安徽南陵-宣城矿集区昆山叠瓦式逆冲断裂带构造 特征: 来自钻孔和地球物理方面的新证据

朱 强 , 陆三明, 赵丽丽 郭 冬, 张赞赞 ,

杨本忠4, 韩长生5, 金 敏1

(1.安徽省公益性地质调查管理中心, 安徽 合肥 230091; 2.安徽省地质调查院, 安徽 合肥 230001; 3.安徽省勘查技术院, 安徽 合肥 230031; 4.华东冶金地质勘查研究院, 安徽 合肥 230088; 5.华东冶金地质 勘查局812地质队, 安徽 铜陵 244008)

0 引 言

长江中下游地区是中国东部重要的铁铜金成矿带(常印佛等, 1991, 2012, 2019; 翟裕生等, 1992; 吕庆田等, 2004, 2015; Deng et al., 2006; 陈毓川等, 2006; Sun et al., 2007, 2010; 周涛发等, 2008, 2010; 毛景文等, 2009; 宋传中等, 2011), 矿产地主要分布于鄂东南、九瑞、安庆-贵池、庐枞、铜陵、宁芜、宁镇等7个大型矿集区内。近年来, 在南陵-宣城地区有重大找矿突破, 使之成为长江中下游成矿带内新的矿集区, 即南陵-宣城矿集区。目前, 矿集区内的狸桥-九连山地区已发现茶亭、铜山-荞麦山、长山、双井、狮子山等大小内生金属矿床10余处, 矿种涉及铜、铅锌、硫、金、钨、钼等, 成因类型主要为斑岩型、矽卡岩型和热液型, 成矿与石炭纪-二叠纪碳酸盐岩建造和构造-岩浆作用关系十分密切。

狸桥-九连山地区发育一系列NE向褶皱-逆冲构造, 向北可延伸至江苏省茅山地区, 前人称之为“茅山推覆构造”(韩克从等, 1985; 张德宝和李声固, 1985; 孙竞雄和韦国钧, 1985; 张福祥, 1986; 黄钟瑾等, 1988)。虽然, 部分学者提出了不同认识, 认为茅山构造为伸展薄皮、滑覆构造(徐学思和胡连英, 1992, 1996, 2001), 但推覆构造的观点还是得到了更广泛的认同(黄润生和曹建忠, 2010; 付萍杰等, 2015; 洪大军等, 2017; 施立胜, 2017; 谢祖军等, 2018)。然而, 推覆构造的研究基本都是基于江苏段开展的, 而安徽段的研究较为薄弱(Wang et al., 2019)。

茅山推覆构造在狸桥-九连山地区发育的褶皱-逆冲构造与江苏段合而有别, 其主体由一系列的叠瓦式逆冲断层组成, 本文称之为“昆山叠瓦式逆冲断裂带”。本次研究通过实测野外构造地质剖面, 基本查明了昆山叠瓦式逆冲断裂带主要断层的组成、展布和运动学特征。同时, 借助高分辨率反射地震、大地电磁测深和高精度重磁测量等, 分析断裂构造的结构深部运动学特征, 并探讨其与早白垩世成矿作用的关系, 为区域成矿规律及下一步找矿提供思路。

1 区域地质背景

南陵-宣城矿集区位于安徽省东南部, 行政区划跨宣城市、郎溪县、南陵县、繁昌县、芜湖县、铜陵县等市县范围, 总面积约7800 km2。矿集区地处扬子陆块北缘的前陆褶皱带中(图1a), 南与江南造山带相邻(Zhao and Cawood, 1999; Zheng et al., 2004, 2007; Wu et al., 2006; Li et al., 2008, 2009; Yao et al., 2013, 2014; 王孝磊等, 2017)。

九连山-昆山山脉出露于宣城市狸桥-九连山一带, 区域主要发育以浅海相、滨海相碎屑岩为主的志留系和泥盆系, 以碳酸盐岩为主的二叠系及下三叠统, 以及白垩系陆相碎屑岩、火山碎屑岩系。山脉北西侧为南陵盆地, 向北与江苏境内的溧水火山岩盆地相连, 由下白垩统中分村组火山岩和上白垩统赤山组组成; 南东侧为宣城盆地, 向北与江苏境内的溧阳火山岩盆地相连(图1b、2), 主要由上白垩统赤山组组成, 盆地之下为印支期-燕山早期褶皱地层。

图1 茅山-九连山地区地质简图(据Wang et al., 2019修改) Fig.1 Simplified geological map of the Maoshan-Jiulianshan area

狸桥-九连山地区发育狸桥-敬亭山复背斜、一系列NE向逆冲断层和NW向平移断层。燕山晚期中性-中酸性-酸性岩浆岩主要有昆山杂岩体、马山埠花岗闪长斑岩体、罗家村斜长花岗斑岩体等, 还包括一系列煌斑岩脉、斜长细晶岩脉、闪斜煌斑岩脉等。下白垩统中分村组发育火山岩, 地表见于九连山、敬亭山和茶亭等地, 大致呈NE向带状分布。目前, 区内已发现的矿床类型有斑岩型铜金矿、矽卡岩型铜钼矿、热液型铅锌铜硫矿、热液型萤石矿、沉积风化型锰矿等, 具代表性的有茶亭斑岩型铜金矿、长山热液型铅锌矿、狮子山矽卡岩型铜矿等(图2)。其中, 茶亭斑岩型铜金矿床分布于南陵火山岩盆地、狸桥复背斜的北侧, 是近年宣城地区取得重大突破的矿床, 其外围及深部具有进一步找矿潜力。热液型矿床主要分布在荞麦山-长山地区, 矿体赋存在栖霞组和黄龙-船山组灰岩与五通群砂岩间的断裂接触带、花岗闪长斑岩与五通群砂岩的接触带, 局部产于五通群砂岩与龙潭组间的断裂接触带、栖霞组和黄龙-船山组灰岩与花岗闪长斑岩体接触带中, 矿床的空间分布受岩体控制。

图2 宣城市狸桥地区地质矿产图 Fig.2 Geological map of the Liqiao area, Xuancheng City

2 昆山叠瓦式逆冲断裂带

昆山逆冲断裂带指叠加在狸桥-敬亭山复背斜之上的NE向逆冲断裂带, 是南陵-宣城矿集区内比较重要的构造带之一。断裂带以倒转复背斜、显著的NE向逆冲断层和NW向走滑断裂系的发育为特征, 其中, 以NE向逆冲断层为主, 且被NW向走滑断裂切割, 形成了错综复杂的断裂构造体系。

本次研究实测了贯穿断裂带的构造地质剖面, 开展了大比例尺断裂构造填图, 重点解析了主要构造界线野外露头。结合反射地震剖面、大地电磁测深反演剖面以及重磁异常等地球物理信息的三维综合探测技术, 注重矿田构造, 充分收集区域内已有的钻孔资料, 对茶亭、荞麦山东、双井、魏墩和长山等钻孔, 开展有针对性的构造数据采集, 提取出有益的矿田构造信息, 对昆山叠瓦式逆冲断裂带的几何学、运动学、深部结构以及逆冲期次问题进行了全面总结。

2.1 几何学特征

2.1.1 平面特征

昆山叠瓦式逆冲断裂带分布在狸桥-九连山一带, 总体呈NE向展布, 可划分为狸桥-新河段和新河-九连山段(图3)。其中, 狸桥-新河段出露较完整, 走向NEE, 横跨南陵盆地、狸桥-敬亭山复背斜和宣城盆地3个构造单元, 出露志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系和白垩系等。断裂带自北向南依次由狸桥断层(F1)、荞麦山断层(F2)、刺山断层(F3)和昆山断层(F4)等四条主干逆冲断层组成, 主干断层又由多条次级小断层组成。狸桥断层和昆山断层分别为断裂带的南北边界断层, 分别对应着茅山推覆构造的茅西断裂和茅东断裂, 后期演化成为南陵盆地和宣城盆地的控盆断裂。荞麦山断层和刺山断层则发育在狸桥-敬亭山复背斜内。

图3 昆山叠瓦式逆冲断层带平面分布特征简图 Fig.3 Distribution of the Kunshan imbricated thrust fault zone

2.1.2 剖面特征

剖面特征是在地表露头的前提下, 依据反射地震剖面(xc2018-D01线)、大地电磁测深反演剖面(MT136线)以及重磁异常等地球物理信息, 并在钻孔资料的约束下获得的。MT二维连续介质反演剖面(图4a)和反射地震剖面(图4c)很好地揭示了断裂带的深部结构, 由MT二维连续介质反演剖面解释出的各断层均反映为视电阻率等值线的扭曲带, 位置和形态与反射地震推断的断层一致。狸桥断层作为逆冲断裂带的主推覆面, 倾向SE, 向下延伸大约4 km(反射地震偏移剖面的时深转换速度使用5.5 km/s)。荞麦山断层倾向SE, 向下延伸大约2.5 km, 是逆冲过程中产生的次生断裂。刺山断层主要在MT二维连续介质反演剖面有所反映, 倾向SE, 向下延伸大约1 km。昆山断层倾向SE, 向下延伸深度大约3 km。

图4 MT连续介质反演剖面解释(a)、地表地质(b)与反射地震剖面解释(c)(剖面位置见图2) Fig.4 MT continuous medium inversion profile interpretation (a), surface geology (b), and reflection seismic section interpretation (c)

由剖面可见, 该断裂带由若干逆冲断层组成, 总体呈现出叠瓦式特征。古生代泥盆系-志留系逆冲到下白垩统中分村组火山岩之上。钻孔揭示志留系下部、石炭系、中-下二叠统、早三叠统以及岩体与二叠系粉砂岩之间的软弱层均为逆冲作用的主要界面。狸桥断层是昆山叠瓦式逆冲断裂带的逆冲前缘断层, 即主底板逆冲断层, 断裂带产状下缓上陡, 下盘为下白垩统中分村组火山岩和盆地之下的褶皱地层。荞麦山断层在深部与狸桥断层汇合, 昆山断层主要表现为控盆正断层。逆冲断层切割了早白垩世侵入岩, 显示多期演化的特征。

2.2 运动学特征

昆山叠瓦式逆冲断裂带是矿集区重要的控盆、控岩和控矿构造, 经历了多期构造活动。断裂带内各断层以多期次的逆冲及逆冲叠加在伸展滑脱作用之上为主要特征。

2.2.1 地表露头

由于荞麦山断层和昆山断层在地表上多被第四系覆盖, 缺少良好的露头, 本文重点采集了有关狸桥断层和刺山断层运动学的野外证据。

狸桥断层: 在宣城市狸桥镇南东约1.5 km处, 可见泥盆系五通群石英砂岩以低角度自南东向北西逆冲到下白垩统中分村组火山碎屑凝灰岩之上(图5a)。 在宣城市稻堆山地区, 该逆冲断层发育于下志留统茅山组粉砂岩与下白垩统中分村组火山岩之间, 二者间可见宽约10 cm的灰黄色(风化强, 呈土状)断层泥, 下盘中分村组火山岩中发育产状110°∠73°的破劈理(图5b), 并发育与主断裂配套的一组撕裂断层, 产状230°∠75°, 水平擦痕, 显示右行平移的性质(图5c)。另外, 宣城市养贤地区, 逆冲断层同样表现为泥盆系五通群石英砂岩逆冲叠覆于下白垩统中分村组凝灰岩之上。宣城市九连山一带, 还可观察到逆冲断层发育于中二叠统孤峰组与下白垩统中分村组间。

刺山断层: 在宣城市狸桥镇苏兴矿业大门口, 可见二叠系孤峰组薄层粉砂岩在逆冲作用的强烈剪切下, 形成密集的劈理化带(图5d), 劈理面与层理平行, 产状为135°∠26°, 指示由南东向北西的逆冲, 同时, 该带中发育晚期的小型逆冲断层, 规模不大, 仅形成小型的构造透镜体, 并局部切割了早期劈理面(图5e), 反映出多期逆冲作用的存在。在苏兴矿业大采场南东方向山坡上, 可见早白垩世花岗斑岩逆冲到二叠系孤峰组粉砂岩和早白垩世昆山岩体辉石闪长岩之上(图5f、图11), 这一期逆冲作用规模较大, 可能与孤峰组粉砂岩密集劈理化属同一期, 逆冲断层面的产状为110°∠36°, 擦痕线理产状150°∠25°, 同样指示了由南东向北西的逆冲, 逆冲作用发生在辉石闪长岩侵位之后。

图5 昆山叠瓦式逆冲断裂带野外照片 Fig.5 Photos of outcrops of the Kunshan imbricated thrust fault zone

2.2.2 钻孔资料

本次研究在钻孔中观察到荞麦山断层和刺山断层经过处发育的张性角砾岩带。这些角砾岩具有很差的磨圆度和分选性, 钙质胶结十分明显且宽度可观, 区别于挤压形成的角砾岩。如荞麦山东部矿区ZK3801中, -534～-529 m处, 泥盆系五通群和石炭系黄龙组、船山组接触面附近发育宽约4～5 m的张性角砾岩带(图6a)。ZK6002中, -382～-380 m处,三叠系南陵湖组与石炭系黄龙组、船山组断层接触面附近, 于上盘南陵湖组灰岩中形成宽约2.5 m的构造角砾岩带(图6b), 正向缺失二叠系。双井矿区ZK5101中, -33 m处, 二叠系栖霞组灰岩中发育宽约0.5 m的角砾岩, 砾石成分以灰岩为主, 钙质胶结(图6c); -537～-519 m处, 船山组灰岩中发育宽约18 m的张性构造角砾岩带, 砾石主要为船山组灰岩, 砾石磨圆度及分选均不佳(图6d)。长山矿区ZK2107中, -928～-925 m处, 石炭系黄龙船山组和二叠系栖霞组, 断层接触界线附近发育宽约3 m张性角砾岩(图6e); -1286 m处地层为石炭系高骊山组杂色砂岩、粉砂岩, 顺层发育宽约0.2 m的构造角砾岩(图6f)。以上角砾岩的分选性和磨圆度均较差, 砾石成分以灰岩、粉砂岩为主, 主要为原地的构造破碎角砾, 是伸展滑脱作用的产物, 造成了钻孔内石炭系黄龙组、船山组和二叠系栖霞组间地层的缺失。本期伸展可能与燕山期造山后伸展或者陆内伸展有关, 并与区内成岩成矿关系十分密切。

图6 钻孔中张性角砾岩岩心照片 Fig.6 Photos of tensional breccia from the borehole cores

张性构造角砾岩带多被逆冲作用所切割改造, 这是钻孔中最显著的特点。如荞麦山东部矿区ZK3601中, -194～-174 m处, 石炭系黄龙组、船山组中发育的20余米的张性破碎带宽度被晚期逆冲作用改造, 砾石的定向性指示逆冲(图7a)。双井矿区ZK5101中, -135～-102 m处, 栖霞组灰岩早期为张性破碎形成构造角砾岩, 晚期轴夹角约40°的逆冲断层切割了早期构造(图7b), 可见逆冲擦痕, 带宽约33 m,为荞麦山逆冲断层经过处; -295～-280 m处, 二叠系龙潭组和栖霞组断层接触面附近, 也可见早期形成的张性角砾岩带被晚期逆冲作用叠加改造, 并可见明显指示逆冲作用的牵引构造和擦痕(图7c、d)。另外, 长山矿区ZK2107中, -847 m处, 辉石闪长岩和二叠系栖霞组矽卡岩接触带附近可见两者均被逆冲断层改造(图7e), 断层面轴夹角约46°, 擦痕线理近倾向, 带宽约12 m, 逆冲作用发生在辉石闪长岩侵位之后, 与地表信息一致。ZK2111中擦痕和阶步也很发育, 并且在-1000 m处, 栖霞组灰岩中的逆冲断层面上可观察到两组截然不同的擦痕(图7f), 暗示存在多期逆冲。

图7 钻孔中逆冲作用的岩心照片 Fig.7 Photos showing thrust feature of the borehole cores

2.2.3 逆冲作用对下盘的影响

为查明逆冲断裂带对下盘岩石的影响, 本次重点观察了位于南陵火山岩盆地、贴近狸桥逆冲断层下盘的茶亭矿区钻孔ZK5329(钻孔位置见图2)。结果发现, 中分村组火山角砾岩中可识别出逆冲作用形成的断层面及擦痕(图8a、b), 并造成-1000 m以上钻孔中三叠系殷坑组和龙山组砾屑灰岩砾石的定向剪切(图8c), 沿泥质成分和灰岩的岩性界面也发育较密集的逆冲擦痕(图8d)。但是, 钻孔中-1600～-1000 m, 近600 m的南陵湖组灰岩中, 就识别不出逆冲作用存在的迹象, 说明该影响范围是有限的。

图8 茶亭矿区ZK5329岩心构造特征照片 Fig.8 Structural characteristics of the ZK5329 core from the Chating mining area

2.3 逆冲期次

前人探讨了茅山推覆构造的逆冲期次, 但仍存在争议。韩克从等(1985)认为茅山地区推覆构造经历了印支期-燕山早期、燕山中期和喜山早期三期褶皱-逆冲推覆。张德宝和李声固(1985)认为主要有四期推覆作用, 形成NEE-NE-NNE不对称褶皱, 倾伏褶皱、斜歪褶皱、斜卧褶皱、平卧褶皱及多次叠加褶皱, 并形成褶皱相关断层。黄润生和曹建忠(2010)认为燕山晚期和喜山早期发生了两次推覆造山运动。胡连英和徐学思(2001)和付萍杰等(2015)则通过地球物理资料, 认为茅东断裂是一条切割上地幔的深大断裂, 具有上陡下缓特征, 发生过走滑、逆冲、滑覆等多次构造活动, 控制了基底隆起、岩浆侵入、东侧晚白垩世-古近纪盆地形成和新生代玄武岩喷发, 同时还是溧阳地震孕育和发生的控制因素, 多次伸展构造控制了东侧后缘带茅东凹陷盆地。本次工作通过野外观察和年代学约束探讨了昆山叠瓦式逆冲断裂带的逆冲期次。

2.3.1 野外观察结果

野外考察可以限定昆山叠瓦式逆冲断裂带逆冲期次的直接地质依据主要有以下几个方面:

(1) 狸桥逆冲前缘断层中泥盆系五通群石英砂岩逆冲推覆到下白垩统中分村组火山岩之上(图5a), 并且影响到下盘的火山岩盆地内部, 在中分村组火山角砾岩中也可识别到逆冲作用形成的断层面及擦痕(图8a、b), 茶亭矿区ZK5329中-1000 m以上钻孔中三叠系殷坑组和和龙山组砾屑灰岩砾石的定向剪切, 并沿泥质成分和灰岩的岩性界面发育密集的逆冲擦痕(图8c、d), 但并未造成明显位移和地层缺失, 指示本期逆冲作用至少发生在下白垩统中分村火山岩之后。

(2) 狸桥镇苏兴矿业大采场南东山坡上, 可见花岗斑岩逆冲到二叠系孤峰组粉砂岩和昆山岩体辉石闪长岩之上(图9), 辉石闪长岩中有大理岩捕掳体, 这一期逆冲作用还造成孤峰组粉砂岩密集劈理化, 逆冲断层面的产状为110°∠36°, 擦痕线理产状150°∠25°, 指示了由SE向NW的逆冲, 发生在辉石闪长岩侵位之后。

图9 苏兴矿业刺山逆冲断层剖面示意图 Fig.9 Profile of the Cishan thrust fault in the Suxing mining area

(3) 在宣城市狸桥神仙洞, 狸桥逆冲断层表现为上泥盆统五通群逆冲于上白垩统赤山组之上, 逆冲断面倾向南东, 倾角较缓, 约10°～30°(图10), 指示本期逆冲作用至少发生在上白垩统赤山组之后。另外, 无论是地表露头还是钻孔岩心都可观察到在火山岩和辉石闪长岩形成之后, 即晚中生代以来至少发育两期逆冲作用形成的指示构造(图5e)或擦痕(图7f), 说明至少存在两期逆冲作用。

图10 宣城市狸桥镇神仙洞逆冲构造剖面图 Fig.10 Profile of the thrust structure at Shenxiandong, Liqiao Town, Xuancheng City

2.3.2 年代学约束

为限定晚中生代逆冲断层活动的具体时间, 本次研究采集了苏兴矿业刺山逆冲断层下盘昆山岩体辉石闪长岩中样品(XCK01)进行锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测定, 测试工作在合肥工业大学资源与环境工程学院完成, 定年结果为131.8±2.1 Ma (图11, 表1)。中国东部晚中生代伸展过程表现为脉动式伸展-挤压已获得广泛共识(Zhang et al., 2003; 舒良树, 2012; 张岳桥等, 2012; 朱光等, 2018), 并明显受控于太平洋板块的俯冲(Sun et al., 2007; Zhu et al., 2012; 朱日祥等, 2012)。近年来, 有学者认为包括郯庐断裂带在内的中国东部在早白垩世末存在一期左行平移活动(韩雨等, 2015; 王微等, 2015; 朱光等, 2018; 朱强等, 2021)。

表1 昆山岩体辉石闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Kunshan pyroxene diorite

图11 昆山岩体辉石闪长岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.11 U-Pb concordia diagrams of zircon from the Kunshan pyroxene diorite

区域上, 下白垩统中分村组火山岩和上白垩统赤山组之间确实存在角度不整合, 说明在早白垩世末到晚白垩世之间存在一期挤压构造事件。由此, 认为在早白垩世末区内也存在逆冲活动, 与整个中国东部是一致的, 而辉石闪长岩的年龄(132 Ma)即为本期逆冲时代的上限。另外, 昆山叠瓦式逆冲断裂带卷入的最新地质体为上白垩统赤山组。邓佳良等(2020)测得的赤山组ESR 年龄(65.0±6.0 Ma、67.3±6.0 Ma和66.2±6.0 Ma), 说明这一期逆冲构造的开始活动时间至少在65.0±6.0 Ma之后, 为喜山早期, 可能为晚白垩世末-古新世。

综上所述, 我们认为昆山叠瓦式逆冲断裂带至少经历了三期逆冲活动, 分别为印支期-燕山早期(早中生代)、早白垩世末和晚白垩世末-古新世(晚中生代)。其中, 印支晚期-燕山早期, 区内存在较大的挤压逆冲(Zhang et al., 2009; Li et al., 2010), 造成古生代地层向北西逆冲叠置, 多具右行活动分量, 表现为右行平移逆断层。主要的逆冲作用发生在晚中生代, 奠定了现今的断裂带构造格局。

3 讨 论

3.1 与茅山推覆构造关系

区域上, 茅山推覆构造包括了北东江苏茅山-花山段和南西安徽狸桥-九连山段, 后者即为本文厘定的昆山叠瓦式逆冲断裂带。前人研究表明江苏段为典型的逆冲推覆构造, 典型剖面有茅山南段花山剖面(图12a)和茅山北段顶宫剖面(图12b)。其中, 花山剖面有来自煤田矿区钻孔资料的约束, 推覆面向深部逐渐变缓, 约为10°～20°, 下盘为上侏罗统-下白垩统(现均为下白垩统)火山岩系, 上盘为古生代地层。顶宫剖面主体出露地层为志留系-下三叠统, 西北侧为溧水火山岩盆地, 是推覆构造的前缘带, 上白垩统红色砂砾岩和玄武岩在西侧零星出露, 组成溧阳断陷盆地。该推覆构造还发育多个飞来峰和构造窗, 以及茅西前陆凹陷带和茅东断陷盆地(韩克从等, 1985; 张德宝和李声固, 1985; 黄钟瑾等, 1988; 黄润生和曹建忠, 2010; 付萍杰等, 2015)。关于其推覆距离, 前人认为花山煤矿钻孔已控制距离为4 km, 并依据推覆作用、正断层作用和地球物理资料综合推测推覆距离超过了10～15 km(韩克从等, 1985; 孙竞雄和韦国钧1985; 黄润生和曹建忠, 2010)。史大年等(2012)通过天然地震接收函数分析也发现江苏茅山地区莫霍面存在上下起伏。

本次研究认为昆山叠瓦式逆冲断裂带是由一系列NE30°～60°逆冲断层和NW330°走滑断层纵横交错组成的, 向南西段稍微撒开。剖面上, 一系列NE向逆冲断层倾向南东, 呈叠瓦式展布(图4)。该断裂带叠加在印支期褶皱之上的, 在多期逆冲作用下, 印支期褶皱保存仍较为完整(仍具一定对称性), 逆冲作用表现为下盘石炭系和二叠系以及部分泥盆系被狸桥断层推覆掉和上盘地层的重复叠置。茶亭矿区ZK5329贴近逆冲前缘(狸桥断层), 钻孔结果显示上覆火山岩厚度仅70余米, 说明逆冲作用更像是发生在盆地边缘, 与花山剖面和顶宫剖面(图12)明显不同。我们推测其逆冲推覆水平距离约为5～8 km, 稍少于江苏段。

图12 茅山推覆构造经典剖面(据黄润生和曹建忠, 2010修改) Fig.12 Typical sections of the Maoshan nappe structure

茅山推覆构造总体呈NNE-NE向展布。其中, 江苏段呈NNE向, 安徽段则呈NE向, 构成反“S”型。考虑到逆冲方向是由南东向北西的, 因而江苏处于“S”较为突出的部分(图1), 而安徽段位置相对更靠南(后)。初步分析认为造成安徽段水平位移量小于江苏段的主要因素, 可能是南陵盆地之下印支期刚性褶皱基底阻碍, 或者是晚期NW向右行断层造成的向南东回撤效应(图3)等。

3.2 逆冲断裂带的叠置与演化

3.2.1 断裂带的逆冲叠置关系

自印支造山运动以来, 发育了多期褶皱-逆冲作用。印支期-燕山早期褶皱作用形成倒转复式褶皱, 造成断裂带北缘古生代-中生代地层倒转, 本期挤压构造是以褶皱作用为主, 逆冲作用次之。主要的逆冲叠置关系形成于晚中生代以来的两期逆冲活动。

晚中生代的逆冲作用始自早白垩世末, 以逆冲作用为主, 褶皱作用次之。断裂活动叠加在印支期-燕山早期褶皱和早白垩世初的伸展活动作用之上, 在各地层中广泛发育, 尤其是在志留系下部、石炭系、中-下二叠统、下三叠统以及岩体与二叠系粉砂岩之间等相关层位存在软弱层, 构成了区内挤压逆冲构造的主要界面。具体表现为: 上泥盆统五通群向北西逆冲叠置于在石炭系黄龙组-船山组之上, 黄龙组-船山组又叠置于二叠系栖霞组之上。断裂带往东, 在双井-长山地区, 二叠系栖霞组又叠置于石炭系-志留系之上。另外, 还可见花岗斑岩逆冲叠置于二叠系孤峰组和昆山岩体辉石闪长岩之上。当然, 断裂带内最显著逆冲构造是上泥盆统五通群逆冲叠置于在下白垩统中分村组火山岩和上白垩统赤山组之上。

3.2.2 断裂带的演化历史

狸桥-九连山地区缺失侏罗系, 白垩系主要发育下白垩统中分村组和上白垩统赤山组。区域上, 中分村组和赤山组分别与下伏地层存在两套角度不整合, 表明在侏罗纪和白垩纪均存在明显且较长时间的构造-沉积间断。前已述及, 断裂构造带经历了至少三期逆冲活动事件, 结合南陵和宣城盆地的沉积历史以及上述区域性角度不整合事件, 将该构造带自印支期-喜山早期的演化历史简述如下:

(1) 印支期-燕山早期(晚三叠世-晚侏罗世), 在华南板块与华北板块的碰撞过程中, 位于造山带前陆位置的长江中下游南陵-宣城地区形成了印支期前陆褶-断带(张岳桥等, 2009; Li et al., 2010; 舒良树, 2012; Wang et al., 2013), 到了燕山早期, 在太平洋板块平板俯冲作用下, 再次发生大规模逆冲褶皱活动, 并叠加在印支期前陆褶-断带之上(Li et al., 2010)。本期以强烈的褶皱作用为主, 并伴随着一些逆断层的发育, 造成古生代地层的逆冲叠置, 同时形成滑脱面(包括层间滑脱面和基底滑脱面)。

(2) 早白垩世初, 中国东部强烈的伸展作用使华北板块岩石圈剧烈减薄, 位于其南部边缘的长江中下游及其邻区断陷盆地发育, 早白垩世岩浆活动强烈。区内江南断裂重新活化, 受其控制的早白垩世南陵和宣城火山岩盆地开始形成, 在印支期-燕山早期褶皱地层上发育中分村组火山岩。强烈的伸展作用还造成沿着早期滑脱面, 如褶皱的轴面及层间滑脱面和基底滑脱面发生大规模的滑脱作用, 造成局部地层缺失和规模可观的构造角砾岩带。同期成矿侵入岩沿着伸展拉张面侵位, 本期是矿集区内重要的成矿期。

(3) 早白垩世中期-晚白垩世早期, 伸展作用持续进行。早白垩世末中国东部在存在短暂的挤压事件, 郯庐断裂带于本期发生第三次左行平移活动(王微等, 2015; 朱光等, 2018; 朱强等, 2021), 研究区则表现为逆冲断裂带第二次逆冲活动, 古生代地层逆冲叠置在中生代中分村组火山岩及早白垩世侵入岩(辉石闪长岩)之上, 本期逆冲活动继承了早期的断层面, 破坏了早白垩世初形成的张性构造角砾岩。

(4) 晚白垩世, 长江中下游地区主要表现为燕山晚期伸展状态下的大规模断陷盆地发育。周王断裂重新活化, 并控制着南陵-宣城断陷盆地。区内昆山断层发生反转, 转为高角度控盆正断层, 晚白垩世末赤山组接受沉积。在长江中下游局部地区张性活动破坏了早期的逆冲活动, 但从本断裂构造带来看, 该现象并不明显。

(5) 晚白垩世末-古新世, 进入喜山早期, 第三期逆冲活动发生, 造成古生代地层逆冲到了晚白垩世赤山组之上。

3.3 逆冲断裂带对成矿的控制作用

近年来, 在昆山逆冲推覆构造下盘的原地系统中发现了茶亭斑岩型铜金矿床, 矿区钻孔资料显示昆山逆冲前缘断层没有影响到茶亭主矿区(图7), 逆冲推覆构造对南陵盆地内的原地型茶亭斑岩型铜金矿床没有明显的破坏作用。然而, 逆冲推覆构造上盘, 也就是异地构造系统内, 逆冲推覆构造与成矿作用关系显得十分密切, 陆续发现的铜山-荞麦山、长山、双井、狮子山等矽卡岩型、岩浆热液型10多处中小型金属矿床(点)明显受倒转背斜的翼部、断裂及层间破碎裂隙等构造控制, 矿体产于碎屑岩与碳酸盐岩接触面、碳酸盐岩断层构造破碎带、侵入岩裂隙和侵入岩与围岩接触构造带附近。逆冲推覆构造的多期活动不仅控制还破坏了早白垩世成矿系统。

具体来看, 始于印支期-燕山早期的逆冲断层面在早白垩世重新活化, 与褶皱虚脱部位、轴面、劈理面以及层间滑脱带一同构成区内重要的控岩控矿构造, 很明显的, 早白垩世末逆冲推覆、晚白垩世伸展滑脱和晚白垩世末-古近纪的逆冲推覆等晚期活动破坏了矿体。但是, 本次工作认为昆山叠瓦式逆冲断裂带水平位移约5～8 km, 位移量并不大, 且在核心矿产区的深度均超过了2 km, 对矿产的破坏作用也是有限的, 因而狸桥-九连山地区依然是矿集区内具有巨大潜力的找矿区域之一。同时, 逆冲推覆系统也使得在前缘断层的下盘寻找异地型矽卡岩型、岩浆热液型矿床成为可能。

4 结 论

本次工作通过对狸桥-九连山一带的褶皱-逆冲断裂带构造地质剖面实测, 利用高分辨率反射地震、大地电磁测深、高精度重磁测量等方法的三维综合地球物理探测技术和重点矿区钻孔资料进行约束, 厘定出了“昆山叠瓦式逆冲断裂带”, 并查明了其几何学、运动学特征和深部结构, 取得结论如下:

(1) 昆山叠瓦式逆冲断裂带作为茅山推覆构造南延安徽段, 由一系列叠瓦式逆冲断层组成, 水平位移量小于江苏段。

(2) 野外证据及定年结果显示, 挤压应力方向为NW-SE向, 断裂带经历了至少三期逆冲活动, 分别为印支期-燕山早期(早中生代)、早白垩世中期和晚白垩世末-古新世(晚中生代)。

(3) 断裂构造带自印支期以来经历了挤压(印支期-燕山早期)-伸展(早白垩世)-挤压(早白垩世中期)-伸展(晚白垩世)-挤压(晚白垩世末-古新世)多构造旋回的演化过程。

(4) 逆冲推覆构造对于原地型茶亭斑岩型矿床没有影响, 但对异地型矽卡岩型和岩浆热液型矿床具有一定的破坏作用, 但影响不大, 狸桥-九连山地区依然是矿集区内具有巨大潜力的找矿区域之一。

致谢:感谢安徽省勘查技术院、安徽省地质矿产勘查局322地质队、华东冶金地质勘查局812地质队和华东冶金地质勘查研究院等单位提供的大量钻孔资料, 感谢合肥工业大学宋传中教授和任升莲教授的悉心指导, 感谢参与地球物理数据收集和处理的所有人员, 并感谢两位审稿专家对本文提出的宝贵意见。