地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (5): 827-839
引用本文
王宗秀, 李春麟, 李会军, 张林炎, 梁明亮, 谭元隆, 李磊磊, 李涛, 高莉, 郭永岩, 刘艳姣, 鄢犀利. 川东—武陵地区构造格局及其演化[J]. 地质力学学报, 2019, 25(5): 827-839.
WANG Zongxiu, LI Chunlin, LI Huijun, ZHANG Linyan, LIANG Mingliang, TAN Yuanlong, LI Leilei, LI Tao, GAO Li, GUO Yongyan, LIU Yanjiao, YAN Xili. TECTONIC ARCHITECTURE AND EVOLUTION OF THE EASTERN SICHUAN-WULINGSHAN AREA, SOUTH CHINA[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(5): 827-839.
川东—武陵地区构造格局及其演化
王宗秀1,2 , 李春麟1,2 , 李会军1,2 , 张林炎1,2 , 梁明亮1,2 , 谭元隆1,2 , 李磊磊1,2 , 李涛3 , 高莉1,4 , 郭永岩5 , 刘艳姣6 , 鄢犀利1,2     
1. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
2. 中国地质科学院页岩油气调查评价重点实验室, 北京 100081;
3. 中国地震局地质研究所, 北京 100029;
4. 北京市地质调查研究院, 北京 102206;
5. 北京市地质勘察技术院, 北京 100011;
6. 深圳市地质局, 广东 深圳 518023
摘要:陆内变形是现今大陆动力学研究的重要内容之一。川东-武陵地区位于扬子地块的内部,远离板块边界,是研究陆内变形的绝佳场所。通过野外断裂构造详细的解析、褶皱构造的形态分析以及沉积地层接触关系的研究,建立了川东-武陵地区显生宙构造格局,探讨了多期构造演化过程。晚中生代以来的两次构造作用奠定了研究区的构造格架,认为滑脱层的深度及数量从根本上控制了川东-武陵地区侏罗山式褶皱变形的差异,褶皱与断裂构造几乎同时形成,川东地区的隔挡式褶皱为单层滑脱变形的结果,而武陵地区的褶皱构造是由于多层次滑脱背景下、差异隆升剥蚀造成的不同构造层次褶皱出露的结果。结合区域地质演化,提出川东-武陵地区显生宙时期主要经历了五期构造演化。晚志留-中泥盆世、石炭纪末和中、晚三叠世之交,研究区均以整体的抬升作用为主,不发育任何褶皱构造;晚侏罗-早白垩世发生大规模褶皱-逆冲作用;新生代晚期,受印度与欧亚大陆汇聚作用的影响,区内断裂带走滑方向发生反转,早期构造被强烈改造。
关键词陆内变形    滑脱层    构造演化    显生宙    川东—武陵地区    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.068     文章编号:1006-6616(2019)05-0827-13
TECTONIC ARCHITECTURE AND EVOLUTION OF THE EASTERN SICHUAN-WULINGSHAN AREA, SOUTH CHINA
WANG Zongxiu1,2 , LI Chunlin1,2 , LI Huijun1,2 , ZHANG Linyan1,2 , LIANG Mingliang1,2 , TAN Yuanlong1,2 , LI Leilei1,2 , LI Tao3 , GAO Li1,4 , GUO Yongyan5 , LIU Yanjiao6 , YAN Xili1,2     
1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
2. Key Laboratory of Shale Oil and Gas Geological Survey, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
3. Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China;
4. Beijing Institute of Geological Survey, Beijing 102206, China;
5. Beijing Institute of Geo-exploration Technology, Beijing 100011, China;
6. Geological Bureau of Shenzhen, Shenzhen 518023, Guangdong, China
Abstract: Intracontinental deformation is one of the important contents in continental dynamics research. The eastern Sichuan-Wulingshan area is located in the interior of the Yangtze Block, far away from the plate boundary, which is an excellent place to study the intracontinental dynamics. On basis of kinematic analysis of faults, morphological analysis of the folds, and contact relationship of the sedimentary strata in the field, we established the Phanerozoic tectonic architecture and discussed the multiple evolutions of the eastern Sichuan-Wulingshan area. Two tectonic events since the Late Mesozoic have laid the tectonic framework of the study area. The fold deformation differences of the eastern Sichuan-Wulingshan area were fundamentally controlled by the depth and quantity of decollement layers. Folds and faults were formed at the same time. The ridge-like folds in the eastern Sichuan area were the result of single-layer slip deformation, while the fold structures in the Wulingshan area were the result of the exposure of folds at different structural levels by different uplifts and denudations under the multi-layer slip background. Combining with the regional evolution, we proposed a five-stage tectonic evolution model of the eastern Sichuan-Wulingshan area in the Phanerozoic. The first three stages (Late Silurian-Middle Devonian, the end of the Carboniferous, and the Middle-Late Triassic) were dominated by regional uplift, without any folds. Then, large-scale folds and thrusts were developed at the fourth stage in the Late Jurassic-Early Cretaceous. Ultimately, due to the influence of the convergence of the India continent and Eurasia continent, the slip direction of the fault was reversed and the early structure was strongly reformed in the late Cenozoic.
Key words: intracontinental deformation    decollement layer    tectonic evolution    Phanerozoic    eastern Sichuan-Wulingshan area    
0 引言

川东—武陵地区位于扬子地块的中部,西起四川盆地,东至雪峰山,北邻南大巴山,南达黔中隆起,长约600 km,宽约400 km。整体构造线方向自南向北逐渐由北北东向转为北东向,在平面上呈现出一个向北西方向凸出的弧形褶皱带。由于川东—武陵地区中生代以来远离板块边界,且区内从震旦系到侏罗系均发生强烈的褶皱变形,构成了典型的侏罗山式褶皱,因此,吸引了国内众多学者的关注,是开展陆内变形研究的极佳场所[1-2]

关于褶皱的形成时代和形成机制问题,相关学者虽然开展了大量研究工作[3-6],但是仍然存在争议。褶皱的形成时代方面,Yan等[6-7]通过野外构造分析和地震剖面解释认为川东构造带内多层逆冲-褶皱构造形成于晚侏罗世—晚白垩世之间。冯向阳等[8]认为川东褶皱带的形成是一个长期演化的结果,变形起始于印支期,最终定型在喜山期。胡召齐等[9]依据区内普遍发育的中、上三叠统间的平行不整合以及中侏罗统与下白垩统间的角度不整合关系,提出川东侏罗山式褶皱的形成时代为晚侏罗世末—早白垩世初期间,进而否定了印支期褶皱的存在。Wang等[10]获得了5个雪峰构造带内北东向逆冲断层中绢云母的40Ar-39Ar年龄(217~195 Ma),该组年龄被解释为雪峰山西侧前陆褶皱-冲断带的形成时代,是古太平洋板块向北西水平俯冲的结果[11]

褶皱的形成机制方面,刘尚忠[12]通过分析川东褶皱的几何形态,认为隔槽式褶皱和隔挡式褶皱是不同程度剥蚀的结果。Yan等[6-7]认为川东地区的褶皱成因与大规模逆冲推覆和基底滑脱构造控制有关。隔挡式褶皱最初形成在断坡附近,随着逆冲作用的逐渐增强,早期形成的背斜不断被加宽,最终形成隔槽式褶皱。丁道桂等[2]综合了地质与地球物理资料,提出鄂西—渝东地区的高陡背斜实际上是纵弯褶皱作用下形成的区域大尺度膝折构造。李忠权等[13]分析了区域构造演化,提出川东地区隔挡式褶皱是由早期伸展背景下形成的隔槽式褶皱(两个宽缓背斜夹一条正断层)经过晚期构造反转最终演化而成的。王宗秀等[14-15]通过详细的野外调查,认为川东—武陵地区现今呈现的褶皱组合样式是多层次剪切滑脱与冲断的联合作用。

通过上述的总结分析,发现相关学者已从野外构造解析、沉积地层的接触关系、数值模拟、地球物理解译等多个视角开展了细致的研究工作,但对研究区内的断裂带性质、活动期次及演化等方面还缺乏足够的野外资料。由此,文章对川东—武陵地区内发育的重要断裂带开展了追索与观察,厘定了断裂带的性质及变形序列,建立了断裂系统格架。结合沉积地层的接触关系及褶皱的形态特征,探讨了川东—武陵地区显生宙以来的构造演化。

1 地质背景

川东—武陵地区地处扬子地块的中部,其西界为北东走向的华蓥山断裂带,东界为慈利—保靖—张家界断裂带(文中简称为张家界断裂带)(图 1)。研究区内出露的最古老地层为新元古代板溪群,为一套区域浅变质的陆源碎屑-火山岩、火山碎屑岩系[16]。南华纪至中三叠世,研究区经历了稳定的扬子克拉通沉积发展阶段,沉积了一套巨厚的海相碳酸盐岩和碎屑岩。这一时期的构造活动相对稳定,以区域整体的升降运动为主[17]。进入中生代,随着古特提斯洋的关闭,结束了研究区约5亿年的海相沉积历史[18],广泛分布的上三叠统至上侏罗统属于秦岭造山带南部的前陆沉积[19]。印支构造运动在该区同样表现为整体上的抬升,并未形成强烈的褶皱变形[9]。下白垩统在区内全部缺失,仅在局部的小盆地内(恩施、来凤—龙山以及重庆黔江正阳镇)发育有上白垩统红层。

图 1 川东—武陵地区构造格架图 Fig. 1 Tectonic framework of the eastern Sichuan-Wulingshan area

侏罗山式褶皱是川东—武陵地区最显著的构造特征,齐岳山断裂带被认为是隔挡式褶皱和隔槽式褶皱的分界线[6, 20]。齐岳山断裂带以西为隔挡式褶皱,高陡背斜的核部多出露三叠纪地层,宽缓向斜的核部多为侏罗纪地层。齐岳山断裂带以东为隔槽式褶皱,宽缓的背斜核部以出露南华系—奥陶系为主,向斜的核部多为三叠系。在齐岳山断裂带和张家界断裂带之间,发育有多条与二者平行的次级断裂带,自北西向南东依次发育有郁江断裂带、正安断裂带、陶子溪断裂带、咸丰断裂带、德江断裂带、来凤断裂带、二坪断裂带、鄂湘黔断裂带等(图 1)。断裂带的倾向以南东为主,倾角普遍大于40°,局部近直立。向深部延伸,断层倾角逐渐变缓,最终汇聚在主滑脱层之上,在剖面上表现出地壳尺度的叠瓦式逆冲断层的特点[21]

2 构造变形特征 2.1 变形样式及单元划分

川东—武陵地区整体的构造线方向自南向北逐渐由北北东向转为北东向,在平面上构成了一个向北西凸出的弧形构造带(图 1)。通过野外剖面的绘制和已有研究成果的分析,文章认同以往的观点[4, 12],即将研究区划分为两个大的变形单元:川东隔挡式褶皱组成的薄皮构造变形单元和武陵地区发育的厚皮构造变形单元。二者的界线主要是以齐岳山断裂带为界。齐岳山断裂带以西发育典型的隔挡式褶皱,由古生界—中生界地层组成。宽缓的向斜核部以出露侏罗纪地层为主,紧闭的背斜核部以二叠系灰岩为主(图 2);在背斜的核部,有时可见逆冲断层(如方斗山断裂带),沿着断层向下汇聚在主滑脱面之上[21],属于典型的薄皮构造变形单元。齐岳山断裂带向东,一直到张家界断裂带,变质基底卷入了古生代地层的变形,属于典型的厚皮构造变形单元。宽缓的背斜主要由南华—奥陶纪海相地层组成,向斜的核部主要由中生代地层(主要是三叠系)构成,褶皱的轴面多为陡立,略有向南东倾的趋势(图 2)。

(剖面线位置见图 1) (position of cross-section lines shown in Fig. 1) 图 2 川东—武陵地区构造剖面 Fig. 2 Cross-section in the eastern Sichuan-Wulingshan area
2.2 断裂构造

作为构造变形单元边界的齐岳山断裂带和张家界断裂带在区域构造演化方面扮演了重要的角色。齐岳山断裂带北起巫山,南抵娄山,构成了四川盆地的东界。断裂带晚中生代以来的活动明显切割了盖层的褶皱。在湖北利川县向家湾村沿着019乡道可见二叠系中厚层灰岩逆冲在下三叠统薄层灰岩之上(图 3a),断层面的产状近于直立,断层的上盘发育有牵引褶皱(图 3b)。沿着019乡道一直到北东方向与G318交汇处,可见断裂带发育左行走滑剪切。因此,推测齐岳山断裂带是一条逆冲兼具走滑性质的深大断裂带。由于断裂带两侧的古生界—三叠系可以进行对比,判断齐岳山断裂带的活动时代要晚于褶皱的形成时代,即中侏罗世之后。张家界断裂带旧称大庸断裂带,是雪峰山隆起带西北部的一条重要断裂带,经历了多期复杂的构造演化历程。断裂带分支断裂多,总体走向为北东65°,倾向南东,倾角变化较大,总体上比较陡倾。张家界断裂带切割了新元古界—古生界地层,在花垣县西南G319国道玉祥采石场可见断裂带两期变形,早期发育大量的左行走滑剪切,晚期被逆冲兼具右行剪切作用改造(图 3c)。断裂带的逆冲作用造成了中、上奥陶统中厚层灰岩逆冲在中志留统的粉砂岩之上(图 3d)。考虑到张家界断裂带南段(思南县附近)切割了中生代三叠纪地层,结合谢建磊等[20]获得的ESR测年数据,文章认为张家界断裂带的两期构造变形可能与晚中生代以来的构造事件有关,与齐岳山断裂带晚中生代以来的构造演化具有相似性。

a—齐岳山断裂带二叠系灰岩逆冲在三叠系灰岩之上;b—齐岳山断裂带上盘二叠系灰岩牵引褶皱;c—张家界断裂带逆冲作用及上盘牵引褶皱;d—张家界断裂带奥陶系灰岩逆冲在志留系粉砂岩之上 图 3 断裂带野外照片 Fig. 3 Field photos showing the major faults in eastern Sichuan-Wulingshan area

在齐岳山断裂带与张家界断裂带夹持的武陵山地区,发育有多条与二者近平行的次级断裂带。文章选取了露头条件较好的郁江断裂带、来凤断裂带、德江断裂带进行了详细的地表调查,发现晚中生代以来可能经历了两期构造变形,早期的压扭性左行剪切和晚期的右行走滑剪切。在彭水县富豪驾校院内可见郁江断裂带由北西向南东的强烈逆冲,断层下盘地层发生牵引褶皱变形,断层带宽约3 m,断层带内发育大型的剪切透镜体(图 4a)。在来凤县西南旧司乡附近,可以观察到受强烈剪切作用形成的宽约20 m的断层破碎带,剪切方向自南东向北西,剪切带内发育多个剪切透镜体(图 4b)。呈北东走向的德江断裂带切断了寒武系娄山关组厚层白云岩,可见两期构造变形。早期发生强烈的左行走滑剪切,断层面近直立,擦痕近水平(图 4c),到了晚期转为强烈的右行走滑作用,形成了宽度至少20 m的破碎带(图 4d)。综合研究区内其他断层点的观察与分析,认为武陵地区的断裂带晚中生代以来可能经历了两期活动,早期为南东向北西的逆冲,局部兼具左行走滑的特点;晚期断裂带性质发生反转,转为右行走滑剪切,将早期的褶皱-冲断变形改造。

a—郁江断裂带内发育的构造透镜体;b—来凤断裂带内的逆冲剪切布丁构造;c—德江断裂带早期左行走滑;d—德江断裂带晚期大型右行走滑破碎带 图 4 断裂带野外照片 Fig. 4 Field photos showing the faults in eastern Sichuan-Wulingshan area
2.3 褶皱构造

以往关于川东—武陵地区侏罗山式褶皱的研究认为,以北东走向的齐岳山断裂带为界,其北西侧的构造样式为典型的隔挡式褶皱,而南东侧为隔槽式褶皱[4, 6, 9, 14]。文章通过对整个区域内的构造地质调查以及深部深反射剖面的解释[21]认为,齐岳山断裂带与华蓥山断裂带所夹持的川东隔挡式褶皱带是为了协调深部主滑脱层(下寒武统黑色页岩,深度大约在10 km)而变形的滑脱褶皱。地球物理剖面可以清晰的观测到变质基底并未卷入构造变形[21],因此,属于典型的薄皮构造。齐岳山断裂带与张家界断裂带之间的武陵地区自北西向南东,地表高程逐渐降低,出露的地层逐渐变老,构造层次逐渐变深。在重庆庆元镇—贵州务川砚山镇构造剖面发育的构造样式可以发现,宽缓的背斜和紧闭的向斜构成了典型的隔槽式褶皱(图 5)。向南东方向,在务川—德江构造剖面中,向斜的波长逐渐增大,既发育有平缓的向斜构造,又发育有两个紧闭向斜构成的开阔复式向斜(图 5),属于箱式褶皱。再向南东方向的花垣—吉首构造剖面,沿着下寒武统滑脱层自南东向北西逆冲,其上覆的寒武—奥陶纪地层发生褶皱-冲断变形,在形态上构成了典型的隔挡式褶皱(图 5)。通过综合地形地貌和不同构造层次的变形样式分析,文章认为武陵地区的褶皱成因很可能是由于差异隆升剥蚀造成的不同构造层次褶皱出露的结果(图 6)。

(剖面线位置见图 1) (position of the cross-section lines shown in Fig. 1) 图 5 武陵地区不同构造层次地质剖面图 Fig. 5 Cross-section in different tectonic levels from the eastern Sichuan-Wulingshan area

图 6 武陵地区褶皱成因模式 Fig. 6 Formation mechanism of the folds in the eastern Sichuan-Wulingshan area
2.4 滑脱构造

雪峰山及其西侧发育有四套典型的滑脱变形层,分别为新元古代板溪群顶部的绢云母板岩和粉砂质板岩、下寒武统牛蹄塘组下部黑色页岩、下志留统龙马溪组页岩以及二叠系顶部与三叠系底部的煤系和膏岩层[6],它们在研究区晚中生代大规模褶皱-冲断变形事件中扮演了重要的角色[15]

新元古代板溪群顶部的绢云母片岩、粉砂质板岩作为研究区内的最下部滑脱层,其主要的变形特点是造成上部震旦系薄层的泥质白云岩发生强烈褶皱变形,致使上下地层变形不协调。野外典型露头位于湖南石门县北部的壶瓶山镇泥二垭村北部(省道303)。滑脱层出露的厚度约4 m,以发育B型褶皱为特点,褶皱的轴面倾向北西,褶皱枢纽近水平,褶皱变形的下部存在近水平的由北西向南东逆冲的低角度断层(图 7a),造成了区域上新元古代—震旦纪地层逆冲在古生界地层之上。

a—震旦系白云岩滑脱变形;b—下寒武统页岩滑脱褶皱;c—下志留统页岩剪切变形;d—下三叠统薄层灰岩滑脱褶皱 图 7 川东—武陵地区四套滑脱层野外照片 Fig. 7 Field photos showing the decollement layers in the eastern Sichuan-Wulingshan area

下寒武统滑脱层主要分布在研究区东界的张家界断裂带附近,由一套厚度200 m左右的页岩组成[15],主要是以发育层内的同斜倒转褶皱、平卧褶皱、小型逆冲断层等为特点(图 7b)。褶皱的走向以北东—南西向为主,褶皱轴面倾向南东,枢纽近水平,褶皱内部伴有破劈理,通过褶皱的轴面判断,滑脱层的变形为自南东向北西的剪切。

下志留统龙马溪组页岩在区内大面积分布,受构造作用的影响,该套页岩极为发育劈理构造,现已将其原生层理基本全部置换。滑脱层仅发育在龙马溪组的最底部,直接与上奥陶统灰岩接触。出露最好的露头位于湖南永顺县西南209国道中石油加油站背后[22]。志留纪滑脱层的变形是以发育A型褶皱为主要特征,区别于其他滑脱层位(以B型褶皱为主)。滑脱层内存在多条强剪切应变带,应变带之间的页岩层未受到剪切作用的影响,而在剪切带内部(宽0.5 m左右),发育有典型的双重构造(图 7c)。

二叠系顶部发育一套铝土质页岩、炭质页岩夹煤层,再联合其上部三叠统大冶组的薄层灰岩,二者共同组成了研究区内最上部的主干滑脱层。该套滑脱层在研究区内露头情况良好,变形内容丰富。在二叠系顶部可见剪切布丁构造、S-C组构、A型和AB型褶皱共存[15]。在其上部的大冶组薄层灰岩中,发育有同斜倒转褶皱、平卧褶皱以及小型冲断层(图 7d)。褶皱的枢纽为北东—南西向,倾伏角近水平,轴面倾向北西和南东,倾角介于30°~50°之间(图 8)。

图 8 川东—武陵地区下三叠统大冶组滑脱褶皱轴面(P)及枢纽(L)赤平投影(下半球投影) Fig. 8 Stereonet plots of the axial surfaces (P) and axes (L) of the decollement folds within the Lower Triassic Daye Formation in the eastern Sichuan-Wulingshan area (lower hemisphere projection)
3 讨论 3.1 构造变形序列及其时代

由于川东—武陵地区不发育岩浆活动,且缺乏变质作用的矿物学记录,因此,无法利用有效的同位素年代学来精确的限定构造变形的时代。文章根据研究区内地层的接触关系,探讨了构造变形的序列及其时代问题。

川东—武陵地区自南东向北西方向,古生代—中生代地层层序基本一致,存在四个明显的沉积间断(图 9),分别为:代表华南大陆广西运动的中志留统与上覆中、上泥盆统的平行不整合(D1),石炭系与下二叠统之间的平行不整合(D2),印支运动的中、上三叠统之间的平行不整合(D3)和燕山运动的上侏罗统与上白垩统之间的角度不整合(D4)。前燕山运动的三次平行不整合事件表明区域并未发生过大规模的褶皱作用,应为整体的抬升过程为主。结合区域内卷入褶皱-冲断变形的最新地层为中、上侏罗统碎屑岩,之后又被晚白垩世红层角度不整合覆盖,因此,文章厘定出的两期构造变形应发生在晚侏罗世之后。这一结果与相关学者利用低温年代学方法获得的结果一致。例如,梅廉夫等[23]通过磷灰石裂变径迹及平衡地质剖面的绘制,认为自湘鄂西地区向川东华蓥山断裂带的构造变形具有逐渐变新的趋势,年龄可能介于165~95 Ma。谢建磊等[20]对张家界断裂带开展了石英ESR定年研究,发现张家断裂带的挤压作用一直持续到130 Ma,130~120 Ma逐渐开始发生张性走滑,最终在110 Ma开始强烈的伸展。进入新生代,青藏高原的隆升对研究区影响明显。晚新生代时期(约13 Ma),在印度大陆与欧亚大陆强烈的汇聚背景下,川滇地体向南东方向挤出,造成四川盆地的逆时针旋转,使得周边断裂带发生大规模右行走滑[24-25]。研究区断裂带早期经历了逆冲兼具左行走滑的特点,晚期断裂带发生了构造反转,表现为右行走滑剪切。两期断裂活动分别与晚侏罗世—早白垩世南东向北西的逆冲以及新生代晚期四川盆地东南缘大规模右行走滑剪切一致。

图 9 川东—武陵地区代表性地层柱状图 Fig. 9 Representative stratigraphic columns in the eastern Sichuan-Wulingshan area
3.2 褶皱-冲断构造的形成机制

川东—武陵地区褶皱-冲断构造的变形机制长期以来存在争议。经张晓琼等[26]归纳可分为三种机制:①隔挡式与隔槽式褶皱同时形成,只是剥蚀程度不同[12];②二者不同时期形成,均属于断弯褶皱,隔槽式褶皱是由隔挡式褶皱演变而来[4-7];③二者不同时期形成,隔挡式褶皱属于纵弯褶皱,而隔槽式属于断展褶皱[2-3]。第一种观点未能考虑到隔挡式与隔槽式褶皱出露地层的新老关系正好相反,而后两种观点则强调了逆冲断层的重要性,但是对比研究区内褶皱和断裂带的规模及延伸,并非将褶皱作用全部归属为断弯褶皱成因。通过大量的数值和物理模拟工作,相关学者提出川东—武陵地区滑脱层的埋藏深度、滑脱层发育的数量以及盖层厚度可能是形成侏罗山式褶皱的主控因素[27-29]。考虑到模拟的结果,结合野外的构造观察,认为齐岳山断裂带以西的川东地区沿着下寒武统泥页岩发生单层滑脱,滑脱深度约为10 km[21],基底并未卷入变形,其上部盖层受南东向挤压作用形成了典型的隔挡式褶皱。而齐岳山断裂带和张家界断裂带围限的武陵地区,由于发育四套滑脱变形带,且滑脱深度较川东地区更浅(小于8 km),变质基底卷入盖层变形,在纵向上构成了典型的双重构造[21],褶皱受底板逆冲断层和向上延伸的次级断坡联合控制。自北西向南东方向,剥蚀程度逐渐增大,与区域上低温年代学结果揭露的隆升规律一致[30-31]。结合文章对武陵地区褶皱构造的发育特征分析,认为武陵地区的褶皱构造是由于差异隆升剥蚀造成的不同构造层次褶皱出露的结果。

3.3 构造演化过程

华南大陆在显生宙时期经历了多期构造演化[32-33]。在已有研究的基础上,文章通过野外构造调查及地层接触关系的综合分析,认为川东—武陵地区共经历了五个阶段的构造演化过程。

震旦纪—早、中志留世,研究区处于稳定的海相沉积环境,沉积了一套巨厚的碳酸盐岩和浅海相碎屑岩。到了晚志留—中泥盆世时期,华南大陆受周缘板块的作用,开始了强烈的陆内造山[32]。大致以张家界断裂带为界(雪峰山西侧的慈利—保靖—秀山一线),其西侧的川东—武陵地区主要表现为上泥盆统与中志留统地层的平行不整合,而其东侧的雪峰山及湘中地区,二者主要表现为角度不整合[34]。位于雪峰山及湘中地区东南侧的华夏地块,则缺失了整个志留纪地层,不整合面之下的震旦纪—奥陶纪地层被强烈挤压变形[35],由此可以判断早古生代晚期的构造作用是从南东向北西逐渐减弱。此时的川东—武陵地区不发育褶皱—断裂构造,主要表现为区域整体的抬升(图 10a)。

图 10 川东—武陵地区显生宙构造演化模式图 Fig. 10 Schematic illustration of the tectonic evolution of the eastern Sichuan-Wulingshan area

晚泥盆世之后,研究区开始大规模海退,陆地面积扩大而海域面积缩小[36]。到了石炭纪末,峨眉山大火成岩省喷发之前,地幔柱活动造成了区域大规模的抬升[37-38]。何斌等[39-40]通过二叠纪茅口组生物地层对比分析及其顶部界面特征,认为峨眉山地幔柱活动造成地壳抬升的高度至少有1000 m。剥蚀程度在空间上自西向东依次为从内带的深度剥蚀逐渐转变为外带的短暂沉积间断。川东—武陵地区处于峨眉山大火成岩省的外带边缘地区,石炭系与下二叠统地层之间的平行不整合很可能是地幔柱活动的沉积响应。

二叠纪—中三叠世,研究区再次进入稳定的海相沉积环境。中、晚三叠之交,华南大陆的南、北两侧分别受印支地块和华北地块的碰撞作用,发生了强烈的陆内造山作用[32]。以鹤峰—龙山断裂带为界,东部发育中三叠统与上三叠统的角度不整合,西部则转为平行不整合[34]。这次构造作用使得川东—武陵地区结束了海相沉积的历史。中、上三叠统之间的平行不整合指示了研究区不发育早中生代的褶皱,区域再次表现为整体的抬升作用(图 10b)。

晚三叠世—中、晚侏罗世,海水彻底退出中、上扬子地区,主要接受以陆相碎屑岩为主的沉积岩。晚侏罗世—早白垩世时期,川东—武陵地区受古太平洋板块向北西俯冲作用,在华南内部形成宽阔的弧背前陆变形带[41],前侏罗纪地层发生了强烈的褶皱-冲断变形,构造应力场方向为北西—南东向的挤压,形成了大量北东—南西向的褶皱和逆冲断层。随着挤压作用的持续,张家界断裂带和齐岳山断裂带可能发生大规模的左行走滑,致使二者围限的地区在平面上呈现出一个大型走滑断层系,在剖面上构成了一个多层次滑脱(双重构造)构造(图 10c)。晚白垩世时期,区域构造背景转为大规模伸展,在局部地区(如恩施、来凤、黔江正阳镇等地)沉积了上白垩统红层,将早期形成的褶皱以角度不整合覆盖(图 10d)。

进入新生代,四川盆地东缘只接受了少部分沉积,表明该阶段整体处于挤压隆升的构造环境。新生代晚期,由于印度大陆与欧亚大陆强烈的汇聚作用造成了川滇地体的南东向挤出,四川盆地发生大规模逆时针旋转,盆地周缘断裂带发生大规模右行走滑[24]。右行走滑剪切作用将早期形成的北东—南西向褶皱改造,形成现今观察到的“S”型褶皱(图 10e)。

4 结论

川东—武陵地区显生宙时期经历了多期的构造演化,早古生代晚期、晚古生代晚期及早中生代时期区域均表现为整体的抬升作用,对应构造活动的地层接触关系均为平行不整合,不发育任何的褶皱构造。晚中生代以来的两次构造作用奠定了研究区的构造格架。晚侏罗—早白垩世,区内发生大规模褶皱-逆冲作用,造成了区域内地层首次发育角度不整合,滑脱层的深度及数量从根本上控制了川东—武陵地区侏罗山式褶皱变形的差异。随着挤压作用的持续,整个研究区逐渐演变为一个大型走滑断裂系统。晚白垩世经历短期的伸展作用之后,受印度与欧亚大陆汇聚作用的影响,研究区以挤压隆升背景为主,断裂带的走滑方向发生反转,早期形成的褶皱构造被强烈改造。

致谢: 感谢审稿专家给出的建设性修改意见。

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