城口–房县断裂带的构造变形分析

李王鹏 ,刘少峰 ,钱 涛

(1.中国石化 石油勘探开发研究院,北京 100083;2.中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249;3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083;4.中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 100083;5.中国地质科学院 地质力学研究所,北京 100081)

0 引 言

大陆碰撞造山过程是大陆动力学研究领域的重要科学问题之一,由于板块俯冲和碰撞的动力学机制等因素存在差异,板块之间的碰撞拼合可以表现出正向的、斜向的和旋转的等多种不同的形式(Sengor et al.,1985;Okay and Sengor,1992;Meng et al.,2005)。现有的研究表明,华北板块与扬子板块在早中生代自东向西发生碰撞,并逐步向西闭合(Zhao and Coe,1987;Nie et al.,1994;Liu et al.,2005)。最初,Okay and Sengor (1992)提出了华北板块和扬子板块的正向碰撞模型。Yin and Nie (1993)和Zhang (2002)则提出了板块的楔入模型,不过前者认为郯庐断裂带以东、朝鲜以西的下扬子板块由南向北楔入,而后者认为华北板块由北向南楔入。区别于以上模型,Eide (1993)认为扬子板块以与华北板块先期碰撞的东部地区为轴心,相对华北板块顺时针旋转,由东向西穿时闭合,并得到其他学者认可(Yokoyama et al.,2001;Meng et al.,2005;Zhang et al.,2007;王二七和孟庆任,2008)。然而,另一些学者(Gilder et al.,1999;Liu et al.,2005;Zhu et al.,2009)在对大别造山带和郯庐断裂带进行相关的构造与沉积学工作之后,认为扬子板块可能相对华北板块以斜向俯冲的碰撞方式自东向西拼合。上述研究表明,华北板块与扬子板块的具体关闭过程存在不同的认识,碰撞方式不清,争议较大。

城口-房县断裂带作为勉略缝合带的地表露头(张国伟等,2001),是分割秦岭–大别微板块和扬子板块的构造边界,其构造变形特征及演化有可能直接记录了大陆碰撞过程的证据。因此,对其进行研究有利于了解华北板块(秦岭–大别微板块)与扬子板块的同碰撞构造变形过程。本文基于大量详实的野外地质调查、构造解析和显微构造观察,依据分段性特征,系统解析了城口–房县断裂带的构造变形特征、走滑性质及其演化,为认识华北板块与扬子板块的拼合过程及方式提供科学依据。

1 区域地质背景

现有的地质学、地球化学、地球物理和地质年代学等综合研究表明,秦岭–大别造山带呈现“三板块(华北板块、秦岭–大别微板块和扬子板块)沿两缝合带(商丹缝合带和勉略缝合带)”俯冲碰撞的构造格局(张国伟等,2001,2003,2004)。其中,城口–房县断裂带既分割南、北大巴山,也分割秦岭–大别微板块和扬子板块,西临汉南–米仓山隆起,东接神农架–黄陵隆起,整体呈SW向弧形凸出(图1,张国伟等,2001)。

图1 大巴山及其邻区构造纲要图Fig.1 Structural outline of the Dabashan and its adjacent areas

城口–房县断裂带以北与安康断裂以南的地区为北大巴山,主要发育浅变质的下古生界和部分变质的前寒武系,同时在下古生界中发育NW-SE向的侵入岩、火山岩以及少量基性岩脉,这些岩脉仅发育在城口–房县断裂带以北的北大巴山,城口–房县断裂带以南的南大巴山没有岩脉发育(雒昆利和端木和顺,2001;王存智等,2009;王瑞瑞等,2011;邹先武等,2011)。自北向南北大巴山发育一系列总体呈 NW-SE走向,并被城口–房县断裂带东西两端截切的逆冲断层:安康断裂、红椿坝断裂、高桥断裂和鲁家坪断裂,将北大巴山分割为凤凰山推覆体、平利–紫阳推覆体、高桥推覆体、高滩推覆体和鲁家坪推覆体(张国伟等,2001;董云鹏等,2008)。

城口–房县断裂带与铁溪–巫溪隐伏断裂之间的地区为南大巴山,是由于北大巴山向南逆冲推覆过程中受到汉南–米仓山及神农架刚性隆起的阻挡,形成SW向弧形构造带(张国伟等,2003;李智武等,2006;李岩峰等,2008;徐扬等,2009;Hu et al.,2012;Shi et al.,2012)。该地区出露南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系,缺失泥盆系和石炭系。南大巴山弧形构造带发育一系列走向近似平行于城口–房县断裂带的断裂:兴隆场断裂、坪坝断裂和镇巴–鸡鸣寺断裂。

2 构造分段特征

城口–房县断裂带总体呈SW向凸出弧形展布,根据主构造线构造走向及变形样式可以划分为三段:西段总体呈 S-N走向,并有波状弯曲;中段走向呈NW-SE向,与北大巴山主构造线延伸方向平行;东段呈近E-W向延伸(张国伟等,2001;胡健民等,2009)。

2.1 城口-房县断裂带西段

大巴山弧形构造带西段发育数条断裂面倾向及运动方向一致的逆冲断裂,包括城口–房县断裂带、兴隆场断裂、坪坝断裂和镇巴–鸡鸣寺断裂,在本文关于城口–房县断裂带西段的描述中,将它们归纳在一起作为广义上的城口–房县断裂带西段讨论。

2.1.1 城口–房县断裂

城口–房县断裂带西段是大巴山弧型断裂的西北部断裂,向北可延伸至石泉县以南,向南穿过紫阳县麻柳镇,总体走向呈 S-N向,在观音镇以南向NNW-SSE向渐变过渡,自北向南将北大巴山地区发育的汉王–流水店断裂、红椿坝断裂、高桥断裂、高滩断裂和鲁家坪断裂依次截切。局部区域上,城口–房县断裂带的喜河–观音段断裂构成高川地体的东缘构造边界,并在喜河镇附近波状弯曲变形。

城口–房县断裂带西段断裂面向东陡倾,该地区断裂的上盘发育新元古界耀岭河组浅变质基性火山岩、南华系南沱组冰碛砾岩,下古生界洞河群灰岩等;断裂的下盘主要出露上泥盆统蟠龙山组、二叠系郭家垭组和下三叠统大冶组、嘉陵江组。断裂上盘的灰绿色南沱组冰碛砾岩中,发育大量具有拖尾现象的砾石(图2a),砾石成分以花岗质为主,还有少量的灰岩。通过对砾石旋转轴产状的大量统计,砾石旋转轴的优势方位为SE-SSE向陡倾。断裂带内岩石变形强烈,断裂面总体向东陡倾,倾角35°～75°,带内岩层中发育大量的倾竖褶皱,褶皱枢纽倾向SE-SSE,倾角50°～80°。种种地质事实证明城口–房县断裂带在该地区呈现高角度逆冲和右行走滑的运动学特征。区域上,城口–房县断裂带以西的高川地体内部发育多条走向近S-N的高角度右行走滑断层,以及大量的轴向近S-N向的剪切褶皱,共同组成了一个近S-N向右行走滑剪切变形的构造系统(胡健民等,2008;刘战庆等,2011)。

2.1.2 兴隆场断裂

兴隆场断裂起始于西乡茶镇附近,与镇巴–鸡鸣寺断裂交汇,走向总体呈NNW-SSE向,至麻柳镇附近与城口–房县断裂带交汇平行,断层面主要向东陡倾。断裂上盘主要出露地层为下寒武统,断裂下盘以出露三叠系为主,以及震旦系和古生界。在兴隆场镇西北方 2 km处出露兴隆场断裂地表露头变形带,变形带内寒武系灰岩变形强烈,两翼紧闭,层面总体向NE-E倾斜,枢纽向S-SSE陡倾(图2b)。兴隆场镇以南2 km处亦发育有一小型构造变形带,但是由于地表风化和客观环境的破坏作用,该地表露头保存不完整,不过向SE陡倾的褶皱枢纽依然可以被识别(图2c)。综上所述,结合其由东向西的逆冲方向可知,兴隆场断裂具有右行走滑的运动学特征。

2.1.3 坪坝断裂

坪坝断裂位于镇巴–鸡鸣寺断裂的东侧,起始端在司上以东附近,在大巴山西翼走向几乎平行于镇巴–鸡鸣寺断裂,向南经麻柳镇以西向南东延伸,断裂面高角度向NEE陡倾。断裂上盘主要发育南华系和震旦系,下盘以发育下古生界寒武系、奥陶系、志留系和二叠系为主,同时也发育下三叠统大冶组。在紫阳县麻柳镇西南的奥陶系灰绿色砂质页岩中发育一系列枢纽SE向陡倾的紧闭倾竖褶皱(图2d),同时还发育北东翼缓于南西翼的不对称褶皱,指示由NE向SW的右行走滑式逆冲运动学性质。

2.1.4 镇巴-鸡鸣寺断裂

镇巴-鸡鸣寺断裂为城口–房县断裂带西段最西侧的构造边界,断裂北端始于茶镇附近,走向呈SW向经司上转为 NNW-SSE向一直向城口县鸡鸣寺乡延伸,断裂东盘主要发育南华系南沱组冰碛砾岩,向西逆冲于二叠系–三叠系灰岩及白云岩之上。

小洋镇位于镇巴县城以南,镇巴–鸡鸣寺断裂从其西侧穿过,该观测点以西出露下三叠统嘉陵江组灰岩,地层呈 NEE 向陡倾(76°∠73°,81°∠65°),发育多个北东翼长缓、南西翼短陡,枢纽SE向陡倾的不对称褶皱,以及断层面东倾的一系列小断层,指示由NEE向SWW方向兼具右行走滑式逆冲的运动学性质。小洋镇以东断裂上盘出露灰绿色的南沱组冰碛砾岩,发育大量NE向陡倾的劈理,同时含有大量的具有拖尾现象的砾石,砾石成分以花岗质为主,砾石旋转轴的优势方位为SE-SSE向陡倾,指示镇巴-鸡鸣寺断裂在该区域由东向西高角度逆冲及强烈的右行走滑运动学性质。以上类似现象,镇巴县以东的高桥乡附近也有发育。

图2 城口–房县断裂带的构造变形特征Fig.2 Structural features of the Chengkou-Fangxian fault zone

镇巴–鸡鸣寺断裂上盘的南华系南沱组冰碛砾岩过小洋镇向南西方向尖灭,地层逐渐以出露下古生界为主,地表露头显示,岩层变形强烈(图2e),破碎严重,发育透镜体,岩层产状总体向NE陡倾,同时发育大量的尖棱倾竖褶皱,枢纽的优势方位为SE向陡倾(图2f),指示强烈的右行走滑特征。

2.2 城口–房县断裂带中段

经紫阳县麻柳镇向东至城口县东安乡,城口-房县断裂带走向呈NW-SE向,与北大巴山构造线总体平行,断裂面总体NE向倾斜(图1)。断裂上盘主要发育南华系南沱组灰绿色冰碛砾岩,其中发育大量NE向陡倾的劈理,表现出NE-SW的逆冲性质。冰碛砾岩中含有较多砾石,以花岗质为主,砾石多有拉伸变形,砾石主旋转轴主要向 SE高角度陡倾,同时又显示出右行走滑性质。

在麻柳–大竹一带,城口–房县断裂带出露宽约3 km的强变形带。带内发育大量不对称的、紧闭的倾竖褶皱(图2g、h)和数条由SW向NE逆冲的反向逆冲断层。区域内地层及断层面主要向 SW 倾斜,褶皱枢纽总体向 NW-NNW 陡倾,枢纽倾角集中在60°～90°,不对称褶皱的南西翼明显要长且缓于北东翼(图3a)。麻柳镇以北的南华系南沱组冰碛砾岩的显微构造中,存在指示右行走滑的书斜构造(图3b)。种种地质事实说明该断裂带为总体指向北的右行走滑式逆冲带,该地区由南向北逆冲的断层与由北向南逆冲的断层共同组成了正花状构造(图4A-A′)。

在钟亭一带,城口–房县断裂带表现为主断裂以及数条分支断裂呈 NW-SE向平行发育于南华系南沱组冰碛砾岩及寒武系鲁家坪组硅质灰岩及炭质板岩中,断裂面 NE向陡倾,并依次堆叠呈叠瓦式(图4B-B′)。钟亭乡西北,可观测到南华系南沱组灰绿色冰碛砾岩逆冲于寒武系鲁家坪组硅质岩之上,断层面产状51°72°,∠断裂下盘的寒武系薄层硅质岩地层变形强烈,发育顺层拖尾的硅质岩透镜体和枢纽NEE向陡倾的倾竖褶皱,显示该断裂带具右旋走滑的运动学特征(图3c)。此外,城口县附近的修齐、高观等地的南华系南沱组冰碛砾岩中同样发育大量具有拖尾现象的砾石。露头上观测显示,砾石成分主要为花岗岩和少量的硅质岩及灰岩,呈扁豆状产出,顺片理方向压扁拉长,砾石旋转轴的优势方位为SE向陡倾,指示城口–房县断裂带的右行走滑构造性质。

2.3 城口–房县断裂带东段

城口–房县断裂带经城口县东安乡走向由 NWSE向突变为近E-W向,延伸至房县。断裂上盘出露震旦系、下寒武统–下志留统,下盘出露下古生界寒武系、奥陶系和志留系。北大巴山数条NW-SE向构造线在此高角度交截或复合归并于城口–房县断裂带东段NEE向的构造线内(图1)。

东安乡地处城口–房县断裂带中、东段的交汇处,其北侧的新元古界耀岭河组灰绿色凝灰板岩中出露宽约25 m的破碎带,在破碎带附近有较多的砾石顺层发育,多具拉伸变形,对垂直于砾石主拉伸面的长轴方向进行统计,轴向主要呈SE向高角度倾伏,砾石拖尾现象指示出右行走滑性质(图3d)。东安乡以南的寒武系灰岩中发育较多的不对称倒转背斜和向斜(图4C-C′),轴面总体向北倾斜,指示城口–房县断裂带东段由北向南逆冲的运动学性质。

经野外勘查与实测,右行走滑的变形特征贯穿城口–房县断裂带东段,与西段和中段不同的是,自镇坪县钟宝镇开始一直向东延伸,还发育典型的左行走滑变形,并将早期的右行走滑现象叠加改造。例如,钟宝镇以南过钟宝大桥震旦系灯影组白云岩变形强烈,断裂破碎带地表露头宽约 65 m,发育多条断层面 N-NE向倾斜的断层,断层面擦痕的运动学性质指示断层上盘由北向南高角度逆冲在寒武系水井沱组灰岩之上(图4D-D′)。在断裂带附近的震旦系灯影组白云岩中发育大量倾竖褶皱和紧闭褶皱。通过野外露头统计,得出两组分别指示该地区城口–房县断裂带右行走滑和左行走滑的倾竖褶皱,一组褶皱枢纽 NWW-NW向陡倾,倾角在70°～80°;而另一组褶皱枢纽 SEE-EW 向陡倾,倾角在 50°～70°,同时褶皱的叠加改造作用表明右行走滑的发育要早于左行走滑,并被后期的左行走滑叠加改造,导致指示右行走滑性质的褶皱枢纽倾向相对要无序。城口–房县断裂带房县段,南秦岭的武当群浅变质岩高角度向南逆冲在震旦系灯影组白云岩之上,由北向南逆冲的运动学性质明显。在房县至野人谷镇一带的野外实测数据表明,发育两组倾竖褶皱(图4F-F′):一组褶皱枢纽向E-SE陡倾,倾角在40°～75°,指示右行走滑特性;另一组褶皱枢纽向W-NW陡倾,倾角在45°～80°,指示左行走滑特性。

图3 城口–房县断裂带的构造变形特征及显微构造Fig.3 Photos showing the structural and microstructural features of the Chengkou-Fangxian fault zone

图4 城口–房县断裂带的相关构造剖面(剖面位置见图1)Fig.4 Structural cross-sections across the Chengkou-Fangxian fault zone

丰溪镇附近还发育典型的左行走滑断裂带,断裂带内构造岩的显微构造也指示左行走滑现象(图3e)。在该镇以东的寒武系水井沱组中出露宽约40 m的走滑破碎带,其中薄层灰岩、硅质岩、泥岩发育,地层呈波浪状起伏,产状总体倾向NNW-N,发育一系列断层面N-NNE倾的小逆冲断层,同时还发育大量的尖棱褶皱、紧闭褶皱,枢纽总体向NW-NNW陡倾,指示城口–房县断裂带在该地区强烈的左行走滑式逆冲。此外,指示右行走滑性质(图3f、g)和左行走滑性质(图3h)的地质现象在城口–房县断裂带东段的其他地区皆有发育。

因此,城口–房县断裂带东段发育右行走滑和左行走滑构造变形,并且越向东延伸(东安乡至房县),后期的左行走滑变形表现越清楚越强烈,但是两种走滑现象却一直同时存在。

2.4 走滑断裂带的厘定

造成枢纽陡倾这一现象的原因主要有两个:一个是两期褶皱的叠加作用,早期枢纽水平的褶皱被后期来自垂直方向的横向褶皱叠加,早期褶皱变形后近直立的岩层会发生褶皱变形形成近直立的褶皱枢纽;另一个则是走滑作用。文中所述的倾竖褶皱都是经过野外实际勘测和客观筛选,排除了褶皱叠加作用造成枢纽陡倾的影响,能够指示走滑性质。在城口–房县断裂带附近观测到的倾竖褶皱出露具有典型的分带性,并且野外观察也没有明显的叠加证据表明这些直立的枢纽是由于褶皱叠加形成。因此,大量详实的野外测量数据和构造解析综合分析表明,城口–房县断裂带发育两条走滑断裂带(图1),且具有不同的走滑性质:右行走滑变形(图5)和左行走滑变形(图6)。尽管右行走滑变形贯穿城口–房县断裂带,但是不同性质走滑变形的主体分布范围具有规律性变化,具体的分布范围为野外实地追踪。由于整个高川地体内部的右行走滑特性,城口–房县断裂带西段的右行走滑断裂带展布范围较宽,整体呈西宽东窄,顺着城口–房县断裂带的走向逐渐延伸至房县。左行走滑断裂带,自钟宝一带发育并向房县-野人谷一线,呈喇叭口式由窄变宽逐步延伸,并将钟宝以东的右行走滑现象叠加和改造。城口-房县断裂带的西段和中段主要发育右行走滑,而东段早期的右行走滑特性和晚期的左行走滑特性共存。

3 变形时序分析

研究区没有发生过强烈的构造热事件,没有强烈的岩浆活动和变质作用,尤其是缺乏新生的同构造变形矿物,因此,很难用常规的年代学手段进行测试,对构造活动的时序关系主要从构造接触关系和区域构造分析上推测。大量的研究表明扬子板块和华北板块的碰撞拼合时间在中–晚三叠世(Lin et al.,1985;Zhao and Coe,1987;Huang and Opdyke,1991;Enkin et al.,1992;Yang et al.,1992;Gilder and Courtillot,1997;Yokoyama et al.,2001;Meng et al.,2005;Tan et al.,2007),在城口县坪坝镇,上三叠统须家河组砾岩和砂岩角度不整合在下三叠统灰岩之上(图7a,d),下伏灰岩中出露枢纽向E-SE陡倾的褶皱(图7e),在其附近还发育有指示对盘向左侧运动的擦痕阶步,结合区域上的运动学方向,这些地质现象指示右行走滑特征。在该观测点以西的万源市大竹镇发育类似的地层角度不整合接触关系(图7b,f,g),在其下伏的下三叠统灰岩中发育大量的枢纽总体向NEE陡倾并指示右行走滑特性的褶皱(图7g),而在上覆地层中却未出露此类现象。因此,我们推测沿着城口–房县断裂带发育的右行走滑式逆冲现象可能与中三叠世晚期发生在大巴山地区的板块碰撞事件有关,为同碰撞构造。当然城口–房县断裂带西段可能叠加了后期由于北大巴山逆冲推覆作用形成的右行走滑作用,虽然城口–房县断裂带西段由于板块碰撞和北大巴山逆冲推覆作用形成的右行走滑现象还不能够被精细地区分开,但是这并不影响我们对由西向东贯穿城口–房县断裂带的右行走滑断裂带的厘定和时代的推测。因为北大巴山的逆冲推覆只能在城口–房县断裂带的西侧产生右行走滑现象(刘战庆等,2011),而这一地质事实不能解释城口–房县断裂带由西向东都发育典型的右行走滑特性,这必然是另一个地质事件造成的,即我们所述的板块碰撞事件。

图5 城口–房县断裂带发育的右行走滑性质示意图Fig.5 Plot showing the dextral strike-slip along the Chengkou-Fangxian fault zone

图6 城口–房县断裂带东段发育的左行走滑性质示意图Fig.6 Plot showing the sinistral strike-slip along the eastern segment of the Chengkou-Fangxian fault zone

在板块碰撞事件之后,由于北大巴山的逆冲推覆导致了陆内造山作用的开始。北大巴山内部的紫阳县红椿坝一带中–下侏罗统砾岩角度不整合在志留系之上(图7c,h,i),这一地质事实极有可能为板块碰撞造山与陆内造山的过渡阶段,即北大巴山逆冲推覆的初始阶段。上覆的中–下侏罗统砾岩由于后期逆冲推覆作用又被志留系掩覆(图7h),同时上白垩统和古近系砂砾岩角度不整合在下伏地层之上的现象在安康、房县和竹山地区皆有出露(图1,Shi et al.,2012),说明北大巴山大规模的逆冲推覆可能发生在晚侏罗世–早白垩世。在北大巴山的逆冲推覆过程中由于东西两侧砥柱的影响,在其东段形成了左行走滑构造,因此,城口–房县断裂带东段的左行走滑断裂带的形成与北大巴山的逆冲推覆有关,可能形成于晚侏罗世–早白垩世。

4 构造变形机制及演化

图7 大巴山地区三处角度不整合的构造变形特征(a.坪坝剖面,b.大竹剖面,c.红椿坝剖面)Fig.7 Structural features of three angular unconformities in the Dabashan area (a.Pingba section,b.Dazhu section,c.Hongchunba section)

城口–房县断裂带南北两侧的构造线展布差异较大,南侧的构造线平行于城口–房县断裂带呈弧形展布,而北侧的构造线总体呈NW-SE向展布,两端为城口–房县断裂带所截切。同时北大巴山地区发育大量的 NW-SE向顺层或者切层侵入的基性岩墙和碱性岩脉,并且这些岩脉严格地终止在城口–房县断裂带以北。种种迹象表明,大巴山地区的构造格局和城口–房县断裂带的形成很难用经典的碰撞造山模式来解释。如果按照常规的碰撞造山模式来说,当边界断裂发生弧形弯曲时,内部的构造线相应地会发生同步弯曲变形(Macedo and Marshak,1999),例如西昆仑–帕米尔弧形构造(曲国胜等,1996;沈军等,2001),而事实却并非如此。张岳桥等(2010)和王瑞瑞等(2011)通过设定不同的限制条件,对大巴山构造带的逆冲推覆过程进行砂箱模拟试验,认为大巴山弧形构造带的形成与早期伸展背景下的弧形边界(早期的城口–房县断裂带)密不可分,否则只在其他因素的作用下不能形成现今的构造格局。北大巴山地区基性岩墙群的岩石地球化学特征与锆石U-Pb定年所反映的大地构造意义也表明(雒昆利和端木和顺,2001;王存智等,2009;邹先武等,2011),城口–房县断裂带可能在新元古代或早古生代的伸展背景下已经成为了重要的边界,控制着该地区的岩浆活动和沉积环境。因此,城口–房县断裂带的先存性影响了大巴山地区的构造演化及现今的构造格局,并且早期的城口–房县断裂带及北大巴山内部的断裂经历了不同的构造演化历史(何建坤等,1999),在华北板块与扬子板块碰撞前就存在。

图8 城口–房县断裂带的构造演化模型Fig.8 Kinematic model for the tectonic evolution of the Chengkou-Fangxian fault zone

中–晚三叠世形成的勉略缝合带代表了华北板块与扬子板块的最终拼合(Zhang et al.,1996;Meng and Zhang,2000),位于城口–房县断裂带附近的坪坝与大竹两处的角度不整合暗示在大巴山地区的板块拼合时间应该是中三叠世。在这个时期,扬子板块相对华北板块斜向俯冲,导致城口–房县断裂带及北大巴山地区发育了大量的右行走滑同碰撞构造(图8a)。其中,城口–房县断裂带及其北侧断裂在两板块碰撞之前就已经是区域上重要的构造边界。勉略洋闭合之后,扬子板块持续性地向华北板块下俯冲,激发了北大巴山的逆冲推覆作用(Dong et al.,2013)。北大巴山地区的这次逆冲事件导致了秦岭造山带的陆内造山作用,并且该事件的开始不会晚于晚三叠世。在北大巴山的逆冲推覆过程中,城口–房县断裂带既是北大巴山推覆体最主要的滑脱面,也是逆冲的最前缘带,由于汉南–米仓山隆起(西侧)和神农架隆起(东侧)的阻挡作用(Wang et al.,2003;张国伟等,2003,2004),导致最初的城口–房县断裂带开始呈弧形弯曲变形(图8b)。在晚侏罗世–早白垩世,北大巴山进一步地大规模向 SW 逆冲推覆,进而导致城口–房县断裂带的东段发育大量左行走滑构造,并且将早期由于板块碰撞作用形成的右行走滑构造叠加和改造(图8c)。同时北大巴山内部一系列NW-SE走向断裂的两端被城口–房县断裂带截切,指示呈弧形弯曲的城口–房县断裂带的形成要晚于其北侧被截切的断裂(图8c)。最终,北大巴山的前缘断裂形成了现今向 SW 凸出的弧形断裂带,并发育两条走滑性质不同的走滑断裂带。

5 结 论

通过大量详实的野外观测,并结合现有的地质资料,厘定出城口–房县断裂带存在两条不同性质的走滑断裂带。右行走滑断裂带贯穿整个城口–房县断裂带,由西向东右行走滑断裂带范围由宽变窄(西段可能叠加陆内造山作用形成的右行走滑性质),其形成可能与中三叠世扬子板块与华北板块的碰撞有关,指示两者之间的碰撞拼合方式为斜向碰撞。左行走滑断裂带,仅在城口–房县断裂带东段发育,自镇坪县钟宝镇附近向东延伸至房县一带,由西向东左行走滑断裂带范围由窄变宽呈喇叭口式扩展,其成因与晚侏罗世–早白垩世的陆内造山作用有关,由北大巴山向SW逆冲推覆过程中受东西两侧砥柱作用的阻碍而形成,并将东段早期发育的右行走滑现象叠加和改造。

致谢:衷心感谢长安大学裴先治教授、成都理工大学李智武副教授及另一位匿名审稿专家在一审、二审和终审过程中给本文提出诸多的修改意见及建议。本文最初的野外工作得到了陈代鑫、朱华、窦国兴及杜万风等研究生的协助,在此一并感谢。

董云鹏,查显峰,付明庆,张茜,杨钊,张燕.2008.秦岭南缘大巴山褶皱–冲断推覆构造的特征.地质通报,27(9):1493–1508.

何建坤,卢华复,朱斌.1999.东秦岭造山带南缘北大巴山构造反转及其动力学.地质科学,34(2):139–153.

胡健民,董树文,孟庆任,施炜,陈虹,武国利.2008.大巴山西段高川地体的构造变形特征及其意义.地质通报,27(12):2031–2044.

胡健民,施炜,渠洪杰,陈虹,武国利,田蜜.2009.秦岭造山带大巴山弧形构造带中生代构造变形.地学前缘,16(3):49–68.

李岩峰,曲国胜,刘殊,张虹.2008.米仓山、南大巴山前缘构造特征及其形成机制.大地构造与成矿学,32(3):285–292.

李智武,刘树根,罗玉宏,刘顺,徐国强.2006.南大巴山前陆冲断带构造样式及变形机制分析.大地构造与成矿学,30(3):294–304.

刘战庆,裴先治,丁仨平,李佐臣,李瑞保,炘陈有,刘智刚,张晓飞,陈国超,王学良.2011.南大巴山西北段镇巴-下高川地区地质构造解析.地球科学与环境学报,33(1):54–63.

雒昆利,端木和顺.2001.大巴山区早古生代基性火成岩的形成时代.中国区域地质,20(3):262–266.

曲国胜,Joseph Canerot,王宗起,赵民.1996.造山带弧形构造——西昆仑–帕米尔弧及其预测.地质科学,31(4):313–325.

沈军,汪一鹏,赵瑞斌,陈杰,曲国胜.2001.帕米尔东北缘及塔里木盆地西北部弧形构造的扩展特征.地震地质,23(3):381–389.

王存智,杨坤光,徐扬,程万强.2009.北大巴基性岩墙群地球化学特征、LA-ICP-MS锆石U-Pb 定年及其大地构造意义.地质科技情报,28(3):19–26.

王二七,孟庆任.2008.对龙门山中生代和新生代构造演化的讨论.中国科学(D缉),38(10):1221–1233.

王瑞瑞,张岳桥,解国爱,许怀智.2011.大巴山前陆弧形构造的成因:来自砂箱实验的认识.地质学报,85(9):1409–1419.

徐扬,王存智,程万强,杨坤光.2009.南大巴前陆冲断带构造变形几何类型、分布特征及其成因分析.大地构造与成矿学,33(4):497–507.

张国伟,程顺有,郭安林,董云鹏,赖绍聪,姚安平.2004.秦岭–大别中央造山系南缘勉略古缝合带的再认识——兼论中国大陆主体的拼合.地质通报,23(9–10):846–853.

张国伟,董云鹏,赖绍聪,郭安林,孟庆任,刘少峰,程顺有,姚安平,张宗清,裴先治,李三忠.2003.秦岭–大别造山带南缘勉略构造带与勉略缝合带.中国科学(D辑),33(12):1121–1135.

张国伟,张本仁,袁学诚,肖庆辉.2001.秦岭造山带与大陆动力学.北京:科学出版社:1–805.

张岳桥,施炜,李建华,王瑞瑞,李海龙,董树文.2010.大巴山前陆弧形构造带形成机理分析.地质学报,84(9):1300–1315.

邹先武,段其发,汤朝阳,曹亮,崔森,赵武强,夏杰,王磊.2011.北大巴山镇坪地区辉绿岩锆石SHRIMP U-Pb定年和岩石地球化学特征.中国地质,38(2):282–291.

Dong S W,Gao R,Yin A,Guo T L,Zhang Y Q,Hu J M,Li J H,Shi W and Li Q S.2013.What drove continued continent-continent convergence after ocean closure?Insights from high-resolution seismic-reflection profiling across the Daba Shan in central China.Geology,41(6):671–674.

Eide E A.1993.Petrology,Geochronology,and Structure of High-pressure Metamorphic Rocks in Hubei Province,East-central China,and Their Relationship to Continental Collision.Ph.D.dissertation,Stanford University:1–470.

Enkin R J,Yang Z,Chen Y and Courtillot V.1992.Paleomagnetic constraints on the geodynamic history of the major blocks of China from Permian to the present.Journal of Geophysical Research,97:13953–13989.

Gilder S and Courtillot V.1997.Timing of the North–South China collision from new Middle to Late Mesozoic paleomagnetic data from the North China Block.Journal of Geophysical Research,102:17713–17727.

Gilder S A,Leloup P H,Courtillot V,Chen Y,Coe R S,Zhao X,Xiao W,Halim N,Cogne J P and Zhu R.1999.Tectonic evolution of the Tancheng-Lujiang (Tan-Lu)fault via Middle Triassic to Early Cenozoic paleomagnetic data.Journal of Geophysical Research,104(B7):15365–15390.

Hu J M,Chen H,Qu H J,Wu G L,Yang J X and Zhang Z Y.2012.Mesozoic deformations of the Dabashan in the southern Qinling orogen,central China.Journal of Asian Earth Sciences,47:171–184.

Huang K N and Opdyke N D.1991.Paleomagnetism of Jurassic rocks from southwestern Sichuan and the timing of the closure of the Qinling suture.Tectonophysics,200:299–316.

Lin J L,Fuller M and Zhang W Y.1985.Preliminary Phanerozoic polar wander paths for the North and South China Blocks.Nature,313:444–449.

Liu S F,Steel R and Zhang G W.2005.Mesozoic sedimentary basin development and tectonic implication,northern Yangtze Block,eastern China:Record of continent-continent collision.Journal of Asian Earth Sciences,25:9–27.

Macedo C and Marshak S.1999.Controls on the geometry of fold-thrust belt salients.Geological Society of America Bulletin,111(12):1808–1822.

Meng Q R,Wang E C and Hu J M.2005.Mesozoic sedimentary evolution of the northwest Sichuan basin:Implication for continued clockwise rotation of the South China block.Geological Society of America Bulletin,117:396–410.

Meng Q R and Zhang G W.2000.Geologic Framework and Tectonic Evolution of the Qin ling Orogen,Central China.Tectonophysics,323(3/4):183–196.

Nie S,Yin A,Rowley D B and Jin Y.1994.Exhumation of the Dabie Shan ultra-high-pressure rocks and accumulation of the Songpan Ganze flysch sequence,central China.Geology,22:999–1002.

Okay A I and Sengor A M C.1992.Evidence for intracontinental thrust-related exhumation of the ultrahigh-pressure rocks in China.Geology,20:411–414.

Sengor A M C,Gorur N and Saroglu F.1985.Strike-slip faulting and related basin formation in zones of tectonic escape:Turkey as a case study // Biddle K T and Christe-Blick N.Strike-slip deformation,basin formation and sedimentation.Society Economic Paleontologist and Mineralogists,Special Publication,37:227–265.

Shi W,Zhang Y Q,Dong S W,Hu J M,Wiesinger M,Ratschbacher L,Jonckheere R,Li J H,Tian M,Chen H,Wu G L,Ma L C and Li H L.2012.Intra-continental Dabashan orocline,southwestern Qinling,Central China.Journal of Asian Earth Sciences,46(2):20–38.

Tan X D,Kodama K P,Gilder S,Courtillot V and Cogne J P.2007.Paleomagnetic evidence and tectonic origin of clockwise rotations in the Yangtze fold belt,South China Block.Geophysical Journal International,168:48–58.

Wang E,Meng Q R,Burchfiel B C and Zhang G W.2003.Mesozoic large-scale lateral extrusion,rotation,and uplift of the Tongbai-Dabie Shan belt in east China.Geology,31(4):307–310.

Yang Z Y,Courtillot V,Besse J,Ma X H,Xing L S,Xu S J and Zhang J X.1992.Jurassic paleomagnetic constraints on the collision of the North and South China Blocks.Geophysical Research Letters,19:577–580.

Yin A and Nie S.1993.An indentation model for the North and South China collision and the development of the Tan-Lu and Honam fault systems,eastern Asia.Tectonics,12:801–813.

Yokoyama M,Liu Y Y,Halim N and Otofuji Y.2001.Paleomagnetic study of Upper Jurassic rocks from the Sichuan basin:Tectonic aspects for the collision between the Yangtze Block and the North China Block.Earth and Planetary Science Letters,193:273–285.

Zhang G W,Meng Q R,Yu Z P,Sun Y,Zhou D W and Guo A L.1996.Orogenesis and dynamics of the Qinling orogen.Science in China (Series D),39:225–234.

Zhang H,Tan X D and Han Y L.2007.Cretaceous synfolding remagnetization components revealing tectonic rotation of the middle Yangtze fold belt.Chinese Science Bulletin,52(20):2837–2846.

Zhang K J.2002.Escape hypothesis for the North and South China collision and the tectonic evolution of the Qinling orogen,eastern Asia.Eclogae Geologicae Helvetiae,95:237–247.

Zhao X X and Coe R S.1987.Paleomagnetic constraints on the collision and rotation of North and South China.Nature,327:141–144.

Zhu G,Liu G S,Niu M L,Xie C L,Wang Y S and Xiang B W.2009.Syn-collisional transform faulting of the Tan-Lu fault zone,East China.International Journal of Earth Sciences,98(1):135–155.