燕山板內(nèi)造山帶右行走滑構(gòu)造系統(tǒng)的運動學(xué)特征

燕山板內(nèi)造山帶右行走滑構(gòu)造系統(tǒng)的運動學(xué)特征

在燕山中生代板內(nèi)造山帶中部的主要地質(zhì)構(gòu)造中，具有構(gòu)造模式意義的近、短期斷裂及其與北、東斷裂及其其他構(gòu)造形態(tài)的關(guān)系是吸引學(xué)者注意并引起爭議的問題之一。例如，關(guān)于規(guī)模最大的尚義-赤城斷裂和北口-平泉斷裂的性質(zhì)，人們有不同的看法。一些科學(xué)家認為，上義-赤城斷裂具有右滑動，但更多的人認為這是自北錯誤的。然而，與抗沖觀點相反的重要事實是，在南北斷裂的前震旦紀高級變質(zhì)巖的變質(zhì)程度明顯低于南板。也就是說，逆沖巖的上白巖為角閃巖，下白巖為馬粒巖。此外，對最南的茂密-口語斷裂也有不同的看法。有人認為它是北北海岸的一個重要逆沖構(gòu)造，也有人認為它是這一南部海岸的一個重要逆沖擾動。事實上，沿著這條大斷裂，一些段落在北板上上升，另一些段落在南板上相對上升。因此，統(tǒng)一的逆沖構(gòu)造運動學(xué)模很難理解。近年來的工作結(jié)果表明，這是一個重要的右滑動斷裂。關(guān)于燕山板內(nèi)造山帶中近東西向、北東向和北北東向構(gòu)造之間的相互關(guān)系,前人多認為東西向構(gòu)造形成最早,北北東向構(gòu)造形成最晚,北東向構(gòu)造的形成界于二者之間.但是,除了在少數(shù)地段存在著北東或北北東向斷裂將東西向斷裂切錯的現(xiàn)象以外,如鎮(zhèn)羅營、墻子路、大城子一帶,中三家-朱祿科一帶、藥王廟-朝陽斷裂,絕大多數(shù)北東向斷裂與近東西向斷裂之間表現(xiàn)為一種復(fù)合關(guān)系,即在北東向斷裂靠近近東西向斷裂時趨于與后者一致,而不是切斷后者,而且,這種復(fù)合關(guān)系還表現(xiàn)出區(qū)域上的一致性,這是難于用前述構(gòu)造形成模式作出合理解釋的.本文基于近年來系統(tǒng)的野外調(diào)查和構(gòu)造變形分析以及年代學(xué)研究,對分布于燕山中段的中生代近東西向的右行走滑構(gòu)造系統(tǒng)展開討論,試圖為目前構(gòu)造模式尚不能圓滿解釋的上述問題尋找合理的答案.本文將重點闡述該走滑構(gòu)造系統(tǒng)的幾何學(xué)和運動學(xué)特征,并探討其形成時代和區(qū)域大地構(gòu)造意義.1冀北燕地區(qū)主要斷裂構(gòu)造位于冀北、遼西的燕山中生代板內(nèi)造山帶,在冀、遼交界以西地段呈近東西向,以東的遼西地區(qū)呈北東向,因此總體上具有向南東突出的弧型特征(圖1).在冀北燕山地區(qū),發(fā)育著一系列醒目的近東西向斷裂構(gòu)造,最令人注目的是尚義-赤城-古北口-平泉斷裂和密云-喜峰口斷裂,它們都近東西向延伸逾200km.從空間上看,這些斷裂構(gòu)造構(gòu)成了遼西地區(qū)走向北東、向南東逆沖的逆沖-褶皺構(gòu)造系統(tǒng)與燕山中西段走向北東、向北西逆沖的逆沖推覆構(gòu)造之間的橋梁.因此,弄清這些主要斷裂構(gòu)造的性質(zhì)及其與區(qū)內(nèi)其他構(gòu)造之間的相互關(guān)系,對于全面闡述燕山造山帶的構(gòu)造格局和構(gòu)造演化具有重要意義.2近雙向斷裂型冀北燕山造山帶中段右行走滑斷裂系統(tǒng),由近東西向主干斷裂、夾于其間的北東向壓性斷裂、樞紐展布方向北東的褶皺構(gòu)造、走向北西的張性斷裂和巖脈等共同組成.2.1干預(yù)破壞段特征的組合特征和斜列“p斷裂”2.1.1斷裂北盤和南盤斷裂北盤斷裂帶研究區(qū)近東西向主干斷裂構(gòu)造主要有古北口-平泉斷裂、密云-喜峰口斷裂及其東延部分——要路溝-錦西斷裂.古北口-平泉斷裂主要沿著中、上元古界和中、晚侏羅世盆地邊界發(fā)育.沿走向上的分段特征不是特別明顯(圖2),而位于南部的密云-喜峰口-要路溝-錦西斷裂卻具有明顯的分段特色.總體上來看,在密云-墻子路段斷裂發(fā)育在太古宇高級變質(zhì)巖所構(gòu)成的結(jié)晶基底當中,斷裂附近發(fā)育中元古界沙廠球斑花崗巖.從墻子路到興隆縣南部一帶,斷裂北盤緊鄰斷裂附近以太古宇基底巖系出露為主,南盤則以中、上元古界蓋層巖系發(fā)育為特征(圖2).在興隆縣六道河西部正東峪和大葦塘一帶,剖面所揭示的斷裂北盤相對南盤分別有約1km和3.1～5.8km的上升位移量(圖3).需要特別指出的是,圖3a還顯示了常州溝組的厚度在主干斷裂兩盤發(fā)生了劇烈變化,即由斷裂以南的約750m突然變?yōu)閿嗔驯北P約220m.不僅如此,野外觀測還發(fā)現(xiàn),斷裂兩側(cè)該時代地層的結(jié)構(gòu)特征和巖石學(xué)特征也存在著明顯的差異.在斷層北側(cè),與該剖面南盤常州溝組地層結(jié)構(gòu)、巖性組合和地層厚度相當?shù)牡貙?位于興隆縣城東部龍?zhí)稖弦粠?二者沿斷層的右行位移約有17km.但是,從興隆往東到喜峰口東部一帶,斷裂系沿著蓋層巖系與基底巖系的接觸帶發(fā)育,從剖面上總體表現(xiàn)為斷層南盤相對北盤的上升.因此,無論是由北向南逆沖還是由北向南逆沖的構(gòu)造運動學(xué)模式,都無法合理解釋該斷裂構(gòu)造上述各段不同的運動學(xué)特征.從喜峰口向東到青龍縣馬圈子鄉(xiāng)一帶,斷裂發(fā)育在太古宇基底當中,以一系列斜列分布的脆—韌性斷層為特色.自馬圈子往東,斷裂帶寬度明顯加大,由兩個較大規(guī)模的斷裂帶組成.北側(cè)一條相當于原1∶20萬山海關(guān)幅所稱的大屯-土門子斷裂帶.自馬圈子向東經(jīng)小駱駝嶺、要路溝北部到大屯一帶.在馬圈子?xùn)|北小駱駝嶺一帶的眾多斷層伴生構(gòu)造、冀遼交界處的大型牽引褶皺等,都表明了該斷裂的右行走滑運動特征.南側(cè)一條相當于1∶20萬山海關(guān)幅所命名的明水塘-土門子斷裂帶.該斷裂帶由5條規(guī)模較大的斷裂組成.斷裂帶所切錯的地層包括了太古宇基底變質(zhì)巖、中、上元古界蓋層巖系以及中生界陸相火山和沉積巖系.斷裂傾角都很陡,同一斷裂在不同地段傾向不盡一致.斷層運動學(xué)特征顯示出與喜峰口以西類似的分段差異性.由于前人只注意到剖面上斷層兩盤的相對升降運動特點,因此,難以對斷裂的形成和演化做出合理的解釋.2.1.2火炬樹內(nèi)緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣緣間右行駛滑構(gòu)造運動密云-喜峰口-要路溝-錦西斷裂系的主干斷裂是由一系列次級斷層所構(gòu)成的.這些次級斷裂在平面上表現(xiàn)為顯著的右行、右列的P破裂組合型式(圖2).例如:在興隆-喜峰口段,近東西向的主干斷裂由一系列北西西向的次級斷層構(gòu)成,達到填圖規(guī)模的此類斷層分別出現(xiàn)在興隆南部小汗溝一帶、東八品葉一帶、黃門子附近、藍旗營東南部、喜峰口等地(圖2).斷面上的伴生構(gòu)造,如擦痕、階步以及不對稱的傾豎褶皺等表明,沿著這些次級斷層主要發(fā)生了右行走滑構(gòu)造運動.它們與位于主干斷裂之間、走向北東的壓性斷層(敘述見后)的空間方位以及主要的運動學(xué)和力學(xué)性質(zhì)存在明顯的差異,后者所經(jīng)歷的主要是擠壓變形作用,而走滑運動則居于次要地位.2.2右行駛滑斷裂系的構(gòu)造形跡在燕山中段右行走滑斷裂系統(tǒng)中,發(fā)育著一系列夾持于主要斷裂之間的次級張性斷裂和張裂脈,它們構(gòu)成了該右行走滑斷裂系的“T破裂”.其中,以發(fā)育于壽王墳—大杖子一帶五指山—大杖子盆地和石嶺子-明水塘一帶的此類構(gòu)造形跡最具代表性.2.2.1張性斷層和流紋斑巖脈位于古北口-平泉斷裂和密云喜峰口斷裂之間的五指山-大杖子盆地中,發(fā)育有兩組次級斷裂構(gòu)造.這些次級斷裂構(gòu)造只發(fā)育在近東西向的古北口-平泉斷裂和密云-喜峰口斷裂之間,而沒有錯斷近東西向斷層;而且主要分布于中、晚侏羅世髫髻山組和后城組(土城子組)當中.北東走向的一組表現(xiàn)為壓性斷裂,而走向北西的斷層幾乎無一例外地表現(xiàn)為張性斷層,并有張裂脈發(fā)育(圖5).被花崗斑巖巖脈和流紋斑巖巖脈充填的張裂脈共有14條,巖脈走向北西,近直立.走向統(tǒng)計結(jié)果表明主體走向為SE155°～160°(圖5a).區(qū)內(nèi)北西向的張性斷層共有54條(圖5),平面延伸長度為0.8～14km不等.除其中3條傾向南西之外,其余均傾向北東,傾角都大于70°,多數(shù)近于直立.統(tǒng)計結(jié)果顯示,它們的總體走向SE150°～155°(圖5b).因此,張性斷層和張裂脈的產(chǎn)狀是非常接近的.從它們的空間分布特征和運動學(xué)性質(zhì)來看,可以很好地與近東西向主要斷裂配套構(gòu)成右行走滑斷裂系統(tǒng)的“T破裂”.2.2.2石嶺子—要路溝—明水塘一帶在石嶺子—要路溝及其東南部一帶的中侏羅統(tǒng)髫髻山組中,也發(fā)育著一系列的張性斷層和張裂脈.13條張裂脈的統(tǒng)計走向為140°～165°(圖4a);5條張性斷層的統(tǒng)計走向為130°～155°(圖4b).它們大體上構(gòu)成了右行走滑斷裂系中的“T破裂”,與主要走滑斷裂剪切運動方向相同的同向走滑斷裂的走向為95°～120°(圖4c),而以105°～110°為主,可能相當于Riedel簡單剪切模式中的R剪切破裂.它們之間的空間分布與運動學(xué)組合,指示了右行走滑構(gòu)造變形特征.2.3斷裂北緣走滑斷裂在近東西向主干斷裂附近及之間的雁列式褶皺構(gòu)造,也是燕山板內(nèi)造山帶右行走滑構(gòu)造系統(tǒng)的一個重要組成部分.這些褶皺樞紐走向北東,與主干斷裂呈銳角相交(圖6).它們僅發(fā)育在主干斷裂附近,既沒有被東西向斷裂錯斷跡象,也沒有使東西向斷裂卷入褶皺變形的表現(xiàn),因此其形成時間上是與近東西向斷裂一致的.這種空間組合形式明確反映了它們的形成與沿近東西向斷裂的右行走滑有關(guān).在興隆縣西南部前葦塘一帶,在主干斷裂北側(cè)發(fā)育著一系列北東走向的褶皺構(gòu)造(圖6).它們斜列展布于斷裂北盤,褶皺軸跡走向NE50°～60°,與近東西向的主干斷裂銳夾角相交(6a),顯示出沿斷裂右行走滑過程中北西-南東向的次生擠壓作用.在興隆—喜峰口以北、壽王墳—大杖子以南一帶,近東西走向的密云-喜峰口斷裂和古北口-平泉斷裂與夾于期間的北東向斷層構(gòu)成了一幅平面走滑雙重構(gòu)造(strike-slipduplexes)(圖2).古北口-平泉斷裂和密云-喜峰口斷裂分別構(gòu)成了“雙重構(gòu)造”的“頂板”和“底板”斷裂,夾于期間的北東向斷裂則相當于分支斷層(branchfaults)或連接斷層(linkfault).北東向斷層靠近前述近東西向主干斷裂時,有向兩斷裂收斂的趨勢,而不是交切關(guān)系.此外,在大杖子-五指山盆地中,發(fā)育著規(guī)模不等的北東向壓性斷層計有40條(圖7),斷層傾向北西為主,傾角很大,因此平面上多平直延伸較長距離.最短者延伸不到2km,而最長者延伸約40km.斷層走向統(tǒng)計表明,走向范圍為NE20°～70°,而主體走向為NE65°～70°(圖7a).這與Riedel簡單剪切走滑斷裂模式所預(yù)測的壓性構(gòu)造位置接近.3形成時間和右滑距離3.1黑云母角閃安山巖中角閃石年齡走滑斷裂系統(tǒng)形成時代可以根據(jù)它們與相關(guān)地層和火山巖、侵入巖的相互關(guān)系來間接確定.在大杖子-五指山盆地西南部的興隆縣鑿子嶺附近,測得髫髻山組下部黑云母角閃安山巖中角閃石的年齡為147.6Ma(40Ar/39Ar);而侵入于古北口-平泉斷裂的壽王墳巖體和霧靈山巖體的年齡分別為130Ma和131Ma.因此,該走滑斷裂的形成時代應(yīng)在147～132Ma之間,即晚侏羅世—早白堊世.3.2右行駛滑斷裂右行錯斷位移量由于后期構(gòu)造改造和侵蝕作用的破壞,走滑位移量的估算困難較大.作者曾經(jīng)根據(jù)中、上元古界和古生界的部分地層標志估算過密云-喜峰口斷裂的右行走滑位移量不小于75km.密云-喜峰口斷裂的東沿部分——要路溝-錦西斷裂一帶,在要路溝東南部一帶沿南側(cè)主干斷裂和次級斷裂的右行走滑標志比較明顯.被右行錯開的中元古界與太古宇接觸帶顯示約有5.3km(圖4),而髫髻山組火山巖盆地西界被一系列右行走滑斷裂右行錯斷位移量累計約有6km(圖4).因此,沿密云—喜峰口—要路溝—錦西斷裂的右行走滑位移量可能會超過85km.但是,由于沿北部古北口-平泉主干斷裂的位移標志不甚明顯,因此難以準確估算其位移量.4逆沖推覆構(gòu)造與近豎向滑構(gòu)造系統(tǒng)燕山板內(nèi)造山帶中、西段(含北京西山)分布著許多中生代逆沖推覆構(gòu)造.其中主要逆沖斷層包括:北京西山南大寨-八寶山逆沖斷層,河北興隆一帶的逆沖推覆構(gòu)造,北京懷柔湯河口一帶的逆沖推覆構(gòu)造,北京昌平十三陵一帶的逆沖推覆構(gòu)造,河北宣化下花園一帶的逆沖推覆構(gòu)造等.近年來又在河北承德市一帶新發(fā)現(xiàn)了一個大規(guī)模的逆沖推覆構(gòu)造.筆者曾對上述主要逆沖推覆構(gòu)造從造山帶的尺度進行了與前陸褶皺逆沖帶的對比研究.上述逆沖推覆構(gòu)造均具有總體走向北東、并向北西突出的弧形特征,上盤逆沖方向指向北西—北北西,下盤地層主要為髫髻山組及其上覆后城組(土城子組)(時代為中侏羅世晚期—晚侏羅世).在侵入于八寶山-南大寨逆沖斷層的房山巖體中獲得了128Ma的鋯石U-Pb年齡,因此逆沖作用發(fā)生于白堊紀之前.位于冀東北和遼西地區(qū),形成于同一時代的逆沖推覆構(gòu)造則呈現(xiàn)出相反的運動學(xué)極性特征.即遼西地區(qū)燕山造山帶東段的逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)構(gòu)成了上盤逆沖指向南東的特點.燕山板內(nèi)造山帶上述運動學(xué)極性相反的兩個逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)正好是由本文所論述的近東西向右行走滑構(gòu)造系統(tǒng)連接在一起的(圖1).基于上述不同逆沖方向的逆沖推覆構(gòu)造、近東西向走滑斷裂系統(tǒng)的時空特征,我們有理由認為,遼西地區(qū)的逆沖構(gòu)造、燕山中、西段的逆沖推覆構(gòu)造和近東西向右行走滑(斜壓)斷裂系共同組成了一個板內(nèi)轉(zhuǎn)換構(gòu)造系統(tǒng).大體上以近東西向斷裂為界的塊體,沿斷裂發(fā)生右行走滑為主的相對運動,在各自運移的前方分別形成了逆沖指向南東和北西的逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)(圖8).從區(qū)域應(yīng)力角度來看,這種構(gòu)造變形可能是以現(xiàn)今華北盆地為主的塊體與“內(nèi)蒙地軸”以北地區(qū)的塊體間發(fā)生北西-南東向擠壓作用的結(jié)果.在這個構(gòu)造模式中,燕山中部的近東西向右行斜壓斷裂系在燕山板內(nèi)造山帶總體構(gòu)造形成中起著主導(dǎo)和橋梁作用.位于該斷裂系南