襄樊—广济断裂带东段构造变形特征及其演化

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.142

摘要/Abstract

摘要：

襄樊—广济断裂带是分隔大别造山带和扬子板块北缘前陆褶皱逆冲带的边界断裂,其几何学、运动学及构造演化特征记录了南北两大不同性质的大地构造单元发生碰撞、拼贴及相互作用的地质过程。在野外调查、构造解析和年代学研究基础上,结合区域地质和地球物理资料分析,认为襄樊—广济断裂带东段以深部向南逆冲、浅表向北逆冲的“鳄鱼嘴式”对冲构造为特征,与西段的构造变形样式和次序存在显著差异。中扬子地区东部受控于江南—雪峰造山带和大别造山带南北两大构造体系,深部扬子板块北缘向大别造山带之下俯冲导致造山带自北向南挤出,推覆构造可影响至瑞昌一带,由南向北的浅层逆冲推覆可影响至梅川附近,二者在襄樊—广济断裂带东段的蕲春—武穴—浠水一带对接。襄樊—广济断裂带经历了印支早期同碰撞由北向南的逆冲推覆和深层次的韧性剪切变形(T₂末)、燕山早—中期双向对冲构造变形(J_1-3)、燕山晚期伸展正断层变形(K_1-2)、喜山早期由北向南小规模逆冲变形(E₁)阶段。

关键词: 襄樊—广济断裂, 蕲州, 中扬子板块, 大别造山带, 江南隆起带

Abstract:

The Xiangfan-Guangji fault zone(XGF) is a boundary fault separating the Dabie orogen and the foreland fold-thrust belt on the northern Yangtze cratonic margin. Its geometry, kinematics and structural evolution characteristics have recorded the collision, assembly and interaction between two tectonic units in the north and south. Based on field investigation, structural and geochronological analyses, and combined with published regional geological and geophysical data, we considered that the eastern XGF is characterized by a “crocodile mouth” offset structure of deep south-directed thrust and shallow north-directed thrust, which differs significantly from the structural deformation style and sequence of the western XGF. The eastern part of the middle Yang-tze block is controlled by the N-S-directed tectonic system. Subduction of the northern Yangtze cratonic margin beneath Dabie oregen may have extruded the orogen from north to south. The nappe structure may have affected the Ruichang area, and the shallow thrust nappe from south to north may have affected the vicinity of Meichuan. The two structures are likely connected in the Qichun-Wuxue-Xishui area in the eastern XGF. The XGF has undergone various structural deformation stages, including the N-S-directed thrust nappe ductile shearing (end T₂), Early-Middle Yanshanian shallow bipolar offset detachment (J_1-3), Late Yanshanian normal faulting (K_1-2), and minor early Xishanian thrusting (E₁) from north to south.

Key words: Xiangfan-Guangji fault, Qizhou, middle Yangtze block, Dabie orogenic belt, Jiangnan uplift belt

中图分类号:

P548

朱清波, 程万强, 周全. 襄樊—广济断裂带东段构造变形特征及其演化[J]. 现代地质, 2022, 36(03): 755-769.

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图/表 15

图1 襄樊—广济断裂带大地构造位置图(a)、断裂带东段地质简图和地层柱状图(b) 1.大别造山带太古宙—古生代变质岩; 2.扬子板块古生代—中生代沉积岩; 3.南华纪—震旦纪地层; 4.寒武纪—奥陶纪地层; 5.志留纪文洛克世地层; 6.晚泥盆世—晚石炭世地层; 7.中—晚二叠世地层; 8.早—中三叠世地层; 9.早—中侏罗世地层; 10.白垩纪地层; 11.古近纪地层; 12.第四纪地层; 13.白云岩; 14.泥页岩; 15.灰岩; 16.砂岩; 17.泥灰岩; 18.砂砾岩; 19.粉砂岩; 20.砂砾石层; 21.剖面位置及编号

Fig.1 Geotectonic map (a), geological sketch and stratigraphic column in the eastern section (b) of Xiangfan-Guangji fault zone

图2 样品采样位置变形特征和ESR年龄 (a)推覆断层伴生裂隙中充填石英脉; (b)云母片岩挤压褶劈理内充填石英脉; (c)石英云母片岩中石英透镜体

Fig.2 Deformation characteristics of sampling locations and ESR ages of samples

图3 襄樊—广济断裂带北侧晚白垩世花岗斑岩脉侵入特征(剖面位置见图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)

图4 襄樊—广济断裂带东段联合剖面图(剖面位置见图1) 1.钠长云母片岩; 2.石英云母片岩; 3.白云岩; 4.角砾白云岩; 5.碳质页岩; 6.灰岩; 7.泥灰岩; 8.砂岩; 9.石英砂岩; 10.粉砂岩; 11.泥质粉砂岩; 12.泥岩; 13.砂砾石层; 14.褶皱轴面; Pt2-3.中—新元古界; Nh-Z.南华系—震旦系; ∈1-2.寒武系纽芬兰统—第二统; ∈3-4.寒武系第三统—芙蓉统; O1-2.下—中奥陶统; S2.志留系文洛克统; T1-2.下—中三叠统; J1-2.下—中侏罗统; Q.第四系

Fig.4 Combined profile for the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone (seeing section location in Fig.1)

图5 广济马口地区盖层逆冲推覆构造(剖面位置见图1) Q.第四系; P2m.茅口组; P2q.栖霞组; T1d.大冶组; T2j.嘉陵江组; S2f.坟头组

Fig.5 Thrust nappe structure in cover sequence at Makou, Guangji (seeing section location in Fig.1)

图6 广济李选堂附近白垩系—古近系变形特征(剖面位置见图1) ∈2-3.寒武系第二统—第三统; O1.下奥陶统; K2-E.上白垩统—古近系

Fig.6 Cretaceous-Paleogene deformation characteristics near Lixuantang, Guangji (seeing section location in Fig.1)

图7 襄樊—广济断裂带东段碎裂岩显微构造特征 (a)断裂带寒武纪灰岩碎裂岩扫描电镜特征; (b) 断裂带震旦纪白云岩碎裂岩显微构造特征; (c) 茅口组灰岩破碎带内方解石脉阴极发光特征; (d) 大冶组灰岩破碎带内方解石脉阴极发光特征; (e) 黄龙组灰岩破碎带内方解石E双晶; (f) 大冶组灰岩破碎带内方解石E双晶

Fig.7 Microstructure characteristics of cataclastic rocks in the eastern part of Xiangfan-Guangji fault zone

表1 襄樊—广济断裂带东段方解石E双晶温压测量结果

Table 1 Results of strain and temperature measurement for calcite E bicrystal in the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone

脉体产出位置	双晶类型	双晶含量 /%	双晶纹间距 /μm	差异应力 /MPa	变形温度 /℃
T₁d破碎带	Ⅰ型薄双晶	5	0.41	20	<170
T₁d破碎带	Ⅰ型薄双晶	10	0.48	25	<170
T₁d破碎带	Ⅰ型薄双晶	5	0.41	20	<170
T₁d破碎带	Ⅱ型网格厚双晶	5	0.43	20	170~200
P₂q破碎带	Ⅰ型薄双晶	5	0.41	20	<170
P₂m破碎带	Ⅰ型薄双晶	15	0.44	23	<170
C₂h破碎带	Ⅱ型网格厚双晶	15	0.46	23	170~200

图8 襄樊—广济断裂带东段石英C轴组构(a)和应力应变图解(b) SX、SY、SZ和LX、LY、LZ分别代表各应变面和应力轴在赤平投影中的空间方位,σX、σY、σZ的射线长度代表了应变大小,可见襄樊广济断裂带的主应力为NE—SW向的挤压应力

Fig.8 Diagram of quartz C-axis fabric (a) and stress-strain (b) in the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone

图9 襄樊—广济断裂带东段构造岩各应变面显微照片((a)(c) (e))和FRY法应变测量图解((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

图10 襄樊—广济断裂带北侧晚白垩世花岗斑岩典型锆石CL图像(a)和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图(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

表2 襄樊—广济断裂带北侧晚白垩世花岗斑岩锆石U-Th-Pb同位素分析结果

Table 2 Zircon U-Th-Pb isotope analysis results of Late Cretaceous granite porphyry in the north of Xiangfan-Guangji fault zone

点号	元素含量/10^-6		²³²Th/ ²³⁸U	同位素比值及误差				年龄值及误差/Ma
点号	²³²Th	²³⁸U	²³²Th/ ²³⁸U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb±1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U±1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U±1σ		²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb ±1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U ±1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U ±1σ
1	9.90	5 670.73	0.002	0.049 3±0.000 8	0.135 0±0.001 7	0.019 9±0.000 2	162±39		129±2	127±1
2	119.64	2 755.73	0.043	0.050 0±0.000 9	0.144 6±0.002 3	0.021 0±0.000 2	193±44		137±2	134±1
3	3.38	2 007.21	0.002	0.049 0±0.000 8	0.142 3±0.001 8	0.021 1±0.000 2	147±39		135±2	134±1
4	77.15	9 400.35	0.008	0.049 1±0.000 5	0.144 0±0.001 6	0.021 3±0.000 2	151±12		137±1	136±1
5	7.51	4 656.33	0.002	0.049 2±0.001 4	0.147 5±0.003 9	0.021 7±0.000 2	159±68		140±3	139±1
6	9.80	1 771.91	0.006	0.048 0±0.001 0	0.135 5±0.002 4	0.020 5±0.000 2	101±50		129±2	131±1
7	7.61	4 836.04	0.002	0.049 2±0.000 8	0.140 5±0.001 9	0.020 7±0.000 2	158±40		133±2	132±1
8	380.09	829.07	0.458	0.049 8±0.001 0	0.135 1±0.002 8	0.019 7±0.000 2	184±27		129±2	126±1
9	24.39	2 277.58	0.011	0.050 4±0.001 2	0.144 3±0.003 1	0.020 8±0.000 2	213±57		137±3	132±1
10	9.03	833.50	0.011	0.052 9±0.001 5	0.146 3±0.003 7	0.020 1±0.000 2	323±64		139±3	128±1
11	11.34	7 275.89	0.002	0.051 8±0.001 1	0.147 5±0.002 7	0.020 6±0.000 2	278±50		140±2	132±1
12	80.23	2 598.60	0.031	0.051 3±0.001 1	0.146 0±0.002 8	0.020 6±0.000 2	256±51		138±2	132±1
13	35.16	1 934.71	0.018	0.053 5±0.001 2	0.152 3±0.003 0	0.020 7±0.000 2	348±52		144±3	132±1
14	17.93	5 919.31	0.003	0.052 8±0.001 4	0.147 8±0.003 6	0.020 3±0.000 2	319±61		140±3	130±1
15	3 673.93	11 716.73	0.314	0.048 1±0.000 5	0.129 7±0.001 4	0.019 6±0.000 2	105±11		124±1	125±1

表2 襄樊—广济断裂带北侧晚白垩世花岗斑岩锆石U-Th-Pb同位素分析结果

Table 2 Zircon U-Th-Pb isotope analysis results of Late Cretaceous granite porphyry in the north of Xiangfan-Guangji fault zone

点号	元素含量/10^-6		²³²Th/ ²³⁸U	同位素比值及误差				年龄值及误差/Ma
点号	²³²Th	²³⁸U	²³²Th/ ²³⁸U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb±1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U±1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U±1σ		²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb ±1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U ±1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U ±1σ
1	9.90	5 670.73	0.002	0.049 3±0.000 8	0.135 0±0.001 7	0.019 9±0.000 2	162±39		129±2	127±1
2	119.64	2 755.73	0.043	0.050 0±0.000 9	0.144 6±0.002 3	0.021 0±0.000 2	193±44		137±2	134±1
3	3.38	2 007.21	0.002	0.049 0±0.000 8	0.142 3±0.001 8	0.021 1±0.000 2	147±39		135±2	134±1
4	77.15	9 400.35	0.008	0.049 1±0.000 5	0.144 0±0.001 6	0.021 3±0.000 2	151±12		137±1	136±1
5	7.51	4 656.33	0.002	0.049 2±0.001 4	0.147 5±0.003 9	0.021 7±0.000 2	159±68		140±3	139±1
6	9.80	1 771.91	0.006	0.048 0±0.001 0	0.135 5±0.002 4	0.020 5±0.000 2	101±50		129±2	131±1
7	7.61	4 836.04	0.002	0.049 2±0.000 8	0.140 5±0.001 9	0.020 7±0.000 2	158±40		133±2	132±1
8	380.09	829.07	0.458	0.049 8±0.001 0	0.135 1±0.002 8	0.019 7±0.000 2	184±27		129±2	126±1
9	24.39	2 277.58	0.011	0.050 4±0.001 2	0.144 3±0.003 1	0.020 8±0.000 2	213±57		137±3	132±1
10	9.03	833.50	0.011	0.052 9±0.001 5	0.146 3±0.003 7	0.020 1±0.000 2	323±64		139±3	128±1
11	11.34	7 275.89	0.002	0.051 8±0.001 1	0.147 5±0.002 7	0.020 6±0.000 2	278±50		140±2	132±1
12	80.23	2 598.60	0.031	0.051 3±0.001 1	0.146 0±0.002 8	0.020 6±0.000 2	256±51		138±2	132±1
13	35.16	1 934.71	0.018	0.053 5±0.001 2	0.152 3±0.003 0	0.020 7±0.000 2	348±52		144±3	132±1
14	17.93	5 919.31	0.003	0.052 8±0.001 4	0.147 8±0.003 6	0.020 3±0.000 2	319±61		140±3	130±1
15	3 673.93	11 716.73	0.314	0.048 1±0.000 5	0.129 7±0.001 4	0.019 6±0.000 2	105±11		124±1	125±1

表3 襄樊—广济断裂带东段石英ESR年龄测试结果

Table 3 ESR age testing results of quartz in the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone

样品号	经纬度	产状	E'心浓度/(10¹⁵ Sp·g^-1)	U/10^-6	年龄/Ma
12-69	N30°01.651', E115°34.562'	白云母片岩片理为82°∠53°,石英脉顺断面产出,产状为28°∠20°	0.092	1.10	52.3±5.2
12-73	N 30°00.071', E115°30.739'	白云母片岩片理为264°∠26°,石英脉呈“σ”形,总体顺断层面(210°∠40°)产出	0.132	0.48	55.0±5.5
12-75	N 29°59.110', E115°30.271'	白云母片岩片理为15°∠20°,石英脉总体顺断面(160°∠70°)产出	0.121	0.65	37.2±3.7

表4 襄樊—广济断裂带对南北造山带的构造变形响应(据文献[35]修改)

Table 4 Structural deformation response of Xiangfan-Guangji fault zone to the North and South orogenic belts(modified from ref.[35])

地质时代	构造期次	襄樊—广济断裂带		中扬子北缘	造山带		构造体制	动力学机制
地质时代	构造期次	西段	东段	中扬子北缘	江南隆起带	大别造山带	构造体制	动力学机制
Q	喜山晚期	伸展正断		伸展断陷为主,伴随阶段性挤压	隆升剥蚀		陆内构造体制	濒太平洋构造域与青藏构造域联合作用
N	喜山晚期	伸展正断			隆升剥蚀
E	喜山早期	向北逆冲(强)	向南逆冲(强)		再造山构造活化
K₂	燕山晚期	伸展正断			伸展塌陷及断块不均一隆升
K₁	燕山晚期	伸展正断			伸展塌陷及断块不均一隆升
J₃	燕山中期	由北向南逆冲推覆	浅表层自南向北逆冲滑脱,深层由北向南逆冲推覆	褶皱逆冲	陆内造山			古太平洋板块与亚洲大陆碰撞
J₂	燕山中期
J₁	燕山早期
T₃	印支晚期	自北向南逆冲推覆,脆韧性变形发育			陆缘	碰撞造山	洋陆体制	扬子板块向华北板块俯冲及陆内响应
T₂	印支早期	自北向南逆冲推覆,脆韧性变形发育		水平抬升	陆缘	碰撞造山	洋陆体制	扬子板块向华北板块俯冲及陆内响应

图11 襄樊—广济断裂带东段中—新生代演化模式 1.太古宙—古生代变质岩; 2.早古生代碳酸盐岩; 3.志留纪泥页岩; 4.晚古生代碳酸盐岩; 5.白垩纪—古近纪断陷盆地; 6.断层;7.韧性剪切带

Fig.11 Meso-Cenozoic evolution in the eastern section of the Xiangfan-Guangji fault zone

参考文献 39

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