三个阶段：在变形早期受到挤压作用，马家沟组地层变形为大型宽缓褶皱的构造样式；在变形中期，受到NE—SW断裂的剪切作用，断层深切至马家沟组岩层；而在变形晚期，研究区受到伸展的变性作用，研究区岩层发生运动，形成一定规模的地堑和地垒的构造组合样式（图3-1（7））。从图3-1（8）中可以看出，马家沟地层、峰峰组地层、C-P的地层的变形程度不同，以本溪组-奥陶系峰峰组为分界，太原组-石盒子群形成NE-SW向宽缓褶皱群，峰峰组形成南北向箱式褶皱群，二者褶皱样式不同，构造形迹明显偏差。这不仅仅是岩石能干性的差异不同，同时还有构造活动的影响。在其共同作用的因素下，形成了我们研究区的地层垂向上的变形差异性。图3-1（1）风峪沟、（2）明仙沟、（3）马坊沟、（4）牛家口、（5）黄楼村、（6）大峪沟剖面褶皱π圆图解、（7）为晋祠泉—平泉马家沟组构造演化样式、（8）为晋祠泉—平泉奥陶系—二叠系地层垂向变形模式第五章小结论文在野外的第一手资料的基础上，查阅了大量有关研究区的中英文文献资料，同时结合已有的关于晋祠泉—平泉的地质特征，分析了研究区的构造背景以及演化历史，论文主要以差异对比的思想为主，同时采取产状投图和绘制剖面图的研究手段，分析了研究区的区域大地构造、构造组合样式、垂向构造样式变形差异等特征，并在此基础上对研究区的构造演化以及垂向变形差异性进行了初步探讨，取得了以下认识：（1）通过综合分析碳酸岩和碎屑岩的构造剖面的不同地质特征，研究区发育有3期主要的构造活动；（2）研究区经历了长期的多期次的构造演化运动，在不同的地质历史时期，构造组合样式的性质、展布形态以及应力状态有所不同，这是一个不断变化的过程。（3）研究区的构造样式在垂向展布上具有明显的差异性，这种差异性受到构造运动和岩石的能干性控制，经过NW—SSE向褶皱带、近南北向断裂、NE—SW向断裂的构造运动的改造，碳酸岩地层由于能干性较强，在早期变形阶段形成大型的地堑和地垒的构造组合样式，碳酸岩构造剖面的地层形态主要以宽缓褶皱为特征，具体形态主要有箱状褶皱，同时还有大量岩溶作用发育，形成大小不一、形态各异的溶洞；碎屑岩地层的能干性较弱，在构造运动的作用下发生滑脱作用，岩层发生减薄破坏，碎屑岩的地层发育大量的正断层，构造角砾岩大量发育，以棱角状为主，由于地层较软，受到应力作用岩层弯曲，形成断褶块，其构造剖面基本上就是由多个断褶块组合在一起形成。另外，由于本人能力有限以及一些其他原因，本篇论文还存在一些问题：（1）对研究区的构造运动在地史发展中的地质作用，查证研究不够，不同时期和不同方向的构造运动的相互关系研究不清晰；（2）未涉及研究区的地下水运移与构造运动的关系，即地史时期几次较大的构造运动的发生对于地下水的运移的作用研究不足；（3）由于资料收集不够，对于构造运动在不同地史时期没有能够详细的分析其演化历史,没能研究煤矿带压对地下水流向的影响。致谢经过了几个月的野外和室内研究绘图工作，我在刘强导师的团队帮助下完成了《山西太原西山东缘垂向构造样式分析》的本科毕业论文。从北戴河第一次野外到周口店独立野外工作再到山西太原的野外研究，从构造剖面的绘制到论文撰写完成，每一个过程都是自我成长的过程，也是尝试和挑战，还是值得纪念的成就。从整体上来讲，我的论文不是很成熟，还有很多不足之处，但这次的本科论文的经历还是让我获益匪浅。这里的每一段文字都是我冥思苦想的成果，每一份图件都是我在每一个日日夜夜中从有到无绘制而成。但是我也抱怨过，抱怨室内工作的无聊乏味，也抱怨过野外工作的艰辛，但在抱怨的同时总能引起欢快的记忆时光。看着论文的不断撰写完善，我感到了莫大的欣喜，我相信野外的每一滴汗水与室内的枯燥都会转化为甜美的回忆。这次本科论文撰写的经历将会是我终生受益，我深刻的感受到撰写论文，是值得全身心投入进去的一件事，是真正的将所学的内容融会贯通的过程和初次接触科研的过程。在这段过程中，我需要感谢很多人，他们对我的论文提供了太多的宝贵意见。首先，我要感谢我的父母，正是他们的辛苦工作供我上大学和对我日常生活的无限关爱，我才能完成四年的大学生活，才能获得这个撰写论文的机会。同时，我还要感谢刘强老师，无论是在野外工作和室内研究，无论是在学习上还是生活中，都得到了刘强老师的悉心教导和细致关心，这为我论文的撰写打好了基础和提供了完备的保障，在此致以我最真挚的谢意。在从事毕业论文设计的准备工作时，刘强老师、曹雨曦、吴楷、李鑫、刘峰、王兴等多位师兄指导我完成了大部分的室内准备工作，在此致以我最真挚的谢意。同时我还要感谢班主任殷科老师、王岸老师和刘强老师等，他们的教学为我的野外技能打好了坚实的基础，在此致以我最真挚的谢意。任伟龙、李鑫、吴楷、刘峰、程聪、蔡道通等兄弟姐妹在野外工作以及室内的研究中彼此协作、互相分担，使得论文撰写的进展能够顺利、高效的开展下去；还有许多朋友、同学对这个阶段的我给予了很多的关心和鼓励以及帮助，在此一并致以我最真挚的谢意。参考文献[1]李三忠，赵国春，孙敏.华北克拉通早元古代拼合与Columbia超大陆形成研究进展.科学通报,2016,61(9):919-925.[2]ZHU,G.,JIANG,D.,ZHANG,B.,etal.DestructionoftheeasternNorthChinaCratoninabackarcsetting:Evidencefromcrustaldeformationkinematics[J].Gondwanaresearch:internationalgeosciencejournal,2012,1(1):86-103.[3]吴奇,许立青,李三忠,等.华北地块中部活动构造特征及汾渭地堑成因探讨[J].地学前缘,2013,20(4):104-114.[4]关英斌,李海梅.太原地区构造格局及其演化[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2001(01):32-35.[5]陈韵.西山煤田古交矿区晋祠组、太原组沉积环境与成煤模式[J].山西煤炭,2010,30(08):39-42.[6]胡小猛,陈美君,王杜涛,等.汾渭地堑系列湖盆第四纪中晚期地貌与沉积阶段性演化的时间序次差异及其构造指示意义[J].第四纪研究,2012,32(5):849-858.[7]张世民.汾渭地堑系盆地发育进程的差异及其控震作用[J].地质力学学报,2000,(2):30-37.d