（地质工程专业论文）北秦岭构造带（河南境内）不同区段间地质特征差异研究.pdf

摘要 北秦岭构造带是秦岭造山带的二级构造单元，在河南省境内地质 特征存在明显差异，主要表现在：自西向东各构造单元中的岩石变质 程度变深，变形强度加强，矿产组合由复杂到单调，航磁异常和重力 异常存在不连续的现象。地质特征变化以燕山期形成的两条北北东向 大断裂为分界线。本文认为，北秦岭构造带自西向东发生了梯级抬升， 出露的构造层次加深，剥蚀程度增加，因此就表现出地质特征的差异。 造成梯级抬升的原因包括以下几个： l 、华北与扬子板块白海西期开始的碰撞过程是自东向西渐次碰 撞的，在不同的阶段俯冲碰撞的强度有所不同，早期较强。晚期渐弱， 在一定程度上造成东部隆升较高，遭受的剥蚀也较强，而西部相应隆 升较低，遭受的剥蚀也就弱。 2 、秦岭造山带经燕山中期的构造改造，成为多个构造层叠置在 一起的堆积体，浅部以近东西向的构造为主，深部以南北向构造为主， 上、下层呈“立交桥式”构造形式。燕山晚期的北北东向断裂横切近 东西向展布的各构造单元，使北秦岭在平面上呈现为格子状的构造形 式，这种在垂向和平面都不连续的构造特点，使其极易在区域应力场 作用下发生构造变动。 3 、燕山晚期形成的北北东向断裂一方面改造了北秦岭构造带内 的原有构造，另一方面它还成为继续改造中的活动构造面，同时这组 断裂的左旋走滑造成构造线方向的偏转。 1 4 、在中生代未，欧亚板块不但受太平洋板块的俯冲挤压，而且 还受特提斯洋板块的北东向持续挤压，结果在研究区内产生北西向的 剪切应力，使北秦岭内格子状的构造块体发生剪切位移，因：i l ：i l 东向 断裂的存在，剪切位移在北北东向断裂上分段终止，转换为块体的抬 升。 关键词：北秦岭构造带，地球物理场，构造格局，河南省 i i a b s t r a c t n o r t hq i n g l i n gt e c t o n i cb e l ti so n eo fs e c o n dc l a s st e c t o n i cu n i to f q i n l i n go r o g e n i cb e l t ，g e o l o g i c a lc h a r a c t e r so ft h eu n i ta r eo fo b v i o u s l y d i f f e r e n ti nh e n a np r o v i n c e f r o mw e s tt oe a s t ，t h e s ed i f f e r e n c e si n c l u d e e n h a n c i n go fr o c km e t a m o r p h i ce x t e n t ，s t r e n g t h e n i n go fd e f o r m a t i o n i n t e r s i t y , m i n e r a lr e s o u r c e sc o m b i n a t i o nf r o md i v e r s i t yt os i m p l e n e s s ， p a r t i a la e r o m a g n e t i ca n o m a l i e sa n dg r a v i t ya n o m a l i e s w h i c ht a k et w o n o r t h n o r t h e a s tf a u l t sa sd i v i d i n gl i n e t h i sa r t i c l eb e l i e v e st h a tt h es t a i r u p l i f to c c u r sf r o mw e s tt oe a s ti nh e n a np r o v i n c e ，w h i c hr e s u l t si nt h a t l o w e rt e c t o n i cs t r a t ah a v ee m e r g e da n ds e v e r ed e n u d a t i o ne x t e n th a s b e c o m e ，s ot h a tg e o l o g i c a ld i f f e r e n c e sa r es h o w e d t h ec a u s e si n v o l v e di nt h eu p l i f ta ss t a i ra r ea sf o l l o w s 1 t h ec o l l i s i o n a lp r o c e s sb e t w e e nn o r t hc h i n aa n dy a n g t z ep l a t e b e g i ni ne a s ta n de n di nw e s t c o l l i s i o n a li n t e n s i t yi sn o ts a m ei nd i f f e r e n t s t a g e ，i ti ss t r o n g e ri ne a r l ya n di sw e a k e ri nl a t e a sar e s u l t ，u p l i f ti s h i g h e r , d e n u d a t i o ne x t e n ti ss e v e r e r i ne a s ta n du p l i f ti sl o w e r , d e n u d a t i o n e x t e n ti ss h a l l o w e ri nw e s t 2 q i n l i n go r o g e n i cb e l th a sb e c o m eas t a c ks y s t e mt h a ti sc o m p o s e o fm a n yt e c t o n i cs t r a t ab e c a u s et h eb e l ti sr e f o r m e db yt e c t o n i c m o v e m e n ti nm i d d l ey a n s h a n i n as t a g e s t r i k eo fg e o l o g i c a lt e c t o n i c si s m a i n l yn e a re a s t w e s ti ns h a l l o wa n dt h a ti sm a i n l ys o u t h n o r t hi nd e e p ， i i i t h et e c t o n i cf o r ml i k eac l o v e r l e a f j u n c t i o n n o r t h - n o r t h e a s tf a u l tf o r m e d i ny a n s h a n i a nk n i f e d t r a n s v e r s e l y t e c t o n i cu n i t st h a ts t r i k ei sn e a r e a s t w e s t ，w h i c hm a k en o r t hq i n l i n gt e c t o n i cb e l ti n t ol a t t i c e df o r mi n p l a n e b e c a u s et h et e c t o n i c si sn o tj o i n e dt o g e t h e r , n o r t hq i n l i n gt e c t o n i c b e l tc a nb ec h a n g e de a s i l yb yr e g i o n a ls t r e s sf i e l d 3 n o r t h n o r t h e a s tf a u l tf o r m e di ny a n s h a n i a nr e f o m ei n t r i n s i c t e c t o n i c si nn o r t hq i n l i n gt e c t o n i cb e l t ，o nt h eo t h e rh a n d ，i tb e c o m e sa a c t i v e l yt e c t o n i cp l a n e ，a tt h es a m et i m e ，t h e s ef a u l tb e c o m e st h a ts t r i k e o ft h et e c t o n i c si sd e f l e x i o n 4 i nt h el a s t p e r i o do fm e s o z o i c ，a s i a e u r o p ep l a t eh a sb e e n s u f f e r i n ge x t r u s i o nf r o mp a c i f i cp l a t e ，b u ta l s oi t h a sb e e ns u f f e r i n g e x t r u s i o nf r o mt e t h y sp l a t e ，a sar e s u l t ，n o r t h w e s td i r e c t i o ns h e a rs t r e s s i sf o r m e d ，l a t t i c e dt e c t o n i cb o d i e si nn o r t hq i n l i n gt e c t o n i cb e l tm o v e w i t hn o r t h n o r t h e a s tf a u l t s ，t h es h e a rm o v i n go ft e c t o n i cb o d ys t o pt o t u r ni n t ou p l i f ta tt h ef a u l t s k e yw o r d s ：n o r t hq i n g l i n gt e c t o n i c b e l t ，g e o p h y s i c a lf i e l d ， t e c t o n i cs i t u a t i o n ，h e n a np r o v i n c e i v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：互皋益鸯 日期：2 。6 年5 月l 。日 关于学位论文使用授权说明书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门的规定送交学位论文。 作者签名： 导师签名：盏童4 日期：2 0 0 6 年5 月1 0 日 ：| = 程硕士论文第一章绪言 第一章绪言 1 1 论文选题背景及目的 秦岭造山带夹于华北板块和扬子板块之间，是中国重要的构造区带，也是 重要的贵金属和有色金属成矿区带。该地区经历了长期的地质演化和多期次构 造变动，地质问题非常复杂，对于秦岭构造带的地质研究历来受到国内外地学 工作者的重视。近十几年来，许多学者应用不同的地质理论，从多方面对整个 秦岭或其中部分地段进行研究，取得了较丰硕的成果，但仍然存在许多有待进 一步研究或取得共识的地质问题，如秦岭造山带的构造连续性或者说秦岭造山 带内各构造层在东西方向上究竟是否为一个统一的整体问题就是其中之一，本 文所研究的内容就是这个问题的一个侧面。 在河南省内，一般将秦岭造山带划南阳简地以西部分为东秦岭，南阳至信 阳间为桐柏山，信阳以东为大别山三个构造区段，它们在地质演化过程中虽存 在一定差异，但其形成和发展的大地构造背景和构造环境是大体相同的，都属 于秦岭造山带的组成部分。所谓北秦岭构造带是指上述三个构造区段内夹子栾 川断裂和商南一丹凤断裂之间的秦岭造山带的二级构造单元。 北秦岭构造带在河南省呈北西一南东向延绵6 0 0 k m ，是省内最重要矿产资 源蕴集区，现己发现各种类型的金、银、铜、钼、铅、锌、锑、铁、石油、天 然碱等矿产二十多种。地质工作者长期以来就注意到北秦岭构造带在东西方向 上各构造层内岩石的变质程度、矿化强度和类型、岩浆岩的分布等方面存在很 大差异，将省内秦岭造山带分划上述三个区段就存在这方面的原因。在秦岭、 桐柏和大别三个区段内北秦岭各构造层和区域性断裂的方向各不相同，方向突 转的边界基本是两条北北东向的大断裂，即通过南阳附近的安阳唐河断裂和 通过信阳附近的确山一武胜关断裂。过去普遍认为三个区段的地质特征虽有差 异，但构造上是连续的，东西段的不同地层具有构造对应性。这种观点在矿产 勘查实践中出现了较大矛盾，在相同构造环境下形成的地层中却出现了完全不 同的矿产组合，成矿预测存在不可对比性。 作者长期在豫南、豫西南从事矿产地质勘查工作，对北秦岭构造带不同区 段存在的地质差异也作过粗略研究。认识到许多地质特征在安阳一唐河断裂和 确山一武胜关断裂两侧发生了突然变化，一些地层( 如秦岭群) 或构造线分布 也是以这两条断裂为边界，推测这两条断裂与这些地质差异的形成有内在联系， 由于两条断裂的构造作用使北秦岭构造带自西向东可能呈一个梯级抬升的构造 1 工程硕士论文第一章绪言 格局，但缺少比较系统的认识和这方面的资料证据。为了证实以上推测的客观 性，选择本课题进行研究，目的是通过对区内地球物理资料的分析并结合地质 资料的对比，了解中生代以来北东向的大断裂活动的特点及地球物理表现，对 造成北秦岭构造带不同区段地质差异的原因进行分析研究。 1 2 以往研究概况及文献综述 建国以后，地质工作者对秦岭造山带的研究不断深入，在河南省内起初研 究工作重点主要集中在南阳以西的东秦岭地区，少量涉及桐柏山区段，其研究 成果多宏观上的从地质、构造和变质作用方面反映了秦岭造山带沿其展布方向 上的地质特征及其变化，认为北秦岭构造带内东西不同区段i i 自j 的地质特征差异 较大，这是大的区域作用和各自区段内地质作用的综合结果。在论述秦岭造山 带中生代以来的地质演化过程或地质作用时，多注重于秦岭造山带发生陆内造 山后的逆冲推覆运动，而对这个过程中的断裂活动很少涉及。 另外，一些研究者往往把东秦岭、桐柏山和大别山进行分别研究，各自的 观点就具有局限性和片面性，对北东向断裂所造成的现今构造格局的重要性还 缺少深入的认识。 到上世纪八十年代，由于大别山地区超高压变质带的发现，对桐柏山一大 别山的研究也逐渐深入，现在多数研究者已将桐柏山、大别山区段作为秦岭造 山带的组成部分进行整体对比、研究。 北秦岭构造带内不同区段存在地质特征差异的现象已引起不少学者和勘查 工作者的注意，但针对性的系统研究还较少。对于北秦岭构造带内不同区段地 质特征差异的存在已得到多数研究者的基本认同，但对造成这种差异的原因还 存在很大的争议。具有代表性的观点以下几种： 1 、1 9 9 2 年金守文在我省秦岭构造带的一种重要格局一文中提出，河南 省内秦岭造山带由于原有的构造格局受到北北东向深断裂横切的改造，分划成 东秦岭、桐柏、大别山几个主要区段，不同区段内不同程度的构造抬升剥蚀后 所暴露出不同的构造层次是目前构造带的基本面貌。构造带内：i l ：i i ：东向区域性 深断裂的发生和存在与更大的区域作用有关。他不赞成在研究北秦岭的地质和 成矿特点时都从构造带相一致的横向联系来分析，并在认识上把横向作为同一 标准来考虑的作法。他认为，印支期以来，太平洋板块向西俯冲，中国东部陆 块处于弧后扩张的动力学环境中，陆块向上仰冲产生规模较大的伸展构造，由 西向东地壳裂开发生拉张，分别形成大致北北东向的沉降带和隆起带，在二者 交界处出现规模巨大的北北东向深断裂，断裂的作用使地层自西向东造成梯级 2 ：| = 程硕士论文第一章绪言 抬升。 2 、1 9 9 7 年张国伟等在秦岭山带基本组成与结构及其构造演化一文中认 为，现今的秦岭山系是中生代造山隆升所形成，其地表地质构造特点是东部收 敛变窄，大幅度消减抬升，以致深层的造山带根部剥露而出。向西撒开变宽， 以中浅层次构造为主，保存上部岩层。总体形成自东向西依次出露造山带深、 中、浅不同的构造层次。他提出秦岭在板块俯冲碰撞主造山之后并未平静稳定 下来，而是又发生了强烈的板内造山作用，秦岭l l i 脉是在主造山期板构造所奠 定的基本构造格架基础上，于中生代强烈陆内造山所形成。秦岭一大别统一的 造山带在新的地幔动力学的背景下正趋于沿中国两大重力梯度带横跨秦岭部位 裂解为西秦岭、东秦岭和桐柏一大别三大块的新的构造演化趋势。地球物理测 深资料显示，现今的秦岭造山带结构与状态呈现为：深部以南北向异常状态和 结构为特征，而上部地壳更多地保留了古生代至中生代初的主造山期形成的古 东西向构造，上、下不协调一致，其问是最新调整的水平流变过渡层，使秦岭 岩石圈呈现具流变学分层的“立交桥式”三维结构，这种圈层的非耦合关系， 正在导致岩石圈向新的大地构造阶段演化。 3 、1 9 9 8 年吴利仁等在研究东秦岭一大别山碰撞造山带的地质演化过程中， 通过研究各构造层形成的过程和其中岩石的变质程度，认为秦岭造山在东西方 向上不具有构造连续性，即秦岭、桐柏、大别三个区段具有不同的演化构造环 境，是各自独立的构造带。他还利用小比例尺的重、磁资料对研究区内的地球 物理场特征进行了研究，注意到了秦岭一大别山在横向和纵向上的地球物理场 差异，但未论述北东向断裂与这些差异之间的内在联系。他认为造成这种地质 现象的原因是华北板块和扬子板块碰撞过程中扬子板块自东向西斜向俯冲、渐 次碰撞的结果 4 、2 0 0 2 年杨志华等在对秦岭造山带几个重大地质问题的再认识一文中 提出，因秦岭造山带中南北向前寒武系结晶变质地块的发现，表明秦岭造山带 不存在自西向东完整贯通的地层单位，其中的每一个构造单元不论从垂直山链 的横向剖面或平行山链的纵向剖面都是不同时代、不同层次的构造岩片长距离 逆冲推覆或剥离滑脱相互叠置的堆垛体。他认为秦岭造山带内不仅存在东西向 的构造体系，而且存在南北向的构造体系( 如南北向的结晶变质地块和沉降盆 地等) ，秦岭造山带不是东西向连续、统一的整体。这种观点对用板块构造理论 解释秦岭的形成和演化过程提出了挑战，同时他认为秦岭造山带不是华北板块 与扬子板块相互俯冲、挤压、碰撞、对接的结果，而是在地球自转速度变化控 制下的多层扭动涡旋甩出作用( 核幔壳风暴) 产生的涡旋一甩出构造系，沿甩 出臂方向自西向东抽拉一逆冲的过程中形成的。 ：j - = 程硕士论文第一章绪言 5 、2 0 0 4 年李文勇等通过对东秦岭构造带的地球物理特征研究认为，东秦岭 地区地壳厚度自西向东逐渐变薄，约从陕西省柞水附近的4 5 k m 渐变为河南省方 城附近的3 5 k m 。对这种变化的原因，他认为是喜马拉雅运动期太平洋板块向欧 亚板块俯冲，深部地幔上隆，表层地壳拉张，形成东西向挤压，南北向拉张的 应力场，因此，沿主干走向( 北西向) 断裂发生伸展掀斜运动而造成。 从以上资料看来，以往的成果对东秦岭构造带自西向东隆升的现象是有共 同认识的，但对其形成的原因却分析较少，多用构造地质学的方法分析研究构 造带的水平不连续特点，对区内岩石的变质特征和矿床类型的组合特征涉及较 少，对后期断裂的改造作用规律性和在垂向上的特征差异研究较少，特别是还 未完全注意到北秦岭构造带梯级抬升的特点，至少是缺乏整体性的认识和研究。 1 3 研究的范围、内容及方法 本文研究的范围为北纬3 2 。至3 5 。，东经1 l o 。至1 1 6 。，主要为河南省南 部的北秦岭构造带，资料涉及到了湖北、陕西省的局部地区。 研究内容包括区内的构造分区、地层分布、岩性及变质特征、区域性构造 特征、岩浆岩的产出时代和分布特征；北秦岭构造带的地球物理及地球特征及 其反映的地质信息；研究区各种矿床的成矿地质条件、分布规律。 主要研究方法是通过收集分析以往不同比例尺的区域地质、构造、岩浆岩 和矿产等方面资料，了解整个研究区的区域地质特征，对个别问题进行必要的 野外地质调查。利用计算机对河南省部分1 ：5 0 万航磁测量、l ：2 0 万重力调查资 料进行圆滑、延拓、和求导处理，通过对比分析，找出地球物理场与地质体的 对应关系，了解北北东向断裂在构造变动中的作用及其所造成北秦岭构造带不 同区段间地质差异的规律。 1 4 投入工作量和取得的成果 研究工作是结合所在单位的生产进行的，在此过程中进行了近两个月的野 外地工作，共观察地质剖面6 条，采集标本1 2 3 件，光片、薄片制作与观察4 4 件，考察己知矿床、矿点3 0 余处。室内研究阶段，收集了研究区内4 2 个矿床 的勘查资料，查阅钻孔1 0 3 个，对一些区域性地球物理资料进行了数据处理。 通过本次研究，取得了以下主要成果： l 、对北秦岭构造带的地层、构造、岩浆岩以及矿产分布有了系统的了解， 对区内构造演化历史有了一定认识： 4 工程硕士论文第一章绪言 2 、总结了研究区内不同区段的多方面的地质差异，对其成果进行了较全面 的分析，认为这些地质差异是不同地质阶段构造活动的方式和强度不同造成的， 是一个积累的过程，燕山晚期形成的北北东向断裂对地质差异的形成起了主要 作用； 3 、不同区段地质差异反映的是原不处在不同的构造层次的地质体经构造变 动而出露在现在的同一层次上，是自西向东梯级抬升的结果，因抬升的高度不 同，所受的剥蚀程度也就不同，总的趋势是向东剥蚀程度呈突变形式的加深； 4 、分析和总结了区内内生矿产的成矿地质条件，提出自西向东由中低温热 液成因矿产组合向单一的高温矿产组合的变化规律，这种规律是矿床的垂直分 带和不同区段剥蚀程度不同的综合表现： 5 、根据研究区内的成矿地质条件和规律，预测了成矿比较有利的四个地区， 指出了矿产勘查的方向。 工程硕士论文第二章北秦岭构造带的构造地质特征 第二章北秦岭构造带的构造地质特征 2 1 东秦岭的构造格局 秦岭是我国的中央造山带，东西延绵6 0 0 0 余公里，构造形式非常复杂，对 其内部的次级构造单元的划分，不同的构造学派都有自己的划分观点和依据。 地理分区上一般将秦岭造山带自甘肃省成徽盆地( 大致为宝成铁路) 以东至郯 庐断裂的部分称为东秦岭，依据板块构造理论，将东秦岭分划出四个二级构造 单元，即华北板块南缘、北秦岭构造带、南秦岭构造带、扬子板块北缘( 图1 ) 。 图1东秦岭( 河南境内) 构造分区略图 华北板块南缘指夹于三门峡一鲁山断裂和栾川断裂为界之问的构造单元， 其北为华北板块，南为北秦岭构造带。它是华北板块于中元古代的增生体，同 样也具有二层结构，结晶基底为太华群，盖层为熊耳群。北秦岭构造带是于太 古代至晚古生代在华北古板块以南不同时期的古岛弧和古弧后瓮地环境下发育 而成的构造单元，根据形成的环境和时代不同自北向南可将其划分为古元古代 秦岭群地体、中元古代宽坪群地体和早古生代二郎坪群地体。北秦岭以南为南 秦岭构造带，二者的分界线是商南一丹凤断裂，该断裂在东段称龟山一梅山断 裂，沿断裂发育有蛇绿混杂岩带和高压超高压变质带，被公认为是华北板块和 扬子板块的碰撞缝合线。 6 ： 程硕士论文第二章北秦岭构造带的构造地质特征 南秦岭构造带和i 扬子板块北缘是在古扬子板块北侧的发育形成的增生体， 因其不在本文研究区内，收集的有关资料较少，文中不再详细论述。 还有一种分区观点认为，现在的东秦岭原本就不是一个完整的板块，它由 几个小的微板块组成，在东西方向上是不连续的，由此将东秦岭造山带自西向 东划分为东秦岭地块、桐柏地块和大别山地块。 本文认为，以上两利一分区观点所依据的分别是东秦岭在南北向和东西向的 构造层的变化特点，都具有片面性，应该况将两种分区综合起来就全面的反映 了东秦岭的构造格局。华北和扬子两大板块在晚古生代海西期发生碰撞对接， 在碰撞前南北层次的构造格局就已形成，板块碰撞使相应构造单元内发生伸展 剥离、逆冲推覆，但基本构造格局并未发生根本改变。碰撞造山后的燕山运动 期，产生了一组北东向的大规模断裂，这种断裂分划了东秦岭造山带，形成了 东秦岭、桐柏山、大别山三个构造区段，也形成了东秦岭由北西向断裂和北东 向断裂构成的格子状构造格局。 2 2 北秦岭构造带的区域性断裂 如图1 所示，北秦岭构造带内构造系统有两个体系，分别是平行山链的古 亚洲构造域断裂体系和近于垂直山链的濒太平洋构造域断裂体系。前人的研究 中，多注意前者，而后者则研究较少。 平行山链的断裂体系共发育了五条区域性大断裂，这些断裂都是在各地层 分界面上发育而成的( 朱阳关一夏馆断裂有认为是穿层构造的观点) ，控制着地 层和不同时代岩浆岩的分布，它们也都是不同推覆体的滑动面。在河南境内五 条深断裂都具有韧性变形的特征，商南一月风断裂和朱阳关一夏馆断裂可见到 明显的二层结构，其上部的脆性变形带现已沉积了中生代红层，地貌上多呈明 显的负地形。在内乡县夏馆西朱阳关一夏馆断裂中可见到糜棱岩、糜棱岩化花 岗岩以及构造面理和线理，韧性变形的特征特别典型。 除桐柏一商城断裂外，其他断裂均向北倾斜，倾角6 0 8 0 。物探资料显示， 在东秦岭地区，上述断裂深部逐渐变缓并汇聚到一起，形成一条更大的断裂面。 商南一丹凤断裂带内因存在晚元古代和古生代两类不同性质的蛇绿岩和火 山岩、诸多不同类型与来源的岩块以及其带内发育碰撞型花岗岩，它被确定为 华北板块和扬子板块之问的俯冲碰撞缝合带。在板块构造理论中，蛇绿混杂岩 是确定古板块边界缝合线的一个标志特征，但据此确定商南一丹凤断裂带是块 边界缝合线认识还存在不少争议。张国伟、张本仁通过研究南、北秦岭的地球 化学特征，发现其十分相似，据此认为北秦岭的几套地层是南秦岭前寒武系变 7 ： 程硕士论文 第二章北秦岭构造带的构造地质特征 质岩叠置的结果，也就表明南、北秦岭之间的所谓的缝合线是不存在的。杨志 华等学者则认为，北秦岭构造带中的大断裂都并真正意义上的断裂，而是不同 地质单元、地质实体的接触面。在商南一丹风断裂带中发现的所谓蛇绿混杂岩 是深部构造岩片( 块) 向地表抽拉一逆冲时，激发了超基性岩浆的热侵入，在 随后的运动过程中发生了构造冷侵位，不是真正的蛇绿混杂岩，因此它也不能 证明缝合带的存在；最新的岩石、地层学研究成果表明，在东秦岭商南一丹风 断裂完全处在前寒武系地层中，不可能是两大构造单元之间的边界断裂。 垂直秦岭山链的断裂在河南省内有两条，它们在地貌特征上表现为狭长的 断陷地带，现基本被第四系所覆盖。从断陷巯地中的沉积物看，盆地中发现的 最老地层为白垩系，判断构造形成时间为中生代，属燕山运动的产物。位于西 部的断裂为太行山东缘山前断裂安阳唐河断裂的组成部分，沿断裂发育了一 些断陷盆地，如南阳盆地，汤阴地堑等；位于东部者为确山一武胜关断裂，向 北可能与聊城一兰考断裂相连。构造的产状基本为直立，局部向南东方向倾斜。 该组断裂横切整个秦岭造带，其构造运动方式以造成断陷盆地为主，两侧有相 对升降，由于断裂带宽度较大，加之两侧构造线方向发生改变，被错断的两盘 在平面上的位移方向不易被直接判断。可以肯定的是，断裂产生了一定的走滑 运动，但位移距离不大，因为目前在断裂的两侧看不到相对应标志层明显的位 移，但地层走向却产生了突然改变。 2 3 北秦岭构造带各构造层地质特征 我们把在相同环境下形成的一套岩石构造组合称作一个构造层，把一个或 多个构造层存在的构造单元称作地体。构造层是由各地层组成，但它包含了地 层形成的特殊构造环境意义。研究区内出露了元古宙至新生代不同地质时期的 地层( 表1 ) ，但新生界和中生界仅是一般的地层，而元古宇和古生界才具有构 造层的特征，它们主要反映了北秦岭构造带在碰撞造山作用之前的演化过程中 在不同时期所处的构造环境，文中着重论述之。 北秦岭构造带实际为一个叠瓦状推覆体构成的堆置体( 图2 ) ，其中包括了 古元古代秦岭地体、中元古代宽坪地体和早古生代二郎坪地体。 古元古界分布于商南一丹风断裂和朱阳关一夏馆断裂( 东部为桐柏一商 城断裂) 之间，是在古岛弧环境下形成的一套地层，为出露于北秦岭构造带内 最古老的变质岩系，它们构成了秦岭造山带的结晶基底。 秦岭群分布于南阳盆地以西，自下而上分为三套岩石组合：角闪斜长片麻岩一 黑云斜长片麻岩组合、变粒岩一斜长角闪岩组合和大理岩一黑云母片麻岩组合。 r ： 程硕士论文第二章北秦岭构造带的构造地质特征 北秦岭构造带地层对比表表1 宇( 界)东秦岭地区桐柚山地区大别山地区 第四系第四系第四系 新生界渐近系渐近系渐近系 古近系古近系古近系 白垩系白垩系白垩系 中生界侏罗系侏罗系侏罗系 三盏系三盘系 三叠系 上古生界信目i 群信阳群 古生界 下i 生界 二郎坪群二郎坪群 歪庙组 新元古界 苏家河群、 元古宇 中元古界宽坪群宽坪群、苏家河群 卢镇关群 古元古界秦岭群桐柏山群大别群 岩石学研究表明其原岩主要为中基性火山岩、碎屑岩夹碳酸盐岩建造，火山岩 属一套钙碱性火山岩系列，其稀土元素分配型式与岛弧一大陆边缘钙碱系列类 似，形成环境与当时华北板块南部的大陆边缘裂陷有关。 图2西峡一栾川一带北秦岭构造带构造形式图 桐柏山群分布于南阳和信阳之间的桐柏山地区，该变质岩系主要由斜长或 二长片麻岩、混合片麻岩、斜长角闪岩和浅粒岩及少量云母石英片岩与大理岩 透镜体组成，属一套中高压区域热流变质岩系。桐柏山群原岩为一套基性火山 一沉积岩，成岩后其不仅经历了中高压区域变质作用，而且后期遭受了混合岩 化作用。 大别群分布于信阳以东的大别山地区，1 9 9 6 年出版的中国地层典( 太古 宇) 将其称为大别山杂岩，形成时代定为太古宙。最近资料反映的同位素年龄 为1 9 5 2 2 4 2 4 m a ( 徐贵忠) ，其形成时间应主要于古元古代。 9 工程硕士论文第二章北秦岭构造带的构造地质特征 根据岩石类型和原岩建造，大别群分为三个系列：长英质或花岗质片麻岩 系列，为一套以中粗粒为主的浅色岩系，主要岩性有斜长片麻岩、钾长片麻岩、 混合花岗岩、混合片麻岩和混合岩；变质超镁铁质岩系列，呈包体或残留体存 在于花岗质片麻岩中，岩性以斜长角闪岩为主，其次是变质超基性岩和基性麻 粒岩；变质沉积表壳岩系列，常以残留体形式出现在长英质或花岗质片麻岩中， 岩性以含不同矿物( 云母类、角闪石、磁铁矿) 的变粒岩、石英片岩和石英岩 为主。 大别群的原岩较为复杂，斜长片麻岩类的原岩主要为碎屑沉积岩，少部分 为中基性和酸性火山碎屑岩：斜长角闪岩原岩属基性火山岩，具有大陆边缘一 岛弧型基性火山岩特征；石英岩的原岩为深海硅质岩。这些原岩与超镁铁质岩 块代表了古大洋壳构造侵位的碎片，反映出大别群是在岛弧、海沟和大洋环境 下形成的，后而经构造混杂发展成为杂岩体。 对于大别群变质岩中残留的基性和超基性岩块，谢窦克、徐树桐等认为它 们为蛇绿杂岩，这里的蛇绿岩由于被肢解，很难确定出典型的层序，它们与大 河群一起构成蛇绿混杂岩，成因类型主要属于俯冲杂岩类型。 从以上各地层岩石组合情况可以看出北秦岭构造带中自西向东古元古界构 造层岩石变质程度是逐渐加深的。 中元古界包括宽坪群、苏家河群和卢镇关群，宽坪群( 南阳以东称毛集 群) 稳定地分布于栾川断裂和瓦穴子断裂之间；苏家河群和卢镇关群则分布于 桐柏山、大别山地区的桐柏一商城断裂与朱阳关一夏馆断裂之间，西部为苏家 河群，其东部为卢镇关群( 主要分布在安徽省境内) 。 宽坪群的岩石组合主要有三套岩石组成：绿片岩类，包括少量角闪岩、云 母石英片岩类、石英岩大理岩类。绿片岩类的原岩主要为基性火山岩，属拉斑 玄武岩系列，并具有大洋拉斑玄武岩性质。云母石英片岩类原岩为成熟度不高 的杂砂岩，由于其厚度较大并稳定的呈层状产出，它可能代表了活动大陆边缘 构造环境下形成的复理石杂砂岩。大理岩、石英岩类经常呈互层状产出，大理 岩的原岩是碳酸盐岩，而石英石中的硅质则部分来源于碎屑，也有部分来源于 海底火山作用。因此，总体上可以判断宽坪群的原岩为一套海相火山一沉积岩 系，属弧后瓮地杂岩，其形成的构造环境是板内拉张环境。 苏家河群和卢镇关群与宽坪群形成的构造环境基本相同，都是弧后盆地的 沉积，只是卢镇关群中大量斜长角闪岩的原岩为碱性玄武岩，部分片麻岩和片 岩的原岩为酸性熔岩，类似于大陆裂谷双峰式火山特征，而其中的沉积原岩为 大量陆源碎屑岩和少量碳酸盐岩。这表明中元古代时期北秦岭地区古弧后笳地 1 0 ：【程硕士论文 第二章北秦岭构造带的构造地质特征 的拉张程度不同，西部是由过渡壳向洋壳转化，而东部则为陆壳向过渡壳转化。 古生界包括下古生界的二郎坪群、歪庙组和上古生界信阳群。在河南省 内出露的下古生界构造层主要为二郎坪群，歪庙组仅少量分布。 二郎坪群遭受了强烈的构造变动，岩石特征差异较大，地层层序较为复杂， 对其划分历来有较大争议。根据1 9 9 9 年河南省1 ：5 0 万地质图说明书的方案，南 阳盆地以西的二郎坪群自下而上分为火神庙组、大庙组、二进沟组和甘江河组， 桐柏一大别地区的二郎坪群自下而上分为刘山岩组、张家大庄组和大栗树组。 北秦岭构造带东西部的二郎坪群各组的岩石组合具有可对比性，火神庙组 和刘山岩组均为海底火山喷发岩系，属细碧岩一石英角斑岩建造，具大洋拉斑 玄武岩特征，在变质的细碧岩一石英角斑岩中夹有大小不均的硅质岩透镜体。 大庙组和张家大庄组为大理岩类，其中部分大理岩中含有成分为片麻岩、斜长 角闪岩和长英质岩石的角砾，这表明其原岩属于滑塌堆积。二进沟组、甘江河 组和大栗树组为火山一沉积岩系，该岩系中断续分布有变质的镁铁和超镁铁质 岩块及辉长( 辉绿) 岩块。以上岩石组合表明二郎坪群属于一套蛇绿混杂岩， 是在弧后翁地构造环境下形成的，显然这时的盆地底部已出现了洋壳。 信阳群属泥盆纪地层，主要分布于桐柏山和大别山地区，夹于桐柏一商 城断裂和朱阳关一夏馆断裂之间北侧，其南部与苏家河群呈断层接触。 信阳群主要由一套浅变质的区域变质岩系组成，岩性主要有云母石英片岩， 夹有斜长角闪片岩、石英岩和变粒岩、少量片麻岩和大理岩透镜体，其中斜长 角闪片岩为基性火山熔岩变质产物。这套岩石组合属一套巨厚层复理石建造， 是晚古生代弧后笳地再次拉开的沉积。 2 4 北秦岭构造带的演化历史概况 北秦岭构造带的演化历史是与整个秦岭造山带演化过程紧密相联的，近年 来由于对北秦岭构造带内各构造层研究的不断深入，对一些地层时代的确定也 有较大变化，例如二郎坪群过去一直被认为是中元古代的地层，信阳群则长期 被划入新元古界，因此对于北秦岭构造带的发展演化历史也在不断改变。根据 目前对各构造层的岩石组合和形成环境的认识，将北秦岭构造带的演化历史可 大致分析概括如下： 北秦岭构造带基本是在一个古岛弧和一个古弧后盆地的构造环境下发育形 成的。最初华北板块和扬子板块是一个统一的地块，后来裂解成两个板块，两 板块之间形成了古秦岭洋，在早古生代以前古秦岭洋一直存在。早元古代早期， 工程硕士论文第二章北秦岭构造带的构造地质特征 扬子板块开始向华北板块南部大陆边缘下俯冲消减，在海沟、岛弧区、弧前翁 地发育形成发一套火山一沉积岩建造，随着洋壳的继续俯冲，洋壳被刮剥和剪 切而发生破碎，和在海沟形成的复理石和深海沉积物经构造混杂在一起，形成 俯冲杂岩，这便是秦岭群、桐柏山群和大别群的原岩建造，后来构成了华北古 陆南缘的增生体，并成为造山带内最老的结晶基底，它们也应是华北板块结晶 基底的组成部分。 中元古代，华北板块南部的增生体发生裂解并向南漂移，形成东秦岭一大 别山古岛弧，在岛弧北侧则出现了宽坪洋盆，即( 陕西) 商州一( 河南) 信阳 一( 安徽) 舒城古弧后瓮地，在其中形成了宽坪群、苏家河群和卢镇关群，这 时期弧后盆地东西段裂开的程度不同，呈西深东浅特征，因为在西段的火山岩 属于大洋拉斑玄武岩，而东段火山岩呈大陆裂谷内双峰式碱性火山岩组合。中 元古代末期，俯冲作用的加剧使弧后盆地闭合，地层发生变质作用并褶皱隆起。 早古生代，古弧后瓮地再次被拉开并形成了二郎坪群，从二郎坪群的岩石 组合可反映出当时弧后贫地发生了强烈拉张，以至出现了洋壳。早古生代末期， 加里东运动使弧后盆地再次闭合，并使二郎坪群发生构造混杂而形成蛇绿混杂 岩带。 泥笳纪，古弧后笳地最后一次在桐柏一大别山地区裂开，形成了信阳群。 晚古生代海西运动期，华北与扬子两板块发生对接，秦岭造山带进入了碰 撞造山的演化阶段。 印支运动在区内的表现较弱，主要为褶皱变形。区内燕山期构造运动表现 非常强烈，早侏罗世开始，构造运动形式主要为大规模的逆冲推覆以及地壳的 强烈缩短，因此形成了真正的造山带。逆冲推覆的方向在东西段相反，推覆方 向西段向南，东段向北。在北秦岭构造带中，无论东段还是西段，在推覆体下 盘中都没有见到比三叠系更新的地层，因此可以确定区内大规模的逆冲推覆运 动是从早侏罗世开始的。 古孤后盆地闭合后，北秦岭构造带内沉积了中生代和新生代的所有地层， 但分布极不连续，厚度也较小，除了在南阳瓮地有近4 0 0 0 m 厚的沉积外，其他 地区各地层的厚度均为4 0 0 7 0 0 m 。 1 2 ： 程硕士论文 第三章北秦岭构造带不同区段间的地质差异 第三章北秦岭构造带不同区段间的地质差异 如前所述，北秦岭构造带在其演化的过程中东西不同区段由于所处的构造 环境不同，形成了一些原始的差异，如岩石化学、矿物组合特征等，这些差异 可以通过构造分析、岩石学研究等方法不难区分，以下要分析的主要是碰撞造 山作用之后构造作用所造成的地质差异。 3 1 构造层次的差异 1 、从区域地质资料看，东秦岭一大别山古岛弧区构造层具有二元结构，下 部为秦岭群、桐柏山群和大别群结晶基底，上部有古生界盖层。在陕西省东部 及豫西局部常可见秦岭群之上不整合了下古生界丹凤岩群，但在桐柏山却只能 见到桐柏山群结晶基底，却不见盖层。从古岛弧区构造层出露的面积看，秦岭 群范围较窄，桐柏山群的明显变宽，大别群出露范围最大，南北宽度近百公里， 厚度超过了两万米。盖层的缺失可能是由于构造破坏及后期强烈剥蚀作用造成 的，剥蚀作用同样也造成基底变质岩系的出露面积变大。 图3 西峡北部地质略图 卜白垩系红层：2 - 三叠系板岩；3 - p t ，- p z t 变质沉积碎屑岩；4 - p t3 一p z l 变质沉积 碎屑岩和沉积岩；5 一p t ，一p z - 变质中基性火山岩；6 - 大理岩；7 - 片麻岩类；8 花岗岩； 9 一斜长花岗岩；1 0 - 闪长岩；1 卜剪切混杂岩；1 2 一剪切带；13 断裂带；1 4 一不整合界线 2 、北秦岭构造带内的几条北西向大断裂都具有韧性变形的特征，在西部西 峡附近的商南一丹风断裂和朱阳关一夏馆断裂上可见到在其上部的晚期脆性叠 加断裂，使大断裂局部拉张形成一端向西撒开的叉形，在其中堆积形成了中生 团目圈圜回圈口回固日因母田困 工程硕士论文第三章北秦岭构造带不同区段问的地质差异 代红层，断裂地貌特征明显( 图3 ) 。 一 围- 圈z 圈s 圆t 圈s 夏 s 图4 卢氏县南部朱夏断裂剖面图 卜大理岩；2 一二云石英片岩；3 - 变质砂岩；4 一劈理化带；5 一构造角砾岩；6 - 片岩决体 在卢氏县南部，朱阳关夏馆断裂的脆性变形特征特别明显，地表见到的 均是脆性破碎的构造岩( 图4 ) ，向东至内乡县板场一带，则只见到深部的韧性 变形层次( 图5 、6 ) ，韧性变形程度加强，糜棱岩带加宽，甚至局部还出现了构造 片岩，桐柏和大别山区段则完全不见红层堆积。 图5 糜棱岩中的矿物拉长现象 q 石英f 斜长石8 x4 ( 一) 图6糜棱岩中云母鱼构造 m 黑云母8 x1 0 ( + ) 3 、在大断裂的东段桐柏以东地区，沿断裂带常有一些基性、超基性岩体侵 入，如榍柏朱庄一带的多处铬铁矿点就产于一些侵入在桐柏商城断裂的斜辉 橄榄岩体内。而在西段豫西地区则未见有基性、超基性岩体产出，这说明断裂 东段的切割深度比西段要大。 从图7 可以看出，基性、超基性小岩体分布特点是向东逐渐增多，由仅沿 断裂产出变为在大别山群地层中大范围产出。 4 ，秦岭造山带在形成时应是处在同一个构造作用的区域应力场中，它的区 域构造线方向应该相近或基本一致，但现在北秦岭构造带内各构造层的展布方 向和大断裂的走向发生明显改变。东秦岭地区为北西西向，向东越过南阳盆地 1 4 工程硕士论文第三章北秦岭构造带不同区段间的地质差异 图7 桐柏一大别地区基性超基性岩分布图 卜歪庙组；2 - 苏家河群；3 - 大别山群；4 - 宿松群；5 一断裂；6 - 基性超基性岩；7 一花岗岩 后，突然转为北西向，再向东到信阳以东大别山地区，方向则急转为近东西向。 方向变化的边界正是两条北北东向的区域性深断裂，即安阳一唐河断裂和确山 一武胜关断裂，因此，有理由认为区内构造线方向的改变与这两条断裂存在有 某种联系。 对北秦岭构造带不同地段的1 0 1 个地点的燕山中、晚期主应力场的研究资 料统计发现，不同地段主应力场的方向有所不同( 表2 ) ，总体规律是向顺时针 方向偏转，这种现象应是各大的构造单元在运动中相互影响的结果。这个时期 北秦岭构造带燕山期主应力场方位统计表表2 研究区段 统计数量 ot 方向变化范围 优势方位 卢氏南一西峡北部 4 9 3 5 0 。1 9 o 1 2 。 桐柏地区 3 21 4o 3 l 。2 6 。 罗山一新县地区 2 05 。 2 8 。1 7 。 欧亚板块同时受太平洋板块和特提斯洋扳块的俯冲、碰撞挤压，据万天丰研究， 燕山中晚期中国东部形成的主应力场方向为3 2 。，本区结果与其大致相同，与 中国东部主要断裂的走向也近于一致。 研究区在总体呈北北东向的区域应力场的作用，会产生右旋剪切运动，使 构造线方向发生向右偏转，最终呈“反s ”形走向。同时由于北北东向断裂的存 在，这种旋转在断裂两侧会分解出水平左行移动和两盘相对升降( 图8 ) ，郯庐 断裂发生左行平移，距离达7 0 0 余公里，因此使该断裂以东的秦岭山系移至山 东半岛，就可能是这种运动的结果。 1 5 工程硕士论文第三章北秦岭构造带不同区段间的地质差异 图8 北秦岭构造带构造纲要图 1 一断裂；2 - 背斜轴；3 - 花岗岩；4 - 应力场方向