光泽—武平断裂带南端晚中生代地质构造演化特征①

薛德杰

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

光泽—武平断裂带与福安—南靖NNE向断裂带和政和—大埔NNE向断裂带2条区域性主干断裂带相互平行组成福建境内显著的NNE向断裂系统(1)中国地质调查局基础调查部、中国地质科学院地质研究所，中国区域地质志工作指南，2009。。光泽—武平断裂带是福建次级构造单元边界的区域性断裂带[1]。王培宗等人[2]通过物探成果发现松溪—长汀断裂带是一条岩石圈断裂，其南端在福建长汀—武平一带刚好与光泽—武平断裂带的南端重合。前人对该断裂带的研究[3](2)福建省地质调查研究院，1∶25万瑞金市幅区域地质调查报告，2002。(3)福建省地质调查研究院，1∶5万长汀等四幅区域地质调查报告，2016。

主要集中在加里东-印支期的韧性变形和燕山期的脆性变形等方面，对其晚中生代的韧性变形和动力学特征方面研究较为薄弱。因此，此次通过详实野外调查、显微构造研究和锆石U-Pb年龄测定初步查明该断裂带南端的几何学和运动学特征，限定韧性变形的活动时代，并对该区古构造应力场进行反演来恢复晚中生代的动力学过程，从而探讨研究区晚中生代的构造演化。

1 地质背景

研究区位于闽粤赣三省交界地带，大地构造位置属华夏造山系的武夷云开弧盆系中的武夷地块，福建境内属南武夷晚古生代坳陷区的西南部。区域NW向饶平—大埔断裂带斜穿研究区。光泽—武平断裂带呈NNE向展布于研究区东南部，主要由武溪—六吉NNE向断裂带和西侧民主—坝里韧性剪切带组成，两端延伸至区外。

图1 研究区地质图Fig.1 The geological map of the research area1—第四系；2—晚白垩世赤石群；3—早白垩世石帽山群；4—新元古代楼子坝组；5—新元古代寻乌岩组；6—新元古代桃溪岩组；7—晚白垩世细粒石英闪长岩；8—早白垩世花岗岩；9—晚侏罗世花岗岩；10—晚三叠世花岗岩；11—志留纪片麻状白云母化花岗岩； 12—志留纪片麻状二长花岗岩；13—新元古代花岗闪长质片麻岩；14—新元古代英云闪长质片麻岩；15—花岗岩脉；16—差干/剑溪坳陷盆地、东留—项山隆起带；17—地质界线/糜棱岩化；18—正断层/逆断层；19—走滑断层/韧性断层；20—主干断裂/航磁解译断层；21—平行不整合、角度不整合；22—锆石U-Pb年龄样/断层观测点；23—实测剖面位置及编号

区内地层可划分为新元古界、白垩系、第四系3个断代地层(图1)。新元古界由桃溪岩组、寻乌岩组和楼子坝组组成，桃溪岩组和寻乌岩组为一套黑云斜长变粒岩、云母片岩、矽线石云母片岩夹变质砂岩的高绿片岩相岩石组合，楼子坝组为一套变质砂岩局部夹片岩、变粒岩的低绿片岩相岩石组合。白垩系由早白垩世石帽山群和晚白垩世赤石群组成，早白垩世石帽山群区内出露寨下组，晚白垩世赤石群区内由下至上划分为差干组、茅店组、周田组和河口组。其中，早白垩世寨下组为河流相陆源碎屑岩-酸性火山碎屑岩组合。晚白垩世则是典型的红色河流-湖泊相的碎屑沉积岩。

研究区岩浆活动频繁，可分为新元古代、志留纪、晚三叠世、晚侏罗世、早白垩世、晚白垩世6个时代，呈多阶段、多期次活动的特点，形成了区内规模巨大的贵湖—项山复式杂岩体。复式杂岩体的主岩基为晚三叠世侵入体，新元古代变质侵入体以构造岩块产出，已构造失位；志留纪侵入体呈小岩基形态产出，晚侏罗世—白垩纪岩体则多以岩瘤、岩株等形态产出。

研究区经历了晋宁期以来多期次构造运动叠加改造，最终铸造了“一隆起两凹陷”这一显著、综合的构造景观，以花岗质复式岩体隆起为核部、两侧覆盖白垩纪盆地为特征，地貌上具中间高两侧低的特点。一隆起即中部东留—项山隆起带，是一个以印支期岩浆岩为主体、残留少部分加里东期花岗岩和新元古代变质基底、局部燕山期岩浆岩侵入的复式杂岩体；两凹陷即研究区两侧的剑溪盆地和差干盆地，2个盆地主要由白垩世火山-沉积岩系组成。光泽—武平断裂带是区内独特构造格局的重要组成部分，形成于燕山早期的民主—坝里NE向韧性剪切带是东留—项山隆起带最主要的变形特征，而武溪—六吉NNE向断裂带则是隆起-凹陷的边界，控制着白垩纪差干盆地的沉积-火山作用。笔者通过对该边界断裂的详细研究来探讨其晚中生代地质构造演化特征。

2 几何学、运动学特征

武溪—六吉NNE向断裂带位于研究区东南部，总体走向NE20°～40°，倾向SE，少数倾向NW，宽度大于2 km，区内延伸大于26 km，由一系列平行的断层组成，断层性质主要表现为正断层和左行斜滑，少数为逆冲，具多期活动性质。断裂带从下到上依次发育韧性-脆性的变形，自西往东可分为4个部分：韧性断裂带、脆-韧性断裂带、脆性断裂带、“混杂带”(图2)。由于露头出露情况有限，在GP003中出露较为全面(1∶500剖面测制)，GP004和GP005(露头条件一般)中韧性-韧脆性的分带性较难划分。因此，断裂带的特征主要以GP003剖面划分为主，结合其余2条剖面进行描述。

韧性断裂带：属断裂带下盘，沿武平饶畲—平远邹坊一带呈NNE向展布，宽度100～1 000 m，由糜棱岩化带组成，带内岩石具糜棱结构，片麻状构造，矿物具明显压扁拉长现象，糜棱面理走向10°～20°，倾向SE，倾角38°～60°。韧性构造岩以糜棱岩化岩为主，局部为糜棱岩，具强弱分带特征，露头XY面上可见由石英、长石定向排列形成的拉伸线理，线理产状50°～110°∠(28°～40°)，σ型旋转碎斑、S-C组构等宏观和微观运动学特征也十分发育，显示左行斜滑的性质(图3)，显微镜下特征(照片1)。

图3 武溪—六吉NNE向断裂带韧性剪切带变形特征和产状施密特下半球投影Fig.3 The deformation and lower hemisphere projection of the ductile shear zone of Wuxi-liuji NNE fault belt

照片1 武溪—六吉NNE向断裂带显微构造特征Photo.1 The microscopic structure of Wuxi-liuji NNE fault beltA—石英膨凸作用重结晶，长石核幔构造(D6304)；B—石英波状消光(D8452)；C—高温颗粒边界迁移石英动态重结晶(D8457)；D—高温颗粒边界迁移石英动态重结晶(D8458)；E—碎裂结构(GP003-6-1)；F—碎粒结构(GP003-8-1)

脆-韧性断裂带：宽度100～500 m，由糜棱岩化晚三叠世侵入岩和早白垩世侵入岩组成，岩石片理化发育，局部片理发育弱可见岩石具糜棱岩化，糜棱面理与片理产状一致，矿物定向拉伸线理、S-C组构发育，具左行剪切、左行下滑性质。

脆性断裂带：宽度50～330 m，该断裂带的主体，走向NNE向，倾向SE，倾角较陡，断裂带由碎裂岩化花岗岩、构造碎裂岩、碎粒岩、蚀变岩组成，原岩多为花岗岩，岩石多发育硅化、碎裂岩化、碎粒岩化、绿泥石化、黄铁矿化、碳酸盐化等蚀变，局部可见钠长石化、绢云母化、黑钨矿化，断裂带内发育一系列相互平行的NNE向断层，或者NE、NEE向次级断层，具多期活动性质，早期为张性、张扭性，后期具压扭性特征。

“混杂带”：宽度约50～100 m，出露于GP003中，由碎粒岩、碎裂岩、硅化碎裂岩化花岗岩、泥岩、沉凝灰岩等组成，之间多为断层接触，顺断裂带可见闪长岩脉贯入。

上盘为未变形的火山碎屑岩系，火山岩内部发育零星小断层，多数为NEE、少数NW向次级断层，NW向多为张性、张扭性特征，NEE向多为压扭性。

3 年代学分析

此次年代学分析采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年法。锆石的挑选、阴极发光显像和制靶由河北廊坊尚艺岩矿检测有限公司承担，测年由中国冶金地质总局山东局测试中心完成。

为了制约武溪—六吉NNE向断裂带韧性剪切活动的时代，此次研究在断裂带下盘的福建民主乡东南侧公路边浅肉红色糜棱岩化中细粒花岗岩中采集了1件样品(TW6304-4)，开展年代学分析。岩石原岩为花岗岩，由钾长石(55%±)、斜长石(13%±)、石英(30%±)、和黑云母(2%±)组成，原岩中的矿物产生形变破碎，形成糜棱基质、碎斑。

阴极荧光图像显示(图4左)，锆石形态主要为短柱状，部分长柱状，锆石内部具有震荡生长环带结构，环带清晰且较多，具相对明亮的阴极荧光，指示锆石属于岩浆锆石。锆石Th、U含量显示，Th为303.3×10-6～3 932×10-6，U 为329.5×10-6～1 743.4×10-6， Th/U比值为0.41～3.4，具有Th、U含量高，Th/U比值高，且Th-U之间多数具有正相关关系，显示了岩浆锆石典型特征(表1)。

锆石谐和图中显示(图4，右)，除了其中3颗锆石年龄偏离谐和线外，其余锆石谐和年龄主要集中在128 Ma附近，谐和度好，加权平均年龄为(128±1.4)Ma。将其地质时代归置于早白垩世。

图4 武溪—六吉断裂带糜棱岩化中细粒花岗岩锆石CL图像及测点位置(左)及锆石谐和图(右)Fig.4 Zircon CL image and location of measuring points map (left) and Zircon harmonic map (right) of Zircon harmonic and weighted average age map in Wuxi-Liuji fault zone.

通过断裂带下盘糜棱岩化中细粒花岗岩的时代确定为早白垩世，说明该断裂带早白垩世之后发育一期韧性剪切，断裂带下盘晚三叠世侵入岩中的糜棱岩化可能与其同期形成，不排除早期就有韧性剪切活动。结合断裂带上盘未变形的寨下组火山岩获得(98±1)Ma(4)福建省地质调查研究院，江西1∶5万东留圩、差干墟区调报告，2018。的年龄，可以限定该断裂带在早白垩世中期发育一期韧性剪切活动。

4 动力学特征

在对野外露头点断裂变形几何学和运动学观察基础上，系统测量和判断不同地层(岩体)单元中发育的断面及擦痕的性质，同时借助断层或擦痕的切割关系，梳理古构造应力场的活动期次，并对研究区晚中生代的动力学特征进行探讨。

古应力场研究方法主要利用野外露头上测量的断层滑移数据模拟特定岩石的应力状态，并重建简化的应力张量[4，5，6]。4个变量分别为3个轴向互相垂直的主应力(σ1，σ2，σ3)以及表示σ2相对于σ1和σ3大小关系的应力比(R)，其中，σ1≥σ2≥σ3，R=(σ2-σ3)/(σ1-σ3)。野外观测中，露头条件较好的断层面上收集断层滑移数据，包括断层面产状，擦痕产状以及运动方向[4,7]，在室内利用Win-Tensor软件进行古构造应力场反演(表2)。初步分析研究区晚中生代以来经历至少5期构造古应力场作用(图5，6)：早白垩世早-中期NW-SE伸展、早白垩世晚期NW-SE挤压、晚白垩世早期NE-SW伸展、晚白垩世中期NW-SE伸展、晚白垩世晚期以来近S-N挤压。5期应力场的特征和证据详述如下。

第一期(图5-A)：早白垩世早-中期NW-SE向伸展。在早白垩纪花岗岩体和东部白垩纪红层盆地之间形成一系列NNE-NE向正(斜滑)断层。断裂带下盘糜棱岩化花岗岩时代为早白垩世(128±1.4)Ma，上盘未变形的早白垩世寨下组火山岩(98±1)Ma，共同限定了NNE向韧性-脆韧性断裂带形成于早白垩世早-中期NW-SE向伸展应力场。

第二期(图5-B)：早白垩世晚期NW-SE向挤压，该期挤压应力场形成的构造透镜体、碎粒岩和片理化等现象叠加在早期伸展拉张形成的NNE向断裂带。构造反转使NE-NNE向断层发生左行剪切，形成NW向压扭性断层和少部分近东西向右行剪切断层。野外宏观最为直接的证据是民主GP003剖面中直接可观测到其切割早期NNE向断裂带(图6-a)。六吉一带D8171点处可见该期应力场形成的NNE向左行断层控制早白垩世寨下组上段火山岩和下部岩体的边界。研究区中部项山一带晚三叠世侵入岩中发育NEE向逆冲断层(GP005-43)和福中村一带早白垩世岩体中近东西向右行剪切断层(GP004-75)均是该期应力场作用的结果。

第三期(图5-C)：晚白垩世早期NE-SW向伸展。该期应力场形成NW向张性正断层和NEE向右行斜滑断层，该期断层规模和断距均不大。NW向断层多发育于早白垩世寨下组火山岩当中，局部破坏了寨下组与西部侵入杂岩体的边界。GP003剖面中可观察到该期应力场形成的NEE向断层切割第一期伸展形成的NE向断裂带(图6-c)。GP005剖面中在三达村一带公路边可见该期应力形成的NNE向左行断层和北西向正断层切割早期形成的NNE向断裂带中的硅化蚀变岩(GP005-73)。研究区北侧NW向张性断裂内部充填的油心地辉长岩体87 Ma的年龄(5)南京地调中心，江西洋角—福建东留地区矿产远景调查报告，2008。也为该期应力场形成时代提供了下限。

表2 武溪—六吉断裂带断层滑移矢量分析数据与构造应力场反演结果

第四期(图5-D)：晚白垩世中期NW-SE向伸展，与之配套的主要为NNE向张性正断层。GP003剖面中该期NNE向断层切割第三期NE-SW向伸展应力场形成的NW向正断层角砾岩(图6-b)。在差干一带的红层盆地下部茅店组中发育的NNE和NWW向共轭正断层(D8352)亦说明了晚白垩世之后发育的NW-SE向伸展作用，也可能属同沉积构造。

图5 研究区古构造应力场反演图Fig.5 Diagram of palaeotectonic stress field inversion in the study areaA—早白垩世早-中期NW-SE向伸展；B—早白垩世晚期NW-SE向挤压；C—晚白垩世早期NE-SW向伸展；D—晚白垩世中期NW-SE向伸展；E—晚白垩世晚期以来近S-N向挤压

图6 研究区古构造应力场分期配套野外证据Fig.6 Field evidences of paleotectonic stress field in the research areaa—第二期NW-SE向挤压形成的NW向压扭性断层切割第一期NW-SE向伸展形成的硅化碎裂岩；b—第四期NW-SE向伸展形成的NNE向断层切割第三期NE-SW向伸展应力场形成的NW向正断层角砾岩；c—第三期NE-SW向伸展形成的NEE向右行下滑正断层切割第一期NW-SE向伸展形成的NE向硅化碎裂岩化带；d—图a中F2擦痕照片；e—图a中F1露头照片；f—图b露头照片；g—晚白垩世红层中第五期近S-N向挤压形成NW向逆断层；h—第五期近S-N挤压应力场形成的右行斜冲断层；i—第五期近S-N挤压形成NE向逆断层切割第二期应力场形成的NW向逆断层

第五期(图5-E)：晚白垩世晚期以来近S-N向挤压应力场，形成NNW向逆断层(图6-g)、NE向左行走滑断层、NEE向右行走滑断层(图6-b)和近S-N向右行压扭性断层。该期应力场不仅对早期NNE向断裂叠加改造，局部还形成东部白垩纪盆地和花岗岩的边界，如GP003中白垩纪盆地的底界附近发育宽300～500 m的“混杂带”，饶畲一带公路边的构造带内构造角砾可见早白垩世寨下组流纹质晶屑熔结凝灰岩、局部还有紫红色粉砂质泥岩(晚白垩世周田组)，可见该期应力场形成晚于晚白垩世。GP003东部早白垩世寨下组流纹质晶屑熔结凝灰岩中记录了该期应力场形成的NE向逆断层切割第二期应力场形成的北西向逆断层(图6-i)。研究区西北部剑溪一带可见新元古代变质岩逆冲于晚白垩世茅店组砾岩之上(图6-h)的现象也证实该期挤压应力场的存在。

5 讨论

5.1 晚中生代构造演化

光泽—武平断裂带南端在研究区内晚中生代主要表现为武溪—六吉NNE向断裂带，是东留—项山隆起带和白垩纪差干盆地的边界断裂，与白垩纪盆地演化密切相关，是研究区独特盆-山地质地貌景观的关键部位。在野外调查、显微构造、年代学和动力学等方面的研究基础上，结合差干盆地地质特征探讨该区晚中生代以来的构造演化。

早白垩世早-中期，沿武溪—六吉一带发育韧-脆性正(斜滑)断层，下盘前中生代基底隆起成山，上盘下降形成早期寨下组下段裂谷沉积盆地。随后断裂深切到下地壳，大规模火山喷发，形成寨下组上段酸性火山岩组合。

早白垩世晚期构造反转，对早期NNE向断裂带进行改造，构造破碎带内发育较多构造透镜体、碎粒岩和片理化等挤压构造行迹。次级NE-NNE向左行剪切断层、NW向压扭性断层和少部分NWW向右行剪切断层较为发育，且岩浆活动逐渐减弱。

晚白垩世早期应力场方向顺时针转变，经历短暂的NE-SW向伸展，形成多数NW向张性正断层。应力场的变化导致了大规模岩浆喷发的停止，结束了早白垩世火山-沉积作用，拉开了晚白垩世红层盆地的沉积序幕。

晚白垩世早-中期应力场恢复为NW-SE向伸展，与之配套的NNE向张性正断层发育，研究区西北部剑溪盆地开始了沉积作用，而武溪—六吉断裂带上盘以差干镇五子石为中心形成一套巨厚的“红层”。

晚白垩世晚期，古构造应力场再次发生顺时针旋转，产生近S-N向挤压应力场，盆地进入萎缩封闭、消亡阶段。

5.2 地质意义

中生代华南东南部经历了从东西向特提斯构造域向北东向西太平洋构造域的体制转换[8-11]，受该期古太平洋板块向华南大陆的俯冲作用下形成一系列与之相关的岩浆作用和构造变形[12,13]。随着俯冲角度和不同方向的变化[14-16]，导致了晚中生代中国东南沿海地区经历了由挤压到伸展的构造转换过程。在这一特殊的构造背景下，众多学者[17-21]通过岩石学、地球化学和构造地质学等方面的研究，发现晚中生代华南东南部经历了多期次的伸展和挤压交替作用。

1∶5万东留圩、差干墟幅区调工作发现的光泽—武平NNE向断裂带南端发育韧性-脆韧性-脆性的演化过程，该断裂带的民主—坝里NE向韧性剪切带和武溪—六吉NNE向断裂带表明其经历了中生代多期次的伸展和挤压的过程。其中，形成于燕山早期的民主—坝里韧性剪切带就是特提斯构造域向西太平洋构造域的体制转换的产物。而武溪—六吉NNE向断裂带的晚中生代演化特征记录了中-新生代构造域转换过程的动力学变化方式，即从NW-SE向的伸展-挤压往近S-E向的古构造应力场的顺时针变化。

显然，多期次的伸展-挤压交替和应力场方向的转变是研究区独特盆-山地质地貌景观形成的动力因素，而武溪—六吉断裂带是该构造系统形成的必要条件。前人研究认为中国东部白垩纪边界断裂主要有正断层或走滑断层，形成与之相对应的构造系统为盆岭构造[22-26]或拉分盆地[27-29]。此次研究发现区内盆-山之间的关系并不是简单的走滑拉分成因或张性正断层形成的盆岭构造，而是受NW-SE向“手拉风琴式”的挤压-伸展交替应力场下形成的正断-走滑-逆冲等多期活动的边界断裂所控制。

一般而言，应力场方向的改变是由于板块动力学相关的地球动力学背景的改变。研究区内晚中生代古构造应力场的变化应为华南大陆区域地球动力学的变化所致。晚中生代区内应力场主体为NW-SE向挤压-伸展交替，晚白垩世发生2次方向的改变，记录了太平洋和新特提斯2大构造域的动力交互作用。白垩纪早期华南东南部已经完成了从东西向特提斯构造域向NE向西太平洋构造域的体制转换，NW-SE向的应力场与古太平洋板块早白垩世的NW俯冲有关，是早白垩世岩体发育韧性变形的动力来源。

晚白垩世早期古太平洋的俯冲方向变为NNW，俯冲角度増大，过程一直持续到古近纪，晚白垩世晚期新特提斯大洋板块向北俯冲与亚洲大陆发生碰撞，在此动力学的变化背景下，研究区晚白垩世早期经历短暂的NE-SW向伸展，晚白垩世晚期古构造应力场发生顺时针旋转，产生近S-N向挤压应力场。

可见，晚中生代构造应力场的变化记录了古太平洋和新特提斯2大构造域对福建大陆的交替影响和复杂的陆缘板块动力学过程，特别是晚白垩世晚期受东部太平洋的影响减弱，更多与青藏高原隆升动力有关。

6 结论

(1)光泽—武平断裂带南端断裂带在晚中生代表现为脆-韧性断裂特征，上盘为大规模脆性变形，下盘发育有韧性剪切带，具由韧性向脆性演化过程。断裂带下盘糜棱岩化花岗岩的锆石U-Pb年龄(128±1.4)Ma和上盘未变形的早白垩世寨下组限定了韧性变形发生于早白垩世中期。

(2)应力场反演表明晚中生代以来经历至少5期构造古应力场作用，该断裂南端经历“手拉风琴式”的挤压-伸展交替作用：早白垩世早-中期NW-SE伸展、早白垩世晚期NW-SE挤压、晚白垩世早期NE-SW伸展、晚白垩世中期NW-SE伸展、晚白垩世晚期近S-N向挤压。

(3)白垩纪NW-SE向的主构造应力场和晚白垩世应力场顺时针旋转记录了古太平洋和新特提斯2大构造域对福建大陆的交替影响和复杂的陆缘板块动力学过程。

本文是在1∶5万东留圩、差干墟幅区调工作成果基础上中汇总而成，系集体工作成果。成文过程中得到张必龙博士热情指导，承蒙马金清、陈金良等专家提出的宝贵修改意见和建议，在此表示衷心感谢！