（构造地质学专业论文）燕山期南大巴山前陆褶皱带西缘叠加构造特征.pdf

摘要 秦岭造山带南部南大巴山弧形推覆带前缘的前陆褶皱带西缘与米仓山东西向构造 东端形成了镇巴一简池以北的横跨叠加区和南部以出露三叠系与侏罗系为主的扇形三 角叠加区。研究不同类型叠加区构造几何学和运动学特征及其形成演化，有利于更好地 认识燕山期以来秦岭造山带与扬子地块北缘陆内构造的关系。以前人研究成果为基础， 论文利用野外构造观测和褶皱几何要素统计进行构造解析，辅以磁组构测试方法，结合 地球物理解释资料，综合分析了印支期勉略带闭合后燕山期为主的陆内构造演化过程南 大巴山推覆带西缘与米仓山近东西向短轴背斜、米仓山南部巨型挠曲向斜的叠加关系。 经分析总结最终得出以下认识与成果： ( 1 ) 初步探讨了研究区扇形三角叠加区的形成机制。米仓山南缘近东西向挠曲向斜与 华蓥山西缘向斜在研究区南部镇巴一万源之间叠加形成一个北东收敛、南西开放的向斜 叠加区；稍后南大巴山前陆褶皱带南西向的推覆叠加，使这一区域形成现今以三叠系一 侏罗系为主要变形岩层的扇形三角叠加区构造面貌。 ( 2 ) 基于前人成果和本文取得认识，探讨了四川箍地东北缘研究区范围内燕山期陆内 构造的演化时序。中侏罗世末扬子地块向北的继续深俯冲在其北缘首先发育一期近东西 向褶皱构造，近于同时或稍晚川东褶皱带由南东向北西扩展，与米仓山南缘的东西向挠 曲向斜形成叠加向斜；晚侏罗世末，大巴山构造带在两侧汉南和黄陵刚性地块的阻挡下 向南西方向推覆，形成了指向南西的弧形南大巴山前陆褶皱带，与上述向斜叠加，这一 由三方向构造共同作用下的叠加过程至少持续到早白垩世晚期，其中米仓山近南北向挤 压则趋于减弱。 ( 3 ) 对磁组构在多方向多期次水平挤压形成叠加变形的沉积岩区的应用进行了探索性 的尝试。论文研究取得一些初步认识与成果，同时还提出应用其进行叠加构造分析时必 须与区域地质资料紧密联系，并应在一定限定条件下使用。 关键词 燕山期，南大巴山，叠加构造，扇形三角区，磁组构 y a n s h a n i a ns u p e r p o s e ds t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so f w e s t m a r g i no ff o r e l a n df o l db e l to fs o u t hd a b a s h a n a bs t r a c t i nt h ef r o n to fs o u t hd a b a s h a na r c u a t et h r u s tb e l t ，t w ok i n d so fs u p e r p o s e da r e a sa r ef o r m e d i nt h ew e s tm a r g i no ff o r e l a n df o l db e l t ，t h eo n ei st h ec r o s ss u p e r p o s e da r e ai nt h en o r t h e r n p a r t ，a n dt h eo t h e ri saf a n - s h a p e ds u p e r p o s e da r e a ，w h i c hi sd o m i n a t e db yt r i a s s i ca n d j u r a s s i ci nt h es o u t h e r np a r t i ti sm e a n i n g f u lt os t u d yt h es t r u c t u r a lg e o m e t r ya n dk i n e m a t i c c h a r a c t e r sa n df o r m a t i o no fd i f f e r e n tt y p e so fs u p e r p o s e da r e a st of u r t h e ru n d e r s t a n dt h e i n t r a c o n t i n e n t a lt e c t o n i c sa n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eq i n l i n go r o g e n i cb e l ta n dt h en o r t h m a r g i no fy a n g t z eb l o c k b a s e do np r e v i o u sr e s e a r c hr e s u l t s ，s o m er e s e a r c hm e t h o d sa r e a p p l i e di nt h i ss t u d y , s u c ha ss t r u c t u r a la n a l y s i sb yf i e l do b s e r v a t i o na n ds t a t i s t i co ff o l d g e o m e t r i cf a c t o r s ，t e s to fa n i s o t r o p yo fm a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y ( a m s ) a n ds o o n t h e d i s c u s s i o nc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y s i st h es u p e r p o s e dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ew e s tm a r g i no f s o u t hd a b a s h a nf o r e l a n df o l db e l ta n dt h em i c a n g s h a nn e a r l ye wa n t i c l i n e ，a sw e l la st h e g i a n tf l e x u r a ls y n c l i n el o c a t e dt ot h es o u t ho ft h em t m i c a n g s h a nd u r i n gt h ey a n s h a n i a n i n t r a c o n t i n e n t a lt e c t o n i ce v o l u t i o na f t e rt h ec l o s u r eo fm i a n l u es u t u r ei ni n d o s i n i a n t h em o s t s i g n i f i c a n tf r u i t so ft h i ss t u d yc a nb ec o n c l u d e d a sf o l l o w s 1 ) t h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h ef a n - s h a p e ds u p e r p o s e da r e ai sp r e l i m i n a r i l yd i s c u s s e d a tt h ef i r s ts t e p ，t h en e a r l ye w g i a n tf l e x u r a ls y n c l i n et ot h es o u t ho fm t m i c a n g s h a na n dt h e n n es y n c l i n et ot h ew e s to fm t h u a y i n g s h a nw e r es u p e r p o s e di nt h es o u t ho ft h es t u d ya r e a a n dab r o a ds u p e r p o s e ds y n c l i n ea r e aw a sf o r m e d ，w h o s en e p a r tw a sn a r r o ww h i l es wp a r t w a sr a l e t i v e l yw i d e l a t e r , t h eb r o a ds y n c l i n eu n d e r w e n ta n o t h e rs u p e r p o s i t i o nb yt h ew e s t m a r g i no fs o u t hd a b a s h a nf o r e l a n df o l db e l t ，a n dt h ef a n s h a p e ds u p e r p o s e da r e aw h i c h m a i n l yo u t c r o pt r i a s s i ca n dj u r a s s i cw a sf i n a l l yf o r m e da tt h es o u t ho fs t u d ya r e a 2 ) b a s e do np r e v i o u sr e s u l t sa n db o u n d a r i e so fa b u n d a n tm a t e r i a l so b t a i n e di nt h i ss t u d y , i t c a nb ei n f e r r e dt h a tt h en em a r g i no fs i c h u a nb a s i nh a s u n d e r g o n e t h e f o l l o w i n g i n t r a c o n t i n e n t a lt e c t o n i ce v o l u t i o ns e q u e n c ei ny a n s h a n i a n l a t ej 2 ，an e a r l ye wf o l dw a s f o r m e di nt h en o r t hm a r g i no fy a n g t z eb l o c k ，d u et ot h ec o n t i n u i n gs u b d u c t i o no fy a n g t z e i i i b l o c kt o w a r d sn o r t h s y n c h r o n o u s l yo rl a t e r , t h es o u t hs i c h u a nf o l db e l te x t e n d e df r o ms et o 帆a n d s u p e r p o s e dw i t ht h en e a r l ye w f l e x u r es y n c l i n ea n df o r m e dt h ep r i m a r yf r a m e w o r k o ft h es o u t hp a r to fs t u d ya r e a b e c a u s eo ft h eb a r r i e ro fh a n n a na n dh u a n g l i n gr i g i db l o c k s ， a tl a t ej 3 ，t h ed a b a s h a nt h r u s tb e l to v e r t h r u s t e df r o mn et o w a r d ss w , w h i c hi n d u c e dt h e f o r e l a n df o l db e l ta n ds u p e r p o s e do n t ot h ef o r m e rs y n c l i n e f u r t h e r m o r e ，t h et e c t o n i cr e g i m e m a d eu po ft h et h r e ed i f f e r e n tt e c t o n i cs t r e s sl a s tt oa tl e a s tl a t eo fk i ，h o w e v e r , t h en e a r l ys n c o m p r e s s i o n a ls t r e s sb e c a m em u c hw e a k e ri nt h el a t es t a g e 3 、d u et ot h es t u d ya n da n a l y s i so ft h ea p p l i c a t i o no fm a g n e t i cf a b r i ci ns u c hac o n d i t i o n w h e r et h es e d i m e n t a r yr o c k sd e f o r m e di nam u l t i - s t a g ea n dm u l t i - d i r e c t i o nr e g i m e ，p l e n t yo f u s e f u li n f o r m a t i o na r eo b t a i n e d ，a n di t sa l s os u g g e s tt h a tt h i sm e t h o ds h o u l db eb a s e do nt h e b a s i cg e o l o g i cb a c k g r o u n da n db eu s e dc a r e f u l l yi ni n t r i c a t ea r e a k e yw o r d s y a n s h a n i a n ，s o u t hd a b a s h a n ，s u p e r p o s e ds t r u c t u r e ，f a n s h a p e da r e a ，m a g n e t i cf a b r i c l v 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：萄堑啦指导教师签名： 习年移月，z 日z 明年6 月，乙e l 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本 论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 舞僵埠 加d 9 年6 月，z 日 西北大学硕士学位论文 1 引言 1 1 科学问题与选题依据 秦岭造山带的中新生代陆内叠加构造，是在中新生代全球构造与区域陆内造山作用 背景下发生的( 张国伟等，2 0 0 1 ) 。在秦岭造山带中段南部，南大巴山弧形推覆带前缘 前陆褶皱带西缘与米仓山东西向构造东端形成了明显的叠加现象，是研究中新生代( 主 要是燕山期) 陆内构造特征的理想地带。因此，这一地区及其周边一直是国内外地质学 者关注和研究的热点。经过几十年的研究，前人已取得了大量的基础认识和重要成果， 但对燕山期以来南大巴山推覆带的前缘褶皱的变形与米仓山的东西向构造各自的形成 和横跨叠加关系、南大巴山前陆褶皱带西缘镇巴一简池以北的横跨叠加区和南部镇巴一 万源之间以出露三叠系到侏罗系为主的扇形三角区的构造几何学和运动学特征的对比， 以及上述地表构造特征与深部背景的关系等，至今仍存在较多争议，影响着人们对燕山 期以来秦岭与扬子陆内构造与关系的认识。因此，选题开展“燕山期南大巴山前陆褶皱 带西缘叠加构造特征 论文研究，力图从大陆构造研究的视角，利用构造几何学、运动 学分析和磁组构测试手段，结合地球物理解释资料，综合分析研究印支期勉略缝合带闭 合之后，燕山期南大巴山推覆带西缘与米仓山东西向构造间的相互叠加关系。其中重点 是探索研究南大巴山前陆褶皱带上镇巴一万源之间突出的以三叠系一侏罗系为主的平 面呈扇形三角区的构造特征与形成。 1 2 研究现状 1 2 1 大陆构造与陆内造山 板块构造理论作为2 0 世纪地球科学的重大成果，带动了地质科学乃至整个地学领 域的重大变革，至今仍主导着国际地球科学界，并继续深化发展。然而，近三十多年来 学者们发现经典的板块构造模式难以对大陆内部，尤其是在碰撞造山后陆内强烈的构造 活动与变形提供详细的解释与描述，显示出板块构造理论对于大陆复杂性和特殊性的局 限。因此，美国在上世纪9 0 年代提出大陆动力学的概念，制定了国家级大陆动力学研 究计划，以进一步完善和发展板块构造学说，探索建立大陆动力学理论( b a l l ye ta 1 ， 1 9 8 0 ；张国伟等，2 0 0 1 ) 。国内外学者进行了大量研究，探讨概括了其主要研究领域与 问题，包括以下五点：( 1 ) 大陆软流圈是否具全球性；( 2 ) 大陆演化是否符合非威尔逊 1 引言 旋回；( 3 ) 大陆垂向增生；( 4 ) 大陆结构的多层性及耦合与非耦合关系；( 5 ) 大陆构造 变形力源多元多源性等。这些问题的进一步研究深化，无疑将推动地球科学新的发展， 因此大陆构造与大陆动力学研究已是当代固体地球科学发展的主要前缘领域之一。 造山带可以广泛理解为是呈狭长隆起山脉的由造山作用所形成的岩石圈和地壳变 形构造带( 张国伟等，2 0 0 1 ) 。挤压收缩引起的断裂褶皱可以造山，扩张拉伸( 邵济安 等，2 0 0 5 ) 、剪切走滑、火山活动等同样可以造山。然而总体上地球上的造山带多数是 岩石圈或地壳收缩增厚构造变形所造成的。 陆内造山构造主要指大陆板块内部在大陆动力学背景下陆内造山作用所形成的各 种造山构造。它们在深部地质作用背景下发生，造成大陆壳的强烈构造变形，包括巨型 陆内俯冲，并伴随变质作用和岩浆活动，地壳与岩石圈加积增厚隆升成山，从而构成陆 内造山带。目前研究认为，陆内造山形成的动力和机制主要包括陆内水平侧向与垂向作 用，如大陆壳下地幔柱上升作用、地幔底侵作用与拆沉作用、壳幔间或幔内剪切作用， 以及大陆壳内及其下伏幔内的非均一分层结构与差异运动等。大陆构造基本形式多样， 主要有：古板块构造在大陆上的遗迹；现代板块对大陆作用形成的陆上构造，包括板块 构造远程效应；真正大陆内的陆内构造，包括陆内造山和陆内盆地构造( 张国伟，2 0 0 9 ) 和不同阶段的伸展构造( 马杏垣等，1 9 8 2 ) ；多层次拆离滑脱构造和逆冲推覆构造( 朱 志澄等，1 9 8 9 ) 及剪切走滑构造( 钟大赉等，1 9 9 3 ) 等。 世界主要造山带在板块碰撞会聚的主造山之后的后造山期，还经历了长时期强烈的 陆内构造演化，很多造山带都是此时隆升成山的。大量深部地震资料表明，古老造山带 之下往往没有山根，m o h o 面近水平，揭示有新m o h o 面的形成和壳幔间发生相互作用、 重新调整( 邵济安等，2 0 0 5 ) ，表明在碰撞之后深部地质作用仍在强烈进行。后造山陆 内构造在发生强烈挤压收缩的同时，还有一系列伸展一剥离、抬升、塌陷等大陆岩石圈 的物理、化学的复杂过程，是大陆造山带的一个重要新演化阶段。 中国大陆主体拼合的主要结合带秦岭造山带在中晚三叠世结束主造山期板块 构造的全面碰撞而最终闭合，转入陆内构造演化阶段，但并未向稳定克拉通方向发展， 而是经历了中生代燕山早中期的陆内造山作用、中生代晚期和新生代的陆内构造、晚近 时期新的裂解三个阶段( 张国伟等，2 0 0 1 ) ，发生了强度不亚于主造山作用的陆内造山 作用，形成了秦岭现今这样一条雄伟山脉。其陆内造山作用与过程，在秦岭中新生代地 层沉积、花岗岩浆活动和构造变形变质以及地球化学、地球物理等方面都有显著的反映 和记录( 张国伟等，2 0 0 1 ) 。 2 西北大学硕士学位论文 1 2 2 叠加褶皱研究简述 构造叠加可分复合构造与联合构造两种，一般把同时发生的两个或两个以上构造应 力应变场及有关构造的叠加称为联合构造，而把同地不同时的叠加构造称为复合构造 ( 乐光禹，1 9 8 6 ) 。四川盆地东北缘的大巴山与米仓山、大巴山与川东褶皱带之间可能 分别属于这两种关系。从上世纪中叶开始，国内外学者就已对叠加褶皱进行了卓有成效 的研究，包括理论探讨( r e y n o l d se ta 1 ，1 9 5 4 ；w e i s se ta 1 ，1 9 5 9 ；o d r i s o l le s e ta 1 ， 1 9 6 2 ；t u m ee ta 1 ，1 9 6 3 ；r a m s a yj ge ta 1 ，1 9 9 1 ；贾精一等，1 9 8 3 ；t h i e s s e ne ta 1 ， 1 9 8 6 ；马杏垣等，1 9 8 7 ；乐光禹等，1 9 8 6 、1 9 9 0 ；田作基等，1 9 9 4 ；杜思清等，1 9 9 8 ； 黄继钧等，1 9 9 8 ) 和实例研究( g r o c o t tj e ta 1 ，1 9 8 4 ；吴德超等，1 9 9 7 ；李岩峰，2 0 0 5 ； 董树文，2 0 0 6 ) 等。 r a m s a yj g ( 1 9 6 7 ) 对叠加褶皱的研究较为深入系统，提出了四种基本干涉型式类 型和九种二维平面干扰型式的模式，成为之后研究的基础。对于发育于沉积岩区的纵弯 叠加褶皱( g h o s hs k e ta 1 ，1 9 9 2 ；杜思清等，1 9 9 8 ) ，由于其往往缺乏像变质岩区一 样伴随多期褶皱的面理和线理，因此叠加褶皱的露头形态( 或干扰型式) 是识别和研究 沉积岩区的叠加褶皱的重要途径之一。 叠加褶皱影响因素很多，包括多期受力和变形的方位关系、岩石力学性能、结构构 造、岩性组合、叠加的机制与几何形态等，叠加褶皱研究的主要任务是识别叠加褶皱类 型，进而辨别其复合叠加的先后顺序、分析叠加机制并将其应用于生产中。叠加褶皱研 究方法主要有野外地质观察研究、物理实验模拟( o d r i s o l le s e ta 1 ，1 9 6 2 ：张文佑等， 1 9 8 5 ；田作基等，1 9 9 3 ) 、数学模拟( s t a b l ee ta 1 ，1 9 6 8 ；h u a d l e s t o ne ta 1 ，1 9 7 3 ；y l a x a a a x a a 1 ，1 9 7 4 ；刘德良等，1 9 9 6 ) 和计算机模拟( t h i e s s e ne ta 1 ，1 9 8 6 ) 等。近些年一些 学者利用新的技术手段和思路，取得了新成果( k u s k yt m e ta 1 ，2 0 0 1 ；陆关祥等，2 0 0 2 ； s e n g u p t as e ta 1 ，2 0 0 5 ；l i s l er j e ta 1 ，2 0 0 6 ；c r e s p oa e ta 1 ，2 0 0 7 ) ，丰富并深化 了这一领域的研究，对区域构造、固体矿产、油气藏找寻也提供了重要帮助。 前人对横跨叠加褶皱形成的力学机制的研究( 田作基等，1 9 9 3 、1 9 9 4 ) 在本区有一 定借鉴意义。纵弯叠加褶皱，即早期褶皱受到沿着褶轴方向的挤压力作用下再次发生褶 皱，可类似于柱形壳在轴向压力作用下发生的屈曲，若褶皱两翼曲率不同，屈曲首先发 生在曲率最小的部分；而褶皱两翼曲率相同时，早期褶皱翼倾角较小的易于产生横跨褶 皱，早期往往是限制型褶皱。也有学者专门讨论过联合构造( 乐光禹等，1 9 8 6 、1 9 9 0 ) ， 认为同一地块在两组或两组以上外力联合作用下所产生的构造应力场，等于各组外力分 3 1 引言 别作用所产生的构造应力场的叠加，还推导出不同应力状态的叠加公式和叠加曲线。 南大巴山前陆褶皱带与米仓山近东西向构造带的关系属于典型的复合叠加褶皱，而 与川东褶皱带的关系同具复合与联合叠加特征，在不同地带或产生折衷的构造形变，或 彼此穿插干扰。尽管前人研究已取得了较多的成果，但对发育在南大巴山推覆带前缘的 两类叠加的构造变形特征、形成演化规律以及空间上相邻的这两种叠加构造的对比等还 有争议，值得做进一步的研究。 1 2 3 四川盆地东北缘构造带 ( 1 ) 大巴山弧形推覆带前锋 大巴山弧形构造带位于上扬子地块东北部，现今四川盆地与秦岭造山带的过渡部 位，秦岭一大别山印支期造山带中出露宽度最大部位安康地区南缘，是秦岭一大别造山 带南缘边界上三个指向南的弧形逆冲推覆构造( 张国伟等，2 0 0 3 ) 之一，在中新生代的 秦岭陆内造山过程中，大规模向南推覆，由于东西两侧汉南杂岩与黄陵背斜的不均一阻 挡形成向南西偏移的逆冲推覆构造( 张国伟等，2 0 0 1 、2 0 0 3 ；李三忠等，2 0 0 2 ) 。通常 以规模巨大的城口一钟宝北西向断裂为界，自北东向南西将其划分为北大巴山和南大巴 山，且二者沿城口一钟宝断裂明显截切( 乐光禹等，1 9 9 8 ) 。本论文研究区涉及南大巴 山西缘，属南大巴山弧形推覆构造的前陆褶皱带。 前人研究表明，大巴山构造带是一个自印支期以来长期发展的冲断推覆构造带，主 导应力来自秦岭方向，而深部背景为扬子地块向北俯冲和秦岭造山带向南的仰冲的大陆 地壳相对运动。具体于研究区，实际突出的则是四j i i 地块白南向北的俯冲( 张国伟等， 2 0 0 1 ) 。本区变形具有平面及纵向上多层次的特点，南大巴山冲断褶皱系主要由发育在 四套滑脱层中的台阶状逆断层及断层相关褶皱所构造成的薄皮冲断变形带组成( 何建坤 等，1 9 9 7 ；裴振洪等，2 0 0 7 ) ，其形成与深部滑脱作用的非均质性有关( 郭正吾等，1 9 9 4 ) 。 伴随华北与扬子板块印支期的碰撞拼合，北大巴山首先卷入变形发生冲断褶皱并向南扩 展，燕山期北大巴山整体向南逆冲，造成南大巴山逆冲推覆变形形成弧形构造带，这一 作用已经波及到现今的四i l k 地东北部。大巴山推覆构造总体的趋势是前展式( 乐光禹 等，1 9 9 8 ；李智武等，2 0 0 6 ；汪泽成等，2 0 0 6 ) ，变形强度由北而南依次递减，构造变 形的滑脱层也变浅、变新( 高长林等，2 0 0 3 ) 。此外来自秦岭方向的挤压应力在向南扩 展过程中因阻挡边界的不均一性还产生了一定的右旋走滑挤压( 何建坤等，1 9 9 7 ) 。 南大巴山推覆构造弧形前缘受到了汉南一米仓山构造和川东褶皱带不同时期复合 4 西北大学硕士学位论文 一联合构造的影响( 乐光禹等，1 9 8 6 、1 9 9 0 ；黄继钧等，1 9 9 8 ；裴振洪等，2 0 0 7 ) 。空 间上，在镇巴一简池一线以北出露较老的志留系一三叠系褶皱变形，渔渡一万源一白沙 一线以东南亦出露较老的奥陶系一三叠系褶皱变形，而上述两条线之间的扇形三角区则 出露三叠系一侏罗系为主的褶皱；而此三个区段同属南大巴山前陆褶皱带，其几何形态 总体并无明显差异，形成统一的弧形变形带。 ( 2 ) 米仓山近东西向短轴褶皱 汉南一米仓山东西向构造位于现今上扬子地块北部，北邻东西向秦岭造山带，南为 四川盆地，东西分别接北西向的大巴山弧形推覆构造带西缘和北东向的龙门山推覆构造 带的东北端，濒临秦岭造山带出露最窄的的“蜂腰部位”南缘。 汉南隆起基底是太古一元古宙火山一沉积岩系，是一个成分复杂、多次活动的结晶 杂岩群( 严阵等，1 9 8 5 ；尚瑞钧等，1 9 8 8 ) ，由于固结程度高刚性强，在印支期以来的 构造拼合和陆内构造中，对四川盆地北缘的构造变形起着重要的作用( 郭正吾等，1 9 9 6 ) 。 米仓山构造带总体格局为一大型短轴复式背斜，核部为太古一元古宙基底，上部为 震旦系一白垩系沉积盖层，主要构造样式为穹式短轴背斜，总体表现为一个枢纽向东西 两倾伏的巨型背斜，而在其南侧则相应形成不对称巨型挠曲型向斜构造。综合前人研究 ( 孙树林等，1 9 9 4 ；郭正吾等，1 9 9 6 ；邓明森等，1 9 9 7 ；魏显贵等，1 9 9 7 a 、1 9 9 7 b ；吴 德超等，1 9 9 8 ；李三忠等，2 0 0 2 ；张国伟等，2 0 0 3 ) 分析认为，汉南一米仓山地区在前 寒武纪基底之上，接受了长期的被动陆缘沉积。在晚三叠世的印支碰撞造山时，扬子地 块向北俯冲运动，其北侧勉略洋闭合、陆一陆碰撞造山，致使其受阻而基底抬升，发生 前陆冲断褶皱构造。米仓山东西向短轴背斜的东端北侧罗镇坝附近出露的侏罗系与下伏 地层整合接触，表明晚三叠世早中侏罗世时统一的四川盆地北界在现今米仓山以北，米 仓山尚未隆起，之后主要是中晚侏罗世及之后，由于刚性基底的川中地块继续向秦岭深 部作陆内俯冲，汉南地区发生前陆冲断褶皱构造，包括米仓山到燕山晚期形成以米仓山 基底为核盖层为翼的近东西向短轴背斜，南部形成相应的巨大挠曲型向斜构造，中新生 代还被北东向推覆构造所叠加复合，形成现今构造格局。 米仓山近东西向短轴背斜东部向东的倾没端与南大巴山前缘的交汇区形成了显著 的横跨叠加样式，卷入构造地层从志留系到三叠系，前者的褶皱波长远大于后者；相应 地，其南侧的巨大挠曲也与南大巴山的前缘叠加，形成一个扇形三角区，保留了最新地 层为三叠系到侏罗系的叠加变形区域，而为什么形成这一构造，正是本论文重要的研究 内容。 5 1 引言 1 3 论文研究目标与内容 根据已经获得成果综合分析后认为，研究区正处于秦岭造山带南缘南大巴山弧形构 造西侧与汉南一米仓近东西向构造、华蓥山向北延伸的：l k ：l l 东向构成构造复合一联合叠 加构造的特殊地段。由于南大巴山燕山期以来的推覆构造及其前缘褶皱同米仓山以及川 东褶皱带的复合联合叠加，包括米仓山东西向构造和华蓥山北东向构造的复合叠加，造 成了南大巴山推覆构造的同一前锋构造变形带在镇巴一简池一线与渔渡一万源( 华蓥山 背斜的北延) 一线之间形成一扇形三角区域的特殊构造区段，呈现仅以三叠系一侏罗系 沉积地层为主的构造褶断变形，而不同于其相应延伸的南北两端以更老地层形成的构 造。但它们的构造几何学属性特征却完全一致，那么为何造成这种差异，形成扇形三角 区构造尤为亟待解决的问题。并且这一区段正是现今油气勘探的重点地区，因此，研究 查明这一构造区段的形成演化与特征具有重要的理论与现实意义。 在前人研究基础上，本论文主要通过研究区野外实际调研，重点是四大纵贯研究区 的剖面和沿线进行的磁组构采样测试研究，探讨为什么南大巴山逆冲推覆的同一前锋带 表现出三个不同的叠加构造区段尤其是扇形三角区，其具体的几何学、运动学和动力学 特征是什么，可以概括为以下几个方面的问题：南大巴山前陆褶皱带燕山期以来的变 形，由北东向南西构造变形有何差异? 米仓山近东西向构造何时形成，构造作用是什 么? 二者在北部的横跨叠加区段和南部扇形三角区段的构造叠加关系怎样，其构造特 征有何差异，又是什么导致了这种差异? 1 4 研究思路与技术路线 1 4 1 研究思路 本论文以大陆构造与大陆动力学研究，尤其是后造山期的陆内构造的研究为学术指 导思想，在前人研究的基础上，以大量客观的野外地质资料及观察、实验室测试结果为 依据，运用野外地质与室内测试分析相结合，构造地质学与地磁学( 主要是磁化率各向 异性) 相结合的研究方法，综合分析南大巴山推覆带西缘的构造几何学和运动学特征、 磁组构所反映的应变空间分布规律与关键构造事件的时限，以研究区为例探索秦岭勉略 缝合带闭合之后燕山期陆内造山及调整汇聚的构造变形样式与不同区域特征差异，研究 南大巴山前陆褶皱带与米仓山构造带之间的复合叠加关系，重点是探索研究上述扇形三 角区段的构造形成与特征，确定其叠加构造变形特征。 6 西北大学硕士学位论文 1 4 2 研究方法和技术路线 在上述思想指导下，根据本论文期待解决的问题，根据前人研究资料和镇巴断裂以 东的一条构造剖面的实际观测，初步认识南大巴山推覆根带的基本构造学特征。在与燕 山期南大巴山推覆带西缘与米仓山东西向短轴背斜及其南缘挠曲向斜的两个叠加区内， 从北向南分别设置与南大巴山前缘的构造线方向近于垂直的四条观测剖面，经过系统的 构造观察测量与采样分析后得出构造特征的差异与变化规律，从而解析米仓山与南大巴 山推覆带西缘构造叠加变形关系。论文研究开展了以下具体工作，获得剖面较系统的地 质数据，以作为定性描述之外定量化的补充与印证。 总体采用野外实际调研，重点布置四个穿切研究区总体构造线方向的观测剖面，进 行了构造变形学和磁组构等的综合分析研究。 ( 1 ) 褶皱几何要素测量统计 野外地质工作是进行研究区地质构造的几何学、运动学乃至探讨动力学的基础。本 次论文的工作中，除对既定各剖面的详细观察和描述，关键点位的素描和记录之外，系 统地对南大巴山推覆带前缘褶皱带中各期各方向的褶皱依次进行了几何要素的统计测 量与计算，进行构造解析，并在不同剖面问作横向对比，反映应力应变的变化情况，最 后综合制图解释。同时着重观察有无早期轴面被晚期褶皱弯曲、先期枢纽叠加变位或线 面理被置换等露头尺度的构造，详细记录并测量这些信息或证据。 ( 2 ) 磁组构分析测试 通过硕士阶段近两年来对利用岩石中磁性矿物的磁化率各向异性( a m s ) 反映的组 构特征来定量表征应变的这一方法的学习、探索与实践，基于本研究区以沉积岩中的褶 皱变形为主，但又缺乏理想变形标志体的特点，在本论文中也尝试性地引入这一方法来 对四川盆地东北缘的从志留系到下白垩统的地层在多期变形中的应变特征进行揭示，并 尝试性地进行初始变形沉积岩中叠加磁组构的分析，进而结合宏观构造现象与数据加以 综合分析解释。由于这一方法在沉积岩区，尤其是在构造叠加区的运用还处在探索中， 因此本工作还将是此方法应用的一个有益尝试探索。 1 5 工作概况及完成工作量 1 5 1 资料调研 确定研究区和目标问题之后，系统地查看或精读了大陆动力学、构造地质学、磁组 构学等基础理论以及涉及秦岭南缘大巴山一米仓山及其邻区的沉积地质、构造地质、地 7 1 引言 球物理、石油地质等方面的论文和专著约2 0 0 篇( 部) ，另外还收集了涉及研究区的部 分地震反射剖面及重力测量与航磁测量等多幅地球物理图件。 1 5 2 野外地质观测 2 0 0 8 年7 月到9 月间，先后两次在研究区进行了共计3 9 天的野外地质工作，完成 了设计的构造观测剖面5 条如下所示( 图3 2 ) 。 陈家滩一凉桥一大池- ) k 卦梁剖面( 彳刊) 镇巴一长岭一铁溪一永安剖面( c - - c ) 渔渡一赤南一竹峪关一九层剖面( b 哪) 荆竹坝一万源一黄钟一石窝剖面( d - d ) 田坝一观音一青狮一小洋坝剖面( e e ) 剖面长度总计约3 2 0 k m ，拍摄野外露头照片6 4 1 张，采集褶皱产状数据3 8 6 组，绘 制信手短剖面及素描图9 2 幅。 沿观测剖面共布置采样点1 8 3 个，从志留系到白垩系不同层位的地层中采集加工用 于磁组构测试的沉积岩定向标本9 2 3 块， 1 5 3 实验测试及图件编制 绘制具有代表性的关键点处构造素描图6 5 幅、垂直于南大巴山前陆褶皱带方向剖 面4 条、平行与前陆褶皱带方向剖面3 条、包含了实测研究区5 0 个褶皱几何要素的赤 平投影平面展布图1 幅。 对所采沉积岩定向样品在西北大学大陆动力学国家重点实验室的卡帕桥卡k l y - 4 s 上进行磁化率各向异性测量，由9 2 3 组磁化率各向异性数据平均处理得到1 8 3 个采样点 的平均数据、绘制包含所有采样点处的磁组构( 磁面理与磁线理) 产状f i s h e r 平均值的 平面展布图1 幅。 8 m 北太学域十学位论立 2 区域地质特征及演化 论文研究区地理e 位于陕西南部与四j i i 北部交界处，跨汉叶 市镇巴县、巴中市通江 县以及达州市打源县( 市) ，面积约3 0 0 0 k m 2 。大地构造位置为南大巴山推覆带前锋的 i | 陆褶皱带西缘与米仓山近东西向短轴背斜东端及华茬【b 北东构造北部的交汇部位， 迁包括四1 1 赭地东北部边缘( 图2 1 ) 。北邻东西向秦岭迪山带，西侧为北尔向龙门陆 内造山带，东侧为秦岭造山带北西向为主导的大巴山弧形推覆构造带，东南部受华蓥山 北北东冲断褶皱构造为代表的川褶皱带控制，仅西南方毗邻凹，i i 篙地的缓变形区。 图2 - 1 研究区大地构造位置及地质简圈 2 区域地质特征及演化 研究区主要经历了三大沉积演化阶段：震旦纪一志留纪为海相克拉通碳酸盐台地 阶段；泥盆纪一中三叠世海相克拉通台地与陆缘阶段；晚三叠世一新生代陆相碎屑 沉积盆地阶段。周缘山系的构造演化与研究区的构造沉积特征有着密切的关系，决定着 其物质组成和充填序列。 2 1 区域地层概况 以城口一钟宝断裂为界，南北地层存在明显差异，其北东侧为秦岭地层系统，南西 侧为扬子地层系统。论文研究区主要位于大巴山城口断裂以南，属上扬子地块北缘的地 层系统，整体缺失上志留统、泥盆系、石炭系、上白垩统和新生界，地表以志留系、二 叠系、三叠系、侏罗系和白垩系的沉积盖层最为发育，并表现出丰富的构造几何学样式。 以论文野外实际观察为主，参照研究区的四幅1 2 0 万地质图( 镇巴幅、汉中幅、紫阳幅、 通江幅) 中的地层描述归纳总结，作出地层柱状图( 图2 2 ) ，并将上述各个地层的岩性 特征概述如下。 2 1 1 震旦系( z ) 主要在研究区东部镇巴断裂与城口断裂之间呈条带状出露。上部的碳酸盐建造和下 部的陆相碎屑岩建造，反映地台型盖层沉积的特点。 下震旦统南沱组( z l n ) ：下部为灰褐一棕色长石石英砂岩夹凝灰质页岩、凝狄质含 砾砂岩、细砾岩；上部为凝灰质砾岩、凝灰质砂岩。总体为沉积碎屑岩夹碳酸盐岩沉积， 局部为沉积碎屑岩一火山碎屑岩过渡型沉积。 上震旦统陡山沱组( z 2 d s ) ：下部为灰绿色细粒长石石英砂岩、紫红一黄绿色页岩 互层，上部以炭质页岩为主。为一套细粒沉积碎屑岩沉积，局部夹粗粒碎屑岩沉积，顶 部过渡为碳酸盐岩沉积，一般未变质或仅有轻微变质。 上震旦统灯影组( z 2 d ) ：灰白色硅质灰岩、白云质灰岩，夹燧石团块。 2 1 2 寒武系( c ) 寒武系各统地层在研究区仅分布在镇巴断裂与城口断裂之间，呈北西向带状展布， 除上述两条控制性的断层，内部次级断裂较发育。中下统以滨一浅海相砂页岩为主，上 统以海相碳酸盐岩沉积为主，为典型的台地一台地边缘沉积组合。 下寒武统石牌组( c 1 妫) ：下部为灰绿色页岩灰薄层灰岩，上部为黄绿色页岩夹薄 层泥质砂岩。为滨浅海、台坪、台洼相沉积。 1 0 目北大学上学位论文 ：；嚣：? i 茹：i i ”。“7 4 “8 。1 8 。+ 2 。 ，e # 纠m t _ 己#j # 、t 4 ”# n # 。* t m p * 目m n * n b 女 * “# “t “l p # m j m n # j # 自t #j 、 。0 t n * m 口x an # ： m 女7 1 l “# ”# “f m * 7 、# # r 月j rnj t w n h ， i # * “e ；j “i 磊i i ”2 “”4 ”。”4 ”“”8 8 + q g i #自m 【h 0 h m 0 r - 1 i m * 十* * m 自i * t h m 自i * # * 目# m # n # r “ 女m * 女“g “# * m 、x * im * e 6 * #女n #* # ：嚣：；8 “。”8 。“4 “。“4 。1 口，+ f t _ 壬i 】，1 l j * w k e n * w m ；i w b m ! ! _ w * # m m # 9 t d m m * 自目* * ：r m e t g m * n * n z *自i # 女6 n ：篆：“。“”2 4 ”。“4 。：1 “ 刚2 - 2 研究区地层桂状刚 下寒武统石龙硐组( e - ，f ) 灰色中薄层泥质扶岩、白云质灰岩夹灰质页岩。为碳酸 盐台坪、台内滩相沉积。 中寒武统覃家庙群( e z 口) ：紫红色泥岩及扶质泥岩为主，夹少量灰黄色砂岩。 上寒武统三游硐群( e 岱) ：浅灰色中厚层硅质白云质灰岩及、混质扶岩，央少量砂岩 或砂质页岩。 213 奥陶系( o ) 奥陶系分椭范围与寒武系类似，在观音镇以北至高川带缺失，岩性及沉积厚度变 化较大。由于奥陶系在研究区出露有限且厚度小，此处未细分奥陶系各统。 奥陶系( o ) ：紫荻浅灰色中薄层白云岩、泥质灰岩、层状泥岩、含灰质泥岩， 2 区域地质特征及演化 夹灰色薄层含砂质白云岩。主要为浅水碳酸盐潮坪相和台坪一台内盆地相沉积。 2 1 4 志留系( s ) 志留系分布范围较其下伏地层大，除了同寒武系和奥陶系沿着上述两条断裂之间呈 北北西向条带状分布以外，在研究区北部镇巴县城以西，米仓山东段与南大巴山西缘交 汇区的断褶带背斜核部亦有较大面积出露，志留系地层主要为浅海陆棚相细粒陆源碎屑 岩沉积，沉积环境以弱氧化一弱还原环境为主，底部属盆地相沉积，往上为滨海相沉积， 与上覆二叠系平行不整合接触。 下志留统龙马溪组( s 1 砌) ：黄绿一灰绿色页岩、砂质页岩、顶部夹细砂岩。底部 为盆地相沉积，向上为滨浅海相沉积。 中志留统罗惹坪组( s 2 加) ：黄绿色页岩、砂质页岩为主，夹薄层石英砂岩、粉砂岩、 灰岩。依据岩性特征判断属滨浅海相沉积。 2 1 5 二叠系( p ) 扬子地块北缘在晚古生代到早三叠世，以裂陷带的形成演化为特征，且裂陷作用自 西向东迁移，伴随着勉略有限洋盆的开启，海西期总体处于张性的构造背景。 二叠系与上述志留系的分布范围大体相同，一般将其自下而上分为下统的