黔东凯里 三都断裂结构及形成演化

李学刚 杨坤光，1b 胡祥云 戴传固 张 慧

（1.中国地质大学a.地球科学学院；b.构造与油气资源教育部重点实验室；c.地球物理与空间信息学院，武汉430074；2.贵州省地质调查院，贵阳550005）

凯里－三都断裂带位于黔东地区，区域上属雪峰隆起西南缘与扬子板块的结合带。黔东南元古代地质体隶属于江南－雪峰隆起的西南缘，自黄汲清1945年首次提出“江南古陆”为一个加里东造山期形成的古陆以来，关于该古老地质体的属性问题一直争论不休，对其属性问题学者们分别提出过“古陆”、“加里东古隆起”、“中生代外来的混杂岩”［1］、“陆缘增生岛弧褶皱带”和“过渡型的基底拆离式构造带”［2］等看法。雪峰隆起与扬子板块的结合带广泛发育逆冲推覆构造已被广泛认可［3－5］，然而，对于推覆距离与规模和推覆体发育的时间仍存在不同认识。对于推覆距离，在20世纪80～90年代江南－雪峰古陆曾被认为是巨型异地飞来峰［1］，丘元禧［6］（1994）认为推覆距离不超过50km，而雷山－台江元古代冲断片相对水平位移达37.5km［2］。对于推覆体发育的时间，学者们也分别提出过印支期－燕山期［7］、中三叠世以来［2］、多期次且至少自加里东期以来就存在［8］等多种看法，可见均未达成共识。凯里－三都断裂带是黔东南推覆体的前锋断裂，蕴涵了丰富的有关雪峰隆起演化的信息，尤其是推覆体下面的古生代地层中有良好的油气勘探前景、推覆体前缘及内部蕴涵有丰富的金属矿产资源，可见该断裂的研究无疑对提高黔东南乃至雪峰隆起的地质认识和该地区资源勘查水平意义非凡。基于此，本文将在前人工作的基础上，结合地球物理、显微构造和石英ESR测年等方法，对凯里－三都断裂的结构及形成演化进行论述。

1 区域地质背景与地球物理特征

凯里－三都断裂带位于黔东地区，该断裂带呈向北西西突出的弧形，展布于荔波北东－三都－丹寨－凯里－玉屏－铜仁一带，长度达320 km，以凯里、三都为界，总体上成NE（北段）－NNE（中段）－NW（南段）向展布。在区域上它是黔南拗陷与雪峰古陆的分界线［9］（图1），断裂带两侧所出露地层明显不同，东侧为雪峰古陆，主要出露下江群、四堡群等元古代浅变质千枚岩、板岩和变余砂岩；西边为黔南拗陷即瓮安－凯里古生代褶皱带；北部主要出露寒武系，其次是奥陶系、志留系、泥盆系；南部主要出露石炭系、二叠系、三叠系。

图1 凯里－三都断裂带区域地质简图Fig.1 Regional geological sketch map of the Kaili－Sandu faults belt

图2 QZ04－40线地震剖面凯里－三都断裂带显示图（剖面D－D′）Fig.2 The Kaili－Sandu fault belt shown in the seismic profile line QZ04－40

横穿凯里－三都断裂带的走向近东西向的地震剖面（D－D′）显示（图2），凯里－三都主断裂倾向东，以低角度（倾角30°左右）向西逆冲。断裂西盘（下降盘）震旦系底界深度在6～8km，其上为连续沉积的古生界；而断裂东盘（上升盘），地表覆盖有大量元古界，地震解译发现在深度7～9 km处为元古界的底界，与下降盘元古界的顶界深度相当。根据解释结果，上升盘地层被凯里－三都断裂水平错开约12km，垂直断距约5km，滑距约13km。综合分析，推测凯里－三都断裂东盘向西推覆距离可达12～15km，在雷山、榕江以西的元古界推覆体之下覆盖有大面积的古生代地层。

2 断裂带宏观结构

根据凯里－三都断裂带沿走向变形以及结构特征的不同，宏观上将其分为北、中、南3段。

图3 凯里－三都断裂带联合剖面图Fig.3 United geological profile of the Kaili－Sandu fault belt

断裂带北段经玉屏、例洞、施洞口、台盘、凯里和蔓洞等地，表现为多条断层组成的断裂带，断裂带总体走向40°～50°。次级断层中正、逆断层均发育，但逆断层居多；主断层倾向南东，倾角30°～80°，且表现出由浅到深断层倾角逐渐变缓之势，显示明显的逆掩推覆性质。在台盘、凯里南东地区上板溪群向北西推覆至寒武系之上（图3），蔓洞地区寒武系向北西逆冲至上二叠统之上。地层断距一般在1km以上，最大可达4km。主断层附近发育牵引褶皱、劈理（见实测剖面C－C′）和强烈挤压推覆导致的轴面倾向南东的紧闭褶皱、倒转褶皱和“飞来峰”等构造现象。断裂带在地表表现为300～500m宽的破碎带，沿线随处可见碎裂岩和断面擦痕。在镇远附近，受东西向构造运动影响，凯里－三都断裂被贵阳－镇远断裂所切错，显示出右行平移特征。该段总体表现为由南东向北西的强烈逆冲推覆，兼具平移剪切和张裂的性质。

断裂带中段分布于蔓洞－三都一带，现今表现为总体走向北北东、局部北东的“S”形，断裂带被后期北东、北西向断层多次横切，从而由规模不一的断层雁列断续构成，单条断层延伸长50～100km，断层总体倾向东、南东东，局部北西，倾角70°左右，多数断距＞1km，最大达4km。该段表现为压剪性质的逆断层，上盘新元古代浅变质碎屑岩向北西西逆冲于下盘古生界不同层位之上。主要断层标志为地表发育宽300～500m的强烈挤压破碎带，揉皱强烈，拖曳褶曲和次级派生断层发育，断层附近地层局部发生滑脱、牵引，地貌上见断层三角面和地质界线错位。

断裂带南段分布于三都－荔波北东一带并延伸至广西境内，部分地段被北西向断层以左行平移的方式错断，走向北西。如实测剖面A－A′（图3）所示，主断层总体倾向东，为发育在震旦系中的穿层逆断层，断裂带地表表现为挤压破碎带，挤压带中的地层近直立，连续性差，主断层下盘震旦系冰碛岩中见近直立岩脉，断层面上发育擦痕、阶步，次级断层两盘地层中压性及剪性劈理极为发育，局部甚至将层理置换，显示断裂带经历过挤压、平移剪切和张裂等多期活动。

综上所述，凯里－三都断裂宏观露头变形特征表现为：总体表现为由多条断层组成的向北西西突出的弧形断裂带；断裂带以脆性变形为主，广泛发育断层角砾岩，地表表现为一破碎带；主断层表现为压剪性逆断层，运动方向为由南东东向北西西的挤压推覆；断裂带经历过挤压、拉张和走滑等多性质、多期次变形；地球物理剖面显示凯里－三都断裂东盘的向西推覆距离可达12～15km，垂直断距约5km，而单条断层地层断距多为1～4km，推测断裂带宏观的较大位移是通过数条断层的小规模位移叠加来实现的。

3 断裂带微观变形特征

3.1 有限应变测量及石英C轴组构特征

为了定量研究断裂活动造成的岩石应变量和应变形式，对采自断裂带内及附近的18块定向岩石标本进行了三维有限应变研究。标本多为采自前石炭纪地层的石英岩。由于石英含量高且对应变较为敏感，是较好的应变标志体，因而它的应变特点能很好地代表整个岩石的变形行为［10］。在室内对每块定向标本切制3个互相垂直的主应变面薄片（XZ、YZ、XY面），对3个主应变面采用Fry法进行测定，每个薄片测定40～50个颗粒，得到3个主应变面应变量之后，再计算出三维应变值的应变参数（付林指数）。应变参数（付林指数）在0.14～0.79，投影均落在挤压变形区，但是有少数投影点靠近平面应变（K＝1）线（图4），表明岩石主要在挤压状态下发生了强烈变形，并伴有平面剪切。

图4 凯里－三都断裂带付林图解Fig.4 Flinn diagram of the Kaili－Sandu fault belt

石英是对应力变形反应敏感的一轴晶矿物，石英C轴组构可以揭示岩石的变形程度、受力强度与方向、变形环境等动力学信息。对采自断裂带附近奥陶系和泥盆系的6块定向岩石标本的最大主应变面（XZ面）进行了石英C轴组构测定。所有标本镜下石英颗粒的波状消光和定向性较弱或不明显，光轴优选方位较为明显（图1），具有多个高极密点，最高极密除D165仅为2.8%，其余标本均集中于3.7%～4.2%，均显示三斜对称（无对称）型式；组构以略具有约为65°半开角的（假）小圆环带为特征，实质是不同挤压的高极密组合显示，均表明断裂带曾受到过多个方向的挤压作用。其中，根据石英C轴组构与线理L、面理S等构造要素的关系，判断标本D103、D113、D114、D118均受到 NE－SW（或 NNE－SSW）方向的挤压应力而形成劈理S，表明凯里－三都断裂带除了宏观以向NWW挤压逆冲为主外，还受到过NE－SW（或 NNE－SSW）向的较强挤压作用；而标本D165、D166的组构图中显示断裂带局部区段受到多期的弱挤压变形，同时有局部的弱剪切作用。总体而言，石英C轴组构特征显示断裂带除经历过NWW向的强烈挤压逆冲作用外，还经历过较强的NE－SW（或NNE－SSW）向挤压作用，且局部区段经历过多期的弱挤压和弱剪切变形作用。

3.2 差异应力分析

方解石的双晶特征、双晶纹的宽度与温度具有密切关系，温度越高，双晶纹越宽、越不规则。低于170℃的双晶纹以细纹为主，高于200℃以宽纹为主（170～200℃是其转换温度）［11］，且在大约250℃时动力结晶作用会使双晶纹不规则化［12］。采自凯里－三都断裂带中的方解石脉，镜下颗粒普遍呈波状消光或带状消光，1组、2组双晶发育较常见，且细纹、宽纹和弱弯曲双晶纹均可见（图5）。这些类型的双晶纹在断裂带中同时出现，揭示断裂带经历了复杂的构造和热演化历史，双晶纹微弱弯曲说明断裂带主要以浅层低温脆性活动为主。通过方解石双晶的测定显示差异应力值在20.8～47.6MPa之间，与强烈造山带中的巨型断层（差异应力值一般＞100MPa）相比偏小，由此推测断裂带宏观的较大位移是通过数条断层的小规模位移叠加来实现的，与断裂带宏观变形特征相符。

3.3 断裂带碎裂岩扫描电镜分析

进行扫描电镜分析的碎裂岩标本为采于丹寨县北的寒武系高台组白云岩。镜下主要见被胶结裂隙及碾磨而成的粉末状细颗粒（图5），多数粒度＜0.05mm，多数颗粒以压剪性碾磨为主而成浑圆状，少数棱角明显，部分细粒因碾磨而定向排列。推测断裂带演化过程中发生过强烈的挤压或剪切作用，以碾磨作用将原岩碾磨成粉末，而后构造反转为张裂作用使得岩石发育张性微裂隙，并被后期热液胶结。总体表明断裂带以脆性变形为主，经历过挤压、剪切和张裂等多期构造运动。

显微构造表明凯里－三都断裂带以脆性变形为主，经历了多期次的挤压、拉张和平移剪切作用，其中以挤压作用最为强烈。

图5 凯里－三都断裂带内方解石显微照片（A，B，C）及碎裂岩扫描电镜形貌（D，E，F）Fig.5 Micrographs of calcite in the Kaili－Sandu fault belt（A，B，C）and Mirco－morphology in SEM of cataclasites（D，E，F）

4 断裂带包裹体均一温度

构造流体包裹体是断裂变形过程中产生的热流体或系统外部的热流体被捕获保存于矿物晶格或空穴、裂隙中形成的，不同构造运动生成的原生流体包裹体包含了其形成时的物理化学状态，记录和保留了断裂的变形环境和演化历史［13，14］。对采自凯里－三都断裂带的29件标本（包括石英脉和方解石脉）在中国地质大学（武汉）流体与包裹体实验室进行了原生流体包裹体测温，测试结果揭示了流体的构造成因意义。本断裂带中的原生流体包裹体多呈零星分布，每个样品大致含3～14个包裹体，主要为富液相包裹体，大小在3～20μm之间，气液比为5%～10%。同一标本的均一温度呈具有一个或者多个峰值的近似正态分布曲线；不同标本的均一温度不同，显示断裂带曾经受过多期热液改造。所有方解石和石英脉中包裹体的均一温度值呈现近似正态分布曲线（图6），显示150～210℃的一个明显峰值，表明断裂带曾经历过一次强烈的构造运动。而落入该峰值温度区间的脉体在新元古代－二叠纪地层中均有产出（表1），说明这次强烈的构造运动发生在二叠纪以后。产自新元古代、震旦纪、寒武纪、奥陶纪、泥盆纪地层中的单个标本均一温度均显示2～3个峰值；而新元古代地层中均一温度出现330℃、315℃、270℃、240℃、200℃、170℃等多个峰值，震旦纪地层中亦显示360℃、335℃、295℃、245℃、180℃等多个均一温度峰值，均显示温度峰值多而连续，说明构造活动深度逐渐变浅，新元古代和震旦纪地层是被多期挤压而逐渐推覆抬升的，显示了凯里－三都断裂带的多期活动，与断裂带宏观、微观变形特征所显示结果相符。包裹体均一温度均小于400℃，根据30℃／km的地温梯度推算凯里－三都断裂带活动深度为4～12km，以浅层低温脆性活动为主。

图6 包裹体均一温度直方图Fig.6 The homogeneous temperature histogram of the fluid inclusions

表1 凯里－三都断裂带脉体原生流体包裹体测温结果Table 1 Temperature results of the fluid inclusions in the veins from the Kaili－Sandu fault belt

5 燕山期以来的演化历史

凯里－三都断裂演化具有多期性、复杂性等特征。由于其所处区域构造背景的特殊性，不同演化时期受不同构造域的控制，表现出不同的阶段性演化特征。总体来说，断裂带燕山期以来明显受太平洋构造域控制。本文将结合石英ESR年龄测定对凯里－三都断裂燕山期以来的演化历史进行讨论。

燕山期：侏罗纪－早白垩世早期伊佐奈歧板块向NW方向运移并向东亚大陆之下俯冲，使中国大陆及邻区受到较强的总体上向北西的挤压和缩短作用［15］，造就了中国东部的新华夏构造体系。由此产生的NW向强大挤压应力对凯里－三都断裂产生了巨大影响。由于应力远程传导的滞后效应，使凯里－三都断裂于早、中燕山期发生强烈的向NW－NWW逆冲并伴有走滑作用。本文对产自断裂带的20件石英脉样品进行了石英ESR年龄测定研究（表2、图7，年龄测定原理见参考文献［16］），其中100～125Ma和198.9Ma的ESR年龄记录了断裂带此次活动（石英脉体为断裂逆冲期后产物，年龄滞后于断裂主活动期）。100～125Ma的石英脉对应的包裹体均一温度几乎尽数落于断裂带的峰值温度区间150～210℃（表1、表2），说明此次逆冲运动对应于断裂带包裹体均一温度峰值所显示的一期强烈活动，是凯里－三都断裂最主要的构造运动时期，使得断裂带东侧的推覆体向NWW的推覆距离达到12km左右，地表形成弧形构造带，断裂西侧形成侏罗山式隔槽式褶皱［17］，由此奠定了凯里－三都断裂基本构造格架。

表2 凯里－三都石英ESR取样位置、脉体产状及年龄测定结果Table 2 Distribution，occurrence and dating results of quartz ESR from the Kaili－Sandu fault belt

图7 凯里－三都断裂带石英ESR年龄频谱Fig.7 Spectrogram of quartz ESR results of Kaili－Sandu fault belt

晚燕山期，印度板块与欧亚大陆之间发生软碰撞［15］，在研究区产生 NNE－SSW 向挤压应力，近于平行凯里－三都断裂走向，使得断裂带发生构造负反转，表现为垂直挤压应力方向的拉张正滑和走滑，局部地区发展成为控制K2红盆的边界断层，72～94Ma的石英ESR年龄记录了断裂带的此期活动。

喜马拉雅期：古近纪，太平洋板块第一次比较强烈的向东亚大陆东部俯冲、挤压，中国大陆普遍发生了近东西向的缩短和近南北向伸展的构造变形［15，18］。此时期凯里－三都断裂再次表现为挤压逆冲，而黔东南推覆体再次向NW（NWW）方向推覆，11～36Ma的ESR年龄记录了断裂带喜马拉雅期的活动。至此凯里－三都断裂完成最终定型。

6 讨论与结论

6.1 讨 论

江南－雪峰古陆西缘存在逆冲推覆已被广泛认可［3－5］，然而对其推覆距离及规模尚存在争论，这一问题的澄清对于判断江南－雪峰古陆是“原地”还是“外来”地质体至关重要。20世纪80～90年代，江南－雪峰古陆曾被认为是巨型异地飞来峰［1］，丘元 禧［6］（1994）认 为 推 覆 距 离 不 超 过 50 km，而雷山－台江元古代冲断片相对水平位移达37.5km［2］。本文地球物理资料表明黔东南地区凯里－三都断裂的水平推覆距离为12～15km，表明黔东南推覆体为准原地型，不具巨型推覆特征。凯里－三都断裂为黔东南推覆体的前锋断裂，宏观与微观变形特征表明断裂带不具巨型造山带巨型断层特征，推覆体宏观上的较大位移量是通过多条断层多期次的小规模位移叠加而成，主推覆变形发生在早、中燕山期。断裂带东侧的元古代地层以发育复式褶皱、紧闭倒转褶皱为特征，西侧显生宙地层表现为侏罗山式褶皱，可见凯里－三都断裂对强大的区域挤压应力具有显著的调节作用。

6.2 主要结论

凯里－三都断裂是黔东南推覆体的前锋断裂，现今表现为以脆性变形为主的逆冲断裂带，断裂带上盘向NWW推覆的水平位移达12～15 km，是多条断层多期挤压、拉张和平移剪切作用叠加的结果。

断裂带经历了多期演化过程，燕山期以来的演化历史主要受太平洋构造域控制，早中燕山期为主挤压逆冲阶段、晚燕山期为拉张正滑阶段、喜马拉雅期为再次挤压－定型阶段。

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