雪峰造山帶南段構造變形研究

柏道遠, 鐘 響, 賈朋遠, 熊 雄

(湖南省地質調查院, 湖南 長沙 410016)

雪峰造山帶地處江南造山帶西南段, 位于揚子陸塊與華夏陸塊之間。因與華南地質發展歷史密切相關, 其構造演化過程備受研究者關注(黃汲清,1945; 朱夏, 1980; 郭令智等, 1984; 王鴻禎等, 1986;水濤, 1987; 許靖華等, 1987; 珺劉寶等, 1993; 丘元禧等, 1998; 殷鴻福等, 1999; 楊明桂等, 2009; 柏道遠等, 2010, 2011a; 張國偉等, 2011; 王自強等,2012)。長期以來眾多學者對雪峰造山帶構造變形進行過研究, 取得大量成果認識(馬文璞等, 1995; 范小林, 1996; 鄧家瑞和張志平, 1996; 楊紹祥和余沛然, 1997; 侯光久等, 1998a, 1998b; 梁新權等, 1999;

楊紹祥, 2000; 楊奎鋒等, 2004; Wang et al., 2005;金寵等, 2009; 梅廉夫等, 2010; 張進等, 2010a; 劉恩山等, 2010; 胡召齊等, 2010; 陳世悅等, 2011; 湯雙立等, 2011; 汪昌亮等, 2011), 但對其地質結構及變形樣式、構造變形與隆升時代等問題的認識仍存在分歧, 例如: 丘元禧等(1998)、丁道桂等(2007a,2007b)強調印支-燕山運動期間向西的逆沖, 后者還明確否定雪峰山廣西運動角度不整合和加里東期“古隆起”的存在(丁道桂等, 2007b), 但張進等(2010b)認為雪峰造山帶中南段構造變形發生在早古生代,早中生代構造運動主要表現為燕山期的左行走滑。李仲東等(2006)提出加里東期古褶皺樣式為近平臥褶皺, 但張進等(2010b)卻認為造山帶西部加里東褶皺為直立寬緩褶皺。關于雪峰(江南)造山帶的形成以及隆起時代有元古代(郭令智等, 1980)、加里東期(張進等, 2010b)、早中生代(許靖華等, 1987; 丁道桂等,2007a, 2007b; 陳海泓等, 1993)以及加里東期和早中生代的構造疊加(丘元禧等, 1998; 賈寶華, 1994; 馮向陽等, 2001)等多種觀點。

筆者最近對雪峰造山帶南段(重點為東部靖州-綏寧一帶)進行了較詳細的地質構造調查, 對變形時代和變形強度、剖面地質結構、加里東期和早中生代構造運動特征及構造體制、變形機制等有了更多、更明確的認識, 為研究尚很薄弱且頗多爭論的雪峰山構造研究補充了重要的基礎地質資料。

1 區域地質背景

雪峰造山帶總體呈向北西凸出的弧形展布, 北西邊界為慈利–保靖斷裂, 南東大致以前泥盆紀地層和上古生界界線與湘中盆地分界(圖1)。帶內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、沅麻盆地疊覆其上。雪峰造山帶及邊緣自北西往南東依次發育慈利-保靖、懷化-沅陵、溆浦-靖州、通道-安化、城步-新化等五條主干斷裂, 前三者主要表現為傾向 SE的逆斷裂, 后兩者主要表現為傾向 NW 的逆斷裂, 組成區域背沖構造樣式(梁新權等, 1999; Wang et al., 2005)。

本文研究區域為雪峰造山帶南段, 重點為其東部的綏寧-靖州地區, 工作包括1︰25萬區域地質調查和構造剖面觀測(圖2)。

綏寧-靖州地區出露新元古界板溪群、南華系-震旦系、寒武系-志留系、泥盆系-下三疊統、上三疊統-中侏羅統、白堊系等多時代地層。其中板溪群-南華系為裂谷盆地火山-碎屑沉積, 震旦系-下奧陶統為被動大陸邊緣陸源碎屑夾少量碳酸鹽巖、硅質沉積,中奧陶統-志留系為前陸盆地砂、泥質沉積, 泥盆系-下三疊統為陸表海碳酸鹽巖、陸源碎屑夾硅質沉積,上三疊統-中侏羅統為陸相擠壓類前陸盆地碎屑沉積(柏道遠等, 2013a, 2013b), 白堊系為陸相斷陷盆地碎屑沉積。板溪群-志留系總體為連續沉積, 其中雪峰運動的伸展導致了南華系與板溪群之間的局部沉積間斷或不整合(張世紅等, 2008; 王劍和潘桂棠, 2009)。

1. 白堊系; 2. 上三疊統-侏羅系; 3. 泥盆系-下三疊統; 4. 寒武系-志留系; 5. 南華系-震旦系; 6. 新元古界板溪群; 7. 三疊紀花崗巖; 8. 志留紀花崗巖; 9. 背斜軸跡; 10. 向斜軸跡; 11. 倒轉背斜軸跡; 12. 倒轉向斜軸跡; 13. 復背斜軸跡; 14. 復向斜軸跡; 15. 斷裂; 16. 逆斷裂及產狀;17. 正斷裂及產狀; 18. 走滑斷裂; 19. 地質界線; 20. 角度不整合界線; 21. 構造單元分界; 22. 斷裂編號; 23. 褶皺編號; 24. 實測構造剖面。F1. 武陽–五團斷裂; F2. 狗沖斷裂; F3. 綏寧斷裂; F4. 大坪頭斷裂; F5. 寨市斷裂; F6. 杉木橋斷裂; F7. 麻塘–菁蕪洲斷裂; F8.下寨斷裂; F9. 三溪口斷裂;F10. 寨牙斷裂; F11. 團河–靖州斷裂(溆浦–靖州斷裂)。f1. 上堡背斜; f2. 綏寧向斜; f3. 沖口向斜; f4. 寨市背斜; f5. 楊柳盤向斜; f6. 杉木橋向斜;f7. 王家坪背斜; f8. 戈場坪向斜; f9. 彭家團背斜; f10. 糜家團復向斜。

雪峰構造帶東緣發育志留紀和三疊紀花崗巖,分別與廣西運動、印支運動造成的擠壓逆沖、地殼疊置增厚有關(柏道遠等, 2014a; 張龍升等, 2012)。

區內褶皺及同走向斷裂發育, 團河-靖州斷裂以東構造線總體呈NNE向, 斷裂以西則呈NE向。

2 主要角度不整合特征

研究區造成明顯角度不整合的主要構造事件有志留紀末的廣西運動、中三疊世晚期的印支運動和中侏羅世末的早燕山運動, 分別造成上古生界與前泥盆系之間、下三疊統-侏羅系與上古生界之間、白堊系與先期地層之間的角度不整合。

雪峰造山帶東緣, 在關峽西面河岸邊可見廣西運動造成的中泥盆統跳馬澗組與下志留統兩江河組之間的角度不整合關系(圖3a、8a)。不整合面及上覆跳馬澗組巖層產狀為 100°∠50°, 下伏兩江河組產狀為 80°∠75°, 兩者夾角(二面角的平面角)約30°。該處不整合特征反映廣西運動造成了巖層約 30°的傾斜, 印支和早燕山運動造成了巖層約50°的傾斜。

靖州盆地東緣沙堆見印支運動造成的中侏羅統瀘陽組與上二疊統吳家坪組間呈中等角度不整合(圖3c), 兩者巖層面夾角約22°。該不整合與靖州盆地東緣團河–靖州斷裂向北西逆沖擠壓導致巖層撓曲掀斜有關(柏道遠等, 2013a)。而在靖州盆地西北部,印支運動僅造成極低角度的不整合, 如飛山上三疊統-下侏羅統產狀為 250°∠6°, 下伏中二疊統棲霞組產狀為 240°∠8°, 二者交角僅 2°, 近于平行(圖3b), 反映印支運動和早燕山運動中變形很弱。

3 構造形變

本文自東向西測制的關峽-綏寧、寨市-靖州、巖門鋪-竹絲坡等三條實測構造剖面(圖 4、5、6)以及根據 1︰20萬黎平幅區調成果所編制的偶里-藕塘構造剖面(圖7), 較全面地反映了雪峰造山帶南段東部的主要構造變形特征。以下主要以構造剖面為例, 同時結合近年來 1︰25萬武岡幅區域地質調查的地質構造成果(圖2), 分析和闡述研究區劈理、褶皺和斷裂等主要構造形變。

圖3 雪峰造山帶南段典型不整合接觸關系Fig.3 Typical uncomformities in the Southern Xuefeng orogenic belt

D2t. 中泥盆統跳馬澗組; S1l. 下志留統兩江河組; O3t. 上奧陶統天馬山組; O2 y. 中奧陶統煙溪組; O1b-q. 下奧陶統白水溪組-橋亭子組;∈3-4t. 寒武系探溪組; ∈2-3w. 寒武系污泥塘組; ∈1n. 寒武系牛蹄塘組; Z. 震旦系(金家洞組-留茶坡組); Nh2n. 上南華統南沱組; Nh1d.下南華統大塘坡組; Nh1f. 下南華統富祿組; Nh1c. 下南華統長安組。F1. 武陽-五團斷裂; F2. 狗沖斷裂; F3. 綏寧斷裂; F4. 大坪頭斷裂。f1. 上堡背斜;f2. 綏寧向斜; S0. 層面; S1. 板劈理。

3.1 劈理

區內劈理有早期板劈理和后期折劈理, 以前者為主, 后者少見。

3.1.1 板劈理

板劈理廣泛發育于團河-靖州斷裂以東的前泥盆紀地層中, 上古生界及以上地層中不發育, 表明其形成于晚古生代之前(可能形成于廣西運動)。此外,團河–靖州斷裂以西包括板溪群在內的前泥盆紀地層中劈理一般不發育或弱發育(如南沱組塊狀巖石中劈理稍有發育), 反映了斷裂兩側擠壓強度的差異(詳見后文)。

板劈理的發育程度主要與巖性有關, 泥巖(板巖)和粉砂質泥巖劈理最為發育, 如寨牙西面南華系長安組塊狀絹云母板巖具強劈理化, 錳質夾層因強烈擠壓形成沿劈理面展布的透鏡體(圖 8b)。長安組和南沱組的塊狀含礫砂質泥巖中劈理較發育, 但連續性較差(圖8c)。砂巖中劈理一般不發育或發育較差,如關峽西面奧陶系天馬山組砂巖、泥巖互層時僅泥巖中發育劈理, 砂巖中劈理不發育(圖4b、8c); 寨牙東面富祿組砂巖中發育稀疏劈理, 實際具破劈理特征(圖8e)?；規r(如探溪組)中也不發育劈理。

板劈理走向較穩定, 一般呈 NE-NNE走向, 與構造線或巖層走向總體一致; 大多陡傾至近直立(圖4a、b、c、d、e、h, 圖 5a、b、d、i), 部分傾角中等(圖 4f、g, 圖 5c、g)。板劈理與層面產狀關系較復雜, 或呈中等-小角度相交(圖 4a、b、c、d、h, 圖5a、b, 圖 6d); 或呈大角度-垂直相交(圖 4f、g, 圖5h, 圖6a), 部分甚至呈反角度相交(圖5c、g); 西部糜家團一帶(圖 6剖面西部)組成緊閉倒轉褶皺的奧陶系板巖中則發育順層劈理。

圖6 糜家團復向斜巖門鋪-竹絲坡實測構造剖面(GP03)(位置見圖2)Fig.6 The Yanmenpu-Zhousipo tectonic section across the Mijiatuan Synclinorium (GP03) (location shown in Fig.2)

圖7 偶里-藕塘構造剖面圖(位置見圖1)Fig.7 The Ouli-Outang tectonic section (location shown in Fig.1)

影響上述板劈理產狀特征及其與層面關系的因素有以下幾方面: (1) 廣西運動中區域近水平擠壓作用導致劈理產狀以陡傾為主、劈理走向與構造線或巖層走向總體一致; (2) 劈理與層面的交角大小主要與劈理形成時所處構造部位以及褶皺變形強度有關, 層理與劈理交角在褶皺核部相對翼部大, 褶皺變形強度低時軸面與層面交角較大, 強度高時則交角小; (3) 強、弱巖層的互層特征及次級褶皺的發育也可明顯控制局部劈理的發育特征, 如黃泥井東面見一板巖與砂巖分界面彎曲顯示的小型褶皺(圖5f), 砂巖層下方劈理不均勻發育且產狀明顯變化,顯示圖中右側劈理與強硬層層面控制下垂直層面的擠壓有關, 左側劈理應與次級褶皺核部擠壓有關,屬軸面劈理; (4) 印支運動和早燕山運動的變形疊加會使先期劈理面和層面旋轉而致產狀變化, 如圖4g污泥塘組板巖中劈理初始產狀可能更陡、巖層

產狀較緩, 后期巖層旋轉變陡, 而劈理產狀則相應變緩; (5) 廣西運動中的水平滑脫與推覆派生傾向運移方向的主壓應力, 使得板劈理背向逆沖方向傾斜, 如反角度相交的層劈關系(圖 5g)以及王家坪背斜(圖 5中 f7)以西總體東傾的劈理產狀, 應與向西的滑脫和推覆有關。

(a) 跳馬澗組與兩江河組角度不整合, 位置同圖3a; (b) 長安組板巖中強劈理化帶及其中錳質透鏡體, 位于圖5寨牙西; (c) 南沱組中板劈理及后期共軛膝折及折劈理, 位置同圖5i; (d) 天馬山組中層面與板劈理, 位置同圖4b; (e) 富祿組砂巖中劈理面彎曲形成的膝狀褶皺, 位置同圖5e; (f)牛蹄塘組平臥褶皺, 位置同圖6b; (g) 麻塘–菁蕪洲斷裂片理化帶, 位置同圖12; (h) 三溪口斷裂強片理化特征, 位置同圖13b。

層劈關系是指示強變形區巖層頂面朝向即識別巖層產狀倒轉與否的重要構造標志, 因此本文在構造剖面測制中對層劈關系進行了連續的觀測(圖 4、5、6), 結合標志層和地層層序的把握, 盡可能客觀地厘定剖面結構。

3.1.2 折劈理

折劈理沿早期板劈理面產生的膝折軸面所形成,該面為一明顯的構造破裂面, 而非簡單的幾何意義上的軸面。折劈理僅在團河–靖州斷裂以東前泥盆紀地層中局部發育, 范圍僅限于露頭尺度。剖面上于樂安(圖5d)和黃泥井(圖 5i、圖8c)可見折劈理, 前者僅發育一組, 后者發育 2組并呈互錯的共軛關系。黃泥井2組共軛折劈理產狀分別約為S2-1220°∠8°±和S2-2320°∠40°, 均為擠壓折劈理; 其鈍夾角約為138°, 可能受觀測精準度等因素影響, 略大于最大實驗值 130°; 方向反映的最大主壓應力(鄭亞東等,2007)傾向SE(圖5i), 初步推測與擠壓抬升之后的重力作用有關。

3.2 褶皺

綏寧-靖州地區褶皺發育(圖2)。在團河-靖州斷裂以東, 褶皺多呈NNE走向, 少量NE走向; 卷入地層主要為板溪群-下古生界, 多為軸面近直立的中常-開闊褶皺, 部分為緊閉倒轉褶皺, 受斷裂破壞褶皺兩翼常殘缺不全(圖4、5、6); 橫向上連續發育的多個褶皺常組成復背斜和復向斜。在團河-靖州斷裂以西, 褶皺呈 NE-NEE走向, 卷入地層主要為板溪群, 多為直立平緩-中常褶皺(圖 7); 近斷裂處褶皺卷入地層為上古生界和上三疊統-侏羅系, 褶皺形態極為平緩。

以下自東向西對構造剖面上主要背、向斜予以簡述, 以進一步了解區內褶皺發育特征。

關峽-綏寧構造剖面東部發育上堡背斜f1, 其為一走向NNE、軸面近直立的中常-開闊褶皺, 翼間角70°左右(圖4), 背斜東翼出露寬度大、地層全, 而背斜西翼出露很窄并被綏寧斷裂(F3)所截切。背斜東翼受次級滑脫和斷裂作用影響而常具撓曲, 以致局部巖層產狀顯著變陡甚至倒轉(圖4c、d)。剖面西部發育綏寧向斜 f2, 為一走向 NNE、軸面西傾的倒轉緊閉褶皺, 兩翼均被斷裂切割(圖 4)。軸面傾角約55°,翼間角30°左右。區域上綏寧向斜向南揚起, 其西翼往北、往南可漸轉為正常東傾, 反映褶皺強度沿走向存在差異。

寨市-靖州構造剖面西端即團河-靖州斷裂以西,發育由上古生界和早燕山期構造層組成的極為寬緩的向斜, 巖層傾角一般僅 8°~15°(柏道遠等, 2013a,2013b)。團河-靖州斷裂以東主要發育開闊褶皺(圖5), 除西部戈場坪向斜、彭家團背斜和靖州盆地內褶皺呈NE走向外, 其它褶皺為NNE走向(圖2)。翼部巖層產狀總體正常, 傾角一般 20°~50°, 局部可達80°左右; 一般為直立開闊褶皺, 個別為斜歪褶皺。除寨市背斜 f4核部遭斷裂破壞外, 其他背、向斜形態較完整。寨牙以東地區褶皺軸面略向NW傾斜, 傾角 80°~85°(圖 5); 各背、向斜翼部均被傾向 NWW的逆斷裂(個別正斷裂)所截切。值得指出的是, 寨市背斜 f4和楊柳盤向斜 f5在剖面上均為開闊褶皺, 但向北均逐漸轉為軸面西傾的倒轉褶皺(圖2), 反映沿構造線走向變形強度的不均一性。此外, 寨市背斜f4的東翼巖層產狀自核部往翼部(自西往東)巖層由倒轉漸變為正常(圖4西部), 暗示背斜可能為一斷裂傳播褶皺, 近核部變形更強。

在巖門鋪-竹絲坡構造剖面上發育糜家團復向斜(圖 6), 其西翼和東翼主體產狀分別為 140°∠40°和 310°∠55°, 軸面產狀 135°∠83°, 翼間角約 85°,為一軸面略向南東傾斜的直立開闊褶皺。復向斜內部發育有 5個次級褶皺, 其中最東面的大塘向斜①為軸面略向 SE傾的開闊褶皺, 其它均為軸面傾向SE的緊閉倒轉褶皺。受變形強度差異控制, 剖面東端層面與劈理呈明顯角度相交, 但剖面西部倒轉褶皺發育段則發育順層劈理。

值得指出的是, 巖門鋪-竹絲坡剖面東端留茶坡組巖層產狀倒轉、牛蹄塘組產狀自東往西由倒轉漸變為正常、牛蹄塘組內發育順層剪切平臥褶皺(圖6), 均指示金家洞組和牛蹄塘組(均為泥頁巖)是控制上古生界變形的重要滑脫層。從褶皺規模和卷入層位來看, 糜家團復向斜西部的連續倒轉褶皺主要受金家洞組和牛蹄塘組向NW的滑脫運移所控制。

偶里-藕塘構造剖面位于溆浦-靖州斷裂以西(圖1), 主要出露板溪群和南華系長安組, NE走向的直立平緩-中常褶皺連續發育, 但地層層位總體自東向西漸低(圖7)。褶皺翼間角自東向西變小。同走向逆斷裂發育, 部分后期反轉為正斷裂。

除上述規模褶皺外, 局部尚見露頭尺度小褶皺,如黃泥井南面富祿組中發育層面變形褶皺(圖 5f),桂花橋北西面富祿組劈理面彎曲形成膝狀褶皺(圖5e、8e), 巖門鋪西面牛蹄塘組中順層剪切作用形成平臥褶皺(圖6b、8f)等。

3.3 斷裂

綏寧-靖州地區不同性質和不同方向的斷裂廣泛發育(圖2), 其中NE-NNE向斷裂是除褶皺以外的主體構造, 以下主要闡述之。

在團河-靖州斷裂以東, 斷裂主要為 NNE向,多為西傾逆斷裂, 部分逆斷裂后期疊加伸展活動轉為正斷裂, 如寨市斷裂 F5和麻塘-菁蕪洲斷裂F7(圖2)。少量斷裂為走滑斷裂或逆(正)斷裂疊加有走滑活動, 如武陽-五團斷裂F1具右行走滑, 麻塘-菁蕪洲斷裂 F7和團河-靖州斷裂 F11具左行走滑。以下自東向西對構造剖面中涉及的主要或典型斷裂進行簡述。

關峽西面公路邊于跳馬澗組中見良好斷裂露頭(圖4, 未予編號)。斷裂帶寬約20 m(圖9), 自SE向NW分為片理化帶(寬約3.5 m)、石英脈(寬約5 m)、硅化破碎帶(寬約 11 m)等, 斷裂產狀為310°∠60°。強片理化特征顯示斷裂主要具逆沖性質, 石英脈的發育暗示后期發生過拉張即正斷活動。斷裂發育于跳馬澗組內部, 推測運移規模不大。

武陽-五團斷裂F1為一NNE向至近SN向右行走滑斷裂, 產狀直立(圖4), 區域延伸規?？蛇_200 km,將三疊紀瓦屋塘巖體南部邊界右行錯移約 4 km(圖2)。狗沖斷裂(F2)為 NE向左行走滑斷裂, 剖面上造成兩側地層不連續, 平面上造成地層錯移最大距離達1000 m左右。

綏寧斷裂(F3)早期為傾向NWW逆斷裂, 后期疊加正斷活動, 現兩側地層新老關系顯示正斷裂效應(圖 4)。

圖9 關峽斷裂特征(位置見圖4)Fig.9 Sectional profile of the Guanxia Fault (location shown in Fig.4)

大坪頭斷裂(F4)為一走向NNE、傾向 NW 之逆斷裂。在北面關峽-綏寧剖面上, 斷裂造成綏寧向斜西翼倒轉(圖 4)。在南面的寨市-靖州剖面斷裂造成西盤南華系長安組逆沖上覆于東盤寒武系污泥塘組之上(圖10), 帶內發育斷層角礫巖、構造透鏡體及片理。斷裂可能疊加過走滑活動, 以致斷裂帶東界表現為陡立的摩擦面或陡崖。

寨市斷裂(F5)走向NNE、傾向NW, 向南尖滅側向后延伸至通道(圖2)。斷裂早期逆沖, 造成東盤(下盤)巖層產狀旋轉而陡傾(近直立)(圖5)。后期發生伸展正滑, 使得剖面上斷裂西盤長安組上段與東盤長安組下段中下部接觸。南部臨口-通道一帶斷裂伸展活動控制了白堊紀斷陷盆地(圖2)。

杉木橋斷裂(F6)走向NE、傾向NW, 造成西盤長安組上段逆沖于東盤南沱組之上(圖5)。剖面中見寬約4 m的強風化碎裂巖帶(圖11), 并具弱硅化; 斷裂產狀約為 310°∠47°。

圖10 大坪頭斷裂特征(位置見圖5)Fig.10 Sectional profile of the Dapingtou Fault (location shown in Fig.5)

圖11 杉木橋斷裂特征(位置見圖5)Fig.11 Sectional profile of the Shamuqiao Fault(location shown in Fig.5)

麻塘-菁蕪洲斷裂(F7)為一 NNE向多期復合斷裂帶, 橫向上可為西傾或東傾逆斷裂, 局部顯示為左行走滑。剖面上斷裂帶表現為一寬約20 m的強劈理化帶(圖12、8g)。面理走向35°左右, 直立。帶內具絹云母化。內部有變形較弱(劈理不強烈)的構造巖塊或透鏡體。帶內次級羽裂及主裂面上所見正階步均指示左行走滑。平面上, 該斷裂左行走滑導致了寨市背斜北段走向往西偏轉(圖2)。順便指出, 麻塘–菁蕪洲斷裂、寨市斷裂及其間地帶大致對應于區域通道–安化斷裂(帶)。

三溪口斷裂(F9)為一傾向 NW 的逆斷裂, 產狀為 315°∠40°~45°(圖 13)。斷裂東盤(下盤)為南沱組含礫泥巖。斷裂帶及西側圍巖(屬大塘坡組)自東向西依次為(圖13b): 寬1.8 m的強片理化板巖帶(Ⅰ)(圖8h), 其中有石英脈和團塊, 發育構造透鏡體; 寬1.8 m的黑褐色錳質粉砂巖-板巖(Ⅱ); 寬 1.4 m的片理化板巖(Ⅲ); 寬 2.2 m 的塊狀板巖(Ⅳ), 巖層產狀為315°∠55°。再往西為南沱組含礫泥巖, 其與大塘坡組塊狀板巖整合接觸。以上顯示, 斷裂帶實際源于沿大塘坡組的順層滑動斷裂向上切層逆沖形成。

三溪口斷裂下盤南沱組含礫砂質板巖中發育三組產狀不一的小斷裂(圖 13a)。第一組斷裂(Fa)產狀為 115°∠50°±, 斷裂帶寬 10~50 cm, 帶內巖石強片理化、碎裂化, 局部可形成斷層泥, 次級羽裂指示逆沖; 第二組斷裂(Fb)產狀為 255°∠42°, 規模很小,僅表現為一明顯的破裂面; 第三組斷裂(Fc)僅見1條,產狀為 115°∠78°, 帶寬 10 cm, 裂面上水平擦痕和正階步指示右行走滑。其中, 第二組斷裂切割第一組斷裂, 但露頭上未見第三組斷裂與前兩組斷裂的交切關系。

圖12 麻塘-菁蕪洲斷裂特征(位置見圖5)Fig.12 Sectional profile of the Matang-Jingwuzhou Fault (location shown in Fig.5)

圖13 三溪口斷裂特征(位置見圖5)Fig.13 Sectional profile of the Sanxikou Fault (location shown in Fig.5)

團河–靖州斷裂(F11)屬區域溆浦–靖州大斷裂的組成部分。溆浦–靖州斷裂自新元古代中晚期以來經歷過多次伸展、擠壓、走滑等活動(柏道遠, 2001; 柏道遠等, 2013a, 2013b; 張進等, 2010a)。該斷裂在靖州一帶表現為多條 NE向表層發散斷裂, F11即為表層主要斷裂之一。團河-靖州斷裂NE走向, 傾向SE,傾角 35°~70°不等; 具明顯的逆沖性質, 寨市-靖州剖面上表現為東側南沱組逆沖于西側牛蹄塘組之上(圖5), 往南西在靖州盆地東緣則表現為寒武系向北西逆沖于石炭系-二疊系之上(圖 6), 且造成西側近斷裂處上古生界巖層產狀顯著變陡(柏道遠等,2013a)。

除上述較大規模逆沖斷裂外, 局部地段可發育小型逆斷裂, 如前文三溪口斷裂下盤圍巖中斷裂(圖13)。再如巖門鋪-竹絲坡剖面西段發育兩條相距約2 m的小斷裂, 斷裂破碎帶寬30 cm左右, 斷裂逆沖導致了巖層的撓曲及橫向上巖層產狀的逐漸變化(圖 6c)。

4 討 論

前文有關主要角度不整合及構造形變發育特征、變形卷入地層等, 為雪峰造山帶南段變形時代和強度、剖面結構和變形機制、主要變形事件的區域構造體制等提供了重要約束。

4.1 變形時代

結合區域構造演化背景, 就前文所述劈理、褶皺、不同性質(逆、正、走滑)斷裂的形成時代簡要分析如下:

(1) 研究區及區域上板劈理僅發育于前泥盆紀地層中, 上古生界及以上層位不發育, 由此可確定板劈理形成于志留紀后期的廣西運動。

(2) 折劈理沿早期板劈理面產生的膝折軸面所形成, 其分布局限, 可能在印支運動和早燕山運動中因局部強擠壓形成(圖 5d), 也可能在廣西運動擠壓抬升之后的重力作用下形成(圖5i)。

(3) NE-NNE向褶皺形成于志留紀晚期的廣西運動和早中生代的印支運動(中三疊世晚期)與早燕山運動(中侏羅世), 前述主要不整合事件為其主要證據。不過就研究區居主導地位的前泥盆系卷入的褶皺而言, 應主要形成于廣西運動, 理由如下: ①廣西運動于團河-靖州斷裂以東形成了非常發育的板劈理, 指示存在強烈擠壓和變形; ②團河–靖州斷裂以西前泥盆系發育平緩-中常褶皺(圖 7), 巖層產狀較陡, 而靖州盆地上古生界巖層極為平緩, 區域上黎平、天柱等地上古生界巖層產狀近水平(張進等,2010b); ③劈理發育特征可明確指示部分褶皺形成于廣西運動, 如前文黃泥井東面小型褶皺控制了加里東期板劈理發育(圖 5f), 糜家團復向斜西部發育緊閉倒轉褶皺與順層劈理, 東部發育開闊褶皺且層面與板劈理呈明顯角度相交(圖6), 暗示褶皺與板劈理同期形成且密切相關。

早中生代同軸向變形疊加可使加里東期褶皺變形得到加強, 或使巖層產狀進一步旋轉變陡。如前述雪峰造山帶東緣關峽跳馬澗組和兩江河組產狀反映廣西運動后巖層傾角約 30°, 印支和早燕山運動進一步造成了巖層約50°的傾斜(圖3a、8a)。再如三溪口斷裂 F9東面南沱組中劈理走向 NEE且極為平緩, 傾角僅 20°左右(圖 13), 明顯不同于呈 NE-NNE走向且傾角中等至直立的區域劈理特征。結合剖面中三溪口斷裂與下寨斷裂之間陡立的巖層產狀(圖5)分析, 加里東期劈理很可能為NE走向并向SE陡傾,早中生代下寨斷裂的逆沖使上盤逆時針旋轉、巖層變陡, 劈理則傾角變緩且走向轉為NEE向。

構造線走向反映廣西運動、印支運動和早燕山運動中雪峰造山帶的構造體制均為 NW-NWW向擠壓, 其構造背景詳見后文。

(4) NE-NNE向逆斷裂為NE-NNE向褶皺的同走向逆斷裂, 同樣形成于廣西運動及早中生代的印支運動和早燕山運動。從斷裂活動的繼承性考慮, 可能大部分逆斷裂在加里東期已形成, 早中生代再次活動。如團河–靖州斷裂作為區域溆浦–靖州斷裂的組成部分, 廣西運動中具逆沖活動并為雪峰推覆構造根帶與中帶的分界(詳見后述), 早中生代逆沖導致東側前泥盆系掩于西側石炭系之上(圖6)。部分斷裂形成于早中生代, 如溪口斷裂(F9)與加里東期板劈理傾向相反并呈鈍角相交(圖 13a), 下寨斷裂(F8)和寨牙斷裂(F10) 同樣與劈理顯示出不協調關系(圖5), 它們很可能屬早中生代斷裂, 關峽跳馬澗組中逆斷裂(圖4、9)顯然形成于早中生代。

(5) NE-NNE向正斷裂應形成于白堊紀, 本次伸展事件在湖南形成大量NNE-NE向的斷陷盆地以及變質核雜巖(張岳橋等, 2012)。

(6) NE-NNE向左行走滑斷裂形成于晚三疊世-早侏羅世, 動力背景與揚子地塊及其以南各地塊向北運移與中朝板塊碰撞產生的區域SN向擠壓(萬天豐和朱鴻, 2002)有關。區域上, 湘東南 NNE向茶陵–郴州斷裂因SN向擠壓派生EW向引張而形成伸展盆地(柏道遠等, 2011b)。黑(白)云母40Ar/39Ar 坪年齡顯示雪峰造山帶左行走滑的時代約為 216~194 Ma(Wang et al., 2005)。

(7) NE-NNE向右行走滑斷裂大體形成于古近紀,動力背景可能與印度-歐亞板塊碰撞有關(張進等,2010a), 或與太平洋板塊對東亞大陸東部向西俯沖、擠壓(萬天豐和朱鴻, 2002)有關。區域上, 本次NNE向右行走滑事件還于沅麻盆地白堊系中形成了較多小規模NW向褶皺(張進等, 2010a)。研究區溆浦–靖州斷裂很可能也具右行走滑而派生NEE向擠壓, 于靖州盆地上古生界灰巖中形成了小型NWW向左行走滑斷裂和侏羅系中呈NE走向和NWW走向的共軛節理(柏道遠等, 2013b)。

4.2 變形強度的橫向差異

加里東期和早中生代擠壓變形強度均存在以溆浦-靖州斷裂為界東側強、西側弱的顯著差異。如前文所述, 構造剖面調查表明溆浦–靖州斷裂以東包括南華系和上古生界在內的前泥盆紀地層中板劈理極為發育。筆者在南部牙屯堡等地調查發現板溪群板巖中劈理更為發育, 層面和層理常因劈理置換而不清晰。而在溆浦–靖州斷裂以西天柱-會同-洪江一帶進行的調查表明板溪群成層性良好, 層面清晰, 而劈理則不發育; 南沱組含礫砂質泥巖因呈塊狀而難以發生彎滑褶皺作用, 見劈理但發育程度很低。顯然, 上述差異表明溆浦–靖州斷裂以東地區在廣西運動中經歷了比斷裂以西地區更強的擠壓和縮短。

溆浦–靖州斷裂以東早中生代擠壓變形相對斷裂以西更強烈主要體現在以下三個方面: ①雪峰造山帶東緣泥盆系巖層產狀較陡, 如關峽跳馬澗組巖層傾角達 50°(圖 3a), 區域上雪峰造山帶東部向東的大規模逆沖導致湘中盆地西部上古生界向東滑脫、逆沖并產生強烈褶皺變形(柏道遠等, 2013c), 而斷裂以西的黎平、天柱、會同等地區上古生界巖層近水平, 顯示變形微弱, 靖州一帶上古生界巖層總體也極為平緩, 僅東緣受溆浦–靖州斷裂逆沖影響而產狀變陡; ②溆浦–靖州斷裂以東雪峰造山帶內晚古生代沉積作用自中泥盆世開始, 且沉積厚度大, 但上古生界幾無保存, 僅通道東面見少量泥盆系跳馬澗組出露(圖 2), 斷裂以西晚古生代相對隆起, 沉積作用自晚石炭世開始且沉積厚度小, 但現今上古生界在天柱、黎平、靖州、會同等地尚有較多保存, 這一差異顯然指示早中生代斷裂以東具更大規模的抬升, 暗示斷裂以東具有更強的逆沖、褶皺等擠壓變形; ③溆浦–靖州斷裂以東褶皺軸跡多呈 NNE向,少量呈NE向, 而斷裂以西構造線呈NE-NEE向, 此差異很可能與斷裂東側經歷早中生代 NWW 向擠壓、縮短而導致加里東期褶皺軸跡偏轉有關。

順便指出, 以上研究表明前人提出的雪峰造山帶中南段擠壓縮短構造變形發生在早古生代(張進等, 2010b)的認識并不確切。溆浦–靖州斷裂以西變形確實主要發生在早古生代(廣西運動), 但斷裂以東早中生代存在顯著的擠壓縮短和構造抬升。

4.3 剖面結構、構造分帶及變形機制

據前人研究, 雪峰造山帶構造變形主要受控于冷家溪群底部(丁道桂等, 2007b; 李三忠等, 2011)、板溪群底部和南華系底部(張進等, 2010b)的滑脫。前文巖門鋪-竹絲坡剖面(圖 6)表明震旦系下部金家洞組和寒武系下部牛蹄塘組也為控制變形的重要滑脫層。根據關峽-綏寧(圖4)、寨市-靖州(圖5)和偶里-藕塘(圖 6)剖面表層構造特征, 結合區域地層厚度和主要構造滑脫層位, 從斷裂相關褶皺的有關概念出發, 厘定關峽-偶里綜合剖面結構如圖14所示。

溆浦–靖州斷裂以東(以下稱雪峰造山帶東帶)的逆斷裂和褶皺變形主要受控于板溪群底部、南華系底部和寒武系底部的滑脫(圖14)。從南面通道、牙屯堡和播陽等地出露板溪群來看, 剖面中綏寧以西的逆斷裂往下切入了板溪群。溆浦–靖州斷裂以西(以下稱雪峰造山帶西帶)的褶皺和斷裂變形主要受控于冷家溪群底部和板溪群底部的滑脫。源于冷家溪群底部滑脫的逆斷裂造成冷家溪群的疊置及板溪群的抬升(圖14), 使偶里西面板溪群下部磚墻灣組地層也出露地表。

廣西運動中, 雪峰造山帶東帶為區域雪峰推覆構造的根帶(圖14)而具強烈擠壓, 從而形成極為發育的板劈理。西帶為雪峰推覆構造的中帶, 擠壓作用相對較弱, 因此板劈理不發育或欠發育。

雪峰造山帶東帶具背沖構造樣式, 下面的進一步分析表明早中生代背沖構造的中軸位置與加里東期不一致, 前者相對后者顯著向西遷移(圖14)。盡管如前文所述板劈理產狀受多種因素控制, 但在滑脫推覆運動背景中其總體或優勢傾向應背向逆沖方向(典型軸面劈理與褶皺軸面一樣背向逆沖方向傾斜)。關峽-綏寧剖面(圖 4)和寨市-靖州剖面(圖 5)顯示,總體上以樂安-寨市一帶為界, 該帶以東劈理總體傾向 NW, 指示向東的逆沖推覆; 該帶以西劈理總體傾向 SE, 指示向西的逆沖推覆; 樂安-寨市一帶大體為軸向擠壓。而剖面中主要逆沖斷裂傾向特征及前文下寨斷裂(F8)、溪口斷裂(F9)和寨牙斷裂(F10)形成于早中生代的分析表明, 早中生代背沖構造的中軸位于寨牙和靖州之間(圖5)。由上可見, 相對加里東期變形而言, 早中生代背沖構造的中軸向西遷移20 km左右, 背沖構造的西翼很窄而東翼很寬, 東帶總體表現為向東逆沖。

圖14 雪峰造山帶南段綜合剖面結構Fig.14 Tectonic sectional profile across the south segment of the Xuefeng orogen

筆者對雪峰造山帶中段懷化-兩丫坪地區的構造調查, 同樣顯示以溆浦-靖州斷裂為界的分帶特征以及早中生代背沖構造中軸相對加里東期向西遷移的特征(柏道遠等, 2014b)。

廣西運動中, 溆浦-靖州斷裂成為雪峰推覆構造的根帶、中帶分界主要應與兩側塊體力學性質及物質組成有關。柏道遠(2001)在洪江一帶的研究發現,南華紀早期(長安期)溆浦–靖州斷裂以西抬升而缺失或缺少沉積, 而斷裂以東則大幅伸展斷陷而形成厚達3000 m以上的沉積。靖州-綏寧一帶, 沿溆浦－靖州斷裂及其以東形成一NNE向的南華紀長安期-富祿期裂陷槽, 裂陷槽內形成厚3000~4200 m的沉積,而兩側沉積厚度一般僅約300~1000 m?？梢? 雪峰造山帶東帶為一強度低的薄弱塊體, 兩側則為相對剛性塊體。受此制約, 廣西運動中東帶更易產生深部滑脫, 并發生更強烈的擠壓和縮短, 從而成為雪峰推覆構造的根帶。

同樣受塊體力學性質差異控制, 早中生代構造運動中雪峰造山帶的東帶變形強, 而西帶變形弱。此外, 早中生代西帶變形弱顯然還與東帶總體表現為向東逆沖, 對溆浦–靖州斷裂以西影響小有關。

需要指出的是, 盡管雪峰造山帶東帶比西帶具有更強的變形和縮短, 但地表出露地層層位卻是西帶總體高于東帶, 前者主要出露板溪群, 后者主要出露南華系(圖1)。造成這一差異的原因顯然與東帶在南華紀發生了大幅斷陷沉降有關。

4.4 區域構造體制

如前文所述, 雪峰造山帶南段 NE-NNE向褶皺形成于廣西運動和早中生代的印支運動與早燕山運動。盡管一般將構造線(褶皺)走向的垂線方向推定為區域擠壓應力方向, 但鑒于多期構造運動的疊加和改造可能導致構造線走向的后 0期變位, 且關于雪峰造山帶及鄰區廣西運動和印支運動的構造線走向及區域擠壓應力方向尚存在不同認識, 因此以下就主要構造變形事件的區域構造體制進行簡單討論。4.4.1 廣西運動構造體制

目前對雪峰造山帶及鄰區廣西運動構造體制的認識存在分歧。丘元禧等(1998)、王建等(2010)認為廣西運動經受SN向擠壓, 郝義等(2010)認為廣西運動晚期華夏地塊與揚子地塊沿郴州-臨武斷裂收縮擠壓而形成 NE-NNE向褶皺, 胡召齊等(2010)則認為加里東期褶皺方位因受后期疊加改造影響而無法準確識別。

區內前泥盆紀地層卷入的加里東期褶皺走向在溆浦-靖州斷裂以東多呈NNE向, 少量呈NE向, 在斷裂以西則呈NE-NEE向?？紤]到斷裂東側經歷早中生代較強的NWW向擠壓、縮短而可能導致加里東期褶皺軸跡偏轉, 本文認為斷裂以西褶皺的NE-NEE走向可代表廣西運動構造線方向, 據此推斷雪峰造山帶南段廣西運動主壓應力方向為NW-NNW向。值得指出的是, 剖面上傾角較陡的加里東期板劈理走向穩定, 均為 NNE-NE向, 說明雪峰造山帶南段廣西運動中擠壓方向不可能為SN向。

NW-NNW 向擠壓的形成應與區域 SN向擠壓(丘元禧等, 1998; 王建等, 2010)及晉寧期揚子陸塊與華南洋板塊之間的NNE向邊界(柏道遠等, 2012a)共同控制有關, 而區域 SN向擠壓的構造背景可能為云開地塊由南向北的推覆擠壓(吳浩若, 2000)。這一認識可以很好地解釋雪峰造山帶北段與南段之間廣西運動構造線走向和隆升幅度的差異。揚子陸塊與華南洋的邊界沿瀏陽-新化-城步一線, 自東向西由近EW向轉為NNE向(柏道遠等, 2012a), 使得雪峰造山帶北段在區域 SN向擠壓下遭受正面擠壓,從而產生強烈的塊體逆沖、疊置、縮短和抬升, 導致冷家溪群大量出露地表(圖1)。而雪峰造山帶南段則受斜向擠壓, 變形強度和抬升幅度相對較低, 因此僅板溪群-上古生界出露。

值得指出的是, 已有研究表明早古生代華南為無大洋分割的陸內海盆環境, 因此廣西運動的構造性質是大陸板塊(新元古代中晚期形成的統一華南板塊)板內陸塊間相互作用的陸內造山作用(張國偉等, 2013), 主要證據有揚子地塊與華夏地塊上古生界砂巖中鋯石具相似的年齡譜系(Wang et al.,2010)、自揚子至華夏的沉積古地理剖面上缺少活動陸緣沉積和沉積相帶的不連續(跳相)現象(陳世悅等,2011)、揚子與華夏地塊間無早古生代消失洋殼殘存記錄、華南大陸東部早古生代廣泛存在彌散型面狀分布的構造變形、變質、巖漿活動和上下古生界間區域性角度不整合等。

4.4.2 印支運動構造體制

在雪峰造山帶及鄰區印支運動強度、構造線走向及構造體制問題上, 總體存在兩種不同觀點。一種觀點強調印支運動的重要性, 或認為上古生界NE-NNE走向為主的蓋層褶皺主要形成于印支運動,印支運動中區域擠壓應力方向為 NW(W)向(丘元禧等, 1998; 丁道桂等, 2007a, 2007b; 任紀舜, 1984,1990; 柏道遠等, 2009; 汪新偉等, 2010)。另一種觀點認為印支運動強度不大(郭福祥, 1998, 1999), 區域SN向擠壓下形成EW向褶皺(胡召齊等, 2010; 張岳橋等, 2009; 徐先兵等, 2009)。

針對上述認識分歧, 柏道遠等(2012b)對湘東南印支運動構造線方向和構造體制進行了深入解析,根據早燕山構造下伏不整合面之下構造線走向恢復及不整合面下伏地層層位沿東西方向的快速變化,確證印支運動構造線為NNE向而非EW向, 區域擠壓應力方向為NWW向而非SN向。鑒于湘東南至湘西地區上古生界構造線總體協調, 主要呈NNE-NE向(局部受邊界條件制約而變化為SN向或NNW 向), 因此推斷雪峰造山帶南段印支運動構造體制為NWW向。

就整個華南而言, 中三疊世晚期構造運動中因秦嶺-大別-蘇魯構造帶碰撞造山以及 Sibumasu 地塊向印支地塊的碰撞增生和古特提斯洋在瓊中地區的消減關閉影響而形成區域 SN向擠壓(張岳橋等,2009; 徐先兵等, 2009; 舒良樹和周新民, 2002; 舒良樹等, 2004)。湘東南-湘西地區有別于區域SN向的NWW向擠壓, 可能與新元古代-早古生代揚子板塊與華夏板塊的 NE向接合帶制約或兩陸塊的繼發性陸內俯沖匯聚有關(柏道遠等, 2012b), 即該地區印支運動受控于深部動力學與陸塊間差異非均衡背景下產生的陸內陸塊間相互作用(張國偉等, 2011,2013)。而區域大量印支期花崗巖的發育, 指示印支運動是一次強度很大的構造運動。

4.4.3 早燕山運動構造體制

中侏羅世早燕山運動的構造背景和構造體制已有一致認識。受古太平洋板塊(或伊澤奈崎板塊)俯沖影響, 包括研究區在內的華南地區受 NWW-NW 向強擠壓而形成NNE-NE向的褶皺與逆沖斷裂(張岳橋等, 2009; 徐先兵等, 2009; 舒良樹和周新民, 2002;舒良樹等, 2004)。

5 結 論

(1) 雪峰造山帶南段在廣西運動和早中生代構造運動(印支運動與早燕山運動)中均存在明顯的擠壓變形, 構造體制均為 NW-NWW 向擠壓, 形成NE-NNE向褶皺和逆斷裂; 廣西運動還形成了板劈理。

(2) 以溆浦-靖州斷裂為界分為東帶和西帶, 分別為加里東期雪峰逆沖推覆構造的根帶和中帶。廣西運動和早中生代構造運動中東帶變形強度均顯著大于西帶。

(3) 東帶在廣西運動和早中生代構造運動中均具有背沖構造樣式, 但后者背沖構造的中軸相對前者顯著向西遷移約20 km。

(4) 溆浦-靖州斷裂以東在廣西運動中成為雪峰推覆構造的根帶, 主要與其塊體強度低及南華紀早期為一斷陷深槽有關。

致謝: 中國海洋大學李三忠教授和另一名審稿人對論文進行了認真審閱并提出了寶貴的修改意見, 在此表示衷心感謝。

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