川东南构造带中新生代多期构造特征及演化

覃作鹏, 刘树根, 邓 宾, 李智武, 孙 玮

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

川东南构造带中新生代多期构造特征及演化

覃作鹏, 刘树根, 邓 宾, 李智武, 孙 玮

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

川东南地区受多期构造运动影响，形成了复杂的复合构造。作者通过对桐梓-綦江地区野外露头的100余组节理、擦痕及典型叠加褶皱的研究，运用构造解析方法对节理破裂滑动构造进行古应力场反演，结合褶皱的叠加序列和节理的交切关系所反映的古应力场序列，重建川东南构造带中生代以来的构造演化史。结果表明，川东南构造带于中新生代以来主要经历了4期构造运动：早白垩世E-W向挤压作用；晚白垩世近S-N向挤压作用；早新生代NE-SW向挤压作用；上新世早期NW-SE向挤压作用。

多期节理；古应力场；川东南；构造演化

多期地表节理、裂缝系统和多期叠加褶皱是叠合盆地多期构造运动的典型标志体,其构造演化过程刻画了区域内复杂多期性构造运动过程[1]。川东南构造带西以华蓥山断裂带为界与川中隆起相邻、东以南川-遵义断裂带为界与江南-雪峰造山带相邻、南与滇黔北部拗陷带衔接，地跨近北东走向的齐岳山断裂带[2]，受深大断裂和隐伏断裂的控制作用[3],以及多期构造运动的影响，具有复杂的复合构造样式,如:宋家场构造、长垣坝构造、太和-旺隆构造等,多期构造运动特征显著。乐光禹等根据地质模型数值模拟研究[4]表明，川东南联合构造受三直角边界控制,具有由边界向内部逐渐递进演化的特征[1]。前人研究表明川南地区经历了燕山-喜马拉雅多期复合运动[5]，但对其变形期次及受力方式依然存在较大争议。本文通过对桐梓-綦江地区地表露头的叠加褶皱、节理与擦痕等构造要素的测量与解剖，及对100余组多期节理的古构造应力场特征、演化次序等的分析，结合露头所见的典型的叠加褶皱构造，探讨川东南地区构造变形期次及其古应力场特征，并结合区域构造背景重建川东南构造带构造期次。

1 区域构造概况

川东南构造带，可细分为川东高陡褶皱带和川南低陡褶皱带，为四川盆地内强烈褶皱区域。川东南构造带西以华蓥山断裂带为界，东以南川-遵义断裂为界，向南跨越齐岳山断裂带与滇黔北部拗陷带相接(图1)。

研究区地层自老而新为震旦系灯影组、寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和第四系，总厚>10 km。其中, 震旦系灯影组-中三叠统为海相碎屑岩、碳酸盐沉积层，其间缺失泥盆系、石炭系。寒武系、奥陶系发育齐全，灯影组、志留系、二叠系茅口组顶部因构造运动抬升遭受不同程度的剥蚀。

川东南构造区又可细分为隔档式构造区和隔槽式构造区。隔档式构造区是以大断裂控制的高陡背斜带和宽缓向斜带为主体的平行褶皱区，其构造线总体走向为北北东向，在其北段和南段具有分别向东和向南弯曲而成整体向北西突出的弧形。隔槽式构造区以发育背斜、向斜近等宽的垛状褶皱或背斜宽缓、向斜紧闭的隔槽式褶皱为显著特点，构造线方向总体自北东向南西由北北东向经遵义一带转为近东西向。

图1 川东南构造区位置及地质略图

2 多期构造特征

2.1 多期构造变形分析方法

古构造应力场分析是研究盆地构造演化的有效方法之一[6,8]，通过对节理、擦痕的发育特征以及叠加褶皱变形特征的分析，重建区域古应力场。在多期构造运动的背景下，通过野外露头观察到的多期节理之间的限制、交切关系，同一擦痕面上擦痕的叠置和多期叠加褶皱现象,根据晚期节理切割早期节理、早期节理限制晚期节理、晚期擦痕覆盖或破坏早期擦痕等现象来确定多期构造事件间的相对次序。依据构造体形成所经历的不同应力背景，可将其分为多期次，其后依据各期构造事件的不同应力状态重建区域古应力场[6,9]。

对川东南綦江-桐梓地区节理、擦痕和叠加褶皱的分析中，发现一些节理不符合摩尔-库伦准则所述的共轭节理所对锐夹角的角平分线为σ1(最大主应力)方向的原则，野外所见的许多断层面与擦痕方向却常常指示钝夹角的角平分线为σ1方向。造成这种情况的原因可能有2点：①在持续应力的作用下，节理之间的夹角被扩大；②郑亚东等提出的最大有效力矩准则[9]认为共轭变形带的σ1一侧一般为钝角(110°)。具体选择钝角还是锐角作为σ1方向，需要根据野外实际情况来进行分析[6]。野外所见到的很多平面X节理所在地层经过后期构造运动改造地层产状发生了改变，直接运用所测得的节理产状进行统计将不能反映真实的古应力场，需将地层抚平之后再通过古应力反演软件Win_Tensor计算古应力状态。

2.2 多期叠加褶皱

川东南地区由于受到多期构造运动控制，普遍发育多期叠加褶皱。基于Jose L. Simon (2004)对多期叠加褶皱的分类及研究，根据野外所见的叠加褶皱现象，揭示出区域内多期古构造应力场的特征及其序列关系[11]。

于桐梓县城以北夜郎镇向斜南翼，山坡村南口的采石场剖面的下三叠统中—薄层深灰色灰岩地层(T1m)中Tq88号点(图2-A)处高角度出露、褶皱变形形成第一期相似-同斜褶皱第一期褶皱的枢纽呈近SSE向倾伏，其倾伏角大约为25°。第一期褶皱受后期构造事件变形叠加，其枢纽发生了明显褶皱变形，形成宽缓褶皱。第二期构造变形褶皱枢纽约为SE倾伏向中低角度倾伏角。揭示出该区域内地层经第一期近E-W向主应力挤压变形后，又经受后期挤压构造变形事件叠加改造，其主应力方向为NNE-SSW向至S-N向，即第二期近S-N向挤压应力场。由此推知，E-W向挤压应力场早于近S-N向挤压应力场。

图2 川东南多期叠加褶皱特征

桐梓县清水溪村中三叠统狮子山组(T2sh)中的Tq105号点(图2-B)处褶皱变形形成第一期闭合-斜歪褶皱，通过两翼产状计算得出第一期褶皱轴面产状为266°∠47°，揭示其是在E-W向挤压应力场作用下形成的；第二期开阔-近直立褶皱，通过两翼产状计算得出第二期褶皱轴面产状为33°∠84°，揭示其受NW向挤压应力场作用形成，表明E-W向构造应力场早于NW向构造应力场。

典型多期叠加褶皱揭示出：E-W向挤压应力形成的S-N向构造线理，为早于近S-N向挤压应力形成的近E-W向构造线理和由NW向挤压应力形成的NE向构造线理，因此为第一期构造线理。

2.3 多期节理特征

根据对叠加褶皱和多期节理特征的分析，笔者认为川东南构造带自中新生代以来共经历了4期构造运动，并根据野外露头上所测量到的节理或擦痕相互交切关系得出这4期应力场的相对次序。在花坝农场以西约400 m处下志留统韩家店组中的TQ061点处见两系共轭节理(图3-A，所在位置见图4)：节理组a(图中a)为一组走滑性质且走向为NNE和NW向的共轭节理；节理组b(图中b)为一组走滑性质且走向为NNW和NW向的共轭节理。节理组a在S-N向应力场的作用下形成，节理组b在NW向应力场的作用下形成，而节理组a限制了节理组b的发育，表明节理组a早于节理组b形成，即近S-N向应力场要早于NW向应力场。花坝农场NW方向约1.3 km处上二叠统中的TQ58点处见2组擦痕相互叠置(如图3-B所示，所在位置见图4)。具上冲右旋性质的擦痕a(图中a)出现在岩石表面，而具正断左旋性质的擦痕b(图中b)则出现在岩石之上的方解石表面，表明擦痕a形成于擦痕b之前。根据古应力恢复表明，擦痕a于NW向挤压应力场作用下形成，擦痕b于NE向挤压应力场作用下形成，揭示出NW向挤压应力场早于NE向挤压应力场。

桐梓县新桥镇以南约3 km处中三叠统夜郎镇在Tz006点位处见2组擦痕相互叠置(如图3-C所示，所在位置见图4)，其中擦痕a(图中a)为低角度右旋上冲走滑性质，古应力反演表明其形成于E-W向挤压应力场中；擦痕b(图中b)为高角度右旋上冲性质，古应力反演表明其形成于NW向挤压应力场中。如图3-C所示，擦痕b覆盖于擦痕a之上，表明擦痕b晚于擦痕a形成，揭示出E-W向挤压应力场早于NW向挤压应力场。

图3 川东南构造节理擦痕特征

图4 川东南构造带节理面构造滑动古应力综合分析图

综上所述，通过对节理面和擦痕的分析，可知其应力期次为：E-W向和S-N向构造应力场最早，NE-SW向次之，NW-SE向最晚。结合前述叠加褶皱的分期结果，可将该地区所经历的古应力场按照由老到新关系分为如下4期： E-W向、S-N向、NE-SW向、NW-SE向。

2.4 多期古应力特征

笔者于该地区内共收集105组节理、擦痕数据。基于这些数据，在剔除拉张性质数据(即σ1位于铅直方向)的情况下，以共轭X节理及野外所见的节理擦痕的交切关系为基础，应用古应力反演软件Win_Tensor，同时通过PBT Module、RUP和地层复平校正检验[12]进行数据筛选和古构造应力场分期，并与叠加褶皱特征和多期节理特征所得结论相互印证后，将该地区的古应力场分为如下几期：第一期为E-W向的主应力，第二期为近S-N向主应力，第三期为NE-SW向和第四期为NW-SE向主应力(图4)。

第一期近E-W向主应力场(其主应力σ1方位角范围为81°～110°)，主要发育NNW和NEE向共轭节理(σ3为近S-N向)。对该系节理共计17组数据的分布位置统计后发现，该系节理呈集中分布，10组数据分布于齐岳山断裂带，5组分布于南川-遵义断裂西侧。这表明该期节理沿大型断裂集中分布。

第二期近S-N向主应力场(其主应力σ1方位角范围为345°～2°)，主要发育了NE和NW走向的走滑性质的共轭节理(σ3为近E-W向)。对该系节理共计15组数据的分布位置统计后发现，该系节理分布密度由南到北逐渐减少，于齐岳山断裂带之南东仅见2组数据，由此推测该期古应力场可能由南向北传递。

第三期NE-SW向主应力场(其主应力σ1方位角范围为51°～65°)主要形成S-N和E-W走向及NNE和NWW走向的2系具走滑性质的共轭节理(σ3为近NW-SE向)。对该系节理共计27组数据统计后发现，该系节理呈相对集中分布，分别集中于齐岳山断裂带(12组数据)及南川-遵义断裂带西侧(9组数据)，隔档式褶皱区(2组数据)分布极少。表明该期节理沿断裂带集中分布。

第四期NW-SE向主应力场(其主应力σ1方位角为138°)主要发育了走向为近S-N向和近E-W向的具走滑性质的共轭节理(σ3为近NE-SW向)。由SE向NW向挤压，应力强度逐渐减弱。

需要特别指出的是，在所收集到的105组数据中，有34组为拉张性质(即σ1位于铅直方向)。对这些数据进行单独分析后发现：(1)这些数据的采集点基本位于褶皱的核部区域；(2)张性数据的拉张方向(即σ3方向)与其所对应的挤压应力场的主应力方向(即σ1方向)的负方向刚好一致；(3)张性数据的采集点处都同样采集到了与之对应的挤压应力场的数据。由此我们认为这些张性数据是在挤压应力场作用下，于背斜外层或向斜内层由于局部拉张所形成的张性节理，同样反映了对应期次的古构造应力场的特征，可以作为判定对应挤压应力场的证据使用，故将这些张性数据加入到构造期次的划分中(图4)。

3 川东南地区中新生代构造演化

川东南构造区地跨川东南高陡褶皱带和川南低陡褶皱带，分别受齐岳山构造带和大娄山构造带控制，因而具多期构造运动特征，区域上具有明显的多期线理构造格局，如NE向桑木场构造带、S-N向南川-遵义构造带等。根据地层只能记录与之同时或者其形成之后的构造事件，对所收集节理擦痕数据按地层分类统计后，发现4期古应力场从老到新所有地层中均有出现，且该地区最新地层为上侏罗统蓬莱镇组(J3p)，由此推知这4期古应力场都发生于晚侏罗世及其之后。

中晚侏罗世以来，华南大陆板内雪峰陆内造山系统由南东向北西发生穿时扩展，逐渐影响并控制了扬子板块内构造变形格架[13,14]。雪峰陆内造山带于早白垩世早中期(即燕山运动中、前期)由南东向北西推挤至川东南褶皱带南东段，于早白垩世晚期(即燕山运动中、后期)推挤至川东南褶皱带北西段[15]，使早期为张性的S-N向南川-遵义断裂带发生构造反转，形成上冲走滑变形，于南川-遵义断裂带西侧形成第一期东西向挤压主应力，并导致该边界断裂带具有明显左旋走滑上冲变形特征，形成了川东南地区第一期近S-N向构造线理。

图6 川东南綦江—桐梓NW-SE向构造演化剖面图

晚白垩世雪峰陆内造山带产生的SE-NW向挤压应力场依然活跃，而紫玉-罗甸断裂发生强烈左旋走滑运动，黔中地区受紫云-罗甸断裂影响沿NW向强烈锲入大娄山地区，同时受到四川盆地刚性基底的强烈阻挡作用。受此三大构造作用影响，大娄山构造带发生S-N向挤压，发生褶皱变形[14]，受控于第二期S-N向挤压古应力场，于川南地区形成E-W走向展布的一系列构造行迹，同时第二期构造变形叠加改造早期南北向构造。

新生代早期，印-亚板块碰撞所形成的E-W向挤压应力场由西向东传递，使一些南北走向的张性断裂，如小江断裂、安宁断裂、 大凉山断裂等边界主断裂由新生代之前的张性为主[14]发生构造反转逐步变为以上冲走滑作用为主，加之四川盆地对E-W向挤压应力场的阻挡作用，使大娄山构造带形成NW-NNW向构造线理，并随着E-W向挤压应力场的向西逐次递减，形成该期线理于大娄山西段明显强于东段的特征,形成川东南构造区第三期NE-SW向构造应力场。

受印支板块喜马拉雅期以来向东南幕式挤压的影响，青藏高原东缘向东的隆升和推挤以及四川盆地及其周缘整体抬升，上新世早期(约5 Ma B.P.左右)[16]川东南地区(如：桐梓地区)受到NW-SE向挤压发生快速隆升剥蚀，造成新近系完全剥蚀，进而形成古近系古新统与第四系更新统呈角度不整合相接触，并形成大量NE向展布的构造线理, 最终奠定了川东南构造区的基本构造格架(图5)。

4 结 论

a.川东南构造带受四川盆地多旋回构造作用的影响，经历了复杂的构造演化史(图6)，于中新生代以来主要经历了4期构造运动：第一期E-W向，第二期S-N向，第三期NE-SW向，第四期NW-SE向。

b.中晚侏罗世后雪峰造山带向北西推挤，使得南川-遵义断裂带由张性反转为左旋上冲走滑并形成第一期S-N向构造线理；其后，由晚白垩世开始，雪峰山持续的北西向推挤，黔中地区的强烈切入与四川盆地基底的阻挡联合作用，形成川南大娄山地区E-W向构造线理；新生代早期印-亚大陆碰撞的挤压力在四川盆地的阻挡作用下于大娄山地区形成NE向应力场，进而形成NW-NNW向构造线理；上新世早期，青藏高原快速隆起及向东扩展，使得川东南地区也发生快速隆升剥蚀，形成NE向线理，进而川东南构造区基本形成。

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MultiphasestructuralfeaturesandevolutionofSoutheastSichuantectonicbeltinChina

QIN Zuo-peng, LIU Shu-gen, DENG Bin, LI Zhi-wu, SUN Wei

StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

The Southeast Sichuan tectonic belt is to the east of the Huaying Mountain fault zone, to the west of the Nanchuan-Zunyi fault zone and to the north of the depression zone in the north of Yunnan and Guizhou. Because of the impact of multiphase and multidirectional tectonic movements, a complex and compound structure formed in the southeast of Sichuan. Through researching more than 100 groups of joints, scratches and typical superimposed folds obtained from the outcrops of Tongzi-Qijiang area, inversing the paleostress field of the superimposed fold and joints fracture-slip structures by using the structural analytic method and combined with the paleostress fields’ sequence reflected from the superposition sequence of the folds and intersected relations of the joints, the authors rebuild the tectonic evolution of the Southeast Sichuan tectonic belt since Mesozoic. The result shows that the Southeast Sichuan structural belt has experienced four phases of tectonic movements since Mesozoic, that is, Early Cretaceous E-W trending compressional stress field, Late Cretaceous S-N trending compressional stress field, Early Cenozoic NE-SW trending compressional stress field, and Early Pliocene NW-SE trending compressional stress field.

multiphase joint; paleostress field; Southeast Sichuan; tectonic evolution

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.06.10

1671-9727(2013)06-0703-09

P542

A

2013-06-03

覃作鹏(1989-),男,硕士研究生,构造地质学专业, E-mail:343776673@qq.com。