安徽南陵-宣城礦集區昆山疊瓦式逆沖斷裂帶構造 特征: 來自鉆孔和地球物理方面的新證據

朱 強 , 陸三明, 趙麗麗 郭 冬, 張贊贊 ,

楊本忠4, 韓長生5, 金 敏1

(1.安徽省公益性地質調查管理中心, 安徽 合肥 230091; 2.安徽省地質調查院, 安徽 合肥 230001; 3.安徽省勘查技術院, 安徽 合肥 230031; 4.華東冶金地質勘查研究院, 安徽 合肥 230088; 5.華東冶金地質 勘查局812地質隊, 安徽 銅陵 244008)

0 引 言

長江中下游地區是中國東部重要的鐵銅金成礦帶(常印佛等, 1991, 2012, 2019; 翟裕生等, 1992; 呂慶田等, 2004, 2015; Deng et al., 2006; 陳毓川等, 2006; Sun et al., 2007, 2010; 周濤發等, 2008, 2010; 毛景文等, 2009; 宋傳中等, 2011), 礦產地主要分布于鄂東南、九瑞、安慶-貴池、廬樅、銅陵、寧蕪、寧鎮等7個大型礦集區內。近年來, 在南陵-宣城地區有重大找礦突破, 使之成為長江中下游成礦帶內新的礦集區, 即南陵-宣城礦集區。目前, 礦集區內的貍橋-九連山地區已發現茶亭、銅山-蕎麥山、長山、雙井、獅子山等大小內生金屬礦床10余處, 礦種涉及銅、鉛鋅、硫、金、鎢、鉬等, 成因類型主要為斑巖型、矽卡巖型和熱液型, 成礦與石炭紀-二疊紀碳酸鹽巖建造和構造-巖漿作用關系十分密切。

貍橋-九連山地區發育一系列NE向褶皺-逆沖構造, 向北可延伸至江蘇省茅山地區, 前人稱之為“茅山推覆構造”(韓克從等, 1985; 張德寶和李聲固, 1985; 孫競雄和韋國鈞, 1985; 張福祥, 1986; 黃鐘瑾等, 1988)。雖然, 部分學者提出了不同認識, 認為茅山構造為伸展薄皮、滑覆構造(徐學思和胡連英, 1992, 1996, 2001), 但推覆構造的觀點還是得到了更廣泛的認同(黃潤生和曹建忠, 2010; 付萍杰等, 2015; 洪大軍等, 2017; 施立勝, 2017; 謝祖軍等, 2018)。然而, 推覆構造的研究基本都是基于江蘇段開展的, 而安徽段的研究較為薄弱(Wang et al., 2019)。

茅山推覆構造在貍橋-九連山地區發育的褶皺-逆沖構造與江蘇段合而有別, 其主體由一系列的疊瓦式逆沖斷層組成, 本文稱之為“昆山疊瓦式逆沖斷裂帶”。本次研究通過實測野外構造地質剖面, 基本查明了昆山疊瓦式逆沖斷裂帶主要斷層的組成、展布和運動學特征。同時, 借助高分辨率反射地震、大地電磁測深和高精度重磁測量等, 分析斷裂構造的結構深部運動學特征, 并探討其與早白堊世成礦作用的關系, 為區域成礦規律及下一步找礦提供思路。

1 區域地質背景

南陵-宣城礦集區位于安徽省東南部, 行政區劃跨宣城市、郎溪縣、南陵縣、繁昌縣、蕪湖縣、銅陵縣等市縣范圍, 總面積約7800 km2。礦集區地處揚子陸塊北緣的前陸褶皺帶中(圖1a), 南與江南造山帶相鄰(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)。

九連山-昆山山脈出露于宣城市貍橋-九連山一帶, 區域主要發育以淺海相、濱海相碎屑巖為主的志留系和泥盆系, 以碳酸鹽巖為主的二疊系及下三疊統, 以及白堊系陸相碎屑巖、火山碎屑巖系。山脈北西側為南陵盆地, 向北與江蘇境內的溧水火山巖盆地相連, 由下白堊統中分村組火山巖和上白堊統赤山組組成; 南東側為宣城盆地, 向北與江蘇境內的溧陽火山巖盆地相連(圖1b、2), 主要由上白堊統赤山組組成, 盆地之下為印支期-燕山早期褶皺地層。

圖1 茅山-九連山地區地質簡圖(據Wang et al., 2019修改) Fig.1 Simplified geological map of the Maoshan-Jiulianshan area

貍橋-九連山地區發育貍橋-敬亭山復背斜、一系列NE向逆沖斷層和NW向平移斷層。燕山晚期中性-中酸性-酸性巖漿巖主要有昆山雜巖體、馬山埠花崗閃長斑巖體、羅家村斜長花崗斑巖體等, 還包括一系列煌斑巖脈、斜長細晶巖脈、閃斜煌斑巖脈等。下白堊統中分村組發育火山巖, 地表見于九連山、敬亭山和茶亭等地, 大致呈NE向帶狀分布。目前, 區內已發現的礦床類型有斑巖型銅金礦、矽卡巖型銅鉬礦、熱液型鉛鋅銅硫礦、熱液型螢石礦、沉積風化型錳礦等, 具代表性的有茶亭斑巖型銅金礦、長山熱液型鉛鋅礦、獅子山矽卡巖型銅礦等(圖2)。其中, 茶亭斑巖型銅金礦床分布于南陵火山巖盆地、貍橋復背斜的北側, 是近年宣城地區取得重大突破的礦床, 其外圍及深部具有進一步找礦潛力。熱液型礦床主要分布在蕎麥山-長山地區, 礦體賦存在棲霞組和黃龍-船山組灰巖與五通群砂巖間的斷裂接觸帶、花崗閃長斑巖與五通群砂巖的接觸帶, 局部產于五通群砂巖與龍潭組間的斷裂接觸帶、棲霞組和黃龍-船山組灰巖與花崗閃長斑巖體接觸帶中, 礦床的空間分布受巖體控制。

圖2 宣城市貍橋地區地質礦產圖 Fig.2 Geological map of the Liqiao area, Xuancheng City

2 昆山疊瓦式逆沖斷裂帶

昆山逆沖斷裂帶指疊加在貍橋-敬亭山復背斜之上的NE向逆沖斷裂帶, 是南陵-宣城礦集區內比較重要的構造帶之一。斷裂帶以倒轉復背斜、顯著的NE向逆沖斷層和NW向走滑斷裂系的發育為特征, 其中, 以NE向逆沖斷層為主, 且被NW向走滑斷裂切割, 形成了錯綜復雜的斷裂構造體系。

本次研究實測了貫穿斷裂帶的構造地質剖面, 開展了大比例尺斷裂構造填圖, 重點解析了主要構造界線野外露頭。結合反射地震剖面、大地電磁測深反演剖面以及重磁異常等地球物理信息的三維綜合探測技術, 注重礦田構造, 充分收集區域內已有的鉆孔資料, 對茶亭、蕎麥山東、雙井、魏墩和長山等鉆孔, 開展有針對性的構造數據采集, 提取出有益的礦田構造信息, 對昆山疊瓦式逆沖斷裂帶的幾何學、運動學、深部結構以及逆沖期次問題進行了全面總結。

2.1 幾何學特征

2.1.1 平面特征

昆山疊瓦式逆沖斷裂帶分布在貍橋-九連山一帶, 總體呈NE向展布, 可劃分為貍橋-新河段和新河-九連山段(圖3)。其中, 貍橋-新河段出露較完整, 走向NEE, 橫跨南陵盆地、貍橋-敬亭山復背斜和宣城盆地3個構造單元, 出露志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系和白堊系等。斷裂帶自北向南依次由貍橋斷層(F1)、蕎麥山斷層(F2)、刺山斷層(F3)和昆山斷層(F4)等四條主干逆沖斷層組成, 主干斷層又由多條次級小斷層組成。貍橋斷層和昆山斷層分別為斷裂帶的南北邊界斷層, 分別對應著茅山推覆構造的茅西斷裂和茅東斷裂, 后期演化成為南陵盆地和宣城盆地的控盆斷裂。蕎麥山斷層和刺山斷層則發育在貍橋-敬亭山復背斜內。

圖3 昆山疊瓦式逆沖斷層帶平面分布特征簡圖 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頭的前提下, 依據反射地震剖面(xc2018-D01線)、大地電磁測深反演剖面(MT136線)以及重磁異常等地球物理信息, 并在鉆孔資料的約束下獲得的。MT二維連續介質反演剖面(圖4a)和反射地震剖面(圖4c)很好地揭示了斷裂帶的深部結構, 由MT二維連續介質反演剖面解釋出的各斷層均反映為視電阻率等值線的扭曲帶, 位置和形態與反射地震推斷的斷層一致。貍橋斷層作為逆沖斷裂帶的主推覆面, 傾向SE, 向下延伸大約4 km(反射地震偏移剖面的時深轉換速度使用5.5 km/s)。蕎麥山斷層傾向SE, 向下延伸大約2.5 km, 是逆沖過程中產生的次生斷裂。刺山斷層主要在MT二維連續介質反演剖面有所反映, 傾向SE, 向下延伸大約1 km。昆山斷層傾向SE, 向下延伸深度大約3 km。

圖4 MT連續介質反演剖面解釋(a)、地表地質(b)與反射地震剖面解釋(c)(剖面位置見圖2) Fig.4 MT continuous medium inversion profile interpretation (a), surface geology (b), and reflection seismic section interpretation (c)

由剖面可見, 該斷裂帶由若干逆沖斷層組成, 總體呈現出疊瓦式特征。古生代泥盆系-志留系逆沖到下白堊統中分村組火山巖之上。鉆孔揭示志留系下部、石炭系、中-下二疊統、早三疊統以及巖體與二疊系粉砂巖之間的軟弱層均為逆沖作用的主要界面。貍橋斷層是昆山疊瓦式逆沖斷裂帶的逆沖前緣斷層, 即主底板逆沖斷層, 斷裂帶產狀下緩上陡, 下盤為下白堊統中分村組火山巖和盆地之下的褶皺地層。蕎麥山斷層在深部與貍橋斷層匯合, 昆山斷層主要表現為控盆正斷層。逆沖斷層切割了早白堊世侵入巖, 顯示多期演化的特征。

2.2 運動學特征

昆山疊瓦式逆沖斷裂帶是礦集區重要的控盆、控巖和控礦構造, 經歷了多期構造活動。斷裂帶內各斷層以多期次的逆沖及逆沖疊加在伸展滑脫作用之上為主要特征。

2.2.1 地表露頭

由于蕎麥山斷層和昆山斷層在地表上多被第四系覆蓋, 缺少良好的露頭, 本文重點采集了有關貍橋斷層和刺山斷層運動學的野外證據。

貍橋斷層: 在宣城市貍橋鎮南東約1.5 km處, 可見泥盆系五通群石英砂巖以低角度自南東向北西逆沖到下白堊統中分村組火山碎屑凝灰巖之上(圖5a)。 在宣城市稻堆山地區, 該逆沖斷層發育于下志留統茅山組粉砂巖與下白堊統中分村組火山巖之間, 二者間可見寬約10 cm的灰黃色(風化強, 呈土狀)斷層泥, 下盤中分村組火山巖中發育產狀110°∠73°的破劈理(圖5b), 并發育與主斷裂配套的一組撕裂斷層, 產狀230°∠75°, 水平擦痕, 顯示右行平移的性質(圖5c)。另外, 宣城市養賢地區, 逆沖斷層同樣表現為泥盆系五通群石英砂巖逆沖疊覆于下白堊統中分村組凝灰巖之上。宣城市九連山一帶, 還可觀察到逆沖斷層發育于中二疊統孤峰組與下白堊統中分村組間。

刺山斷層: 在宣城市貍橋鎮蘇興礦業大門口, 可見二疊系孤峰組薄層粉砂巖在逆沖作用的強烈剪切下, 形成密集的劈理化帶(圖5d), 劈理面與層理平行, 產狀為135°∠26°, 指示由南東向北西的逆沖, 同時, 該帶中發育晚期的小型逆沖斷層, 規模不大, 僅形成小型的構造透鏡體, 并局部切割了早期劈理面(圖5e), 反映出多期逆沖作用的存在。在蘇興礦業大采場南東方向山坡上, 可見早白堊世花崗斑巖逆沖到二疊系孤峰組粉砂巖和早白堊世昆山巖體輝石閃長巖之上(圖5f、圖11), 這一期逆沖作用規模較大, 可能與孤峰組粉砂巖密集劈理化屬同一期, 逆沖斷層面的產狀為110°∠36°, 擦痕線理產狀150°∠25°, 同樣指示了由南東向北西的逆沖, 逆沖作用發生在輝石閃長巖侵位之后。

圖5 昆山疊瓦式逆沖斷裂帶野外照片 Fig.5 Photos of outcrops of the Kunshan imbricated thrust fault zone

2.2.2 鉆孔資料

本次研究在鉆孔中觀察到蕎麥山斷層和刺山斷層經過處發育的張性角礫巖帶。這些角礫巖具有很差的磨圓度和分選性, 鈣質膠結十分明顯且寬度可觀, 區別于擠壓形成的角礫巖。如蕎麥山東部礦區ZK3801中, -534～-529 m處, 泥盆系五通群和石炭系黃龍組、船山組接觸面附近發育寬約4～5 m的張性角礫巖帶(圖6a)。ZK6002中, -382～-380 m處,三疊系南陵湖組與石炭系黃龍組、船山組斷層接觸面附近, 于上盤南陵湖組灰巖中形成寬約2.5 m的構造角礫巖帶(圖6b), 正向缺失二疊系。雙井礦區ZK5101中, -33 m處, 二疊系棲霞組灰巖中發育寬約0.5 m的角礫巖, 礫石成分以灰巖為主, 鈣質膠結(圖6c); -537～-519 m處, 船山組灰巖中發育寬約18 m的張性構造角礫巖帶, 礫石主要為船山組灰巖, 礫石磨圓度及分選均不佳(圖6d)。長山礦區ZK2107中, -928～-925 m處, 石炭系黃龍船山組和二疊系棲霞組, 斷層接觸界線附近發育寬約3 m張性角礫巖(圖6e); -1286 m處地層為石炭系高驪山組雜色砂巖、粉砂巖, 順層發育寬約0.2 m的構造角礫巖(圖6f)。以上角礫巖的分選性和磨圓度均較差, 礫石成分以灰巖、粉砂巖為主, 主要為原地的構造破碎角礫, 是伸展滑脫作用的產物, 造成了鉆孔內石炭系黃龍組、船山組和二疊系棲霞組間地層的缺失。本期伸展可能與燕山期造山后伸展或者陸內伸展有關, 并與區內成巖成礦關系十分密切。

圖6 鉆孔中張性角礫巖巖心照片 Fig.6 Photos of tensional breccia from the borehole cores

張性構造角礫巖帶多被逆沖作用所切割改造, 這是鉆孔中最顯著的特點。如蕎麥山東部礦區ZK3601中, -194～-174 m處, 石炭系黃龍組、船山組中發育的20余米的張性破碎帶寬度被晚期逆沖作用改造, 礫石的定向性指示逆沖(圖7a)。雙井礦區ZK5101中, -135～-102 m處, 棲霞組灰巖早期為張性破碎形成構造角礫巖, 晚期軸夾角約40°的逆沖斷層切割了早期構造(圖7b), 可見逆沖擦痕, 帶寬約33 m,為蕎麥山逆沖斷層經過處; -295～-280 m處, 二疊系龍潭組和棲霞組斷層接觸面附近, 也可見早期形成的張性角礫巖帶被晚期逆沖作用疊加改造, 并可見明顯指示逆沖作用的牽引構造和擦痕(圖7c、d)。另外, 長山礦區ZK2107中, -847 m處, 輝石閃長巖和二疊系棲霞組矽卡巖接觸帶附近可見兩者均被逆沖斷層改造(圖7e), 斷層面軸夾角約46°, 擦痕線理近傾向, 帶寬約12 m, 逆沖作用發生在輝石閃長巖侵位之后, 與地表信息一致。ZK2111中擦痕和階步也很發育, 并且在-1000 m處, 棲霞組灰巖中的逆沖斷層面上可觀察到兩組截然不同的擦痕(圖7f), 暗示存在多期逆沖。

圖7 鉆孔中逆沖作用的巖心照片 Fig.7 Photos showing thrust feature of the borehole cores

2.2.3 逆沖作用對下盤的影響

為查明逆沖斷裂帶對下盤巖石的影響, 本次重點觀察了位于南陵火山巖盆地、貼近貍橋逆沖斷層下盤的茶亭礦區鉆孔ZK5329(鉆孔位置見圖2)。結果發現, 中分村組火山角礫巖中可識別出逆沖作用形成的斷層面及擦痕(圖8a、b), 并造成-1000 m以上鉆孔中三疊系殷坑組和龍山組礫屑灰巖礫石的定向剪切(圖8c), 沿泥質成分和灰巖的巖性界面也發育較密集的逆沖擦痕(圖8d)。但是, 鉆孔中-1600～-1000 m, 近600 m的南陵湖組灰巖中, 就識別不出逆沖作用存在的跡象, 說明該影響范圍是有限的。

圖8 茶亭礦區ZK5329巖心構造特征照片 Fig.8 Structural characteristics of the ZK5329 core from the Chating mining area

2.3 逆沖期次

前人探討了茅山推覆構造的逆沖期次, 但仍存在爭議。韓克從等(1985)認為茅山地區推覆構造經歷了印支期-燕山早期、燕山中期和喜山早期三期褶皺-逆沖推覆。張德寶和李聲固(1985)認為主要有四期推覆作用, 形成NEE-NE-NNE不對稱褶皺, 傾伏褶皺、斜歪褶皺、斜臥褶皺、平臥褶皺及多次疊加褶皺, 并形成褶皺相關斷層。黃潤生和曹建忠(2010)認為燕山晚期和喜山早期發生了兩次推覆造山運動。胡連英和徐學思(2001)和付萍杰等(2015)則通過地球物理資料, 認為茅東斷裂是一條切割上地幔的深大斷裂, 具有上陡下緩特征, 發生過走滑、逆沖、滑覆等多次構造活動, 控制了基底隆起、巖漿侵入、東側晚白堊世-古近紀盆地形成和新生代玄武巖噴發, 同時還是溧陽地震孕育和發生的控制因素, 多次伸展構造控制了東側后緣帶茅東凹陷盆地。本次工作通過野外觀察和年代學約束探討了昆山疊瓦式逆沖斷裂帶的逆沖期次。

2.3.1 野外觀察結果

野外考察可以限定昆山疊瓦式逆沖斷裂帶逆沖期次的直接地質依據主要有以下幾個方面:

(1) 貍橋逆沖前緣斷層中泥盆系五通群石英砂巖逆沖推覆到下白堊統中分村組火山巖之上(圖5a), 并且影響到下盤的火山巖盆地內部, 在中分村組火山角礫巖中也可識別到逆沖作用形成的斷層面及擦痕(圖8a、b), 茶亭礦區ZK5329中-1000 m以上鉆孔中三疊系殷坑組和和龍山組礫屑灰巖礫石的定向剪切, 并沿泥質成分和灰巖的巖性界面發育密集的逆沖擦痕(圖8c、d), 但并未造成明顯位移和地層缺失, 指示本期逆沖作用至少發生在下白堊統中分村火山巖之后。

(2) 貍橋鎮蘇興礦業大采場南東山坡上, 可見花崗斑巖逆沖到二疊系孤峰組粉砂巖和昆山巖體輝石閃長巖之上(圖9), 輝石閃長巖中有大理巖捕擄體, 這一期逆沖作用還造成孤峰組粉砂巖密集劈理化, 逆沖斷層面的產狀為110°∠36°, 擦痕線理產狀150°∠25°, 指示了由SE向NW的逆沖, 發生在輝石閃長巖侵位之后。

圖9 蘇興礦業刺山逆沖斷層剖面示意圖 Fig.9 Profile of the Cishan thrust fault in the Suxing mining area

(3) 在宣城市貍橋神仙洞, 貍橋逆沖斷層表現為上泥盆統五通群逆沖于上白堊統赤山組之上, 逆沖斷面傾向南東, 傾角較緩, 約10°～30°(圖10), 指示本期逆沖作用至少發生在上白堊統赤山組之后。另外, 無論是地表露頭還是鉆孔巖心都可觀察到在火山巖和輝石閃長巖形成之后, 即晚中生代以來至少發育兩期逆沖作用形成的指示構造(圖5e)或擦痕(圖7f), 說明至少存在兩期逆沖作用。

圖10 宣城市貍橋鎮神仙洞逆沖構造剖面圖 Fig.10 Profile of the thrust structure at Shenxiandong, Liqiao Town, Xuancheng City

2.3.2 年代學約束

為限定晚中生代逆沖斷層活動的具體時間, 本次研究采集了蘇興礦業刺山逆沖斷層下盤昆山巖體輝石閃長巖中樣品(XCK01)進行鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測定, 測試工作在合肥工業大學資源與環境工程學院完成, 定年結果為131.8±2.1 Ma (圖11, 表1)。中國東部晚中生代伸展過程表現為脈動式伸展-擠壓已獲得廣泛共識(Zhang et al., 2003; 舒良樹, 2012; 張岳橋等, 2012; 朱光等, 2018), 并明顯受控于太平洋板塊的俯沖(Sun et al., 2007; Zhu et al., 2012; 朱日祥等, 2012)。近年來, 有學者認為包括郯廬斷裂帶在內的中國東部在早白堊世末存在一期左行平移活動(韓雨等, 2015; 王微等, 2015; 朱光等, 2018; 朱強等, 2021)。

表1 昆山巖體輝石閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年分析結果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Kunshan pyroxene diorite

圖11 昆山巖體輝石閃長巖鋯石U-Pb年齡諧和圖 Fig.11 U-Pb concordia diagrams of zircon from the Kunshan pyroxene diorite

區域上, 下白堊統中分村組火山巖和上白堊統赤山組之間確實存在角度不整合, 說明在早白堊世末到晚白堊世之間存在一期擠壓構造事件。由此, 認為在早白堊世末區內也存在逆沖活動, 與整個中國東部是一致的, 而輝石閃長巖的年齡(132 Ma)即為本期逆沖時代的上限。另外, 昆山疊瓦式逆沖斷裂帶卷入的最新地質體為上白堊統赤山組。鄧佳良等(2020)測得的赤山組ESR 年齡(65.0±6.0 Ma、67.3±6.0 Ma和66.2±6.0 Ma), 說明這一期逆沖構造的開始活動時間至少在65.0±6.0 Ma之后, 為喜山早期, 可能為晚白堊世末-古新世。

綜上所述, 我們認為昆山疊瓦式逆沖斷裂帶至少經歷了三期逆沖活動, 分別為印支期-燕山早期(早中生代)、早白堊世末和晚白堊世末-古新世(晚中生代)。其中, 印支晚期-燕山早期, 區內存在較大的擠壓逆沖(Zhang et al., 2009; Li et al., 2010), 造成古生代地層向北西逆沖疊置, 多具右行活動分量, 表現為右行平移逆斷層。主要的逆沖作用發生在晚中生代, 奠定了現今的斷裂帶構造格局。

3 討 論

3.1 與茅山推覆構造關系

區域上, 茅山推覆構造包括了北東江蘇茅山-花山段和南西安徽貍橋-九連山段, 后者即為本文厘定的昆山疊瓦式逆沖斷裂帶。前人研究表明江蘇段為典型的逆沖推覆構造, 典型剖面有茅山南段花山剖面(圖12a)和茅山北段頂宮剖面(圖12b)。其中, 花山剖面有來自煤田礦區鉆孔資料的約束, 推覆面向深部逐漸變緩, 約為10°～20°, 下盤為上侏羅統-下白堊統(現均為下白堊統)火山巖系, 上盤為古生代地層。頂宮剖面主體出露地層為志留系-下三疊統, 西北側為溧水火山巖盆地, 是推覆構造的前緣帶, 上白堊統紅色砂礫巖和玄武巖在西側零星出露, 組成溧陽斷陷盆地。該推覆構造還發育多個飛來峰和構造窗, 以及茅西前陸凹陷帶和茅東斷陷盆地(韓克從等, 1985; 張德寶和李聲固, 1985; 黃鐘瑾等, 1988; 黃潤生和曹建忠, 2010; 付萍杰等, 2015)。關于其推覆距離, 前人認為花山煤礦鉆孔已控制距離為4 km, 并依據推覆作用、正斷層作用和地球物理資料綜合推測推覆距離超過了10～15 km(韓克從等, 1985; 孫競雄和韋國鈞1985; 黃潤生和曹建忠, 2010)。史大年等(2012)通過天然地震接收函數分析也發現江蘇茅山地區莫霍面存在上下起伏。

本次研究認為昆山疊瓦式逆沖斷裂帶是由一系列NE30°～60°逆沖斷層和NW330°走滑斷層縱橫交錯組成的, 向南西段稍微撒開。剖面上, 一系列NE向逆沖斷層傾向南東, 呈疊瓦式展布(圖4)。該斷裂帶疊加在印支期褶皺之上的, 在多期逆沖作用下, 印支期褶皺保存仍較為完整(仍具一定對稱性), 逆沖作用表現為下盤石炭系和二疊系以及部分泥盆系被貍橋斷層推覆掉和上盤地層的重復疊置。茶亭礦區ZK5329貼近逆沖前緣(貍橋斷層), 鉆孔結果顯示上覆火山巖厚度僅70余米, 說明逆沖作用更像是發生在盆地邊緣, 與花山剖面和頂宮剖面(圖12)明顯不同。我們推測其逆沖推覆水平距離約為5～8 km, 稍少于江蘇段。

圖12 茅山推覆構造經典剖面(據黃潤生和曹建忠, 2010修改) Fig.12 Typical sections of the Maoshan nappe structure

茅山推覆構造總體呈NNE-NE向展布。其中, 江蘇段呈NNE向, 安徽段則呈NE向, 構成反“S”型?？紤]到逆沖方向是由南東向北西的, 因而江蘇處于“S”較為突出的部分(圖1), 而安徽段位置相對更靠南(后)。初步分析認為造成安徽段水平位移量小于江蘇段的主要因素, 可能是南陵盆地之下印支期剛性褶皺基底阻礙, 或者是晚期NW向右行斷層造成的向南東回撤效應(圖3)等。

3.2 逆沖斷裂帶的疊置與演化

3.2.1 斷裂帶的逆沖疊置關系

自印支造山運動以來, 發育了多期褶皺-逆沖作用。印支期-燕山早期褶皺作用形成倒轉復式褶皺, 造成斷裂帶北緣古生代-中生代地層倒轉, 本期擠壓構造是以褶皺作用為主, 逆沖作用次之。主要的逆沖疊置關系形成于晚中生代以來的兩期逆沖活動。

晚中生代的逆沖作用始自早白堊世末, 以逆沖作用為主, 褶皺作用次之。斷裂活動疊加在印支期-燕山早期褶皺和早白堊世初的伸展活動作用之上, 在各地層中廣泛發育, 尤其是在志留系下部、石炭系、中-下二疊統、下三疊統以及巖體與二疊系粉砂巖之間等相關層位存在軟弱層, 構成了區內擠壓逆沖構造的主要界面。具體表現為: 上泥盆統五通群向北西逆沖疊置于在石炭系黃龍組-船山組之上, 黃龍組-船山組又疊置于二疊系棲霞組之上。斷裂帶往東, 在雙井-長山地區, 二疊系棲霞組又疊置于石炭系-志留系之上。另外, 還可見花崗斑巖逆沖疊置于二疊系孤峰組和昆山巖體輝石閃長巖之上。當然, 斷裂帶內最顯著逆沖構造是上泥盆統五通群逆沖疊置于在下白堊統中分村組火山巖和上白堊統赤山組之上。

3.2.2 斷裂帶的演化歷史

貍橋-九連山地區缺失侏羅系, 白堊系主要發育下白堊統中分村組和上白堊統赤山組。區域上, 中分村組和赤山組分別與下伏地層存在兩套角度不整合, 表明在侏羅紀和白堊紀均存在明顯且較長時間的構造-沉積間斷。前已述及, 斷裂構造帶經歷了至少三期逆沖活動事件, 結合南陵和宣城盆地的沉積歷史以及上述區域性角度不整合事件, 將該構造帶自印支期-喜山早期的演化歷史簡述如下:

(1) 印支期-燕山早期(晚三疊世-晚侏羅世), 在華南板塊與華北板塊的碰撞過程中, 位于造山帶前陸位置的長江中下游南陵-宣城地區形成了印支期前陸褶-斷帶(張岳橋等, 2009; Li et al., 2010; 舒良樹, 2012; Wang et al., 2013), 到了燕山早期, 在太平洋板塊平板俯沖作用下, 再次發生大規模逆沖褶皺活動, 并疊加在印支期前陸褶-斷帶之上(Li et al., 2010)。本期以強烈的褶皺作用為主, 并伴隨著一些逆斷層的發育, 造成古生代地層的逆沖疊置, 同時形成滑脫面(包括層間滑脫面和基底滑脫面)。

(2) 早白堊世初, 中國東部強烈的伸展作用使華北板塊巖石圈劇烈減薄, 位于其南部邊緣的長江中下游及其鄰區斷陷盆地發育, 早白堊世巖漿活動強烈。區內江南斷裂重新活化, 受其控制的早白堊世南陵和宣城火山巖盆地開始形成, 在印支期-燕山早期褶皺地層上發育中分村組火山巖。強烈的伸展作用還造成沿著早期滑脫面, 如褶皺的軸面及層間滑脫面和基底滑脫面發生大規模的滑脫作用, 造成局部地層缺失和規?？捎^的構造角礫巖帶。同期成礦侵入巖沿著伸展拉張面侵位, 本期是礦集區內重要的成礦期。

(3) 早白堊世中期-晚白堊世早期, 伸展作用持續進行。早白堊世末中國東部在存在短暫的擠壓事件, 郯廬斷裂帶于本期發生第三次左行平移活動(王微等, 2015; 朱光等, 2018; 朱強等, 2021), 研究區則表現為逆沖斷裂帶第二次逆沖活動, 古生代地層逆沖疊置在中生代中分村組火山巖及早白堊世侵入巖(輝石閃長巖)之上, 本期逆沖活動繼承了早期的斷層面, 破壞了早白堊世初形成的張性構造角礫巖。

(4) 晚白堊世, 長江中下游地區主要表現為燕山晚期伸展狀態下的大規模斷陷盆地發育。周王斷裂重新活化, 并控制著南陵-宣城斷陷盆地。區內昆山斷層發生反轉, 轉為高角度控盆正斷層, 晚白堊世末赤山組接受沉積。在長江中下游局部地區張性活動破壞了早期的逆沖活動, 但從本斷裂構造帶來看, 該現象并不明顯。

(5) 晚白堊世末-古新世, 進入喜山早期, 第三期逆沖活動發生, 造成古生代地層逆沖到了晚白堊世赤山組之上。

3.3 逆沖斷裂帶對成礦的控制作用

近年來, 在昆山逆沖推覆構造下盤的原地系統中發現了茶亭斑巖型銅金礦床, 礦區鉆孔資料顯示昆山逆沖前緣斷層沒有影響到茶亭主礦區(圖7), 逆沖推覆構造對南陵盆地內的原地型茶亭斑巖型銅金礦床沒有明顯的破壞作用。然而, 逆沖推覆構造上盤, 也就是異地構造系統內, 逆沖推覆構造與成礦作用關系顯得十分密切, 陸續發現的銅山-蕎麥山、長山、雙井、獅子山等矽卡巖型、巖漿熱液型10多處中小型金屬礦床(點)明顯受倒轉背斜的翼部、斷裂及層間破碎裂隙等構造控制, 礦體產于碎屑巖與碳酸鹽巖接觸面、碳酸鹽巖斷層構造破碎帶、侵入巖裂隙和侵入巖與圍巖接觸構造帶附近。逆沖推覆構造的多期活動不僅控制還破壞了早白堊世成礦系統。

具體來看, 始于印支期-燕山早期的逆沖斷層面在早白堊世重新活化, 與褶皺虛脫部位、軸面、劈理面以及層間滑脫帶一同構成區內重要的控巖控礦構造, 很明顯的, 早白堊世末逆沖推覆、晚白堊世伸展滑脫和晚白堊世末-古近紀的逆沖推覆等晚期活動破壞了礦體。但是, 本次工作認為昆山疊瓦式逆沖斷裂帶水平位移約5～8 km, 位移量并不大, 且在核心礦產區的深度均超過了2 km, 對礦產的破壞作用也是有限的, 因而貍橋-九連山地區依然是礦集區內具有巨大潛力的找礦區域之一。同時, 逆沖推覆系統也使得在前緣斷層的下盤尋找異地型矽卡巖型、巖漿熱液型礦床成為可能。

4 結 論

本次工作通過對貍橋-九連山一帶的褶皺-逆沖斷裂帶構造地質剖面實測, 利用高分辨率反射地震、大地電磁測深、高精度重磁測量等方法的三維綜合地球物理探測技術和重點礦區鉆孔資料進行約束, 厘定出了“昆山疊瓦式逆沖斷裂帶”, 并查明了其幾何學、運動學特征和深部結構, 取得結論如下:

(1) 昆山疊瓦式逆沖斷裂帶作為茅山推覆構造南延安徽段, 由一系列疊瓦式逆沖斷層組成, 水平位移量小于江蘇段。

(2) 野外證據及定年結果顯示, 擠壓應力方向為NW-SE向, 斷裂帶經歷了至少三期逆沖活動, 分別為印支期-燕山早期(早中生代)、早白堊世中期和晚白堊世末-古新世(晚中生代)。

(3) 斷裂構造帶自印支期以來經歷了擠壓(印支期-燕山早期)-伸展(早白堊世)-擠壓(早白堊世中期)-伸展(晚白堊世)-擠壓(晚白堊世末-古新世)多構造旋回的演化過程。

(4) 逆沖推覆構造對于原地型茶亭斑巖型礦床沒有影響, 但對異地型矽卡巖型和巖漿熱液型礦床具有一定的破壞作用, 但影響不大, 貍橋-九連山地區依然是礦集區內具有巨大潛力的找礦區域之一。

致謝:感謝安徽省勘查技術院、安徽省地質礦產勘查局322地質隊、華東冶金地質勘查局812地質隊和華東冶金地質勘查研究院等單位提供的大量鉆孔資料, 感謝合肥工業大學宋傳中教授和任升蓮教授的悉心指導, 感謝參與地球物理數據收集和處理的所有人員, 并感謝兩位審稿專家對本文提出的寶貴意見。