襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段構(gòu)造變形特征及其演化

朱清波，程萬強(qiáng), 周 全

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 南京地質(zhì)調(diào)查中心, 江蘇 南京 210016; 2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司, 浙江 杭州 311122; 3.中海油田服務(wù)股份有限公司, 河北 三河 065201)

0 引 言

秦嶺—大別造山帶在元古宙—早古生代時(shí)期是揚(yáng)子板塊北緣的組成部分，奧陶紀(jì)—志留紀(jì)古秦嶺洋向南俯沖，導(dǎo)致?lián)P子板塊北緣沿勉略構(gòu)造帶發(fā)生弧后伸展，最終發(fā)育成泥盆紀(jì)—中三疊世深海洋盆。印支期該洋盆由東向西剪刀式閉合[1-2]，揚(yáng)子板塊再次向華北板塊南緣俯沖-碰撞。燕山期以來又經(jīng)歷了多期陸內(nèi)構(gòu)造-巖漿作用的疊加改造。揚(yáng)子板塊南緣的江南隆起帶在新元古代—中三疊世總體較為穩(wěn)定，在中三疊世末期—中晚侏羅世的印支—燕山期發(fā)生多次向北的逆沖推覆作用[3-4]，在揚(yáng)子板塊北緣形成前陸褶皺逆沖帶。中揚(yáng)子區(qū)中—新生代構(gòu)造演化明顯受到南北兩大構(gòu)造體系相互作用的影響。

襄樊—廣濟(jì)斷裂帶作為分隔大別造山帶和揚(yáng)子板塊北緣前陸褶皺逆沖帶的邊界斷裂[5-6]，其幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及構(gòu)造演化特征記錄了兩大塊體碰撞、拼貼及相互作用的地質(zhì)過程，對(duì)其構(gòu)造變形特征的研究有助于了解南北構(gòu)造體系的演化歷史。襄樊—廣濟(jì)斷裂帶西起襄樊與青峰斷裂相連，東至武穴與郯廬斷裂交匯，呈NW—SE走向綿延500余公里[7]，斷裂東段和西段大體以黃陂為界，在構(gòu)造特征上差異明顯，東段表現(xiàn)為對(duì)沖格局[8]，西段則以低角度逆沖推覆為特征。前人對(duì)襄樊—廣濟(jì)斷裂帶西段開展了大量的研究，而東段的構(gòu)造變形研究則相對(duì)薄弱。同時(shí)，對(duì)襄樊—廣濟(jì)斷裂帶的成因機(jī)制也存在諸多不同觀點(diǎn)：印支期揚(yáng)子板塊與華北板塊的碰撞帶、燕山期揚(yáng)子—大別陸內(nèi)俯沖縫合帶[9]、勉縣—略陽(勉略)縫合帶東延[1]、大別南緣揚(yáng)子蓋層向南的重力滑脫面[10]、超高壓巖片底部滑動(dòng)面[11-12]等，但上述構(gòu)造解釋多是為了配合大別造山帶俯沖-折返模型而提出，缺少對(duì)斷裂帶幾何形態(tài)、運(yùn)動(dòng)過程和變形機(jī)制的詳細(xì)討論。

因此，本文在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造-沉積學(xué)、地球物理和同位素年代學(xué)等，重點(diǎn)對(duì)襄樊—廣濟(jì)斷裂東段的構(gòu)造變形特征進(jìn)行研究，并討論襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段的變形機(jī)制、構(gòu)造演化過程及斷裂帶東西兩段的構(gòu)造差異。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

揚(yáng)子板塊北緣和秦嶺—大別造山帶之間以城口—房縣、襄樊—廣濟(jì)、嘉山—響水?dāng)嗔褞榻?。其中襄樊—廣濟(jì)斷裂帶位于南秦嶺—大別造山帶與揚(yáng)子板塊北緣的接合部位，西延與勉略縫合帶相接，向東為郯廬斷裂所截切[13]。襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段總體呈NW—SE向延伸，北為南大別變質(zhì)雜巖帶，南為中揚(yáng)子前陸褶皺逆沖帶，兩大單元的巖石地層和構(gòu)造均存在顯著差異(圖1(a))。

南大別變質(zhì)雜巖帶主要由前震旦紀(jì)角閃巖相二長花崗質(zhì)和花崗閃長質(zhì)片麻巖以及少量黑云(角閃)斜長片麻巖和斜長角閃片麻巖組成，屬未卷入深俯沖的揚(yáng)子大陸基底[14]。以襄樊—廣濟(jì)斷裂帶和郯廬斷裂帶與中—下?lián)P子區(qū)相分隔。

中揚(yáng)子區(qū)主要經(jīng)歷了震旦紀(jì)—中三疊世海相碳酸鹽臺(tái)地相沉積發(fā)展階段和晚三疊世—始新世陸相碎屑沉積盆地發(fā)展階段。早古生代時(shí)期沉降幅度較大，形成了厚約3 000 m的以碳酸鹽巖為主、碎屑巖次之的淺海相沉積。志留紀(jì)末開始的加里東運(yùn)動(dòng)，以隆升剝蝕為主，區(qū)域上普遍缺失上志留統(tǒng)—中泥盆統(tǒng)。晚泥盆世時(shí)期該區(qū)處于濱海環(huán)境，晚石炭世—中三疊世發(fā)生多次海侵，主要發(fā)育淺海相碳酸鹽巖沉積和濱海沼澤相碎屑巖沉積等[15]。中三疊世末(印支中后期250～220 Ma)揚(yáng)子板塊與華北板塊發(fā)生陸-陸碰撞后，進(jìn)入周緣前陸盆地演化階段，其構(gòu)造形跡主要受控于大別造山帶由北向南的擠壓逆沖推覆作用。早—中燕山期受江南隆起帶自南向北擠壓推覆構(gòu)造作用的疊加，形成一系列向北的褶皺逆沖構(gòu)造。燕山晚期發(fā)生大規(guī)模的伸展斷陷和中酸性巖漿活動(dòng)，基本奠定了該區(qū)的構(gòu)造格局。喜山期發(fā)生了多次小規(guī)模的擠壓-伸展轉(zhuǎn)換和差異性抬升，最終形成現(xiàn)今地貌[16]。

圖1 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶大地構(gòu)造位置圖(a)、斷裂帶東段地質(zhì)簡圖和地層柱狀圖(b)Fig.1 Geotectonic map (a), geological sketch and stratigraphic column in the eastern section (b) of Xiangfan-Guangji fault zone1.大別造山帶太古宙—古生代變質(zhì)巖; 2.揚(yáng)子板塊古生代—中生代沉積巖; 3.南華紀(jì)—震旦紀(jì)地層; 4.寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)地層; 5.志留紀(jì)文洛克世地層; 6.晚泥盆世—晚石炭世地層; 7.中—晚二疊世地層; 8.早—中三疊世地層; 9.早—中侏羅世地層; 10.白堊紀(jì)地層; 11.古近紀(jì)地層; 12.第四紀(jì)地層; 13.白云巖; 14.泥頁巖; 15.灰?guī)r; 16.砂巖; 17.泥灰?guī)r; 18.砂礫巖; 19.粉砂巖; 20.砂礫石層; 21.剖面位置及編號(hào)

研究區(qū)自中—新生代以來經(jīng)歷了多期不同性質(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，受東部郯廬斷裂左行走滑、南部江南隆起帶陸內(nèi)造山活動(dòng)向北擠壓及北部大別造山帶向南逆沖推覆的復(fù)合疊加影響，構(gòu)造變形極其復(fù)雜?，F(xiàn)今地表構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為由南向北的逆沖推覆構(gòu)造，同時(shí)也殘留有早期由北向南的構(gòu)造形跡，對(duì)接帶構(gòu)造明顯[17]?？傮w表現(xiàn)為以褶皺為主體、斷裂為格架、橫向上構(gòu)造分帶、垂向上變形分層的構(gòu)造特征[18]。區(qū)域上主要存在S2/D3、T2/T3、T3/J1、J2/K等不整合面，以中侏羅統(tǒng)和白堊系不整合面以及兩套巨厚的區(qū)域性滑脫層(志留系頁巖層、新元古界變泥質(zhì)板巖層)為界，可分為上、中、下三套構(gòu)造變形層：上部伸展變形層，主要由白堊紀(jì)地層組成，以正斷層和伸展斷陷為特征，受先存逆沖推覆構(gòu)造控制；中部構(gòu)造層由中侏羅統(tǒng)—上泥盆統(tǒng)組成，構(gòu)造特征表現(xiàn)為以志留系滑脫層為底板的強(qiáng)烈擠壓逆沖褶皺構(gòu)造；下部構(gòu)造層以志留系、新元古界兩套巨厚的區(qū)域性滑脫層作為上、下拆離滑脫構(gòu)造界面，以擠壓逆沖推覆和褶皺等脆-塑性變形為特征(圖1(b))。

2 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段構(gòu)造變形特征

襄樊—廣濟(jì)斷裂帶在不同區(qū)段、不同層次表現(xiàn)出不同的構(gòu)造變形特征。斷裂帶西段(三陽—三里崗一帶)和中段(京山—黃陂一帶)表現(xiàn)為自北向南的大規(guī)模逆沖推覆[19]，切割深度>30 km，沿?cái)嗔褞Оl(fā)育有大于3 km的逆沖推覆帶。斷裂帶東段在黃石—廣濟(jì)一帶，大致以蘄春—太子廟為界，浠水—馬壟段主要表現(xiàn)為韌性剪切帶[20-21]和伸展斷陷盆地；蘄春—廣濟(jì)段以脆性斷層和褶皺構(gòu)造為主，表現(xiàn)出雙向?qū)_的構(gòu)造特點(diǎn)，其中大別造山帶南緣以自北向南的逆沖推覆為主，中揚(yáng)子北緣以自南向北的逆沖滑脫為主(圖1(b))。大地電磁資料也揭示揚(yáng)子板塊北緣向大別造山帶之下俯沖，二者沿襄樊—廣濟(jì)斷裂帶呈“鱷魚嘴式”對(duì)接[22]。下文將主要對(duì)襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段的構(gòu)造變形特征進(jìn)行介紹。

2.1 大別造山帶南緣構(gòu)造變形特征

圖2 樣品采樣位置變形特征和ESR年齡Fig.2 Deformation characteristics of sampling locations and ESR ages of samples (a)推覆斷層伴生裂隙中充填石英脈; (b)云母片巖擠壓褶劈理內(nèi)充填石英脈; (c)石英云母片巖中石英透鏡體

逆沖推覆構(gòu)造是大別造山帶內(nèi)的主要變形樣式[23]，變質(zhì)巖系中發(fā)育一系列向南—南南西(S—SSW)方向逆沖的斷層和軸面向北陡傾的伴生褶皺，逆沖推覆構(gòu)造自北向南表現(xiàn)出活動(dòng)深度逐漸變淺的特點(diǎn)。在浠水一帶早期較深層次的逆沖作用伴有韌性剪切帶的發(fā)育，斷面傾向NE，上陡下緩，長英質(zhì)脈體被剪切拉斷形成不對(duì)稱的褶皺，指示了向SW方向的逆沖運(yùn)動(dòng)；在逆沖推覆前鋒的樂斯—四望地區(qū)，石英云母片巖中發(fā)育自北向南的逆沖推覆構(gòu)造，具有雙重構(gòu)造的特點(diǎn)(圖2)，表現(xiàn)為由頂、底板逆沖斷層圍限的一系列沖斷夾塊組合，頂、底板逆沖斷層的產(chǎn)狀基本一致(28°∠20°)，斷塊內(nèi)一系列次級(jí)疊瓦狀逆沖斷層產(chǎn)狀在30°∠40°左右，順斷層面發(fā)育有大量褶疊的石英脈。斷塊內(nèi)片理發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺變形，軸面均傾向NE(傾角約40°)。在廣濟(jì)鐵石鄉(xiāng)襄樊—廣濟(jì)斷裂帶北盤的石英云母片巖內(nèi)發(fā)育一系列SW向的高角度疊瓦狀逆沖斷層(傾角>60°)，片理發(fā)生強(qiáng)烈的褶劈理化，劈理面及褶皺軸面均向北陡傾(圖2)。由此可見，襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段自北向南，從根帶向逆沖前緣，變形深度越來越淺，斷層角度由低角度(20°)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦呓嵌?>60°)。

圖3 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶北側(cè)晚白堊世花崗斑巖脈侵入特征(剖面位置見圖1) Fig.3 Intrusion characteristics of Late Cretaceous granite porphyry dyke in the north of the Xiangfan-Guangji fault zone (seeing section location in Fig.1)

此外，在大別南緣發(fā)育一些與主期構(gòu)造不協(xié)調(diào)的自南向北的逆沖推覆構(gòu)造，表現(xiàn)為向北的脆性逆沖斷層和軸面南傾的同斜褶皺，顯示逆沖推覆作用的淺層活動(dòng)特征。在斷裂帶以北的蘄州鎮(zhèn)東菩提村一帶鈉長石英片巖內(nèi)片理發(fā)育一系列軸面向南緩傾(傾角約30°)的倒轉(zhuǎn)褶皺和向北的逆沖斷層。倒轉(zhuǎn)向斜的正常一翼被燕山期侵入的花崗斑巖脈和偉晶巖脈侵入(圖3)，巖脈在平面上產(chǎn)狀與斷裂帶的走向一致，與大別山中生代大規(guī)模侵入的中酸性巖為同期(130 Ma左右)，推測這次強(qiáng)烈的逆沖推覆作用應(yīng)該發(fā)生在晚侏羅世至早白堊世之間。

2.2 揚(yáng)子地區(qū)構(gòu)造變形特征

2.2.1 野外構(gòu)造變形特征

大別造山帶南緣巨大的由北向南的推覆構(gòu)造在中揚(yáng)子地區(qū)北緣幾乎沒有保留，僅在瑞昌地區(qū)殘留有早期向南的逆沖斷層。襄樊—廣濟(jì)斷裂帶南側(cè)為中揚(yáng)子板塊北緣古生代地層，構(gòu)造變形主要表現(xiàn)為一系列軸面向南傾的緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺和傾向SW的疊瓦狀逆沖滑脫斷層(傾角50°～70°，部分后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)為正斷層)(圖2)。在蘄州鎮(zhèn)附近襄樊—廣濟(jì)斷裂表現(xiàn)出多期變形特征，寒武系內(nèi)逆沖滑脫構(gòu)造發(fā)育，早期自北向南的逆沖斷層淺部被改造為自南向北逆沖，寒武系逆沖滑脫在震旦系白云巖之上，滑脫層內(nèi)發(fā)育一系列軸面向南傾斜的滑脫褶皺，晚期又疊加一期自北向南的滑覆構(gòu)造(圖4(a))。在牛皮坳一帶卷入逆沖作用的古生代地層表現(xiàn)出多層次滑脫褶皺的變形特征，滑脫斷層向下匯聚到中揚(yáng)子地區(qū)新元古界區(qū)域滑脫層中，根據(jù)卷入褶皺逆沖的最新地層為中侏羅統(tǒng)可以判斷大規(guī)模由南向北的逆沖推覆作用發(fā)生于早—中燕山期(圖4 (c))；在蘄州劉家灣發(fā)育一系列向北的疊瓦狀逆沖斷層，可見震旦系白云巖向北逆沖推覆在大別地區(qū)石英云母片巖之上，片巖內(nèi)發(fā)育大量軸面向南陡傾的滑脫褶皺(圖4(b)和(d))，震旦紀(jì)地層內(nèi)發(fā)育軸面向南緩傾的倒轉(zhuǎn)向斜和層間撓曲，古生代地層發(fā)育軸面直立的復(fù)背斜，局部發(fā)育向南的反沖斷層(傾角約40°)，逆沖三角帶內(nèi)褶皺強(qiáng)烈；在瑞昌鄧家山一帶的中—古生代地層中發(fā)育一系列軸面南傾的褶皺；在廣濟(jì)田家鎮(zhèn)董家橋北，由于自南而北的區(qū)域性逆沖滑脫，田家鎮(zhèn)向斜南翼地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，大冶組(T1d)呈倒轉(zhuǎn)蓋在嘉陵江組(T2j)厚層塊狀白云巖之上(圖1和圖5)。

在廣濟(jì)馬口地區(qū)的志留紀(jì)—三疊紀(jì)地層中發(fā)育一系列自SW向NE逆沖的疊瓦狀逆沖斷層和近NWW向的左行走滑斷層。巖層產(chǎn)狀一致向南陡傾(60°～75°)，呈構(gòu)造巖片和不完整的倒轉(zhuǎn)向斜(軸面向南陡傾50°～65°)相互疊置，與一系列高角度逆沖斷層構(gòu)成NE向的疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造(圖5)。斷裂帶中一系列NWW向的左行走滑斷層切割了NW向的逆沖斷層，最大走滑位移量近10 km，是斷裂帶向NE逆沖推覆過程中橫向差異位移的調(diào)整轉(zhuǎn)換斷層。組成廣濟(jì)—馬口湖斷裂帶的逆沖和走滑斷層是近同期自SW向NE逆沖作用的結(jié)果。

圖4 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段聯(lián)合剖面圖(剖面位置見圖1)Fig.4 Combined profile for the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone (seeing section location in Fig.1)1.鈉長云母片巖; 2.石英云母片巖; 3.白云巖; 4.角礫白云巖; 5.碳質(zhì)頁巖; 6.灰?guī)r; 7.泥灰?guī)r; 8.砂巖; 9.石英砂巖; 10.粉砂巖; 11.泥質(zhì)粉砂巖; 12.泥巖; 13.砂礫石層; 14.褶皺軸面; Pt2-3.中—新元古界; Nh-Z.南華系—震旦系; ∈1-2.寒武系紐芬蘭統(tǒng)—第二統(tǒng); ∈3-4.寒武系第三統(tǒng)—芙蓉統(tǒng); O1-2.下—中奧陶統(tǒng); S2.志留系文洛克統(tǒng); T1-2.下—中三疊統(tǒng); J1-2.下—中侏羅統(tǒng); Q.第四系

此外，沿?cái)嗔褞г缙诘哪鏇_斷層部分反轉(zhuǎn)為正斷層，并控制了晚白堊世沉積盆地的發(fā)育，斷陷紅盆沿?cái)嗔褞С蔔W走向。在廣濟(jì)縣李選堂附近可見白堊紀(jì)—古近紀(jì)地層產(chǎn)狀較陡，傾角可達(dá)60°左右，顯示在新生代斷裂帶附近仍發(fā)生了顯著的擠壓變形(圖6)。

圖5 廣濟(jì)馬口地區(qū)蓋層逆沖推覆構(gòu)造(剖面位置見圖1)Fig.5 Thrust nappe structure in cover sequence at Makou, Guangji (seeing section location in Fig.1)Q.第四系; P2m.茅口組; P2q.棲霞組; T1d.大冶組; T2j.嘉陵江組; S2f.墳頭組

圖6 廣濟(jì)李選堂附近白堊系—古近系變形特征(剖面位置見圖1)Fig.6 Cretaceous-Paleogene deformation characteristics near Lixuantang, Guangji (seeing section location in Fig.1)∈2-3.寒武系第二統(tǒng)—第三統(tǒng); O1.下奧陶統(tǒng); K2-E.上白堊統(tǒng)—古近系

圖7 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段碎裂巖顯微構(gòu)造特征Fig.7 Microstructure characteristics of cataclastic rocks in the eastern part of Xiangfan-Guangji fault zone(a)斷裂帶寒武紀(jì)灰?guī)r碎裂巖掃描電鏡特征; (b) 斷裂帶震旦紀(jì)白云巖碎裂巖顯微構(gòu)造特征; (c) 茅口組灰?guī)r破碎帶內(nèi)方解石脈陰極發(fā)光特征; (d) 大冶組灰?guī)r破碎帶內(nèi)方解石脈陰極發(fā)光特征; (e) 黃龍組灰?guī)r破碎帶內(nèi)方解石E雙晶; (f) 大冶組灰?guī)r破碎帶內(nèi)方解石E雙晶

2.2.2 顯微構(gòu)造及應(yīng)變特征

2.2.2.1 顯微構(gòu)造

對(duì)襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段南側(cè)斷層碎裂巖的掃描電鏡分析顯示：斷裂帶以脆性破裂為特征，碎裂巖破碎強(qiáng)烈，破碎顆粒粒徑在0.02 μm左右，且碎裂巖多被方解石脈體膠結(jié)(圖7(a)和(b))。陰極發(fā)光圖像顯示脈體具有多期生長特征，內(nèi)部方解石顆粒自形程度較好，部分垂直脈壁定向結(jié)晶，表明其為原生方解石脈體(圖7(c)和(d))。方解石普遍發(fā)育脆性裂隙，表明其變形環(huán)境為淺層脆性破裂。脈體中局部方解石顆粒發(fā)育E雙晶(圖7(e)和(f))，根據(jù)雙晶紋的發(fā)育程度和特征、雙晶紋間距指數(shù)計(jì)算的方解石脈體變形時(shí)差異應(yīng)力在20～25 MPa之間(表1)[24]。方解石E雙晶以Ⅰ型薄雙晶為主，部分為Ⅱ型網(wǎng)格厚雙晶，指示其變形溫度總體在170 ℃以下，局部可至170～200 ℃(表1)[25]。碎裂巖中的方解石膠結(jié)物呈乳白色，網(wǎng)格狀，肉眼可見較粗大的方解石晶體，碎裂的圍巖呈角礫狀，是斷裂帶脆性破裂的產(chǎn)物。脈體的碳氧同位素顯示斷裂帶流體主要源于下滲的大氣降水與斷裂帶圍巖的水-巖反應(yīng)，包裹體均一溫度出現(xiàn)115 ℃、140 ℃和175 ℃三個(gè)峰值[26]。結(jié)合揚(yáng)子板塊的古地溫梯度[27]和原始地層厚度[28]可以推斷，斷裂流體的活動(dòng)深度大致相當(dāng)于志留系上下界面和震旦系底界區(qū)域性滑脫面的位置。上述特征總體反映了襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段由南向北的逆沖推覆構(gòu)造具有淺層次逆沖滑脫構(gòu)造的特征[26]。

圖8 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段石英C軸組構(gòu)(a)和應(yīng)力應(yīng)變圖解(b)Fig.8 Diagram of quartz C-axis fabric (a) and stress-strain (b) in the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zoneSX、SY、SZ和LX、LY、LZ分別代表各應(yīng)變面和應(yīng)力軸在赤平投影中的空間方位，σX、σY、σZ的射線長度代表了應(yīng)變大小，可見襄樊廣濟(jì)斷裂帶的主應(yīng)力為NE—SW向的擠壓應(yīng)力

表1 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段方解石E雙晶溫壓測量結(jié)果

2.2.2.2 應(yīng)變特征

為估算斷裂帶應(yīng)變大小并確定應(yīng)力方向，本次研究在斷裂帶南側(cè)變形帶中采集了志留紀(jì)砂巖定向標(biāo)本，并對(duì)其進(jìn)行了石英C軸組構(gòu)分析和Fry法應(yīng)變測量，詳細(xì)的測量方法見文獻(xiàn)[29-30]。105顆石英的光軸產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖8(a))顯示，石英C軸組構(gòu)圖表現(xiàn)為光軸優(yōu)選方位較差，最高極密度為5%，具斜方對(duì)稱的形式。主極密位于NE—SW方向，明顯受S面理的控制，顯示NE—SW向的擠壓變形，變形溫度較高，石英以中低溫(400～500 ℃)菱面滑移為主。次級(jí)極密位于NW—SE方向，顯示另一期擠壓作用的方向。點(diǎn)極密組成ac環(huán)帶，半開角約為70°，呈不完整的裂開狀，被視為剪切作用引起的內(nèi)部光軸旋轉(zhuǎn)；點(diǎn)極密中心位于剪切界面上，即在剪切過程中形成，變形溫度較低，石英以低溫(<400 ℃)的底面滑移為主。由此可見，石英C軸組構(gòu)特征顯示了襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段存在明顯的兩期構(gòu)造變形，主期變形為早期較深層次的NE—SW向擠壓變形，對(duì)應(yīng)了印支期自北向南的逆沖推覆作用；晚期為NW—SE向的擠壓剪切，可能對(duì)應(yīng)了燕山期自南向北的右行擠壓逆沖變形。

野外測量獲得構(gòu)造面理的總體產(chǎn)狀為33°∠46°，即代表了SXY應(yīng)變面的產(chǎn)狀；構(gòu)造面理上發(fā)育產(chǎn)狀為89°∠32°的構(gòu)造線理，即代表了σX應(yīng)變軸的產(chǎn)狀。根據(jù)SXY面理和σX線理產(chǎn)狀進(jìn)一步確定了SYZ和SXZ的產(chǎn)狀分別為238°∠59°和151°∠59°，σY和σZ的產(chǎn)狀分別為336°∠21°和215°∠36°，指示了主期構(gòu)造變形的主應(yīng)力方向?yàn)镹E—SW。切制與該定向樣品SXY、SYZ和SXZ三個(gè)應(yīng)變面相對(duì)應(yīng)的薄片，對(duì)其中的石英顆粒采用FRY法進(jìn)行應(yīng)變測量，其中內(nèi)橢圓代表標(biāo)志體(石英顆粒)的平均應(yīng)變，所獲得三個(gè)應(yīng)變面的應(yīng)變值分別為：RX/RY=2.19、RY/RZ=1.93、RX/RZ=2.63，付林指數(shù)(K=(RX/RY)/(RY/RZ))為1.13，表明斷裂帶兩側(cè)的應(yīng)變以平面擠壓剪切為主(圖8(b)和圖9)。

圖9 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段構(gòu)造巖各應(yīng)變面顯微照片((a)(c) (e))和FRY法應(yīng)變測量圖解((b) (d) (f))Fig.9 Micrographs ((a)(c)(e)) of tectonic rocks in the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone and diagrams of strain measurement by FRY method ((b)(d)(f)) of various strain planes

綜上所述，襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段主要表現(xiàn)為印支期—燕山期的構(gòu)造變形，具有雙向?qū)_的特點(diǎn)，對(duì)沖作用發(fā)生在不同時(shí)期，早期大別山地區(qū)中深變質(zhì)巖系由北向南發(fā)生深層次的逆沖推覆，晚期揚(yáng)子地區(qū)沉積巖系自南向北發(fā)生淺層逆沖滑脫。

3 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段構(gòu)造變形的年代學(xué)約束

3.1 印支期年代學(xué)記錄

已有的研究表明襄樊—廣濟(jì)斷裂帶是一條長期演化的斷裂帶，前人從構(gòu)造變形卷入的地層時(shí)代、區(qū)域構(gòu)造對(duì)比、沉積響應(yīng)以及構(gòu)造年代學(xué)等多方面對(duì)斷層活動(dòng)時(shí)限進(jìn)行了約束。楊坤光等[20]在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段的糜棱巖化白云鈉長石英片巖中獲得了(240.0±1.1) Ma的白云母坪年齡，與大別山北界的滸灣拆離斷層同期(237～231 Ma)[31]，指示襄樊—廣濟(jì)斷裂帶和滸灣拆離斷層在三疊紀(jì)中期大別山超高壓從地幔深度到下地殼的擠出/折返過程中[11]有顯著活動(dòng)，以超高壓折返伴隨的中—高角度逆沖為特點(diǎn)。

3.2 燕山期年代學(xué)證據(jù)

本文對(duì)斷裂帶北側(cè)侵入到由南向北的褶皺逆沖帶中的1件花崗斑巖(采樣位置見圖3)進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，鋯石的陰極發(fā)光(CL)成像和U-Pb同位素組成分析分別在中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程和礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子探針顯微分析系統(tǒng)(JXA-8100)和激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 (LA-ICP-MS)上完成，其中激光剝蝕孔徑為32 μm，剝蝕深度20～40 μm，詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法及參數(shù)見文獻(xiàn)[32]，測試結(jié)果見圖10和表2。

花崗斑巖脈具有明顯的侵入特征，完整無變形，鋯石呈自形完整的長柱形，陰極發(fā)光圖像顯示明顯的振蕩環(huán)帶，具有典型的花崗巖鋯石特征(圖10(a))。鋯石206Pb/238U年齡集中在125～139 Ma之間，其中諧和度較好的鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(132.5±1.2) Ma(n=10,MSWD=1.6)(圖10(b))，代表了花崗斑巖脈的結(jié)晶年齡，與斷裂帶北側(cè)侵入到軸面向南傾的一系列倒轉(zhuǎn)褶皺中的梅川巖體時(shí)代(132.7±1.5 Ma)[22]一致，表明斷裂帶北側(cè)變質(zhì)巖內(nèi)由南向北的逆沖推覆構(gòu)造(圖4)主要發(fā)生在早白堊世花崗質(zhì)巖體(脈)侵位之前的燕山期中—早期。

圖10 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶北側(cè)晚白堊世花崗斑巖典型鋯石CL圖像(a)和LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.10 Typical zircon CL images (a) and LA-ICP-MS zircon U-Pb ages (b) of Late Cretaceous granite porphyry in the north of Xiangfan-Guangji fault zone

3.3 喜山期年代學(xué)記錄

前述構(gòu)造變形特征顯示，襄樊—廣濟(jì)斷裂帶在古近紀(jì)之后仍發(fā)生過較明顯的擠壓變形，但缺少相關(guān)的年代學(xué)證據(jù)。利用斷裂帶同構(gòu)造的石英脈進(jìn)行熱活化電子自旋共振(ESR)測年在限定新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)間方面已有眾多的應(yīng)用實(shí)例。石英顆粒的硅氧四面體結(jié)構(gòu)在α、γ、β射線擊打下能形成一些+2價(jià)的氧空位。由于巖石中存在大量自由電子，一個(gè)氧空位可以捕獲一個(gè)自由電子, 產(chǎn)生一個(gè)順磁中心(E′心)。石英脈年齡越古老, 巖石中放射性越強(qiáng)，E′心濃度也越高。根據(jù)已建立的年齡-順磁中心濃度及巖石放射性同位素含量的實(shí)驗(yàn)關(guān)系可確定石英脈的結(jié)晶年齡[26,33]。

在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段北盤的大別變質(zhì)巖區(qū)發(fā)育一系列傾向北東的次級(jí)逆沖推覆斷層，伴生有密集的褶劈理、剪節(jié)理和近順層的滑脫面，順上述構(gòu)造面充填有平直或透鏡狀的同構(gòu)造石英脈。這些石英脈均形成于淺層低溫(<300 ℃)的脆性變形環(huán)境，未遭受高溫改造，其ESR年齡均可代表其原生年齡。在逆沖斷層帶內(nèi)不同產(chǎn)狀的石英脈中采集3件代表性的樣品(圖3和表3)，并對(duì)石英脈采用熱活化電子自旋共振(ESR)測年以約束其活動(dòng)時(shí)限，結(jié)果顯示其年齡集中在37～55 Ma之間(圖3和表3)，反映襄樊—廣濟(jì)斷裂帶在古近紀(jì)發(fā)育一期向南的逆沖推覆構(gòu)造。這一結(jié)果與野外構(gòu)造變形特征相一致(圖5)。

表2 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶北側(cè)晚白堊世花崗斑巖鋯石U-Th-Pb同位素分析結(jié)果

表3 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段石英ESR年齡測試結(jié)果

4 討 論

4.1 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶的東、西段差異

襄樊—廣濟(jì)斷裂帶西延與城口—房縣斷裂帶相連，揚(yáng)子板塊在城口—房縣一帶向南秦嶺之下俯沖，形成向南推覆的巴山弧巨型疊瓦逆沖帶[2]。地球物理資料[22,34]揭示襄樊—廣濟(jì)斷裂帶在深部斷面向北緩傾，表現(xiàn)為造山帶向前陸方向逆沖推覆的構(gòu)造特征。在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶西段隨應(yīng)—大洪山—黃陂一帶，構(gòu)造變形主體表現(xiàn)為自北向南的脆-韌性擠壓逆沖并伴隨左行剪切[22]，大別造山帶內(nèi)中-深變質(zhì)巖自北向南逆沖推覆在揚(yáng)子板塊地層之上，逆沖前緣發(fā)育飛來峰，地球物理資料揭示沿?cái)嗔褞Оl(fā)育有大于3 km的逆沖推覆帶[9,34]。此外，在斷裂帶西段還可見南華紀(jì)—早古生代地層逆掩在晚白堊世紅盆之上，說明斷裂帶西段在晚白堊世之后仍發(fā)育顯著的向南擠壓逆沖[22]。而在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段黃石—廣濟(jì)一帶，地表構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為自南向北的淺層次逆沖推覆滑脫構(gòu)造，僅局部保留了早期自北向南逆沖推覆的構(gòu)造痕跡，地球物理資料則顯示斷裂帶在深部轉(zhuǎn)向北傾。由此可見，揚(yáng)子北緣的東段和西段在深部均表現(xiàn)為向大別造山帶之下俯沖，但襄樊—廣濟(jì)斷裂帶的地表構(gòu)造特征卻存在顯著的東西差異，其中東段以發(fā)育“鱷魚嘴式”的對(duì)沖結(jié)構(gòu)(對(duì)沖不同時(shí))為特征，西段以自北向南的逆沖推覆構(gòu)造為特征[9,34]。

另外，襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東、西兩段的構(gòu)造變形次序也存在明顯的差異(表4)，與江南—雪峰造山帶和大別造山帶這南北兩大造山體系在印支期—喜山期的構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)。在印支期，受控于揚(yáng)子板塊向華北板塊的俯沖碰撞，大別造山帶向南擠出，襄樊—廣濟(jì)斷裂帶作為造山帶的邊界斷裂在其西段和東段同步發(fā)生了自北向南的韌性—脆性逆沖推覆構(gòu)造變形，從北向南由造山帶向前陸方向變形層次逐漸變淺。燕山期早—中期區(qū)內(nèi)處于陸內(nèi)造山階段，大別造山帶持續(xù)向南擠出，襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東西段均發(fā)育由北向南的逆沖推覆構(gòu)造。同時(shí)受古太平洋板塊俯沖的影響，江南隆起帶發(fā)生向北的基底拆離滑脫，導(dǎo)致斷裂帶東段在淺表自南向北發(fā)生逆沖滑脫，而西段則表現(xiàn)并不明顯。由此可見斷裂帶東段在燕山期受江南—雪峰造山作用的影響較強(qiáng)。而西段在喜山期發(fā)生的大規(guī)模逆沖作用在東段表現(xiàn)并不明顯，僅出現(xiàn)小規(guī)模發(fā)生在早白堊世以后的向北逆沖斷層，可見喜山期斷裂帶構(gòu)造變形具有西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。

4.2 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段的南北對(duì)接

中—晚三疊世揚(yáng)子板塊與華北板塊俯沖碰撞形成大別造山帶[36]，至燕山期(侏羅紀(jì)—早白堊世)大別造山帶持續(xù)向南擠出[37]，同時(shí)江南隆起帶也發(fā)生向北的擠壓推覆。在鄂東—九江一帶，兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度最大，中揚(yáng)子蓋層區(qū)快速變窄，大別造山帶變質(zhì)巖與江南隆起帶變質(zhì)巖相距不到50 km，向西至江漢盆地、向東至蘇北盆地古生界—中新生界逐漸變寬。

中揚(yáng)子地區(qū)自北向南，在武穴一帶只有在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶內(nèi)才可見一些向南逆沖的殘存構(gòu)造形跡。在黃石地區(qū)雖然可見一些早期向南逆沖的構(gòu)造形跡殘存，但表現(xiàn)為軸面陡立略向北傾的寬緩褶皺和規(guī)模不大的高角度逆沖斷層。在大冶地區(qū)古生界—中生界褶皺軸面和逆沖斷層以南傾為主，少量褶皺表現(xiàn)為軸面北傾，部分還可見早期北傾軸面被后期向北的擠壓應(yīng)力改造的跡象，在大冶湖南側(cè)發(fā)育早期向南逆沖的小斷層，被后期向北的擠壓構(gòu)造強(qiáng)烈改造，說明早期大別山向南的逆沖至少影響到了大冶湖以南。但在瑞昌一帶地表未見明顯的向南逆沖構(gòu)造痕跡，僅地球物理資料揭示深部存在隱伏的向南逆沖推覆構(gòu)造[38]。

表4 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶對(duì)南北造山帶的構(gòu)造變形響應(yīng)(據(jù)文獻(xiàn)[35]修改)

蘄春—武穴—浠水一帶是江南隆起帶北側(cè)薄皮沖斷褶皺帶和大別山巨型推覆體推覆前鋒變形帶的疊加部位。早期大別山向南逆沖的構(gòu)造形跡被稍后江南隆起帶向北的強(qiáng)烈擠壓所改造，襄樊—廣濟(jì)斷裂帶表層已經(jīng)被改造成一系列向北高角度逆沖的疊瓦狀逆沖斷層和倒轉(zhuǎn)褶皺等，早古生代地層逆沖在大別山中—新元古代片巖之上，在大別造山帶內(nèi)部的梅川一帶仍發(fā)育一系列軸面傾向南的同斜褶皺。由此可見，江南隆起帶向北的擠壓推覆作用已經(jīng)影響到襄樊—廣濟(jì)斷裂帶一線，甚至在大別造山帶內(nèi)部仍有該期推覆構(gòu)造的痕跡。

綜上所述，中揚(yáng)子地區(qū)東部受江南—雪峰造山帶和大別造山帶南北兩大構(gòu)造體系的共同控制與影響，在深部揚(yáng)子板塊北緣向大別造山帶之下俯沖導(dǎo)致造山帶自北向南擠出，推覆構(gòu)造可影響至瑞昌一帶，由南向北的淺層逆沖推覆可影響至梅川附近，二者在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段的蘄春—武穴—浠水一帶呈“鱷魚嘴式”對(duì)接。

4.3 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段的時(shí)空演化

中—晚三疊世，隨著勉略洋盆的全面閉合，華北板塊與揚(yáng)子板塊對(duì)接碰撞形成大別造山帶，在其南緣形成襄樊—廣濟(jì)斷裂帶，表現(xiàn)為自北向南的大規(guī)模逆沖推覆構(gòu)造和韌性剪切帶[2]。揚(yáng)子地區(qū)中三疊統(tǒng)海相地層與上覆中上三疊統(tǒng)陸相地層間為平行不整合接觸，該期逆沖推覆在揚(yáng)子地區(qū)主要表現(xiàn)為水平抬升(圖11(d))。晚三疊世末，大別造山帶沿襄樊—廣濟(jì)斷裂帶向揚(yáng)子陸塊之上發(fā)生大規(guī)模逆沖推覆[37,39]，使揚(yáng)子地區(qū)中—上三疊統(tǒng)與下—中侏羅統(tǒng)之間為角度不整合接觸，結(jié)合襄樊—廣濟(jì)斷裂帶內(nèi)糜棱巖的白云母39Ar/40Ar年齡(230～240 Ma)[22]，可以將襄樊—廣濟(jì)斷裂帶在印支期的逆沖推覆構(gòu)造時(shí)限約束在195～240 Ma之間。

燕山早—中期(J1-3)，研究區(qū)進(jìn)入陸內(nèi)造山階段，受北側(cè)大別造山帶向南擠出和江南隆起帶向北擠壓的雙向作用，在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶深部及斷裂帶西段，大別變質(zhì)雜巖向南逆沖在中揚(yáng)子地區(qū)北緣前陸褶皺逆沖帶及早—中侏羅世盆地之上[19-20,38](圖11(c))；在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段，揚(yáng)子區(qū)蓋層逆沖推覆在大別變質(zhì)巖系之上，中侏羅統(tǒng)卷入自南向北的褶皺逆沖變形，區(qū)內(nèi)缺失上侏羅統(tǒng)地層，且斷裂帶北側(cè)褶皺帶內(nèi)侵位有134 Ma無變形破裂的梅川巖體[22]，均表明襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段自南向北的逆沖推覆作用可能發(fā)生在晚侏羅世；至燕山中期襄樊—廣濟(jì)斷裂帶形成了南北對(duì)沖的空間格局，而且以由南向北的褶皺逆沖作用占主導(dǎo)(圖11(b))。

圖11 襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段中—新生代演化模式Fig.11 Meso-Cenozoic evolution in the eastern section of the Xiangfan-Guangji fault zone1.太古宙—古生代變質(zhì)巖; 2.早古生代碳酸鹽巖; 3.志留紀(jì)泥頁巖; 4.晚古生代碳酸鹽巖; 5.白堊紀(jì)—古近紀(jì)斷陷盆地; 6.斷層; 7.韌性剪切帶

燕山晚期至喜山早期，構(gòu)造體制反轉(zhuǎn)為區(qū)域性伸展階段，沿襄樊—廣濟(jì)斷裂帶有大量中生代巖體侵入，并發(fā)育NW—SE向正斷層、晚白堊世斷陷盆地及火山活動(dòng)等(圖11(a))。喜山早期至今，相較于襄樊—廣濟(jì)斷裂帶西段由南向北的強(qiáng)烈逆沖推覆，東段的逆沖作用相對(duì)較弱，馬壟巖體內(nèi)的逆沖斷層、斷裂帶逆沖斷層內(nèi)發(fā)育ESR年齡為37～55 Ma的石英脈、白堊紀(jì)—新近紀(jì)紅盆內(nèi)的褶皺變形等都指示了這一時(shí)期擠壓作用的切實(shí)存在。而廣泛發(fā)育的正斷層又顯示斷裂帶在喜山期主體表現(xiàn)為伸展性質(zhì)的正斷層。至此，奠定了襄樊—廣濟(jì)斷裂帶現(xiàn)今的構(gòu)造變形樣式。

此外，在空間上襄樊—廣濟(jì)斷裂帶不同深度具有不同的變形特征，且大體上與斷裂帶的演化階段相對(duì)應(yīng)：斷裂帶深部向南的逆沖推覆作用和韌性剪切構(gòu)造對(duì)應(yīng)于印支期俯沖碰撞造山作用，向南的逆沖推覆作用為印支期—燕山中期大別造山帶和揚(yáng)子板塊持續(xù)相互作用的結(jié)果；斷裂帶淺層斷面南傾，大規(guī)模由南向北的逆沖滑脫作用為燕山期江南隆起帶向北擠壓逆沖的結(jié)果；斷裂帶表層則以伸展正斷層和受斷裂控制的沉積盆地為主，屬于燕山晚期—喜山期的伸展構(gòu)造層。

5 結(jié) 論

(1)襄樊—廣濟(jì)斷裂帶是揚(yáng)子板塊和大別造山帶的邊界斷裂，地質(zhì)和地球物理資料揭示了斷裂帶東段以深部向南逆沖、淺表向北逆沖的“鱷魚嘴式”對(duì)沖構(gòu)造為特征，對(duì)沖作用不是同時(shí)的，向北的逆沖推覆作用晚于向南的逆沖作用，與斷裂帶西段印支期—喜山期持續(xù)單一的自北向南逆沖推覆形成顯著差異。

(2)中揚(yáng)子地區(qū)東部受控于江南—雪峰造山帶和大別造山帶南北兩大構(gòu)造體系，深部揚(yáng)子板塊北緣向大別造山帶之下俯沖導(dǎo)致造山帶自北向南擠出，推覆構(gòu)造可影響至瑞昌一帶，由南向北的淺層逆沖推覆可影響至梅川附近，二者在襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段的蘄春—武穴—浠水一帶對(duì)接。

(3)構(gòu)造年代學(xué)研究結(jié)合斷裂帶構(gòu)造變形解析，揭示出襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段經(jīng)歷了多期構(gòu)造變形：斷裂帶形成于印支早期(T2末)揚(yáng)子板塊北緣與大別造山帶的對(duì)接碰撞過程中，主要表現(xiàn)為由北向南的大規(guī)模逆沖推覆作用和較深層次的韌性剪切帶構(gòu)造；燕山早—中期(J1-3)斷裂帶深部由北向南持續(xù)逆沖推覆，淺層則由南向北逆沖滑脫，基本奠定了襄樊—廣濟(jì)斷裂帶東段雙向?qū)_的構(gòu)造格局；燕山中—晚期(K1-2)斷裂帶處于伸展環(huán)境，沿?cái)嗔褞в写笠?guī)模巖漿侵入，并控制了白堊紀(jì)斷陷紅盆沉積；喜山早期(E1)斷裂帶又經(jīng)歷了一次較弱的由北向南的擠壓逆沖作用，之后斷裂帶一直處于伸展體制之下。