（构造地质学专业论文）秦岭洛南—栾川断裂带运动学特征.pdf

秦岭洛南栾川断裂带运动学特征 摘要 秦岭造山带位于中国中央造山带体系，是我国重要的山脉之一，是华北板块与扬 子板块的分界线。国内外引起广泛关注。洛南一栾川断裂带在秦岭造山带中是一条重 要的汇聚带。通过洛南一栾川断裂带的的汇聚方式与汇聚方向的研究对秦岭造山带的 运动学特征有很好的映射作用。在论述秦岭洛南一栾川断裂带运动学特征过程中，使 用了显微构造、温度测量：有限应交的长短轴法，r f v 法；面理、线理分析的线理 求解法，最大有效力矩法及理论模拟的种种方法。 结果得出了，以下几点结论： 1 、镜下分析，岩性主要是糜棱岩为主，形成温度较高，约4 0 0 一5 0 0 左右，说 明是在较深的地下形成的。 2 、以长短轴法与r f 叫法的有限应变的测量。得出区域岩石有限应变的三轴比率 为x ：y ：z = 4 2 3 ：1 6 7 ：l ：表明洛南一栾川构造带变形强度是比较强烈的，岩石 是在板块俯冲过程中挤压压扁。 3 、赤平投影方法，成图解析。以线理求解和最大有效力距法，得出洛南一栾川断 裂带汇聚方向与断层走向的斜向夹角，大约5 6 。左右。表现了洛南一栾川断裂带的 斜向汇聚运动模式。 4 、通过建设模型进行理论模拟，以洛南一栾川断裂带变形现象作为模拟对象，模 拟板块汇聚方向与板块边界的夹角，平均在5 0 。一6 0 。之间，表现了洛南一栾川断裂 带的斜向汇聚运动模式。 关键词：秦岭造山带；洛南一栾川断裂带：斜向汇聚；理论模拟；线理、面理：有 限应交 k i n e m a t i c so ft h el u o n a n - l u a n c h u a nf a u l tz o n ei nq i n l i n g m o u n t a i n s a b s t r a c t q i n l i n go r o g e 咀：i e sb e l t si si so n eo f m o u n t a i nr a n g e si nc h i n a ，i st h en o r t hc h i n ap l a t e a n dt h ey a n g t z ep l a t eb o u n d a r y i t sa r o u s e dw i d e s p r e a dc o n c e r na th o m ea n da b r o a d l u o n a n l u a n c h u a nf a u l tz o n ei nq i r l l i l l go r o g e n i c sb e i t si si sa ni m p o r t a n to r o g e n i cb e l ti n t h ec o n v e r g e n c ez o n e w i t ht h ew a yt h ee o n v e r g e n e a ：a n d c o n v e r g e n e 七d i r e c t i o n o f l u o n a n l u a n c h u a nf a u l tz o l l e t h a th a sav e r yg o o dm a p p i n gr o l ei nt h ek i n e m a t i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h eq i n l 证go r o g e n i c sb e l t s i t su s e do ft h em i c r o s c o p i cs t r u c t u r e ， t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t ；a x i a l , l e 哩mo fl a wa n dr f ，vl a wi nf i n i t es t r a i n , l i n c a t i o n s o l u t i o na n dm a x i m u i l le f f e c t i v et o r q u el a wi nf o l i a t i o n , l i n e a f i o na n a l y s i s ；t h e o r e t i c s s i m u l a t i o na n ds o0 1 1 s u m m i n gu pt h ef o l l o w i n gp o i n t s ： 1 w i t hm i c r o s c o p ea n a l y s i s ，r o c kp r o p e r t i e si sm y l o n i t e a n d1 1 l et e m p e r a t u r ei sh i g h e r ， a b o u t4 0 0 - 5 0 0 i ts h o w sad e e p e rd e p t h - 2 w i t ht h ed i s c o v e ro f t r a n s m u t a t i o na n a l y s i s 。t h et r i a x i a lr a t i oo fr o c kf i n i t es t r a i ni sx ： y ：z = 4 2 3 ：1 6 7 ：1 i ts h o w sr e l a t i v e l ys t r o n gr o c k d e f o r m a t i o n 3 w i t hl i n e a t i o ns o l u t i o na n dm a x i m u me f f e c t i v et o r q u el a wi nf o l i a t i o n , l i n e a t i o n a n a l y s i s ，aa n g l eo fc o n v e r g e n c ed i r e c t i o na n dt h ef a u l ts t r i k ei sc a l c u l a t e d ，a b o u t5 6 ( 2 i t s h o w s o b l i q u ec o n v e r g c n c 宅c a m p a i g nm o d ei nl u o n a n - l u a n c h u a nf a u l tz o n e ， 4 w i t ht h et h e o r e t i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d s ，t h ef a u l tz o l l ea sas i m u l a t e dt a r g e t ，s i m u l a t e t h ea n g l eo fc o n v e r g e n c ed i r e c t i o na n dt h ef a u l ts t r i k e a b o u t5 0 - 6 0 i ta l s os h o w s o b l i q u ec o n v e r g e n c ec a m p a i g nm o d e i nl u o n a n - l u a n c h u a nf a u l tz o n e k e yw o r d s ：q i n l i n go r o g e n i c sb e l t s ；l u o n a n - l u a n c h u a nf a u l tz o n e ；t h e o r e t i c ss i m u l a t i o n ； o b l i q u ec o n v e r g e n c e ；l i n e a t i o n s ，f o l i a t i o n ；f m r es t r a i n 独创性声明 本人声明所星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志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得金胆王些太堂 或其他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已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字；秘签字日期：内叮年t 月匆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金毽王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权盒胆王些太 堂- 可以将学位论文的全部或部分论文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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者繇翟嘞 签字日期：2 田年 7 月匆日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 裤缈“肋日 电话： 邮编： 致谢 几经彷徨求索，论文终于得以完成。回顾这一程求学路，记忆里满是老师的悉心 指导和同学的快乐相伴，在此我要向他们表达最诚挚的感谢。 在此论文完成之际，谨向我尊敬的导师：宋传中博导，致以诚挚的谢意和崇高的 敬意。导师丰富的实践经验、渊博的专业知识、务实忘我的工作作风、宽以待人的处 事态度使我受益匪浅。其精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。两年多来， 导师不仅在学业上给予我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀， 在此谨向导师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 感谢合肥工业大学蔡志川同学，连芸老师。他们对我的论文所提供的无私的帮助， 并提供了很多宝贵的参考意见。 研究生期间朝夕相处的同学也是宝贵的财富，感谢张超、褚巍、李诚与胡召齐同 学及室友及让我得到了日积月累的真挚友情。感谢我所有师兄弟妹、同学、朋友们， 是你们的情谊和帮助，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑 惑，直至本文的顺利完成。 衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授，感谢答辩委员会的各位老 师和专家们对我的论文提出的宝贵建议，为我今后的学习和研究开拓了思路。 霍立新 2 0 0 7 年儿月1 1 日 第一章绪论 在一些实际研究中并非都是板块间运动的垂直俯冲碰撞，它们或多或少并不是这 样的，而是有一定角度的斜向汇聚发生。由此在几何学和运动学方面就有了很多可以 研究的方面。在斜向汇聚中如何运动? 造成如何的结果? 等等。 二十世纪九十年代以来。围绕板块阃的斜向汇聚( o b l i q u ec o n v e r g e n c e ) 和压剪 性变形带( t r a n s p r e s s i o a lz o n e s ) 的研究，逐步确定了构造块体间斜向挤压的变形 分解作用运动学模型，同时对变形机制的变形分解作用等也有不少研究。 b e l l ( 1 9 8 6 ) 等在微观尺度研究深变质岩的变质变形作用时认为，岩石内由于结 构的不均一性，在递进变形过程中，不均一的各个不同部分变形机制和变形量不同， 并提出变形分解作用( d e f o r m a t i o np a r t i t i o n i r i g ) 的概念。 r a m s a y ( 1 9 8 3 ) 等在研究岩石应变时认为有限应变分解可分解成不同变形机制的 应变分量，并称之为应变分解作用( s t r a i np a r t i t i o n i n g ) ： l i s t e r ( 1 9 8 3 ) 等研究岩石塑性流动变形时，将岩石由于不均匀性和( 或) 流变 的不稳定性而使瞬间的速度场分解为平移、应变和旋转分量的现象称为变形分解作用 ( d e f o r m a t i o np a r t i t i o n i n g ) 。 从某种角度上来讲，地球上的地质作用及其产物间都是具有一定联系的。变形分 解作用就是描述构造变形相互联系的一个运动学模型。f i t c h 在研究苏门答腊地区澳 洲板块和太平洋板块间的俯冲带时认识到，板块间的斜向汇聚变形。该地区后来被作 为典型的滑移分解现象 1 1 国外研究现状 对于其中的具体理解，首先提出变形分解作用概念的b e l l 等人认为在显微构造 下变形可分解为递进缩短变形分量和递进剪切变形分量等，从而在空间上形成强应 变带和弱应变域。g u t i e r r e z a l o n s o 、d a v i s 等、s o l a r 等在研究同一期次的统一 变形在空间的不同分布时，用变形分解作用的运动学模型来阐述构造组合样式和应 变形式( 收缩型、压扁型和平面应变型) 在空阀发生的规律性交化等。变形分解其中 的一个应用是分析构造块体间的斜向相对滑移运动( o b l i q u es 1 i p ) 如何被其间的构 造变形带吸收，变形通常是分解到相互平行的走滑构造带和挤压构造带上，两者在 空间上分离，即形成空问上不同力学性质的构造，而很少出现单一的逆走滑构造。 典型的块体间斜向相对滑移现象包括构造板块的斜向汇聚作用( o b l i q u e c o n v e r g e n c e ) 和压剪性构造带( t r a n s p r e s s i o n a lz o n e ) 等，如板块的斜向俯冲作用 通常分解为板块接触带的正向俯冲和仰冲板块前弧的走滑作用。这方面的研究是近年 来变形分解作用相关研究的重点，尤其是现今板块斜向汇聚和活动构造带。变形分解 作用可以具有不同构造尺度。b e l l 等提出变形分解作用就是基于在微观尺度对深变 质岩的变质变形作用研究。在后来的研究中发现，这种变形分解作用形式还可以存在 于不同的宏观尺度。对压剪性构造带及造山带的变形分解作用研究则属于区域构造尺 度。 典型的研究如圣安德烈颠断裂系、阿尔金一祁连山断裂系、北阿巴拉阡造山带、 h o l d s w o r t h 等对苏格兰南部高地的变形模式与变形分解作用的研究等。更大尺度则 是板块构造尺度，主要是板块间的斜向汇聚。板块的斜向汇聚运动分解到板块间接触 的俯冲带和仰冲板块前弧的走滑断裂带。 变形分解作用可以发生在各种不同的构造层次，表现在脆性、脆韧性和韧性构造 上。对现今构造和活动构造的应变分解研究一般属于比较浅层次的脆性构造域。而古 构造的变形分解研究主要依赖于现今出蘼的老地质体，当时一般处于比较深的构造 层次。新构造可以表现在地壳浅部，以构造地貌快速构造事件等形式出现。可以通过 现代仪器观测进行定量化研究，如地震观测、大地测量、定量地貌学等。正是由于研 究手段的多样性，基于新构造的变形分解作用，即较浅构造层次的变形分解作用研 究进展较大。但是在较深构造层次同样可以发生构造分解作用，l i s t e r 等研究了岩 石塑性流动变形的分解作用，岩石的不均匀性和( 或) 流变的不稳定性使瞬间的速度 场分解为平移、形变和旋转分量。b e l l 等的变形分解研究则更是集中于深变质构造 带。g u t i e r r e z a l o n s o 、d a v i s 等、s o l a r 等的研究亦是基于老地质体内具有韧 性性质的变形。 分析构造块体间的斜向相对滑移运动( 压剪性运动) 如何被其问的构造变形带吸 收是变形分解作用研究的一个重点。块体间的斜向相对滑移运动通常分解到以走滑运 动为主的构造带和以挤压逆冲运动为主的构造带两者在空间上分离且相互近于平 行，而很少出现单一的逆走滑构造，但是在不同的的构造层，构造变形样式有所不 同。 在中深构造层次，地质体处于比较高的温度、压力条件岩石以韧性流变变形为 主。同一期次的构造变形在空间上表现为收缩型、压扁型、平面应变型等不同的应变 类型以及相应的不同构造组合的带状分布。这些相关的构造组合和应变分布反映的的 运动学模式不同于构造的变形叠加等。 在中浅构造层次，主要形成脆性构造，通常产生近于相互平行的走滑断裂带和 逆冲断裂带。l e t t i s 等在研究加州西部地震危险性时提出该区的一个交形分解模型， 深部的韧性压剪性变形在进入脆性变形域时分解为走滑断裂带和逆冲断裂带。 1 1 1 尚需解决的问题 尽管对变形场的变形分解作用的构造现象和运动学特征有了比较深入的研究， 但对于其成因机制和控制因素还没有统一的认识。 b e l l 用地质体的非共轴递进变形机制解释了微观尺度变形分解作用形成强应 变带和弱应变域的过程。对于结构不均一性的地质体，应变场将会形成四部分： 无应变： 主要为递进缩短应变： 递进缩短与剪切应交复合： 递进剪切变形。 由于结构的不均一在地质体内形成的非共轴递进应变场分解为递进缩短应变和 递进剪切应变，递进剪切变形相应的形成强应变带，而递进缩短变形股形成弱变 形域。对于压剪性构造带斜滑分解作用过程，早期研究认为先存的构造薄弱带是发生 变形分解作用的前提，有利于形成走滑构造带，缩短变形则在其它空间被新生挤压 构造吸收。但是相关的地球物理和地球化学资料逐渐证明这一假说的不完备。t i k o f f 等应用非共轴递进变形机制对斜滑分解作用做出了比较合理的解释。压剪性变形带可 以分为以纯剪变形为主( p u r e s h e a rd o m i n a t e d ) 和以扭性变形为主( 霹r e n c h d o m i n a t e d ) 两类。根据岩石破裂理论，假设均匀地质体的初始破裂受增量应变的方 位控制。对于以纯剪变形为主的压剪性变形带，最大应变轴和最小应变轴处于同一近 直立的平面上，地质体初始断裂首先形成逆断层，随着迸一步变形。增量应变轴发 2 生旋转( 即非共轴递进应变) 。逆断层吸收其中的挤压缩短应变分量而没法吸收走滑 分量，因此形成走滑断层以平衡总体的有限应变。而对于以扭性变形为主的压剪性变 形带，最大应变轴和最小应变轴处于同一近水平的平面上，初始破裂则形成走滑断 层。随递进变形过程，走滑断层吸收走滑变形而纯剪应变分量逐渐积累，从而形成逆 冲断层来吸收。也就是说，走滑断层和逆断层分别是非共轴递进变形过程中增量应变 和有限应交的结果。这一机制的唯一前提是均匀地质体的初始破裂受增量应变的方位 控制，并不需要先存的构造薄弱带。 b o w m a n 等在研究深部斜滑断裂( o b l i q u ef a u l t ) 向浅部的扩展弹塑性扩展时认 为，在斜滑断裂的浅部扩展端部。根据破裂机制，这种应变场分布有利于在不同部位 产生不同性质的断裂，从而将深部的斜滑变形分解到浅部的不同性质的断裂上。基于 以上的成因机制讨论可以知道，影响地质体内变形场的变形分解作用的因素主要有： 汇聚方向与断层走向的斜向夹角，它是区域应变场的根源和运动学边 界条件： 变形区增量应变轴与有限应变轴的不平行性，存在非共轴递进变形： 地壳的流变性质： 地质体的结构特征和各向异性。 但是在现今还没有完全认识变形分解作用机制的情况下，还难以确定其控制因 素。已有研究还没能完全认识变形分解作用的成因机制和控制因素，这将制约变形分 解作用运动学模型的合理应用，也将成为今后研究的主要方向。而进一步研究变形场 的分解作用与应力场的分解的关系、变形分解作用的动力学过程等是深入研究变形分 解作用的趋势 1 2 国内秦岭研究现状 秦岭山脉西接祁连山、昆仑山。东连大别山，横贯中国大陆中部，绵延千余公里， 既是世界典型大陆造山带，又是中国大陆南北地质、地理和人文景观的天然分带。秦 岭造山带不仅具有独特和复杂的地质演化历史，而且蕴藏丰富的矿产资源。这已引起 国内外地学界的广泛关注。 秦岭造山带在中国大陆地质演化乃至全球大陆动力学研究中具重大意义，因而成 为国内外地球科学家长期关注的重要区域。区域地质研究历史悠久，已有大量成果可 供参考、借鉴。 硕士论文研究的区域为秦岭伏牛山地区的秦岭洛南一栾川断裂带构造演化，是个 地质构造现象复杂多样，断层出露较多的区域 论文为国家自然科学基金项目一一秦岭北缘的斜向汇聚变形分解( 编号； 4 0 3 7 2 0 9 7 ) 的资助。 具载，自1 9 世纪后半叶开始就有人( 李希霍芬。1 8 6 6 。德国；洛采，1 8 7 7 ，奥 地利；维里斯1 9 0 3 ，美国) 对秦岭地区的地层和构造进行了一些租略的地质调查。 而我国最早调查秦岭的地质学家当推李捷、朱森( 1 9 3 0 ) 。赵亚曾和黄汲清( 1 9 3 1 ) 对秦岭中段进行地质考察后，首次认识到秦岭是我国南北地质的分界线。另外，李均 衡( 1 9 3 4 ) 和杨钟健( 1 9 4 3 ) 先后在秦岭地区做地质工作。上述几位秦岭地质研究的 开创者和先驱者为后人留下了宝贵的并有一定指导意义的地质文献资料。 中华人民共和国成立后不久，更多的地质学家( 赵家骧和宫景光，1 9 5 1 张文佑， 1 9 5 4 ；李振和陈鑫，1 9 5 5 ；张伯声和张尔道，1 9 5 6 ；王日伦，1 9 5 8 ；谢家荣，1 9 6 1 ) 对秦岭进行了地质调查。他们在秦岭的不同区域进行调查，提出了一些新的认识。其 中突出的有二：一是张文佑和张伯声通过各自的调查，均认为不存在秦岭地轴。而存 在加里东褶皱带；二是以王日伦为首的前寒武纪变质岩课题组。 改革开放后，随着大陆板块学说的引进和深入的多学科的综合研究。加之国外众 多地质学者的关注，秦岭的研究进一步深化。在国内，地质矿产部“六五”、。七五” 计划秦巴重点项目的实施，使得在此期间出版了一批秦岭的研究成果。主要有：北 秦岭变质地层( 陕西地调队，1 9 8 8 ) ，东秦岭复合山链的形成( 许志琴等，1 9 8 8 ) ， 秦岭造山带的形成及其演化( 张国伟等，1 9 8 8 ) ，华北与华南古板块拼合带地质 和成矿( 胡受奚等，1 9 8 8 ) ， 。 上述可见，在秦岭造山带及邻区地质演化研究中存在不少问题，涉及诸如本区是 否存在洋盆，何时发育何种性质的洋盆，何时经历了何种性质的造山作用过程，造山 带的结构构造特点尤其是存在几条洋盆俯冲、消减、板块碰撞的缝合帮等关键问题仍 处于众说纷纭的争论状态。这种状态客观反映了地球科学所研究客体的复杂性与探索 性另外，诸如对野外实际素材认识和理解的根本性分歧，对同位素年龄地质意义的 不同理解，对关键性地质现象地质意义的内涵与外延的不同认识等等，都制约着依据 野外地质实际反演其历史过程的科学性与合理性。 1 2 2 秦岭洛南一栾川断裂带选题目的与学术思路 伏牛山构造带为一个狭长区域，大体呈长方形，总面积约2 5 0 x5 0k m 2 。研究区 几乎全位于河南省境内( 图i - i ) 我们主要研究了伏牛山内的秦岭洛南一栾川断裂带， 其对整体的秦岭造山带的构造演化与运动学特征有很好的折射作用。 本次野外考察全程使用了越野考察车，行程数千公里，由于本次野外时间紧凑、 行程远，所以大部分工作都是在路边施行。而且河南省的公路设施建设的很不错，而 且很多地方正在建设公路，所以无形的给我们挖了很多珍贵的剖面，使我们能够很好 的观测和描述自然界的各种现象。但另一方面，便捷的交通工具让我们能考察广泛的 区域，采集大量的标本。这为大面积区域研究大大缩短了考察时间，也为室内资料整 理提供了丰富的手标本，物理化学鉴定样品和光学磨片。 1 2 。2 i 选题目的及研究任务正如第一节所述的那样，秦岭的研究在很多方面存在 诸多观点分歧。但对秦岭的形成过程，却很少有人去研究或质疑秦岭在形成过程中的 汇聚方式和汇聚方向是否为斜向的。本次的论文试图分析秦岭洛南一栾川断裂带构造 格架和秦岭的形成过程是否斜向俯冲这也是国家自然科学基金所要研究的主要内 容。 本论文研究的主要内容有以下几点： l 、研究区内主要的岩石一地层一构造单元： 2 、研究区内地质体的主要构造特征、运动学方式； 3 、造山过程中的动力学分析： 4 、造山带形成的相对时代认识。 为了合理有效完成本次的毕业设计我们首先是进行野外考察，大量收集野外的 第一手资料。之后是室内资料整理，对野外带回的标本、照片及记录做进一步整理和 分析。其中，大多数的室内时问用于镜下鉴定、测量数据处理和图件处理。 出野外次数3 次采集标本1 5 0 多块 照片上百张 行程2 0 0 0 多公里 观测点1 0 0 余个磨片数量 2 0 0 多片 镜下记录数据3 0 0 多个 作图数量 4 0 多张 文献8 0 多篇 1 2 2 2 学术思路及技术路线以大陆板块构造思想和大陆动力学为指导，以野外地质 现象和地球物理资料为基础，采用宏观与微观相结合、地表与深部相结合的综合分析 方法，立足于系统研究可靠的第一手资料，对秦岭洛南一栾川断裂带地质构造进行综 合解译，从而揭示其形成的构造物理过程，探讨其动力学特征。 、 从岩层线理面理，应力大小和方向，构造剖面，理论模拟等方面，并运用几何学、 运动学和动力学的分析方法来综合研究和分析。 6 圃峰薯卿宾捂群苷fw下证媲毒_稚_-i匝 靼群当索悝。 韶球落三铩l健畿。 智憔怔。目 磐憾暑：i 一 婚暑磐=荤i 1 3 时间安捧 本次论文的准备收集，到最终成稿，经历了相对较长的时间。在校期间按时按量 完成导师对我的培养计划。其中详细的时间计划安排如下： 06 年2 月一7 月06 年9 月一07 年1 月 主要是收集、阅读相关文献资料，提主要是出野外时问，收集标本等第 高理论水平，学习论文的写作方法与一手资料，提高野外勘测能力，同 技巧时在野外巩固与完善所学的理论知 识与动手操作能力 0 7 年2 月一7 月 07 年9 月一o8 年1 月 主要是室内标本手头数据的分析正式书写毕业论文，进行论文答辩， 整理阶段提高总结，归纳水平，具并完成毕业前的各种手续。 体到标本磨片，镜下薄片分析，以及 电脑绘图，数据计算模拟。 3 第二章伏牛山地区岩石地层特点 熊耳群在沉积建造组合上具有地槽型的特点，在构造变形上则介于基底褶皱 和盖层褶皱之间，在变质特征方面又与盖层地层雷同，因此可将其看作基底与盖 层之间的过渡层，这个过渡层为中( 基) 性一酸性火山岩组合。在盖层中，官道 口群至中奥陶统主要为地台型沉积。属海相路源碎屑岩和碳酸盐岩的复合组合。 在研究区内，主要为活动型沉积建造组合和次稳定型沉积建造组合，各时代 地层具有沉积厚度大、相变快、沉积组合复杂、火山岩较为发育等特点，反映了 该区长期活动和多旋发展的性质 2 1 地层构造单元 研究区主要由两套构造地层岩石单元所构成，可归纳为下表，反映了不同演 化时期，不同构造体制下的不同物质组成。 秦岭北缘 臌 北秦岭 栾川熊耳山 渑池 下古 p z l 下寒武统 生界 5 0 0 一 二郎坪群陶湾群 上罗圈群 兀 z 黄家组 古 一8 5 0 j石北沟组 界 p d黄莲垛群 l o o i j , 一f 中 p 嘎 宽坪群洛南群洛峪口群 兀 高山河群 汝阳群 古 界 。1 4 0 嗣4 5 0 。 f 熊耳群熊耳群 熊耳群 下 兀 p q 秦岭群 铁铜沟群 古 一2 2 0 0 - 2 3 0 ( ： 界 p q 2 5 0 0 - 2 6 0 0 一 ? 太 太华群 古界 a r 表2 一l 东秦岭北部前寒武系划分简表( 据宋传中，2 0 0 0 ) 2 2 宽坪群( p t ，五) 研究区内宽坪群主要分布于卢氏西安岭一南召云阳一信阳刘庄地区为北带， 9 其南带分布于西峡捷道沟一内乡县板厂。宽坪群北面分别与陶湾岩群、栾川岩群、 官道口群、熊耳群等相接，其南面与二郎坪岩群相接，其闻均为断层接触。 2 2 1 岩石组合、原岩及形成环境 宽坪群主要由绿片岩一斜角闪岩类，云母石英片岩一片麻岩类及大理岩类组 成。本次标本中本群占有很大的比例。 绿片岩和斜角闪岩的化学成分基本类同，其差异主要是由于变质程度不同而 引起的，其原岩主要为玄武质熔岩。它们呈块状或厚层状，大面积的出露。宏观 上难以发现变余的火山岩组构。 云母石英片岩一片麻岩类岩石的主要类型为白云母石英片岩、黑云母石英片 岩、二云石英片岩、石榴二云斜长片麻岩等。它们的原岩为泥砂质岩石，在变形 较弱的局部地点可见变余的逆变层理。 大理岩类包括石英大理岩、黑云大理岩和角闪岩( 透闪) 大理岩等。石英大 理岩中的石英碎屑沉积。有的薄片中可见变余砂状结构，形成于浅海环境 2 2 2 区域地层划分 按照前人的地层对比可以将宽坪群划分为三个岩性层： ( 1 ) 下段：厚度大于2l ( m 。北带西段的卢氏地区，主要为二云变粒岩、石 榴黑云变粒岩、石榴黑云变粒岩，夹石榴黑云斜长角闳岩；东段桐柏县回龙等地 区，主要为蓝晶黑云斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩及黑云斜长角闪片麻岩，夹石 英岩、二云石英岩及黑云变粒岩等，岩石普遍混合岩化。一些地区变为以自云( 黑 云) 钾长混合片麻岩为主，夹二云石英片岩及薄层石英岩。南带主要为混合质黑 云斜长片麻岩、石榴矽线黑云斜长片麻岩，夹二云石英片岩、斜长角闪片岩及薄 层大理岩；底部以斜长角闪片麻岩为主，夹黑云斜长片麻岩。在混合岩化强烈地 段，变为黑云钾长( 斜长) 混合片麻岩或石榴矽线混合花岗岩。 ( 2 ) 中段：厚0 8 - 1k m 。岩性稳定，主要为石榴二云( 黑云) 石英片岩， 夹十字石榴黑云石英片岩、矽线石榴黑云石英片岩、蓝晶石榴二云石英片岩及长 石石英岩，局部尚夹大理岩及斜长角闪岩。 ( 3 ) 上段：厚1 2 1 9 硒。主要为石榴二云石英片岩、石榴黑云石英片岩。 多夹斜长角闪片岩、大理岩及薄层石英岩等。在北带嵩县白河一南召县云阳地区， 角闪质岩石和大理岩增多，并有绿泥( 黑云) 钠长角闪片岩等变质中基性火山岩 出现。南带西峡县寨根地区，因受混合岩化作用，局部夹较多黑云( 自云) 钾长 1 0 混合片麻岩，但其中尚有黑云石英片岩及黑云变粒岩残体分布。 在北带北侧栾川一确山一固始深断裂带中段的嵩县上坪庄一南召霍庄及方城 县玉皇顶一确山大金顶地区，宽坪组岩石强烈混合岩化，形成伏牛山混合岩一混 合花岗岩带。该带南侧与宽坪群变质岩为连续过渡关系。从残体岩性组合及构造 特征看，混合花岗岩的主要原岩为宽坪群岩石。局部可能有陶湾群的成分。 根据岩性组合、残留结构构造及岩石化学特征研究，宽坪群原岩主要为一套 砂泥质碎屑岩，下段和上段多有中基性火山岩分布。 2 3 陶湾群( p t 。t ) 陶湾群是以河南栾川县陶湾北沟剖面为代表而得名。它是一套低绿片岩相的 变质岩系，呈带状分布于东秦岭北缘，西起陕西省洛南县蓝桥镇，经河南省卢氏 县境，东延至栾川县庙子镇，东西延长约2 3 0k m 。南北宽约4 - 1 0k m 。其南界 以铁炉子一栾川断裂带为界与宽坪群相接，北界以韩村一灵口韧性剪切带为界与 寒武系、罗圈组、管道口群和栾川群等相接。 2 3 1 岩石组合、原岩及形成环境 陶湾群由三个基本岩组成。从下往上为：三岔口变质岩岩组，风脉庙砂板岩 岩组。 陶湾群石一套低级变质岩系，直接可以恢复原岩，主要原岩为泥质岩石和不 纯碳酸盐岩。但是从种种迹象表明，其变质矿物的叠加却是很复杂，它经历了不 止一次的变质作用。 经过前人研究，陶湾群经历了两期变质作用。早期为加里东期，以形成鳞片 状绢云母、绿泥石为特征，另有大量白云母晶片，个别地方出现雏晶黑云母。晚 期变质作用可能为燕山期，表现为较大或较完整晶形的黑云母组成的集合体，粒 径0 5 - 2l l l l n ，多色性明显， 留为红褐色或棕色，伸为浅黄褐色或浅褐黄色。排 列不具有方向性，与片理斜交，无面理围绕变斑晶现象，具有区域热变质的现象。 陶湾群位于秦岭造山带和华北板块的接合部位，其构造变形极为复杂。但是 根据同位素年龄、古生物等的研究表明，其形成时代为震旦纪，岩石为浅海相泥 质碳酸岩及钙泥质岩 2 3 2 区域地层划分 陶湾群的三个岩性层： ( 1 ) 下段：北带厚度为0 6i ( m 1 5l ( m 。在卢氏县曲里一栾川县陶湾地区，主 要为绢云母大理岩，黑云大理岩，夹厚层白云质大理岩、黑云绢云斜长片麻岩及 黑云石英片岩。在桐柏县回龙地区，主要为黑云大理岩，夹角闪片岩。南带仅在 西蛱县界牌地区和卢氏县官坡南部地区有出露，厚度为1 2 4 0k m ，主要为黑云大 理岩与钙质黑云片岩互层，夹斜长角闪片岩及黑云钙质片岩。 ( 2 ) 中段：北带厚度为0 8 5k - - o 9k m ，在卢氏县曲里一栾川县陶湾地区， 主要为黑云绢云片岩和磁铁绢云片岩：在桐柏县回龙地区，主要为角闪片岩和黑 云或透闪一阳起大理岩。南带厚度1 3i ( 1 n ，主要为钙质黑云变粒岩、钙质黑云片 岩，夹大理岩、斜长角闪片岩及黑云石英片岩。 ( 3 ) 上段：出露厚度0 。0 5 一o 6l 【m 。各区岩性交化不大，主要为厚层大理 岩、白云石大理岩及薄层状大理岩与斜长角闪片岩互层，夹黑云石英片岩，其中 普遍有基性岩脉贯入。 从总体上看，北带东段和南带陶湾群角闪质岩石增多。区域上西厚东薄。岩 石为浅海相泥质碳酸岩及钙泥质岩，局部夹中基性火山岩。 2 4 熊耳群( p t 2 】【) 熊耳群分布于华北地层豫西的熊耳山地区，建群地点在熊耳山地区，故命名 为熊耳群。熊耳群火山岩集中出露于秦岭、中条山、嵩山三个古陆之间的构造强 烈活动地带。其喷发( 溢) 中心在熊耳山、崤山、处方山、王屋山一带，向四周 则逐渐减弱。 2 4 1 岩石组合、原岩及形成环境 熊耳群底部为一套碎屑岩建造。下、中、上三部分为中( 偏基) 性一酸性一 中性的火山岩建造。总体为一大的岩浆喷发旋回，每个组相当于一个亚旋回。各 亚旋回根据火山作用方式、喷发间歇、岩石组合、熔岩基性程度及结构构造的周 觌性变化尚可划分若干韵律。根据火山作用特征、岩石组合及化学成分特征和沉 积夹层分析，熊耳群主要为海底火山喷发产物，局部为陆相火山喷发。 1 2 2 4 2 区域地层划分 熊耳群可以分为三个亚群或直接分为四个组： ( 一) 大古石组( p t ：d ) 主要分布于王屋山地区，熊耳山及崤山备地区有少量分布。其岩性为：下部 为黄、黄绿色含砾长石石英砂岩；上部为紫红色砂岩、页岩。砂岩中含砾石。砾 岩或页岩多为红色，且岩性及厚度变化大，分选差，反映该套沉积物搬运不远， 形成于气候炎热干燥及不稳定的环境中，为一套陆源碎屑建造。 ( 二) 许山组( p t 2 x ) 本组广泛分布于王屋山、熊耳山一崤山、外方山等地。其岩性主要为灰绿、 灰紫色安山玢岩辉石安山玢岩、角闪安山玢岩，夹少量安山玄武玢岩、角闪安山 玄武玢岩、流纹斑岩、英安斑岩、火山碎屑岩及正常沉积碎屑岩等。安山玢岩类 多呈杏仁状构造及斑状构造。杏仁成分复杂，大小不一。 本组为一套中( 偏基) 性火山岩系，以富含辉石，夹少量火山碎屑岩及正常 沉积岩为主要特征。与下伏大古石组整合接触。 ( - - ) 鸡蛋坪组( p t ：j ) 主要分布于熊耳山、崤山、外方山、王屋山等地。本组岩性主要为紫红、灰 紫色石英斑岩，灰黑色流纹斑岩、英安斑岩及石英斑岩，常夹火山碎屑岩、杏仁 状安山玢岩、辉石安山玢岩等。此外，偶见珍珠岩、黑曜岩及含玛瑙杏仁的流纹 斑岩。在栾川县焦园一带，为流纹斑岩、英安斑岩及安山玢岩，夹少量凝灰质含 砾砂岩及砾岩等，厚约1 3 4 0 m 。 在崤山地区为流纹岩、石英霏细斑岩及安山玢岩和玄武岩等，厚4 5 3 m 。嵩县 木植街一带为石英斑岩、流纹岩，夹不稳定的大理岩透镜体，厚约6 5 0 m 。在泌阳 县大虎山一带以石英岩斑岩为主，厚4 0 2 m 。总之，本组主要为一套酸性火山岩系， 个别剖面中基性岩增多。 ( 四) 马家河组( p t 棚) 本组广泛分布于，王屋山、熊耳山、崤山及外方山一带。本组岩性主要为灰 紫、紫灰色安山玢岩夹少量流纹斑岩、英安岩、辉石安山玢岩、安山玄武岩、玄 武玢岩、火山碎屑岩及正常沉积岩。熔岩具杏仁状和枕状构造。斑状结构不及许 山组发育。杏仁构造较发育杏仁多呈复质。成层分带明显。本组岩性变化不大。 在王屋山马家河一带厚1 9 7 3 m ，崤山地区厚1 4 2 5 一一1 7 4 7 m ，嵩县以东缺失。 2 5 管道口群( p t 坦) 管道口群分布于卢氏、灵宝、栾川等县境内。向西延入洛南地区，在石门一 杜关一带构成一开阔的向斜 该群不整合覆盖于熊耳群之上。其上又被栾川群整合覆盖，上下界限较清楚， 其层位应为中元古界上部。 2 5 1 岩石组合、原岩及形成环境 管道口群属滨海相碎屑岩一碳酸盐岩沉积建造。总体组成一个完整的沉积旋 回，其中包括若干个次一级沉积旋回。 该群叠层石很丰富，其中以柱状叠层石属种多，数量大，分布广，它在区域 地层划分与对比方面具有一定意义。近几年西北大学及陕西区调对等，对该区的 叠层石作了详细的研究，根据叠层石的演化趋势和清楚的阶段性，划分为三个组 合： i 、在区域上不太稳定，主要产于高山河组中部的浅黄、粉红色含砂自云岩 中。主要为层状、柱状和较原始的柱状叠层石。 i i ，产于龙家园组及巡检司组。在龙家园组下部紫红色白云岩中产。 、产于杜关组及冯家湾组中。杜关组灰色白云岩中产较为丰富的柱状叠层 石，且含叠层石十分稳定。 2 5 2 区域地层划分 根据河南省区域地质志，该岩群分为5 个组。 ( - - ) 高山河组 主要分布于石门一杜关两翼，以洛南县黄龙铺一带出霸最好。研究区主要出 露于卢氏县官道口、银家沟和栾川县秋扒北等地。与下伏熊耳群不整合接触。本 组下部为含砾石英砂岩、粗砂岩夹红色黏土，近底部普遍夹一层安山玢岩。中部 为紫红色黏土岩、砂质黏土岩夹薄层石英砂岩。上部为灰白、紫红色石英砂岩夹 少量红色黏土岩。顶部常见有赤铁矿或含铁石英岩。本组属海滩相沉积。 ( 二) 龙家园组 主要分布于杜关向斜两翼及马超营断裂咀南卢氏县黄叶、大石河及栾川县九 1 4 丁沟、秋扒北等地。本组岩性简单，以燧石条带( 纹) 及厚层白云岩为主，其底 部为石英砂岩，含砂自云岩。局部夹薄层砾岩。 ( - - ) 巡检司组 本组分布范围与龙家园组基本一致。本组岩性单调，主要为浅灰色燧石条带 ( 团块) 白云岩。底部的灰绿色页岩夹砂砾岩及角砾状燧石层，为本组与下伏龙 家园组的良好分层标志。 ( 四) 杜关组 本组主要分布于杜关向斜的槽部及马超营断裂带以南卢氏县香子坪、黄叶一 带，其出露范围较前几组明显缩小。本组底部为灰绿色含砂页岩、含砂砾白云岩， 中上部为灰白色中厚层白云岩、碎屑白云岩( 同生砾岩) ( 五) 冯家湾组 本组与杜关组分布基本一致，但出露范围更加局限本组岩性主要为泥质白云 岩夹白云质板岩。下部为黄褐、灰紫、浅灰绿色薄层板状自云岩，含叠层石。中 部为灰白、灰紫色厚层含泥质藻焦白云岩，灰白色白云岩。 2 6 栾川群( p t ：1 ) 栾川群分布于熊耳区，以栾川、- - b i 、卢氏大石河一带出露最好，在杜关向 斜有零星出露。该群整合于管道口之上，其上为震旦系或寒武系平行不整合覆盖。 2 6 1 岩石组合、原岩及形成环境 栾川群为一套浅海路源碎屑岩一碳酸盐岩建造，由下而上组成四个比较明显 的沉积旋回。据岩相古地理分析，主要沉积中心在栾川地区。沉积厚度达1 7i ( i i i 一3 1l ( 皿l 。在西北部石门一杜关向斜中，大部分地层缺失，仅见该群下部的白术 沟组( 即大庄组或石北沟组) 的部分层位。 2 6 。2 区域地层划分 该群可以分为白术沟组、三川组、南泥湖组、煤窑沟组。 ( 一) 白术沟组 分布于栾川县鱼库沟、冷水、大坪、张前沟、黄背岭一带。另外，在卢氏县杜 关向斜局部有零星分布。与下伏冯家湾组整合。本组下部为炭质绢云千枚岩，绢 云石英片岩与长石石英岩互层，夹钙质片岩；中部为厚层状细粒钾长石英岩，层 面上可见波痕；上部为黑色板状炭质千枚岩、薄层炭质绢云石英岩含炭质大理岩。 该组岩性稳定。 ( - - ) 三川组 分布范围与白术沟组基本一致，两者整合接触。本组底部为含细粒石英粗砂 岩；下部为变质中细粒砂岩夹干枚岩，部分为粗砂岩，砂岩中具斜层理；上部为 中厚层条带状黑云大理岩，绢云大理岩等。 ( 三) 南泥湖组 本组分布于栾川县柳子村、玉皇太村、南泥湖、赤土店、百里沟及黄背岭向 斜的两翼。本组大致可分为三部分：下部为一套稳定的细粒石英岩。可作为与下 伏三j | i 组的分层标志：中部为二云片岩、炭质绢云片岩及钙质二云片岩为主，夹 少量薄层石英岩及大理岩透镜体；上部以深灰色细粒大理岩及条带黑云大理岩为 主，有些地段则相变为钙质黑云片岩、二云片岩、绢云千枚岩等。 ( 四) 煤窑沟组 主要分布于栾川、黄背岭、石宝沟、包犊寨等地，与下伏南泥湖组整合接触， 其上为震旦系三岔口组平行不整合覆盖。本组下部为变质细砂岩与云母片岩、大 理岩互层。变质细砂岩具交错层理；中部为厚层白云石大理岩及含叠层石大理岩： 上部为石英岩，糖粒状白云质大理岩夹片岩，厚8 5 晷一1 1 5 4 m 。 2 7 二郎坪群( p t ：e ) 二郎坪群分布于北秦岭地层分区中部，介于瓦穴子一鸭子河口一明港深断裂 与朱阳关一夏馆一大河深断裂之间。在地理位置上由西至东主要出露于卢氏县胆 矾窑、西峡县- - n 坪、内乡县万沟、南召县板山坪、泌阳县条山、桐柏县刘山岩、 信阳县游河、光山县马畈等地。在卢氏县五里川以西的断裂带内零星分布。向东 在光山塔耳岗一带渐没于中、新生代地层之下。呈北西西一南东东向展布，断续 延伸约4 0 0k m ，南北宽约5 2 5i ( m 。不少地段为后期酸性或中基性岩体吞噬。其 中以西峡县石界河一内乡县万沟，桐柏县刘山岩两地出露较好，剖面较连续、变 质程度浅，宜于地层研究。该层与下伏地层多为断层接触，仅在信阳董家河一带 见与下伏信阳群为不整合接触。在信阳以东，其上被石炭系覆盖，在西峡地区被 三叠系覆盖。 1 6 2 7 1 岩石组合、原岩及形成环境 二郎坪群为一套中浅区域变质岩系。由下而上为细碧岩一石英角斑岩建造河 复理石一碳酸盐岩建造，构成一个深水火山喷发一砂泥质复理石沉积的完整旋回。 岩系中a u 、a g 、c u 、p b 、z n ，及n i 、c o 、c r 等元素丰度较高，局部形成与火山 一沉积作用有关的金、银、铜、铅、锌等矿床。 2 7 2 区域地层划分 该群大致分为四个组：大庙组、火神庙组、小寨组和子母沟组。 ( 一) 大庙组( p t 。d ) 该组由西向东主要分布于西峡县黑烟镇、长探河、内乡县后坪、南召县洞街、泌 阳县条山等地。本组岩性交化较大，为一套浅变质岩系。在西峡南召地层小区以大 量发育硅质板岩、长石板岩及大理岩为主要标志，厚1 1 3 4 1 9 9 0 m 。在桐柏商城地 层小区。则以变粒岩、浅粒岩大量出现为特征，厚度大于1 1 0 2 m 。在总体上，其原岩 属基一酸性火山岩一陆源碎屑岩建造。本组利于寻找铁、铜、金、