覃作鵬, 劉樹根, 鄧 賓, 李智武, 孫 瑋

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

川東南構(gòu)造帶中新生代多期構(gòu)造特征及演化

覃作鵬, 劉樹根, 鄧 賓, 李智武, 孫 瑋

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

川東南地區(qū)受多期構(gòu)造運動影響，形成了復(fù)雜的復(fù)合構(gòu)造。作者通過對桐梓-綦江地區(qū)野外露頭的100余組節(jié)理、擦痕及典型疊加褶皺的研究，運用構(gòu)造解析方法對節(jié)理破裂滑動構(gòu)造進(jìn)行古應(yīng)力場反演，結(jié)合褶皺的疊加序列和節(jié)理的交切關(guān)系所反映的古應(yīng)力場序列，重建川東南構(gòu)造帶中生代以來的構(gòu)造演化史。結(jié)果表明，川東南構(gòu)造帶于中新生代以來主要經(jīng)歷了4期構(gòu)造運動：早白堊世E-W向擠壓作用；晚白堊世近S-N向擠壓作用；早新生代NE-SW向擠壓作用；上新世早期NW-SE向擠壓作用。

多期節(jié)理；古應(yīng)力場；川東南；構(gòu)造演化

多期地表節(jié)理、裂縫系統(tǒng)和多期疊加褶皺是疊合盆地多期構(gòu)造運動的典型標(biāo)志體,其構(gòu)造演化過程刻畫了區(qū)域內(nèi)復(fù)雜多期性構(gòu)造運動過程[1]。川東南構(gòu)造帶西以華鎣山斷裂帶為界與川中隆起相鄰、東以南川-遵義斷裂帶為界與江南-雪峰造山帶相鄰、南與滇黔北部拗陷帶銜接，地跨近北東走向的齊岳山斷裂帶[2]，受深大斷裂和隱伏斷裂的控制作用[3],以及多期構(gòu)造運動的影響，具有復(fù)雜的復(fù)合構(gòu)造樣式,如:宋家場構(gòu)造、長垣壩構(gòu)造、太和-旺隆構(gòu)造等,多期構(gòu)造運動特征顯著。樂光禹等根據(jù)地質(zhì)模型數(shù)值模擬研究[4]表明，川東南聯(lián)合構(gòu)造受三直角邊界控制,具有由邊界向內(nèi)部逐漸遞進(jìn)演化的特征[1]。前人研究表明川南地區(qū)經(jīng)歷了燕山-喜馬拉雅多期復(fù)合運動[5]，但對其變形期次及受力方式依然存在較大爭議。本文通過對桐梓-綦江地區(qū)地表露頭的疊加褶皺、節(jié)理與擦痕等構(gòu)造要素的測量與解剖，及對100余組多期節(jié)理的古構(gòu)造應(yīng)力場特征、演化次序等的分析，結(jié)合露頭所見的典型的疊加褶皺構(gòu)造，探討川東南地區(qū)構(gòu)造變形期次及其古應(yīng)力場特征，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景重建川東南構(gòu)造帶構(gòu)造期次。

1 區(qū)域構(gòu)造概況

川東南構(gòu)造帶，可細(xì)分為川東高陡褶皺帶和川南低陡褶皺帶，為四川盆地內(nèi)強烈褶皺區(qū)域。川東南構(gòu)造帶西以華鎣山斷裂帶為界，東以南川-遵義斷裂為界，向南跨越齊岳山斷裂帶與滇黔北部拗陷帶相接(圖1)。

研究區(qū)地層自老而新為震旦系燈影組、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和第四系，總厚>10 km。其中, 震旦系燈影組-中三疊統(tǒng)為海相碎屑巖、碳酸鹽沉積層，其間缺失泥盆系、石炭系。寒武系、奧陶系發(fā)育齊全，燈影組、志留系、二疊系茅口組頂部因構(gòu)造運動抬升遭受不同程度的剝蝕。

川東南構(gòu)造區(qū)又可細(xì)分為隔檔式構(gòu)造區(qū)和隔槽式構(gòu)造區(qū)。隔檔式構(gòu)造區(qū)是以大斷裂控制的高陡背斜帶和寬緩向斜帶為主體的平行褶皺區(qū)，其構(gòu)造線總體走向為北北東向，在其北段和南段具有分別向東和向南彎曲而成整體向北西突出的弧形。隔槽式構(gòu)造區(qū)以發(fā)育背斜、向斜近等寬的垛狀褶皺或背斜寬緩、向斜緊閉的隔槽式褶皺為顯著特點，構(gòu)造線方向總體自北東向南西由北北東向經(jīng)遵義一帶轉(zhuǎn)為近東西向。

圖1 川東南構(gòu)造區(qū)位置及地質(zhì)略圖

2 多期構(gòu)造特征

2.1 多期構(gòu)造變形分析方法

古構(gòu)造應(yīng)力場分析是研究盆地構(gòu)造演化的有效方法之一[6,8]，通過對節(jié)理、擦痕的發(fā)育特征以及疊加褶皺變形特征的分析，重建區(qū)域古應(yīng)力場。在多期構(gòu)造運動的背景下，通過野外露頭觀察到的多期節(jié)理之間的限制、交切關(guān)系，同一擦痕面上擦痕的疊置和多期疊加褶皺現(xiàn)象,根據(jù)晚期節(jié)理切割早期節(jié)理、早期節(jié)理限制晚期節(jié)理、晚期擦痕覆蓋或破壞早期擦痕等現(xiàn)象來確定多期構(gòu)造事件間的相對次序。依據(jù)構(gòu)造體形成所經(jīng)歷的不同應(yīng)力背景，可將其分為多期次，其后依據(jù)各期構(gòu)造事件的不同應(yīng)力狀態(tài)重建區(qū)域古應(yīng)力場[6,9]。

對川東南綦江-桐梓地區(qū)節(jié)理、擦痕和疊加褶皺的分析中，發(fā)現(xiàn)一些節(jié)理不符合摩爾-庫倫準(zhǔn)則所述的共軛節(jié)理所對銳夾角的角平分線為σ1(最大主應(yīng)力)方向的原則，野外所見的許多斷層面與擦痕方向卻常常指示鈍夾角的角平分線為σ1方向。造成這種情況的原因可能有2點：①在持續(xù)應(yīng)力的作用下，節(jié)理之間的夾角被擴大；②鄭亞東等提出的最大有效力矩準(zhǔn)則[9]認(rèn)為共軛變形帶的σ1一側(cè)一般為鈍角(110°)。具體選擇鈍角還是銳角作為σ1方向，需要根據(jù)野外實際情況來進(jìn)行分析[6]。野外所見到的很多平面X節(jié)理所在地層經(jīng)過后期構(gòu)造運動改造地層產(chǎn)狀發(fā)生了改變，直接運用所測得的節(jié)理產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計將不能反映真實的古應(yīng)力場，需將地層撫平之后再通過古應(yīng)力反演軟件Win_Tensor計算古應(yīng)力狀態(tài)。

2.2 多期疊加褶皺

川東南地區(qū)由于受到多期構(gòu)造運動控制，普遍發(fā)育多期疊加褶皺?；贘ose L. Simon (2004)對多期疊加褶皺的分類及研究，根據(jù)野外所見的疊加褶皺現(xiàn)象，揭示出區(qū)域內(nèi)多期古構(gòu)造應(yīng)力場的特征及其序列關(guān)系[11]。

于桐梓縣城以北夜郎鎮(zhèn)向斜南翼，山坡村南口的采石場剖面的下三疊統(tǒng)中—薄層深灰色灰?guī)r地層(T1m)中Tq88號點(圖2-A)處高角度出露、褶皺變形形成第一期相似-同斜褶皺第一期褶皺的樞紐呈近SSE向傾伏，其傾伏角大約為25°。第一期褶皺受后期構(gòu)造事件變形疊加，其樞紐發(fā)生了明顯褶皺變形，形成寬緩褶皺。第二期構(gòu)造變形褶皺樞紐約為SE傾伏向中低角度傾伏角。揭示出該區(qū)域內(nèi)地層經(jīng)第一期近E-W向主應(yīng)力擠壓變形后，又經(jīng)受后期擠壓構(gòu)造變形事件疊加改造，其主應(yīng)力方向為NNE-SSW向至S-N向，即第二期近S-N向擠壓應(yīng)力場。由此推知，E-W向擠壓應(yīng)力場早于近S-N向擠壓應(yīng)力場。

圖2 川東南多期疊加褶皺特征

桐梓縣清水溪村中三疊統(tǒng)獅子山組(T2sh)中的Tq105號點(圖2-B)處褶皺變形形成第一期閉合-斜歪褶皺，通過兩翼產(chǎn)狀計算得出第一期褶皺軸面產(chǎn)狀為266°∠47°，揭示其是在E-W向擠壓應(yīng)力場作用下形成的；第二期開闊-近直立褶皺，通過兩翼產(chǎn)狀計算得出第二期褶皺軸面產(chǎn)狀為33°∠84°，揭示其受NW向擠壓應(yīng)力場作用形成，表明E-W向構(gòu)造應(yīng)力場早于NW向構(gòu)造應(yīng)力場。

典型多期疊加褶皺揭示出：E-W向擠壓應(yīng)力形成的S-N向構(gòu)造線理，為早于近S-N向擠壓應(yīng)力形成的近E-W向構(gòu)造線理和由NW向擠壓應(yīng)力形成的NE向構(gòu)造線理，因此為第一期構(gòu)造線理。

2.3 多期節(jié)理特征

根據(jù)對疊加褶皺和多期節(jié)理特征的分析，筆者認(rèn)為川東南構(gòu)造帶自中新生代以來共經(jīng)歷了4期構(gòu)造運動，并根據(jù)野外露頭上所測量到的節(jié)理或擦痕相互交切關(guān)系得出這4期應(yīng)力場的相對次序。在花壩農(nóng)場以西約400 m處下志留統(tǒng)韓家店組中的TQ061點處見兩系共軛節(jié)理(圖3-A，所在位置見圖4)：節(jié)理組a(圖中a)為一組走滑性質(zhì)且走向為NNE和NW向的共軛節(jié)理；節(jié)理組b(圖中b)為一組走滑性質(zhì)且走向為NNW和NW向的共軛節(jié)理。節(jié)理組a在S-N向應(yīng)力場的作用下形成，節(jié)理組b在NW向應(yīng)力場的作用下形成，而節(jié)理組a限制了節(jié)理組b的發(fā)育，表明節(jié)理組a早于節(jié)理組b形成，即近S-N向應(yīng)力場要早于NW向應(yīng)力場。花壩農(nóng)場NW方向約1.3 km處上二疊統(tǒng)中的TQ58點處見2組擦痕相互疊置(如圖3-B所示，所在位置見圖4)。具上沖右旋性質(zhì)的擦痕a(圖中a)出現(xiàn)在巖石表面，而具正斷左旋性質(zhì)的擦痕b(圖中b)則出現(xiàn)在巖石之上的方解石表面，表明擦痕a形成于擦痕b之前。根據(jù)古應(yīng)力恢復(fù)表明，擦痕a于NW向擠壓應(yīng)力場作用下形成，擦痕b于NE向擠壓應(yīng)力場作用下形成，揭示出NW向擠壓應(yīng)力場早于NE向擠壓應(yīng)力場。

桐梓縣新橋鎮(zhèn)以南約3 km處中三疊統(tǒng)夜郎鎮(zhèn)在Tz006點位處見2組擦痕相互疊置(如圖3-C所示，所在位置見圖4)，其中擦痕a(圖中a)為低角度右旋上沖走滑性質(zhì)，古應(yīng)力反演表明其形成于E-W向擠壓應(yīng)力場中；擦痕b(圖中b)為高角度右旋上沖性質(zhì)，古應(yīng)力反演表明其形成于NW向擠壓應(yīng)力場中。如圖3-C所示，擦痕b覆蓋于擦痕a之上，表明擦痕b晚于擦痕a形成，揭示出E-W向擠壓應(yīng)力場早于NW向擠壓應(yīng)力場。

圖3 川東南構(gòu)造節(jié)理擦痕特征

圖4 川東南構(gòu)造帶節(jié)理面構(gòu)造滑動古應(yīng)力綜合分析圖

綜上所述，通過對節(jié)理面和擦痕的分析，可知其應(yīng)力期次為：E-W向和S-N向構(gòu)造應(yīng)力場最早，NE-SW向次之，NW-SE向最晚。結(jié)合前述疊加褶皺的分期結(jié)果，可將該地區(qū)所經(jīng)歷的古應(yīng)力場按照由老到新關(guān)系分為如下4期： E-W向、S-N向、NE-SW向、NW-SE向。

2.4 多期古應(yīng)力特征

筆者于該地區(qū)內(nèi)共收集105組節(jié)理、擦痕數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，在剔除拉張性質(zhì)數(shù)據(jù)(即σ1位于鉛直方向)的情況下，以共軛X節(jié)理及野外所見的節(jié)理擦痕的交切關(guān)系為基礎(chǔ)，應(yīng)用古應(yīng)力反演軟件Win_Tensor，同時通過PBT Module、RUP和地層復(fù)平校正檢驗[12]進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和古構(gòu)造應(yīng)力場分期，并與疊加褶皺特征和多期節(jié)理特征所得結(jié)論相互印證后，將該地區(qū)的古應(yīng)力場分為如下幾期：第一期為E-W向的主應(yīng)力，第二期為近S-N向主應(yīng)力，第三期為NE-SW向和第四期為NW-SE向主應(yīng)力(圖4)。

第一期近E-W向主應(yīng)力場(其主應(yīng)力σ1方位角范圍為81°～110°)，主要發(fā)育NNW和NEE向共軛節(jié)理(σ3為近S-N向)。對該系節(jié)理共計17組數(shù)據(jù)的分布位置統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，該系節(jié)理呈集中分布，10組數(shù)據(jù)分布于齊岳山斷裂帶，5組分布于南川-遵義斷裂西側(cè)。這表明該期節(jié)理沿大型斷裂集中分布。

第二期近S-N向主應(yīng)力場(其主應(yīng)力σ1方位角范圍為345°～2°)，主要發(fā)育了NE和NW走向的走滑性質(zhì)的共軛節(jié)理(σ3為近E-W向)。對該系節(jié)理共計15組數(shù)據(jù)的分布位置統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，該系節(jié)理分布密度由南到北逐漸減少，于齊岳山斷裂帶之南東僅見2組數(shù)據(jù)，由此推測該期古應(yīng)力場可能由南向北傳遞。

第三期NE-SW向主應(yīng)力場(其主應(yīng)力σ1方位角范圍為51°～65°)主要形成S-N和E-W走向及NNE和NWW走向的2系具走滑性質(zhì)的共軛節(jié)理(σ3為近NW-SE向)。對該系節(jié)理共計27組數(shù)據(jù)統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，該系節(jié)理呈相對集中分布，分別集中于齊岳山斷裂帶(12組數(shù)據(jù))及南川-遵義斷裂帶西側(cè)(9組數(shù)據(jù))，隔檔式褶皺區(qū)(2組數(shù)據(jù))分布極少。表明該期節(jié)理沿斷裂帶集中分布。

第四期NW-SE向主應(yīng)力場(其主應(yīng)力σ1方位角為138°)主要發(fā)育了走向為近S-N向和近E-W向的具走滑性質(zhì)的共軛節(jié)理(σ3為近NE-SW向)。由SE向NW向擠壓，應(yīng)力強度逐漸減弱。

需要特別指出的是，在所收集到的105組數(shù)據(jù)中，有34組為拉張性質(zhì)(即σ1位于鉛直方向)。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨分析后發(fā)現(xiàn)：(1)這些數(shù)據(jù)的采集點基本位于褶皺的核部區(qū)域；(2)張性數(shù)據(jù)的拉張方向(即σ3方向)與其所對應(yīng)的擠壓應(yīng)力場的主應(yīng)力方向(即σ1方向)的負(fù)方向剛好一致；(3)張性數(shù)據(jù)的采集點處都同樣采集到了與之對應(yīng)的擠壓應(yīng)力場的數(shù)據(jù)。由此我們認(rèn)為這些張性數(shù)據(jù)是在擠壓應(yīng)力場作用下，于背斜外層或向斜內(nèi)層由于局部拉張所形成的張性節(jié)理，同樣反映了對應(yīng)期次的古構(gòu)造應(yīng)力場的特征，可以作為判定對應(yīng)擠壓應(yīng)力場的證據(jù)使用，故將這些張性數(shù)據(jù)加入到構(gòu)造期次的劃分中(圖4)。

3 川東南地區(qū)中新生代構(gòu)造演化

川東南構(gòu)造區(qū)地跨川東南高陡褶皺帶和川南低陡褶皺帶，分別受齊岳山構(gòu)造帶和大婁山構(gòu)造帶控制，因而具多期構(gòu)造運動特征，區(qū)域上具有明顯的多期線理構(gòu)造格局，如NE向桑木場構(gòu)造帶、S-N向南川-遵義構(gòu)造帶等。根據(jù)地層只能記錄與之同時或者其形成之后的構(gòu)造事件，對所收集節(jié)理擦痕數(shù)據(jù)按地層分類統(tǒng)計后，發(fā)現(xiàn)4期古應(yīng)力場從老到新所有地層中均有出現(xiàn)，且該地區(qū)最新地層為上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)，由此推知這4期古應(yīng)力場都發(fā)生于晚侏羅世及其之后。

中晚侏羅世以來，華南大陸板內(nèi)雪峰陸內(nèi)造山系統(tǒng)由南東向北西發(fā)生穿時擴展，逐漸影響并控制了揚子板塊內(nèi)構(gòu)造變形格架[13,14]。雪峰陸內(nèi)造山帶于早白堊世早中期(即燕山運動中、前期)由南東向北西推擠至川東南褶皺帶南東段，于早白堊世晚期(即燕山運動中、后期)推擠至川東南褶皺帶北西段[15]，使早期為張性的S-N向南川-遵義斷裂帶發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，形成上沖走滑變形，于南川-遵義斷裂帶西側(cè)形成第一期東西向擠壓主應(yīng)力，并導(dǎo)致該邊界斷裂帶具有明顯左旋走滑上沖變形特征，形成了川東南地區(qū)第一期近S-N向構(gòu)造線理。

圖6 川東南綦江—桐梓NW-SE向構(gòu)造演化剖面圖

晚白堊世雪峰陸內(nèi)造山帶產(chǎn)生的SE-NW向擠壓應(yīng)力場依然活躍，而紫玉-羅甸斷裂發(fā)生強烈左旋走滑運動，黔中地區(qū)受紫云-羅甸斷裂影響沿NW向強烈鍥入大婁山地區(qū)，同時受到四川盆地剛性基底的強烈阻擋作用。受此三大構(gòu)造作用影響，大婁山構(gòu)造帶發(fā)生S-N向擠壓，發(fā)生褶皺變形[14]，受控于第二期S-N向擠壓古應(yīng)力場，于川南地區(qū)形成E-W走向展布的一系列構(gòu)造行跡，同時第二期構(gòu)造變形疊加改造早期南北向構(gòu)造。

新生代早期，印-亞板塊碰撞所形成的E-W向擠壓應(yīng)力場由西向東傳遞，使一些南北走向的張性斷裂，如小江斷裂、安寧斷裂、 大涼山斷裂等邊界主斷裂由新生代之前的張性為主[14]發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)逐步變?yōu)橐陨蠜_走滑作用為主，加之四川盆地對E-W向擠壓應(yīng)力場的阻擋作用，使大婁山構(gòu)造帶形成NW-NNW向構(gòu)造線理，并隨著E-W向擠壓應(yīng)力場的向西逐次遞減，形成該期線理于大婁山西段明顯強于東段的特征,形成川東南構(gòu)造區(qū)第三期NE-SW向構(gòu)造應(yīng)力場。

受印支板塊喜馬拉雅期以來向東南幕式擠壓的影響，青藏高原東緣向東的隆升和推擠以及四川盆地及其周緣整體抬升，上新世早期(約5 Ma B.P.左右)[16]川東南地區(qū)(如：桐梓地區(qū))受到NW-SE向擠壓發(fā)生快速隆升剝蝕，造成新近系完全剝蝕，進(jìn)而形成古近系古新統(tǒng)與第四系更新統(tǒng)呈角度不整合相接觸，并形成大量NE向展布的構(gòu)造線理, 最終奠定了川東南構(gòu)造區(qū)的基本構(gòu)造格架(圖5)。

4 結(jié) 論

a.川東南構(gòu)造帶受四川盆地多旋回構(gòu)造作用的影響，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化史(圖6)，于中新生代以來主要經(jīng)歷了4期構(gòu)造運動：第一期E-W向，第二期S-N向，第三期NE-SW向，第四期NW-SE向。

b.中晚侏羅世后雪峰造山帶向北西推擠，使得南川-遵義斷裂帶由張性反轉(zhuǎn)為左旋上沖走滑并形成第一期S-N向構(gòu)造線理；其后，由晚白堊世開始，雪峰山持續(xù)的北西向推擠，黔中地區(qū)的強烈切入與四川盆地基底的阻擋聯(lián)合作用，形成川南大婁山地區(qū)E-W向構(gòu)造線理；新生代早期印-亞大陸碰撞的擠壓力在四川盆地的阻擋作用下于大婁山地區(qū)形成NE向應(yīng)力場，進(jìn)而形成NW-NNW向構(gòu)造線理；上新世早期，青藏高原快速隆起及向東擴展，使得川東南地區(qū)也發(fā)生快速隆升剝蝕，形成NE向線理，進(jìn)而川東南構(gòu)造區(qū)基本形成。

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MultiphasestructuralfeaturesandevolutionofSoutheastSichuantectonicbeltinChina

QIN Zuo-peng, LIU Shu-gen, DENG Bin, LI Zhi-wu, SUN Wei

StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

The Southeast Sichuan tectonic belt is to the east of the Huaying Mountain fault zone, to the west of the Nanchuan-Zunyi fault zone and to the north of the depression zone in the north of Yunnan and Guizhou. Because of the impact of multiphase and multidirectional tectonic movements, a complex and compound structure formed in the southeast of Sichuan. Through researching more than 100 groups of joints, scratches and typical superimposed folds obtained from the outcrops of Tongzi-Qijiang area, inversing the paleostress field of the superimposed fold and joints fracture-slip structures by using the structural analytic method and combined with the paleostress fields’ sequence reflected from the superposition sequence of the folds and intersected relations of the joints, the authors rebuild the tectonic evolution of the Southeast Sichuan tectonic belt since Mesozoic. The result shows that the Southeast Sichuan structural belt has experienced four phases of tectonic movements since Mesozoic, that is, Early Cretaceous E-W trending compressional stress field, Late Cretaceous S-N trending compressional stress field, Early Cenozoic NE-SW trending compressional stress field, and Early Pliocene NW-SE trending compressional stress field.

multiphase joint; paleostress field; Southeast Sichuan; tectonic evolution

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.06.10

1671-9727(2013)06-0703-09

P542

A

2013-06-03

覃作鵬(1989-),男,碩士研究生,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè), E-mail:343776673@qq.com。