雪峰山北東段及其北西段鄰區(qū)的厚皮-薄皮構(gòu)造

0大算山構(gòu)造樣式的轉(zhuǎn)換雪峰山的高度位于揚(yáng)子地塊東南端。圖1)。由南向北,雪峰山隆起走向自北北東漸變?yōu)楸睎|東,形成向北西突出的弧形構(gòu)造帶。作為華南主要基底的大規(guī)模出露區(qū),雪峰山隆起及其周緣的構(gòu)造樣式和變形過(guò)程一直是構(gòu)造地質(zhì)界關(guān)注的熱點(diǎn)。Hsu等曾試圖用遠(yuǎn)程推覆構(gòu)造解釋雪峰山隆起區(qū)基底為何大面積出露;丘元禧認(rèn)為雪峰山隆起自加里東期以來(lái)經(jīng)歷了多期次、多層次的陸緣和陸內(nèi)造山作用,形成了以準(zhǔn)原地型逆沖疊瓦推覆構(gòu)造及隔槽式和隔檔式褶皺為主的構(gòu)造樣式,板溪群和震旦系被抬升至近地表主要是加里東期活動(dòng)的結(jié)果,但雪峰山弧形構(gòu)造帶直到晚三疊世才形成。至于沉積蓋層構(gòu)造樣式,Yan等研究表明,大庸斷裂北西側(cè)震旦系及震旦系之上地層發(fā)育由南東向北西逆沖的推覆構(gòu)造,構(gòu)造樣式主要為深部逆沖疊瓦扇及地表的隔檔式和隔槽式褶皺,屬于典型的薄皮構(gòu)造系統(tǒng)。Wang等認(rèn)為雪峰山構(gòu)造帶主要為印支期(244~195Ma)陸內(nèi)斜向俯沖的結(jié)果,其構(gòu)造樣式受控于低角度南東傾向的基底拆離面,并與擠壓走滑帶中構(gòu)造楔和反沖斷層相關(guān)。丁道桂等則認(rèn)為雪峰山隆起既不是造山帶的“厚皮構(gòu)造”,也不屬于沉積蓋層褶皺的“薄皮構(gòu)造”,而是“過(guò)渡型的基底拆離式”構(gòu)造。造成上述認(rèn)識(shí)分歧的原因很多,但對(duì)于不同構(gòu)造樣式研究的孤立以及它們之間有機(jī)聯(lián)系的缺乏是重要原因。盡管大庸斷裂帶(亦稱慈利—張家界—保靖斷裂帶)可以作為雪峰山厚皮構(gòu)造與其北西側(cè)薄皮構(gòu)造的分界線,但厚皮與薄皮構(gòu)造之間并不是截然突變和相互獨(dú)立的。薄皮構(gòu)造的發(fā)育必然有厚皮構(gòu)造區(qū)向北西推進(jìn)擠壓作用的參與。所以,這兩種構(gòu)造樣式間過(guò)渡轉(zhuǎn)換關(guān)系的分析將有助于揭示雪峰山隆起乃至華南大地構(gòu)造格局和演化過(guò)程。鑒于上述原因,本文選取穿越大庸斷裂的桑植—安化剖面,對(duì)薄皮-厚皮構(gòu)造轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的構(gòu)造樣式組合及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,在野外調(diào)查基礎(chǔ)上,綜合區(qū)域地質(zhì)資料及深部地球物理資料等,嘗試解釋薄皮-厚皮構(gòu)造間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。1沉積型巖石及儲(chǔ)層雪峰山隆起區(qū)北西面以大庸斷裂帶(慈利—張家界—保靖斷裂帶)為界,緊鄰川鄂湘薄皮構(gòu)造帶;南東面以安化斷裂為界,與湘中褶皺帶相接(圖1)。雪峰山隆起區(qū)以元古宇板溪群(Ptbn)為基底,巖性為淺變質(zhì)灰綠色砂質(zhì)板巖及少量細(xì)粒變質(zhì)石英砂巖,在張家界和安化之間大面積出露。震旦系下部為淺變質(zhì)冰磧礫巖,上部為硅質(zhì)板巖和泥質(zhì)灰?guī)r(圖2)。由于巖性相對(duì)軟弱,震旦系底部可作為薄皮構(gòu)造底板滑脫層。寒武系以灰?guī)r、黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、白云巖、砂質(zhì)頁(yè)巖為主。奧陶系以頁(yè)巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r為主。志留系缺失上統(tǒng),下統(tǒng)以綠色板狀砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖為主,僅在安化以南有出露。上古生界在隆起區(qū)大面積缺失,僅在安化和沅陵附近可見。泥盆系僅發(fā)育中統(tǒng),巖性主要為塊狀灰?guī)r及粉砂巖,底部發(fā)育底礫巖(圖5(e)、(f)),并與下伏地層角度不整合接觸。石炭系平行不整合覆蓋于中泥盆統(tǒng)之上,巖性以灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r為主。二疊系平行不整合覆蓋于石炭系之上,巖性以薄層硅質(zhì)灰?guī)r、黑色硅質(zhì)巖為主。三疊系大面積缺失,僅在沅麻盆地(圖1)中南部發(fā)育下三疊統(tǒng),巖性以粉砂巖、灰?guī)r為主,并以平行不整合覆蓋在二疊系之上。侏羅系缺失上統(tǒng),巖性以紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主,并以角度不整合覆蓋于下伏地層上,主要在沅陵?yáng)|部零星出露。白堊系巖性以紫紅色細(xì)砂巖、礫巖為主,厚度較大,與下伏地層角度不整合接觸。薄皮構(gòu)造區(qū)地層與厚皮構(gòu)造區(qū)地層相似,但志留系、上古生界及三疊系區(qū)別較大,侏羅系僅發(fā)育中統(tǒng)。其中志留系發(fā)育完整,以綠色板狀頁(yè)巖為主,巖性較軟弱,可作為潛在的滑脫層。泥盆系以泥灰?guī)r和細(xì)砂巖為主,并發(fā)育反映地表暴露環(huán)境的赤鐵礦。石炭系缺失,二疊系平行不整合覆蓋于泥盆系之上,巖性以炭質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r為主,并發(fā)育反映地表暴露環(huán)境的鋁土礦透鏡體。三疊系厚度很大,巖性以灰?guī)r、頁(yè)巖、粉砂巖為主,并以平行不整合覆蓋在二疊系之上。中侏羅統(tǒng)以平行不整合覆蓋于三疊系之上,頂部被白堊系以角度不整合覆蓋。2構(gòu)造樣式與變形北西走向的桑植—安化構(gòu)造剖面橫切雪峰山北東部(圖3)。以大庸斷裂為界,剖面北西段未見板溪群基底出露,變形以薄皮構(gòu)造樣式為特征;剖面南東段可見板溪群基底大面積出露且被卷入構(gòu)造變形,為厚皮構(gòu)造段。2.1桑植至越界段南東端以大庸斷裂為界,桑植—安化剖面A-B段為薄皮構(gòu)造樣式(圖4)。A-B段包括fb1、fb2、fb3、fb4和fb5等一系列軸面走向NE-NEE的褶皺(圖4(a)),以及斷層Fb1、Fb2、Fb3等。向斜fb1北西翼產(chǎn)狀為130°∠48°,核部地層平緩,軸面近于直立,南東翼(背斜fb2北西翼)地層倒轉(zhuǎn),產(chǎn)狀150°∠70°。背斜fb2軸面傾向南東,傾角約65°,南東翼(fb3北西翼)地層正常,產(chǎn)狀145°∠55°。向斜fb3軸面近于直立,核部寬闊,發(fā)育次級(jí)背斜,向斜fb3南東翼產(chǎn)狀222°∠45°,褶皺整體近似箱狀。背斜fb4及向斜fb5兩翼平緩,傾角小于25°,軸面近于直立。Fb1沿震旦系底部滑脫層發(fā)育,為基底拆離滑脫斷層。逆斷層Fb2產(chǎn)狀105°∠50°,為斷坡斷層。逆斷層Fb3產(chǎn)狀304°∠55°,由北西向南東逆沖,其寬度和斷距均小于Fb2,為逆斷層Fb2的反向逆沖斷層。逆斷層Fb2下盤為向斜fb1,上盤包括緊閉背斜fb2、似箱狀向斜fb3、平緩背斜fb4和平緩向斜fb5。其中fb2為逆斷層Fb2頂端的斷展褶皺,fb1和fb3在被Fb2錯(cuò)斷前可能是一個(gè)完整的箱狀向斜。平緩褶皺fb4和fb5出露地層為下古生界,這應(yīng)與斷層Fb2向下延伸(圖4(c))、沿基底韌性滑脫層發(fā)育斷坡、導(dǎo)致板溪群抬升有關(guān)。因此桑植至張家界段并不是單純的薄皮構(gòu)造樣式,而是由薄皮構(gòu)造向厚皮構(gòu)造轉(zhuǎn)化的過(guò)渡帶。薄皮構(gòu)造卷入的最新地層為三疊系,構(gòu)造變形時(shí)間應(yīng)在三疊紀(jì)之后。向斜fb3的分支部分(桑植正南面)發(fā)育層面擦痕線理,由從向斜兩翼層面上測(cè)得線理X1(圖3)統(tǒng)計(jì),西翼線理優(yōu)勢(shì)方位約122°∠30°,東翼線理優(yōu)勢(shì)方位約289°∠26°,表明三疊紀(jì)之后擠壓變形的主壓應(yīng)力方向約295°。2.2逆斷層fh2北西以大庸斷裂為界,桑植—安化剖面B-D段為厚皮構(gòu)造樣式(圖6)。B-D段典型斷層包括Fh1(大庸斷裂)、Fh2、Fh3、Fh4等,典型褶皺則以fh1等為代表。Fh1(大庸斷裂)在地表表現(xiàn)為一系列的高角度南東傾向逆斷層及北西傾向反沖斷層,如Fh2、Fh3等,傾角一般58°~85°(圖5(d)),分布寬度達(dá)4~5km。這一系列的北東走向逆斷層在約4km深度收斂為一條向南東緩傾的滑脫斷層。逆斷層Fh2為Fh1的反向逆沖斷層,產(chǎn)狀312°∠35°,逆斷層Fh3的寬度和斷距小于Fh2,為Fh2的反向逆沖斷層,產(chǎn)狀148°∠48°(圖6(b))。如圖3所示,在逆斷層Fh3斷層面上測(cè)得線理X2,其線理的優(yōu)勢(shì)方位為150°∠42°,與滑移面走向垂直,基本沒(méi)有走滑。在向北東傾的斷層面上測(cè)得線理X5(圖3)優(yōu)勢(shì)方位為351°∠12°,與滑移面走向相近,走滑特征明顯。但它們所指示的運(yùn)動(dòng)方向都是南東—北西向。B-D段地表多見高角度逆斷層及其反沖斷層,其中以逆斷層Fh4(圖6(c))為代表。Fh4產(chǎn)狀為153°∠37°,上盤為板溪群,下盤為石炭系、中泥盆統(tǒng)等。中泥盆統(tǒng)內(nèi)發(fā)育以紅色泥巖層為滑脫層的滑脫褶皺(圖5(c)),指示由南東向北西的剪切,可能與逆斷層Fh4同期發(fā)育,其發(fā)育時(shí)期應(yīng)在石炭紀(jì)之后。地表“殘余”向斜以fh1為代表,軸面走向北東,呈長(zhǎng)寬比約4∶1的長(zhǎng)條形,核部為寒武系或奧陶系,兩翼基本對(duì)稱,傾角約30°。其中向斜fh1北西翼測(cè)得層面線理X3(圖3),南東翼測(cè)得層面線理X4,前者走向96°,后者走向104°,并不在同一直線上。將褶皺展平恢復(fù),得到X3線理走向104.9°,X4線理走向116.6°,仍然不在同一直線上。這表明線理不是發(fā)育在褶皺之后,也不是發(fā)育在褶皺之前,而極有可能是與彎滑褶皺同期發(fā)育并由略帶北東—南西向走滑的層間滑動(dòng)形成的。與之形態(tài)相似的褶皺是逆斷層Fh4下盤發(fā)育的北東走向狹長(zhǎng)向斜(圖6(c)),其核部及南翼部分被中泥盆統(tǒng)角度不整合覆蓋,不整合面發(fā)育底礫巖(圖5(e)、(f))。由此推測(cè)此類褶皺發(fā)育早于中泥盆世,應(yīng)屬加里東期構(gòu)造。這與前人將此類緊閉線型向斜劃歸加里東期構(gòu)造的觀點(diǎn)相一致。而石炭系之上的逆沖推覆構(gòu)造(Fh4)及中泥盆統(tǒng)中滑脫褶皺(圖5(c))則屬于加里東期之后的構(gòu)造。3討論3.1大僚斷裂帶的發(fā)育范圍大庸斷裂帶走向約北東65°,長(zhǎng)約200km,包括一系列的北東走向高角度逆沖斷層。作為薄皮-厚皮構(gòu)造間的重要過(guò)渡轉(zhuǎn)變構(gòu)造,其構(gòu)造屬性是討論薄皮-厚皮構(gòu)造轉(zhuǎn)換過(guò)程和變形序列的基礎(chǔ)。大庸斷裂帶分布寬度達(dá)十余公里(圖4(b)),其逆沖斷層主斷面傾向南東,傾角58°~85°,斷裂面略呈波狀,以脆性破裂為主,破碎帶寬從幾十米到數(shù)百米不等,并發(fā)育斷層陡崖(圖5(d)),斷距500~1000m。根據(jù)地震剖面(圖4(c))中基底反射面連續(xù)且波狀起伏合理推斷,大庸斷裂沒(méi)有向深部以高角度延伸,而極有可能是沿著淺變質(zhì)板巖中的韌性剪切帶或滑脫層,在約4km深度收斂為一條向南東緩傾的順層滑脫斷層。這與已得到公認(rèn)的厚皮構(gòu)造模式,如澳大利亞中部AliceSprings板內(nèi)造山帶、美國(guó)西部拉拉米造山帶等地區(qū)的基底大傾角逆斷層有較大的不同。原因可能有以下兩個(gè):(1)盡管基底的抬升都是受控于高角度逆斷層,但雪峰山基底為淺變質(zhì)砂質(zhì)板巖,與典型地區(qū)的結(jié)晶基底(如拉拉米地區(qū)的花崗巖、片麻巖)能干性相差較大,斷層發(fā)育及地層變形較容易。同時(shí)這也利于逆沖疊瓦扇、韌性剪切帶等滑脫構(gòu)造的發(fā)育。(2)雪峰山厚皮構(gòu)造與薄皮構(gòu)造相鄰,并與之共同經(jīng)歷了淺層次(沉積蓋層)的大規(guī)模水平位移和縮短,需要與之相應(yīng)的滑脫構(gòu)造進(jìn)行調(diào)節(jié)。大庸斷裂帶經(jīng)歷了多期擠壓逆沖,其構(gòu)造屬性隨構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而逐漸轉(zhuǎn)變。晚元古代至寒武紀(jì)大庸斷裂主要為發(fā)育同沉積構(gòu)造的分支斷裂。早志留世至中泥盆世的加里東運(yùn)動(dòng)發(fā)育緊閉線型褶皺和斷距較小的逆斷層(圖6(c)),大庸斷裂斷距增大,但仍然為一系列分支斷裂。中三疊世至侏羅紀(jì)的印支運(yùn)動(dòng),發(fā)育石炭系之上逆沖推覆構(gòu)造及中泥盆統(tǒng)滑脫褶皺(圖6(c))等擠壓縮短量大的構(gòu)造,大庸斷裂進(jìn)一步聯(lián)合成一個(gè)大規(guī)模的斷裂帶,向下收斂為平緩的順層滑脫斷層,并發(fā)生較大規(guī)模位移,其總縮短量大于80km。因此,印支運(yùn)動(dòng)之前大庸斷裂只是作為雪峰山隆起的邊界,而印支運(yùn)動(dòng)時(shí)向下聯(lián)合收斂為平緩滑脫斷層,以此響應(yīng)薄皮構(gòu)造的發(fā)育,并發(fā)生了較大規(guī)模的位移。3.2厚皮構(gòu)造區(qū)構(gòu)造格局桑植—安化段剖面中,大庸斷裂北西側(cè)薄皮構(gòu)造樣式主要為寬緩的向斜、高角度逆斷層及其斷展褶皺,薄皮構(gòu)造過(guò)渡帶主要為受由深至淺的斷坪-斷坡式拆離斷層控制的平緩褶皺(圖4);而大庸斷裂南東側(cè)厚皮構(gòu)造段組合樣式為緊閉線型褶皺、基底滑脫拆離構(gòu)造、淺表逆沖推覆構(gòu)造以及沉積蓋層的滑脫褶皺(圖6)。根據(jù)地層柱狀圖(圖2)中厚皮構(gòu)造段D2/S1角度不整合、J1/P角度不整合及K/J2角度不整合,可分為加里東期、印支期及燕山期。對(duì)應(yīng)的薄皮構(gòu)造區(qū)則為P/D平行不整合、J2/T平行不整合和K/J2角度不整合。依據(jù)構(gòu)造樣式及運(yùn)動(dòng)學(xué)可區(qū)分的構(gòu)造序列僅為加里東期(S1-D2)和印支—燕山期(T2-J)。其中,加里東期活動(dòng)的主要表現(xiàn)為狹長(zhǎng)的褶皺及斷距較小的高角度逆斷層(圖6(c)),而印支—燕山期活動(dòng)的主要表現(xiàn)為寬緩的向斜、逆沖斷層及其斷展褶皺、深部拆離斷層控制的平緩褶皺(圖4(a)、(b))。如表1所示,厚皮構(gòu)造的發(fā)育時(shí)期主要在加里東期,而薄皮構(gòu)造和厚皮構(gòu)造的重新活化主要發(fā)育于印支—燕山期。3.3晚古生代各期巖相古地理元古宙至早古生代并不存在雪峰古陸,揚(yáng)子地塊內(nèi)部為被動(dòng)大陸邊緣盆地。在安化縣清塘鋪、高明等地,可見中泥盆統(tǒng)跳馬澗組以高角度不整合覆蓋于下志留統(tǒng)之上,因此早志留世至中泥盆世發(fā)育加里東期活動(dòng)(360~440Ma),基底抬升,地層被剝蝕或缺失沉積。多期次發(fā)育的大庸斷裂加里東期地表表現(xiàn)為分支斷裂,脆性活動(dòng)不明顯。加里東運(yùn)動(dòng)由南向北推進(jìn),雪峰山厚皮構(gòu)造區(qū)基底沿高角度逆斷層逆沖抬升形成厚皮構(gòu)造(圖6)。隨后的晚古生代,雪峰山厚皮構(gòu)造區(qū)接受濱海相及陸相交互沉積,其中以石炭系海水極淺的濱海陸屑灘相至局限臺(tái)地相為典型。薄皮構(gòu)造區(qū)泥盆系沉積厚度小,且石炭系缺失,發(fā)育二疊系/泥盆系平行不整合。中三疊世開始的華南印支運(yùn)動(dòng)由南向北進(jìn)行擠壓,雪峰山厚皮構(gòu)造重新活化,在其北西側(cè)前鋒形成薄皮構(gòu)造,地表表現(xiàn)為平緩背斜及箱狀向斜(圖4)。據(jù)深部剖面解釋的結(jié)果(圖4(c)、圖6(a)),厚皮構(gòu)造疊瓦扇向北西擴(kuò)展,以基底斷彎褶皺的形式使地層抬升,并延伸深部斷裂至震旦系底部滑脫層,形成以寬緩褶皺為主的薄皮構(gòu)造。大庸斷裂帶由分支斷裂聯(lián)合成一個(gè)大規(guī)模的斷裂帶,并向下收斂為平緩滑脫斷層,至早侏羅世(192~180Ma)大庸斷裂仍然活動(dòng)劇烈。雪峰山厚皮構(gòu)造區(qū)缺乏志留系等淺部軟弱層(圖6),淺表蓋層以發(fā)育滑脫褶皺和逆沖推覆構(gòu)造等方式響應(yīng)。由安化斷裂帶最早的ESR年齡為202.3Ma推測(cè),晚三疊世