歸褶皺帶晚侏羅世-早白堊世構(gòu)造變形及古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)重建

歸褶皺帶晚侏羅世-早白堊世構(gòu)造變形及古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)重建

褶皺帶位于大巴山和雪峰山的兩個(gè)結(jié)合部位。對(duì)于大巴山逆沖帶和雪峰山逆沖帶聯(lián)合或復(fù)合過(guò)程,前人存在三種觀點(diǎn),一是大巴山逆沖帶先向SW擴(kuò)展,之后雪峰山逆沖帶再向NW逆沖(李三忠等,2002;許長(zhǎng)海等,2010;董有浦等,2011),表現(xiàn)為復(fù)合疊加關(guān)系;二是雪峰山逆沖帶向NW逆沖早于大巴山向SW的擴(kuò)展(張國(guó)偉等,2003),表現(xiàn)為另一種復(fù)合疊加關(guān)系;三是向NW逆沖的雪峰山逆沖帶與向SW擴(kuò)展的大巴山逆沖帶先復(fù)合疊加,之后再聯(lián)合作用(劉少峰等,2010)。要討論上述結(jié)果的合理性,需要在兩構(gòu)造單元交匯部位對(duì)典型構(gòu)造進(jìn)行解析。位于鄂西-川東地區(qū)的秭歸褶皺帶地層出露完整、構(gòu)造形跡與疊加關(guān)系清楚,是研究上述構(gòu)造復(fù)合或聯(lián)合過(guò)程的理想?yún)^(qū)域。秭歸褶皺帶位于中上揚(yáng)子板塊,夾持于北側(cè)的大巴山逆沖帶和南側(cè)的雪峰山逆沖帶之間,東側(cè)緊鄰黃陵背斜,主要由秭歸向斜、巴東復(fù)向斜和香龍山背斜及相關(guān)逆沖斷層組成。近年來(lái)的研究表明,秭歸褶皺帶的形成與大巴山逆沖帶、雪峰山逆沖帶和黃陵背斜密切相關(guān)(張或丹,1986;孟繁松等,1987;楊森楠等,1996;陳輝明等,2002;Liuetal,2005;嚴(yán)金泉等,2006;李旭兵等,2008;渠洪杰等,2009;胡召齊等,2009;李建華等,2009;沈傳波等,2009;Shietal.,2013),不僅記錄大巴山逆沖帶和雪峰山逆沖帶復(fù)合或聯(lián)合的構(gòu)造信息,而且還記錄黃陵背斜中因剝蝕而缺失的構(gòu)造信息。因此,本文以秭歸褶皺帶為研究對(duì)象,在野外對(duì)各種構(gòu)造要素進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)量和填圖,在構(gòu)造解析基礎(chǔ)上,劃分了三期構(gòu)造變形,并恢復(fù)和重建了秭歸褶皺帶的形成、演化過(guò)程與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),進(jìn)而提出了大巴山逆沖帶和雪峰山逆沖帶的復(fù)合聯(lián)合過(guò)程新的構(gòu)造模式。1香麻黃帶-逆沖帶秭歸褶皺帶北側(cè)緊鄰神農(nóng)架穹窿,處于大巴山逆沖帶的前緣,南東位于雪峰山逆沖推覆帶的北緣中部,東側(cè)為黃陵背斜(圖1)。大巴山逆沖帶具有明顯構(gòu)造分帶性,從北而南可劃分為北大巴山逆沖推覆帶、南大巴山前陸弧形沖斷帶(何建坤等,1997;劉樹(shù)根等,2006;董樹(shù)文等,2010)。研究表明大巴山的形成可以分為兩個(gè)階段:中晚三疊世北大巴山逆沖推覆帶就位,呈自NE向SW的擠壓,晚侏羅世-早白堊世南大巴山弧形沖斷帶形成,但從西向東構(gòu)造擠壓方向并不一致,靠近秭歸褶皺帶的東段以近S-N向擠壓為主(何建坤等,1999;劉樹(shù)根等,2006;胡建民等,2009;武紅嶺等,2009;董樹(shù)文等,2010;劉少峰等,2010;許長(zhǎng)海等,2010;張?jiān)罉虻?2010;Shietal.,2013)。雪峰山逆沖推覆帶包括湘鄂西隔槽式褶皺帶和川東隔擋式褶皺帶,逆沖方向自SE向NW,變形時(shí)代為晚侏羅世-早白堊世(顏丹平等,2000;Yanetal.,2003a;Yanetal.,2009;胡召齊等,2009;汪新偉等,2010)。黃陵背斜主體為花崗巖,震旦系-侏羅系蓋層圍繞花崗巖由老到新分布,并向四周傾斜,呈軸向NE15°穹窿狀(南北長(zhǎng)約75km,東西寬約40km)。黃陵背斜的形成時(shí)間一直存在很大的爭(zhēng)議(張或丹,1986;王軍等,2010)。秭歸褶皺帶東側(cè)出露鄂西地區(qū)最老地層,為黃陵背斜核部的元古界崆嶺群片麻巖、混合巖(渠洪杰等,2009;湖北省巴東幅區(qū)域地質(zhì)報(bào)告,1984)。秭歸褶皺帶出露的震旦系-古生界主體為一套海相含碎屑碳酸鹽巖地層,中上三疊統(tǒng)的巴東組、沙鎮(zhèn)溪組主體為陸相碎屑沉積。侏羅系為一套陸相碎屑沉積,分布于秭歸盆地內(nèi)部,自下而上依次為香溪組,聶家山組,下沙溪廟組、上沙溪廟組和遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組(圖2)。秭歸盆地東南的周坪地區(qū)出露白堊系下部石門(mén)組磚紅色砂巖、礫巖,石門(mén)組底部為一套磚紅色厚層礫巖,與下伏地層呈角度不整合接觸。秭歸褶皺帶包括東部的秭歸向斜、西部的巴東復(fù)向斜和南部的香龍山背斜(圖1)。秭歸向斜為向西仰起的勺狀三角形構(gòu)造盆地(圖3),軸向在長(zhǎng)江北岸為近SN向,南延至長(zhǎng)江以南則向西偏轉(zhuǎn)而呈近EW向,SN軸向長(zhǎng)約40km,EW最寬處約33km。香龍山背斜處于雪峰山逆沖帶北緣,為典型的短軸箱狀褶皺,軸向近EW,長(zhǎng)約48km,平均寬約20km。香龍山背斜以中間NNE-SSW向逆斷層為界分為東西兩段,東段又被稱(chēng)為五龍背斜。巴東復(fù)向斜為鄂西-川東地區(qū)奉節(jié)復(fù)向斜中東段,呈近EW走向,長(zhǎng)約41km,主要由一系列開(kāi)闊的次向斜和緊密的次級(jí)背斜組成。22褶皺帶的構(gòu)造變形特征及古代應(yīng)力場(chǎng)的恢復(fù)2.1單元構(gòu)造及其特征秭歸褶皺帶所含的秭歸向斜、巴東復(fù)向斜和香龍山背斜三個(gè)基本的構(gòu)造單元(圖1),雖然所處構(gòu)造部位的不同,但是內(nèi)部發(fā)育的褶皺樞紐、斷裂以及節(jié)理等構(gòu)造要素在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征上存在相關(guān)性,分為近EW向、NEE-SWW向和向NW凸出的弧形三種構(gòu)造形跡。2.1.1近地層基本情況秭歸褶皺帶內(nèi)近EW向構(gòu)造形跡主要是近EW向的褶皺樞紐和逆斷層。秭歸向斜位于秭歸、巴東和興山三縣交界區(qū)域,核部為晚侏羅世蓬萊鎮(zhèn)組,兩翼出露三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)的沙鎮(zhèn)溪組、香溪組、聶家山組、下沙溪廟組、上沙溪廟組和遂寧組,地層產(chǎn)狀比較平緩,多為10°~15°。秭歸向斜發(fā)育有近EW向樞紐,分為三支(圖3),分別位于周家山—平邑口一線,巴東—水田壩一線和兩河口鎮(zhèn)—郭家壩鎮(zhèn)一線,其中巴東—水田壩一支樞紐延伸最長(zhǎng),約30km,總體向東向西揚(yáng)起。野外觀測(cè)及向斜區(qū)域樞紐附近地層產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖3)顯示,秭歸向斜近EW向樞紐呈波狀彎曲(圖3、圖4),軸面近直立。香龍山背斜雖然分為東西兩段,但是樞紐總體近E-W向展布,位于巴東縣綠蔥坡鎮(zhèn)—廟埡一線(圖5)。東段的五龍背斜呈穹窿狀,剖面上表現(xiàn)為開(kāi)闊的箱狀,核部地層為下奧陶統(tǒng),兩翼對(duì)稱(chēng)分布奧陶系中上統(tǒng)、志留系至三疊系巴東組。五龍背斜南翼地層平緩,傾角小于30°,北翼地層局部受到逆沖斷層的影響,相對(duì)南翼陡,傾角約60°。香龍山背斜(狹義)呈短軸狀,剖面上也表現(xiàn)為箱狀,核部為寒武系,兩翼為奧陶系至三疊系巴東組,核部地層平緩,傾角5°~15°,局部因受逆斷層影響,傾角較大,約30°,兩翼地層傾角20°~25°,局部達(dá)50°。秭歸向斜西翼香溪組地層中發(fā)育一系列近EW走向的逆斷層(圖3)。香龍山背斜的核部和北翼發(fā)育近EW向逆斷層(圖5),傾向北,傾角30°~60°,與香龍山背斜的地層線近似平行。秭歸向斜西北翼巴東縣溪丘灣鄉(xiāng)東,下侏羅統(tǒng)香溪組中厚層黃綠色中細(xì)粒砂巖發(fā)生褶皺和逆沖斷層構(gòu)造變形。地層中主要變形表現(xiàn)為中常的圓弧背斜和高角度逆斷層(圖6a)。背斜北西翼傾角約40°,南東翼傾角約29°,核部發(fā)育近直立的軸面劈理(>85°)。極射赤平投影結(jié)果(圖6b’)顯示背斜軸面劈理走向近EW,表明香溪組地層發(fā)生過(guò)近SN向收縮構(gòu)造變形。背斜南東翼發(fā)育一條高角度(大于85°)的逆斷層,走向NEE,斷層面發(fā)育指示上盤(pán)向上運(yùn)動(dòng)的擦痕(圖6a,6c)。斷層表面擦痕的極射赤平投影結(jié)果(圖6c’)指示出斷層由SE向NW逆沖的性質(zhì)。秭歸向斜西北巴東縣甘坪村西,香溪組中厚層黃綠色細(xì)粒砂巖地層中發(fā)生褶皺和逆沖斷層構(gòu)造變形(圖7)。香溪組中自SW向NE依次發(fā)育F1、F3、F4、F5和F6五條逆斷層和F2正斷層,斷層傾角均較陡且斷層之間地層局部發(fā)生褶皺變形,產(chǎn)狀變化大。F1下盤(pán)、F2下盤(pán)以及F4下盤(pán)褶皺變形的極射赤平投影結(jié)果顯示褶皺樞紐走向均為近EW,斷層走向大部分為近EW。形態(tài)上,逆沖斷層整體組合形式為疊瓦狀。各逆沖斷層和相關(guān)褶皺變形的極射赤平投影結(jié)果(圖7)指示,甘坪村西香溪組地層中的疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造總體逆沖方向是由S向N。2.1.2興山縣稻田壩斷裂帶秭歸褶皺帶內(nèi)NNE-SSW構(gòu)造形跡主要是褶皺樞紐和褶皺相關(guān)斷裂。秭歸向斜發(fā)育的近SN向樞紐位于秭歸縣的文化—水田壩一線,延伸約50km,總體向南向北揚(yáng)起。野外觀測(cè)及向斜區(qū)域樞紐附近地層產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖3)顯示,秭歸向斜近SN向的樞紐也呈明顯的波狀彎曲(圖3、圖4)。周家山—?？跀嗔?、水田壩斷裂主要分布在秭歸向斜靠近核部的位置(圖3),均呈NNE-SSW向。周家山—?？跀嗔盐挥陲鰵w向斜西北翼,北起灘坪,向南延伸至長(zhǎng)江以南,長(zhǎng)約14km,地表切割沙鎮(zhèn)溪組、香溪組、聶家山組和下沙溪廟組,總體走向NE30°,傾向NW。周家山—?？跀嗔褦鄬悠扑閹?0~20m,主要由角礫巖、碎裂巖組成,斷層前期以逆沖為主,兼有左行走滑特點(diǎn),后期發(fā)生過(guò)正斷層活動(dòng)兼有右行走滑特點(diǎn)(夏金梧等,1996)。水田壩斷裂位于秭歸向斜東翼,切割下沙溪廟組、上沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組,總體走向NE15°,傾向NWW,傾角約60°,從興山縣高陽(yáng)鎮(zhèn)向南延伸至秭歸縣水田壩鎮(zhèn)以南(未過(guò)長(zhǎng)江),長(zhǎng)約35km。該斷裂由東、西兩支近平行的逆斷層組成。水田壩斷裂的東支長(zhǎng),延伸方向和距離與主斷裂一致,在延伸方向上,將上、下沙溪廟組和遂寧組錯(cuò)開(kāi)(圖3)。秭歸縣涼風(fēng)埡以南出露東支斷裂破碎帶(圖8a)。斷裂破碎帶發(fā)育在上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組紫紅色粉砂巖中,寬約50m,邊界為兩條傾角較大的逆斷層F1、F2(圖8b,8c),破碎帶內(nèi)變形并不是很強(qiáng)烈,粉砂巖地層局部發(fā)生一定撓曲變形,而且地層產(chǎn)狀較陡。F1逆斷層傾向西,從下部到上部?jī)A角由陡變緩,總體大于60°。F1逆斷層上盤(pán)地層產(chǎn)狀平緩,約5°,下盤(pán)地層產(chǎn)狀略微變陡至約10°,地層總體呈現(xiàn)出明顯的膝折彎曲。F2逆斷層傾向NW,傾角約80°,下盤(pán)地層較上盤(pán)破碎帶地層更陡,產(chǎn)狀約40°。F1和F2兩斷層的極射赤平投影結(jié)果顯示斷層帶上盤(pán)向SEE逆沖,表明水田壩斷裂東支的斷層上盤(pán)是向SEE逆沖的。水田壩斷裂的西支較短,長(zhǎng)約10km,總體走向NNE,由一系列小斷層組成,主要斷層面近直立(夏金梧等,1996)。涼風(fēng)埡南部,水田壩斷裂下盤(pán)蓬萊鎮(zhèn)組的紫紅色中粗粒含礫砂巖層面發(fā)育指示向上運(yùn)動(dòng)的擦痕(圖8d)。含礫砂巖層傾向SSE,傾角25°左右,層面擦痕的赤平投影結(jié)果(圖8d)顯示地層從SEE向NWW逆沖。涼風(fēng)埡附近水田壩斷裂上盤(pán)蓬萊鎮(zhèn)組厚層紫紅色細(xì)粒巖屑砂巖、黃綠色細(xì)粒巖屑砂巖中發(fā)育一條傾向NEE的正斷層(圖8e),正斷層雖將黃綠色巖屑砂巖標(biāo)志層錯(cuò)開(kāi)約20cm,但對(duì)兩盤(pán)地層產(chǎn)狀影響不大。處于正斷層下盤(pán)南側(cè)的蓬萊鎮(zhèn)組見(jiàn)有傾向NWW-NW的層面(圖8f),結(jié)合水田壩斷裂位置判斷,水田壩斷裂應(yīng)該經(jīng)過(guò)該處。地層層面上發(fā)育方解石擦抹線理和階步,指示向下運(yùn)動(dòng),其極射赤平投影結(jié)果顯示(圖8e),上部地層由SEE向NWW順層運(yùn)動(dòng)。水田壩斷裂東支向SEE逆沖,伴生的的正斷層向NEE運(yùn)動(dòng),以及附近局部地層向NWW逆沖,這三個(gè)特征表明水田壩斷裂在SEE-NWW收縮背景下發(fā)生向SEE逆沖運(yùn)動(dòng)。香龍山背斜NEE-SSW向逆斷層分布于香龍山背斜大部分地區(qū)(圖5),與香龍山背斜的樞紐呈大角度斜交(>60°),局部逆斷層一直向北延伸,至巴東復(fù)向斜、秭歸向斜。NEE-SSW向逆斷層大部分傾向SEE,局部逆斷層傾向NWW,傾角60°~70°。香龍山背斜西端綠蔥坡鎮(zhèn)以西的二疊系含燧石結(jié)核薄層微晶灰?guī)r中發(fā)生褶皺變形,表現(xiàn)為斜歪尖棱狀褶皺(圖9a,9b)。褶皺南西翼傾角60°~75°,北東翼30°~70°,軸面傾向南東,傾角85.5°,樞紐NEE-SSW向,指示香龍山背斜西端經(jīng)歷NWW-SEE的收縮變形。香龍山背斜東西兩段之間發(fā)育NNE-SSW向逆斷層(圖5),錯(cuò)動(dòng)近EW向背斜樞紐,核部發(fā)育的NEE-SSW逆沖斷層傾向SEE且將近EW逆斷層錯(cuò)開(kāi),可以推斷出香龍山背斜分布的NEE-SSW逆沖斷層由SEE向NWW逆沖。2.1.3逆斷層特征結(jié)果—NW凸出弧形構(gòu)造形跡秭歸褶皺帶向NW凸出的弧形構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)在弧形巴東復(fù)向斜以及相關(guān)斷層的弧形相接。巴東復(fù)向斜內(nèi)部褶皺變形比較強(qiáng)烈,發(fā)育露頭尺度的層內(nèi)次級(jí)褶皺(圖10)。從秭歸向斜往西,露頭尺度的次級(jí)褶皺由近EW向,逐步變?yōu)镹EE-SSW,然后向西變?yōu)镹E-SW,褶皺樞紐連線呈往NW凸出的弧形(圖10),總體走向與所處次級(jí)褶皺的走向一致。沙鎮(zhèn)溪西側(cè)的巴東組、稅家附近的大冶組、嘉陵江組灰?guī)r和長(zhǎng)江以北的溪丘灣鄉(xiāng)附近巴東組發(fā)育的露頭尺度的次級(jí)褶皺比較清晰,而且類(lèi)型多樣(圖11):沙鎮(zhèn)溪以西的晚三疊世沙鎮(zhèn)溪組的石英巖屑砂巖夾薄層黃綠色泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)育相對(duì)較開(kāi)闊的圓弧背斜,北東翼傾角約25°,南西翼傾角約40°,軸面近直立,樞紐走向NWW-SSE(圖11a)。巴東縣大浴池東側(cè)巴東組薄層微晶灰?guī)r中發(fā)育平臥褶皺(圖11b),平臥褶皺轉(zhuǎn)折端為圓弧狀,軸面近水平,樞紐NEE-SSW。大浴池西側(cè)薄層微晶灰?guī)r中發(fā)育斜歪圓弧背斜,南東翼傾角約60°,軸面傾向NW,傾角約50°,走向NE-SW(圖11c)。巴東縣稅家鄉(xiāng)西北早三疊世嘉陵江組夾黃綠色頁(yè)巖的薄層灰?guī)r中發(fā)生褶皺和逆斷層構(gòu)造變形(圖11d),其中褶皺樞紐清晰可見(jiàn),走向80°(圖11e)。巴東復(fù)向斜內(nèi)部逆沖斷層構(gòu)造變形強(qiáng)烈(圖10),按照逆斷層走向,大致可以分為NNE-SSW、近E-W和NE-SW三組。近E-W走向和NE-SW走向的逆斷層分布廣泛,出露于在復(fù)向斜弧形次級(jí)褶皺核部或是核部附近,逆斷層走向與所切割的褶皺樞紐走向保持一致。相鄰的近E-W走向和NE-SW走向的逆斷層首尾相連呈現(xiàn)往北西凸出的弧形,且與次級(jí)褶皺樞紐弧形線近似平行。秭歸向斜西南秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)附近香溪組厚層巖屑砂巖地層中發(fā)育走滑斷層F1,F2,F3(圖6d)。香溪組地層傾向SE,傾角約30°。三條走滑斷層均近直立,走向近SN,三條走滑斷層表面均見(jiàn)有指示地層兩盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的擦痕。擦痕的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征指示F1為左行走滑斷層,F2為左行走滑斷層,F3為左行走滑斷層,呈左行右階雁列式組合,其極射赤平投影結(jié)果(圖6e)表明地層發(fā)生的走滑變形是NW-SE收縮變形的結(jié)果。香龍山背斜西端發(fā)生疊加褶皺變形,樞紐位于野花坪村—大支坪一線,總體NE-SW向展布,核部出露地層為二疊系,兩翼為三疊系大冶組。疊加背斜的總體構(gòu)造樣式指示背斜是NE-SW向次級(jí)褶皺。香龍山背斜NE-SW向逆斷層分布在野花坪—大支坪次級(jí)褶皺核部和香龍山背斜核部的局部,走向與野花坪—大支坪次級(jí)背斜樞紐平行,傾向SE,傾角比較大,70°~80°。野花坪東側(cè)次級(jí)向斜北東端的二疊系棲霞組中厚層含燧石結(jié)核微晶灰?guī)r層面上發(fā)育兩個(gè)方向的方解石擦抹線理,表現(xiàn)為正階步(圖9c),線理及正階步均指示上盤(pán)地層向上順層滑動(dòng),野外觀察和極射赤平投影結(jié)果表明野花坪以西二疊系地層順層面發(fā)生向北的逆沖運(yùn)動(dòng)。而在野花坪正南次級(jí)向斜內(nèi)部發(fā)育的正斷層北東端表現(xiàn)為共軛逆沖斷層(圖9d)F1、F2。F1逆斷層傾向SE,傾角30°,F2逆斷層傾向NW,傾角51°,向下轉(zhuǎn)為順層并且向上逐漸分為兩支,其中一支順層向上逆沖,與F1逆斷層相比擴(kuò)展距離有限。所以,F1逆斷層應(yīng)為主逆沖斷層,F2逆斷層為反沖斷層,上盤(pán)地層整體向NW逆沖。而圖13b中地層順層向北逆沖可能是次級(jí)褶皺傾伏端地層向NW逆沖所造成的。野外測(cè)量結(jié)果結(jié)合逆斷層的極射赤平投影結(jié)果顯示次級(jí)褶皺地層發(fā)生NW-SE向收縮變形,而內(nèi)部發(fā)育的逆斷層逆沖方向?yàn)橛蒘E向NW。本文對(duì)秭歸向斜、巴東復(fù)向斜和香龍山背斜51個(gè)點(diǎn),共1997條節(jié)理進(jìn)行了產(chǎn)狀測(cè)量(圖5,圖10,圖12)。這些觀測(cè)點(diǎn)主要分布在秭歸向斜侏羅系的巖屑砂巖、粉砂巖和三疊系嘉陵江組、巴東組微晶灰?guī)r中。本文分析的數(shù)據(jù)點(diǎn)多數(shù)來(lái)自?xún)A斜巖層,所以對(duì)以下討論的節(jié)理產(chǎn)狀數(shù)據(jù)都用軟件StereoNett(Version32)進(jìn)行了水平校正(樂(lè)光禹等,1996;張仲培等,2004)。具體方法是,面向巖層走向(0°~180°)把巖層以走向線為軸朝著和傾向相反的方向旋轉(zhuǎn)與傾角相同的角度(倒轉(zhuǎn)地層除外)。水平校正之后,把每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的節(jié)理走向玫瑰花圖表示在區(qū)域地質(zhì)圖上,對(duì)節(jié)理的走向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)野外觀測(cè)和節(jié)理方位分析,秭歸向斜內(nèi)部侏羅系中普遍發(fā)育NW-SE、近SN和NE-SW、近EW四組剪切節(jié)理(圖12)。幾何形態(tài)上,四組節(jié)理發(fā)育均較為連續(xù)、平直而且相互平行性好,但4組節(jié)理在秭歸向斜不同構(gòu)造部位具有兩兩相互交切關(guān)系,可以判斷為共軛剪切節(jié)理(圖12,圖13a)。在秭歸向斜東翼NE-SW向和近EW向節(jié)理呈共軛剪節(jié)理,在秭歸向斜西北翼NW-SE向和近SN向節(jié)理呈共軛剪節(jié)理,秭歸向斜樞紐附近NW-SE向與近EW向、NW-SE向與近SN向節(jié)理分別呈共軛關(guān)系。巴東復(fù)向斜長(zhǎng)江兩側(cè)的三疊系嘉陵江組、巴東組普遍發(fā)育剪節(jié)理,主要有NW-SE、NE-SW和近EW向三組(圖10)。巴東縣附近巴東復(fù)向斜中NW-SE向和近EW向節(jié)理組合表現(xiàn)出菱形(或X型)追蹤特征,表明為共軛關(guān)系。巴東復(fù)向斜靠近香龍山背斜北翼的嘉陵江組地層中發(fā)育NNW-SSE向和近EW向張性方解石脈(圖10e,圖13c-f),其中NNW-SSE向方解石脈寬0.5~1cm,近EW向方解石脈寬2~4cm并被NNW-SSE向脈錯(cuò)開(kāi)(圖13e)。張節(jié)理破裂面表面同時(shí)發(fā)育擦痕(圖13f),擦痕指示出NW和和SWW兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。香龍山背斜翼部發(fā)育形態(tài)上連續(xù)、平直且相互平行性好的三組剪切節(jié)理(圖5),走向?yàn)镹NE-SSW向、NWW-SEE向和NNW-SSE向。在香龍山背斜西端NNE-SSW向和NWW-SEE向呈共軛剪節(jié)理關(guān)系(圖13b),而在東端(五龍背斜段)NNW-SSE向與NWW-SEE向節(jié)理呈共軛剪切關(guān)系。由于地層中的系統(tǒng)共軛節(jié)理銳夾角平分線指示σ1方向(最大主應(yīng)力方向),所以分別求出秭歸向斜、巴東復(fù)向斜和香龍山背斜不同部位的σ1方向(圖14)。秭歸褶皺帶屬于Ramsay褶皺分類(lèi)(1987)的1型或Ghsosh等褶皺分類(lèi)(1992)的A類(lèi)疊加類(lèi)型,即穹隆-盆地型(張忠義等,2009)(圖3)橫跨疊加褶皺,變形復(fù)雜,而目前對(duì)單一縱彎褶皺相關(guān)節(jié)理的研究(Stearnsetal.,1968;Bergbaueretal.,2004;Hanksetal.,2004;Bazalgetteetal.,2010)很多,但對(duì)于疊加褶皺不同部位節(jié)理的方位、分布特點(diǎn)研究相對(duì)較少,本文如果僅僅依據(jù)秭歸褶皺帶內(nèi)局部節(jié)理的方位、分布和求出的σ1方向推斷整體的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分布及期次特點(diǎn)比較困難,所以本文對(duì)局部共軛節(jié)理的應(yīng)用只是求褶皺帶內(nèi)局部σ1方向,下面會(huì)結(jié)合褶皺樞紐和斷層的相關(guān)特點(diǎn)對(duì)區(qū)域整體的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行分析。2.2鄂西歸地區(qū)nw-se向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在某一特定的演化階段,地殼內(nèi)部的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是相對(duì)統(tǒng)一的,其主應(yīng)力方向一般會(huì)保持不變,因此可以通過(guò)多種地質(zhì)方法反演古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分布。秭歸褶皺帶不同級(jí)別的褶皺發(fā)育、逆斷層延伸方向清晰且局部斷面上發(fā)育擦痕以及相關(guān)的劈理、節(jié)理分布較廣泛,這些特點(diǎn)使通過(guò)構(gòu)造解析厘定古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的序列成為可能。本文就是依據(jù)秭歸向斜、巴東復(fù)向斜和香龍山背斜的構(gòu)造特征及內(nèi)部發(fā)育的相關(guān)斷裂、褶皺以及節(jié)理分布特征,得到鄂西秭歸地區(qū)發(fā)育三組構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(圖14),即近SN向、NWW-SEE向和NW-SE向。秭歸向斜和南側(cè)的香龍山背斜均發(fā)育近EW向樞紐,秭歸向斜西翼發(fā)育近EW向逆斷層,香龍山背斜核部和北翼均發(fā)育近EW走向的逆斷層(圖1,圖3),這些近EW向構(gòu)造形跡是近SN向收縮作用的結(jié)果,同時(shí)秭歸向斜局部發(fā)育的次級(jí)背斜近EW走向的軸面劈理(圖6b,b’)和由S向N逆沖的疊瓦構(gòu)造(圖7)也驗(yàn)證了這一點(diǎn),這就表明鄂西秭歸地區(qū)曾經(jīng)存在近SN向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(圖14)。秭歸向斜發(fā)育近SN向樞紐,NNE-SSW向周家山—牛口斷裂,向SEE逆沖的的水田壩斷裂以及香龍山背斜內(nèi)部發(fā)育NEE-SSW走向的逆斷層且被NEE-SSW逆斷層分為東西兩段(圖1),這些構(gòu)造現(xiàn)象指示鄂西地區(qū)曾經(jīng)經(jīng)歷NWW-SEE向收縮作用,而且褶皺帶內(nèi)發(fā)育的樞紐為NEE-SSW向次級(jí)背斜(圖9a)以及秭歸向斜內(nèi)部NWW逆沖的順層擦痕(圖8d),進(jìn)一步表明鄂西秭歸地區(qū)曾經(jīng)存在NWW-SEE構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。結(jié)合之前由秭歸褶皺帶不同單元內(nèi)部共軛剪節(jié)理分析得到的局部σ1方向(圖14),進(jìn)一步擬合分析,發(fā)現(xiàn)褶皺帶內(nèi)NNW-SSE向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的形狀為向NW的放射狀(圖14)。巴東復(fù)向斜樞紐呈NW凸出弧形及內(nèi)部逆斷層的弧形連接(圖5),復(fù)向斜東端的次級(jí)走滑斷層指示的NW-SE的收縮作用(圖6d,e),香龍山背斜疊加的NE-SW向次級(jí)背斜及伴生的向NW逆沖的逆斷層(圖5)都表明鄂西地區(qū)經(jīng)歷了NW-SE向構(gòu)造擠壓,也就顯示曾經(jīng)存在NW-SE向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),將之前分析共軛剪節(jié)理得到的局部σ1方向(圖14)與得到的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)擬合分析,發(fā)現(xiàn)秭歸褶皺帶內(nèi)NW-SE向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)呈向NW發(fā)散狀。3討論3.1歸向斜二次修正的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)構(gòu)造變形特征解析表明,秭歸褶皺帶呈穹窿-盆地樣式(圖1),是近SN向、NNW-SSE向和NW凸出的構(gòu)造形跡復(fù)合疊加的結(jié)果。本文通過(guò)分析不同構(gòu)造形跡中褶皺樞紐、斷層之間限制切割關(guān)系,以得出三種構(gòu)造形跡的先后關(guān)系。秭歸向斜近EW向樞紐和近SN向樞紐呈明顯的波狀彎曲(圖3),表明后期褶皺樞紐對(duì)早期樞紐進(jìn)行了改造,這種改造關(guān)系顯示秭歸向斜前后經(jīng)歷f1、f2和f3三次褶皺構(gòu)造變形,結(jié)合之前厘定的三種構(gòu)造形跡,這三次褶皺變形分別對(duì)應(yīng)于近EW向、NNW-SSE向和NW凸出構(gòu)造形跡形成的三組構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。據(jù)此可以初步得到三組構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的先后期次關(guān)系,D1期近SN向,D2期NNW-SSE向,D3期為NW-SE向。秭歸向斜北西翼NNE-SSW向的周家山—牛口斷裂錯(cuò)斷近EW向逆斷層(圖12),香龍山背斜核部發(fā)育的NNE-SSW向逆斷層同樣錯(cuò)斷了近EW向逆斷層(圖5),巴東復(fù)向斜內(nèi)部發(fā)育NNE-SSW向逆斷層延伸至秭歸向斜內(nèi)部,并局部切割錯(cuò)斷了近EW向逆斷層,顯示秭歸褶皺帶中近EW向逆斷層早于NEE-SSW逆斷層,進(jìn)一步表明近SN向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為D1期,NWW-SSE向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為D2期。香龍山背斜西端NE-SW次級(jí)褶皺及核部逆斷層發(fā)育明顯受到了前期近EW向、NNE-SSW向構(gòu)造形跡的限制,說(shuō)明NW-SW構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)晚于D1、D2期。綜上所述,鄂西秭歸地區(qū)經(jīng)歷的三期構(gòu)造變形的先后關(guān)系為:D1期近SN向,D2期NNW-SSE向,D3期為NW-SE向。3.2中心地區(qū)構(gòu)造變形時(shí)代分析根據(jù)前人已有的區(qū)域時(shí)代資料(Yanetal,2003;胡建民等,2009;沈傳波等,2009;劉海軍等,2009;渠洪杰,2009;許長(zhǎng)海等,2010;董樹(shù)文等,2010),將秭歸褶皺帶構(gòu)造特征、最大主應(yīng)力特點(diǎn)與周邊區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征相似性進(jìn)行比對(duì),厘清褶皺帶的變形時(shí)代。秭歸向斜香溪組與下伏地層存在微角度不整合、秭歸褶皺帶三疊系巴東組、沙鎮(zhèn)溪組橫向上層厚的較大差異、秭歸向斜內(nèi)部侏羅系地層橫向上層厚較穩(wěn)定,說(shuō)明秭歸向斜形成于晚三疊世之后,而且卷入變形的地層最新時(shí)代為晚侏羅世,也表明秭歸向斜的形成不早于晚侏羅世(J3)。秭歸向斜東南的周坪見(jiàn)有下白堊統(tǒng)石門(mén)組的紅色礫巖層(圖1),與下伏強(qiáng)烈褶皺變形地層關(guān)系為角度不整合,據(jù)此,可以推斷秭歸向斜的構(gòu)造變形至少不晚于早白堊世(K1)。由此推斷秭歸褶皺帶三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)均發(fā)生于晚侏羅世至早白堊世。鄂西秭歸褶皺帶經(jīng)歷的D1、D2和D3期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)均發(fā)生在晚侏羅世至早白堊世,根據(jù)三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的先后,推測(cè)D1期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生于前期,D2期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生于中期,D3期發(fā)生于后期。3.3鄂西歸地區(qū)的構(gòu)造單元秭歸褶皺帶位于大巴山逆沖帶和雪峰山逆沖帶的疊合部位,其形成是二者構(gòu)造關(guān)系的響應(yīng)。前人(李三忠等,2002;許長(zhǎng)海等,2010;劉少峰等,2010)研究大巴山逆沖帶、雪峰山逆沖帶時(shí),在探討兩者關(guān)系時(shí)偶爾提及秭歸褶皺帶的形成,但只是籠統(tǒng)的說(shuō)明秭歸褶皺帶是兩者聯(lián)合或是復(fù)合作用的結(jié)果。陳明是(1998)在研究三峽地區(qū)弧形構(gòu)造形成機(jī)制時(shí)著重分析了鄂西秭歸地區(qū)的構(gòu)造單元,以此推斷三峽地區(qū)對(duì)突弧形構(gòu)造是陸內(nèi)對(duì)沖推覆構(gòu)造的結(jié)果,雖然這一理論對(duì)秭歸褶皺帶形成機(jī)制作出了相對(duì)貼切的解釋,但是由于缺少對(duì)秭歸褶皺帶內(nèi)部單元構(gòu)造期次詳細(xì)的厘定,秭歸褶皺帶形成的過(guò)程和結(jié)果需要商榷。本文之前通過(guò)分析秭歸褶皺帶中秭歸向斜、巴東復(fù)向斜和香龍山背斜以及內(nèi)部的褶皺、斷層、節(jié)理的配套特征,已經(jīng)厘定出鄂西秭歸地區(qū)晚侏羅世至早白堊世經(jīng)歷D1-D3三期構(gòu)造變形,恢復(fù)得到三期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)?；谇叭?李建華等,2009;武紅嶺等,2009;張?jiān)罉虻?2010;董樹(shù)文等,2010;劉少峰等,2010;許長(zhǎng)海等,2010)對(duì)大巴山逆斷層和雪峰山逆沖帶晚侏羅世至早白堊世古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的特征的研究,將秭歸褶皺帶三期構(gòu)造變形的應(yīng)力場(chǎng)分別與兩者的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)比對(duì),最終理出雪峰山逆沖帶和大巴山逆沖帶的構(gòu)造復(fù)合疊加關(guān)系,得到褶皺帶三期構(gòu)造變形的形成機(jī)制。3.3.1大巴山逆沖帶晚侏羅世-早白堊世前期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征結(jié)果D1期構(gòu)造變形可能與晚侏羅世-早白堊世大巴山逆沖帶向SW逆沖有關(guān)。大巴山逆沖帶在晚侏羅世-早白堊世發(fā)生構(gòu)造變形(李三忠等,2002;胡建民等,2009;許長(zhǎng)海等,2010;董樹(shù)文等,2010;Shietal.,2013),部分資料(何建坤等,1997;董樹(shù)文等,2006;張忠義等,2009)表明大巴山變形完成在晚侏羅世末,東段構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為近SN向(李建華等,2009;張?jiān)罉虻?2010;董樹(shù)文等,2010)。本文分析得到處于大巴山南緣的秭歸褶皺帶D1期構(gòu)造變形為晚侏羅世-早白堊世前期,應(yīng)力場(chǎng)為近SN向(圖14),與大巴山東段構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)一致,說(shuō)明D1期構(gòu)造變形是大巴山逆沖帶晚侏羅世-早白堊世前期(晚侏羅世?)向SW逆沖的結(jié)果。節(jié)理是應(yīng)力場(chǎng)變化敏感的標(biāo)志,節(jié)理組在廣泛的區(qū)域內(nèi)具有一致的方位(Eyaletal.,2001;張仲培等,2004;Bergbaueretal.,2004)。基于上述兩個(gè)特征,節(jié)理已經(jīng)廣泛應(yīng)用于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的研究。然而根據(jù)秭歸褶皺帶內(nèi)部發(fā)育的共軛剪節(jié)理恢復(fù)的局部應(yīng)力場(chǎng)很少可以與D1期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)匹配,可能說(shuō)明D1期變形較弱,從而表明D1期可能代表了大巴山SW逆沖變形的完成。大巴山逆沖帶自NE向SW逆沖,前緣擴(kuò)展至鄂西-川東地區(qū)。鄂西秭歸地區(qū)受到北面來(lái)自大巴山近SN向擠壓,形成近EW向褶皺(秭歸向斜和香龍山背斜),并且香龍山背斜核部近EW向逆沖斷層和秭歸向斜早侏羅世地層中走向近EW的逆沖推覆構(gòu)造產(chǎn)生。由于北部神農(nóng)架穹窿的阻擋,SN向擠壓相對(duì)減弱,鄂西秭歸地區(qū)的褶皺變形微弱,樣式相對(duì)比較開(kāi)闊(比現(xiàn)在更開(kāi)闊)(圖15a)。3.3.2逆沖斷層與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)D2期構(gòu)造變形可能與晚侏羅世-早白堊世黃陵背斜的擠壓有關(guān)。前人(張或丹,1986;渠洪杰等,2009;許長(zhǎng)海等,2010)研究表明黃陵背斜在晚侏羅世已經(jīng)隆起,成為秭歸盆地、當(dāng)陽(yáng)盆地的物源區(qū);而在晚侏羅世-早白堊世(侏羅世后?)黃陵背斜進(jìn)入激化期,進(jìn)一步隆升、變形(張或丹,1986;陳明是等,1998;王軍等,2010;沈傳波等,2009;劉海軍等,2009;許長(zhǎng)海等,2010)。將D2期構(gòu)造變形特征與黃陵背斜構(gòu)造特征對(duì)比分析,看出秭歸向斜D2期近SN(NNE)軸向、NNE-SSW向水田壩斷裂與黃陵背斜軸向(NE15°)一致,而且黃陵背斜西翼發(fā)育近SN向逆斷層、南部發(fā)育NNW-SSE向中生代有活動(dòng)的仙女山斷裂(張或丹,1986;韓曉光等,1992)(圖1),結(jié)合Marques探討地形對(duì)弧形逆斷層分布、擴(kuò)展的沙箱模擬Model4結(jié)果(Marquesetal.,2002)和張長(zhǎng)厚等總結(jié)得到的“承德逆沖構(gòu)造”褶皺相關(guān)斷裂構(gòu)造模型(張長(zhǎng)厚等,2012),本文初步推斷D2期NNW-SSE向構(gòu)造變形是黃陵背斜向NNW擠壓的結(jié)果。秭歸褶皺帶受到黃陵背斜向NNW擠壓,最終應(yīng)該歸結(jié)于雪峰山逆沖帶向NW的間接逆沖推擠。雪峰山逆沖帶變形時(shí)代為晚侏羅世-早