雪峰造山带南段构造变形研究

柏道远, 钟 响, 贾朋远, 熊 雄

(湖南省地质调查院, 湖南 长沙 410016)

雪峰造山带地处江南造山带西南段, 位于扬子陆块与华夏陆块之间。因与华南地质发展历史密切相关, 其构造演化过程备受研究者关注(黄汲清,1945; 朱夏, 1980; 郭令智等, 1984; 王鸿祯等, 1986;水涛, 1987; 许靖华等, 1987; 珺刘宝等, 1993; 丘元禧等, 1998; 殷鸿福等, 1999; 杨明桂等, 2009; 柏道远等, 2010, 2011a; 张国伟等, 2011; 王自强等,2012)。长期以来众多学者对雪峰造山带构造变形进行过研究, 取得大量成果认识(马文璞等, 1995; 范小林, 1996; 邓家瑞和张志平, 1996; 杨绍祥和余沛然, 1997; 侯光久等, 1998a, 1998b; 梁新权等, 1999;

杨绍祥, 2000; 杨奎锋等, 2004; Wang et al., 2005;金宠等, 2009; 梅廉夫等, 2010; 张进等, 2010a; 刘恩山等, 2010; 胡召齐等, 2010; 陈世悦等, 2011; 汤双立等, 2011; 汪昌亮等, 2011), 但对其地质结构及变形样式、构造变形与隆升时代等问题的认识仍存在分歧, 例如: 丘元禧等(1998)、丁道桂等(2007a,2007b)强调印支-燕山运动期间向西的逆冲, 后者还明确否定雪峰山广西运动角度不整合和加里东期“古隆起”的存在(丁道桂等, 2007b), 但张进等(2010b)认为雪峰造山带中南段构造变形发生在早古生代,早中生代构造运动主要表现为燕山期的左行走滑。李仲东等(2006)提出加里东期古褶皱样式为近平卧褶皱, 但张进等(2010b)却认为造山带西部加里东褶皱为直立宽缓褶皱。关于雪峰(江南)造山带的形成以及隆起时代有元古代(郭令智等, 1980)、加里东期(张进等, 2010b)、早中生代(许靖华等, 1987; 丁道桂等,2007a, 2007b; 陈海泓等, 1993)以及加里东期和早中生代的构造叠加(丘元禧等, 1998; 贾宝华, 1994; 冯向阳等, 2001)等多种观点。

笔者最近对雪峰造山带南段(重点为东部靖州-绥宁一带)进行了较详细的地质构造调查, 对变形时代和变形强度、剖面地质结构、加里东期和早中生代构造运动特征及构造体制、变形机制等有了更多、更明确的认识, 为研究尚很薄弱且颇多争论的雪峰山构造研究补充了重要的基础地质资料。

1 区域地质背景

雪峰造山带总体呈向北西凸出的弧形展布, 北西边界为慈利–保靖断裂, 南东大致以前泥盆纪地层和上古生界界线与湘中盆地分界(图1)。带内主要出露新元古界冷家溪群-下古生界, 少量上古生界, 并有中生代洞庭盆地、沅麻盆地叠覆其上。雪峰造山带及边缘自北西往南东依次发育慈利-保靖、怀化-沅陵、溆浦-靖州、通道-安化、城步-新化等五条主干断裂, 前三者主要表现为倾向 SE的逆断裂, 后两者主要表现为倾向 NW 的逆断裂, 组成区域背冲构造样式(梁新权等, 1999; Wang et al., 2005)。

本文研究区域为雪峰造山带南段, 重点为其东部的绥宁-靖州地区, 工作包括1︰25万区域地质调查和构造剖面观测(图2)。

绥宁-靖州地区出露新元古界板溪群、南华系-震旦系、寒武系-志留系、泥盆系-下三叠统、上三叠统-中侏罗统、白垩系等多时代地层。其中板溪群-南华系为裂谷盆地火山-碎屑沉积, 震旦系-下奥陶统为被动大陆边缘陆源碎屑夹少量碳酸盐岩、硅质沉积,中奥陶统-志留系为前陆盆地砂、泥质沉积, 泥盆系-下三叠统为陆表海碳酸盐岩、陆源碎屑夹硅质沉积,上三叠统-中侏罗统为陆相挤压类前陆盆地碎屑沉积(柏道远等, 2013a, 2013b), 白垩系为陆相断陷盆地碎屑沉积。板溪群-志留系总体为连续沉积, 其中雪峰运动的伸展导致了南华系与板溪群之间的局部沉积间断或不整合(张世红等, 2008; 王剑和潘桂棠, 2009)。

1. 白垩系; 2. 上三叠统-侏罗系; 3. 泥盆系-下三叠统; 4. 寒武系-志留系; 5. 南华系-震旦系; 6. 新元古界板溪群; 7. 三叠纪花岗岩; 8. 志留纪花岗岩; 9. 背斜轴迹; 10. 向斜轴迹; 11. 倒转背斜轴迹; 12. 倒转向斜轴迹; 13. 复背斜轴迹; 14. 复向斜轴迹; 15. 断裂; 16. 逆断裂及产状;17. 正断裂及产状; 18. 走滑断裂; 19. 地质界线; 20. 角度不整合界线; 21. 构造单元分界; 22. 断裂编号; 23. 褶皱编号; 24. 实测构造剖面。F1. 武阳–五团断裂; F2. 狗冲断裂; F3. 绥宁断裂; F4. 大坪头断裂; F5. 寨市断裂; F6. 杉木桥断裂; F7. 麻塘–菁芜洲断裂; F8.下寨断裂; F9. 三溪口断裂;F10. 寨牙断裂; F11. 团河–靖州断裂(溆浦–靖州断裂)。f1. 上堡背斜; f2. 绥宁向斜; f3. 冲口向斜; f4. 寨市背斜; f5. 杨柳盘向斜; f6. 杉木桥向斜;f7. 王家坪背斜; f8. 戈场坪向斜; f9. 彭家团背斜; f10. 糜家团复向斜。

雪峰构造带东缘发育志留纪和三叠纪花岗岩,分别与广西运动、印支运动造成的挤压逆冲、地壳叠置增厚有关(柏道远等, 2014a; 张龙升等, 2012)。

区内褶皱及同走向断裂发育, 团河-靖州断裂以东构造线总体呈NNE向, 断裂以西则呈NE向。

2 主要角度不整合特征

研究区造成明显角度不整合的主要构造事件有志留纪末的广西运动、中三叠世晚期的印支运动和中侏罗世末的早燕山运动, 分别造成上古生界与前泥盆系之间、下三叠统-侏罗系与上古生界之间、白垩系与先期地层之间的角度不整合。

雪峰造山带东缘, 在关峡西面河岸边可见广西运动造成的中泥盆统跳马涧组与下志留统两江河组之间的角度不整合关系(图3a、8a)。不整合面及上覆跳马涧组岩层产状为 100°∠50°, 下伏两江河组产状为 80°∠75°, 两者夹角(二面角的平面角)约30°。该处不整合特征反映广西运动造成了岩层约 30°的倾斜, 印支和早燕山运动造成了岩层约50°的倾斜。

靖州盆地东缘沙堆见印支运动造成的中侏罗统泸阳组与上二叠统吴家坪组间呈中等角度不整合(图3c), 两者岩层面夹角约22°。该不整合与靖州盆地东缘团河–靖州断裂向北西逆冲挤压导致岩层挠曲掀斜有关(柏道远等, 2013a)。而在靖州盆地西北部,印支运动仅造成极低角度的不整合, 如飞山上三叠统-下侏罗统产状为 250°∠6°, 下伏中二叠统栖霞组产状为 240°∠8°, 二者交角仅 2°, 近于平行(图3b), 反映印支运动和早燕山运动中变形很弱。

3 构造形变

本文自东向西测制的关峡-绥宁、寨市-靖州、岩门铺-竹丝坡等三条实测构造剖面(图 4、5、6)以及根据 1︰20万黎平幅区调成果所编制的偶里-藕塘构造剖面(图7), 较全面地反映了雪峰造山带南段东部的主要构造变形特征。以下主要以构造剖面为例, 同时结合近年来 1︰25万武冈幅区域地质调查的地质构造成果(图2), 分析和阐述研究区劈理、褶皱和断裂等主要构造形变。

图3 雪峰造山带南段典型不整合接触关系Fig.3 Typical uncomformities in the Southern Xuefeng orogenic belt

D2t. 中泥盆统跳马涧组; S1l. 下志留统两江河组; O3t. 上奥陶统天马山组; O2 y. 中奥陶统烟溪组; O1b-q. 下奥陶统白水溪组-桥亭子组;∈3-4t. 寒武系探溪组; ∈2-3w. 寒武系污泥塘组; ∈1n. 寒武系牛蹄塘组; Z. 震旦系(金家洞组-留茶坡组); Nh2n. 上南华统南沱组; Nh1d.下南华统大塘坡组; Nh1f. 下南华统富禄组; Nh1c. 下南华统长安组。F1. 武阳-五团断裂; F2. 狗冲断裂; F3. 绥宁断裂; F4. 大坪头断裂。f1. 上堡背斜;f2. 绥宁向斜; S0. 层面; S1. 板劈理。

3.1 劈理

区内劈理有早期板劈理和后期折劈理, 以前者为主, 后者少见。

3.1.1 板劈理

板劈理广泛发育于团河-靖州断裂以东的前泥盆纪地层中, 上古生界及以上地层中不发育, 表明其形成于晚古生代之前(可能形成于广西运动)。此外,团河–靖州断裂以西包括板溪群在内的前泥盆纪地层中劈理一般不发育或弱发育(如南沱组块状岩石中劈理稍有发育), 反映了断裂两侧挤压强度的差异(详见后文)。

板劈理的发育程度主要与岩性有关, 泥岩(板岩)和粉砂质泥岩劈理最为发育, 如寨牙西面南华系长安组块状绢云母板岩具强劈理化, 锰质夹层因强烈挤压形成沿劈理面展布的透镜体(图 8b)。长安组和南沱组的块状含砾砂质泥岩中劈理较发育, 但连续性较差(图8c)。砂岩中劈理一般不发育或发育较差,如关峡西面奥陶系天马山组砂岩、泥岩互层时仅泥岩中发育劈理, 砂岩中劈理不发育(图4b、8c); 寨牙东面富禄组砂岩中发育稀疏劈理, 实际具破劈理特征(图8e)。灰岩(如探溪组)中也不发育劈理。

板劈理走向较稳定, 一般呈 NE-NNE走向, 与构造线或岩层走向总体一致; 大多陡倾至近直立(图4a、b、c、d、e、h, 图 5a、b、d、i), 部分倾角中等(图 4f、g, 图 5c、g)。板劈理与层面产状关系较复杂, 或呈中等-小角度相交(图 4a、b、c、d、h, 图5a、b, 图 6d); 或呈大角度-垂直相交(图 4f、g, 图5h, 图6a), 部分甚至呈反角度相交(图5c、g); 西部糜家团一带(图 6剖面西部)组成紧闭倒转褶皱的奥陶系板岩中则发育顺层劈理。

图6 糜家团复向斜岩门铺-竹丝坡实测构造剖面(GP03)(位置见图2)Fig.6 The Yanmenpu-Zhousipo tectonic section across the Mijiatuan Synclinorium (GP03) (location shown in Fig.2)

图7 偶里-藕塘构造剖面图(位置见图1)Fig.7 The Ouli-Outang tectonic section (location shown in Fig.1)

影响上述板劈理产状特征及其与层面关系的因素有以下几方面: (1) 广西运动中区域近水平挤压作用导致劈理产状以陡倾为主、劈理走向与构造线或岩层走向总体一致; (2) 劈理与层面的交角大小主要与劈理形成时所处构造部位以及褶皱变形强度有关, 层理与劈理交角在褶皱核部相对翼部大, 褶皱变形强度低时轴面与层面交角较大, 强度高时则交角小; (3) 强、弱岩层的互层特征及次级褶皱的发育也可明显控制局部劈理的发育特征, 如黄泥井东面见一板岩与砂岩分界面弯曲显示的小型褶皱(图5f), 砂岩层下方劈理不均匀发育且产状明显变化,显示图中右侧劈理与强硬层层面控制下垂直层面的挤压有关, 左侧劈理应与次级褶皱核部挤压有关,属轴面劈理; (4) 印支运动和早燕山运动的变形叠加会使先期劈理面和层面旋转而致产状变化, 如图4g污泥塘组板岩中劈理初始产状可能更陡、岩层

产状较缓, 后期岩层旋转变陡, 而劈理产状则相应变缓; (5) 广西运动中的水平滑脱与推覆派生倾向运移方向的主压应力, 使得板劈理背向逆冲方向倾斜, 如反角度相交的层劈关系(图 5g)以及王家坪背斜(图 5中 f7)以西总体东倾的劈理产状, 应与向西的滑脱和推覆有关。

(a) 跳马涧组与两江河组角度不整合, 位置同图3a; (b) 长安组板岩中强劈理化带及其中锰质透镜体, 位于图5寨牙西; (c) 南沱组中板劈理及后期共轭膝折及折劈理, 位置同图5i; (d) 天马山组中层面与板劈理, 位置同图4b; (e) 富禄组砂岩中劈理面弯曲形成的膝状褶皱, 位置同图5e; (f)牛蹄塘组平卧褶皱, 位置同图6b; (g) 麻塘–菁芜洲断裂片理化带, 位置同图12; (h) 三溪口断裂强片理化特征, 位置同图13b。

层劈关系是指示强变形区岩层顶面朝向即识别岩层产状倒转与否的重要构造标志, 因此本文在构造剖面测制中对层劈关系进行了连续的观测(图 4、5、6), 结合标志层和地层层序的把握, 尽可能客观地厘定剖面结构。

3.1.2 折劈理

折劈理沿早期板劈理面产生的膝折轴面所形成,该面为一明显的构造破裂面, 而非简单的几何意义上的轴面。折劈理仅在团河–靖州断裂以东前泥盆纪地层中局部发育, 范围仅限于露头尺度。剖面上于乐安(图5d)和黄泥井(图 5i、图8c)可见折劈理, 前者仅发育一组, 后者发育 2组并呈互错的共轭关系。黄泥井2组共轭折劈理产状分别约为S2-1220°∠8°±和S2-2320°∠40°, 均为挤压折劈理; 其钝夹角约为138°, 可能受观测精准度等因素影响, 略大于最大实验值 130°; 方向反映的最大主压应力(郑亚东等,2007)倾向SE(图5i), 初步推测与挤压抬升之后的重力作用有关。

3.2 褶皱

绥宁-靖州地区褶皱发育(图2)。在团河-靖州断裂以东, 褶皱多呈NNE走向, 少量NE走向; 卷入地层主要为板溪群-下古生界, 多为轴面近直立的中常-开阔褶皱, 部分为紧闭倒转褶皱, 受断裂破坏褶皱两翼常残缺不全(图4、5、6); 横向上连续发育的多个褶皱常组成复背斜和复向斜。在团河-靖州断裂以西, 褶皱呈 NE-NEE走向, 卷入地层主要为板溪群, 多为直立平缓-中常褶皱(图 7); 近断裂处褶皱卷入地层为上古生界和上三叠统-侏罗系, 褶皱形态极为平缓。

以下自东向西对构造剖面上主要背、向斜予以简述, 以进一步了解区内褶皱发育特征。

关峡-绥宁构造剖面东部发育上堡背斜f1, 其为一走向NNE、轴面近直立的中常-开阔褶皱, 翼间角70°左右(图4), 背斜东翼出露宽度大、地层全, 而背斜西翼出露很窄并被绥宁断裂(F3)所截切。背斜东翼受次级滑脱和断裂作用影响而常具挠曲, 以致局部岩层产状显著变陡甚至倒转(图4c、d)。剖面西部发育绥宁向斜 f2, 为一走向 NNE、轴面西倾的倒转紧闭褶皱, 两翼均被断裂切割(图 4)。轴面倾角约55°,翼间角30°左右。区域上绥宁向斜向南扬起, 其西翼往北、往南可渐转为正常东倾, 反映褶皱强度沿走向存在差异。

寨市-靖州构造剖面西端即团河-靖州断裂以西,发育由上古生界和早燕山期构造层组成的极为宽缓的向斜, 岩层倾角一般仅 8°~15°(柏道远等, 2013a,2013b)。团河-靖州断裂以东主要发育开阔褶皱(图5), 除西部戈场坪向斜、彭家团背斜和靖州盆地内褶皱呈NE走向外, 其它褶皱为NNE走向(图2)。翼部岩层产状总体正常, 倾角一般 20°~50°, 局部可达80°左右; 一般为直立开阔褶皱, 个别为斜歪褶皱。除寨市背斜 f4核部遭断裂破坏外, 其他背、向斜形态较完整。寨牙以东地区褶皱轴面略向NW倾斜, 倾角 80°~85°(图 5); 各背、向斜翼部均被倾向 NWW的逆断裂(个别正断裂)所截切。值得指出的是, 寨市背斜 f4和杨柳盘向斜 f5在剖面上均为开阔褶皱, 但向北均逐渐转为轴面西倾的倒转褶皱(图2), 反映沿构造线走向变形强度的不均一性。此外, 寨市背斜f4的东翼岩层产状自核部往翼部(自西往东)岩层由倒转渐变为正常(图4西部), 暗示背斜可能为一断裂传播褶皱, 近核部变形更强。

在岩门铺-竹丝坡构造剖面上发育糜家团复向斜(图 6), 其西翼和东翼主体产状分别为 140°∠40°和 310°∠55°, 轴面产状 135°∠83°, 翼间角约 85°,为一轴面略向南东倾斜的直立开阔褶皱。复向斜内部发育有 5个次级褶皱, 其中最东面的大塘向斜①为轴面略向 SE倾的开阔褶皱, 其它均为轴面倾向SE的紧闭倒转褶皱。受变形强度差异控制, 剖面东端层面与劈理呈明显角度相交, 但剖面西部倒转褶皱发育段则发育顺层劈理。

值得指出的是, 岩门铺-竹丝坡剖面东端留茶坡组岩层产状倒转、牛蹄塘组产状自东往西由倒转渐变为正常、牛蹄塘组内发育顺层剪切平卧褶皱(图6), 均指示金家洞组和牛蹄塘组(均为泥页岩)是控制上古生界变形的重要滑脱层。从褶皱规模和卷入层位来看, 糜家团复向斜西部的连续倒转褶皱主要受金家洞组和牛蹄塘组向NW的滑脱运移所控制。

偶里-藕塘构造剖面位于溆浦-靖州断裂以西(图1), 主要出露板溪群和南华系长安组, NE走向的直立平缓-中常褶皱连续发育, 但地层层位总体自东向西渐低(图7)。褶皱翼间角自东向西变小。同走向逆断裂发育, 部分后期反转为正断裂。

除上述规模褶皱外, 局部尚见露头尺度小褶皱,如黄泥井南面富禄组中发育层面变形褶皱(图 5f),桂花桥北西面富禄组劈理面弯曲形成膝状褶皱(图5e、8e), 岩门铺西面牛蹄塘组中顺层剪切作用形成平卧褶皱(图6b、8f)等。

3.3 断裂

绥宁-靖州地区不同性质和不同方向的断裂广泛发育(图2), 其中NE-NNE向断裂是除褶皱以外的主体构造, 以下主要阐述之。

在团河-靖州断裂以东, 断裂主要为 NNE向,多为西倾逆断裂, 部分逆断裂后期叠加伸展活动转为正断裂, 如寨市断裂 F5和麻塘-菁芜洲断裂F7(图2)。少量断裂为走滑断裂或逆(正)断裂叠加有走滑活动, 如武阳-五团断裂F1具右行走滑, 麻塘-菁芜洲断裂 F7和团河-靖州断裂 F11具左行走滑。以下自东向西对构造剖面中涉及的主要或典型断裂进行简述。

关峡西面公路边于跳马涧组中见良好断裂露头(图4, 未予编号)。断裂带宽约20 m(图9), 自SE向NW分为片理化带(宽约3.5 m)、石英脉(宽约5 m)、硅化破碎带(宽约 11 m)等, 断裂产状为310°∠60°。强片理化特征显示断裂主要具逆冲性质, 石英脉的发育暗示后期发生过拉张即正断活动。断裂发育于跳马涧组内部, 推测运移规模不大。

武阳-五团断裂F1为一NNE向至近SN向右行走滑断裂, 产状直立(图4), 区域延伸规模可达200 km,将三叠纪瓦屋塘岩体南部边界右行错移约 4 km(图2)。狗冲断裂(F2)为 NE向左行走滑断裂, 剖面上造成两侧地层不连续, 平面上造成地层错移最大距离达1000 m左右。

绥宁断裂(F3)早期为倾向NWW逆断裂, 后期叠加正断活动, 现两侧地层新老关系显示正断裂效应(图 4)。

图9 关峡断裂特征(位置见图4)Fig.9 Sectional profile of the Guanxia Fault (location shown in Fig.4)

大坪头断裂(F4)为一走向NNE、倾向 NW 之逆断裂。在北面关峡-绥宁剖面上, 断裂造成绥宁向斜西翼倒转(图 4)。在南面的寨市-靖州剖面断裂造成西盘南华系长安组逆冲上覆于东盘寒武系污泥塘组之上(图10), 带内发育断层角砾岩、构造透镜体及片理。断裂可能叠加过走滑活动, 以致断裂带东界表现为陡立的摩擦面或陡崖。

寨市断裂(F5)走向NNE、倾向NW, 向南尖灭侧向后延伸至通道(图2)。断裂早期逆冲, 造成东盘(下盘)岩层产状旋转而陡倾(近直立)(图5)。后期发生伸展正滑, 使得剖面上断裂西盘长安组上段与东盘长安组下段中下部接触。南部临口-通道一带断裂伸展活动控制了白垩纪断陷盆地(图2)。

杉木桥断裂(F6)走向NE、倾向NW, 造成西盘长安组上段逆冲于东盘南沱组之上(图5)。剖面中见宽约4 m的强风化碎裂岩带(图11), 并具弱硅化; 断裂产状约为 310°∠47°。

图10 大坪头断裂特征(位置见图5)Fig.10 Sectional profile of the Dapingtou Fault (location shown in Fig.5)

图11 杉木桥断裂特征(位置见图5)Fig.11 Sectional profile of the Shamuqiao Fault(location shown in Fig.5)

麻塘-菁芜洲断裂(F7)为一 NNE向多期复合断裂带, 横向上可为西倾或东倾逆断裂, 局部显示为左行走滑。剖面上断裂带表现为一宽约20 m的强劈理化带(图12、8g)。面理走向35°左右, 直立。带内具绢云母化。内部有变形较弱(劈理不强烈)的构造岩块或透镜体。带内次级羽裂及主裂面上所见正阶步均指示左行走滑。平面上, 该断裂左行走滑导致了寨市背斜北段走向往西偏转(图2)。顺便指出, 麻塘–菁芜洲断裂、寨市断裂及其间地带大致对应于区域通道–安化断裂(带)。

三溪口断裂(F9)为一倾向 NW 的逆断裂, 产状为 315°∠40°~45°(图 13)。断裂东盘(下盘)为南沱组含砾泥岩。断裂带及西侧围岩(属大塘坡组)自东向西依次为(图13b): 宽1.8 m的强片理化板岩带(Ⅰ)(图8h), 其中有石英脉和团块, 发育构造透镜体; 宽1.8 m的黑褐色锰质粉砂岩-板岩(Ⅱ); 宽 1.4 m的片理化板岩(Ⅲ); 宽 2.2 m 的块状板岩(Ⅳ), 岩层产状为315°∠55°。再往西为南沱组含砾泥岩, 其与大塘坡组块状板岩整合接触。以上显示, 断裂带实际源于沿大塘坡组的顺层滑动断裂向上切层逆冲形成。

三溪口断裂下盘南沱组含砾砂质板岩中发育三组产状不一的小断裂(图 13a)。第一组断裂(Fa)产状为 115°∠50°±, 断裂带宽 10~50 cm, 带内岩石强片理化、碎裂化, 局部可形成断层泥, 次级羽裂指示逆冲; 第二组断裂(Fb)产状为 255°∠42°, 规模很小,仅表现为一明显的破裂面; 第三组断裂(Fc)仅见1条,产状为 115°∠78°, 带宽 10 cm, 裂面上水平擦痕和正阶步指示右行走滑。其中, 第二组断裂切割第一组断裂, 但露头上未见第三组断裂与前两组断裂的交切关系。

图12 麻塘-菁芜洲断裂特征(位置见图5)Fig.12 Sectional profile of the Matang-Jingwuzhou Fault (location shown in Fig.5)

图13 三溪口断裂特征(位置见图5)Fig.13 Sectional profile of the Sanxikou Fault (location shown in Fig.5)

团河–靖州断裂(F11)属区域溆浦–靖州大断裂的组成部分。溆浦–靖州断裂自新元古代中晚期以来经历过多次伸展、挤压、走滑等活动(柏道远, 2001; 柏道远等, 2013a, 2013b; 张进等, 2010a)。该断裂在靖州一带表现为多条 NE向表层发散断裂, F11即为表层主要断裂之一。团河-靖州断裂NE走向, 倾向SE,倾角 35°~70°不等; 具明显的逆冲性质, 寨市-靖州剖面上表现为东侧南沱组逆冲于西侧牛蹄塘组之上(图5), 往南西在靖州盆地东缘则表现为寒武系向北西逆冲于石炭系-二叠系之上(图 6), 且造成西侧近断裂处上古生界岩层产状显著变陡(柏道远等,2013a)。

除上述较大规模逆冲断裂外, 局部地段可发育小型逆断裂, 如前文三溪口断裂下盘围岩中断裂(图13)。再如岩门铺-竹丝坡剖面西段发育两条相距约2 m的小断裂, 断裂破碎带宽30 cm左右, 断裂逆冲导致了岩层的挠曲及横向上岩层产状的逐渐变化(图 6c)。

4 讨 论

前文有关主要角度不整合及构造形变发育特征、变形卷入地层等, 为雪峰造山带南段变形时代和强度、剖面结构和变形机制、主要变形事件的区域构造体制等提供了重要约束。

4.1 变形时代

结合区域构造演化背景, 就前文所述劈理、褶皱、不同性质(逆、正、走滑)断裂的形成时代简要分析如下:

(1) 研究区及区域上板劈理仅发育于前泥盆纪地层中, 上古生界及以上层位不发育, 由此可确定板劈理形成于志留纪后期的广西运动。

(2) 折劈理沿早期板劈理面产生的膝折轴面所形成, 其分布局限, 可能在印支运动和早燕山运动中因局部强挤压形成(图 5d), 也可能在广西运动挤压抬升之后的重力作用下形成(图5i)。

(3) NE-NNE向褶皱形成于志留纪晚期的广西运动和早中生代的印支运动(中三叠世晚期)与早燕山运动(中侏罗世), 前述主要不整合事件为其主要证据。不过就研究区居主导地位的前泥盆系卷入的褶皱而言, 应主要形成于广西运动, 理由如下: ①广西运动于团河-靖州断裂以东形成了非常发育的板劈理, 指示存在强烈挤压和变形; ②团河–靖州断裂以西前泥盆系发育平缓-中常褶皱(图 7), 岩层产状较陡, 而靖州盆地上古生界岩层极为平缓, 区域上黎平、天柱等地上古生界岩层产状近水平(张进等,2010b); ③劈理发育特征可明确指示部分褶皱形成于广西运动, 如前文黄泥井东面小型褶皱控制了加里东期板劈理发育(图 5f), 糜家团复向斜西部发育紧闭倒转褶皱与顺层劈理, 东部发育开阔褶皱且层面与板劈理呈明显角度相交(图6), 暗示褶皱与板劈理同期形成且密切相关。

早中生代同轴向变形叠加可使加里东期褶皱变形得到加强, 或使岩层产状进一步旋转变陡。如前述雪峰造山带东缘关峡跳马涧组和两江河组产状反映广西运动后岩层倾角约 30°, 印支和早燕山运动进一步造成了岩层约50°的倾斜(图3a、8a)。再如三溪口断裂 F9东面南沱组中劈理走向 NEE且极为平缓, 倾角仅 20°左右(图 13), 明显不同于呈 NE-NNE走向且倾角中等至直立的区域劈理特征。结合剖面中三溪口断裂与下寨断裂之间陡立的岩层产状(图5)分析, 加里东期劈理很可能为NE走向并向SE陡倾,早中生代下寨断裂的逆冲使上盘逆时针旋转、岩层变陡, 劈理则倾角变缓且走向转为NEE向。

构造线走向反映广西运动、印支运动和早燕山运动中雪峰造山带的构造体制均为 NW-NWW向挤压, 其构造背景详见后文。

(4) NE-NNE向逆断裂为NE-NNE向褶皱的同走向逆断裂, 同样形成于广西运动及早中生代的印支运动和早燕山运动。从断裂活动的继承性考虑, 可能大部分逆断裂在加里东期已形成, 早中生代再次活动。如团河–靖州断裂作为区域溆浦–靖州断裂的组成部分, 广西运动中具逆冲活动并为雪峰推覆构造根带与中带的分界(详见后述), 早中生代逆冲导致东侧前泥盆系掩于西侧石炭系之上(图6)。部分断裂形成于早中生代, 如溪口断裂(F9)与加里东期板劈理倾向相反并呈钝角相交(图 13a), 下寨断裂(F8)和寨牙断裂(F10) 同样与劈理显示出不协调关系(图5), 它们很可能属早中生代断裂, 关峡跳马涧组中逆断裂(图4、9)显然形成于早中生代。

(5) NE-NNE向正断裂应形成于白垩纪, 本次伸展事件在湖南形成大量NNE-NE向的断陷盆地以及变质核杂岩(张岳桥等, 2012)。

(6) NE-NNE向左行走滑断裂形成于晚三叠世-早侏罗世, 动力背景与扬子地块及其以南各地块向北运移与中朝板块碰撞产生的区域SN向挤压(万天丰和朱鸿, 2002)有关。区域上, 湘东南 NNE向茶陵–郴州断裂因SN向挤压派生EW向引张而形成伸展盆地(柏道远等, 2011b)。黑(白)云母40Ar/39Ar 坪年龄显示雪峰造山带左行走滑的时代约为 216~194 Ma(Wang et al., 2005)。

(7) NE-NNE向右行走滑断裂大体形成于古近纪,动力背景可能与印度-欧亚板块碰撞有关(张进等,2010a), 或与太平洋板块对东亚大陆东部向西俯冲、挤压(万天丰和朱鸿, 2002)有关。区域上, 本次NNE向右行走滑事件还于沅麻盆地白垩系中形成了较多小规模NW向褶皱(张进等, 2010a)。研究区溆浦–靖州断裂很可能也具右行走滑而派生NEE向挤压, 于靖州盆地上古生界灰岩中形成了小型NWW向左行走滑断裂和侏罗系中呈NE走向和NWW走向的共轭节理(柏道远等, 2013b)。

4.2 变形强度的横向差异

加里东期和早中生代挤压变形强度均存在以溆浦-靖州断裂为界东侧强、西侧弱的显著差异。如前文所述, 构造剖面调查表明溆浦–靖州断裂以东包括南华系和上古生界在内的前泥盆纪地层中板劈理极为发育。笔者在南部牙屯堡等地调查发现板溪群板岩中劈理更为发育, 层面和层理常因劈理置换而不清晰。而在溆浦–靖州断裂以西天柱-会同-洪江一带进行的调查表明板溪群成层性良好, 层面清晰, 而劈理则不发育; 南沱组含砾砂质泥岩因呈块状而难以发生弯滑褶皱作用, 见劈理但发育程度很低。显然, 上述差异表明溆浦–靖州断裂以东地区在广西运动中经历了比断裂以西地区更强的挤压和缩短。

溆浦–靖州断裂以东早中生代挤压变形相对断裂以西更强烈主要体现在以下三个方面: ①雪峰造山带东缘泥盆系岩层产状较陡, 如关峡跳马涧组岩层倾角达 50°(图 3a), 区域上雪峰造山带东部向东的大规模逆冲导致湘中盆地西部上古生界向东滑脱、逆冲并产生强烈褶皱变形(柏道远等, 2013c), 而断裂以西的黎平、天柱、会同等地区上古生界岩层近水平, 显示变形微弱, 靖州一带上古生界岩层总体也极为平缓, 仅东缘受溆浦–靖州断裂逆冲影响而产状变陡; ②溆浦–靖州断裂以东雪峰造山带内晚古生代沉积作用自中泥盆世开始, 且沉积厚度大, 但上古生界几无保存, 仅通道东面见少量泥盆系跳马涧组出露(图 2), 断裂以西晚古生代相对隆起, 沉积作用自晚石炭世开始且沉积厚度小, 但现今上古生界在天柱、黎平、靖州、会同等地尚有较多保存, 这一差异显然指示早中生代断裂以东具更大规模的抬升, 暗示断裂以东具有更强的逆冲、褶皱等挤压变形; ③溆浦–靖州断裂以东褶皱轴迹多呈 NNE向,少量呈NE向, 而断裂以西构造线呈NE-NEE向, 此差异很可能与断裂东侧经历早中生代 NWW 向挤压、缩短而导致加里东期褶皱轴迹偏转有关。

顺便指出, 以上研究表明前人提出的雪峰造山带中南段挤压缩短构造变形发生在早古生代(张进等, 2010b)的认识并不确切。溆浦–靖州断裂以西变形确实主要发生在早古生代(广西运动), 但断裂以东早中生代存在显著的挤压缩短和构造抬升。

4.3 剖面结构、构造分带及变形机制

据前人研究, 雪峰造山带构造变形主要受控于冷家溪群底部(丁道桂等, 2007b; 李三忠等, 2011)、板溪群底部和南华系底部(张进等, 2010b)的滑脱。前文岩门铺-竹丝坡剖面(图 6)表明震旦系下部金家洞组和寒武系下部牛蹄塘组也为控制变形的重要滑脱层。根据关峡-绥宁(图4)、寨市-靖州(图5)和偶里-藕塘(图 6)剖面表层构造特征, 结合区域地层厚度和主要构造滑脱层位, 从断裂相关褶皱的有关概念出发, 厘定关峡-偶里综合剖面结构如图14所示。

溆浦–靖州断裂以东(以下称雪峰造山带东带)的逆断裂和褶皱变形主要受控于板溪群底部、南华系底部和寒武系底部的滑脱(图14)。从南面通道、牙屯堡和播阳等地出露板溪群来看, 剖面中绥宁以西的逆断裂往下切入了板溪群。溆浦–靖州断裂以西(以下称雪峰造山带西带)的褶皱和断裂变形主要受控于冷家溪群底部和板溪群底部的滑脱。源于冷家溪群底部滑脱的逆断裂造成冷家溪群的叠置及板溪群的抬升(图14), 使偶里西面板溪群下部砖墙湾组地层也出露地表。

广西运动中, 雪峰造山带东带为区域雪峰推覆构造的根带(图14)而具强烈挤压, 从而形成极为发育的板劈理。西带为雪峰推覆构造的中带, 挤压作用相对较弱, 因此板劈理不发育或欠发育。

雪峰造山带东带具背冲构造样式, 下面的进一步分析表明早中生代背冲构造的中轴位置与加里东期不一致, 前者相对后者显著向西迁移(图14)。尽管如前文所述板劈理产状受多种因素控制, 但在滑脱推覆运动背景中其总体或优势倾向应背向逆冲方向(典型轴面劈理与褶皱轴面一样背向逆冲方向倾斜)。关峡-绥宁剖面(图 4)和寨市-靖州剖面(图 5)显示,总体上以乐安-寨市一带为界, 该带以东劈理总体倾向 NW, 指示向东的逆冲推覆; 该带以西劈理总体倾向 SE, 指示向西的逆冲推覆; 乐安-寨市一带大体为轴向挤压。而剖面中主要逆冲断裂倾向特征及前文下寨断裂(F8)、溪口断裂(F9)和寨牙断裂(F10)形成于早中生代的分析表明, 早中生代背冲构造的中轴位于寨牙和靖州之间(图5)。由上可见, 相对加里东期变形而言, 早中生代背冲构造的中轴向西迁移20 km左右, 背冲构造的西翼很窄而东翼很宽, 东带总体表现为向东逆冲。

图14 雪峰造山带南段综合剖面结构Fig.14 Tectonic sectional profile across the south segment of the Xuefeng orogen

笔者对雪峰造山带中段怀化-两丫坪地区的构造调查, 同样显示以溆浦-靖州断裂为界的分带特征以及早中生代背冲构造中轴相对加里东期向西迁移的特征(柏道远等, 2014b)。

广西运动中, 溆浦-靖州断裂成为雪峰推覆构造的根带、中带分界主要应与两侧块体力学性质及物质组成有关。柏道远(2001)在洪江一带的研究发现,南华纪早期(长安期)溆浦–靖州断裂以西抬升而缺失或缺少沉积, 而断裂以东则大幅伸展断陷而形成厚达3000 m以上的沉积。靖州-绥宁一带, 沿溆浦－靖州断裂及其以东形成一NNE向的南华纪长安期-富禄期裂陷槽, 裂陷槽内形成厚3000~4200 m的沉积,而两侧沉积厚度一般仅约300~1000 m。可见, 雪峰造山带东带为一强度低的薄弱块体, 两侧则为相对刚性块体。受此制约, 广西运动中东带更易产生深部滑脱, 并发生更强烈的挤压和缩短, 从而成为雪峰推覆构造的根带。

同样受块体力学性质差异控制, 早中生代构造运动中雪峰造山带的东带变形强, 而西带变形弱。此外, 早中生代西带变形弱显然还与东带总体表现为向东逆冲, 对溆浦–靖州断裂以西影响小有关。

需要指出的是, 尽管雪峰造山带东带比西带具有更强的变形和缩短, 但地表出露地层层位却是西带总体高于东带, 前者主要出露板溪群, 后者主要出露南华系(图1)。造成这一差异的原因显然与东带在南华纪发生了大幅断陷沉降有关。

4.4 区域构造体制

如前文所述, 雪峰造山带南段 NE-NNE向褶皱形成于广西运动和早中生代的印支运动与早燕山运动。尽管一般将构造线(褶皱)走向的垂线方向推定为区域挤压应力方向, 但鉴于多期构造运动的叠加和改造可能导致构造线走向的后 0期变位, 且关于雪峰造山带及邻区广西运动和印支运动的构造线走向及区域挤压应力方向尚存在不同认识, 因此以下就主要构造变形事件的区域构造体制进行简单讨论。4.4.1 广西运动构造体制

目前对雪峰造山带及邻区广西运动构造体制的认识存在分歧。丘元禧等(1998)、王建等(2010)认为广西运动经受SN向挤压, 郝义等(2010)认为广西运动晚期华夏地块与扬子地块沿郴州-临武断裂收缩挤压而形成 NE-NNE向褶皱, 胡召齐等(2010)则认为加里东期褶皱方位因受后期叠加改造影响而无法准确识别。

区内前泥盆纪地层卷入的加里东期褶皱走向在溆浦-靖州断裂以东多呈NNE向, 少量呈NE向, 在断裂以西则呈NE-NEE向。考虑到断裂东侧经历早中生代较强的NWW向挤压、缩短而可能导致加里东期褶皱轴迹偏转, 本文认为断裂以西褶皱的NE-NEE走向可代表广西运动构造线方向, 据此推断雪峰造山带南段广西运动主压应力方向为NW-NNW向。值得指出的是, 剖面上倾角较陡的加里东期板劈理走向稳定, 均为 NNE-NE向, 说明雪峰造山带南段广西运动中挤压方向不可能为SN向。

NW-NNW 向挤压的形成应与区域 SN向挤压(丘元禧等, 1998; 王建等, 2010)及晋宁期扬子陆块与华南洋板块之间的NNE向边界(柏道远等, 2012a)共同控制有关, 而区域 SN向挤压的构造背景可能为云开地块由南向北的推覆挤压(吴浩若, 2000)。这一认识可以很好地解释雪峰造山带北段与南段之间广西运动构造线走向和隆升幅度的差异。扬子陆块与华南洋的边界沿浏阳-新化-城步一线, 自东向西由近EW向转为NNE向(柏道远等, 2012a), 使得雪峰造山带北段在区域 SN向挤压下遭受正面挤压,从而产生强烈的块体逆冲、叠置、缩短和抬升, 导致冷家溪群大量出露地表(图1)。而雪峰造山带南段则受斜向挤压, 变形强度和抬升幅度相对较低, 因此仅板溪群-上古生界出露。

值得指出的是, 已有研究表明早古生代华南为无大洋分割的陆内海盆环境, 因此广西运动的构造性质是大陆板块(新元古代中晚期形成的统一华南板块)板内陆块间相互作用的陆内造山作用(张国伟等, 2013), 主要证据有扬子地块与华夏地块上古生界砂岩中锆石具相似的年龄谱系(Wang et al.,2010)、自扬子至华夏的沉积古地理剖面上缺少活动陆缘沉积和沉积相带的不连续(跳相)现象(陈世悦等,2011)、扬子与华夏地块间无早古生代消失洋壳残存记录、华南大陆东部早古生代广泛存在弥散型面状分布的构造变形、变质、岩浆活动和上下古生界间区域性角度不整合等。

4.4.2 印支运动构造体制

在雪峰造山带及邻区印支运动强度、构造线走向及构造体制问题上, 总体存在两种不同观点。一种观点强调印支运动的重要性, 或认为上古生界NE-NNE走向为主的盖层褶皱主要形成于印支运动,印支运动中区域挤压应力方向为 NW(W)向(丘元禧等, 1998; 丁道桂等, 2007a, 2007b; 任纪舜, 1984,1990; 柏道远等, 2009; 汪新伟等, 2010)。另一种观点认为印支运动强度不大(郭福祥, 1998, 1999), 区域SN向挤压下形成EW向褶皱(胡召齐等, 2010; 张岳桥等, 2009; 徐先兵等, 2009)。

针对上述认识分歧, 柏道远等(2012b)对湘东南印支运动构造线方向和构造体制进行了深入解析,根据早燕山构造下伏不整合面之下构造线走向恢复及不整合面下伏地层层位沿东西方向的快速变化,确证印支运动构造线为NNE向而非EW向, 区域挤压应力方向为NWW向而非SN向。鉴于湘东南至湘西地区上古生界构造线总体协调, 主要呈NNE-NE向(局部受边界条件制约而变化为SN向或NNW 向), 因此推断雪峰造山带南段印支运动构造体制为NWW向。

就整个华南而言, 中三叠世晚期构造运动中因秦岭-大别-苏鲁构造带碰撞造山以及 Sibumasu 地块向印支地块的碰撞增生和古特提斯洋在琼中地区的消减关闭影响而形成区域 SN向挤压(张岳桥等,2009; 徐先兵等, 2009; 舒良树和周新民, 2002; 舒良树等, 2004)。湘东南-湘西地区有别于区域SN向的NWW向挤压, 可能与新元古代-早古生代扬子板块与华夏板块的 NE向接合带制约或两陆块的继发性陆内俯冲汇聚有关(柏道远等, 2012b), 即该地区印支运动受控于深部动力学与陆块间差异非均衡背景下产生的陆内陆块间相互作用(张国伟等, 2011,2013)。而区域大量印支期花岗岩的发育, 指示印支运动是一次强度很大的构造运动。

4.4.3 早燕山运动构造体制

中侏罗世早燕山运动的构造背景和构造体制已有一致认识。受古太平洋板块(或伊泽奈崎板块)俯冲影响, 包括研究区在内的华南地区受 NWW-NW 向强挤压而形成NNE-NE向的褶皱与逆冲断裂(张岳桥等, 2009; 徐先兵等, 2009; 舒良树和周新民, 2002;舒良树等, 2004)。

5 结 论

(1) 雪峰造山带南段在广西运动和早中生代构造运动(印支运动与早燕山运动)中均存在明显的挤压变形, 构造体制均为 NW-NWW 向挤压, 形成NE-NNE向褶皱和逆断裂; 广西运动还形成了板劈理。

(2) 以溆浦-靖州断裂为界分为东带和西带, 分别为加里东期雪峰逆冲推覆构造的根带和中带。广西运动和早中生代构造运动中东带变形强度均显著大于西带。

(3) 东带在广西运动和早中生代构造运动中均具有背冲构造样式, 但后者背冲构造的中轴相对前者显著向西迁移约20 km。

(4) 溆浦-靖州断裂以东在广西运动中成为雪峰推覆构造的根带, 主要与其块体强度低及南华纪早期为一断陷深槽有关。

致谢: 中国海洋大学李三忠教授和另一名审稿人对论文进行了认真审阅并提出了宝贵的修改意见, 在此表示衷心感谢。

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