试论郯城_庐江断裂带的形成_演化及其性质.pdf

2007年1月 地 质 科 学 CH I NESE JOURNAL OF GEOLOGY 421 160175 试论郯城 庐江断裂带的形成、 演化及其性质 吴根耀 1 梁 兴 2 陈焕疆 3 1. 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029; 2.中国石油天然气股份有限公司浙江油田公司 杭州 310013; 3.同济大学海洋与地球科学学院 上海 200092 摘 要 郯城 2庐江断裂带由前白垩纪的3条重要的边界断裂连接而成古郯庐断裂曾 是连接秦岭 大别洋与苏鲁洋的转换断层,辽渤断裂是华北克拉通与胶辽克拉通之间的分界, 敦化 密山断裂则是西伯利亚次大陆与一系列拼贴的外来移置地体间的分界。早白垩世, 随亚洲大陆雏形的出现,郯庐断裂带形成并扩大其规模如包括了依兰 伊通断裂。江西的 赣江断裂和鄂东南湘东北的团风 2麻城断裂白垩纪时与郯庐断裂有相同的活动方式,可 视为郯庐断裂带的南延。从本质上说,郯庐断裂带是一条斜向左行汇聚 剪切造山带,这 一造山作用在中生代里是一个连续的分阶段进行的过程,左行走滑活动始自三叠纪,至早白垩 世造山带形成,始于早白垩世晚期并于晚白垩世达到全盛的张裂活动则是造山带坍塌的反映。 新生代起东亚地区进入新的地史阶段,郯庐断裂带进入消亡期,更新世时已明显解体为活动方 式各不相同的若干段。文章还简要讨论了古郯庐断裂的形成时代、 印支期走滑活动的性质和 东亚大陆边缘地区的构造格架等问题。 关键词 郯庐断裂带 形成和解体 斜向汇聚 剪切造山带 左行走滑 燕山运动 中生代 中图分类号 P542文献标识码 A文章编号 0563 - 50202007 01 - 0160 - 16 吴根耀,男, 1946年11月生,研究员,大地构造学专业。 2006年1月15日在“ 构造地质学新理论与新方法学术研讨会 ” 上的报告, 2006 - 08 - 29改回。 今天的亚洲,面积4410 6 km 2 ,是由一系列起源不一且面积相对较小的微大陆或地块 经多次增生 扩大和碰撞 拼合而形成的复合大陆Wu, 1997, 1998, 1999;吴根耀,2006a。 在亚洲大陆的形成中有两次特别重要的造山事件,一是海西 2 印支运动,海西运动使古亚洲洋 有人称古蒙古洋或兴安岭 蒙古洋闭合,印支运动使古特提斯洋闭合,众多微大陆的拼合 而有中国 东南亚次大陆形成;二是燕山运动,它使环绕中国 东南亚次大陆的新特提斯洋部 分有人称中特提斯洋闭合,亚洲大陆的雏形出现。今天的亚洲大陆内不乏长度逾千公里的 巨大断裂,它原是这些微大陆或地块的边界断裂,随微大陆或地块的拼合而逐步连成一 体,并因其后的反复活动而成为一条内部组成十分复杂的断裂带。亚洲东部的郯城 2庐江 断裂带便是一例。 郯庐断裂命名于山东南部的郯城和安徽的庐江。现文献中所称郯庐断裂带,南起湖北黄 梅,近北北东向越渤海,穿过东三省和俄罗斯东部而入鄂霍次克海,长约3 500 km。 对其南延尚 有不同认识。徐嘉炜1980认为郯庐断裂带的南延有3条分支东支为江西境内的赣江断裂 和广东境内的吴川 四会断裂,斜穿雷州半岛入北部湾,西支则斜穿湖南中东部和广西东部而 入越南。按这一认识,郯庐断裂带全长可达5 000 km。 本文拟从简述各微大陆的演化着手,恢复地史期间的“ 郯庐断裂带 ” 的分段面貌,探讨郯 1期吴根耀等试论郯城 庐江断裂带的形成、 演化及其性质 图1 中国东部主要构造单元 1.克拉通或古老地块及代号 KE.克鲁伦 额尔古纳地块; BJ.布列因 佳木斯地块;NC.华北微大陆; JL.胶辽微大陆; S W.苏皖地块; HN.华南次大陆含扬子、 湘赣和华夏微大 陆 ;DH.东海微大陆; 2.古生代增生的火山 沉积楔含锡 林浩特等地块 兴蒙造山带,张广才岭带等; 3.印支期碰撞 造山带Ⅰ.秦岭 大别;Ⅱ.延边; 4.燕山期板间造山带Ⅲ. 苏鲁;Ⅳ.东南沿海;Ⅴ.蒙古 鄂霍次克; 5.中生代的拼贴地 体详见图2 ; 6.断裂; 7.河流城市; 8.湖泊;近北东向断层 名称 F1.长春 哈尔滨; F2.依兰 伊通; F3.敦化 密山; F4.辽渤; F5.郯城 2庐江 ; F 6.团风 2麻城 ; F 7.赣江; F8.丽水 政和 大埔; F9.长乐 南澳; F10. Honam 湖南 Fig . 1 Main tectonic units in East China 庐断裂带的形成和演化,进而剖析郯庐 断裂带的性质问题。 1 前白垩纪的 “ 郯庐断裂带” 郯庐断裂带的主体在前白垩纪时 是一些彼此分隔的微大陆的边界断 裂,可分3段简述如下图 1 。 1鲁皖段 本文所称“ 鲁皖段 ” 即“ 郯庐断 裂 ” 或古郯庐断裂,曾是连接秦岭 大别洋盆与苏鲁洋盆的转换断层吴 根耀等, 2003b; Wu Genyao, 2005 。 “ 郯庐断裂 ” 以西,分开华北微大陆与 扬子微大陆的秦岭 大别洋自石炭纪 开始剪刀式地东早西晚向北消减, 至晚三叠世全部闭合,因而秦岭 大 别造山带印支期的磨拉石建造和逆冲 推覆构造明显地自东向西迁移孙晓 猛等, 2004。 “ 郯庐断裂 ” 以东的下 扬子地区,无论是早前寒武纪基底和 新元古代 中生代的沉积 火山建 造,还是区域成矿和构造运动专属性, 都与扬子微大陆有明显的不同,指示 苏皖地块是特提斯演化阶段独立的构 造单元吴根耀等, 2002a。苏皖地 块以北是苏鲁洋盆,它在印支运动时 尽管发生了消减,但并未闭合。燕山 运动在“ 郯庐断裂 ” 两侧表现出炯然 不同的面貌其东是苏鲁洋的消减闭 合及嗣后的胶辽微大陆与苏皖地块碰 撞,属板间的 interplate造山运动;其 西则是秦岭 大别印支造山带的活化 并发生陆内或称板内的 intraplate造 山运动吴根耀, 2002;吴根耀等, 2003b;孙晓猛等, 2004; Wu Genyao, 2005。因此,秦岭 大别造山带与苏 鲁造山带是两个不同时代的造山带, 不是被后期左行平移错断的同一个造 161 地 质 科 学2007年 山带。同样,大别高压 超高压变质带与苏鲁高压 超高压变质带不是被后期左行平移 错断的同一条变质带。苏鲁带超高压岩的主形成期距今220～210 Ma较大别的距今 240～230 Ma晚,俯冲的深度也更大杨文采等, 1999。大别带的变质岩经历了3个阶 段的折返,前两个阶段分别发生在距今240～220 Ma和220～180 Ma,故超高压变质岩在 晚侏罗世时已折返到地表并被全部剥蚀,始新世以来因秦岭的强烈抬升而使超高压岩再 次折返到地表李双应等, 2005。苏鲁带的超高压变质岩经历了两阶段的折返距今218 ～213 Ma和213～204 MaLi Jinyi et al . , 2003 ,折返开始得晚,但折返速度快,因而有与 大别明显不同的冷却速率曲线Chen Daogong and Cheng Hao, 2004;Wu Genyao, 2005及后 附文献。 综上所述,“ 郯庐断裂带 ” 鲁皖段的演化经历了3大阶段。 1 大洋中的转换断层,深 切岩石圈,它转换连接的秦岭 大别洋和苏鲁洋有不同的演化历程。 2 秦岭 大别洋闭 合后扬子微大陆与华北微大陆拼合,它成为印支运动造就的中国 东南亚次大陆的边缘 剪切断层,控制了燕山期斜向汇聚 剪切造山带的发育。 3 苏鲁洋闭合后,苏皖地块在 与胶辽微大陆碰撞的同时与扬子 华北微大陆斜向碰撞并拼合,它成为陆内的左行走滑 断层,即传统意义上的郯庐断裂。相应地,前两个阶段可称为古郯庐断裂或“ 郯庐断裂 ” 。 2辽渤段 “ 郯庐断裂带 ” 辽渤段的主体位于辽宁省和渤海中部,可称辽渤断裂曾被某些研究 者视为依兰 伊通断裂或其南延,并作为华北地台的次级单元辽冀台向斜和辽东台背斜 之间的分界。唐克东等1995最先提出辽东、 徐淮和朝鲜半岛北部地区从古元古代到 古生代的沉积和生物群与华北有较大差别,有亲华南的色彩,因而与华北微大陆不属同 一构造单元,称渤海地块。乔秀夫等2002认为胶辽朝块体本文称胶辽微大陆与华 北块体是被古郯庐断裂分开的两个构造单元,因而从新元古代至晚石炭世早期的沉积具 明显不同的面貌,晚石炭世晚期至二叠纪时两者才拼合在一起。吴根耀等2003b同意 这一观点,即“ 郯庐断裂带 ” 辽渤段是华北微大陆与胶辽微大陆之间的构造分界。 本文进一步强调以下认识。 1 尽管胶辽微大陆与华北微大陆有相近的地球化学场, 反映它们在早前寒武纪时同属中朝构造域,已有的同位素精细定年仍表明两者间有若干 差别,如原认为可靠的古太古代地层仅见于河北迁安县的曹庄,近年来在辽宁鞍山陈台 沟村发现的表壳岩年龄为3 320～3 360 Ma转引自沈其韩等, 2004 ,反映辽胶地区克拉 通化的时代略晚于华北地区;相应地,太古宙末期广为发育的花岗岩侵入活动,在华北微 大陆中部的阜平 五台 恒山地区为2 530 Ma,而在辽宁为2 500 或2 440～2 500 Ma路孝平等, 2004。 2 中元古代时燕山裂堑aulacogen,曾译裂陷槽内有古地震带 发育乔秀夫, 2002 ,燕山裂堑向北连通古亚洲洋。沿“ 郯庐断裂带 ” 辽渤段中元古代和 震旦纪时都有地震发生,是一条规模巨大的控震断裂乔秀夫, 2002。这些同沉积的控 震断裂可能属古亚洲洋域中的转换断层系,前述的古郯庐断裂则是特提斯洋域中的转换 断层。 3 由于中元古代时洋盆的张开及其在中元古代末 2 新元古代的消减,罗迪尼亚超 大陆的形成与裂解,震旦纪 早古生代时构造格局已发生了巨大的变化。反映在沉积记 录上,华北微大陆普遍缺失震旦系和志留 2 泥盆系,而胶辽微大陆上震旦系和志留 2 泥盆系 发育完好。 4 海西运动时古亚洲洋全面闭合,因而晚石炭世晚期起胶辽微大陆与华北微 261 1期吴根耀等试论郯城 庐江断裂带的形成、 演化及其性质 大陆联合或拼合为一体,联合或拼合的细节尚待研究。相应地,晚石炭世晚期 二 叠纪时“ 郯庐断裂带 ” 辽渤段处于构造平静期。 3吉黑段 吉林、 黑龙江、 内蒙古东部及邻接的俄罗斯和蒙古地区的大陆地壳,除西伯利亚克拉 通外还包括了下列3部分。一是原位于中朝构造域与西伯利亚大陆之间的中间地块,如 额尔古纳或称克鲁伦 额尔古纳地块、 布列因 佳木斯地块等谢鸣谦, 2000 ,其面积 显然小于微大陆。二是古生代时增生的火山 沉积楔,包括增生在西伯利亚克拉通南 缘的即自北向南增生的火山 沉积楔,和增生在这些中间地块边缘的火山 沉积楔。 这两者与西伯利亚克拉通可合称西伯利亚次大陆。三是中 2 新生代时拼贴在该次大陆东 缘的外来移置地体或地块 , 见下述。郯庐断裂带延至该区内,曾被认为分为3支,自 东向西依次为敦化 密山断裂,依兰 伊通断裂和长春 哈尔滨断裂。本文认为“ 郯 庐断裂带 ” 吉黑段应指敦化 密山断裂,它是上述外来的移置的拼贴地体地块的西 界。 敦化 密山断裂命名于吉林延边的敦化和黑龙江兴凯湖西北的密山,其西是佳木 斯地块和张广才岭陆缘带,其东是兴凯地体。后者包括了两部分主体是一古老地块包 括基底变质岩系和中 2 晚元古代被动陆缘沉积 , 该地块的最大特点是早寒武世时被卷入 造山作用兴凯运动 , 早 2 中寒武世发育磨拉石建造,因而它既不归属中朝构造域也不归 属华南构造域;其南是一个开阔的古生代活动陆缘带,唐克东等1995称延吉 西滨海 带和南滨海带。晚二叠世至三叠纪早期时它与胶辽微大陆碰撞拼合,吉林的延边开山屯 蛇绿岩可作为该造山带的物质记录。在亚洲大陆不包括日本列岛等东北边缘区识别 出的一系列地体中,兴凯地体可能是唯一见古老地块地质记录的地体。 兴凯地体以北是那丹哈达 比金地体,由已经混杂的石炭系至中侏罗统构成;提塘 阶顶部为厚度不大的含海百合茎的鲕状灰岩,其上为紫红色泥岩夹灰岩透镜体,属拼贴 造山结束后的盖层沉积邵济安等, 1995。换言之,该地体是晚侏罗世完成拼贴的,故提 塘末期至早白垩世贝利阿斯期沉积与其西的亚洲大陆相同。阿丹哈达 比金地体和兴 凯地体以东,是中锡霍特阿林或称萨马尔金地体唐克东等, 1995和杭加利地体,两者 也都是晚侏罗世的拼贴地体邵济安等, 1995。更向东,依次为早白垩世拼贴的祖拉夫 列夫卡地体和野猪河地体,早白垩世末至晚白垩世拼贴的基玛地体和晚白垩世拼贴的海 岸或称滨岸地体邵济安等, 1995 ,构成一向东增生扩大的大陆边缘带图 2 。 这样,敦化 密山断裂的北延有2种方案。黑龙江省地质矿产局1993认为该断裂 过密山后折为北东东向,经虎林越乌苏里江入俄罗斯此段构成那丹哈达 比金地体与 兴凯地体的分界 , 再折为近北北东向,成为萨马尔金地体的西界北段和北界,然后作 为杭加利地体的西界北延至鄂霍次克海。本文则认为它过密山后大致沿完达山西麓继 续向北北东延伸大和镇见糜棱岩 , 构成阿丹哈达 比金地体的西界,之后沿挠力河斜 穿乌苏里江入俄罗斯此段构成那丹哈达 比金地体的北界 , 再作为杭加里地体的西界 继续北延图 2 。简言之,敦化 密山断裂古生代时是佳木斯地块和张广才岭陆缘带的 东界,晚二叠世至侏罗纪时作为拼贴的外来地体的西界,白垩纪时因外来地体的持续拼 贴而遭受改造。 361 地 质 科 学2007年 图2 中国东北及邻区的增生地体简图据邵济安等, 1995及谢鸣谦, 2000资料编绘 1.古老地块; 2.增生地体及编号;其它图例和代号同图1;地体名称括号内为拼贴的时代 Ⅰ.兴凯 P 22T Ⅰ1.兴凯地块,Ⅰ2.延吉 西滨海带,Ⅰ3.南滨海带;Ⅱ.那丹哈达 比金 J 3 ; Ⅲ.中锡霍特阿林 或萨马尔金, J3 ; Ⅳ.杭加利 J 3 ; Ⅴ.祖拉夫列夫卡 K 1 ; Ⅵ.野猪河 K 1 ; Ⅶ.基玛 K 1末 2K2 ; Ⅷ.海 岸或滨岸, K2 ; Ⅸ.下黑龙江 K 1 Fig . 2 Accreated terranes in northeast China and its environs 4郯庐断裂带其它段 上述“ 郯庐断裂带 ” 的鲁皖段、 辽渤段和吉黑段前白垩纪时都是重要的构造边界。现 作为郯庐断裂带的其它段在前白垩纪的大部分时间里主要是作为块板内断裂出现的, 择要简述如下。 依兰 伊通断裂或称伊兰 舒兰断裂的雏形是布列因 佳木斯地块的块内断裂, 故在古生代时已经存在,不是黑龙江省地质矿产局1993认为的“ 形成于晚印支与早燕 山旋回的转换期 ” 。其两侧的古生代地层或岩体中常见较宽的强烈挤压带,说明白垩纪 之前有过挤压活动,这一挤压应力场应来自上述的那丹哈达 比金等地体晚侏罗世时的 斜向汇聚和拼贴。在早白垩世的拼贴事件中,除上述提到的祖拉夫列夫卡等拼贴地体 461 1期吴根耀等试论郯城 庐江断裂带的形成、 演化及其性质 外,还有一个向西楔入的下黑龙江地体邵济安等, 1995。依兰 伊通断裂北延入俄后 早白垩世时可能曾是下黑龙江地体楔入的西界布列因地块与下黑龙江地体的分界。 作为郯庐断裂带南延东支的赣江断裂,是一条位于南昌与新建之间的近南北向的复 杂断裂带梁兴等, 2006a。该断裂以东有早前寒武纪古老岩石出露,包括基底低铝型 的灰色片麻岩即TTG岩套和其上的表壳岩星子群火山 沉积地层 , 其岩石化学特征 与川滇地区的相应岩石一致吴根耀, 2006b ,充分说明赣江断裂只是扬子微大陆内部的 一条陆内断裂。前侏罗纪时该断裂的活动并不明显梁兴等, 2006a ,早白垩世时才发生 明显的左行走滑而成为郯庐断裂带的南延部分。 赣江断裂以西,湘东北的长沙 2平江断裂也是郯庐断裂带的南延许德如等, 2006 ,北延经鄂东南咸宁连接团风 2麻城断裂吴根耀, 1997。吴根耀等2002a 已提出苏皖地块在特提斯演化阶段是独立于扬子微大陆之外的构造单元,其西界的北 段是古郯庐断裂,南段则是团麻断裂,两者由北西走向的英店 青山口断裂相连。因而, 团麻断裂应属微大陆的边界断裂。在苏皖地块的演化过程中,其西部九江 瑞昌亚地 块先与扬子微大陆联合吴根耀等, 2003b ,团麻断裂成为陆内的深断裂,在早白垩世亚 洲东部广为发育的左行剪切应力场作用下它发生左行走滑,并向扬子微大陆内扩大其规 模,使长平断裂成为郯庐断裂带南延的西支图1中表示为团麻断裂。 2 白垩纪郯庐断裂带形成 海西运动使古亚洲洋闭合,印支运动则使秦岭 大别等古特提斯洋盆闭合,这极大 地改变了全球的大地构造格局。伴随中国 东南亚次大陆的形成,其外侧和陆内都有张 裂活动发生,因而该次大陆为新特提斯洋域围绕。 “ 郯庐断裂带 ” 辽渤段三叠纪开始即发 育为一裂谷带乔秀夫等, 2002 ,因而胶辽微大陆与华北微大陆三叠 2 侏罗纪时的动植物 群有明显差别邵济安等, 1995。中国 东南亚次大陆以北是蒙古 鄂霍次克洋,它在 中 2 晚侏罗世时消减并闭合参阅吴根耀, 2002及后附文献。与此同步的是那丹哈达 比金、 萨马尔金和杭加利等地体的斜向汇聚,并于晚侏罗世晚期沿敦化 密山断裂最终 拼贴到亚洲大陆的雏形上。 随苏鲁洋在晚侏罗世的消减并闭合,早白垩世时苏皖地块与胶辽微大陆碰撞并与中 国 东南亚次大陆联合成一体,相应地,“ 郯庐断裂带 ” 的鲁皖段、 辽渤段和吉黑段最终连 接成一条亚洲大陆雏形上的巨大陆内断裂,即郯庐断裂带,它以早白垩世的左行走滑活 动和晚白垩世的张裂活动为表证。在这两期断层活动中,郯庐断裂带既在不断扩大其规 模,也因局部应力场的不同而表现出区段间活动性的差异。 早白垩世的左行走滑已获得了大量的证据牛漫兰等, 2002;朱光等, 2004,及后附文 献。这一活动来自两方面的控制因素,一是郯庐断裂带两侧块体的相对运动,二是亚洲 大陆雏形东部边缘的大区域构造应力场。 郯庐断裂带两侧块体的相对运动包括了两方面的意义。一是拼合后的扬子 华北 微大陆侏罗 2 白垩纪时尽管继续向北漂移,但苏皖地块该时期北移的速度更快古地磁资 料可参阅吴根耀等, 2002a,及后附文献 , 因而位于两者之间的郯庐断裂带表现为一左行 走滑带。二是苏皖地块在向北漂移时还沿左行走滑的江南断裂发生向西的楔入或嵌 561 地 质 科 学2007年 入吴根耀等, 2003b;Wu Genyao, 2005 ,这种楔入必然导致邻侧地区的构造逸脱。换言 之,左行走滑是在一个动态演化的过程中发生的构造事件前述那丹哈达 比金等地体 的拼贴也发生在一个动态演化的过程中 , 不是一个现成的地质体被简单地错断和平移。 早白垩世时,亚洲大陆雏形的东部边缘存在一个大区域的左行剪切构造应力场,表 现如下。 1 中国东南沿海区,东海微大陆沿长乐 南澳断裂拼贴到中国 东南亚次大陆 上,并发生斜向汇聚 剪切造山,该断裂的左行斜冲走滑活动主要发生在距今142～ 123 Ma,距今118～115 Ma时停止活动Wu Genyao et al . , 1998;吴根耀, 2002 ; 2在西 南日本,侏罗纪 2 早白垩世是重要的消减和多个地体的拼贴碰撞期Hada et al . , 2001。 3 俄罗斯东部,早白垩世时,沿锡霍特中央断裂相继拼贴了野猪河地体、 祖拉夫列夫卡地 体和基玛地体邵济安等, 1995。 大陆边缘区的这一左行剪切构造应力场必将在陆内形成新的左行走滑的北东向断 裂,或激活陆内的同方向断裂发生左行走滑。如赣江断裂,基于对湖口、 德安、 赛阳等地 新生的多硅白云母和黑云母的Ar2Ar法测年,Lin et al . 2000认为赣江断裂的左行走滑 主要发生在距今125. 6～92. 7 Ma。它控制了南昌 泾口地区早白垩世晚期的拉分盆地 鄱阳盆地发育,沉积记录称冷水坞组;盆内的次级构造单元呈近北西向延伸,反映了因 赣江断裂的左行走滑而发育的共轭断层的控制作用梁兴等, 2006a。 作为苏皖地块西界北段的郯庐断裂延入湖北后转换为秦岭 大别造山带,在造山 带之南苏皖地块的西界南段西延至团风 2麻城断裂。亚洲大陆雏形形成后,团麻 断裂与原陆内的咸宁 长平断裂连接成一条断裂以下即称团麻断裂 , 早白垩世时它与 赣江断裂有相同的活动方式,盆地记录见于湘潭 长沙一线吴根耀, 1997。现普遍赞 同赣江断裂和团麻断裂是郯庐断裂带的南延,但本文与徐嘉炜1980认识不同的是广 东境内因有东西走向的燕山期前陆褶皱冲断带发育,向北扩展至粤赣交界处Wu Genyao et al . , 1998 ,赣江断裂只发育于赣中 2 北地区;湖南大部分地区被卷入燕山期的陆内造山 运动即川黔湘 鄂南褶皱冲断系,Wu Genyao, 2000 ,团麻断裂仅限于湘东北。 郯庐断裂带晚白垩世的张裂活动也已获得了大量的证据,且张裂活动有南早北晚的 趋势朱光等, 2001;侯贵廷等, 2003;周建波等, 2005。本文试图强调以下2点空间上 沿郯庐断裂带张裂活动的发生和强度各地并不一致;时间上,晚白垩世的断陷盆地可能 还经历了一个复杂的演化过程。 在中国东南沿海区,斜向汇聚 剪切造山作用早白垩世末已结束这可从长乐 南 澳断裂两侧均被石帽山群不整合覆盖得到佐证 ; 在日本西南部,这一造山作用可持续到 晚白垩世Hayama et al . , 1996。由于挤压应力场已经松弛,华南晚白垩世的断陷盆地 相对发育较好。赣江断裂控制了包括鄱阳盆地在内的庐山 星子裂谷发育,南延可达吉 安;团麻断裂则控制了孝感断陷、 梁子湖断陷等盆地的形成吴根耀, 1997。东北地区则 明显不同;由于地体的拼贴事件在晚白垩世时仍在进行邵济安等, 1995;吴根耀, 2006a ,因而敦化 密山断裂和依兰 伊通断裂仍处于挤压状态,仅长春 哈尔滨断裂 以西地区有上白垩统发育松辽盆地。1∶200 000区调时在佳木斯附近和四平市东南 等地都发现沿依兰 伊通断裂发育的下白垩统因被卷入对冲构造而发育褶皱,可视作晚 白垩世时大陆边缘因地体拼贴而增生的陆内响应。换言之,敦化 密山断裂和依兰 伊 661 1期吴根耀等试论郯城 庐江断裂带的形成、 演化及其性质 通断裂晚白垩世时处于剪切 挤压状态,明显不同于辽渤断裂、 郯庐断裂、 赣江断裂和团 麻断裂的伸展或剪切 拉张活动。 晚白垩世断陷盆地或拉分盆地的发育实际上经历了两个阶段。以鄱阳盆地为例, 早白垩世晚期因赣江断裂的左行走滑活动有拉分盆地形成,地质记录为冷水坞组;晚白 垩世早期发展为断陷盆地,周家店组的沉积范围不但明显扩大,盆地及盆内次级构造单 元呈近北北东向延伸。之后,赣江断裂发生右行走滑,相应地,北东东走向的断层发生 向南的冲断,因而在地表如南昌市北的樵舍村和钻孔中如B81井可见前寒武纪变 质岩冲断在冷水坞组和周家店组之上梁兴等, 2005, 2006b。换言之,晚白垩世晚期的 南雄组沉积是第2期拉分 断陷盆地的记录,该期断陷盆地持续到古新世沉积称清江 组和始新世。吴根耀等2003b在剖析苏鲁造山带形成时发现在早白垩世的碰撞造山 时,郯庐断裂处于左行走滑活动状态,因而其东地区发生向北北西的冲断 推覆构造; 晚白垩世是造山带的坍塌阶段,郯庐断裂以东地区发生由北西向南东的滑覆构造,相应 地,郯庐断裂应表现为右行走滑。上述鄱阳盆地经历了两次从拉分到断陷的发育过程并 反映的赣江断裂先后发生过左行走滑和右行走滑,正是在苏鲁造山带形成的这一大背景 之下发生的,充分证明盆地发育与造山过程是耦合的。 3 也谈郯庐断裂带的性质 对郯庐断裂带的性质,至20世纪80年代初形成了基本两种观点。一是以徐嘉炜 1980为代表的左行平移运动的观点,认为其两侧的各种地质体被有规律的依次错开, 辽东 鲁西地区的平移幅度最大,可达740 km;另一种是以许志琴等1982为代表的大 陆裂谷观点,它以其中段即沂沐裂谷早白垩世早期的强烈火山活动为典型。最近,侯 明金等2004提出印支期是扬子地块包括了下扬子地区即苏皖地块与华北地块包 括了胶辽地区即胶辽微大陆的碰撞期,郯庐断裂带表现为由北北西向南南东的斜向逆 冲推覆性质,燕山期以来则成为平移断裂系。 笔者曾屡次提及郯庐断裂在中国乃至亚洲东部的燕山期造山带中的地位吴根耀 等, 2002b, 2003b ,认为它是亚洲东部广为发育的燕山期板间的造山作用带与板内的 陆内的造山作用带之间的分界Wu Genyao, 2005。本文进一步提出郯庐断裂带 自身也控制了一条燕山期斜向汇聚 剪切造山带的发育,或者说,郯庐断裂带本质上是 一条斜向汇聚 剪切造山带。被卷入造山作用的构造单元在不同地段则有明显差异。 在鲁皖段,古郯庐断裂以东的苏皖地块震旦纪和古生代的大部分时间里属华南构造域, 晚石炭世 2 二叠纪因北东东向断层的右行走滑作用而向东漂移出去,应属半原地的地块。 在吉黑段及毗邻的俄罗斯,敦化 密山断裂以东的一系列拼贴单元包括具古老变质基 底的兴凯地体 , 都是一些外来的移置的地体。 郯庐断裂带的左行走滑正是为这一斜向汇聚 左行剪切造山作用决定的。需说明的 是走滑位移量尽管十分巨大,但因为走滑位移量可能被横向的逆冲 推覆构造、 为断裂所 围限的地块转动等方式吸收掉,因而郯庐断裂带两侧地块内所见到的平移错动可能十分微 弱。还应注意不要据两个原本不相连的地质单元如秦岭 大别造山带与苏鲁造山带或 岩体如辽宁瓦房店与山东蒙阴的金伯利岩体,乔秀夫等,2002来计算平移断距。 761 地 质 科 学2007年 郯庐断裂带的南段晚白垩世时局部地区火成活动可能始自早白垩世末期,吴根耀 等, 2002b确有强烈的张裂作用发生,这是造山带地区的岩石圈拆沉作用在地表的反映, 因而这种裂谷应称坍塌裂谷,相当于Milanovsky1977所称的年青褶皱造山带上的裂 谷,不是大陆裂谷。由于斜向汇聚 剪切造山作用是由南向北迁移的Hayama et al . , 1996;吴根耀等, 2003b ,因而造山带的坍塌也是自南向北迁移的,故裂谷或断陷盆地 的发育呈现明显的南早北晚之势朱光等, 2001。王勇生等2006的研究则表明郯庐断 裂在距今139～128 Ma发生由走滑向伸展的转换,说明燕山造山带的坍塌在局部地区始 自早白垩世晚期,晚白垩世是燕山造山带的全面坍塌期。 古近纪开始,因东亚地区由特提斯构造域转换成太平洋构造域,大陆的向洋蠕散导 致东亚地区普遍处于伸展应力场中吴根耀等, 2003b。因而,尽管在许多地区可见古近 纪的伸展盆地直接上叠在晚白垩世的坍塌裂谷上,但晚白垩世与古近纪的裂谷作用有不 同的地球动力学背景。因伸展作用的幅度和速度在各地并不一致,兼之局部地区因边界 条件不同产生局部的构造应力场,因而新生代内郯庐断裂带总的演化趋势是逐步解体为 演化特征各不相同的若干段。如高差达1 400 m的年青断层陡崖、 对鄱阳断陷盆地发育 的控制等说明赣江断裂更新世以来处于强烈的正断作用中吴根耀, 1997 ;皖北女山的 更新世玄武岩和现代地应力测量牛漫兰等, 2005则表明更新世以来郯庐断裂处于挤压 状态,主压应力方向近东西。更北,控制辽渤地区新生代强烈断陷和沉降伴有剪切走 滑的北东向断裂常称为营口 潍坊断裂。最近,刘东旺等2006据震源断层的破裂类 型提出安徽境内的郯庐断裂的近代活动大致以合肥为界,北段倾向北西,为逆冲,南段 则倾向南东,呈正断,说明现今安徽境内的郯庐断裂实际上已分解为两段。换言之,郯庐 断裂带的形成是燕山造山作用的结果,随燕山运动的终结和燕山造山带的坍塌,郯庐断 裂带也进入了其消亡期。 走滑断裂自身的演化,常要经历一个从走滑伸展divergent strike2 slip 至走滑挤压 con 2 vergent strike2 slip 的完整旋回可称Reading cycle以作为对Wilson cycle的补充,见刘和甫等, 2004 ,因而大型走滑断裂演化的最终结果是形成斜向汇聚 剪切造山带。以往的研究中,我 们对大型走滑断裂的认识只停留在陆内平移的阶段,或从陆内平移阶段只反演到大陆边缘剪 切系这一阶段。近年来对它们曾作为古板块独立地块的边界的认识,才使人们对郯庐断裂 带这样的大型走滑断裂的理解有了新的飞跃它们本质上是与俯冲型造山带和碰撞型造山带 并列的另一类造山带刘和甫等,1999;吴根耀,2000a;吴根耀等,2003a。 4 对若干问题的讨论 1关于郯庐断裂带与古郯庐断裂的形成时代 郯庐断裂带是早白垩世形成的,其主体在前白垩纪时是3条断裂古郯庐断裂,辽渤 断裂和敦化 密山断裂。随亚洲大陆雏形的出现,这三者在早白垩世时连成一体,成为 郯庐断裂带,并进一步扩大其规模。江西境内的赣江断裂和鄂东南 湘东北的团麻断裂 白垩纪时与郯庐断裂有相同的延伸方向和活动方式,可认为是郯庐断裂带的南延。早白 垩世早期是郯庐断裂带发育的全盛期,它的左行走滑活动控制了中国中 2 东部的近北东向 断裂均发生左行剪切;早白垩世晚期由走滑转换为伸展,指示燕山造山带开始坍塌。新 861 1期吴根耀等试论郯城 庐江断裂带的形成、 演化及其性质 生代是郯庐断裂带的消亡期。至更新世时,原郯庐断裂带的各段已表现出明显不同的活 动方式。简言之,郯庐断裂带是由原具不同演化史的几条断裂在早白垩世连接为一体而 形成,晚白垩世起则逐步地解体为具不同活动方式的若干条断裂,现今的郯庐断裂带实 际上已是一段一段的了。 古郯庐断裂则形成于前寒武纪,已有的证据如下。 1 苏皖地块在中元古代时脱离胶 辽微大陆向南漂移,相应地,苏鲁洋盆张开,可能与其西侧的古郯庐断裂的活动有关吴 根耀等, 2002a。 2 晋宁期秦岭 大别洋和苏鲁洋都发生过消减,但消减极性不同,前者 向北消减而后者向南东消减,暗示着古郯庐断裂此时已成为这两个洋盆间的转换断层 吴根耀等, 2003b及后附文献。 3 张宪依等2006最近在山东枣庄 临沂地区的新元 古界内发现震碛岩,指示了古郯庐断裂在新元古代的活动,与前述辽渤断裂该时期的活 动大致可以对比。吴根耀2000b曾提出晋宁格林威尔运动是全球板块构造体制下首 次重大的构造 热事件,因而是全球构造格局发生重大变革的时期,使古郯庐断裂和辽 渤断裂等得以出现。因新元古代时古郯庐断裂的活动而造成基底岩系起伏不平,鲁西的 淄博 新泰地区是水下隆起区,控制了早寒武世馒头组沉积时其西有浊积岩和滑塌堆积 发育闫臻等, 2005。 简言之,古郯庐断裂和郯庐断裂带形成的时代不同,前者形成于晋宁旋回,后者形成 于燕山旋回,都是东亚地区大陆岩石圈演化中的重大地质事件的记录。 2关于郯庐断裂带印支期的左行平移活动 朱光等2006a, 2006b最近提出郯庐断裂带的两阶段平移模式早期即印支运动 时,扬子板块包括苏皖地块与华北板块包括胶辽微大陆发生碰撞造山,郯庐断裂在 印支期发生了同造山的左行平移,因而郯庐断裂带的第一次左行平移断距约350 km发 生在印支造山期及造山后,属古特提斯构造;第二次平移发生在早白垩世断距约200 km ,源自Izanagi板块的高速斜向俯冲,属滨太平洋构造。两期走滑活动不仅运动学特 征一致,变形 变质的温、 压条件和切割的深度等均十分相似朱光等, 2006a。 笔者赞同印支期“ 郯庐断裂带 ” 发生左行走滑,走滑的机制主要是其东的苏皖地块快 速地向北漂移相应地,苏鲁洋大幅度的消减并因深俯冲而形成高压 超高压变质岩 , 但是“ 郯庐断裂带 ” 印支期的变形并不是陆内的华北板块内的变形。如前所述,经印支 运动后“ 郯庐断裂带 ” 已变为新拼合的中国 东南亚次大陆东缘的边缘剪切带,苏鲁洋虽 经印支期的消减但并未闭合,苏皖地块三叠纪时与华北微大陆和扬子微大陆仍分属不同 的沉积体系域刘志丽等, 2001 ,因而“ 郯庐断裂 ” 印支期的变形属大陆边缘的剪切活动。 吴根耀等2003b已列举了印支期构造 热事件的一系列证据,赋予了原称的南象运动 以新的意义因苏皖地块的快速北移及向扬子微大陆的靠拢而发生斜向左行汇聚 剪 切造山作用。晚侏罗 2 早白垩世,苏鲁洋闭合,苏皖地块在与胶辽克拉通碰撞的同时与中 国 东南亚次大陆发生斜向左行拼合 陆内走滑。随苏皖地块成为亚洲大陆雏形的 一部分,沿郯庐断裂发育的斜向汇聚 剪切造山带最终定型,并于晚白垩世时全面坍塌。 因而,这一斜向汇聚 剪切造山作用在中生代里是一个连续的分阶段进行的过程吴根 耀等, 2003b。这一造山过程为两个运动学系统制约,一是苏皖地块北移和苏鲁洋消减, 二是北东东走向的江南和江山 绍兴断裂的走滑活动Wu Genyao, 2005 ,故印支运动 961 地 质 科 学2007年 晚三叠 2 早侏罗世和燕山运动早白垩世时“ 郯庐断裂带 ” 表现为明显的左行走滑特 征,且这两期走滑的温压条件和切割深度基本相同。 3关于东亚大陆边缘地区的构造格架 郯庐断裂带以东是另一条著名的北东向左行走滑断裂,在我国福建沿海称长乐 南 澳断裂带,北延为朝鲜半岛的Honam 湖南断层和日本的中央构造线,控制了另一条巨 大的燕山期斜向汇聚 剪切造山带发育。总体上看,长乐 南澳断裂带向东倾平潭 东山高温变质带位于其上盘 , 而郯庐断裂带则向西倾,两者均为左行剪切构成一个斜 向冲断的巨型对冲构造带。这是亚洲大陆东缘燕山期板间造山带的基本格架。 北东向左行走滑断裂的出现是一系列原地的、 半原地的或移置的地体或地块斜向拼 贴 增生在中国 东南亚次大陆和西伯利亚次大陆上的结果,它在使亚洲大陆的雏形出 现的同时也使中国及邻区出现了明显的东、 西两部的构造分异东部以新生的北东向构 造为主,西部则以继承性的北西西向构造为主;东部因斜向汇聚 剪切造山而构成蔚为 壮观的燕山期板间造山系,西部的广大陆相沉积区,则因古缝合线或古深断裂在燕山运 动时被激活而普遍发生陆内的造山作用,更西的新特提斯洋域演化的运动学过程则与古 特提斯的演化不乏相似之处。正是因为东亚大陆边缘地区这一构造格架的出现,使白垩 纪成为中国及邻区板块构造演化史上的一个重要变换期吴根耀, 2006a。 郯庐断裂带和长乐 南澳断裂带在新生代的解体是东亚大陆边缘地区演化的结果。 由于燕山期的斜向汇聚 剪切造山作用在各地结束的时间并不一致,亚洲板块与太平洋 板块和菲律宾板块之间相互作用的方式和造山作用开始的时间因地而异,兼之若干刚性 地块在大区域应力