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内容提要:在辽南地区的基底存在不同层次的滑脱,在长兴岛-复州湾地区则表现为逆冲推覆构造,该逆冲推覆构造主要由逆冲断层、外来系统和原地系统组成,其结构类型为基底逆冲叠瓦式、扩展方式为后展式,推覆作用主要导源于太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用,认为该逆冲推覆构造发生于印支-燕山期。
关键词:逆冲断层 推覆构造 单冲叠瓦 双冲式
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
长兴岛—复州湾地区位于华北板块东缘,郯庐断裂的东侧(图1)。对于长兴岛—复州湾地区的逆冲推覆的格局,过去认为是由深断裂分割而成的隆、坳构造,即是由长兴岛中部出露的寒武-奥陶系盖层为主的坳陷带,北西和南东广泛分布的青白口系地层则为隆起带。其间为长兴岛深断裂。直到90年代,随着区域地质工作的进行,长兴岛地区的推覆构造才逐渐引起重视,并为辽南地区大型韧性滑脱构造的研究提供了依据。
1推覆构造单元
长兴岛-复州湾地区逆冲推覆构造主要展布于长兴岛-复州湾一带,由外来系统和一个相对稳定的原地系统以及主逆冲断层构成。
1.1 主逆冲断层:
①亮子~老爷庙逆冲断裂<7>:位于长兴岛东南,该断裂蜿蜒崎岖总体沿北东向延伸,长约15km,它使上盘钓鱼台组、南芬组和桥头组分别逆冲于甘井子组及寒武系的不同层位之上,是划分原地系统与外来系统的依据,断裂两侧派生断裂发育。其走向与该断裂平行。在长兴岛亮子附近,断裂周围地层陡立或倒转,在老爷庙一带断裂破碎带发育,一般宽约20m±,其倾角为30。~50。,发育有构造透镜体,断层角砾岩,挤压破劈理及少量断层泥。其中构造透镜体,构造角砾岩多为石英砂岩和灰岩,大小差别很大,透镜体大者长径在0.3~0.5m,小者5~6cm±。
②横山逆冲断裂<2>:该断裂总体走向40°-50°,长约15km,位于长兴岛蚊咀子—长岭子—王家窝棚一带,为青白口系的南芬组逆冲于奥陶系地层之上,也是划分原地系统与推覆片体的依据,该断裂破碎带不甚发育,仅在蚊咀子及长岭子南发育构造透镜体、挤压片理,断层面呈现舒缓波状,其中构造透镜体主要为灰岩,一般长径在5-7cm,短径1-2cm。
1.2原地系统
位于长兴岛中部,由寒武系、奥陶系组成,呈北东向带状展布,原地系统中北东向褶皱,逆断层和北西向正断层发育,褶皱一般为直立开阔褶皱,仅在西南部主逆冲断层附近发育个别紧闭倒转褶皱。其派生逆断层也较发育,北西向正断层常切割原地系统中的褶皱。
1.3外来系统
①大古山推覆片体:位于长兴岛的亮子、腊树房、下龙口、兴龙沟一线南东,主要由青白口系的钓鱼台组、南芬组及桥头组组成。该片体沿主逆冲断裂<7>推覆于原地系统之上,该片体东部,其前峰处断裂发育,多为逆断层,总体走向北东,规模较大,产状紊乱,构造复杂,甚至有平卧褶皱的残迹,并有少量岩脉,沿断裂侵入,向南东变形轻微,产状平稳。
②横山推覆片体:展布于长兴岛的蚊咀子、横山、王家窝棚一线北西。,主要由青白口系的南芬组、桥头组组成,该推覆片体沿逆冲断裂<2>推覆于奥陶系地层之上,该片体内地层产状较缓、褶皱开阔,在横山冲断裂附近的南芬组泥灰岩中,还可见层间滑动现象,发育层间滑劈理、宽仅2—3cm,片体内横山北部近北东向褶皱叠加在近南北向褶皱之上,形成叠加盆状构造。
③后矿子山飞来峰:位于长兴岛北海东800m处,主要由钓鱼台组二段组成,覆于冶里组之上,该飞来峰内部产状较平缓,由于植被覆盖,断层面处构造无法查清,根据飞来峰下部小褶皱的轴面倒向,可大致确定,推覆方向为南东向北西。
2推覆构造的扩展方式及演化模式
从运动学及剖面结构特征出发,将该地区的推覆构造划分为基底逆冲叠瓦式和盆岭对冲式两种结构类型,并提出相应的演化模式。
2.1 单冲叠瓦式
长兴岛—复州湾逆冲推覆系属此类型。它的形成与基底板块拆离、逆冲有关,形式既包括基底、又卷入沉积盖层的复杂叠瓦结构(图2)。
主要特点是:
①是由一系列在平面上大体平行、剖面上则呈侧向展布的犁式逆冲断层组成的前陡、后缓叠瓦构造。
②主冲断层向南东倾斜,但断面有起伏,所以前缘出现飞来峰,而后缘存在构造窗。
③在在长兴岛的中部,出露北东向的狭长带状的寒武—奥陶系。这些原地系统与其上伏的青白口系地层均呈冲断接触。青白口系地层与断层多取同一倾斜方向,即为北东向或北西向。。
④主冲断层在锋部存在明显的地形效应,即出现线状隆起带,而隆起之后侧为谷地。有的峰带经后期均衡调整而成陷落盆地。
2.2对冲式
长兴岛段的推覆构造总体表现为对冲结构,长兴岛北西侧的青白口系地层向南东逆冲,长兴岛南东侧的青白口地层形成向北西倾斜的逆冲带,形成主要向南东倾斜的滑脱逆冲带,即为长兴岛—复州湾逆冲推覆系,从而形成不同方向的叠瓦式单冲组合在一起的复合结构。这一对冲结构是由叠瓦式单冲体制形成的综合形式,其都是有先后关系的双重推覆体。
2.3推覆构造的演化模式。
本区的无论是单冲叠瓦式,还是对冲模式,其实质即单冲叠瓦冲式的不同组合形式,所以其应为相同的演化模式。即为逆冲叠瓦构造演化模式:主冲断层是板状断层,先在基底中呈低角度扩展,然后逆剖面向上切穿上部地层而进入盖层。在盖层中,它沿构造软弱带并大体顺层扩展,最后再次向上切穿盖层出露地表。
在主冲断层向上扩展时由于侧向压力的推挤,上盘岩体向前侵位,使青白口系地层压盖于寒武—奥陶系地層之上。以后当上盘盖层被剥蚀后,青白口系地层便裸露地表。长兴岛—复州湾逆冲推覆系的四条主冲断层按这一方式扩展的结果,便使盖层潜伏于青白口系地层的席体后部,形成推覆“两层楼”。
3 逆冲断层扩展方式及扩展序列
3.1扩展方式
逆冲断层扩展方式,比较流行的是Rich(1934)提出的阶梯状扩展模式。但最近又有一些学者提出一些新模式。其中M.A.Cooper等(1986)认为阶梯状逆冲断层并非那么普遍,而且逆冲断层常常切穿褶皱了的地层,因此他认为逆冲断层并不以阶梯状扩展,而是以一个平滑曲线轨迹切过地层扩展,可称为平滑型扩展模式。Gloria(1987)则提出了一个把格雷泰纳的模梁破裂机制用到多层岩系中的新模式,认为断坡首先在浅部硬层形成,然后才被断坪相接。
上述三种扩展方式显然是代表三种端员,用其中任何一种模式都不能很好地解释本区逆冲构造出现的多层滑脱逆冲及上、下盘均强烈变形的复杂现象。为此,笔者认为该地区是一个多层次.滑脱一逆冲的扩展模式(图3)。
这一模式,将扩展作用简化为三个阶段:
第一阶段——盖层底面拆离:形成初始底基断层。
第二阶段——多层次拆离:盖层沿基底断层移动,并诱发次级顺层拆离,同时岩层开始变形,出现褶皱。
第三阶段——切层逆冲:在岩层沿多级拆离面发生强烈滑移和塑性变形的基础上,从顺层拆离面派生出向上扩展的切层逆冲断层。这种分支断层将相邻滑脱面连接成阶梯状断层系。
本模式强调了顺层滑脱的主导性,也强调了多层次拆离的重要性。唯此,才能解释断层上、下盘都发生变形的基本事实。
3.2扩展序列
一般认为,逆冲带主要表现为后扩展,本区逆冲带亦具此特征,即总体上是从盆缘向盆内扩展的。例如,在长兴岛地区青白口系地层构成上层推覆体,而在复州湾地区则是震旦系地层构成下推覆体,原地系统则为寒武奥陶系地层,证明总的逆冲是由前峰带向后缘带迁移。在后缘带的内部,也反映出逆冲朝着位移方向逆剖面向上切割,造成老地层侵位到较新地层之上。同时位于后部的断层因前部断层扩展而弯曲。
由于长兴岛—复州湾推覆构造并不是一次推覆作用形成的简单推覆构造。所以也存在前扩展方式。按照C.K.莫利的意见,前展序列有两层,沿其整个长度都受到重新活动;另一种是全新的逆冲断层。这两种成分区内都有所发育。其中早期逆冲带的重新活动见于长兴岛以东的瓦房店组(Jw)含煤岩系卷入逆冲推覆构造。在那里,由南东向北西的逆冲作用在瓦房店组(Jw)沉积之前就已发生,造成寒武—奥陶系地层全面褶皱、逆冲。瓦房店组沉积之后,又再次沿着原有的一些滑脱面发生向北逆冲,使瓦房店组含煤岩系也加入到一个统一的逆冲带中。
在老逆冲构造之上全新发生的逆冲断层,见于普兰店元台镇一带。在这里,青白口系地层推覆于寒武系—奥陶系的盖层叠瓦构造之上。这意味着盖层叠瓦构造被从后面形成的低角度逆冲断层所切割。
4推覆时代及推覆期
据推覆构造与盖层、基底岩层以及燕山期花岗岩体的关系,可以确定推覆作用发生于印支一燕山期,其间有三个主要活动期:
①第1推覆期:发生于印支运动,辽南地区的基底与盖层间的韧性滑脱构造作用波及全区盖层,其中在长兴岛—复州湾形成逆冲构造,横山飞来峰也在此期侵位。在长兴岛的西北地区则在盖层内部产生初始的由北西向南东的逆冲变形。
②第2推覆期:出现于燕山早期。其间有两次活动,第一次在晚三叠世未,第二次在早侏罗世未。第一次推覆波及全区,其中复州湾一带表现更为强烈,是该区基底拆离及盖层褶皱一冲断的主期,造成基底大规模向北西逆冲;第二次推覆则主要波及长兴岛以东瓦房店地区,表现为盖层进一步向北西推覆,致使瓦房店组到滑覆构造中。与此同时,长兴岛北西的青白口系地层发生大规模向南东逆冲。
③第3推覆期:出现于燕山中期,主要发生于中侏罗世与晚侏罗世之间。该期推覆作用在长兴岛东部的普兰店一带较为明显,形成元台双重逆冲推覆构造。但该期推覆,应属推覆调整期,规模不大。
5长兴岛—復州湾复杂推覆系形成的大地构造背景
根据区域构造演化、推覆构造的运动学及动力学特点,可以看出长兴岛—复州湾推覆系是与太平洋板块向陆内俯冲有关的陆间剪切构造。
从印支期开始,太平洋板块相对于华北板块发生向北西的大规模淹俯冲。由于俯冲作用发生于上部地壳基本固结的弹一塑性体中,因此应力传递范围很大。本区离太平洋板块西缘俯冲带不超过200km,因此必然要波及本区。正是由于太平洋板块的俯冲作用,使本区也受到由南东向北西的强大挤压,致使大连—庄河一带发生基底拆离、逆冲和隆起,同时在隆起过程中因重力因素诱发产生盖层滑脱构造系,从而在其前缘形成本区复杂推覆构造。
参考文献:
[1]《复洲幅》1:20万区域地质调查报告,辽宁省区域地质调查队,1983.4
[2]《复洲湾镇》等四幅1:5万区域地质调查报告,辽宁省地质勘查院,1997.4
[3]《构造变形分析的理论方法和实践》单文琅、傅昭仁等。1990
[4]《论横向构造转换》傅昭仁、单文琅。地球科学,1989.1
[5] 外序列逆冲断层(罗永国译),C.K.莫利,国外地质科技,第2期,1989。
[6] 普兰店元台逆冲推覆构造及控矿规律探讨,杨中柱等,辽宁地质,2000.6
作者简介:鲁红峰(1971-),男,工程师,1992年毕业于中国地质大学(武汉),现从事区域地质调查及矿产勘查工作
关键词:逆冲断层 推覆构造 单冲叠瓦 双冲式
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
长兴岛—复州湾地区位于华北板块东缘,郯庐断裂的东侧(图1)。对于长兴岛—复州湾地区的逆冲推覆的格局,过去认为是由深断裂分割而成的隆、坳构造,即是由长兴岛中部出露的寒武-奥陶系盖层为主的坳陷带,北西和南东广泛分布的青白口系地层则为隆起带。其间为长兴岛深断裂。直到90年代,随着区域地质工作的进行,长兴岛地区的推覆构造才逐渐引起重视,并为辽南地区大型韧性滑脱构造的研究提供了依据。
1推覆构造单元
长兴岛-复州湾地区逆冲推覆构造主要展布于长兴岛-复州湾一带,由外来系统和一个相对稳定的原地系统以及主逆冲断层构成。
1.1 主逆冲断层:
①亮子~老爷庙逆冲断裂<7>:位于长兴岛东南,该断裂蜿蜒崎岖总体沿北东向延伸,长约15km,它使上盘钓鱼台组、南芬组和桥头组分别逆冲于甘井子组及寒武系的不同层位之上,是划分原地系统与外来系统的依据,断裂两侧派生断裂发育。其走向与该断裂平行。在长兴岛亮子附近,断裂周围地层陡立或倒转,在老爷庙一带断裂破碎带发育,一般宽约20m±,其倾角为30。~50。,发育有构造透镜体,断层角砾岩,挤压破劈理及少量断层泥。其中构造透镜体,构造角砾岩多为石英砂岩和灰岩,大小差别很大,透镜体大者长径在0.3~0.5m,小者5~6cm±。
②横山逆冲断裂<2>:该断裂总体走向40°-50°,长约15km,位于长兴岛蚊咀子—长岭子—王家窝棚一带,为青白口系的南芬组逆冲于奥陶系地层之上,也是划分原地系统与推覆片体的依据,该断裂破碎带不甚发育,仅在蚊咀子及长岭子南发育构造透镜体、挤压片理,断层面呈现舒缓波状,其中构造透镜体主要为灰岩,一般长径在5-7cm,短径1-2cm。
1.2原地系统
位于长兴岛中部,由寒武系、奥陶系组成,呈北东向带状展布,原地系统中北东向褶皱,逆断层和北西向正断层发育,褶皱一般为直立开阔褶皱,仅在西南部主逆冲断层附近发育个别紧闭倒转褶皱。其派生逆断层也较发育,北西向正断层常切割原地系统中的褶皱。
1.3外来系统
①大古山推覆片体:位于长兴岛的亮子、腊树房、下龙口、兴龙沟一线南东,主要由青白口系的钓鱼台组、南芬组及桥头组组成。该片体沿主逆冲断裂<7>推覆于原地系统之上,该片体东部,其前峰处断裂发育,多为逆断层,总体走向北东,规模较大,产状紊乱,构造复杂,甚至有平卧褶皱的残迹,并有少量岩脉,沿断裂侵入,向南东变形轻微,产状平稳。
②横山推覆片体:展布于长兴岛的蚊咀子、横山、王家窝棚一线北西。,主要由青白口系的南芬组、桥头组组成,该推覆片体沿逆冲断裂<2>推覆于奥陶系地层之上,该片体内地层产状较缓、褶皱开阔,在横山冲断裂附近的南芬组泥灰岩中,还可见层间滑动现象,发育层间滑劈理、宽仅2—3cm,片体内横山北部近北东向褶皱叠加在近南北向褶皱之上,形成叠加盆状构造。
③后矿子山飞来峰:位于长兴岛北海东800m处,主要由钓鱼台组二段组成,覆于冶里组之上,该飞来峰内部产状较平缓,由于植被覆盖,断层面处构造无法查清,根据飞来峰下部小褶皱的轴面倒向,可大致确定,推覆方向为南东向北西。
2推覆构造的扩展方式及演化模式
从运动学及剖面结构特征出发,将该地区的推覆构造划分为基底逆冲叠瓦式和盆岭对冲式两种结构类型,并提出相应的演化模式。
2.1 单冲叠瓦式
长兴岛—复州湾逆冲推覆系属此类型。它的形成与基底板块拆离、逆冲有关,形式既包括基底、又卷入沉积盖层的复杂叠瓦结构(图2)。
主要特点是:
①是由一系列在平面上大体平行、剖面上则呈侧向展布的犁式逆冲断层组成的前陡、后缓叠瓦构造。
②主冲断层向南东倾斜,但断面有起伏,所以前缘出现飞来峰,而后缘存在构造窗。
③在在长兴岛的中部,出露北东向的狭长带状的寒武—奥陶系。这些原地系统与其上伏的青白口系地层均呈冲断接触。青白口系地层与断层多取同一倾斜方向,即为北东向或北西向。。
④主冲断层在锋部存在明显的地形效应,即出现线状隆起带,而隆起之后侧为谷地。有的峰带经后期均衡调整而成陷落盆地。
2.2对冲式
长兴岛段的推覆构造总体表现为对冲结构,长兴岛北西侧的青白口系地层向南东逆冲,长兴岛南东侧的青白口地层形成向北西倾斜的逆冲带,形成主要向南东倾斜的滑脱逆冲带,即为长兴岛—复州湾逆冲推覆系,从而形成不同方向的叠瓦式单冲组合在一起的复合结构。这一对冲结构是由叠瓦式单冲体制形成的综合形式,其都是有先后关系的双重推覆体。
2.3推覆构造的演化模式。
本区的无论是单冲叠瓦式,还是对冲模式,其实质即单冲叠瓦冲式的不同组合形式,所以其应为相同的演化模式。即为逆冲叠瓦构造演化模式:主冲断层是板状断层,先在基底中呈低角度扩展,然后逆剖面向上切穿上部地层而进入盖层。在盖层中,它沿构造软弱带并大体顺层扩展,最后再次向上切穿盖层出露地表。
在主冲断层向上扩展时由于侧向压力的推挤,上盘岩体向前侵位,使青白口系地层压盖于寒武—奥陶系地層之上。以后当上盘盖层被剥蚀后,青白口系地层便裸露地表。长兴岛—复州湾逆冲推覆系的四条主冲断层按这一方式扩展的结果,便使盖层潜伏于青白口系地层的席体后部,形成推覆“两层楼”。
3 逆冲断层扩展方式及扩展序列
3.1扩展方式
逆冲断层扩展方式,比较流行的是Rich(1934)提出的阶梯状扩展模式。但最近又有一些学者提出一些新模式。其中M.A.Cooper等(1986)认为阶梯状逆冲断层并非那么普遍,而且逆冲断层常常切穿褶皱了的地层,因此他认为逆冲断层并不以阶梯状扩展,而是以一个平滑曲线轨迹切过地层扩展,可称为平滑型扩展模式。Gloria(1987)则提出了一个把格雷泰纳的模梁破裂机制用到多层岩系中的新模式,认为断坡首先在浅部硬层形成,然后才被断坪相接。
上述三种扩展方式显然是代表三种端员,用其中任何一种模式都不能很好地解释本区逆冲构造出现的多层滑脱逆冲及上、下盘均强烈变形的复杂现象。为此,笔者认为该地区是一个多层次.滑脱一逆冲的扩展模式(图3)。
这一模式,将扩展作用简化为三个阶段:
第一阶段——盖层底面拆离:形成初始底基断层。
第二阶段——多层次拆离:盖层沿基底断层移动,并诱发次级顺层拆离,同时岩层开始变形,出现褶皱。
第三阶段——切层逆冲:在岩层沿多级拆离面发生强烈滑移和塑性变形的基础上,从顺层拆离面派生出向上扩展的切层逆冲断层。这种分支断层将相邻滑脱面连接成阶梯状断层系。
本模式强调了顺层滑脱的主导性,也强调了多层次拆离的重要性。唯此,才能解释断层上、下盘都发生变形的基本事实。
3.2扩展序列
一般认为,逆冲带主要表现为后扩展,本区逆冲带亦具此特征,即总体上是从盆缘向盆内扩展的。例如,在长兴岛地区青白口系地层构成上层推覆体,而在复州湾地区则是震旦系地层构成下推覆体,原地系统则为寒武奥陶系地层,证明总的逆冲是由前峰带向后缘带迁移。在后缘带的内部,也反映出逆冲朝着位移方向逆剖面向上切割,造成老地层侵位到较新地层之上。同时位于后部的断层因前部断层扩展而弯曲。
由于长兴岛—复州湾推覆构造并不是一次推覆作用形成的简单推覆构造。所以也存在前扩展方式。按照C.K.莫利的意见,前展序列有两层,沿其整个长度都受到重新活动;另一种是全新的逆冲断层。这两种成分区内都有所发育。其中早期逆冲带的重新活动见于长兴岛以东的瓦房店组(Jw)含煤岩系卷入逆冲推覆构造。在那里,由南东向北西的逆冲作用在瓦房店组(Jw)沉积之前就已发生,造成寒武—奥陶系地层全面褶皱、逆冲。瓦房店组沉积之后,又再次沿着原有的一些滑脱面发生向北逆冲,使瓦房店组含煤岩系也加入到一个统一的逆冲带中。
在老逆冲构造之上全新发生的逆冲断层,见于普兰店元台镇一带。在这里,青白口系地层推覆于寒武系—奥陶系的盖层叠瓦构造之上。这意味着盖层叠瓦构造被从后面形成的低角度逆冲断层所切割。
4推覆时代及推覆期
据推覆构造与盖层、基底岩层以及燕山期花岗岩体的关系,可以确定推覆作用发生于印支一燕山期,其间有三个主要活动期:
①第1推覆期:发生于印支运动,辽南地区的基底与盖层间的韧性滑脱构造作用波及全区盖层,其中在长兴岛—复州湾形成逆冲构造,横山飞来峰也在此期侵位。在长兴岛的西北地区则在盖层内部产生初始的由北西向南东的逆冲变形。
②第2推覆期:出现于燕山早期。其间有两次活动,第一次在晚三叠世未,第二次在早侏罗世未。第一次推覆波及全区,其中复州湾一带表现更为强烈,是该区基底拆离及盖层褶皱一冲断的主期,造成基底大规模向北西逆冲;第二次推覆则主要波及长兴岛以东瓦房店地区,表现为盖层进一步向北西推覆,致使瓦房店组到滑覆构造中。与此同时,长兴岛北西的青白口系地层发生大规模向南东逆冲。
③第3推覆期:出现于燕山中期,主要发生于中侏罗世与晚侏罗世之间。该期推覆作用在长兴岛东部的普兰店一带较为明显,形成元台双重逆冲推覆构造。但该期推覆,应属推覆调整期,规模不大。
5长兴岛—復州湾复杂推覆系形成的大地构造背景
根据区域构造演化、推覆构造的运动学及动力学特点,可以看出长兴岛—复州湾推覆系是与太平洋板块向陆内俯冲有关的陆间剪切构造。
从印支期开始,太平洋板块相对于华北板块发生向北西的大规模淹俯冲。由于俯冲作用发生于上部地壳基本固结的弹一塑性体中,因此应力传递范围很大。本区离太平洋板块西缘俯冲带不超过200km,因此必然要波及本区。正是由于太平洋板块的俯冲作用,使本区也受到由南东向北西的强大挤压,致使大连—庄河一带发生基底拆离、逆冲和隆起,同时在隆起过程中因重力因素诱发产生盖层滑脱构造系,从而在其前缘形成本区复杂推覆构造。
参考文献:
[1]《复洲幅》1:20万区域地质调查报告,辽宁省区域地质调查队,1983.4
[2]《复洲湾镇》等四幅1:5万区域地质调查报告,辽宁省地质勘查院,1997.4
[3]《构造变形分析的理论方法和实践》单文琅、傅昭仁等。1990
[4]《论横向构造转换》傅昭仁、单文琅。地球科学,1989.1
[5] 外序列逆冲断层(罗永国译),C.K.莫利,国外地质科技,第2期,1989。
[6] 普兰店元台逆冲推覆构造及控矿规律探讨,杨中柱等,辽宁地质,2000.6
作者简介:鲁红峰(1971-),男,工程师,1992年毕业于中国地质大学(武汉),现从事区域地质调查及矿产勘查工作