鄂北地区推覆构造重磁异常特征.pdf

第 31卷第 5期物 探 与 化 探Vo. l 31, No. 5 2007年 10月GEOPHYSI CAL 鄂北推覆构造; 扬子地台; 秦岭地槽; 密度模型; 重力梯度带 中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1000- 8918 2007 05- 0424- 06 湖北省地跨秦岭褶皱系和扬子准地台 2个一级 大地构造单元 图 1。其特殊的构造位置, 使该区 具有复杂的地质构造特征 [ 1], 引起了众多专家和学 者关注, 尤其是鄂北广泛发育的推覆构造 [ 2], 以及 对扬子地台与秦岭地槽分界线的确认, 众说纷纭。 笔者利用了 1 20万区域重力调查成果, 结合以往 的区域航磁、 深部地球物理探测成果, 通过建立地质 及密度模型, 对重力场进行了地质解释, 重点对扬子 地台与秦岭地槽对接位置及鄂北推覆构造重磁异常 特征进行整体分析与研究, 提出粗浅的认识。 1 湖北重磁场基本特征 1 . 1 区域重力场基本特征 从布格重力异常上看, 湖北区域重力场为东高 西低趋势。东部最高值在武汉北部地区; 西部最低 值在巴东地区。东西向变化梯度较大, 并且西部梯 度变化大于其他地区 图 1。 湖北省主要重力梯度带有 五峰 宜昌 保 康 十堰南北向梯度带, 是我国大兴安岭 太行 山 武陵山重力梯度带的湖北境内部分; ∀ 桐柏 1 一级大地构造分区界线; 2 推断深断裂带; 3 推断断裂及编号; 4 推断基底类型分区界线; 5 江南式∃基底区; 6 中川式 ∃基底 区; 7 昆阳式∃基底区; 8 推覆构造∃基底区及编号; 9 大别式∃基底区 图 1 湖北省推断地质构造 收稿日期 2007- 04- 25 5期梁学堂等 鄂北地区推覆构造重磁异常特征 1 宜昌 保康 十堰梯度带; 2 兴山 巴东重力低; 3 神农架重力低; 4 竹溪重力低; 5 仙桃 武汉重力高; 6 桐柏 大别山重 力低; 7 幕阜山重力低; 8 一级分区界线; 9 二级分区界线; 10 布格重力异常等值线 图 2 湖北省区域重力场分区 浠水北西向梯度带; 广济 咸宁 洪湖近东西向 梯度带。这 3条梯度带基本勾勒了湖北省重力场的 面貌特征。 根据湖北省区域重力场的特征, 划分出宜昌 保康 十堰梯度带 南部航磁剖面图上曲线光滑开阔, 变化梯度小, 表明地台区上覆沉积盖层无磁性, 磁异 常仅由磁性基底及深成侵入岩引起。 根据航空磁测的磁场强度、 异常轴向等特征, 湖 北区域磁场可分为秦岭大别地槽型磁场区和扬子地 台型磁场区 2个一级分区, 并在此基础上划分 4个 二级分区 图 3。 秦岭大别地槽型磁场区 东侧以强正磁伴强负磁异常为主体, 构成大冶 嘉鱼强磁异常群。 2 扬子地台与秦岭地槽深部对接位置的 认识及其重磁异常特征 湖北省以青峰 襄樊 广济断裂 F2为界, 较清 楚的表现出界线南北两地区之元古宇与古生界地层 在沉积特征、 古生物群、 变质作用及古地理构造环境 等方面的明显差异。长期以来, 地质上将此作为秦 岭褶皱系与扬子准地台的分界断裂。但该断裂所显 示的地球物理场特征, 一是不甚明显, 二是不具规 模, 而在北部淅川 桐柏 大悟 麻城 罗田一线 却显示出规模宏大的 NW 向重磁异常梯度带。根据 一级构造单元界线的地球物理场特征, 以前物探工 作者将桐柏 罗田断裂 F1作为秦岭褶皱与扬子准 地台的分界线, 但此推论似无法解释界线南侧存在 的新、 中元古代及古生代地槽型沉积及构造环境。 为了对这种地质现象得出合理的解释, 首先要 对断裂 F1、 F2的性质及产生原因进行剖析。 F1, 重 磁场特征十分明显, 呈密集型梯级带展布, 上延 40 k m 仍有梯度存在, 说明该断裂带具有超壳断裂性质 切割深度大于 30 km 。断裂带总体走向 NW, 倾 向 NE, 产状陡立 ﹥ 70∗, 其西段与地质确定的桐 柏 青山口断裂位置大致吻合, 向西北越省界至南 襄盆地与淅川 内乡断裂相连。东段 大悟北 罗 田 与西段在大悟附近被一组 NE向断裂 F8错开, 大悟北 罗田深断裂为隐伏状, 断裂过罗田由 NW 向转为近 EW 向。该断裂具多期活动性质。扬子旋 回早期, 断裂北侧为优地槽环境, 发育新、 中元古代 火山沉积建造; 南侧为古陆剥蚀区和冒地槽环境。 经晋宁运动, 北侧地槽褶皱回返, 在震旦纪南北形成 统一地台, 但古生代初期, 曾经短暂统一的古地台又 发生分裂, 沿此断裂北侧为秦岭再生地槽, 南侧则仍 为相对稳定区, 这种槽台并存的发展形式一直持续 到中三叠世。始于晚三叠世早期的印支运动使处于 华北地台和扬子准地台之间的秦岭地槽褶皱回返, 受到挤压和隆升。印支运动后期, 持续的挤压隆升 导致大规模推覆作用产生, 原秦岭褶皱系上部物质 越过桐柏 大悟 罗田深断裂带向南推移, 这种推 覆活动现象直到早白垩世。中生代晚期至新生代, 由于太平洋板块向欧亚板块的俯冲作用, 产生大量 的 NS向剪切断层, 在大悟附近的 NS向大悟 岳阳 断裂 F8, 使 NW 向桐柏 大悟 罗田古断裂错位, 东侧相对向北位移。 青峰 襄樊 广济断裂 F2为湖北省台槽磁场 类型差别最明显的分界线, 在重力图中也表现出一 定的重力梯度。断裂北部呈负区域异常, 南部为正 区域异常, 反映两侧基底性质及后期构造引起地壳 均衡补偿特征不一致; 人工浅震资料显示, 沿断裂带 地震波能量有急剧的衰减现象。重力上延 10 40 km显示梯度明显, 且随着延拓高度增加, 梯度带有 明显北移现象, 反映该断裂深部缓慢向北倾斜, 这与 地表观测结果以及将其视为巨大的推覆构造的观点 相一致。 根据鄂北蓝片岩、 榴辉岩等高压变质岩石的分 布规律, 结合重磁场特征分析及剖面计算结果, 认为 造成断裂 F1南侧出现地槽型沉积的这种地质现象 是印支 燕山运动秦岭地槽褶皱回返, 并产生大规 模推覆作用的结果, 也是产生现今地球物理场特征 的直接原因。因而得出如下结论 桐柏 罗田一带 深断裂带 F1 为扬子地台与秦岭 大别变质杂岩 在深部的对接带; 青峰 襄樊 广济断裂 F2为造山 带后期由北而南的逆冲推覆的前缘断裂; 两断裂之 间则为推覆构造带, 其深部应存在扬子地台基底。 由西向东, 推覆构造表现特征有所不同 西段 南襄 盆地以西 为远距离中深层次推覆, 主体推覆物为 新、 中元古界武当群 Pt2wd、 耀岭河群 Pt3yl等变 质火山岩系; 中段 南襄盆地以东, 大悟断裂以西 为中等距离薄层次推覆, 主体推覆物为新、 中元古界 红安群 Pt2hn、 随县群 Pt2sx 、 耀岭河群 Pt3yl等 变质火山岩系; 东段为近距离深层次推覆, 主体推覆 物为中古元古界红安群 Pt2hn、 大别山群 Pt1db 426 5期梁学堂等 鄂北地区推覆构造重磁异常特征 1 寒武 奥陶系; 2 寒武 震旦系; 3 中元古界神农架群; 4 白垩 第三系; 5 古元古 中元古界; 6 前震旦系; 7 古元古界崆岭 群; 8 中元古界武当山群杨坪组; 9 中元古界武当山群姚坪组; 10 推断断层及编号; 11 推覆构造滑脱面 图 4 A A 剖面重力异常综合解释 等变质火山岩系。 为了对鄂北推覆构造带的地质特征有更直接的 认识, 笔者选取神农架 郧县白桑地质剖面进行重 力场拟合。该剖面斜交穿过青峰 广济断裂鄂西北 段、 白河 石花街断裂和陨县 均县断裂 F4, 较好 地反映了鄂北推覆构造带的构造形态 图 4 , A A 剖面位置见图 1。 3 鄂北推覆构造带重磁异常特征 鄂北推覆构造带是印支运动强化前期构造形变 的最终结果 [ 3]。从鄂北地层形变特征上看, 最深刻 印象是包括中元古界 中三叠统在内的各时代地层 形变特征的和谐性 [ 4- 5], 它们形成一系列 NW 向紧 密的褶皱和断裂, 褶皱轴面及俯冲面均倾向 NE, 这 说明它们是同一构造运动, 同一应力场的形变结果。 3 . 1 各区 带 重磁异常特征 根据鄂北推覆构造带的地质构造特征, 带内可 分为 武当推覆构造区 滑脱面为结晶基底和下 古生界顶面, 或青峰断裂 ∀ 断层面。区内的 NW、 NWW 向断裂发育, 在剖面上多具北倾犁式特征。 该区重力场位于宜昌 保康 十堰重力梯度带 中部重力高带; 南部重力低 带。这 3个异常带的展布方向虽然与该区地质构造 方向一致, 但既不与武当山群整体相符, 也不与武当 山群杨坪组、 姚坪组和双台组中任何一个组对应, 表 现了重力异常特征与地表地质特点的不一致性。也 就是说, 重力异常的分带性难以用地表地质特征加 以解释, 而可能与一定深度地质构造体有关。从重 力角度来看, 推测应与某一深度的密度界面及其起 伏变化有关; 结合地质情况与特征分析, 这一深部的 地质构造体, 认为就是武当异地岩席或武当推覆构 造体。图 4较清楚地反映了该推覆构造体的基本特 征, 武当异地岩席是从北向南以结晶基底和下古生 界顶面为滑脱面被推逆而来, 并在其前缘叠置在中 古生界之上。 区内磁场为武当 随应负区域磁场区 同时, 该区地层 顺层侵入有基性或超基性岩, 这也是形成磁异常的 地质主因。 3 . 1 . 2 襄枣盆地区 ∋ 该区位于推覆构造带中段的西部, 南以襄广断 裂 F2为界。区内最为显著的地质特征是受一系列 427 物 探 与 化 探31卷 NW 向和 NE向各断裂的分割, 进而形成数个断凹、 断凸。其西部襄樊盆地, 可进一步划分为牛首凹陷、 谷城凸起、 薛集次凹和老河口低凸; 中部是双沟凸 起; 东部是枣阳凹陷, 于张集一带可能有 NW 向次凸 的存在。盆内有隐伏的基性岩和花岗岩等分布。 该区重力场为中东部区域重力高区 1 之西 北部, 区内局部异常多且幅值大, 正异常对应为断块 凸起, 负异常则为凹陷盆地引起。各局部异常呈似 等轴状沿 NW 向正负间隔排列, 与区内构造线方向 一致。重力异常的这种分布特征, 直接反映了该区 作为推覆构造带的一部分, 为印支 燕山运动大规 模推覆作用后所产生的构造格局。 区内磁场为武当 随应负区域磁场区 结晶基底为类崆岭群。推 覆构造的主滑脱面主要为结晶基底顶面或襄广断裂 F2断层面; 推覆体主要由红安群和大别山群组成, 其前缘主要叠置于中古生界之上。区内花岗岩发 育, 有多个隐伏岩体存在, 并与已知岩体一起构成 NW 向岩带。 该区重力场位于仙桃 武汉区域重力高区 1之中东部, 区内重力场的显著特征为一 NW 向密集型梯度带, 在梯度带上叠加有十几个或正或 负的局部异常。正异常大多为推覆体下伏中古生界 较高密度层引起, 负异常大多为区内花岗岩侵入体 引起, 异常排列与区内构造线方向一致。区内重力 异常带窄而幅值大的这种空间展布特征, 反映了该 区作为鄂北推覆构造带的东部, 和推覆带中西部相 比, 其性质为近距离深层次推覆。重磁场上延 40 km仍有梯度存在, 说明该区断裂带具有超壳断裂性 质。 区内磁场为桐柏 红安正区域磁场 异常主因是隐伏 酸性岩体和玄武岩引起 串珠状且位于白垩 第三 系地层内 。 3 . 2 推覆构造带内局部重力异常特征分析 前面分别对推覆构造带各分区之重磁场特征进 行了剖析, 并对产生重磁异常的地质主因进行了推 断。同时, 推覆构造带内也有丰富的剩余重力异常 信息, 带内这些大大小小的局部异常, 很多可以认定 为是局部推覆体引起。对这些异常信息的分析与认 识, 虽然受客观因素 如物性资料等 限制和异常解 释水平与经验不足而不够完善与深入, 但仍有必要 做一下归纳和推理。 就目前认识来看, 鄂北推覆构造显示的局部重 力低异常, 至少有寺坪重力低 G - 1、 随南重力低 G - 2和客店重力低 G - 3 3个 见图 1。按 .湖北 省地质志 /所划分的大地构造单元而言, 3个重力低 异常处于不同的大地构造单元, 这说明了鄂北地区 推覆构造分布范围较广, 并似乎不受某个构造单元 的限制。推覆构造带内 3个重力低局部异常, 其异 常幅值均较小, 为低缓负异常, 呈等轴状或长条状分 布在青峰 襄樊 广济断裂的北侧。三者表面上看 有很多相似之处, 但因其所处的构造位置不同, 形成 的原因也就有所区别。在随南, 推覆构造逆覆面是 结晶基底和下古生界顶面, 而客店、 寺坪则为志留系 地层, 因此物探推测随南重力低 G - 2为地表相对 低密度之随县群引起, 寺坪重力低 G - 1和客店重 力低 G - 3则为推覆体下伏志留系地层引起。 随应 浠水重力高带显示的推覆构造, 是表现 在异常部位分布的较低密度之随县群、 红安群和大 别山群与在其上呈重力高显示的矛盾性。从剖面等 诸成果资料分析, 滑脱面为结晶基底顶面, 推覆体主 要为上述较低密度地层组成, 被推覆至襄广断裂的 东段, 并叠置在中古生界较高密度层之上。这是该 推覆体区内产生重力高异常的深部原因。 428 5期梁学堂等 鄂北地区推覆构造重磁异常特征 4 结语 前面多次提到了断裂 F1以南的鄂北地区, 武当 山群、 随县群、 红安群和大别山群下伏为下古生界和 由类崆岭群构成的台区结晶基底, 而且这些变质岩 系是以推覆体的形式叠置于下古生界或结晶基底之 上。这和中国地质大学 武汉 周国藩等 [ 6] 研究 QB 1剖面成果得出的武当山群下伏是扬子中上地 壳的认识基本一致, 也和持鄂北推覆体叠置在结晶 基底上的看法类同。鄂北地区是槽区还是台区, 以 及其中元古代以来的地质构造是如何发展演化的, 应用重磁资料对其进行重新分析与认识是非常必要 的。 鄂北推覆构造区重磁异常, 直接反映了该区推 覆构造带的空间分布特征。综合分析区内重磁异常 特征得出的主要结论有 桐柏 罗田断裂 F1为扬 子地台与秦岭地槽深部对接位置; ∀ 襄广断裂 F2为 鄂北推覆构造带的前峰断裂; F1和 F2之间为推 覆构造发育分布区。推覆构造区内形成的大大小小 正负不一的各局部异常, 很多为发现推覆体提供了 线索。这些异常和地表出露的基岩密度往往表现出 极大的不协调性, 比如随南、 客店坡负异常与地表出 露的基岩密度就不一致, 地表出露基岩密度较高却 形成了负异常, 究起原因是密度相对较大的随县群 变质岩 2 . 66 g/cm 3 被推覆于密度较小的志留 系 2. 51 g/ c m 3 之上; 还比如十堰重力高, 其异 常幅值和范围都很大, 但地表出露的武当变质岩密 度却相对较小 2 . 65 g/ c m 3 , 显然不是引起该 异常的地质因素, 因此认为, 武当山本是一个异地岩 席, 为大型推覆体, 可能下伏有密度较大的下古生界 地层 2 . 77 g/cm 3 , 这才是引起十堰重力高的 主要原因。 利用重磁资料解决深部地质构造问题, 特别是 对扬子地台与秦岭地槽深部对接位置以及鄂北广泛 发育的推覆构造的认识, 已经得到了多数学者和专 家的认同。但今后如何进一步利用区域重力调查成 果来解决重大地质问题, 仍然是物探工作者努力的 方向。 参考文献 [ 1] 湖北省地质矿产局. 湖北省区域地质志 [M ]. 北京 地质出版 社, 1990. 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K ey words gravity and magnetic anomaly characteristics; nappe tectonic of northern Hube; i Yangtze platfor m; Q inling geosyncline ; density mode;l gravity gradient zone 作者简介 梁学堂 1964- , 男, 1989年毕业于中国地质大学 武汉 物探专业, 高工, 现主要从事区域重力调查、 地球物理探 矿工作。 429