何嬌月， 王金貴， 申宗義， 郭彬， 陳圓圓， 季虹， 張立國(guó)， 張鵬程

(河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，廊坊 065000)

0 引言

神仙山逆沖推覆構(gòu)造位于太行山中北段，區(qū)域上與山西靈丘南太白維山逆沖推覆構(gòu)造為同期同一構(gòu)造系統(tǒng)[1]，位于燕山造山帶和太行山造山帶交匯部位。強(qiáng)烈的逆沖推覆和伸展構(gòu)造變形為巖漿活動(dòng)提供了動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和運(yùn)移通道[2]。前人對(duì)靈丘南太白維山的構(gòu)造地質(zhì)特征進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道[3-8]，對(duì)南東側(cè)神仙山的研究多集中于中生代火山巖地球化學(xué)特征分析[9-14]及多金屬礦區(qū)礦床成因[15-20]，有關(guān)逆沖推覆構(gòu)造變形特征及發(fā)展演化的研究較少，僅少部分學(xué)者對(duì)太行山中北段的構(gòu)造形跡、造山機(jī)制和隆起時(shí)限進(jìn)行了報(bào)道[6,21]。本文從構(gòu)造變形幾何學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)入手，在野外第一手調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，對(duì)神仙山逆沖推覆構(gòu)造的展布特征、產(chǎn)出形態(tài)及變形機(jī)制進(jìn)行了研究，并結(jié)合區(qū)域太白維山逆沖推覆構(gòu)造特征，對(duì)神仙山逆沖推覆構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及構(gòu)造發(fā)展與演化進(jìn)行了探討，為區(qū)域構(gòu)造對(duì)比和礦產(chǎn)成因分析提供了構(gòu)造地質(zhì)資料。

1 地質(zhì)概況

太行山中北段神仙山逆沖推覆構(gòu)造分布于阜平縣與淶源縣交界處的古道—神仙山一帶(圖1(a)，(b))，位于上黃旗—靈山區(qū)域斷裂北西側(cè)，發(fā)育于炭灰鋪(或神仙山)火山-沉積盆地(構(gòu)造盆地)內(nèi)，出露中元古代高于莊組、霧迷山組、角礫巖層，寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組、冶里組、亮甲山組、馬家溝組，晚石炭世本溪組和中—晚侏羅世髫髻山組等地質(zhì)體，是太行山中北段燕山中、晚期重要的構(gòu)造類(lèi)型之一。該逆沖推覆構(gòu)造由一系列飛來(lái)峰及逆沖斷裂組成，與鄰區(qū)山西靈丘南太白維山的逆沖推覆構(gòu)造為同期同一構(gòu)造系統(tǒng)，兩者相距23.3 km(圖1(c))。飛來(lái)峰在研究區(qū)北部、中部及南部均有分布，北部分布較多。綜合分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，發(fā)現(xiàn)整個(gè)炭灰鋪(或神仙山)構(gòu)造盆地可能為一個(gè)級(jí)別更高、規(guī)模更大的復(fù)合飛來(lái)峰，覆于早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底之上(圖1(d))，整體具有規(guī)模較大、運(yùn)移距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)。

圖1 山西靈丘南太白維山大地構(gòu)造位置(a、b)及其逆沖推覆構(gòu)造(c)和神仙山逆沖推覆構(gòu)造(d)[8，22]

Fig.1TectoniclocationofTaibaiweiMountainsinsouthernLingqiuofShanxiProvince(a,b)withitsoverthrus appestructure(c)andtheoverthrustnappestructureofShenxianMountains(d)[8，22]

2 基本特征

神仙山逆沖推覆構(gòu)造由飛來(lái)峰、逆沖推覆斷裂、外來(lái)巖系(推覆體)及原地巖系組成，被后期正斷層破壞。整個(gè)炭灰鋪(或神仙山)構(gòu)造盆地被后期不規(guī)則環(huán)形或弧形正斷層圍限，根據(jù)正斷層及其附近殘存的傾角較小的擠壓型構(gòu)造巖的特征，結(jié)合鄰區(qū)太白維山逆沖推覆構(gòu)造整體被逆沖推覆斷裂圍限的事實(shí)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)不規(guī)則環(huán)形或弧形正斷層是繼承早期逆沖推覆斷裂形成的。

2.1 飛來(lái)峰

研究區(qū)發(fā)育大小不等的飛來(lái)峰9個(gè)，長(zhǎng)軸0.21～1.6 km，短軸0.14～1.1 km，分布面積0.03～1.8 km2。分布不均勻，北部5個(gè)，中部1個(gè)，南部3個(gè)。飛來(lái)峰呈不規(guī)則封閉狀，斷面以圍斜內(nèi)傾狀為主，少數(shù)呈圍斜外傾狀，傾角15°～45°。單個(gè)飛來(lái)峰由中元古代中期高于莊組與霧迷山組—早奧陶世馬家溝組和中—晚侏羅世髫髻山組組成，多數(shù)覆于相對(duì)較新的地質(zhì)體之上，少數(shù)覆于相對(duì)較老的地質(zhì)體之上。研究區(qū)飛來(lái)峰多數(shù)為主推覆體經(jīng)后期抬升剝蝕改造而形成的孤立狀殘留體，少數(shù)為脫離了根帶的小型推覆體。

2.2 逆沖推覆斷裂

研究區(qū)有7條逆沖推覆斷裂，發(fā)育于軟弱巖層內(nèi)和沉積間斷面上，呈NNE-NE-NEE向弧形展布，具向南東凸出的蛇曲狀特征和分支復(fù)合現(xiàn)象(圖1(d))，相距0.5～3 km。斷面呈NWW-NW-NNW向傾斜，傾角為10°～35°，北側(cè)局部呈近水平狀產(chǎn)出，中南側(cè)局部?jī)A角達(dá)70°，整體具有北緩南陡的特征。斷裂長(zhǎng)3～12 km，單個(gè)斷裂寬2～5 m。斷裂帶內(nèi)以擠壓脆性變形為主，發(fā)育碎裂巖和碎粉巖等。剖面上呈疊瓦狀或羽狀排列，組成單沖型逆沖斷裂系或單沖型疊瓦扇，具有向下變緩和交匯的特征(圖2)。切割與被覆蓋的關(guān)系分析顯示： 南部炭灰鋪南—神仙山南逆沖推覆斷裂(Fn1)形成于印支期，切割了晚石炭世及之前的地層，被中晚侏羅世髫髻山組覆蓋，活動(dòng)于近SN向擠壓構(gòu)造環(huán)境； 中、北部6條逆沖推覆斷裂(Fn2)形成于燕山中、晚期或燕山晚期較早階段，切割了晚侏羅世及之前的地質(zhì)體，之后被后期正斷層切割，活動(dòng)于NW-SE向強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造環(huán)境[23-26]。

1.中—晚侏羅世髫髻山組； 2.晚石炭世本溪組； 3.早奧陶世馬家溝組； 4.早奧陶世亮甲山組； 5.早奧陶世冶里組； 6.寒武紀(jì)饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組； 7.中元古代晚期角礫巖層； 8.中元古代中期高于莊組、霧迷山組； 9.角度不整合界線/平行不整合界線； 10.逆斷層/正斷層； 11.整合界線/后期正斷層; 12.印支期逆沖推覆斷裂/燕山中、晚期逆沖推覆斷裂

圖2 陳士庵—炭灰鋪一帶神仙山逆沖推覆構(gòu)造剖面示意圖

Fig.2OverthrustnappestructureprofileofShenxianMountainsinChenshian—Tanhuipuarea

由陳士庵—炭灰鋪一帶神仙山逆沖推覆構(gòu)造剖面示意圖(圖2)可知，炭灰鋪(或神仙山)構(gòu)造盆地邊緣被后期正斷層改造，形成不規(guī)則環(huán)形或弧形逆沖推覆斷裂，在構(gòu)造盆地底部連為一體，整體具有槽狀和不規(guī)則鍋底狀斷裂特征，是神仙山及太白維山逆沖推覆構(gòu)造的主逆沖推覆斷裂?，F(xiàn)有的7條逆沖推覆斷裂為其次級(jí)分支斷裂，在構(gòu)造盆地底部交匯于主逆沖推覆斷裂之上。

各逆沖推覆斷裂帶內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造巖以碎裂巖和碎粉巖為主(圖3)，局部可見(jiàn)構(gòu)造角礫巖和糜棱巖化巖石，構(gòu)造巖多平行化，與斷面產(chǎn)狀一致，部分構(gòu)造巖發(fā)育定向指向構(gòu)造，指示運(yùn)動(dòng)方式與上、下盤(pán)巖石一致。

圖3 燕山中、晚期逆沖推覆斷裂帶剖面示意圖

近逆沖推覆斷裂帶上盤(pán)巖石以碎裂巖化灰?guī)r和碎裂巖化白云巖為主，多發(fā)育牽引褶皺(圖4(a))，指示在剖面上逆沖推覆斷裂初期由NNW向SSE、主期由NW向SE作逆沖推覆運(yùn)動(dòng)； 近逆沖推覆斷裂帶下盤(pán)巖石以糜棱巖化白云巖和糜棱巖化粗安巖為主，多發(fā)育定向指向構(gòu)造及石香腸構(gòu)造(圖4(b))，指示擠壓剪切構(gòu)造背景，剖面上指示的運(yùn)動(dòng)方向與上盤(pán)巖石一致。野外露頭可見(jiàn)糜棱巖化粗安巖中包裹的外來(lái)花崗閃長(zhǎng)巖和灰?guī)r巖塊，多發(fā)育逆沖斷層形成的牽引褶皺及剪節(jié)理(圖4(c))。在顯微鏡下，糜棱巖化粗安巖中的鉀長(zhǎng)石殘斑同樣發(fā)育定向構(gòu)造(圖4(d))，指示在剖面上逆沖推覆斷裂主期由NW向SE做逆沖推覆運(yùn)動(dòng)。

(a) 斷裂帶上盤(pán)巖石牽引褶皺(鏡頭方向NNE)(b) 斷裂帶下盤(pán)巖石內(nèi)石香腸構(gòu)造(鏡頭方向NE)

(c) 逆沖斷層內(nèi)牽引褶皺及剪節(jié)理(鏡頭方向NE)(d) 顯微鏡下糜棱帶內(nèi)鉀長(zhǎng)石殘斑定向構(gòu)造

圖4 神仙山逆沖推覆構(gòu)造帶內(nèi)構(gòu)造特征

Fig.4TectoniccharacteristicsoftheoverthrustnappestructurebeltinShenxianMountains

2.3 外來(lái)巖系(推覆體)及原地巖系

外來(lái)巖系即推覆體，與原地巖系相對(duì)應(yīng)。神仙山逆沖推覆構(gòu)造主逆沖推覆斷裂之上(上盤(pán))為外來(lái)巖系，由中元古代中期高于莊組至中—晚侏羅世髫髻山組及晚侏羅世花崗斑巖組成，在太白維山一帶還發(fā)育太古宙變質(zhì)巖系，平面上整體呈向南東凸出的不規(guī)則長(zhǎng)橢圓狀，剖面上呈餅狀復(fù)合飛來(lái)峰產(chǎn)出； 主逆沖推覆斷裂之下(下盤(pán))為原地巖系，在神仙山一帶由太古宙—古元古代變質(zhì)基底組成，在太白維山一帶發(fā)育中元古代中期高于莊組—晚石炭世本溪組。

由各次級(jí)逆沖推覆斷裂及主逆沖推覆斷裂分割的次級(jí)逆沖推覆體，平面上多呈向南東凸出的不規(guī)則月牙狀和不規(guī)則弧帶狀，剖面上呈NW向傾斜的疊瓦狀楔形巖片，構(gòu)成各逆沖推覆斷裂的相對(duì)上盤(pán)與下盤(pán)。上盤(pán)底部為相對(duì)較老的地層，下盤(pán)頂部為相對(duì)較新的地層，構(gòu)成區(qū)內(nèi)新、老地層多次重復(fù)疊置的格局。研究區(qū)北部的次級(jí)逆沖推覆體比南部的次級(jí)逆沖推覆體變形更強(qiáng)，斷面處巖石有較明顯的碎裂巖化現(xiàn)象。上盤(pán)下部與下盤(pán)上部多發(fā)育小型牽引褶皺，上盤(pán)下部以不對(duì)稱(chēng)背斜為主，下盤(pán)上部以向斜為主，指示與逆沖推覆斷裂為同期同一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)形成的特點(diǎn)。

3 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

3.1 逆沖推覆方向

不同露頭尺度運(yùn)動(dòng)學(xué)特征表明，神仙山逆沖推覆構(gòu)造總體推覆方向?yàn)橛蒒W向SE。平面上，各次級(jí)逆沖推覆體多呈向南東凸出的不規(guī)則月牙狀和不規(guī)則弧帶狀，各逆沖推覆斷裂多呈向南東凸出的蛇曲狀弧形產(chǎn)出，具有“弓箭式”組合特點(diǎn)[27]； 剖面上，各次級(jí)逆沖推覆體呈NW向傾斜的疊瓦狀楔形，各逆沖推覆斷裂呈疊瓦狀或羽狀產(chǎn)出，具有“單沖型疊瓦扇式”組合特點(diǎn)。獨(dú)特的構(gòu)造組合樣式顯示該逆沖推覆構(gòu)造的矢量方位為SE向，各逆沖推覆體由NW向SE運(yùn)移擴(kuò)展，具有前展式的逆沖擴(kuò)展方式[28]。

3.2 逆沖推覆距離

根據(jù)該逆沖推覆構(gòu)造的產(chǎn)狀與組合樣式、相關(guān)地層的發(fā)育厚度與產(chǎn)狀特征及各逆沖推覆斷裂與所切割地層之間的幾何關(guān)系，推算上盤(pán)推覆體相對(duì)下盤(pán)推覆體的位移距離下限為3.9～10.9 km，之后結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征及太白維山逆沖推覆體與神仙山逆沖推覆體的相對(duì)距離，推測(cè)其總推覆距離大于20 km，平均距離為23.3 km左右。

4 構(gòu)造發(fā)展與演化

由前述逆沖推覆斷裂切割的地質(zhì)體與被覆蓋、被改造的先后關(guān)系可知，神仙山逆沖推覆構(gòu)造經(jīng)歷了初始活動(dòng)、主期形成與后期改造3個(gè)階段[29]。

4.1 初始活動(dòng)階段

神仙山逆沖推覆構(gòu)造最初活動(dòng)時(shí)期為印支期或華力西中、晚期—燕山早期，僅有南部1條逆沖推覆斷裂(Fn1)形成。通過(guò)分析帶內(nèi)構(gòu)造巖與上、下盤(pán)巖石中發(fā)育的牽引褶皺、擦痕階步等定向指向構(gòu)造可知，該時(shí)期神仙山逆沖推覆構(gòu)造活動(dòng)于NNW-SSE向擠壓構(gòu)造環(huán)境，與同時(shí)期區(qū)域構(gòu)造演化一致[29]。

4.2 主期形成階段

燕山中、晚期或燕山晚期較早階段是區(qū)域燕山期板內(nèi)造山最強(qiáng)烈的階段，也是神仙山和太白維山逆沖推覆構(gòu)造的主期形成階段(圖5(a))。主逆沖推覆斷裂與各次級(jí)逆沖推覆斷裂在該階段活動(dòng)強(qiáng)烈，根據(jù)帶內(nèi)構(gòu)造巖σ旋斑及上、下盤(pán)巖石中發(fā)育的牽引褶皺和剪切節(jié)理等定向指向構(gòu)造，該時(shí)期神仙山與太白維山逆沖推覆構(gòu)造活動(dòng)于NW-SE向板內(nèi)造山強(qiáng)烈的擠壓構(gòu)造環(huán)境，與同時(shí)期區(qū)域構(gòu)造演化一致[29]。主推覆體與各次級(jí)推覆體、各飛來(lái)峰在主逆沖推覆斷裂面上由NW向SE不斷推覆、運(yùn)移、擴(kuò)展，該階段末在神仙山一帶最終形成并定位。通過(guò)區(qū)域?qū)Ρ龋l(fā)現(xiàn)神仙山逆沖推覆構(gòu)造外來(lái)巖系來(lái)自其N(xiāo)W向太白維山一帶，而太白維山一帶逆沖推覆體來(lái)自其N(xiāo)W向王城莊一帶，運(yùn)移距離>20 km。

(a) 印支期—燕山晚期逆沖推覆構(gòu)造剖面示意圖

(b) 喜馬拉雅期至今逆沖推覆構(gòu)造剖面示意圖

1.第四系； 2.晚侏羅世土城子組； 3.中—晚侏羅世髫髻山組； 4.晚石炭世本溪組； 5.早奧陶世冶里組、亮甲山組、馬家溝組； 6.寒武紀(jì)—早奧陶世昌平組、饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組、冶里組； 7.寒武紀(jì)饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組； 8.中元古代中期—寒武紀(jì)霧迷山組、角礫巖層、饅頭組、張夏組、崮山組； 9.中元古代中—晚期霧迷山組、角礫巖層； 10.中元古代中期高于莊組、霧迷山組； 11.太古宙—古元古代變質(zhì)基底； 12.太古宙變質(zhì)基底； 13.印支期逆沖推覆斷裂； 14.燕山中、晚期逆沖推覆斷裂； 15.后期正斷層； 16.整合界線； 17.平行不整合界線； 18.角度不整合界線； 19.正斷層； 20.逆斷層

圖5 太白維山—神仙山逆沖推覆構(gòu)造剖面示意圖

Fig.5OverthrustnappestructureprofileofTaibaiweiMountains—ShenxianMountains

4.3 后期改造階段

晚白堊世—古新世早期，該逆沖推覆構(gòu)造整體處于隆起狀態(tài)，主要遭受風(fēng)化剝蝕與夷平改造。

古新世晚期—中新世，神仙山逆沖推覆構(gòu)造經(jīng)歷了新生和繼承性正斷層(Fz)的切割改造，尤其繼承主逆沖推覆斷裂形成的不規(guī)則環(huán)形、弧形、圍斜內(nèi)傾狀高角度正斷層的改造，整體下降2 km以上(圖5(b))。該逆沖推覆構(gòu)造主期形成時(shí)，神仙山比太白維山高2 km以上。研究區(qū)后期改造強(qiáng)烈，而太白維山一帶后期改造較弱，目前神仙山比太白維山低425 m。該時(shí)期的構(gòu)造演化形成于拉張構(gòu)造環(huán)境，與區(qū)域構(gòu)造演化一致[29]。

上新世—全新世，神仙山逆沖推覆構(gòu)造經(jīng)風(fēng)化剝蝕與夷平改造后，最終形成目前的構(gòu)造形態(tài)。

5 結(jié)論

(1)神仙山逆沖推覆構(gòu)造由飛來(lái)峰、逆沖推覆斷裂、外來(lái)巖系(推覆體)及原地巖系組成，被后期不規(guī)則環(huán)形或弧形正斷層破壞，總體推覆方向?yàn)橛蒒W向SE，總推覆平均距離為23.3 km左右。

(2)神仙山逆沖推覆構(gòu)造經(jīng)歷了華力西中、晚期—燕山早期的初始活動(dòng)，燕山中、晚期的主期發(fā)展和喜馬拉雅期的后期改造3個(gè)階段： 華力西中、晚期—燕山早期，神仙山逆沖推覆構(gòu)造活動(dòng)于近SN向擠壓構(gòu)造環(huán)境，逆沖推覆斷裂形成； 燕山中、晚期，神仙山主逆沖推覆斷裂與各次級(jí)逆沖推覆斷裂在該階段強(qiáng)烈發(fā)展，并最終定位； 喜馬拉雅期，神仙山逆沖推覆構(gòu)造整體處于隆起狀態(tài)，主要遭受風(fēng)化剝蝕與夷平改造。