東秦嶺構(gòu)造演化歷史研究

東秦嶺構(gòu)造演化歷史研究

“開”“合”的構(gòu)造背景及構(gòu)造意義所有結(jié)構(gòu)運動都是結(jié)構(gòu)運動的結(jié)果。馬杏垣教授曾指出:研究構(gòu)造首先是識別各種變形的格式(Patterm),它們是地殼介質(zhì)對構(gòu)造運動作用的方式。馬杏垣還認(rèn)為:如果按構(gòu)造應(yīng)力作用的狀態(tài)和變形體制的不同,將地殼運動概括為“升、降、開、合、扭”。其中“開”與“合”是最基本的;由于開裂可以形成盆地、裂谷、坳拉槽、地槽、大洋等構(gòu)造,它們各有不同的巖漿、沉積、變質(zhì)、成礦特征;聚合則褶皺造山、隆起成陸,同樣可出現(xiàn)特有的巖漿、沉積、變質(zhì)和礦產(chǎn)組合。開裂與坳陷相伴,聚合則導(dǎo)致隆起,同時均可伴有剪切滑動。因此,“開”與“合”是地殼和巖石圈構(gòu)造運動的基本形式。在空間上,“開”“合”是相輔相成,成為互補(bǔ)關(guān)系:一個地區(qū)開裂,相鄰地區(qū)必須斂合,“開”“合”這種有規(guī)律的布局,成為劃分構(gòu)造區(qū)、構(gòu)造帶的基礎(chǔ)。在時間上,“開”“合”可以互相轉(zhuǎn)化:一個區(qū)域某一時期以“開”為主,另一時期可轉(zhuǎn)化為“合”占優(yōu)勢,“開”“合”這種有規(guī)律的組合成為劃分構(gòu)造階段的依據(jù)。一“開”一“合”便構(gòu)成一個構(gòu)造旋回,由于“開”“合”規(guī)模不同,因而有不同級別的構(gòu)造旋回。東秦嶺地處我國腹心,在構(gòu)造上分野南北,銜接?xùn)|西,引入注目,但對其構(gòu)造屬性長期爭論紛紜。如果按“開”“合”觀點加以總結(jié),將有助于該問題的解決。東秦嶺夾持在華北古陸與揚(yáng)子古陸之間,因而探討東秦嶺構(gòu)造演化時,必須充分考慮這種構(gòu)造背景。廣義而言,東秦嶺的構(gòu)造演化,實質(zhì)上就是南北兩個古陸塊體相互聯(lián)系、相互制約、不斷“開”“合”的歷史。根據(jù)“開”“合”主導(dǎo)方面的變化和“開”“合”具體特征,在時間上可劃分為中晚元古代、古生代至三疊紀(jì)、中生代早期和中生代晚期及新生代四個階段;在空間土顯示出不同構(gòu)造帶有規(guī)律地展布(圖1)。一、島弧深成巖與沉積相關(guān)中晚元古代構(gòu)造運動以“合”為主,“古”的基本形式是通過古大陸邊緣的演化,使華北古陸與揚(yáng)子古陸相向靠攏、秦嶺洋殼海槽不斷縮小,晉寧運動最終使兩古陸對接而成為統(tǒng)一塊體。由呂梁運動形成基底的華北古陸,是一個固結(jié)程度較高和具有較大規(guī)模的塊體,故其大陸邊緣演化比較夏雜:一方面原來陸殼遭受改造而“活化”;另一方面洋殼經(jīng)過反復(fù)演化才轉(zhuǎn)變成為陸殼區(qū)。為此,作者將中晚元古代時的大陸邊緣劃分為兩個帶;東南部為洋殼演化區(qū)(外帶);西北部為陸殼改造區(qū)(內(nèi)帶)。華北古陸大陸邊緣演化形式是板塊俯沖機(jī)制。東秦嶺洋殼板塊向北俯沖至華北陸殼板塊之下,黑溝鐵爐子斷裂相當(dāng)俯沖帶,斷裂兩側(cè)構(gòu)造環(huán)境截然不同。沿斷裂南側(cè)有不少元古代基性、超基性巖分布,且寬坪群變質(zhì)作用由南至斷裂帶呈現(xiàn)明顯的前進(jìn)變質(zhì)。斷裂帶之北為洛南-欒川隆起,為一相對隆起單位,并陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有元古代的花崗巖侵入,該區(qū)熊耳群火山巖具大陸邊緣鈣一堿系列火山巖的某些特征,反映了洛南-欒川斷隆具陸緣弧性質(zhì)。陸緣弧發(fā)育晚期,在其南緣出現(xiàn)的斷裂坳陷,其沉積和變質(zhì)變形,均具過渡型特征,其火山巖屬鉀質(zhì)堿性巖系,和造山帶火山巖演化系列中的橄欖安粗巖組合非常相似,此組合被認(rèn)為是比較成熟造山環(huán)境晚期階段的產(chǎn)物。故此坳陷屬弧前坳陷性質(zhì)。洛南-欒川斷隆之北的熊耳斷坳,廣泛分布的熊耳群火山巖具雙峰式特征,從堿度衡量為偏堿性巖石,但又不同于穩(wěn)定區(qū)火山巖,而是具有與斷裂有關(guān)的“活化”區(qū)巖石化學(xué)特征,故熊耳斷坳相當(dāng)弧后裂陷盆地。熊耳弧后裂陷盆地與洛南-欒川陸緣弧之間的馬超營-石門斷裂則為前陸斷裂帶。這樣,將各構(gòu)造帶聯(lián)系起來,便構(gòu)成一幅完整的板塊俯沖的圖象。東秦嶺與揚(yáng)子古陸的構(gòu)造關(guān)系,羅自立(1979)、李春昱O980)、王鴻禎(1981,1982)、陶洪祥(1982.1985)等先后歸納為島弧性質(zhì)及論述了它們的演化。揚(yáng)子地臺北緣的米倉山-漢南地塊、黃陵背斜等為島弧隆起區(qū),最老地層為早元古代或更老的火地埡群后河組及崆嶺群,其上被麻窩子組、上兩組、神農(nóng)架群不整合。前者與揚(yáng)子地臺基底可以對比;后者屬中晚元古代陸緣冒地槽沉積組合,不整合于上兩組之上的鐵船山組中下段玄武巖和堿長流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r等屬大陸堿性玄武巖-灰流組合,具雙模式特征(陶洪祥,1986)*。由此可見,這里應(yīng)屬陸殼改造區(qū),后河組、崆嶺群為揚(yáng)子地臺基底,麻窩子組、上兩組、神農(nóng)架群以及鐵船山組等皆為陸殼被改造而“活化”的產(chǎn)物。島弧之北為洋殼演化區(qū),由于大多被古生代構(gòu)造層所覆蓋,以致俯沖帶的位置和洋殼演化細(xì)節(jié)都不得而知。僅能從東秦嶺東西兩側(cè)的情況進(jìn)行推測。西側(cè)的碧口群下部為大洋拉斑玄武巖、堿性玄武巖等,中部為硅泥質(zhì)巖組合,上部為復(fù)理石組合。地層向北倒轉(zhuǎn)形成同斜褶皺,向東南俯沖至揚(yáng)子地臺之下,沿俯沖帶分布著數(shù)十個基性-超基性巖體,并伴有高壓低溫變質(zhì)帶——藍(lán)閃片巖。東秦嶺以東的紅安群、宿松群及其伴生的蛇綠巖套和高壓低溫變質(zhì)帶同樣構(gòu)成清晰的洋殼組合。根據(jù)上述東西兩側(cè)情況推測,東秦嶺南緣古生代構(gòu)造層之下可能存在中晚元古代的俯沖帶和洋殼組合。從武當(dāng)山地區(qū)資料看,武當(dāng)群主要由中-酸性火山巖、凝灰質(zhì)陸源碎屑巖及少量碳酸巖組成,火山巖巖石化學(xué)具島弧火山巖特征,碎屑巖具復(fù)理式特征。耀嶺河群主要為一套火山巖組合,下為海底基性火山巖伴以深水硅、泥質(zhì)沉積;上部為一套石英角斑巖、細(xì)碧巖、凝灰?guī)r,凝灰質(zhì)砂巖粉砂巖夾一層磁鐵絹云片巖。耀嶺河群火山巖屬大洋拉斑玄武巖系列,其碎屑巖也具地槽型沉積特征。鑒于上述情況,我們初步認(rèn)為武當(dāng)山地區(qū)是東秦嶺南部洋殼演化區(qū)出露地表部分,其余部分則被后期地層所覆。其中武當(dāng)群是洋殼演化區(qū)中固結(jié)程度較高、固結(jié)時間較早而形成的島嶼或微型占陸,這種島嶼或微型古陸有別于陸殼改造區(qū)所形成的島弧,后者是陸殼被改造而“活化”,在“活化”過程中殘留下來的相對穩(wěn)定的塊體。通過華北古陸和揚(yáng)于古陸的大陸邊緣的演化,東秦嶺洋殼不斷向兩古陸府沖,最終使兩古陸對接成為統(tǒng)一塊體,商丹斷裂帶則相當(dāng)對接帶位置。楊森楠從震旦紀(jì)古冰川、構(gòu)造運動、古地磁.變質(zhì)帶、沉積組合五個方面論證了統(tǒng)一塊體的形成,并認(rèn)為板塊對接活動時間大致于青白口紀(jì)完成。對接以后,從震旦紀(jì)至早寒武世這段時期,板塊活動處于相對穩(wěn)定階段。二、云架山-丹位窯群本階段構(gòu)造運動轉(zhuǎn)為以“開”為主,統(tǒng)一古陸裂解,在此背景上也有“合”,顯示了大“開”小“合”的特征。古生代至三疊紀(jì)期間,統(tǒng)一古陸經(jīng)歷了幾次開裂,每次開裂都形成了裂谷式盆地。由于開裂和結(jié)束的時間不同以及持續(xù)時間不一,因而出現(xiàn)不同時代不同特點的裂谷帶。中寒武世一早志留世是強(qiáng)烈開裂期,南部的紫陽裂谷和旬陽裂谷,北部的丹風(fēng)裂谷、云架山丹礬窯裂谷等均為此時形成。南部的裂谷中,中寒武世一奧陶紀(jì)為炭硅質(zhì)巖建造,志留紀(jì)有大量基性火山巖、次火山巖及堿性粗面巖發(fā)育,還有大量脈巖呈北西一南東向展布,其巖石組合主要是橄欖巖及苦閃橄欖巖、輝長巖,屬玄武巖系列至過堿性玄武巖系列。這些特征表明早期屬裂谷型構(gòu)造控制的沉降速率較快非補(bǔ)償硅質(zhì)頁巖沉積;后期斷裂切割加深而發(fā)育裂谷型巖漿組合;志留紀(jì)末裂谷封閉并形成褶皺,致使志留紀(jì)末一早泥盆世磨拉石出現(xiàn)和花崗巖侵入。北部的丹風(fēng)裂谷中發(fā)育有丹風(fēng)群,它是從秦嶺群解體出來的一套淺變質(zhì)火山-沉積巖系,火山巖為細(xì)碧巖和角斑巖,與硅質(zhì)巖、基性超基性巖體共生,可能為一蛇綠巖套組合。目前在這套巖層中雖未采得化石,但它與秦嶺群有較大差別并被中泥盆統(tǒng)劉嶺群所不整合,推測為下古生界,屬斷陷較深的裂谷沉積。云架山-丹礬窯裂谷規(guī)模較大,情況比較復(fù)雜,寬度僅數(shù)公里至二十余公里,斷續(xù)延伸長達(dá)干余公里。一九七九年陜西區(qū)調(diào)隊在一比五萬《蟒嶺幅》中建立了云架山群,自下而上劃分安坪組、干江河組、月牙溝組和粉筆溝組。安坪組為細(xì)碧巖和角斑巖,干江河組下部為云母石英片巖,上部為大理巖,月牙溝組為大理巖,粉筆溝組為云母石英片巖。在月牙溝組頂部結(jié)晶灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)Pentagonocyclicussp(星圓莖)和Syringoporasp.(笛管珊瑚),故劃歸早古生代。但作者到實地觀察,發(fā)現(xiàn)安坪組與干江河組在許多地方為閃長巖體所隔而不直接接觸,相反和三疊系在空間分布上常形影不離,有些地方甚至可能為過渡關(guān)系。因而懷疑安坪組不是在干江河組之下,而是在其上,為上古生界,甚至包含部分三疊系。如果是這樣,則云架山-丹礬窯裂谷早古生代時相當(dāng)冒地槽沉積,同時早古生代末裂谷尚未封閉,晚古生代繼續(xù)裂谷發(fā)育,出現(xiàn)了安坪組火山巖優(yōu)地槽沉積。安坪組火山巖,向東可與丹礬窯群、二郎坪群對比,構(gòu)成一條巨大而醒目的火山巖帶,有些地方尚有硅質(zhì)巖?；鹕綆r多為細(xì)碧巖、細(xì)碧玢巖、石英角斑巖等及其凝灰?guī)r、集塊巖。巖石化學(xué)特征屬鈣堿性拉斑玄武巖,根據(jù)TiO2—P2O5相關(guān)圖、(FeO)—(FeO)/MgO關(guān)系圖、AFM圖解表明它們均投點于大洋拉斑玄武巖或洋脊拉斑玄武巖區(qū)內(nèi),和地幔巖有著淵源關(guān)系(林潛龍,1984)。關(guān)于丹礬窯群和二郎坪群的時代,認(rèn)識分歧較大;金守義根據(jù)構(gòu)造關(guān)系和二郎坪群中所獲得的微古植物化石.Slenomorginatasp.(小窄環(huán)球形藻),Pseudozonosphceridiumsp.(擬環(huán)球形藻,Polyporatasp.(多孔體),Laminalitessp.(片藻)等而認(rèn)為屬中元古界;王銘生則根據(jù)巖性組合、變質(zhì)程度、接觸關(guān)系等方面認(rèn)為屬早古生代,時代大致相當(dāng)寒武一奧陶紀(jì),其上被上三疊統(tǒng)不整合;作者1965年曾在這一帶工作時,發(fā)現(xiàn)火山巖與上三疊統(tǒng)之間為連續(xù)關(guān)系*,近年的工作更證實了這種認(rèn)識,在湯河魏王溝可清楚見到它們之間的過渡關(guān)系?？紤]到五里川一蟒嶺地區(qū)與火山巖大致同期的次火山巖和淺成侵入巖的同位素年齡約300—400Ma,因而認(rèn)為這套火山巖的時代為晚古生代至三疊紀(jì)。上三疊統(tǒng)則為陸相黑色炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖為主,含植物化石Cladophlebissp.Danalopsisfecanda,Ginkgoitessp.Neocalamitessp.它不僅下與丹礬窯群火山巖呈連續(xù)關(guān)系,更有意思的是它向東與前人認(rèn)為屬元古代的小寨組、抱樹坪組呈過渡關(guān)系。這種認(rèn)識首先由王銘生提出,我們也進(jìn)一步作了專題研究,發(fā)現(xiàn)兩者變質(zhì)程度差異顯著,但原巖組合特征相似,甚至可以找到標(biāo)志層——變質(zhì)礫巖,直接追索至兩套地層中。它們的變質(zhì)程度,是呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。它們具有各種差異的根本原因,是混合巖化程度不同,混合巖化又受斷裂作用的強(qiáng)度控制,是斷裂作用的強(qiáng)應(yīng)力和熱動力產(chǎn)生的變質(zhì)作用。由于不同段的斷裂活動強(qiáng)度不同還造成了混合巖化的不均一性,出現(xiàn)了多個混合巖化中心,致使高級混合巖、低級混合巖、甚至未混合巖化的巖石沿走向逐漸過渡,從而見到了上述上三疊統(tǒng)砂板巖與小寨組、抱樹坪組云母石英片巖之間相變關(guān)系。上述情況表明不能單純根據(jù)巖石變質(zhì)深淺來劃分地層時代;也反映了云架山-丹礬窯裂谷系一直延續(xù)至晚三疊世。除上述云架山-丹礬窯裂谷外,晚古生代一三疊紀(jì)在東秦嶺南部地區(qū)還產(chǎn)生一些新的裂谷,如鳳縣-柞水裂谷、留壩-白河裂谷,在這兩個裂谷海槽中發(fā)育有泥盆系一三疊系淺海相碎屑巖夾碳酸鹽巖,為一套巨厚的類復(fù)理石建造。這些裂谷盆地的發(fā)育,表明泥盆紀(jì)是另一強(qiáng)裂開裂期。根據(jù)張正坤的古地磁資料,二疊紀(jì)晚期,華北古陸和揚(yáng)子古陸的古緯度分別為14.8°N及2.4°S,相差17.2°,同時二疊一三疊紀(jì)有大量火山巖發(fā)育,因而推測二疊一三疊紀(jì)是開裂最大、最深的時期。東秦嶺古生代一三疊紀(jì)的這些裂谷盆地,都是在統(tǒng)一陸殼塊體上斷裂而成,只是不同他區(qū)開始斷裂的時間不同、斷裂延續(xù)的時間不同、斷,裂的深度與強(qiáng)度不同而出現(xiàn)了各種復(fù)雜的情況。它們都不同程度的產(chǎn)生變質(zhì)作用,其中很特征的是混合巖化,混合巖化又明顯受斷裂控制,莫柱蓀稱之為斷裂變質(zhì)帶?？紤]到這些裂谷后期普遍褶皺變質(zhì)、隆起成山,成為陸殼內(nèi)部一種非常特殊的構(gòu)造單位,作者稱之為斷裂造山帶。三、由地面沖斷面斷塊活動的推覆構(gòu)造中生代早期轉(zhuǎn)為“合”占優(yōu)勢,這個時期的“合”采取了與第一階段的“合”不同的形式,表現(xiàn)為斷塊活動,斷塊活動有兩種動向:一為由北向南推覆;一為東西向剪切滑動。斷塊可以劃分不同級別:最大的是華北斷塊和揚(yáng)子斷塊,從整體看,華北斷塊向南仰沖而揚(yáng)子斷塊向北俯沖,相對而言,兩者還作逆時針剪切滑動;上述兩大斷塊之間,還有一系列次級沖斷帶,并將地殼分割成許多次級斷塊,每個斷塊都作為一個整體而運動,或仰沖、或俯沖、或平移滑動。這些大小不同塊體在仰沖或俯沖過程中,當(dāng)產(chǎn)狀平緩時,可形成不同規(guī)模的推覆構(gòu)造。瓦穴子斷裂西段,在陜西蟒嶺地區(qū)出現(xiàn)的推覆構(gòu)造就非常典型,并具有較大規(guī)模。斷塊活動也使原來某些裂谷盆地中的地層產(chǎn)生強(qiáng)烈褶皺甚至倒轉(zhuǎn)。更有意義的是云架山-丹礬窯裂谷盆地中,上三疊統(tǒng)構(gòu)成軸面向北倒轉(zhuǎn)的復(fù)式向斜,小寨組與抱樹坪組同樣構(gòu)成軸面向北倒轉(zhuǎn)的復(fù)式向斜,兩者可以進(jìn)行對比,說明兩者都可能是印支運動形成,也從另一側(cè)面提供了上三疊統(tǒng)與小寨組、抱樹坪組是同時代不同變質(zhì)相的信息。四、喜山期構(gòu)造-熱事件的區(qū)域和構(gòu)造環(huán)境從晚白堊世開始再次以“開”為主,是在前期強(qiáng)烈擠壓后應(yīng)力松弛狀態(tài)下進(jìn)行的。在張性斷裂控制下形成了各種盆地,其中最常見的是箕狀盆地。盆地邊界和盆地內(nèi)部多表現(xiàn)為張性構(gòu)造。值得一提的是作者近年來注意到喜山期的構(gòu)造-熱事件的存在:1965年在五里川東北的紅土嶺發(fā)現(xiàn)花崗巖侵入老第三系紅層中,當(dāng)時采樣經(jīng)我院路元良同志測試同位素年齡為70Ma(白云母K-Ar法);1985年在朱陽關(guān)東北公路旁再次發(fā)現(xiàn)花崗巖和閃長巖侵入老第三紀(jì)紅層中;1986年在五里川西的五龍?zhí)独系谌o(jì)紅層中發(fā)現(xiàn)斷片構(gòu)造和推覆構(gòu)造;在小河面梨樹溝腦見有雄黃脈插入老第三紀(jì)紅層中,聯(lián)系到小河面之西有銻礦、更西有汞礦,實際上沿裂谷帶是一低溫?zé)嵋旱V帶,其成礦期可能與喜山期熱事件有關(guān)。因此