湖南大同山新生代構造變形特征及演化分析

湖南東部的網絡犯罪系統由n（n）e和nw組成，是中生代最明亮的構造變形圖像（圖1）。其中，常德-安仁、邵陽-郴州、新寧-蘭山三大樹干斷裂的結構特征吸引了人們的注意。早在上世紀30—40年代，李四光就依據邵陽—郴州構造巖漿帶特點而提出“大義山式構造”概念，并在其論著中多次提及和給予了概略論述，主要含義為代表華南普遍發育的NW向斷裂構造帶。近年來，不同學者對NW向主干斷裂，尤其是邵陽—郴州斷裂在中生代的構造屬性與運動學特征進行了研究，但認識上存在明顯分歧。傅昭仁等、李建威等、李先福等認為NW向斷裂是燕山期NNE向陸內左旋走滑大斷裂所派生的反向（右旋）R′斷裂。彭和求等認為邵陽—郴州斷裂的東南段大義山一帶在燕山期為左旋走滑，邱先前等指出邵陽—郴州斷裂在印支—燕山運動時期表現出明顯的左行性質，但未作具體論述。在水口山—大義山—香花嶺一帶構造線呈SN向，而湘東南地區區域主構造線卻為NNE向，前人通常以構造體系觀點將它們分別作為經向構造和新華夏系構造。近年來傅昭仁等認為SN向構造形成在先，邵陽—郴州NW向斷裂在燕山期的右旋走滑使得SN向構造帶往北發生順時針旋轉而變為NNE向。筆者近年來在湘東南地區進行1∶25萬區域地質調查中，對常德—安仁和邵陽—郴州兩條斷裂的南東段進行了研究，發現它們在印支期即有強烈左旋走滑活動，其中邵陽—郴州斷裂在燕山—喜山期還先后至少經歷了右旋和左旋兩次活動，并分析認為水口山—香花嶺SN向構造帶是區域NNE向構造經邵陽—郴州NW向斷裂，及其南面規模較小的香花嶺—陽明山NW向斷裂左旋走滑派生應力場疊加，以及基底走滑所產生牽引作用的改造所致，SN向構造與NNE向構造同時于印支運動中定型。這些新的認識，尤其是NW向斷裂印支期顯著左旋走滑活動的厘定，對全面認識湖南中生代NW向斷裂性質與活動歷史，以及區域地質背景和構造演化無疑具有十分重要的意義。本文將對邵陽—郴州斷裂印支期左旋走滑活動以及南北向構造形成機理給予論證。1nw向斷裂特征和活動史1.1次級斷裂所見區域上邵陽—郴州大斷裂長220km，寬10～20km，走向320°左右。斷裂帶在布加重力異常圖上呈NW—NNW向橢圓形重力負異常，異常值變化范圍為-0.35～-0.06m/s2，區域磁異常圖上表現為NW向串珠狀異常，強度0～60nT。由于斷裂主要表現為隱伏性質，地表僅發育規模較小的次級斷裂而形跡顯示不太清晰，以致引起一部分地質工作者對該斷裂存在的懷疑。但各種跡象表明該斷裂確存無疑，特別是形態狹長的大義山巖體（主要于中侏羅世侵位）沿斷裂線展布，明確反映出深部NW向斷裂對巖漿活動的控制。在邵陽—郴州斷裂的北西段（邵陽—祁陽段），斷裂北東面的晚古生代蓋層褶皺軸向為NE向（圖2）；而斷裂南西面蓋層褶皺軸向因基底走滑剪切而漸變為NW向至近SN向，并發育NW向晚三疊世—侏羅紀小型窄長煤盆地，如陽路口、黃陽司、觀音灘等煤盆地，煤盆地一側發育斜列沖斷層。斷裂南東段（后面簡稱大義山斷裂），于大義山巖體內及其兩側圍巖中發育有規模不等的NW向斷裂，如巖體北東邊界發育黃獅堰斷裂（圖3），北東面圍巖中發育悅來圩斷裂，巖體南面圍巖中發育有陳坪斷裂等，它們為斷裂多期次不同方向深層走滑導致淺表發散狀破裂產物。在南面香花嶺—陽明山一線也發育有一條規模相對較小的基底隱伏斷裂，地球物理特征顯示較清楚，為騎田嶺和香花嶺兩個圈閉的重力低的分水嶺，局部航磁異常呈串珠狀排列，走向315°。1.2斷裂活動時代根據地表地質構造，并結合其他有關資料和區域構造發展背景所作的分析表明，邵陽—郴州斷裂帶為一長命斷裂，加里東期甚至更早即有活動，中新生代則先后經歷了左旋→右旋→左旋演化的至少3次活動。斷裂帶對震旦紀—泥盆紀的巖相古地理環境有明顯的控制作用。斷裂北東面，震旦紀—寒武紀為活動陸緣近源濁積盆地，早奧陶世盆地擴張為次深海盆地，中晚奧陶世又轉為陸緣近源濁積盆地。斷裂南西面，震旦紀—奧陶紀為活動陸源遠源濁積盆地，出現深水碳硅泥質沉積，伴有海底火山巖噴發。加里東運動之后的泥盆紀，斷裂控制了沉積盆地的古斜坡帶。以上表明，該斷裂在加里東期即有活動。結合區域加里東近SN向擠壓和近EW向基底褶皺分析，加里東運動中斷裂應為右旋走滑。中三疊世的印支運動中斷裂產生強烈的左旋走滑活動，造成區域NNE向構造線旋轉而形成水口山—香花嶺SN向構造帶（詳見后述）。需要指出的是，本次活動斷裂主要表現為基底的走滑，淺表蓋層未見明顯的可確定為本期成分的斷裂形跡，而主要表現為構造線的牽引旋轉效應。燕山早期，NNE向茶陵—郴州斷裂帶產生左旋走滑活動，邵陽—郴州斷裂作為配套的反向R′斷裂（圖4）產生右旋走滑，于地表形成陳坪斷裂和悅來圩斷裂等次級小斷裂。陳坪斷裂長約13km，平面上明顯反映出右旋走滑，造成泗洲山背斜西翼泥盆紀跳馬澗組與褶皺基底間的不整合界線顯著右旋錯位，平面上錯距達1km左右（圖3）。因浮土覆蓋，陳坪斷裂地表蹤跡少見，于瓦屋下狹窄露頭見斷裂破碎帶寬約15m，次級扭裂面發育，裂面走向320°左右，傾向北東，傾角55°～70°，沿次級裂面可見光滑的摩擦鏡面，摩擦鏡面上可見近于直立的階步及斜向擦痕，其產狀特征指示右旋平移。頗有意味的是，次級裂面常切割斷層角礫，說明角礫與裂面具有先后時代關系。角礫究竟為印支期NW向斷裂的產物，還是與次級裂面系同一活動期次不同階段的產物，尚難確定。悅來圩斷裂同樣也造成了地層界線明顯的右行錯位。此外，右旋走滑還使得大義山巖體南面的泗洲山背斜與北面的復式背斜的軸跡沿走向稍具右行錯位。從區域上看，同期右旋走滑斷裂在遠離大義山斷裂地區亦有發育，如南陽斷裂（圖3）。鑒于本期斷裂明顯切割了印支期形成的近南北向構造線，且南陽斷裂被白堊紀地層所覆蓋，本期斷裂的活動時代當為燕山早期。結合湘東南地區中生代構造發展過程來看，具體活動時代很可能為中侏羅世初期NNE向左旋匯聚走滑造山階段，早于中—晚侏羅世大義山巖體的侵位。大義山巖體內部及其邊緣發育有燕山期以后的左旋平移斷裂，規模較大的典型斷裂有黃獅堰斷裂（圖3）。黃獅堰斷裂切割巖體與圍巖地層，破碎帶寬幾米至百余米，走向325°左右，傾向北東，傾角一般為50°～80°。在青山廟見斷裂帶寬3m左右，產狀60°∠60°～80°，中央為寬1m左右初糜棱巖、糜棱巖帶，發育S—C組構，并示左行韌性剪切；兩側為劈理帶，有撓曲、鉤狀褶皺等。鑒于大義山巖體主體形成于中—晚侏羅世，因此本次左旋斷裂的活動時代顯然更晚，只是具體時代尚難確定，有可能形成于52～23.3Ma的區域近東西向擠壓。值得指出的是，黃獅堰斷裂在錫嶺一帶破碎帶寬百余米，傾向北東，傾角約50°～65°，帶內可見后期糜棱巖（S—C組構顯示左旋走滑）疊加在早期構造角礫巖之上，形成構造角礫巖的早期斷裂活動可能相當于陳坪斷裂等在燕山早期的右旋走滑。2水口山-香花嶺sn方向的構造特征及其起源時間2.1構造-構造背景水口山—香花嶺SN向構造帶的北界為衡陽盆地南邊界，東界大致沿耒陽—馬田—桂陽—香花嶺一線，西界大致為常寧—嘉禾一線（圖3），南至香花嶺。卷入地層主要為泥盆系—下三疊統，香花嶺穹狀背斜與泗洲山南北向背斜有前泥盆紀褶皺基底卷入。該帶以東構造線總體為NN(E）向，其間呈漸變過渡關系，無截然界線。SN向構造帶在上排白堊紀盆地以北較寬，往南因東側南北向構造線向南西偏轉而變窄。帶內構造以軸面直立或向東傾斜的線狀中常—開闊褶皺和斷面傾向東的逆沖斷裂為主，從而組合成向東傾的疊瓦狀褶斷構造樣式，反映出印支運動中自西向東俯沖的區域構造運動學程式。另有部分傾向西的逆斷裂和軸面西傾的褶皺發育，可能為反沖斷裂產物。帶內褶皺和斷裂走向總體呈近南北向，并常具弧形彎曲之變化。自大義山巖體（斷裂）往北或往外，圍巖構造線明顯呈由SN→NNE的偏轉變化，且次級走向斷裂與褶皺數量減少，褶皺也明顯變得寬緩；在近巖體或斷裂處構造線則明顯向南東偏轉（圖3），較清楚反映出構造線走向與大義山斷裂的走滑運動密切相關。洋市一帶的近SN向構造線往南轉為NE走向，至桂陽一帶后復轉為NNE至近SN走向。2.2斷裂與褶皺的sn向旋轉據構造變形特征并結合區域構造演化背景分析，SN向構造主要應形成于印支期。湘東南地區中泥盆世至中三疊世早期屬穩定陸表海沉積環境，中三疊世后期受古太平洋板塊運動影響，在NWW—SEE向擠壓構造體制下發生強烈的陸內造山作用，晚古生代及早、中三疊紀沉積蓋層全面褶皺，區域上形成NNE向為主的褶皺和逆斷裂。因此，水口山—香花嶺南北向構造帶內作為主體構造形跡的南北向斷裂與褶皺，本身無疑應形成于印支運動。但這些斷裂與褶皺的SN向定位是與變形同時完成，還是在印支運動中呈NNE向，燕山期再被改造成SN向？下面的進一步分析可以排除后一種可能。鑒于SN向構造發育于大義山NW向斷裂的兩側，且變形強度與走向等變化在空間上與斷裂具相關性（如前述），因此，如果SN向定位是由早期NNE向構造旋轉而來，則有理由相信是由NW向斷裂在印支運動以后的2次走滑活動所致。根據變形動力學常理，早期深層R′斷裂的右旋走滑，只可能引起斷裂兩側淺表構造線的順時針旋轉，如此NNE向構造線不可能逆時針旋轉為SN向。后期的左旋走滑倒是有可能使NNE向構造線逆時針旋轉為SN向，但考慮到圍巖地層中先期的NW向右旋R′斷裂走向并未明顯改變，且區域上白堊紀地層中變形微弱，說明燕山期之后的構造運動強度總體較弱，難以造成大規模的構造線旋轉，因此這種假設顯然也難以成立。以上分析表明，區內SN向主體斷裂與褶皺的方向應在印支期變形的同時定位。3構造線方向的變化鑒于SN向構造與NW向大義山斷裂在空間上密切相關，并根據前面所作分析以及區域構造演化背景和地質構造特征綜合分析，筆者認為SN向構造可以大義山NW向斷裂在印支運動中的左旋走滑作用給予圓滿解釋。如圖5-a所示，中三疊世后期區域最大主壓應力σa為NWW向，其形成NNE向潛在構造線Sa，并使加里東期即已存在的大義山斷裂深部發生左旋平移。NW向的左旋平移斷裂派生近EW向的壓應力σb，并形成潛在構造線Sb。σa與σb復合形成實際主壓應力σc，在σc作用下形成與之垂直的構造線走向Sc。顯然，Sc方向相對區域NNE構造線方向產生了逆時針旋轉而趨于SN走向。由于NW向基底斷裂的左旋走滑，淺表沉積蓋層中構造線Sc同時因牽引逆時針旋轉，最終形成近SN向構造線S。上述模式不僅從總體上解釋了SN向構造的成因，并可對大義山至郴州一帶構造線走向的變化給予合理解釋。由圖3可見，自大義山往南東至郴州一帶，構造線方向逐漸由SN向轉為NNE向，此變化產生機制如下：由于大義山NW向斷裂僅發育于NNE向茶郴深大斷裂的西側，郴州一帶可能已接近大義山斷裂東端的端點，根據斷裂自初始破裂點向周圍擴展的原理，大義山一帶斷裂的走滑量顯然應遠遠大于郴州一帶，相應其派生壓應力σb較大（圖5-b）。另一方面，郴州一帶緊鄰區域主俯沖匯聚斷裂———茶郴深大斷裂，受到NWW向的區域主壓應力σa比遠離斷裂的大義山一帶則更大。以上導致大義山和郴州一帶復合主壓應力σc或構造線Sc方向的差異（圖5-b）。同時，大義山一帶NW向斷裂更大的走滑量使兩側構造線產生更強烈的牽引旋轉。同樣，香花嶺—陽明山NW向隱伏基底斷裂在印支運動中也發生左旋走滑和使區域NNE向構造線轉為SN向。總之，邵陽—郴州和香花嶺—陽明山斷裂在印支運動中的左旋走滑形成了水口山—香花嶺南北向構造帶。4討論4.1區域地質構造特征近年來，部分研究者認為湘東幾條NW向主干斷裂中生代的主要活動時期是燕山早期，系NNE向茶陵—郴州斷裂和安化—城步斷裂左旋走滑所派生的右旋走滑R′斷裂（圖4），并認為邵陽—郴州斷裂深層右旋平移幅度達30km以上。如前所述，邵陽—郴州斷裂的大義山一段在燕山早期確實作為R′斷裂有過右旋走滑活動，但作為NNE向主走滑斷裂的低序次配套構造，其在燕山期能否有如此大的右行平移幅度，卻很值得懷疑。從區域地質構造特征看，茶陵—郴州NNE向主走滑斷裂的平移幅度可能也遠未達如此規模，如郴州—臨武一帶，斷裂兩側的地層以及褶皺等構造形跡并未反映出遠距離的錯移。與之對照，邵陽—郴州NW向斷裂在印支期的左旋走滑造成區域NNE向構造線左行旋轉為SN向，于大義山巖體南、北兩側形成規模宏大的南北向構造帶，表明斷裂在印支期的運移規模可能相當可觀。區域上，北面常德—安仁NW向斷裂之南東段在印支期活動強度與運移規模同樣非常顯著，造成了斷裂北東側印支期褶皺走向從北西往南東由NNW向變為NNE向，東、西部構造線的走向夾角達35°～40°，形成一“y”字型極不協調之構造樣式。湘東南地區中三疊世印支運動NWW—SEE向區域擠壓作用強度很大，以致沿茶陵—郴州NNE向主斷裂自西向東的俯沖作用，形成了東面隆起（炎陵—汝城隆起區），西面坳陷（衡陽—桂陽坳陷區）的構造格局。加里東期即已存在的NW向斷裂與區域強大的NWW向主壓應力的潛在剪切面走向相近，因此理論上應具備大規模走滑剪切的良好力學條件。據上述，筆者認為邵陽—郴州NW向斷裂在中生代活動最強烈、走滑規模最大的時期，很可能是印支期而不是燕山期。4.2區域構造差異與構造方向的偏轉前面已詳細闡述了水口山—香花嶺SN向構造與區域NNE向構造的關系，以下對前人的不同觀點給予辨析，以深化本文認識。有人曾以構造體系的觀點，認為SN向構造形成在先，后期新華夏系（NNE向）構造遷就利用并改造了南北向構造的方位和形態，使桂陽一帶構造線自南而北發生北東方向的偏轉1。但區域上SN向構造形跡與NNE向構造形跡在空間上呈連續過渡，而不存在明顯的同空間或同區域上的疊加與交錯，說明它們并非不同時期具不同屬性的構造體系疊加的產物，而是受構造邊界條件限制所形成的同時期但不同方向的構造。因此，前人這一認識可能有失妥當。視燕山早期右旋走滑為NW向主干斷裂在中生代的主要活動的研究者，認為大義山一帶SN向褶皺于印支期首先形成，燕山早期NW向大義山斷裂的右旋走滑使遠離斷裂的水口山一帶南北向褶皺軸跡發生右旋而向北東偏轉。但按常理分析，若先存褶皺為SN向，則大義山NW向斷裂的右旋走滑牽引首先應造成斷裂兩側構造線產生順時針旋轉，而不大可能如現今之構造面貌———近斷裂處構造線方向未受改變（北面甚至產生相反的逆時針旋轉），而遠離斷裂之構造線方向卻發生顯著旋轉。由此看來，前人這一認識也明顯有誤。4.3關于銜接區域的邊界湖南境內主體構造面貌呈一以雪峰山為中心的向北西凸出的弧形構造，在這一弧形構造的內側，往南東方向逐漸過渡為祁陽“山”字型構造或祁陽弧形構造（圖2）。目前已有研究資料尚不能對弧形構造的形成機制給予確定性的解釋，通常最可能被設想的原因就是板塊邊界走向變化和（或）板塊運動方向差異所致。以往人們視祁陽弧構造為典型“山”字型構造，認為是弧內側存在剛性砥柱所致，最近邱先前等著文認為是由于揚子板塊和華夏板塊匯聚時兩板塊凸出部分相接觸所形成，其本質與“砥柱”觀點一致，同時亦涉及板塊邊界問題。盡管祁陽弧形構造卷入地層為晚古生界，而湘贛地區揚子與華夏板塊的碰撞時間在加里東甚至更早，但考慮到不同時代構造之間常存在制約性和