广东抽水蓄能电站工程地质创新与研究
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1.1 区域地质背景

1.1.1 区域地形地貌特征

广东省位于我国的东南沿海地带,地处亚洲大陆东南缘与太平洋壳块之间的扭动带内。广东陆地的地势大体是北高南低,地形复杂,有山地、丘陵、台地以及平原,其中以山地和丘陵为主。山地主要分布于粤北、粤东和粤西,多呈北东-西南走向。粤北的山地主要有大庾岭、骑田岭、滑石山、瑶山、大东山、连山,海拔高度一般为800.00~1100.00m,最高为乳源的石坑崆,海拔1902.00m,为广东的最高峰。粤东的山地主要有莲花山、罗浮山和九连山,海拔高度一般为800.00~1000.00m。粤西的山地主要有天雾山、云雾山和云开大山,最高峰分别为海拔1250.00m、1140.00m、1704.00m。广东的丘陵大都分布在山地周围,或零星散落于沿海平原与台地上,海拔高度一般为200.00~500.00m。南雄、仁化、连州、兴宁、梅县、五华、龙川、河源、平远、紫金、罗定等地都广泛分布着丘陵。台地海拔高度在200.00m以内,主要分布在粤西的湛江市、茂名市,粤东的海丰、陆丰、惠来南部和粤中一部分地区,尤以高州、电白以西最为普遍,雷州半岛基本上是玄武岩构成的台地。平原可分河谷冲积平原和三角洲平原。河谷冲积平原在各大小河流沿岸均有断续分布,较大的如北江的英德平原,东江的惠阳平原,粤东的榕江平原、练江平原,粤中的潭江平原,粤西的鉴江平原、漠阳江平原和九洲江平原。三角洲平原主要有珠江三角洲平原和韩江三角洲平原。

地壳厚度北厚南薄,北部一带莫霍面埋深约为35km,往南至海边约33km,至大陆架区不足20km,康拉徳界面也有类似变化趋势。显然,广东地区处在东亚大陆边缘地壳减薄带。

1.1.2 区域地层岩性特征

广东省的最老地层上朔至震旦系,省内沉积有自震旦纪以来各地质时代的地层。按沉积特点及其形成的大地构造环境,大致可划分成以下三套。

震旦纪至志留纪沉积是一套厚18~20km的类复理石碎屑沉积,夹火山岩(含海底火山岩)的地槽型沉积建造。早古生代末地槽封闭褶皱上升,岩层普遍发生区域变质,形成一套浅变质岩系。部分地区花岗岩化、混合岩化现象也相当显著。它们是在以活动因素占主导的大地构造环境下生成的地槽区沉积建造组合。

泥盆纪至中三叠世,沉积一套以海陆交互相、浅海相为主的陆缘碎屑岩、砂页岩、灰岩。岩性岩相虽有差异,但总体上仍属稳定,多呈面状分布,碳酸盐岩所占比例很高,整套岩层均未变质。显然它们是一套在以“稳定”因素占主导的大地构造环境下形成的地台型沉积建造组合。此套沉积以盖层形式角度不整合覆盖前期沉积层之上。

晚三叠世至第四纪沉积,主要是一套巨厚的上叠性断、拗陷盆地沉积,北部陆区沉积了一套陆相粗屑类磨拉石建造及中酸的类复理石碎屑建造为主,中酸性火山岩建造;南部北缘大陆架断陷内,则形成了海相砂页岩、泥质岩、礁灰岩建造。此套沉积往往零星分布,严格受控于断陷盆地内,岩性复杂,厚度变化甚大。它们是在地壳强烈活化,构造反差和地貌反差甚大的环境下形成的,属地洼型沉积建造组合。它们构成了广东省地壳最上部的上叠盆地式沉积层。由断陷盆地沉积和火山岩组成了上构造层。它既不同于地槽型建造组合,也不同于地台型建造组合,是一类新的沉积建造组合,有些资料上称之为地洼型建造组合。

广东省地处南岭之中段,为著名的“南岭花岗岩”之所在。在漫长的地质发展过程中,强烈的地壳运动和断裂活动,为广泛的岩浆活动创造了极为有利的条件,形成了遍布全省的各种类型、规模不等的侵入体及火山岩体。

自震旦纪至第四纪曾发生过25个岩浆喷发旋回和9期岩浆侵入活动。火山岩出露面积达14800km2,火山岩累计厚度10683m。在北部陆区,侵入岩出露面积占陆地总面积的1/3,大小侵入岩体207个,其中加里东期9个,华力西期19个,印支期21个,燕山一期8个,燕山二期20个,燕山三期50个,燕山四期50个,燕山五期24个,喜马拉雅期6个。依岩浆活动特点及其与构造运动的关系,分成4个构造岩浆活动旋回,即加里东旋回、华力西印支旋回、燕山旋回和喜马拉雅旋回。其中以燕山旋回的岩浆活动规模最大、最强烈。岩浆沿一些深大断裂带侵入或喷溢,形成多条规模巨大的构造岩浆带或构造火山活动带。

广东的岩浆活动多受大地构造环境控制,不同的大地构造环境有不同特点的岩浆活动。活动区(地洼区、地槽区)岩浆活动最强烈,其中地洼区又以中酸性岩浆活动占优势为其特色。相对稳定的地台区则岩浆活动相对微弱,仅在地台周缘或基底深部大断裂带内有分布。

广东省的变质岩相当发育。仅区域变质岩、混合岩、混合岩化花岗岩出露面积就占陆地总面积的1/3。

1.1.3 区域构造类型与发育特征

广东省濒临太平洋,地壳活动频繁而强烈。在地质历史发展过程中,由于历次构造运动的叠加和干扰,构成一幅错综复杂的构造图像。构造运动具有多期性,各期表现形式各不相同,以加里东运动及印支运动表现以褶皱作用为主,燕山运动则以强烈的断裂作用和广泛的以酸性为主的岩浆侵入及喷发活动为特征,喜马拉雅运动以断块作用及基性岩浆的喷出活动为主要标志。广东区域构造类型以褶皱、断裂(尤其数量较多的深、大断裂)和组合构造为主,其中上叠式中新生代断陷较为发育,局部地区还发育有弧形构造带和S形扭动构造。它们与其他各类构造共同构成了广东地壳中复杂的地质构造图像。

(1)褶皱构造。广东的褶皱构造有紧闭型线状褶皱,宽展型背斜、向斜,“梳”状褶皱和短轴型褶皱等,不同地质时期,不同的大地构造环境产生不同类型的褶皱。

(2)断裂构造。广东区域地壳经历了加里东运动、印支运动、燕山运动及喜马拉雅构造运动,形成一系列规模不等、方向各异、活动时代前后不一、性质不同的断裂。据有关方面统计,地壳中的断裂带有1000多条,其中深断裂带9条:①吴川-四会断裂带;②恩平-新丰断裂带;③河源断裂带;④莲花山断裂带;⑤潮州-普宁断裂带;⑥汕头-惠来断裂带;⑦南澳断裂带;⑧佛冈-丰良断裂带;⑨高要-惠来断裂带。大断裂9条:①郴县-怀集断裂;②罗定-悦城断裂;③贵子弧形断裂;④信宜-廉江断裂;⑤紫金-博罗断裂;⑥九峰断裂;⑦贵东断裂;⑧饶平断裂;⑨阿婆-惠来断裂。

(3)组合构造。①断块和上叠式断陷盆地;②山字形构造;③弧形断裂、褶皱构造带;④旋转构造系;⑤S形扭动构造系。

1.1.4 区域新构造运动及变形

广东省的地壳运动,早期强烈,中期相对较和缓,晚期重新强烈。自震旦纪至第四纪,发生在广东省内的地壳构造运动至少有15次。古生代以后,依次发生的构造运动有:郁南运动,加里东运动,华力西运动第一幕、华力西运动第二幕(东吴运动)、华力西运动第三幕,印支运动,燕山运动第一至第五幕,喜马拉雅运动第一、第二、第三幕,共14次。构造地貌轮廓,奠定了本省构造基本格局。喜马拉雅运动旋回,以断块运动为特征,北部陆区以不等幅差异性断块上升运动为主,南部海域以不等幅差异性下沉为主。雷琼断陷有大陆玄武岩喷溢,粤东河源、埔前、杨村等地有玄武岩沿断裂带喷溢,珠江三角洲断陷内也有流纹岩和玄武岩溢出。燕山运动旋回和喜马拉雅运动旋回形成的上叠盆地堆积及同期的岩浆建造组成了本省地壳的上构造层。

同时从新构造研究的角度和蓄能电站选址的需要考虑,这里主要论述第四纪以来的构造运动,因为它与现今地壳稳定性与地震活动息息相关。

根据断块运动特征在全省的地区差异,可以划分为8个新构造断块构造分区,它们在运动的基本特征、运动类型、运动强度等方面均有所差异。以下分述广东新构造运动的基本特征、运动类型和8个断块构造区的特征。

1.1.4.1 新构造运动的基本特征

广东地区属于我国东南低洼区的部分,经历过加里东期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等多期构造变动,新构造运动使老构造进一步复杂化,其运动特征可概述为运动的继承性和新生性。

1.继承性

燕山运动在广东及邻区主要表现为断裂和岩浆活动,现今沿海一带主要为北北东向或北东向深大断裂带,如长乐-惠来断裂带、邵武-河源断裂带、政和-海丰断裂带、四会-吴川断裂带、北流-合浦断裂带等均为燕山运动时有强烈活动的构造带。在这几组断裂的控制下,发育了一系列雁列式的北北东向或北东向的构造盆地和构造隆起。多期次的岩浆活动,是燕山运动的另一种地壳运动方式,其中又分为火山岩的喷出和花岗岩等酸性岩沿构造线侵入。岩浆岩沿断裂喷出或侵入以后,被抬升而成为断隆区,其中又有断陷盆地(或槽地)穿插,沿北东-南西方向呈雁列式展布,这种构造格局,构成了现今断块构造的基础。喜马拉雅运动继承了燕山运动的构造变动,仍然以断块运动为主,但有地区差异,沿近东西向或北东向构造线发生幅度不等的坳断,沉积了巨厚的古近纪红色岩系。新构造运动时期,继承了老构造的活动,原来的断隆和断陷构造进一步得到发育,大陆地区以断隆为主;海岸带有升降,表现了幅度较大的垂直差异运动;还伴随比较强烈的火山活动,雷州半岛发生了多期次的火山喷发,玄武岩披覆在古近及新近系之上。内陆的断块山地走向多循北东向的构造线展布,主要的水系亦取该构造线的走向,沿海珠江三角洲等地则继承性地沉降,发育成广东全省最大的三角洲平原。

2.新生性

由于北西向构造发育较晚,且具有强烈的新生性,加之北东向、近东西向构造的重新活动,使原来的断块构造受切割、改造而分异。其新生性呈南强北弱,沿海强于内陆特点。沿海一带几组断裂的活动导致沿海地壳断块构造的复杂化,断块差异运动较强,形成一组第四纪的新生型断陷,如潮汕平原断陷、海陆丰平原断陷、阳江平原断陷等,断陷幅度达50~150m。

综上所述,广东地区新构造运动,尤其是第四纪以来的构造运动的继承性和新生性具有明显的地区差异。继承性主要反映在北部的内陆山地丘陵所组成的隆起区,新生性则由内陆向沿海增强,前者表现为断块差异运动弱,活动盆地不发育,地震水平较低,而后者表现为断块差异运动较强,火山活动也较强,活动盆地发育,地震水平较高等方面。

1.1.4.2 新构造运动的类型

新构造运动的主要类型有断块差异运动、地壳间歇性整体抬升和掀斜等几种,其中断块差异运动起主要作用,以下分述各种运动类型的特征。

1.断块差异运动

切割广东地壳的几组断裂构造带在新构造运动时期都有不同程度的活动,其中北东向,近东西向和北西向(北北西向)三组构造的活动性在构造地貌、地球化学、断层物质的年代检测、现代地壳垂直形变、地震活动、地热释放等方面有强弱不等的反映,在三组构造中,北东向构造塑造了现今广东地貌格架,其构造线往往是划分区域性地貌单元的主要依据。北东向的邵武-河源断裂带、政和-海丰断裂南段的莲花山断裂,四会-吴川断裂带等构造均严格地控制着粤东、粤北、粤西地区山地丘陵的走向。如粤东的莲花山脉,粤西的云开大山东翼的云雾山脉,分别是莲花山断裂和四会-吴川断裂带活动所控制下的断块山,其走向均与断裂走向一致,而与这组走向山脉互相穿插的断陷盆地或断层谷地则反映了断裂下降盘在第四纪以来的沉降活动,如位于莲花山东南侧的海陆丰平原与位于云雾山东南侧的阳春谷地就分别是上述两条断裂活动的产物(图1.1-1)。北东向断裂对水系的发育也有重要的控制作用。现今广东主要的几条水系,东江水系、北江水系等常呈北东-南西走向。其中东江干流和北江若干支流的流向就明显地与北东向断裂带一致,与此相适应的河谷平原亦是取北东-南西走向。近东西向构造属地壳深部构造,它在地表上仅反映为断续延伸,彼此之间大致成等间距的断裂带。其中高要-陆丰断裂带的瘦狗岭断裂、罗浮山断裂等对珠江三角洲断陷的北界有明显的控制作用,南海北部的担杆列岛等近岸岛屿带则可能是珠江口南海近岸断裂带活动的反映。此外,粤东至粤西海岸带一组长轴为北东东向的海湾,如碣石湾、红海湾、大鹏湾也明显是受该组断裂构造的控制。总的来说,近东西向断裂的活动对沿海地区地貌发育有一定的影响,尤其表现在它与其他两组断裂交汇的地区。北西向(或北北西向)断裂原来多属于北东向构造,后期转化为与北东向共轭构造,但由于新构造运动以来板块运动的作用,其活动性明显增强,故它们切截、错移北东向和近东西向构造。在沿海地区成为活动性最强的一组断裂。在构造地貌上反映强烈,①它控制三角洲和海岸平原的第四系沉积格局,其第四系等厚线长轴均为北西向或北北西向;②控制了绝大多数注入南海的河流流向,如粤东的韩江、榕江,粤中的西江,粤西的漠阳江等;③构成与北东向的平行岭谷成正交的另一组平行岭谷(图1.1-2),而且常切截前一组走向的岭谷。在雷州半岛还控制第四纪火山岩的活动。

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图1.1-1 粤东沿海海丰-河源地质地貌剖面图

F1—河源断裂(邵武-河源断裂带南段);F2—大埔-深圳断裂;F3—莲花山断裂;J1—下侏罗统砂页岩;J3—上侏罗统火山岩;γ5—燕山早期花岗岩;Edn—古近系砂岩、砾岩

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图1.1-2 粤东大南山-闽南云霄山地质地貌剖面图

F1—练江断裂;F2—榕江断裂;F3—桑浦山断裂;F4—古港-澄海断裂;F5—韩江断裂;F6—梅县-饶平断裂;F7—上杭-云霄断裂;γ5—燕山早期花岗岩;γy—燕山晚期花岗岩;J3dl—侏罗系火山凝灰熔岩;流纹岩;Q—第四系

断块构造运动对其他几种类型的新构造运动有一定控制作用,同时其一级构造单元构成广东地区新构造分区的依据。

广东地势北高南低,表现为从内陆向沿海的递降特征,这显然是由于受近东西向的断裂兼有北东向断裂活动控制下的断块垂直运动所致。北升南降的地壳运动主要受控于近东西向的高要-惠来断裂带,同时也受北东向的莲花山断裂、邵武-河源断裂、四会-吴川断裂活动的一定影响,它们所切截的内陆地块以大面积间歇性抬升为主,构成粤北断隆区。高要-惠来断裂以南则是断块差异运动不等的沿海断块构造。在地貌上,北部地壳的抬升反映在多级夷平面,推断自新近纪以来已累计上升数百米,而南部沿海的三角洲,海岸平原所坐落的活动盆地内埋藏的第四纪风化壳、河流阶地、古三角洲等与周边一带的阶地或台地成数十米的垂直反差。

2.大面积的间歇性抬升

广东抽水蓄能电站的上、下库多是建在不同高程的夷平面上。多级夷平面的存在,表明地壳自新近纪以来多次大面积的间歇性抬升。目前研究所知,广东普遍保存着标高约1000.00m、800.00m、500.00~600.00m、300.00~400.00m、150.00~200.00m、100.00m等多级夷平面,其中后两级夷平面保存较好,分布较广,前两级的分布范围小,保存较差。一般推断,最高一级夷平面应代表古近纪的准平原,新近纪以来地壳多次间歇性的大面积抬升,才按上升的序次形成现今上述所见的几级夷平面。各级夷平面的时代可根据它们所切过的地层时代来推断。不过,大多数夷平面均发育于新生代以前的地层内,故只能从少数可界定的发育在新生界的夷平面时代来泛推处于相同的新构造区内其他夷平面的时代。就现在所研究的程度所知,标高在300m以上的几级夷平面一般均属于新近纪,而低于它的100m左右的夷平面应属于新近纪末至早更新世初。

由于不同地区所属于的新构造区不同,各个时代的地壳抬升幅度有明显差异。广东省新构造运动时期地壳的抬升幅度以粤北地区最大,沿海地区相对较小。同一级夷平面的现今海拔高度有自北而南递降的趋势。与此同时,由于深受断块构造运动的影响,在不同的断块构造区,活动断块升降幅度的差异往往造成同级夷平面的高差不同。据有关研究所知,粤东沿海的断块构造区内,标高300~400m与500~600m这两级夷平面所统计得出的实际高度就比粤中与粤西的沿海断块区高出近100m。断块构造对夷平面发育的控制还反映在沿海地区各级夷平面的展布呈线性,并且与几组活动断裂带的展布方向相一致。无论在粤东沿海还是在粤中、粤西沿海地区,数级夷平面的等值线均与北东向、北西向的断裂构造线的走向相吻合,而且最低一级的等值线多与断裂通过的位置重合。但在粤东、粤中和粤西,各断块构造之间同级夷平面的现今标高有明显差异,说明在沿海地区,夷平面严格地受控于断块构造的垂直差异运动,显然不同于粤北等内陆地区大面积的整体地壳抬升。

总的来说,广东地区新近纪以来地壳有过多次间歇性的抬升,其中粤北地壳主要是大面积的整体抬升,断块构造差异运动不明显,而沿海地区因受断块构造的控制,地壳被分割成大小不等的断块抬升区和沉降区。抬升区的抬升虽然也有多次间歇性的抬升,但它明显地受活动断块所控制,其抬升幅度的地区差异较大,主要决定于不同断裂活动性的强弱。根据最高一级夷平面的现今标高,新近纪以来地壳最大的相对抬升幅度达1000m,均发生在内陆地区,而广东全省总的抬升特征是自内陆向沿海、自北而南抬升幅度逐渐减小。

3.掀斜

当地壳沿着一定的轴线在不同地段产生不均衡升降运动,就在地表上表现为掀斜。在广东,这种表现比较普遍,所涉及的地貌面较广泛。

从总体来看,广东全省现今地形呈北高南低的态势,即反映了地壳自南而北掀升的趋势,这可能是与物质均衡运动有密切关系。地壳的埋深由粤北的35km减至南海北部近岸带的33km。掀升反映在新近纪以来所形成的各级夷平面高程具有自北而南递降的趋势。据统计,高程500.00m以上的中山、低山(含标高500.00m、800.00m等级别的夷平面)面积百分比在粤北达20%以上,而在中部则减至5%,南部沿海仅1%,同级夷平面的高程也呈北高南低的态势。所以南岭一带标高850.00m的这级夷平面,延至中部一带时已降至750~830m,南部地区仅650.00~680.00m。

掀斜还常受断块构造的影响,因而常呈复式的掀升特征。较典型的是在粤中珠江三角洲地区,其北部外围的四会、从化、增城一带最高一级夷平面标高是200.00~300.00m,最高一级的侵蚀阶地(或台地)为60.00~80.00m,在三角洲过渡地带(即三角洲顶点附近)夷平面已尖灭,阶地(或台地)高程降至40.00~50.00m。再延至三角洲平原时这两级地貌面已被掩埋在三角洲下,这主要可能受纬向断裂构造影响下以近东西向为轴线的自南而北的掀升。在三角洲南部,五桂山断隆区控制着五桂山地区的掀斜。山地保存着200.00~300.00m高程的夷平面和40.00~50.00m高程的台地,而在该地区以南的珠海一带,这两级地貌面已成凤毛麟角。上升地貌主要是标高25.00~30.00m,10.00~20.00m的阶地(或台地),再延至珠江口两翼一带的海域,其基岩风化层埋深由陆缘的10多m增至20.00~60.00m。掀斜轴线走向是北东-南西,与五桂山北麓、南麓的断裂带方向相吻合。此外,沿海的潮汕平原、阳江平原、海陆丰平原和内陆的河源一带,也存在由夷平面或台地以某一方向为轴线的掀斜。控制其轴线走向的构造线是北东向或北西向,说明它们与断裂的活动密切相关。

1.1.4.3 新构造运动分区

依据研究区新构造运动的特征、基本形式、断块差异升降幅度、运动方向、边界及块内断裂新活动程度,广东地区可划分8个断块构造分区,分别为:Ⅰ—粤东沿海断陷区;Ⅱ—粤东掀斜断隆区;Ⅲ—粤东差异性断隆区;Ⅳ—珠江三角洲断陷区;Ⅴ—粤西差异性断隆区;Ⅵ—粤西断隆区;Ⅶ—雷州断陷区;Ⅷ—粤北断隆区。

1.1.5 地球物理场特征及深部构造分区

地壳是否稳定在很大程度上取决于深部构造,地震孕育和发生都在地壳深处,浅者几千米,深者十几千米,甚至几十千米不等,其发生的条件都是在特殊的深部构造部位。而要了解这样一个深度的地壳结构和深部的构造特征,势必要使用地球物理的方法才能获知,而重力法和磁法是其中两种主要的方法。本节主要介绍广东省地层岩石的重力特征及深部构造分区,而岩石的磁性特征在蓄能区域稳定研究中则不做重点分析。

1.广东省岩石重力特征

(1)以地层系统的代为单位进行密度统计表明,新生代的平均密度为2.19g/cm3;中生代的白垩纪、侏罗纪、三叠纪地层的平均密度为2.52g/cm3;晚古生代的二叠纪、泥盆纪、石炭纪地层的平均密度为2.60g/cm3;早古生代的奥陶纪、志留纪、寒武纪地层的平均密度为2.50g/cm3;元古宙地层平均密度为2.60g/cm3。新生代、中生代、晚古生代、早生代之间密度值差在0.08~0.33g/cm3之间,新生代与中生代、中生代与晚古生代、晚古生代与早古生代之间存在明显密度差异界面,据此可对不同地层界面进行密度分层,研究各个不同深度构造地层密度界面形态特征。

(2)沉积岩密度特征是泥、页岩密度最小,平均密度值为2.44g/cm3,其次是各种砂岩、砾岩,平均密度值分别为2.51g/cm3、2.57g/cm3,最大是灰岩、白云岩、大理岩,平均密度值在2.65~2.79g/cm3之间;内陆地区花岗岩密度比较稳定(2.54~2.57g/cm3),平均值为2.55g/cm3。而广东沿海岩浆岩活动带的花岗岩密度值变化比较明显,在2.60~2.76g/cm3之间。辉长岩、玄武岩的密度比较高,在2.69~2.93g/cm3之间,喷发到地面带气孔状的玄武岩密度偏低,平均为2.42g/cm3,火山岩(凝灰岩)的密度不高,平均为2.53g/cm3

(3)广东省沉积岩区的地表岩石除泥岩、页岩和粉砂岩密度偏低外,其他岩石的密度均高于(或相当于)花岗岩密度。沿海一带花岗岩由于含铁镁质较多而密度值大。

2.广东省地壳深部构造分区

广东省地壳厚度总体上从西北向东南沿海变浅,与广东省现今构造地貌呈镜像关系,中低山地区与上地幔的坳陷区相对应,海盆地与上地幔的隆起区相对,大陆斜坡区与上地幔斜坡过渡带对应,形成了广东省南北分区特征,大致可把广东省分为以下5个特征区:

(1)粤北幔凹区。以佛冈-丰良为届以北粤北地区,莫霍面深度为32~35km,等深线走向为北东和北西向,有4个凹陷中心和1个隆起。最大下降幅度3km左右,中心位于阳山、乳源、新丰、紫金一带,是广东省莫霍面起伏度最大幔凹区域。粤北山区为广东省海拔最高区,地壳底界凸凹相间是与该区巅谷成镜像关系,相对较厚地壳是粤北山区巨厚沉积层反映。吴川-四会断裂和佛冈-丰良断裂在莫霍面上具有明显的迹象,说明这两条断裂切穿莫霍面进入岩石圈了。

(2)粤西幔凹区。东以吴川-四会为界、北界为佛冈-丰良、南以遂溪-电白为界的广东西部。莫霍面深度为31~33km,等深线走向北西,最大下降幅度2km左右,中心位于信宜一带,为莫霍面幔凹区域。

(3)雷州半岛幔坪区。遂溪-电白以南雷州半岛广大区域,莫霍面深度为29.5~30km,等深线走向南北。深度相差小,莫霍面较平,为雷州半岛幔坪区。

(4)粤中幔隆区。东以吴川-四会为界,北以佛冈-丰良为界,西以莲花上为界。莫霍面深度为29.5~30km,等深线走向北西,改区中心幔凸非常明显,极值29.5km,为粤中幔隆区。广东省大部分地形地质条件好的站点都位于该区。

(5)东南沿海幔斜坡带。西以莲花山为界,北以丰良-饶平为界,莫霍面深度为29~31km,等深线为紧密梯级带形式呈现。

可以看出,上地幔顶部莫霍面总体从北到南抬升趋势,北部主要为坳陷相间,东南沿海上地幔为斜坡带。上地幔幔貌起伏受岩石圈断裂控制,不同幔形区均被断裂所围,地幔的升降幅度控制了地壳厚度和沉积相特征。切割莫霍面岩石圈深断裂出现在深部构造特定位置上,展示了构造成因上的联系,即:深部构造在发育过程中有其深部构造背景,而岩石圈断裂的发生和发展必然导致莫霍面均衡状态的破坏和重新均衡作用的发生。

1.1.6 区域构造应力场特征

区域构造应力场特征是决定一个区域构造形变的重要因素,也是一个区域构造事件(如褶皱、断裂、岩浆活动和地震等)发生的主要原因。地壳构造运动产生构造应力场,而构造应力场又促使地层、岩石产生变形、褶皱、断裂,而且影响一个地区的稳定,由于构造应力场的方向和大小的不同,导致岩石产生新生的裂隙和对岩石的老断裂将促成有利方向和角度的断裂先滑动,同时也促使那些不稳定的岩石产生崩塌和滑坡,这两种情况都可能引起抽水蓄能电站站址的稳定。古构造应力场可以通过沉积建造、岩浆建造和变质建造所遭受的褶皱和断裂所产生的构造型相来恢复。而要查明现代构造应力场,要做许多工作。在陆地上,要观察地貌形态和河流水系网格的分布,用各种测年的方法研究活动断层的最新活动时代,统计最新地层的剪节理的排列组合规律,鉴别断层面错动方向,配合三角测量和水准测量结果,确定断层运动方式,在不同地区不同深度进行原地应力测量,用形变测量方法和GPS观测系统,了解地块运动方向和速率,统计分析大量的震源机制资料,只有这样才有可能得出一个比较符合实际情况的现代构造应力场的图像。

1.1.6.1 构造应力场研究方法概述

研究构造应力场的主要方法如下:

(1)据地质资料推测构造应力场。根据地质资料,可从断裂旋性、节理的统计、岩石的组构、卫星影像判读等方面推测构造应力场。根据观测得到的断层滑动数据,从而反演模拟断层所在区域之构造应力状态,是用计算得到的断层面上的剪应力方向去拟合断层面的滑动方向,这就是最常用的方法,即滑动方向拟合法。该方法所得结果既很好地体现不同地质时期的构造变动,也对由现代构造运动引起的地壳上部的构造应力有所阐述和说明。

(2)据形变测量资料推测构造应力场。主要为三角测量和水准测量。三角测量是用各三角点位的水平位移矢量来分析测量区的地壳水平形变的位移场,在断裂两侧布置的三角网则能直观反映断裂两侧岩块相对位移的方向与量值;水准测量一般反映地壳上升和下降的垂直形变,如果断层两侧垂直形变的形态呈四象限分布或断层一侧呈两象限分布,由下降区到上升区则指示断层的错动方向。由于断层两侧岩块沿断层作相对错动,运动前方形成挤压,在形态上为上升区;运动后方拉张成为下降区。由于下降区沿断裂指向上升区必然是断层的错动方向。

(3)据地震震源机制解资料推测构造应力场。利用地震记录图中的地震波的初动符号、初动振幅等动力学特征求震源机制解,可以得到现代震源应力场。以震源单/双力偶点源的模型为基础,震源机制解法是根据观察测量得到的地震发生前后地块形变的资料或者地震波的资料等求出的震源模型参数。它的T轴反映了最大伸张变形方向,而P轴反映了地震发生时震源区的最大压缩变形的方向。T轴和P轴的方向反映的主要是地震发生前后震源区的应力状态变化情况,而这并不完全是构造应力场在震源区内的真实方向,但是区域现在的平均构造应力场的方向可以通过大批震源机制解T轴、P轴方向的平均分布方向来进行推断。

(4)据地应力测量推测构造应力场。平缓地形上多组深孔的地应力测试结果可推测出该区域的构造应力场,其最大水平主应力方向可代表构造主压应力方向。

1.1.6.2 广东省构造应力场特征

区域构造应力场特征(如应力轴方向和强度等)是决定一个区域构造形变的重要因素,也是一个区域构造事件(如褶皱、断裂、岩浆活动和地震等)发生的主要原因。利用地质、地貌、地球物理、大地测量、应力现场测量、地热和数学模拟等方法得出的本区域现今构造应力场特征是:主压应力轴走向为北西西(粤东)和北西(粤西),主张应力轴为北北东(粤东)和北东(粤西),中间应力轴近于直立。局部地段的应力状态因受其他因素影响略有差异。本区域的构造应力场符合中国大陆构造应力场的基本格局,即中国东部的主压应力略成向东突出的扇形分布,显示中国大陆与相邻的太平洋之间构造作用的关系。