李王鵬 ,劉少峰 ,錢 濤

(1.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;5.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081)

0 引 言

大陸碰撞造山過程是大陸動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域的重要科學(xué)問題之一,由于板塊俯沖和碰撞的動(dòng)力學(xué)機(jī)制等因素存在差異,板塊之間的碰撞拼合可以表現(xiàn)出正向的、斜向的和旋轉(zhuǎn)的等多種不同的形式(Sengor et al.,1985;Okay and Sengor,1992;Meng et al.,2005)。現(xiàn)有的研究表明,華北板塊與揚(yáng)子板塊在早中生代自東向西發(fā)生碰撞,并逐步向西閉合(Zhao and Coe,1987;Nie et al.,1994;Liu et al.,2005)。最初,Okay and Sengor (1992)提出了華北板塊和揚(yáng)子板塊的正向碰撞模型。Yin and Nie (1993)和Zhang (2002)則提出了板塊的楔入模型,不過前者認(rèn)為郯廬斷裂帶以東、朝鮮以西的下?lián)P子板塊由南向北楔入,而后者認(rèn)為華北板塊由北向南楔入。區(qū)別于以上模型,Eide (1993)認(rèn)為揚(yáng)子板塊以與華北板塊先期碰撞的東部地區(qū)為軸心,相對(duì)華北板塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn),由東向西穿時(shí)閉合,并得到其他學(xué)者認(rèn)可(Yokoyama et al.,2001;Meng et al.,2005;Zhang et al.,2007;王二七和孟慶任,2008)。然而,另一些學(xué)者(Gilder et al.,1999;Liu et al.,2005;Zhu et al.,2009)在對(duì)大別造山帶和郯廬斷裂帶進(jìn)行相關(guān)的構(gòu)造與沉積學(xué)工作之后,認(rèn)為揚(yáng)子板塊可能相對(duì)華北板塊以斜向俯沖的碰撞方式自東向西拼合。上述研究表明,華北板塊與揚(yáng)子板塊的具體關(guān)閉過程存在不同的認(rèn)識(shí),碰撞方式不清,爭(zhēng)議較大。

城口-房縣斷裂帶作為勉略縫合帶的地表露頭(張國(guó)偉等,2001),是分割秦嶺–大別微板塊和揚(yáng)子板塊的構(gòu)造邊界,其構(gòu)造變形特征及演化有可能直接記錄了大陸碰撞過程的證據(jù)。因此,對(duì)其進(jìn)行研究有利于了解華北板塊(秦嶺–大別微板塊)與揚(yáng)子板塊的同碰撞構(gòu)造變形過程。本文基于大量詳實(shí)的野外地質(zhì)調(diào)查、構(gòu)造解析和顯微構(gòu)造觀察,依據(jù)分段性特征,系統(tǒng)解析了城口–房縣斷裂帶的構(gòu)造變形特征、走滑性質(zhì)及其演化,為認(rèn)識(shí)華北板塊與揚(yáng)子板塊的拼合過程及方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

現(xiàn)有的地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、地球物理和地質(zhì)年代學(xué)等綜合研究表明,秦嶺–大別造山帶呈現(xiàn)“三板塊(華北板塊、秦嶺–大別微板塊和揚(yáng)子板塊)沿兩縫合帶(商丹縫合帶和勉略縫合帶)”俯沖碰撞的構(gòu)造格局(張國(guó)偉等,2001,2003,2004)。其中,城口–房縣斷裂帶既分割南、北大巴山,也分割秦嶺–大別微板塊和揚(yáng)子板塊,西臨漢南–米倉(cāng)山隆起,東接神農(nóng)架–黃陵隆起,整體呈SW向弧形凸出(圖1,張國(guó)偉等,2001)。

圖1 大巴山及其鄰區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline of the Dabashan and its adjacent areas

城口–房縣斷裂帶以北與安康斷裂以南的地區(qū)為北大巴山,主要發(fā)育淺變質(zhì)的下古生界和部分變質(zhì)的前寒武系,同時(shí)在下古生界中發(fā)育NW-SE向的侵入巖、火山巖以及少量基性巖脈,這些巖脈僅發(fā)育在城口–房縣斷裂帶以北的北大巴山,城口–房縣斷裂帶以南的南大巴山?jīng)]有巖脈發(fā)育(雒昆利和端木和順,2001;王存智等,2009;王瑞瑞等,2011;鄒先武等,2011)。自北向南北大巴山發(fā)育一系列總體呈 NW-SE走向,并被城口–房縣斷裂帶東西兩端截切的逆沖斷層:安康斷裂、紅椿壩斷裂、高橋斷裂和魯家坪斷裂,將北大巴山分割為鳳凰山推覆體、平利–紫陽(yáng)推覆體、高橋推覆體、高灘推覆體和魯家坪推覆體(張國(guó)偉等,2001;董云鵬等,2008)。

城口–房縣斷裂帶與鐵溪–巫溪隱伏斷裂之間的地區(qū)為南大巴山,是由于北大巴山向南逆沖推覆過程中受到漢南–米倉(cāng)山及神農(nóng)架剛性隆起的阻擋,形成SW向弧形構(gòu)造帶(張國(guó)偉等,2003;李智武等,2006;李巖峰等,2008;徐揚(yáng)等,2009;Hu et al.,2012;Shi et al.,2012)。該地區(qū)出露南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系,缺失泥盆系和石炭系。南大巴山弧形構(gòu)造帶發(fā)育一系列走向近似平行于城口–房縣斷裂帶的斷裂:興隆場(chǎng)斷裂、坪壩斷裂和鎮(zhèn)巴–雞鳴寺斷裂。

2 構(gòu)造分段特征

城口–房縣斷裂帶總體呈SW向凸出弧形展布,根據(jù)主構(gòu)造線構(gòu)造走向及變形樣式可以劃分為三段:西段總體呈 S-N走向,并有波狀彎曲;中段走向呈NW-SE向,與北大巴山主構(gòu)造線延伸方向平行;東段呈近E-W向延伸(張國(guó)偉等,2001;胡健民等,2009)。

2.1 城口-房縣斷裂帶西段

大巴山弧形構(gòu)造帶西段發(fā)育數(shù)條斷裂面傾向及運(yùn)動(dòng)方向一致的逆沖斷裂,包括城口–房縣斷裂帶、興隆場(chǎng)斷裂、坪壩斷裂和鎮(zhèn)巴–雞鳴寺斷裂,在本文關(guān)于城口–房縣斷裂帶西段的描述中,將它們歸納在一起作為廣義上的城口–房縣斷裂帶西段討論。

2.1.1 城口–房縣斷裂

城口–房縣斷裂帶西段是大巴山弧型斷裂的西北部斷裂,向北可延伸至石泉縣以南,向南穿過紫陽(yáng)縣麻柳鎮(zhèn),總體走向呈 S-N向,在觀音鎮(zhèn)以南向NNW-SSE向漸變過渡,自北向南將北大巴山地區(qū)發(fā)育的漢王–流水店斷裂、紅椿壩斷裂、高橋斷裂、高灘斷裂和魯家坪斷裂依次截切。局部區(qū)域上,城口–房縣斷裂帶的喜河–觀音段斷裂構(gòu)成高川地體的東緣構(gòu)造邊界,并在喜河鎮(zhèn)附近波狀彎曲變形。

城口–房縣斷裂帶西段斷裂面向東陡傾,該地區(qū)斷裂的上盤發(fā)育新元古界耀嶺河組淺變質(zhì)基性火山巖、南華系南沱組冰磧礫巖,下古生界洞河群灰?guī)r等;斷裂的下盤主要出露上泥盆統(tǒng)蟠龍山組、二疊系郭家埡組和下三疊統(tǒng)大冶組、嘉陵江組。斷裂上盤的灰綠色南沱組冰磧礫巖中,發(fā)育大量具有拖尾現(xiàn)象的礫石(圖2a),礫石成分以花崗質(zhì)為主,還有少量的灰?guī)r。通過對(duì)礫石旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)狀的大量統(tǒng)計(jì),礫石旋轉(zhuǎn)軸的優(yōu)勢(shì)方位為SE-SSE向陡傾。斷裂帶內(nèi)巖石變形強(qiáng)烈,斷裂面總體向東陡傾,傾角35°～75°,帶內(nèi)巖層中發(fā)育大量的傾豎褶皺,褶皺樞紐傾向SE-SSE,傾角50°～80°。種種地質(zhì)事實(shí)證明城口–房縣斷裂帶在該地區(qū)呈現(xiàn)高角度逆沖和右行走滑的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。區(qū)域上,城口–房縣斷裂帶以西的高川地體內(nèi)部發(fā)育多條走向近S-N的高角度右行走滑斷層,以及大量的軸向近S-N向的剪切褶皺,共同組成了一個(gè)近S-N向右行走滑剪切變形的構(gòu)造系統(tǒng)(胡健民等,2008;劉戰(zhàn)慶等,2011)。

2.1.2 興隆場(chǎng)斷裂

興隆場(chǎng)斷裂起始于西鄉(xiāng)茶鎮(zhèn)附近,與鎮(zhèn)巴–雞鳴寺斷裂交匯,走向總體呈NNW-SSE向,至麻柳鎮(zhèn)附近與城口–房縣斷裂帶交匯平行,斷層面主要向東陡傾。斷裂上盤主要出露地層為下寒武統(tǒng),斷裂下盤以出露三疊系為主,以及震旦系和古生界。在興隆場(chǎng)鎮(zhèn)西北方 2 km處出露興隆場(chǎng)斷裂地表露頭變形帶,變形帶內(nèi)寒武系灰?guī)r變形強(qiáng)烈,兩翼緊閉,層面總體向NE-E傾斜,樞紐向S-SSE陡傾(圖2b)。興隆場(chǎng)鎮(zhèn)以南2 km處亦發(fā)育有一小型構(gòu)造變形帶,但是由于地表風(fēng)化和客觀環(huán)境的破壞作用,該地表露頭保存不完整,不過向SE陡傾的褶皺樞紐依然可以被識(shí)別(圖2c)。綜上所述,結(jié)合其由東向西的逆沖方向可知,興隆場(chǎng)斷裂具有右行走滑的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

2.1.3 坪壩斷裂

坪壩斷裂位于鎮(zhèn)巴–雞鳴寺斷裂的東側(cè),起始端在司上以東附近,在大巴山西翼走向幾乎平行于鎮(zhèn)巴–雞鳴寺斷裂,向南經(jīng)麻柳鎮(zhèn)以西向南東延伸,斷裂面高角度向NEE陡傾。斷裂上盤主要發(fā)育南華系和震旦系,下盤以發(fā)育下古生界寒武系、奧陶系、志留系和二疊系為主,同時(shí)也發(fā)育下三疊統(tǒng)大冶組。在紫陽(yáng)縣麻柳鎮(zhèn)西南的奧陶系灰綠色砂質(zhì)頁(yè)巖中發(fā)育一系列樞紐SE向陡傾的緊閉傾豎褶皺(圖2d),同時(shí)還發(fā)育北東翼緩于南西翼的不對(duì)稱褶皺,指示由NE向SW的右行走滑式逆沖運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)。

2.1.4 鎮(zhèn)巴-雞鳴寺斷裂

鎮(zhèn)巴-雞鳴寺斷裂為城口–房縣斷裂帶西段最西側(cè)的構(gòu)造邊界,斷裂北端始于茶鎮(zhèn)附近,走向呈SW向經(jīng)司上轉(zhuǎn)為 NNW-SSE向一直向城口縣雞鳴寺鄉(xiāng)延伸,斷裂東盤主要發(fā)育南華系南沱組冰磧礫巖,向西逆沖于二疊系–三疊系灰?guī)r及白云巖之上。

小洋鎮(zhèn)位于鎮(zhèn)巴縣城以南,鎮(zhèn)巴–雞鳴寺斷裂從其西側(cè)穿過,該觀測(cè)點(diǎn)以西出露下三疊統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r,地層呈 NEE 向陡傾(76°∠73°,81°∠65°),發(fā)育多個(gè)北東翼長(zhǎng)緩、南西翼短陡,樞紐SE向陡傾的不對(duì)稱褶皺,以及斷層面東傾的一系列小斷層,指示由NEE向SWW方向兼具右行走滑式逆沖的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)。小洋鎮(zhèn)以東斷裂上盤出露灰綠色的南沱組冰磧礫巖,發(fā)育大量NE向陡傾的劈理,同時(shí)含有大量的具有拖尾現(xiàn)象的礫石,礫石成分以花崗質(zhì)為主,礫石旋轉(zhuǎn)軸的優(yōu)勢(shì)方位為SE-SSE向陡傾,指示鎮(zhèn)巴-雞鳴寺斷裂在該區(qū)域由東向西高角度逆沖及強(qiáng)烈的右行走滑運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)。以上類似現(xiàn)象,鎮(zhèn)巴縣以東的高橋鄉(xiāng)附近也有發(fā)育。

圖2 城口–房縣斷裂帶的構(gòu)造變形特征Fig.2 Structural features of the Chengkou-Fangxian fault zone

鎮(zhèn)巴–雞鳴寺斷裂上盤的南華系南沱組冰磧礫巖過小洋鎮(zhèn)向南西方向尖滅,地層逐漸以出露下古生界為主,地表露頭顯示,巖層變形強(qiáng)烈(圖2e),破碎嚴(yán)重,發(fā)育透鏡體,巖層產(chǎn)狀總體向NE陡傾,同時(shí)發(fā)育大量的尖棱傾豎褶皺,樞紐的優(yōu)勢(shì)方位為SE向陡傾(圖2f),指示強(qiáng)烈的右行走滑特征。

2.2 城口–房縣斷裂帶中段

經(jīng)紫陽(yáng)縣麻柳鎮(zhèn)向東至城口縣東安鄉(xiāng),城口-房縣斷裂帶走向呈NW-SE向,與北大巴山構(gòu)造線總體平行,斷裂面總體NE向傾斜(圖1)。斷裂上盤主要發(fā)育南華系南沱組灰綠色冰磧礫巖,其中發(fā)育大量NE向陡傾的劈理,表現(xiàn)出NE-SW的逆沖性質(zhì)。冰磧礫巖中含有較多礫石,以花崗質(zhì)為主,礫石多有拉伸變形,礫石主旋轉(zhuǎn)軸主要向 SE高角度陡傾,同時(shí)又顯示出右行走滑性質(zhì)。

在麻柳–大竹一帶,城口–房縣斷裂帶出露寬約3 km的強(qiáng)變形帶。帶內(nèi)發(fā)育大量不對(duì)稱的、緊閉的傾豎褶皺(圖2g、h)和數(shù)條由SW向NE逆沖的反向逆沖斷層。區(qū)域內(nèi)地層及斷層面主要向 SW 傾斜,褶皺樞紐總體向 NW-NNW 陡傾,樞紐傾角集中在60°～90°,不對(duì)稱褶皺的南西翼明顯要長(zhǎng)且緩于北東翼(圖3a)。麻柳鎮(zhèn)以北的南華系南沱組冰磧礫巖的顯微構(gòu)造中,存在指示右行走滑的書斜構(gòu)造(圖3b)。種種地質(zhì)事實(shí)說明該斷裂帶為總體指向北的右行走滑式逆沖帶,該地區(qū)由南向北逆沖的斷層與由北向南逆沖的斷層共同組成了正花狀構(gòu)造(圖4A-A′)。

在鐘亭一帶,城口–房縣斷裂帶表現(xiàn)為主斷裂以及數(shù)條分支斷裂呈 NW-SE向平行發(fā)育于南華系南沱組冰磧礫巖及寒武系魯家坪組硅質(zhì)灰?guī)r及炭質(zhì)板巖中,斷裂面 NE向陡傾,并依次堆疊呈疊瓦式(圖4B-B′)。鐘亭鄉(xiāng)西北,可觀測(cè)到南華系南沱組灰綠色冰磧礫巖逆沖于寒武系魯家坪組硅質(zhì)巖之上,斷層面產(chǎn)狀51°72°,∠斷裂下盤的寒武系薄層硅質(zhì)巖地層變形強(qiáng)烈,發(fā)育順層拖尾的硅質(zhì)巖透鏡體和樞紐NEE向陡傾的傾豎褶皺,顯示該斷裂帶具右旋走滑的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(圖3c)。此外,城口縣附近的修齊、高觀等地的南華系南沱組冰磧礫巖中同樣發(fā)育大量具有拖尾現(xiàn)象的礫石。露頭上觀測(cè)顯示,礫石成分主要為花崗巖和少量的硅質(zhì)巖及灰?guī)r,呈扁豆?fàn)町a(chǎn)出,順片理方向壓扁拉長(zhǎng),礫石旋轉(zhuǎn)軸的優(yōu)勢(shì)方位為SE向陡傾,指示城口–房縣斷裂帶的右行走滑構(gòu)造性質(zhì)。

2.3 城口–房縣斷裂帶東段

城口–房縣斷裂帶經(jīng)城口縣東安鄉(xiāng)走向由 NWSE向突變?yōu)榻麰-W向,延伸至房縣。斷裂上盤出露震旦系、下寒武統(tǒng)–下志留統(tǒng),下盤出露下古生界寒武系、奧陶系和志留系。北大巴山數(shù)條NW-SE向構(gòu)造線在此高角度交截或復(fù)合歸并于城口–房縣斷裂帶東段NEE向的構(gòu)造線內(nèi)(圖1)。

東安鄉(xiāng)地處城口–房縣斷裂帶中、東段的交匯處,其北側(cè)的新元古界耀嶺河組灰綠色凝灰板巖中出露寬約25 m的破碎帶,在破碎帶附近有較多的礫石順層發(fā)育,多具拉伸變形,對(duì)垂直于礫石主拉伸面的長(zhǎng)軸方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì),軸向主要呈SE向高角度傾伏,礫石拖尾現(xiàn)象指示出右行走滑性質(zhì)(圖3d)。東安鄉(xiāng)以南的寒武系灰?guī)r中發(fā)育較多的不對(duì)稱倒轉(zhuǎn)背斜和向斜(圖4C-C′),軸面總體向北傾斜,指示城口–房縣斷裂帶東段由北向南逆沖的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)。

經(jīng)野外勘查與實(shí)測(cè),右行走滑的變形特征貫穿城口–房縣斷裂帶東段,與西段和中段不同的是,自鎮(zhèn)坪縣鐘寶鎮(zhèn)開始一直向東延伸,還發(fā)育典型的左行走滑變形,并將早期的右行走滑現(xiàn)象疊加改造。例如,鐘寶鎮(zhèn)以南過鐘寶大橋震旦系燈影組白云巖變形強(qiáng)烈,斷裂破碎帶地表露頭寬約 65 m,發(fā)育多條斷層面 N-NE向傾斜的斷層,斷層面擦痕的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)指示斷層上盤由北向南高角度逆沖在寒武系水井沱組灰?guī)r之上(圖4D-D′)。在斷裂帶附近的震旦系燈影組白云巖中發(fā)育大量?jī)A豎褶皺和緊閉褶皺。通過野外露頭統(tǒng)計(jì),得出兩組分別指示該地區(qū)城口–房縣斷裂帶右行走滑和左行走滑的傾豎褶皺,一組褶皺樞紐 NWW-NW向陡傾,傾角在70°～80°;而另一組褶皺樞紐 SEE-EW 向陡傾,傾角在 50°～70°,同時(shí)褶皺的疊加改造作用表明右行走滑的發(fā)育要早于左行走滑,并被后期的左行走滑疊加改造,導(dǎo)致指示右行走滑性質(zhì)的褶皺樞紐傾向相對(duì)要無(wú)序。城口–房縣斷裂帶房縣段,南秦嶺的武當(dāng)群淺變質(zhì)巖高角度向南逆沖在震旦系燈影組白云巖之上,由北向南逆沖的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)明顯。在房縣至野人谷鎮(zhèn)一帶的野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,發(fā)育兩組傾豎褶皺(圖4F-F′):一組褶皺樞紐向E-SE陡傾,傾角在40°～75°,指示右行走滑特性;另一組褶皺樞紐向W-NW陡傾,傾角在45°～80°,指示左行走滑特性。

圖3 城口–房縣斷裂帶的構(gòu)造變形特征及顯微構(gòu)造Fig.3 Photos showing the structural and microstructural features of the Chengkou-Fangxian fault zone

圖4 城口–房縣斷裂帶的相關(guān)構(gòu)造剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Structural cross-sections across the Chengkou-Fangxian fault zone

豐溪鎮(zhèn)附近還發(fā)育典型的左行走滑斷裂帶,斷裂帶內(nèi)構(gòu)造巖的顯微構(gòu)造也指示左行走滑現(xiàn)象(圖3e)。在該鎮(zhèn)以東的寒武系水井沱組中出露寬約40 m的走滑破碎帶,其中薄層灰?guī)r、硅質(zhì)巖、泥巖發(fā)育,地層呈波浪狀起伏,產(chǎn)狀總體傾向NNW-N,發(fā)育一系列斷層面N-NNE傾的小逆沖斷層,同時(shí)還發(fā)育大量的尖棱褶皺、緊閉褶皺,樞紐總體向NW-NNW陡傾,指示城口–房縣斷裂帶在該地區(qū)強(qiáng)烈的左行走滑式逆沖。此外,指示右行走滑性質(zhì)(圖3f、g)和左行走滑性質(zhì)(圖3h)的地質(zhì)現(xiàn)象在城口–房縣斷裂帶東段的其他地區(qū)皆有發(fā)育。

因此,城口–房縣斷裂帶東段發(fā)育右行走滑和左行走滑構(gòu)造變形,并且越向東延伸(東安鄉(xiāng)至房縣),后期的左行走滑變形表現(xiàn)越清楚越強(qiáng)烈,但是兩種走滑現(xiàn)象卻一直同時(shí)存在。

2.4 走滑斷裂帶的厘定

造成樞紐陡傾這一現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè):一個(gè)是兩期褶皺的疊加作用,早期樞紐水平的褶皺被后期來自垂直方向的橫向褶皺疊加,早期褶皺變形后近直立的巖層會(huì)發(fā)生褶皺變形形成近直立的褶皺樞紐;另一個(gè)則是走滑作用。文中所述的傾豎褶皺都是經(jīng)過野外實(shí)際勘測(cè)和客觀篩選,排除了褶皺疊加作用造成樞紐陡傾的影響,能夠指示走滑性質(zhì)。在城口–房縣斷裂帶附近觀測(cè)到的傾豎褶皺出露具有典型的分帶性,并且野外觀察也沒有明顯的疊加證據(jù)表明這些直立的樞紐是由于褶皺疊加形成。因此,大量詳實(shí)的野外測(cè)量數(shù)據(jù)和構(gòu)造解析綜合分析表明,城口–房縣斷裂帶發(fā)育兩條走滑斷裂帶(圖1),且具有不同的走滑性質(zhì):右行走滑變形(圖5)和左行走滑變形(圖6)。盡管右行走滑變形貫穿城口–房縣斷裂帶,但是不同性質(zhì)走滑變形的主體分布范圍具有規(guī)律性變化,具體的分布范圍為野外實(shí)地追蹤。由于整個(gè)高川地體內(nèi)部的右行走滑特性,城口–房縣斷裂帶西段的右行走滑斷裂帶展布范圍較寬,整體呈西寬東窄,順著城口–房縣斷裂帶的走向逐漸延伸至房縣。左行走滑斷裂帶,自鐘寶一帶發(fā)育并向房縣-野人谷一線,呈喇叭口式由窄變寬逐步延伸,并將鐘寶以東的右行走滑現(xiàn)象疊加和改造。城口-房縣斷裂帶的西段和中段主要發(fā)育右行走滑,而東段早期的右行走滑特性和晚期的左行走滑特性共存。

3 變形時(shí)序分析

研究區(qū)沒有發(fā)生過強(qiáng)烈的構(gòu)造熱事件,沒有強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用,尤其是缺乏新生的同構(gòu)造變形礦物,因此,很難用常規(guī)的年代學(xué)手段進(jìn)行測(cè)試,對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的時(shí)序關(guān)系主要從構(gòu)造接觸關(guān)系和區(qū)域構(gòu)造分析上推測(cè)。大量的研究表明揚(yáng)子板塊和華北板塊的碰撞拼合時(shí)間在中–晚三疊世(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),在城口縣坪壩鎮(zhèn),上三疊統(tǒng)須家河組礫巖和砂巖角度不整合在下三疊統(tǒng)灰?guī)r之上(圖7a,d),下伏灰?guī)r中出露樞紐向E-SE陡傾的褶皺(圖7e),在其附近還發(fā)育有指示對(duì)盤向左側(cè)運(yùn)動(dòng)的擦痕階步,結(jié)合區(qū)域上的運(yùn)動(dòng)學(xué)方向,這些地質(zhì)現(xiàn)象指示右行走滑特征。在該觀測(cè)點(diǎn)以西的萬(wàn)源市大竹鎮(zhèn)發(fā)育類似的地層角度不整合接觸關(guān)系(圖7b,f,g),在其下伏的下三疊統(tǒng)灰?guī)r中發(fā)育大量的樞紐總體向NEE陡傾并指示右行走滑特性的褶皺(圖7g),而在上覆地層中卻未出露此類現(xiàn)象。因此,我們推測(cè)沿著城口–房縣斷裂帶發(fā)育的右行走滑式逆沖現(xiàn)象可能與中三疊世晚期發(fā)生在大巴山地區(qū)的板塊碰撞事件有關(guān),為同碰撞構(gòu)造。當(dāng)然城口–房縣斷裂帶西段可能疊加了后期由于北大巴山逆沖推覆作用形成的右行走滑作用,雖然城口–房縣斷裂帶西段由于板塊碰撞和北大巴山逆沖推覆作用形成的右行走滑現(xiàn)象還不能夠被精細(xì)地區(qū)分開,但是這并不影響我們對(duì)由西向東貫穿城口–房縣斷裂帶的右行走滑斷裂帶的厘定和時(shí)代的推測(cè)。因?yàn)楸贝蟀蜕降哪鏇_推覆只能在城口–房縣斷裂帶的西側(cè)產(chǎn)生右行走滑現(xiàn)象(劉戰(zhàn)慶等,2011),而這一地質(zhì)事實(shí)不能解釋城口–房縣斷裂帶由西向東都發(fā)育典型的右行走滑特性,這必然是另一個(gè)地質(zhì)事件造成的,即我們所述的板塊碰撞事件。

圖5 城口–房縣斷裂帶發(fā)育的右行走滑性質(zhì)示意圖Fig.5 Plot showing the dextral strike-slip along the Chengkou-Fangxian fault zone

圖6 城口–房縣斷裂帶東段發(fā)育的左行走滑性質(zhì)示意圖Fig.6 Plot showing the sinistral strike-slip along the eastern segment of the Chengkou-Fangxian fault zone

在板塊碰撞事件之后,由于北大巴山的逆沖推覆導(dǎo)致了陸內(nèi)造山作用的開始。北大巴山內(nèi)部的紫陽(yáng)縣紅椿壩一帶中–下侏羅統(tǒng)礫巖角度不整合在志留系之上(圖7c,h,i),這一地質(zhì)事實(shí)極有可能為板塊碰撞造山與陸內(nèi)造山的過渡階段,即北大巴山逆沖推覆的初始階段。上覆的中–下侏羅統(tǒng)礫巖由于后期逆沖推覆作用又被志留系掩覆(圖7h),同時(shí)上白堊統(tǒng)和古近系砂礫巖角度不整合在下伏地層之上的現(xiàn)象在安康、房縣和竹山地區(qū)皆有出露(圖1,Shi et al.,2012),說明北大巴山大規(guī)模的逆沖推覆可能發(fā)生在晚侏羅世–早白堊世。在北大巴山的逆沖推覆過程中由于東西兩側(cè)砥柱的影響,在其東段形成了左行走滑構(gòu)造,因此,城口–房縣斷裂帶東段的左行走滑斷裂帶的形成與北大巴山的逆沖推覆有關(guān),可能形成于晚侏羅世–早白堊世。

4 構(gòu)造變形機(jī)制及演化

圖7 大巴山地區(qū)三處角度不整合的構(gòu)造變形特征(a.坪壩剖面,b.大竹剖面,c.紅椿壩剖面)Fig.7 Structural features of three angular unconformities in the Dabashan area (a.Pingba section,b.Dazhu section,c.Hongchunba section)

城口–房縣斷裂帶南北兩側(cè)的構(gòu)造線展布差異較大,南側(cè)的構(gòu)造線平行于城口–房縣斷裂帶呈弧形展布,而北側(cè)的構(gòu)造線總體呈NW-SE向展布,兩端為城口–房縣斷裂帶所截切。同時(shí)北大巴山地區(qū)發(fā)育大量的 NW-SE向順層或者切層侵入的基性巖墻和堿性巖脈,并且這些巖脈嚴(yán)格地終止在城口–房縣斷裂帶以北。種種跡象表明,大巴山地區(qū)的構(gòu)造格局和城口–房縣斷裂帶的形成很難用經(jīng)典的碰撞造山模式來解釋。如果按照常規(guī)的碰撞造山模式來說,當(dāng)邊界斷裂發(fā)生弧形彎曲時(shí),內(nèi)部的構(gòu)造線相應(yīng)地會(huì)發(fā)生同步彎曲變形(Macedo and Marshak,1999),例如西昆侖–帕米爾弧形構(gòu)造(曲國(guó)勝等,1996;沈軍等,2001),而事實(shí)卻并非如此。張?jiān)罉虻?2010)和王瑞瑞等(2011)通過設(shè)定不同的限制條件,對(duì)大巴山構(gòu)造帶的逆沖推覆過程進(jìn)行砂箱模擬試驗(yàn),認(rèn)為大巴山弧形構(gòu)造帶的形成與早期伸展背景下的弧形邊界(早期的城口–房縣斷裂帶)密不可分,否則只在其他因素的作用下不能形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。北大巴山地區(qū)基性巖墻群的巖石地球化學(xué)特征與鋯石U-Pb定年所反映的大地構(gòu)造意義也表明(雒昆利和端木和順,2001;王存智等,2009;鄒先武等,2011),城口–房縣斷裂帶可能在新元古代或早古生代的伸展背景下已經(jīng)成為了重要的邊界,控制著該地區(qū)的巖漿活動(dòng)和沉積環(huán)境。因此,城口–房縣斷裂帶的先存性影響了大巴山地區(qū)的構(gòu)造演化及現(xiàn)今的構(gòu)造格局,并且早期的城口–房縣斷裂帶及北大巴山內(nèi)部的斷裂經(jīng)歷了不同的構(gòu)造演化歷史(何建坤等,1999),在華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞前就存在。

圖8 城口–房縣斷裂帶的構(gòu)造演化模型Fig.8 Kinematic model for the tectonic evolution of the Chengkou-Fangxian fault zone

中–晚三疊世形成的勉略縫合帶代表了華北板塊與揚(yáng)子板塊的最終拼合(Zhang et al.,1996;Meng and Zhang,2000),位于城口–房縣斷裂帶附近的坪壩與大竹兩處的角度不整合暗示在大巴山地區(qū)的板塊拼合時(shí)間應(yīng)該是中三疊世。在這個(gè)時(shí)期,揚(yáng)子板塊相對(duì)華北板塊斜向俯沖,導(dǎo)致城口–房縣斷裂帶及北大巴山地區(qū)發(fā)育了大量的右行走滑同碰撞構(gòu)造(圖8a)。其中,城口–房縣斷裂帶及其北側(cè)斷裂在兩板塊碰撞之前就已經(jīng)是區(qū)域上重要的構(gòu)造邊界。勉略洋閉合之后,揚(yáng)子板塊持續(xù)性地向華北板塊下俯沖,激發(fā)了北大巴山的逆沖推覆作用(Dong et al.,2013)。北大巴山地區(qū)的這次逆沖事件導(dǎo)致了秦嶺造山帶的陸內(nèi)造山作用,并且該事件的開始不會(huì)晚于晚三疊世。在北大巴山的逆沖推覆過程中,城口–房縣斷裂帶既是北大巴山推覆體最主要的滑脫面,也是逆沖的最前緣帶,由于漢南–米倉(cāng)山隆起(西側(cè))和神農(nóng)架隆起(東側(cè))的阻擋作用(Wang et al.,2003;張國(guó)偉等,2003,2004),導(dǎo)致最初的城口–房縣斷裂帶開始呈弧形彎曲變形(圖8b)。在晚侏羅世–早白堊世,北大巴山進(jìn)一步地大規(guī)模向 SW 逆沖推覆,進(jìn)而導(dǎo)致城口–房縣斷裂帶的東段發(fā)育大量左行走滑構(gòu)造,并且將早期由于板塊碰撞作用形成的右行走滑構(gòu)造疊加和改造(圖8c)。同時(shí)北大巴山內(nèi)部一系列NW-SE走向斷裂的兩端被城口–房縣斷裂帶截切,指示呈弧形彎曲的城口–房縣斷裂帶的形成要晚于其北側(cè)被截切的斷裂(圖8c)。最終,北大巴山的前緣斷裂形成了現(xiàn)今向 SW 凸出的弧形斷裂帶,并發(fā)育兩條走滑性質(zhì)不同的走滑斷裂帶。

5 結(jié) 論

通過大量詳實(shí)的野外觀測(cè),并結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)資料,厘定出城口–房縣斷裂帶存在兩條不同性質(zhì)的走滑斷裂帶。右行走滑斷裂帶貫穿整個(gè)城口–房縣斷裂帶,由西向東右行走滑斷裂帶范圍由寬變窄(西段可能疊加陸內(nèi)造山作用形成的右行走滑性質(zhì)),其形成可能與中三疊世揚(yáng)子板塊與華北板塊的碰撞有關(guān),指示兩者之間的碰撞拼合方式為斜向碰撞。左行走滑斷裂帶,僅在城口–房縣斷裂帶東段發(fā)育,自鎮(zhèn)坪縣鐘寶鎮(zhèn)附近向東延伸至房縣一帶,由西向東左行走滑斷裂帶范圍由窄變寬呈喇叭口式擴(kuò)展,其成因與晚侏羅世–早白堊世的陸內(nèi)造山作用有關(guān),由北大巴山向SW逆沖推覆過程中受東西兩側(cè)砥柱作用的阻礙而形成,并將東段早期發(fā)育的右行走滑現(xiàn)象疊加和改造。

致謝:衷心感謝長(zhǎng)安大學(xué)裴先治教授、成都理工大學(xué)李智武副教授及另一位匿名審稿專家在一審、二審和終審過程中給本文提出諸多的修改意見及建議。本文最初的野外工作得到了陳代鑫、朱華、竇國(guó)興及杜萬(wàn)風(fēng)等研究生的協(xié)助,在此一并感謝。

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