冀北尚義—隆化區(qū)域斷裂形成與演化歷史探討

馬超，王金貴，張鑫全，張子軒，李典，張新征，許凡

(河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院,廊坊 065000)

0 引言

尚義—隆化區(qū)域斷裂是尚義—平泉深斷裂尚義—赤城段與豐寧—隆化深斷裂的總稱[1-2]，是內(nèi)蒙古地軸南緣EW向大斷裂的中段[3]。對于內(nèi)蒙古地軸EW向延伸問題，雖然目前還存在較大爭議[4-6]，但學者們一致認為尚義—隆化斷裂屬內(nèi)蒙古地軸南緣EW向大斷裂[7-8]，其構(gòu)造形跡表現(xiàn)為韌性剪切帶、脆性斷裂及伴生的褶皺、推覆構(gòu)造等多種構(gòu)造變形組合[3]。此外，雖然對太古宙基底變質(zhì)巖和侵入巖的地球化學、同位素年代學研究相對較多，已從控巖、控礦角度探討該斷裂的演化機制及活動時代[8-15]，但仍存在較大分歧：多數(shù)學者認為尚義—隆化區(qū)域斷裂形成于古元古代末期，阻隔了中—新元古代以及古生代南、北兩側(cè)海水的溝通[8,12-14]，也有學者認為尚義—隆化區(qū)域斷裂是晚古生代—早中生代構(gòu)造隆升的產(chǎn)物[16-17]，不同變質(zhì)相的變質(zhì)巖形成于早古生代—晚中生代，變質(zhì)深度為10～30 km[10,18]。

本文統(tǒng)計了尚義—隆化區(qū)域斷裂中的構(gòu)造巖及指向構(gòu)造，根據(jù)構(gòu)造疊置關系、糜棱巖類變質(zhì)程度、活動方式及其與區(qū)域構(gòu)造運動主應力的對應關系，重新厘定了構(gòu)造疊加改造關系及變形期次。結(jié)合前人獲得的構(gòu)造巖變質(zhì)礦物年齡，探討冀北尚義—隆化區(qū)域斷裂的形成與演化歷史，對進一步探討冀北地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運動對人類活動的影響具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

尚義—隆化區(qū)域斷裂(F1)位于冀北地區(qū)尚義—崇禮—赤城—豐寧—隆化一帶，是不同時段四級與三級構(gòu)造單元的重要分界線之一，整體呈近EW向展布，部分地段呈蛇曲狀(圖1)。該斷裂在區(qū)內(nèi)長420 km，寬30～15 km，是復雜的強變形帶，韌性變形與脆性變形相間，帶內(nèi)發(fā)育多期構(gòu)造巖類。在河北省重力及航磁異常圖[1，19]上，該斷裂位于重力負異常區(qū)的重力梯度變化帶上，航磁ΔT異常以正異常為主。

F1.尚義—隆化區(qū)域斷裂；F2.上黃旗—烏龍溝區(qū)域斷裂；F3.魚兒山—下花園區(qū)域斷裂圖1 冀北尚義—隆化區(qū)域斷裂分布圖Fig.1 Distribution map of the Shangyi-Longhua regional fault

2 研究方法

一般根據(jù)地層之間的不整合接觸關系、構(gòu)造間的成因聯(lián)系及交截、疊加關系，結(jié)合沉積相、巖漿巖特征及同位素定年資料，分析其時代和發(fā)育順序，進而研究構(gòu)造的演化歷史[20]。構(gòu)造演化歷史研究需要在野外構(gòu)造幾何學研究的基礎上對構(gòu)造動力與構(gòu)造運動機制進行探討，通過統(tǒng)計不同構(gòu)造尺度的各種指向構(gòu)造，研究構(gòu)造運動的性質(zhì)、方向及應力場演化特征。

野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，尚義—隆化區(qū)域斷裂發(fā)育多期不同變質(zhì)程度的糜棱巖類及其他構(gòu)造巖類，構(gòu)造巖中常見不對稱碎斑、不對稱壓力影(圖2(a))、書斜(圖2(b))、不對稱眼球、不對稱小型剪切褶皺(圖2(c))、云母魚(圖2(d))及S-C組構(gòu)等特征剪切指向組構(gòu)，這些可較好地解釋構(gòu)造運動機制。本文通過分析疊加構(gòu)造變形特征，判斷構(gòu)造應力發(fā)育期次，結(jié)合相關年齡資料，探討尚義—隆化區(qū)域斷裂的形成及演化歷史。

(a)旋轉(zhuǎn)碎斑、壓力影 (b)書斜構(gòu)造

3 斷裂形成及演化歷史

根據(jù)疊加改造與區(qū)域變質(zhì)作用的活動方式及其與區(qū)域構(gòu)造運動主應力的對應關系，將尚義—隆化區(qū)域斷裂劃分為2個構(gòu)造階段、9個構(gòu)造活動期。

3.1 早前寒武紀形成及發(fā)展階段

(1)阜平運動晚期(新太古代晚期，第1期)。該斷裂形成于近SN向擠壓構(gòu)造環(huán)境，以中深層韌性變形為主要特征，伴有中淺層脆性擠壓斷裂活動，沿斷裂及其附近有較多的新太古代晚期造山型深成變質(zhì)巖分布。經(jīng)后期多期構(gòu)造疊加改造形成的構(gòu)造巖及構(gòu)造形跡保留較少，僅在西段崇禮縣六間房(圖3(a)中1)及中段豐寧縣姜營—大梨樹溝等地區(qū)[21-26]可見。西段六間房一帶構(gòu)造片麻巖與逆斷層發(fā)育于新太古代早期崇禮下巖群谷咀子巖組中，可見變質(zhì)程度達角閃巖相的眼球狀及條帶狀黑云角閃斜長片麻巖，為該斷裂帶1期變質(zhì)糜棱巖類；構(gòu)造線呈近EW向展布，構(gòu)造面理向南陡傾，傾角為60°～80°。中段姜營—大梨樹溝一帶構(gòu)造片麻巖發(fā)育于新太古代中期崇禮上巖群楊營巖組中，以條紋狀黑云角閃斜長片麻巖為主，為角閃巖相變質(zhì)糜棱巖類；構(gòu)造線呈NE—NEE向展布，構(gòu)造面理向NW—NNW傾斜，傾角為75°～80°。

(2)呂梁運動早中期(第2期)。斷裂活動于近SN向擠壓構(gòu)造環(huán)境，與第1期特征相似，但有低角閃巖相-綠簾角閃巖相變質(zhì)的斜長角閃質(zhì)糜棱片巖、長英質(zhì)糜棱片巖等(第2期變質(zhì)糜棱巖)形成。西段六間房一帶構(gòu)造線呈近EW向展布，構(gòu)造面理向S傾斜，傾角為60°～75°(圖3(a)中2)。中段姜營—大梨樹溝一帶，構(gòu)造線向NE—NEE展布，構(gòu)造面理NW—NNW向傾斜，傾角為70°～80°。

1.第四系；2.古元古代中期紅旗營子巖群太平莊巖組；3.新太古代早期崇禮下巖群谷咀子巖組；4.古元古代晚期變質(zhì)正長花崗巖；5.第1期(阜平運動晚期)角閃巖相變質(zhì)糜棱巖(眼球狀與條帶狀構(gòu)造片麻巖)及正斷層；6.第2期(呂梁運動早中期)綠簾角閃巖相變質(zhì)糜棱片巖及逆斷層；7.第3期(呂梁晚期)較早階段綠片巖相變質(zhì)糜棱巖(眼球狀片麻巖)；8.第4期(晉寧期—加里東期)綠片巖相變質(zhì)糜棱巖；9.第5期(華力西期—印支期)綠片巖相變質(zhì)糜棱片巖；10.第6期(燕山早期)糜棱巖；11.第6期(燕山早期)斷層角礫巖；12.第7期(燕山中期)糜棱巖；13.第7期(燕山中期)斷層泥與逆斷層；14.第9期(喜馬拉雅期)正斷層破碎帶(斷層角礫夾斷層泥)；15.透鏡體S-C組構(gòu)指向圖3 尚義—隆化區(qū)域斷裂(F1)六間房(a)、石嘴子(b)一帶構(gòu)造剖面[27]Fig.3 Tectonic profile of Shangyi - Longhua regional fault (F1) in Liujianfang (a) and Shizuizi (b) area[27]

(3)呂梁運動晚期(第3期)。繼承性斷裂活動強烈，斷裂內(nèi)有大量綠片巖相變質(zhì)糜棱巖(第3期變質(zhì)糜棱巖)形成，沿斷裂及其附近有大量古元古代晚期造山型變質(zhì)巖分布[10,22-26]。從構(gòu)造巖及特征韌性剪切組構(gòu)分析，該期較早階段活動于近SN向擠壓構(gòu)造環(huán)境，較晚階段活動于近EW向擠壓構(gòu)造環(huán)境。在崇禮縣石嘴子(圖3(b)中3a)、赤城縣茨營子—豐寧縣楊木柵子及姜營等地段有第3期較早階段變質(zhì)糜棱巖保存，構(gòu)造面理向NW、NNW及N傾斜，部分地段向S傾斜，傾角為70°～85°。在赤城縣茨營子—豐寧縣楊木柵子、長閣(圖4中3b)及姜營等地段有第3期較晚階段變質(zhì)糜棱巖保存，構(gòu)造面理向NW、NNW及N傾斜，部分地段向S傾斜，傾角為75°～85°。

1.新太古代中期崇禮上巖群艾家溝巖組；2.古元古代晚期變質(zhì)石榴二長花崗巖；3.第3期(呂梁運動晚期)晚階段綠片巖相變質(zhì)糜棱巖；4.第5期(華力西期—印支期)綠片巖相變質(zhì)糜棱巖；5.第7期(燕山中期)糜棱巖；6.第8期(燕山晚期)逆斷層；7.第9期(喜馬拉雅期)正斷層；8.透鏡體S-C組構(gòu)；9.牽引褶皺指向；10.產(chǎn)狀圖4 尚義—隆化區(qū)域斷裂(F1)長閣一帶構(gòu)造剖面圖[28]Fig.4 Tectonic profile of Shangyi - Longhua regional fault (F1) in Changge area[28]

3.2 中元古代—新生代繼承性活動與疊加改造階段

(1)中元古代—早泥盆世(晉寧期—加里東期，第4期)。以伸展拉張型韌性變形與正斷層活動為特征，活動于近SN向拉張構(gòu)造環(huán)境，斷裂內(nèi)有第4期綠片巖相變質(zhì)糜棱巖分布，沿斷裂附近有中元古代非造山型淺變質(zhì)巖斷續(xù)分布。中元古代—早泥盆世，該斷裂是燕遼裂谷海盆北界的控盆斷裂，北側(cè)為張北—圍場隆起帶，阻擋了海水不再向北運移。該期形成的構(gòu)造線呈近EW向展布，構(gòu)造面理向S傾斜，傾角為50°～70°(圖3(b)中4)。該期綠片巖相變質(zhì)糜棱巖中獲得的年齡數(shù)據(jù)主要有：崇禮縣紅旗營子南變質(zhì)糜棱巖全巖Sm-Nd模式年齡為1 400 Ma和1 200 Ma[29]；崇禮縣黃土嘴變質(zhì)糜棱巖全巖Rb-Sr等時線年齡為(953.5±69.5) Ma[27]；尚義縣下井西變質(zhì)糜棱巖黑云母39Ar-40Ar法年齡為(399±1) Ma[27,30-33]。這些測年數(shù)據(jù)進一步證實了該斷裂在晉寧期—加里東期有過活動。

(2)中泥盆世—中三疊世(華力西期—印支期，第5期)。以擠壓型韌性變形及逆斷層活動為特征，活動于近SN向擠壓構(gòu)造環(huán)境，斷裂內(nèi)有第5期綠片巖相變質(zhì)糜棱巖形成，沿斷裂中東段(赤城以東)附近有晚泥盆世、早中三疊世造山型淺變質(zhì)巖斷續(xù)分布。該期形成的構(gòu)造線呈近EW向及NE向展布，構(gòu)造面理向N(圖3(a)中5)、SE傾斜(圖4中5)，傾角為65°～80°。該期綠片巖相變質(zhì)糜棱巖黑云母39Ar-40Ar法年齡為(263±2) Ma[22,26-29]。

(3)晚三疊世(燕山早期，第6期)。以伸展拉張型韌性變形與正斷層活動為特征，活動于近SN向拉張構(gòu)造環(huán)境，斷裂內(nèi)有第6期拉張型糜棱巖(圖3(a)中6a)及斷層角礫巖(圖3(a)中6b)形成，在崇禮縣獅子溝—赤城縣蔣家堡斷裂附近有晚三疊世非造山型巖體分布。該期形成的構(gòu)造線呈近EW向展布，構(gòu)造面理向S傾斜，傾角為65°～80°。該期糜棱巖中獲得的年齡數(shù)據(jù)有：崇禮縣南天門糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(220.5±10.5) Ma[27]；赤城縣葵花村糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(216.5±3.2) Ma[27]；赤城縣二堡子糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(201.5±3.1) Ma[27]。這些年齡數(shù)據(jù)進一步證實了該斷裂在燕山早期(晚三疊世)有過活動。

(4)侏羅紀(燕山中期,第7期)。以擠壓型韌性變形及逆斷層活動為特征，活動于NW—SE向強烈擠壓構(gòu)造環(huán)境，斷裂內(nèi)有第7期擠壓型糜棱巖(圖3(b)、圖4中7a)及斷層泥(圖3(b)中7b)形成，在赤城—豐寧一帶斷裂附近有中侏羅世造山型巖體斷續(xù)分布。該期形成的構(gòu)造線呈近EW向及NE向展布，構(gòu)造面理向N、S及NW傾斜，傾角為65°～80°。該期糜棱巖中獲得的年齡數(shù)據(jù)有：崇禮東糜棱巖綠泥石K-Ar法年齡為195 Ma[34-36]；赤城縣二堡子糜棱巖全巖K-Ar法年齡分別為(198.4±3.5) Ma、(183.7±2.8) Ma、(182.2±2.6) Ma[27]；赤城縣葵花村糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(190.8±2.8) Ma[27]；赤城縣鎮(zhèn)寧堡碎粒巖全巖K-Ar法年齡分別為(181.5±3) Ma、(180.4±3.2) Ma[27]；崇禮縣西雙臺糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(179.8±3.1) Ma[27]；赤城縣梁底糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(169.6±2.5) Ma[27]；崇禮縣南天門糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(166.8±2.7) Ma[27]；赤城縣石垛口糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(156.8±2.3) Ma[27]。這些年齡數(shù)據(jù)進一步證實了該斷裂在燕山中期(侏羅紀)有過強烈活動。

(5)早白堊世(燕山晚期，第8期)。以擠壓型韌性變形及逆斷層活動為特征(圖4中8)，活動于NW—SE向強烈的擠壓構(gòu)造環(huán)境，斷裂內(nèi)有第8期擠壓型糜棱巖及斷層泥形成，沿斷裂附近有早白堊世造山型火山巖及侵入體斷續(xù)分布。該期形成的構(gòu)造線呈近EW向和NE向展布，構(gòu)造面理向N、S及SE傾斜，傾角為65°～85°。該期糜棱巖中獲得的年齡數(shù)據(jù)有：赤城縣葵花村糜棱巖全巖K-Ar法年齡為(143.6±2.2) Ma[27]；豐寧縣紅石砬糜棱巖磷灰石U-Pb法年齡為(117.7±0.7) Ma[37]。這些年齡數(shù)據(jù)進一步證實了該斷裂在燕山晚期(早白堊世)有過較強烈活動。

(6)始新世—第四紀(喜馬拉雅期，第9期)。以伸展拉張型脆、韌性變形與正斷層活動為特征，活動于NW—SE向拉張構(gòu)造環(huán)境，斷裂內(nèi)有拉張型糜棱巖及斷層角礫夾斷層泥(圖3(b)、圖4中9)形成。該時期斷裂中東段(茨營子以東)以正斷層活動為特征，切割的最新地質(zhì)體為早白堊世晚期石英正長斑巖，斷面N、S、SE向傾斜，傾角為65°～85°，局部呈直立狀。西段尚義—石嘴子一帶斷裂活動跡象更明顯，可分為以下3個階段。

始新世—中新世。斷裂活動十分強烈，漢諾壩玄武巖初步形成，構(gòu)造面向南陡傾(圖3(b)中9)，切割的最新地質(zhì)體為晚白堊世南天門組，是始新世—中新世漢諾壩組玄武巖形成的重要巖漿通道之一。

上新世—中更新世。斷裂活動明顯，漢諾壩玄武巖最終形成，構(gòu)造面仍向南陡傾，切割了已形成的漢諾壩組玄武巖，被晚更新世馬蘭組覆蓋。

晚更新世—全新世。已有地質(zhì)構(gòu)造資料及《張北縣縣志》[37-39]表明，在晚更新世—1997年12月底，該斷裂沒有較強的斷裂活動，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。1998年1月10日該斷裂復活，在張北縣南西地區(qū)發(fā)生了6.2級地震，之后又發(fā)生了多次余震，震中位于該斷裂附近。強烈的地震活動，是尚義—隆化區(qū)域斷裂最新活動的直接證據(jù)。

綜上，尚義—隆化區(qū)域斷裂經(jīng)歷了2個構(gòu)造階段、9個構(gòu)造活動期，具有復雜多變的演化歷史。

4 結(jié)論

(1)尚義—隆化區(qū)域斷裂是復雜的強變形帶，韌性變形與脆性變形相間，具有長期及多期活動性、傾向及性質(zhì)多變等特征。

(2)尚義—隆化區(qū)域斷裂經(jīng)歷了2個構(gòu)造階段，分別為早前寒武紀形成及發(fā)展階段和中元古代—新生代繼承性活動與疊加改造階段；經(jīng)歷了9個構(gòu)造活動期的形成和演化，是冀北地區(qū)重要的區(qū)域斷裂之一，對斷裂兩側(cè)的地質(zhì)歷史發(fā)展及演化具有重要控制作用。

(3)尚義—隆化區(qū)域斷裂至今仍在活動，應加強對該斷裂活動性的進一步監(jiān)測，防止發(fā)生重大的地質(zhì)災害。

致謝：本文獲得了河北地質(zhì)大學張振利教授、田立富教授的精心指導與幫助，在此表示衷心感謝。