（海洋地质专业论文）大别造山带晚白垩世以来的剥露作用及古地形再造.pdf

摘要 摘要 低温年代学样品记录了地壳浅部距地表几公里的剥露历史，其测年体系的 封闭温度深度受热流、地形、剥露速率等因素的影响，这些不确定性因素会影 响到应用低温段热历史解释剥露速率及恢复古地形，而且有时影响非常明显。 因此应用低温段热历史解释剥露速率及恢复古地形的方法需要进一步改进，以 提高其可靠性，并提取更多有意义的信息。 目前大别造山带的主体结构是由白垩纪一新生代构造所控制，若仅靠现今 剥露面内高压超高压单元残存布局及其叠置变形是无法重建整个造山带的抬升 和剥露过程的，因此还需要对造山晚期及后造山期造山带的构造熟演化历史， 特别是抬升剥露历史进行研究。本文以大别造山带低温年代学数据为基础，通 过对大别造山带剥露历史及古地形的定量化研究，更加整体、直观地认识造山 后的剥露作用及古地形演化，分析大别山造山带造山作用过程后期阶段构造事 件( 如隆升、拉张等) 发生的背景，探讨造山作用机理；本研究还有助于了解 大别造山带抬升剥露历史与毗邻沉积盆地沉积充填作用之间的相互关系。 本次研究所测样品裂变径迹年龄介于4 6 m a 6 9 m a 之间，平均围限径迹长度 均超过13 9 m 。将本次研究所获数据以及前人数据进行综合编图分析发现，大别 造山带裂变径迹年龄在区域分布上表现为大别造山带热窿核部、郯庐断裂带南 部以及大别山西南部的裂变径迹年龄比周边地区小。9 0 6 0 m a 期间大别造山带 发生快速剥露，商城麻城与郯庐两断裂之间左旋差异走滑造成构造推隆。6 0 7 5 m a 期间大别山构造演化同时受西部碰撞域与东部汇聚域联合控制，导致大别 山地区从快速冷却进入到缓慢冷却阶段。6 0 - - 3 0 m a 间大别山毗邻盆地的物源可 能主要来自于大别造山带，同时大别造山带已达到剥露稳态。均衡回弹在大别 造山带造山期后岩石抬升过程中重要作用。大别山白垩纪以来的剥露趋势是： 天堂寨地区、郯庐断裂带南部及大别山西南部剥露速率( o 0 8 0 1 0 k m m a ) 比周 边地区( 0 0 4 o 0 7 k m m a ) 快。天堂寨地区( 高地形) 、郯庐断裂带南部及大别 山西南部( 低地形) 共同具有相对周边较快剥露的特点，可能是由于郯庐与商 城麻城两断裂之间的差异走滑作用，促使大别山腹地产生强烈的构造推隆作用， 从而引发这一地区的相对较快剥露。这种由于n n e 向断裂系引发的差异推隆剥 露( 晚白垩世以来) ，可能从等温面1 8 0 0 c ( 锆石( u t h ) h e 的封闭温度) 、经 t 摘要 过1 1 0 0 c ( 磷灰石裂变径迹的退火温度) 一直延续到7 0 0 c 等温面( 磷灰石 似t h ) h e 的封闭温度) 大别造山带9 0 m a 时与现今海平面相比地形平均高度可达1 4 5k m ( 地温梯 度取2 5 k m 时) 或1 7 5 k m ( 地温梯度取2 0 k i n 时) ，是现今模拟区域地形平 均高度的4 倍( 地温梯度取2 5 k m 时) 或5 倍( 地温梯度取2 0 c k m 时) 。如 果不考虑构造抬升，大别造山带在晚白垩世地形起伏至少可达3 k m 。9 0 m a 时大 别造山带地形起伏变化率在空间上呈现如下特征：东北区块最大，热窿核部其 次，东南郯庐断裂区块再次，西北、西南区块最小，反映大别造山带热窿伸展 期，核部与北淮阳翼之间强烈差异隆升，核部地形和东南郯庐断裂区块起伏高 于周边地区，西北、西南两个翼部比其他地区稳定。 关键词：大别造山带，低温年代学，剥露，古地形 ab s t r a c t t h e l o w - t e m p e r a t u r e t h e r m o c h r o n o l o g i c a l c l o s u r e d e p t hi ss u b j e c t e dt o s i g n i f i c a n t l yi n f l u e n c eb yf a c t o r ss u c ha sh e a ta d v e c t i o n ，t o p o g r a p h y , e x h u m a t i o nr a t e e t c ，b e c a u s et h el o w - t e m p e r a t u r et h e r m o c h r o n o l o g i c a ld a t ar e c o r dt 1 1 ee x h 啪a t i o n h i s t o r yo ft h es h a l l o wc r u s tt h a ti so n l ys e v e r a lm i l e sb e l o wt h es m f a c e t h e s ef a c t o r s l i m l tt h ea c c u r a t ee s t i m a t i o no fe x h u m a t i o nr a t e sa n d p a l e o t o p o g r a p h yr e c o n s t m c t i o n a l t e r n a t i v ei n t e r p r e t a t i o nm e t h o d sa r et h e r e f o r en e e d e dt ou n r a v e lf h n h e rd e f a u l t e d i n f o r i l l a t i o n s i n c et h em a i ns t r u c t u r eo fd a b i eo r o g e nh a sb e e ns t r o n g l ya f f e c t e d b yt h e c r e t a c e o u s - c e n o z o i ct e c t o n i ce v e n t s ，s t u d yo nt h e p r e s e n tu h p h pu n i t sa l o n ew o u l d n o tb ee n o u g ht or e c o n s t r u c tt h ew h o l ep r o c e s so fu p l i f ta n de x h u m a t i o no ft l l e o r o g e n t h e r e f o r e ，l a t e o r o g e n i ca n dt h ep o s t o r o g e n i ct e c t o n o t h e n n a ie v o l u t i o n h i s t o r ya n de x h u m a t i o np r o c e s sw i l lp r o v i d ek e yi n f o r m a t i o nf o rt 1 1 eu n d e r s t a n d i n go f t h eo r o g e n i ce v o l u t i o ni na l a r g e b yt h eq u a n t i t a t i v es t u d yo nt h ee x h u m a t i o nh i s t o r v a n dp a l e o t o p o g r a p h yb a s e do nt h e l o w - t e m p e r a t u r et h e r m o c h r o n o l o g i c a ld a t ao f d a b i eo r o g e n ，t h i sa r t i c l ep r e s e n t sam o r e i n t e g r a t i v ea n dv i s u a lv i e wo nt h ee v o l u t i o n o fp o s t o r o g e n i ce x h u m a t i o na n dp a l e o t o p o g r a p h y t h i sa n a l y s i s s h o u l dn o to n l v d e e p e no u rp r e s e n tu n d e r s t a n d i n go nt h el a t e o r o g e n i ca n dt h ep o s t o r o g e n i ct e c “) i l i c e v o l u t i o n ，b u ts h o u l da l s oc l a r i f yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eu p l i f ta n de x b _ u m a t i o n h i s t o r yi nd a b i eo r o g e na n ds e d i m e n tf i l l i n gp r o c e s s e si na d ja c e n tb a s i n s t h ef i s s i o nt r a c ka g e so ft h es a m p l e sa n a l y s e di nt h i ss t u d yf a l lb e t w e e n4 6 m a a n d6 9 m a , a n dt h ea v e r a g ec o n f i n e dt r a c kl e n g t h sa l le x c e e d 13g m t h er e g i o n a l d i s t r i b u t i o no ff i s s i o nt r a c kc o l l e c t e da n ds t u d i e dh e r es h o w st h a tt h e f i s s i o nt “l c k a g e si nd a b i eo r o g e n sc o r e ，t h es o u t ho ft a n l uf a u l tz o n e ，a n dt h es o u t h w e s to fd a b i e o r o g e na r es m a l l e rt h a nt h o s ei nt h ep e r i p h e r a la r e a s t h es t u d ys h o w st h a tr a p i d e x h u m a t i o no c c u r r e dd u r i n g9 0 - - 。6 0 m a d i f f e r e n t i a ls t r i k e s l i p m o v e m e n tb e t w e e n t a n l ua n ds h a n g c h e n g m a c h e n gf a u l tz o n e sr e s u l t e di nt h ei n t e n s ep u s h - u po ft h e c o r eo fd a b i eo r o g e n d u r i n gt h e p e r i o db e t w e e n6 0a n d7 5 m a , p o s t - o r o g e n i c t 1 t a b s t r a c t t e c t o n i ce v o l u t i o no fd a b i eo r o g e nw a sj o i n t l yc o n t r o l l e d b yt h ec l o s u r eo f n e o t e t h y si nt h ef a rs o u t h w e s ta n dt h ec o n v e r g e n c eo fp a l e o - p a c i f i cp l a t ew i t l l e u r a s i ap l a t e ，w h i c hr e s u l t e di nt h es h i f t i n gf r o mt h ef a s tc o o l i n gs t a g et ot h es l o w c o o l i n gs t a g e s e d i m e n t si nt h ea d ja c e n tb a s i n so fd a b i eo r o g e nb e t w e e n6 0a n d 3 0 m am i g h tm a i n l yc o m ef r o md a b i eo r o g e n d a b i e s h a no r o g e nh a sr e a c h e dt h e s t e a d ys t a t eb e t w e e n6 0a n d3 0 m a t h i ss t u d ya l s oh i g h l i g h t s t h ei m p o r t a n c eo f i s o s t a t i cr e b o u n di nt h ep o s t o r o g e n i cu p l i f to fd a b i eo r o g e n t h em o d e l l i n ge x h i b i t st h ef o l l o w i n gt h ee x h u m a t i o np a t t e r no fd a b i eo r o g e n s i n c ec r e t a c e o u s ，i e t h ee x h u m a t i o nr a t e s ( o 0 8 - 0 10 k r n m a ) i nt h et i a n t a n g z h a i r e g i o n ，i nt h es o u t ho ft a n l uf a u l tz o n ea n dt h es o u t h w e s to fd a b i eo r o g e na r el a r g e r t h a nt h o s eo ft h ep e r i p h e r a la r e a s ( 0 0 4 - 0 0 7 k m m a ) s i n c ec r e t a c e o u s t h u s ，t h e r e l a t i v e l yf a s te x h u m a t i o no ft h ec o r eo fd a b i eo r o g e nm a yb er e l a t e dt ot h e t r a n s t e n s i o n a lm o v e m e n t sa l o n gt h et a n l uf a u l t d u et ot h ed i f f e r e n t i a ls t r i k e s l i p m o v e m e n tb e t w e e nt a n l ua n ds h a n g c h e n g m a c h e n gf a u l tz o n e s ，t h ec o r eo fd a b i e o r o g e ne x p e r i e n c e di n t e n s ep u s h - u pa n dt h u sr e s u l t e di nt h el a r g e re x h u m a t i o nr a t e s t h ed i f f e r e n t i a le x h u m a t i o nc a u s e d b yt h en n e - t r e n d i n gf a u l t s ( s i n c el a t e c r e t a c e o u s ) p r o b a b l yc o n t i n u e da l lt h ew a yf r o mt h e18 0 0 ci s o t h e r m a ls u r f a c e ， t h r o u g h110 0 ci s o t h e r m a ls u r f a c et ot h e7 0 0 ci s o t h e r m a ls u r f a c e a t9 0 m a ，d a b i eo r o g e n sa v e r a g eh e i g h to ft o p o g r a p h y , c o m p a r e dw i t ht h e c u r r e n ts e al e v e l ，r e a c h e d1 4 5k m ( w h e ng e o t h e r m a lg r a d i e n ti sc h o s e na s2 5 c k m ) o ri 7 5k m ( w h e ng e o t h e r m a lg r a d i e n ti sc h o s e na s2 0 。c k m ) ，w h i c hi s 4 ( w h e n g e o t h e r m a lg r a d i e n ti sc h o s e na s2 5 。c k m ) o r5 ( w h e ng e o t h e r m a lg r a d i e n ti sc h o s e n a s2 0 c k m ) t i m e so ft h eh e i g h to ft o d a y ss u r f a c et o p o g r a p h yi ns i m u l a t e dr e g i o n i f t h et e c t o n i cu p l i f ti sn o tc o n s i d e r e d ，t h er e l i e fo fd a b i eo r o g e nw i l lr e a c ha tl e a s t3 k m i nl a t e c r e t a c e o u s a st ot h ev a l u eo ft h er e l i e fr e d u c t i o nf a c t o ri nd a b i eo r o g e na t 9 0 m a , t h el a r g e s tv a l u ea p p e a r e di nn o r t h e a s tr e g i o n ，f o l l o w e dc o n s e c u t i v e l yb yt h e c o r ea n ds o u t h e a s tt a n l uf a u l tz o n e ，谢t l lt h es m a l l e a s tv a l u ea p p e a r e di nn o r t h w e s t a n ds o u t h w e s tr e g i o n t h er e s u l t sr e f l e c tt h es t r o n gu p l i f td i f f e r e n c eb e t w e e nc o r ea n d n o r t hh u a i y a n gf l a n ki nd a b i eo r o g e nd u r i n gd o m i n ge x t e n s i o np e r i o d r e l i e fi nt h e c o r er e g i o na n ds o u t h e a s tt a n l uf a u l tz o n ei s h i g h e rt h a nt h o s ei nt h ep e r i p h e r a l r e g i o n s ，n o r t h w e s ta n ds o u t h w e s tf l a n k sa r em o r es t a b l et h a no t h e rr e g i o n s a b s t r a c t k e yw o r d s ：d a b i eo r o g e n ，l o w - t e m p e r a t u r et h e r m o c h r o n o l o g y ，e x h u m a t i o n ， p a l e o t o p o g r a p h y v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规 定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的e i j 届u 本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影 印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目 录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权 按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子 版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分 或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适 用本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下， 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没 有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献 的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原 创性声明的法律责任由本人承担。 签名： 年月 日 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 论文的立论依据及选题意义 2 0 世纪8 0 年代裂变径迹分析领域的“( ”年龄校正方法及外探测器方法 ( h u r f o r d ，1 9 9 0 ) 的引入，使单颗粒矿物定年成为可能。随后提出的描述磷灰 石退火过程的动力学模式( l a s l e t t 等，1 9 8 8 ；d o n e l i c k 等，1 9 9 9 ，k e t c h a m 等，1 9 9 9 ) 使得磷灰石的裂变径迹热年代学成功地应用于热演化史分析。近年来，另一种 新的高精度地质定年方法：( t j t h ) h e 年代学也取得了长足的进步( f a r l e y 等， 1 9 9 6 ；h o u s e 等，1 9 9 7 ，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ：w a m o c k 等，1 9 9 7 ：w o l f 等，1 9 9 8 ) ，成为所 有同位素体系中，封闭温度最低的定年方法。磷灰石的h e 年龄的封闭温度在 6 5 0 c 左右，而磷灰石裂变径迹封闭温度为1 1 0 0 c 左右，锆石的h e 年龄封闭温 度为2 0 0 0 c 左右。因此，磷灰石、锆石等矿物的( u t h ) h e 定年与裂变径迹 分析一起，成为重建6 5 2 0 0 。c 浅地壳低温段热历史和确定造山带抬升剥露时 代和速率、古地形演变等的重要手段。 然而，低温年代学样品记录了地壳浅部距地表仅有几公里的剥露历史，其 测年体系的封闭温度深度受热流、地形、剥露速率等因素的影响较大( t u r c o t t e 和s c h u b e r t ，19 8 2 ；s t t i w e 等，19 9 4 ；m a n c k t e l o w 和g r a s e m a n n ，19 9 7 ；b r a u n ， 2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) ，这些因素的不确定性都会影响到应用低温段热历史解释剥露速率 及恢复古地形。因为计算剥露速率和古地形高度时，需要确定封闭温度等温线 的深度，这样才能知道剥露的距离( 即等温线至地表距离) ，而地壳的内部生热、 来自地幔的稳定热流以及地表的抬升等作用都会使地壳内部产生热流，剥露速 率的大小本身也会增强或减弱热流的影响，而热流会对地温梯度造成一定影响， 如导致等温线抬高、使近地表地温梯度增加。地表地形波长、起伏也会使等温 线形态发生相应变化。振幅相同情况下，波长越大，地形对等温线形状影响深 度越大，范围也越大；波长相同情况下，振幅越大，地形对近地表等温线形状 影响越大。以上这些不确定性因素有时影响非常明显。因此解释方法需要进一 步改进，以提高解释的可靠性，并提取更多有意义的信息。 大别造山带因含有柯石英的榴辉岩等超高压变质岩的发现，而成为国内外 地学界的研究热点。近年来，中外研究者已对造山带各类岩石作了大量的放射 第l 章绪论 性同位素定年工作，提供了较为详尽的碰撞后高温段的冷却史信息( a m e s 等， 1 9 9 3 ；e i d e 等，1 9 9 4 ；陈江峰等，1 9 9 5 ；r o w l e y 等，1 9 9 7 ；h a c k e r 等，1 9 9 8 ；l i 等， 2 0 0 0 ) 。然而，目前大别造山带的主体结构是由白垩纪一新生代构造所控制，若 仅靠现今剥露面内高压超高压单元残存布局及其叠置变形是无法重建整个造山 带的抬升和剥露过程的，因此还需要对造山晚期及后造山期造山带的构造一热 演化历史，特别是抬升剥露历史进行研究，通过反演的方法就可以得到早期构 造样式。目前，早中生代大别山构造一热演化历史的研究已比较深入，相对而 言，白垩纪特别是晚白垩世以来的低温段热演化历史以及抬升剥露历史的资料 还比较少( 陈江峰等，1 9 9 5 ；王国灿和杨巍然，1 9 9 8 ；周祖翼等，2 0 0 2 ；吴堑虹等， 2 0 0 2 ；g r i m m e r 等，2 0 0 2 ；周祖翼等，2 0 0 3 ；r e i n e r s 等，2 0 0 3 ；许长海等，2 0 0 4 ； h u 等，2 0 0 6 ；r a t s c h b a c h e r 等，2 0 0 6 ) ，尤其是这些数据分别来自不同测试单位 测试流程，差别很大，为应用慎重起见，有必要再进行系统采样补充测试新数 据。而且对于低温年代学数据抬升剥露解释的定量化、系统化尚需改进。 本文通过系统全面地对大别造山带剥露历史及古地形进行定量化研究，更 加整体、直观的认识造山后的剥露作用及古地形演化，将有助于了解大别山造 山带造山作用过程后期阶段构造事件( 如隆升、拉张等) 发生的背景，从而完 善造山作用机理；将有助于了解大别造山带抬升剥露历史与毗邻沉积盆地沉积 充填作用历史之间的相互关系。 1 2 论文的研究思路及进行的主要工作 ( 1 ) 在野外区域地质调查的基础上，比较前人研究成果，又系统地采集了大 别造山带白垩纪岩浆岩和变质岩样品，然后分选出磷灰石矿物，利用外探测器 方法进行磷灰石的单颗粒矿物裂变径迹年龄及围限径迹长度测试。利用锆石 磷灰石( u t h ) h e 年龄结合其它同位素定年结果( 如黑云母a r a r 年龄) ，进 行样品的时间一温度演化的定量模拟。 ( 2 ) 白垩纪一新生代大别造山带低温剥露模拟 在模拟恢复样品的时间一温度历史及收集现有( u t h ) h e 年龄、裂变径迹年 龄基础上，分析大别造山带白垩纪尤其是晚白垩世一新生代抬升剥露速率的时 空演变规律，分析晚白垩世以来的大别造山带抬升剥露的方式。 ( 3 ) 古地形再造 2 第1 章绪论 利用低温年代学所得到的温度历史，估算相应的地层剥蚀量，在考虑均衡 作用、构造影响等因素的基础上，恢复古地形。 ( 4 ) 研究大别山造山带造山作用过程后期阶段构造事件( 如隆升、拉张等) 发生的大地构造背景。探讨大别造山带白垩纪一新生代尤其是晚白垩世以来， 抬升剥露历史与毗邻沉积盆地沉积充填作用之间的相互关系。 1 3 论文的主要研究成果( 创新点) ( 1 ) 将造山带剥露历史研究定量化，更加整体、直观的认识造山后的剥露作 用及与毗邻沉积盆地沉积充填作用之间的相互关系。 ( 2 ) 系统全面地对大别造山带进行古地形再造。 ( 3 ) 对大别造山带磷灰石进行裂变径迹分析，为了解大别造山带晚中生代以 来的构造热演化史提供新的低温年代学约束。 3 第2 章大别造山带区域地质概况 第2 章大别造山带区域地质概况 21 大别造山带的大地构造位置 大别造山带是华北板块与扬子板块碰撞造山的产物( 图21 ) ，其南、北边 界分别为襄樊一广济断裂与明港一六安断裂( 杨巍然等，2 0 0 0 ) ，造山带东端被 郯庐断裂截切向北平移到苏鲁地区( 杨巍然等，2 0 0 0 ；周高菇等，1 9 9 6 ) ，造山 带西端通过南阳盆地与秦岭造山带连接。人别造山带构造演化复杂，地层古生 物显现华北与扬子两板块的碰撞作用促使桐柏一大别古晦槽于叶 三叠世关闭 ( 杜远生等，1 9 9 7 ；李锦轶，2 0 0 1 ) ，而现今剥露面内的构造格局、岩浆组合与 热年代印迹主体属于巾生代以来浅部地质与巾、深部热构造过程叠置产物，分 析这些记录对1 ：研究造山期( 后) 构造过程与机理细节意义重大。 图2i 大别造山带大地构造位置 第2 章大别造山带区域地质概况 前期研究表明中生代大别造山带历经两次重大构造事件( 许长海等，2 0 0 1 ) ， 即碰撞折返事件( 2 4 0 一1 7 0 m a ) 和热窿伸展事件( 1 4 0 - - 8 5 m a ) 。碰撞折返促使 造山带形成背冲双侧造山样式，而热窿伸展又将这种背冲样式改造为热窿核、 伸展下滑系统与剥离断裂配置格局( 许长海等，2 0 0 4 ) 。造山带现今构造单元包 括北淮阳构弧后复理石带( 北淮阳带) 、北大别弧杂岩带( 北大别构造带) ，南 大别碰撞杂岩带( 南大别构造带或称高压变质带) 以及宿松变质杂岩带( 南淮 阳构造带) ( w a n g 等，1 9 9 3 ；王清晨等，1 9 9 8 ，宋明水等，2 0 0 2 ) ，它们分别以 信阳一舒城断裂、磨子潭一晓天断裂、五河一水吼断裂( 剪切带) 、马庙一太 湖断裂( 剪切带) 以及襄樊一广济断裂为界，其中南北大别构造带又被商麻断 裂分隔为大别地块( 包括北大别弧杂岩带及南大别碰撞杂岩带) 和红安地块。 2 2 大别造山带的断裂特征 大别造山带发育了不同时期、不同规模和不同方向的断裂构造系统，构成 了十分复杂的断裂构造格局。然而，对造山带不同时代地层发育、构造变形、 岩浆活动、矿产分布和构造演化起重要控制作用的是那些区域性的深断裂带。 根据深断裂发育历史和动力学机制分析，它们可能分属于古亚洲构造域断裂体 系和濒太平洋构造域断裂系统范畴。前者为大致与造山带走向平行的深断裂， 其形成时间早，具有长期活动历史，对造山带的形成和发展起着重要控制作用， 其主要走向为e w ：后者除郯庐断裂带外，多形成较晚，对造山带早期形成的断 裂和褶皱构造起着明显的破坏作用，其主要走向为n n e 。濒太平洋构造域对古 亚洲构造域断裂体系在中生代有明显的改造作用。 如图2 1 ，平行于造山带的近e w 向的断裂有信阳一舒城断裂( 北淮阳弧后 复理石带北界) 、晓天一磨子潭断裂( 现今合肥盆地的南界) 、五河一水吼断裂 ( 剪切带) 、马庙一太湖断裂( 剪切带) 、襄樊一广济断裂( 造山带南部边界 断裂) ；基本上和造山带垂直的n n e 向断裂主要为郯庐断裂、商麻断裂。这些 断裂规模大、切割深，不仅常常控制着构造地质单元的分布，而且也控制着沉 积盆地的发育和演化。 2 2 1 信阳一舒城断裂 信阳一舒城断裂全长3 0 0 k m 以上，总体走向1 1 0 0 ，地表倾角3 0 一8 0 。，向 5 第2 章大别造山带区域地质概况 南倾斜。以一套强烈变质的糜棱岩带为标志。在地球物理场上该断裂表现为一 明显的重、磁梯度带和重、磁场分划带。 在桐柏山一大别山一带，断裂北侧分布的- - f i g 坪岩群具蛇绿混杂岩性质， 向东经河南光山、商城及安徽金寨一线，沿断裂带仍然见有一系列具“混杂岩” 性质的岩块( 片) 产出。沿该断自西向东，东秦岭一桐柏山一带出露的秦岭岩 群一二郎坪岩群逐渐消失，只是部分地段见有残余构造岩片( 块) ( 河南省区域 地质志，1 9 8 5 ；李云安，1 9 9 7 ) ；至安徽金寨地区，与- - f i g 坪岩群相对应的梅山 岩群也是成构造岩片出露，并且在该断裂带中可见到梅山岩群和佛子岭岩群一 起自南而北逆掩于中生代地层之上。 过金寨进入合肥盆地，大地电测深物探资料表明该断裂两测的基底性质有 重大区别，北侧变质岩电阻率很低，为1 2 0 - - 3 0 0 f 2 m ，推断为霍丘群；南侧变 质岩电阻率高达3 7 0 0 - - - 4 5 0 0 f 2 m ，推断为佛子岭群。信阳一舒城断裂控制了燕 山期北淮阳火山岩带的北部边界。 信阳一舒城断裂在侏罗纪显现由南向北逆冲推覆的性质，而侏罗纪后伸展 又具有张性控盆断裂特点。 2 2 2 晓天一磨子潭断裂 晓天一磨子潭断裂是目前地表上大别造山带最北的一条大断裂( 考虑到现 今将晓天一磨子潭断裂到信阳一舒城断裂之间的自垩纪火山岩盆地划分为合肥 盆地的一部分) 。该断裂分开了北大别弧杂岩带与北淮阳弧后复理石带，也是合 肥盆地和北淮阳中生代火山岩带的南部边界。 该断裂走向n w w ，在地表断裂面产状较陡，以发育宽达数百米至数千米强 烈变形的糜棱岩为特征，并有不同类型的岩脉充填。 地球物理资料表明，断裂带两侧地质块体的重、磁场特征具有明显的差异， 是一条显著的重、磁异常梯度带。在断裂南侧北大别的青山一桐城一带，有大 小不一的镁铁质一超镁铁质岩块( 体) 成断续带状分布，并具有“蛇绿混杂岩 性质( 徐树桐，1 9 9 2 ，1 9 9 4 ) 。在北淮阳东段显而易见的是叠加在糜棱岩带之上 的向北陡倾的脆性正断层，构成南侧大别杂岩和北侧佛子岭群、卢镇关群以及 中生代地层的界线。断裂两侧的地质构造单元迥然各异的沉积、变质、岩浆、 成矿作用，显示了它对区内成岩成矿具有重要控制作用。 沿该深断裂的糜棱岩化时代是多期的，但主要是印支期的，因为侏罗纪以 6 第2 章大别造山带区域地质概况 后的沉积岩、火山岩以及侵入体均未糜棱岩化，而其以下地层均遭受强烈动力 变质作用。断层带内构造岩大致有5 种类型，糜棱岩、构造片岩、玻化岩、碎 粒岩和构造角砾岩，反映出该断层经历了不同阶段、具有不同层次不同应力状 态特点。早期为北淮阳槽南界，随后受深层次的强应力塑性变形，形成糜棱岩 和多期次的构造片岩，到晚侏罗世随大别造山或花岗岩穹隆的作用表现为脆性 正断层，产状总体为3 0 0z 6 0 0 。磨子潭处该脆性断裂中构造岩无胶结，这些现 象表明在白垩纪后仍然存在北淮阳区缩小，大别山向北扩大的运动，目前该断 层正表现为逆冲运动。 磨子潭一晓天火山一沉积盆地的形成明显受该断裂的控制，中生代沿断裂 岩浆活动频繁。近年来对晓天一磨子潭断裂的研究更加深入，h a c k e r 等( 2 0 0 0 ) 认为它由西向东从一条宽的n w 走向的左旋转换挤压断裂带，逐渐变成产状为 3 0 0z 5 0 0 的左旋转换拉张断裂。在它的东段w n w 走向部分，常常伴随着左旋 走滑倾斜剪切。在东部它被始新世所覆盖或者局部被走向n e 的断裂所切割，这 些断裂由退变质的构造岩、糜棱岩、富绿泥石的薄层超糜棱岩和脆一塑性断裂 组成，与新生代郯庐断裂的碎裂岩不同。 总体上该断裂具有多期多性质的活动，侏罗纪向南倾，具有逆断层性质， 白垩纪有一次明显的走滑，晚期既有正断层也有逆断层的特征。 2 2 3 襄樊一广济断裂 襄樊一广济断裂是大别造山带与扬子陆块的分界线，两侧地质构造面貌和 地球物理场都存在显著的差别。根据物探资料分析认为该断裂是一大型犁式断 裂，深部与大悟一浠水断裂相连。断裂北侧是大别造山带的主体部分，为一套 中深变质岩出露区；断裂南侧为扬子陆块沉积盖层分布区。该断裂由斜冲断层 为主，使大别山主体向南运移，沿断裂带发育一系列“峰”“窗”构造，在一些 地区尚能见到变质岩推覆至前陆的白垩系红盆之上( 杨巍然等，2 0 0 0 ) 。在断裂 靠近大别山的一侧有燕山期岩浆岩充填于断裂中。由此可见，该边界断裂是一 长期活动的断裂。 该断裂带全长10 0 0 余千米，在大别山南缘经黄陂直至广济而被郯庐断裂带 截切，总体呈n w w 走向。沿断裂带出现较宽的破碎带，一般数百米，个别地 段达几千米。断裂带主断面多表现北倾，常常可观察到断裂北侧地层( 造山带) 向南侧逆冲推覆到扬子板块区沉积盖层之上。该断裂为一向n n e 倾的低角度塑 7 第2 章大别造山带区域地质概况 性逆断层，叠加的南倾脆性破裂带，形成中生代断陷盆地北部边界。断层带宽 0 0 5 - - 一3 k m ；构造岩类型有糜棱岩、碎裂岩、张性角砾岩等。老地层逆掩于侏罗 系之上，表明中生代后仍发生了由北向南的逆掩运动，因此，随县一浠水断裂 活动时间、期次、断层岩等反映的活动特点基本与大别山北部的桐柏一桐城断 裂相似。在应山南东所见燕山晚期花岗岩中出现的玻化岩、糜棱岩与北淮阳舒 城查湾岩体中出现的玻化岩、糜棱岩所反映的构造层次，活动时间完全相同， 该断裂是造山带中规模非常巨大的一条深断裂带，构成大别造山带与扬子板块 的分界线，是具有重要区域分划意义的深大断裂。 该深断裂地球物理场反映明显，其两侧具有不同磁场类型，尤其在湖北境内， 呈现磁异常梯度带。青峰至广济地段，断裂带北部为重力场负异常区域，南部 为正异常区域，反映两侧基底的组成、性质和地壳厚度存在差异性。当重力向 上沿拓1 卜4 0 千米时，梯度明显，且随沿拓高度增加梯度带有明显的北移动现 象，反映断裂带深部断面北倾，这与地表显示的产状是一致的。此外，人工测 震资料证实，沿深断裂带地震波能量有急剧的衰减现象。该断裂在漫长的地质 时期对南北两侧地质演化起着重要控制作用，属于规模巨大的岩石圈断裂( 吴 利仁等，1 9 9 8 ) 。 2 2 4 商麻断裂 商麻断裂呈北北东向，在大别造山带的中间将其横切，并将其划分为东西 性质有别的两部分，西北被称为红安地块，东北被称为大别地块。该断裂对大 别山东、西两段的地质构造格架有明显的控制作用。东段山脉隆升幅度较大， 西段相对较弱。沿断裂带以出露一套韧性一韧脆性构造岩为特征，并控制了两 侧的中、新生代盆地的发育。从断裂的运动学分析，它具有左型正向走滑性质。 在地球物理场特征上，东侧为一面型重低磁高区，西侧成一线型重高磁高区。 商麻断裂以西，杨子陆块向北插入，推移距离较大，大致抵达红安一新洲一线， 因此造成西段重力显著升高。 从控制晚元古代的沉积特征来看，该断裂可能在加里东期愈合，燕山期再 活动。该断裂在麻城南和商城北皆被中生代断陷盆地沉积物所掩盖，向南与梁 子湖断裂相接，影响宽度0 5 1 5 k m ，走向n n e 。该断裂韧性剪切特征明显， 剪切带内透入性片理发育，总体产状2 7 0 0 一3 4 0 0 么1 0 0 一3 0 0 ，并呈现出由北东 转向近东西的弧型特征，尤其是药铺一带表现突出。从拉伸线理产状总体约3 1 0 8 第2 章大别造山带区域地质概况 。3 0 0 变化不大来看，这种弧型构造可能是形成时产生的。构造岩主要为糜棱 岩、超糜棱岩、构造片岩以及脆性变形的碎裂岩、张性角砾岩等。根据构造岩 的运动学标志，早期为右行走滑兼正向滑脱，中生代再次活动，此时表现为左 行正断层，也许与郯庐断裂活动有关。在剪切带的两侧，不仅岩层产状不同， 并且岩石组合、标志层、岩浆活动以及构造样式亦不尽相同。该断裂西侧为桐 柏杂岩群，主要为各类变粒岩和角闪岩和大理岩组成。断裂东侧为大别杂岩群， 主要由混合二长片麻岩、磁铁石英岩、角闪岩和大理岩组成。认为此断裂最早 发育于武陵期，表现为一种东升西降的滑脱型剪切变形，形成桐柏杂岩与大别 杂岩的分划性构造。其形成时间与北淮阳裂陷槽形成时间相同。 2 2 5 郯庐断裂带 郯庐断裂带是我国东部规模巨大的深断裂带之一。其北起黑龙江南止长江 边，总体上呈n n e 走向，纵贯我国大陆东部，绵延2 4 0 0 余k m 。其大规模的左 行平移将大别造山带与苏鲁造山带平移达5 5 0 k m ( 万天丰等，1 9 9 6 ；王小风等， 1 9 9 8 ；朱光等，1 9 9 5 ) ，并牵引弯曲形成了张八岭隆起。断裂带的平移运动在 张八岭隆起和大别造山带东缘形成宽达数千米的、n e m 姬向左旋走滑韧性剪 切带，剪切带由糜棱岩、超糜棱岩和千糜岩组成。这些走滑韧性剪切带产状陡 倾，倾角多介于6 0 8 0 0 之间。 据碱性玄武岩包裹体测定，推测断裂切割深度在3 8 - - 8 0 k m ( 林传勇等， 1 9 9 4 ) ，总体走向n n e ，宽约2 0 - - 4 0 k m ，为合肥盆地与下扬子准地台的分界线， 是合肥盆地的东界断裂。在安徽段由4 条主要断裂构成，自西而东为五河一舒 城断裂、嘉山一肥西断裂、定远一太湖断裂、嘉山一庐江断裂。燕山中期即早 白垩世大规模的左行平移运动期间，发生动力变质作用，使前期糜棱岩带局部 混合岩化。 该断裂燕山中期活动最为强烈，以拉张断陷作用为主，导致了郯庐断裂与 合肥盆地相通，形成了下白垩统及上白垩统下部沉积。在老第三纪末期，中国 东部发生近e w 方向的挤压，伸展活动结束，断裂转入挤压期。该断裂控制了 盆地东部白垩纪及其以后的沉积和分布。喜马拉雅期虽然活动较弱，但在早期 曾出现强烈的拉张，导致幔源型岩浆活动。 郯庐断裂在布格重力异常上反映为明显的n n e 向梯度带；在航磁特征上表 现为明显的n n e 向正负磁异常的分界线，其东部为高正值异常带，场值多在2 0 0 9 第2 章大别造山带区域地质概况 一5 0 0 n t 之间变化，代表了张八岭隆起，西侧为负异常带，为盆地区的反映；在 电性上反映为北东走向的等值线密集带，主断裂池河一西山驿断裂( 通称郯庐 断裂) 控制了合肥盆地的边界。据地质资料，郯庐断裂为一大型走滑断层。池 河一西山驿断裂东为中元古界张八岭群形成的隆起，断裂西侧为中新生界陆相