鎮(zhèn)巴—陽日斷裂東段的構(gòu)造特征及其演化

金　朝, 何仁亮, 羅　華

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢　430034)

0　引言

鎮(zhèn)巴—陽日斷裂屬分割揚子板塊內(nèi)二級構(gòu)造單元(即南大巴山前陸構(gòu)造帶和上揚子臺地褶皺區(qū))的邊界斷層(圖1)。原指發(fā)育于鎮(zhèn)巴—陽日一帶的脆性斷裂,該斷裂在西段簡稱鎮(zhèn)巴斷裂,東段簡稱陽日斷裂,現(xiàn)今多數(shù)學者對于鎮(zhèn)巴—陽日斷裂的工作主要集中在南大巴山西段鎮(zhèn)巴一帶[1-2],西段研究表明,鎮(zhèn)巴—陽日斷裂印支期已形成并活動,而其南西側(cè)最新卷入侏羅系的強烈褶皺變形并波及下白堊統(tǒng)的變形特征,表明其更強烈的構(gòu)造活動主要在燕山期,是一個多期次的逆沖兼走滑性質(zhì)的斷層[1],對于該斷裂在南大巴山東段的構(gòu)造特征有過一些簡要研究[3]。另外前人研究南大巴山東段的構(gòu)造演化發(fā)展主要集中在主造山期[1-5]。劉樹根等認為南大巴山的沖斷變形在印支期已有活動,主要在燕山期;李建華等[6]認為南大巴山前陸構(gòu)造帶東段的構(gòu)造演化歷史經(jīng)歷了印支雛形期和早燕山定型期兩個構(gòu)造演化階段。對喜馬拉雅期構(gòu)造特征前人少有提及。本文主要依據(jù)野外觀察資料,對鎮(zhèn)巴—陽日斷裂東段的構(gòu)造屬性、發(fā)展演化進行初步探討,并提出了該斷裂在早喜馬拉雅期構(gòu)造演化的新認識,為南大巴山新生代構(gòu)造演化的進一步深入研究補充資料。

1　陽日斷裂特征

1.1　幾何特征

陽日斷裂位于南大巴山東段,該斷裂是南大巴山前陸褶沖構(gòu)造帶與揚子前陸褶皺帶的分界線,北部為南大巴山前陸褶沖帶,發(fā)育疊瓦斷層帶和斷層相關(guān)褶皺等構(gòu)造變形特征,南部地層產(chǎn)狀平緩,以正常褶皺為主,僅臨近斷裂受其影響發(fā)生強烈褶曲。

該斷裂呈近東西向展布,西起巫溪徐家壩,經(jīng)房縣九道,神農(nóng)架松柏、陽日,至保康馬橋,在馬橋鎮(zhèn)被北北東向新華斷裂截切,九道一帶被北西向板橋斷裂錯斷。斷裂在巫溪徐家壩以西向北西偏轉(zhuǎn),馬橋以東向東南偏轉(zhuǎn),總體向北凸出的正“S”型。

1.2　地質(zhì)特征

測區(qū)主要出露中元古界—中生界。基底地層為中元古代神農(nóng)架群,巖性組合為一套以白云巖為主的海相碳酸鹽巖、火山碎屑巖及凝灰?guī)r等。蓋層地層屬于上揚子地層分區(qū)之神農(nóng)架—保康地層小區(qū),出露自南華系至白堊系以來的碳酸鹽巖—碎屑巖等沉積蓋層。

陽日斷裂是南大巴山前陸褶沖構(gòu)造區(qū)與揚子臺地褶皺區(qū)的分界線。其南為揚子臺地褶皺區(qū),巖層產(chǎn)狀平緩,地層傾角15°～45°,僅見少量斷層,褶皺以寬緩褶皺為特征；其北為典型的前陸沖斷褶皺帶,構(gòu)造變形強烈,經(jīng)歷了多期次的逆沖擴展和強烈隆升,沖斷推覆構(gòu)造十分發(fā)育,元古界基底與古生界蓋層的變形明顯不協(xié)調(diào),蓋層發(fā)生強烈褶皺作用,形成各種褶皺樣式,例如尖棱褶皺、箱狀褶皺等,基底地層變形較弱,以寬緩褶皺和多個斷塊為特征。在馬橋鎮(zhèn)一帶殘留有少量白堊紀上統(tǒng)羅鏡灘組(K2l)沉積,巖性主要為紫紅色塊狀砂礫巖,其北側(cè)角度不整合于中元古代神農(nóng)架群之上,南側(cè)受陽日斷裂控制,形成了南斷北超的山間斷陷盆地。區(qū)域資料表明斷裂影響的最新地層為三疊紀嘉陵江組。為了進一步查明陽日斷裂的特征,野外在馬橋鎮(zhèn)附近對陽日斷裂帶的不同地段進行了細致的考察(構(gòu)造剖面位置見圖1)。

在圖1的構(gòu)造剖面A處,李傅灣陽日斷裂構(gòu)造剖面(圖2)位于新華斷裂以西,斷層上盤為神農(nóng)架群石槽河組,下盤為志留紀羅惹坪組。上盤石槽河組泥質(zhì)白云巖中發(fā)育小型線型緊閉不對稱褶皺,下盤志留紀羅惹坪組粉砂巖中發(fā)育緩和的短軸背斜,揭示作用力向南傳遞的過程中呈減弱趨勢。斷裂面主體向北傾斜,表現(xiàn)為由神農(nóng)架群石槽河組灰白色白云巖構(gòu)成寬約500 m的破碎帶。以碎裂巖為主,呈角礫狀,角礫大小不等,礫石直徑一般為1～3 cm,最大為4～6 cm,不具定向排列(圖3-a)。部分巖石僅破而未完全裂開。斷層帶內(nèi)發(fā)育產(chǎn)狀為20°～50°∠20°～30°的逆斷層(F2)和170°∠80°的正斷層(F3),前組斷面上發(fā)育大型擦痕和階步,與早期逆沖斷層系(F1)呈疊瓦狀平行排列,后組正斷層中填充著紅色粘土(圖3-b),斷層破碎帶中也見張性裂隙形成孔隙,孔隙最大橫截面10～50 cm,局部孔隙內(nèi)見小型鐘乳石發(fā)育。

圖1　南大巴山東段陽日斷裂帶構(gòu)造簡圖Fig.1　Diagram of Yangri fault structure of east section of southern Dabashan1.測區(qū)位置;2.神農(nóng)架穹窿;3.構(gòu)造剖面位置及編號;Ⅰ.秦嶺造山帶;Ⅱ.上揚子地塊;Ⅱ-1.南大巴山前陸構(gòu)造帶;Ⅱ-2.上揚子穩(wěn)定地塊;Ⅱ-3.馬橋斷陷盆地;F1.陽日斷裂;F2.青峰斷裂;F3.新華斷裂。

圖2　李傅灣陽日斷裂構(gòu)造剖面圖Fig.2　Profile of Yangri fault structure of Lifuwan1.粉砂巖;2.冰漬礫巖;3.白云巖;4.層內(nèi)劈理構(gòu)造;5.構(gòu)造角礫巖;6.早期滑脫斷層;7.中期逆沖推覆斷層;8.晚期正斷層。

圖3　陽日斷裂帶典型構(gòu)造變形Fig.3　Typic tectonic deformation of Yangri faulta.斷裂破碎帶中白云質(zhì)碎裂巖;b.斷裂破碎帶中晚期高角度正斷層;c.新灘組中層理和劈理的關(guān)系;d.陽日斷裂第四期構(gòu)造變形特征;e.粉砂質(zhì)碎裂巖中小褶皺;f.白云質(zhì)碎裂巖中次級斷裂。

在圖1的構(gòu)造剖面B處,馬橋鎮(zhèn)兩河口陽日斷裂構(gòu)造剖面(圖4)位于新華斷裂以西,斷裂破碎帶寬約1 km,主斷面近東西向延伸,總體向北陡傾,傾角在50°～70°之間,卷入地層以古生界和少量前震旦系地層為主,其內(nèi)總體形變構(gòu)造特征表現(xiàn)為強碎裂巖化帶與弱變形域交替呈非均勻分布。破碎帶由南向北略具分帶性,依次可劃分為:

粉砂質(zhì)碎裂巖帶巖性主要為深黑色粉砂質(zhì)碎裂巖,巖石脆性碎裂、 較松散、 略顯層狀,局部發(fā)育構(gòu)造角礫,棱角明顯,不具定向性。

弱變形帶與其他各段相比變形明顯減弱,巖石碎而不裂,層理清晰,由白堊紀羅鏡灘組含礫粉砂巖組成;層理明顯,次級斷面F2顯示出伸展下滑性質(zhì),在斷裂帶內(nèi)表現(xiàn)為受次級斷層所夾的斷塊。

復(fù)成分碎裂巖帶該帶主要由粉砂質(zhì)碎裂巖、白云質(zhì)碎裂巖,土黃色粉砂質(zhì)泥巖、生物碎屑灰?guī)r等碎塊構(gòu)成,該帶中見劈理發(fā)育的粉砂質(zhì)碎裂巖中不對稱倒轉(zhuǎn)小褶皺(圖3-e),其中小褶皺軸面200°∠30°,運動學信息顯示為由南向北的擠壓,可能是在喜馬拉雅期SN向擠壓體制下形成的次級小褶皺。

白云質(zhì)碎裂巖帶主要由多組或多方向破裂面構(gòu)成,巖石極為破碎,在斷層面附近多磨成大小為4 mm×3 mm細粒,成分主要為灰白色白云質(zhì)碎裂巖,該帶主要發(fā)育二組不同走向的斷面(圖3-f)。第一組斷裂F1和F2,其斷面相反陡傾,運動學特征指示為一對共軛正斷層,并切割早期的斷裂F3；第二組斷裂F3和F4,為早期的一組逆斷層F3及其與之配套的反沖斷裂F4,其中F4被F3所截,由此說明自喜馬拉雅期以來至少經(jīng)歷了早期逆沖、后期正斷兩次活動。

圖4　馬橋鎮(zhèn)兩河口陽日斷裂構(gòu)造剖面圖Fig.4　Profile of Yangri fault structure of Maqiaozhen1.粉砂巖;2.含礫碎屑巖;3.細晶白云巖;4.粉砂質(zhì)碎裂巖系;5.復(fù)成份構(gòu)造角礫巖；6.白云質(zhì)碎裂巖系;7.第四紀殘坡積層;8.劈理化帶;9.密集劈理化帶;10.角度不整合。

在圖1的構(gòu)造剖面C處,高碑陽日斷裂構(gòu)造剖面(圖5)位于新華斷裂以東,斷層上盤為寒武—奧陶紀地層,下盤為志留紀地層,該剖面中斷層破碎帶寬度明顯小于新華斷裂西側(cè)(圖2、圖4),構(gòu)造強度明顯弱于前者,斷層破碎帶主要由粉砂質(zhì)碎裂巖、灰質(zhì)碎裂巖等組成,斷層上盤寒武—奧陶紀地層產(chǎn)生倒轉(zhuǎn)不對稱褶皺,總體反映了早期滑脫、晚期順層逆沖推覆的特點。

圖5　高碑陽日斷裂構(gòu)造剖面圖Fig.5　Profile of Yangri fault structure of Gaobei

區(qū)域資料顯示,陽日斷裂繼續(xù)向東延伸走向漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)镾E向,且漸漸變?yōu)殡[伏斷層,陽日斷裂北盤在新華斷裂西側(cè)出露神農(nóng)架群基底,而在新華斷裂北側(cè)則為古生界大量出露,這一差異顯然指示新華斷裂以西具更大規(guī)模的抬升,暗示陽日斷裂在新華斷裂西側(cè)具有更強的逆沖、褶皺等擠壓變形。

在圖1的構(gòu)造剖面D處,鳳凰山大冶組復(fù)式褶皺構(gòu)造剖面(圖6)位于上揚子穩(wěn)定地塊,復(fù)式背斜核部為大冶組三段中—薄層蠕蟲狀泥灰?guī)r,兩翼為大冶組四段中厚層微晶灰?guī)r,該復(fù)式褶皺由北至南軸面產(chǎn)狀依次為352°∠56°、350°∠80°、165°∠67°,褶皺軸面產(chǎn)狀上這種變化可能反映了燕山期和喜馬拉雅期的褶皺疊加作用,在核部大冶組三段薄層蠕蟲狀泥灰?guī)r中共軛膝折帶呈近EW走向并分別向SN緩傾,形成于近南北向擠壓作用背景,推測與喜馬拉雅期近南北向?qū)_有關(guān)。

圖6　鳳凰山大冶組復(fù)式褶皺構(gòu)造剖面圖Fig.6　Profile of compound fold structure of Daye Formation

2　陽日斷裂性質(zhì)及活動期次

通過對鎮(zhèn)巴—陽日斷裂帶東段構(gòu)造樣式的研究,結(jié)合南大巴山前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造特征以及秦嶺—大別山內(nèi)造山帶構(gòu)造演化背景相關(guān)研究,對陽日斷裂初步厘定以下構(gòu)造變形行跡:

印支期秦嶺造山帶全面陸陸碰撞造山,形成中央造山帶NWW走向構(gòu)造帶的基本構(gòu)造格架,神農(nóng)架北側(cè)的武當群發(fā)生韌性剪切變形[7-8],拉伸線理指示最大主應(yīng)力方向為近SN向。受秦嶺造山帶印支期造山作用影響,在近S-N向主擠壓應(yīng)力場作用下,南大巴山前陸帶東段古生界—三疊系均卷入變形,為了調(diào)節(jié)這種強烈的隆升和褶皺作用,地殼內(nèi)可能發(fā)育一些深部的滑脫層和斷裂。于是在印支運動中鎮(zhèn)巴—陽日一帶可能形成了初始的構(gòu)造薄弱帶,孕育著陽日斷裂的雛形。然而根據(jù)重磁資料及前人資料,新華斷裂為一深大斷裂[9],其活動形成于晉寧期,并持續(xù)到喜馬拉雅期。由于該斷裂的限制和分劃作用,使得其兩側(cè)的陽日斷裂構(gòu)造特征有著巨大差別。

燕山早期在繼承印支期褶皺變形的基礎(chǔ)上,在南秦嶺—大巴山前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造環(huán)境中,主要受控于大巴山陸內(nèi)造山作用的影響,陽日斷裂仍在近S-N向擠壓作用下,其構(gòu)造樣式表現(xiàn)出由北向南的一組相互平行的逆沖推覆斷裂,在李傅灣、馬橋鎮(zhèn)兩河口以及神農(nóng)架堂房溝[10]等多地表現(xiàn)明顯,形成一系列走向近東西向的逆斷層,斷層帶內(nèi)發(fā)育碎裂巖系和擠壓透鏡體。

燕山晚期湘西—鄂西地區(qū)構(gòu)造環(huán)境與構(gòu)造活動特征發(fā)生根本性的大轉(zhuǎn)變,構(gòu)造體制由擠壓背景轉(zhuǎn)換為伸展減薄構(gòu)造背景,由于受到神農(nóng)架、黃陵兩個隆起相向?qū)D作用,神農(nóng)架隆起東緣應(yīng)力場方向轉(zhuǎn)變?yōu)镹W-SE向,形成一系列斷陷盆地,控制了白堊—古近紀一套紅色磨拉石沉積建造。在調(diào)查區(qū)內(nèi),馬橋斷陷盆地的形成和一系列小型陡傾正斷層切割早期逆斷層(圖2,圖3-b)形成于此時。

喜馬拉雅期除揚子北緣前陸褶皺逆沖帶繼續(xù)向南前展式逆沖之外,雪峰山—幕阜山褶皺逆沖帶自南東向北西推進至揚子北部地區(qū),在這種構(gòu)造背景下,陽日斷裂帶再次活化,在陽日斷裂帶內(nèi)(圖3-e、圖4)主要表現(xiàn)為粉砂質(zhì)碎裂巖由北向南逆沖至白堊紀紅層之上以及斷層破碎帶內(nèi)粉砂質(zhì)碎裂巖形成軸面傾向南的小褶皺。另外,在陽日斷裂南側(cè)鳳凰山一帶(圖6)大冶組復(fù)式褶皺以及其內(nèi)部的共軛膝折帶也反映了區(qū)域上喜馬拉雅期具南北對沖擠壓的特征,再結(jié)合前人在保康—房縣的研究成果,在青峰斷裂房縣附近見燈影組厚層白云巖由南向北逆沖推覆到白堊紀紅層之上(圖7),因此推測該斷裂東段早喜馬拉雅期構(gòu)造具南北對沖擠壓的特點。

圖7　房縣—襄樊—廣濟斷裂帶青峰段構(gòu)造剖面[9]Fig.7　Tectonic profile of Fangxian-Xiangfan-Guangji fault zone

3　結(jié)論

(1) 陽日斷裂總體為逆沖斷層,斷面沿傾向呈舒緩波狀,由多條近平行、不同級別或規(guī)模的斷層組成,總體傾向北,以新華斷裂為界,陽日斷裂西側(cè)的擠壓即變形強度均顯著大于東側(cè)。

(2) 鎮(zhèn)巴—陽日斷裂帶是一條長期活動的深大斷裂帶,對其東段的研究,揭示出該斷裂帶具有多幕活動歷史,經(jīng)歷了印支期初始形成階段、早燕山期向南的弧形疊瓦式逆沖推覆階段、晚燕山期造山后伸展減薄階段、喜馬拉雅期疊加改造階段。

(3) 喜馬拉雅期陽日斷裂東段南北對沖活動性質(zhì)的初步確定,為南大巴山及整個揚子板塊內(nèi)部處于造山后的大規(guī)模、多期次的陸內(nèi)調(diào)整構(gòu)造背景提供了佐證。

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