燕山造山帶構(gòu)造變形型式再識

燕山造山帶構(gòu)造變形型式再識

翁文浩（1929）自寫下“燕山運動”以來，已經(jīng)經(jīng)歷了近80年的國內(nèi)外科學(xué)家的探索。它在中國地質(zhì)史上的現(xiàn)實存在和重要影響中得到了充分證實。近年來,在燕山運動的命名地-燕山地區(qū),發(fā)生于侏羅-白堊紀(jì)的復(fù)雜構(gòu)造形跡正引起構(gòu)造地質(zhì)研究者的極大關(guān)注[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]。縱覽近十年來研究燕山帶構(gòu)造的學(xué)術(shù)文獻(xiàn),當(dāng)前對燕山地區(qū)構(gòu)造變形特征的主流看法[2,3,4,12,16,17,18,19,20]是:(1)以太古宙基底卷入擠壓斷層的厚皮構(gòu)造為主,(2)大部分逆沖斷層向下插入老基底,從而限制了其在水平方向的位移量,(3)在造山帶演化過程中塊斷作用和垂直運動占主導(dǎo)地位,(4)燕山帶逆沖斷層的推覆距離基本在數(shù)千米以內(nèi),因此該帶中生代擠壓變形量不大,只有10～30%。然而,基于對燕山帶若干主要構(gòu)造形跡的觀察和研究,Davis、鄭亞東及其合作者鮮明地指出:國內(nèi)現(xiàn)有地質(zhì)圖件在顯示燕山地區(qū)主要構(gòu)造特征方面是不成功的,上述對燕山帶中生代構(gòu)造變形特征的主流看法值得商榷。本文作者近年在燕山帶的研究,已初步證實Davis等(1998a)識別出的褶皺的承德推覆體的客觀存在,同時在蓋層巖系中發(fā)現(xiàn)了大量的逆沖構(gòu)造形跡,以及逆沖巖片內(nèi)的透入性應(yīng)變和連續(xù)褶皺。我們認(rèn)為,燕山造山帶構(gòu)造型式以薄皮推覆構(gòu)造的極度發(fā)育為主要特征,推覆斷層和逆沖巖片所經(jīng)歷的后期褶皺作用使得構(gòu)造形跡更趨于復(fù)雜,而早白堊世變質(zhì)核雜巖的發(fā)育以及后期抬升剝蝕作用,導(dǎo)致不同構(gòu)造系統(tǒng)的地質(zhì)體現(xiàn)今在地表并置的空間分布格局。令人遺憾的是,Davis、鄭亞東等和我們所發(fā)現(xiàn)的眾多構(gòu)造形跡在20世紀(jì)80～90年代以來發(fā)表的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查圖件中大多未見其蹤。因此,一個尖銳的問題就擺在燕山構(gòu)造的研究者面前:國內(nèi)現(xiàn)有基礎(chǔ)地質(zhì)圖件是否真實反映了燕山帶的實際地質(zhì)構(gòu)造形跡,能否依據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)圖件對燕山帶構(gòu)造特征得出較為符合客觀實際的認(rèn)識。本文簡要報道作者近年來對燕山若干區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造填圖的初步結(jié)果,以期拋磚引玉,進(jìn)一步引起廣大地質(zhì)界同仁對燕山帶地質(zhì)研究及相關(guān)問題的關(guān)注和參與討論,不當(dāng)之處敬請批評指正。1基本地質(zhì)調(diào)查圖件的內(nèi)容在燕山地區(qū),北京市及其周邊地區(qū)的地質(zhì)研究程度可以說是最高的。北京市山區(qū)絕大多數(shù)地區(qū)已被20世紀(jì)50～60年代和70～90年代的2輪1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所覆蓋。與北京市相鄰的河北省、天津市基巖出露區(qū)自20世紀(jì)70年代以來也開展了1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查。但近年來本文作者在燕山地區(qū)的科研工作中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有各類比例尺的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查圖件并未能全面反映燕山地區(qū)的實際地質(zhì)構(gòu)造特征。因此,我們在燕山地區(qū)中、新元古界和中生代火山-沉積巖系發(fā)育區(qū),自南東向北西,選擇多個區(qū)域開展了地質(zhì)構(gòu)造填圖工作,發(fā)現(xiàn)了燕山復(fù)雜構(gòu)造變形型式的若干新證據(jù),現(xiàn)舉3例展示如下(圖1)。1.1區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造環(huán)境常州溝-團(tuán)山子-楊莊一帶位于天津市薊縣中、新元古界地質(zhì)剖面保護(hù)區(qū)北部,由北而南依次出露太古宙片麻巖、長城系常州溝組、串嶺溝組、團(tuán)山子組、大紅峪組、高于莊組和薊縣系楊莊組、霧迷山組。傳統(tǒng)上一直認(rèn)為該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單,長城系、薊縣系地層連續(xù),存在長城系底部常州溝組與下伏太古宙片麻巖之間的不整合接觸界線。在1∶20萬興隆幅-寶坻幅(北部)地質(zhì)圖和1∶5萬黃崖關(guān)幅、薊縣幅等10幅聯(lián)測地質(zhì)圖中(圖2),該地區(qū)基本表現(xiàn)為單斜構(gòu)造,主要的構(gòu)造形跡僅有楊莊以東的一條近走向斷層、在常州村以東地段的幾條逆斷層、團(tuán)山子一帶的幾條小斷層和團(tuán)山子組的局部地層倒轉(zhuǎn)(圖2)。近年來基于目前已有區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料,先后編制的1∶50萬河北省北京市天津市地質(zhì)圖和《中國地質(zhì)圖集》中的天津市地質(zhì)圖,均顯示這一地區(qū)斷裂及褶皺并不復(fù)雜。本文作者對該地區(qū)的最新填圖成果(圖3)卻顯示,在常州溝-團(tuán)山子-楊莊一帶地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜,褶皺及斷裂構(gòu)造均極為發(fā)育。我們的觀察表明,在常州村長城系常州溝組變含礫石英砂巖與太古宙片麻巖之間為斷層接觸(圖3中F2),具體表現(xiàn)為二者間存在一寬5～10m的糜棱巖帶,其上部以含礫石英砂巖為主要成分,下部以片麻巖為主要成分,糜棱面理與上覆變石英砂巖的層理小角度交切,而與下伏太古宙片麻巖的片麻理大角度相交;區(qū)域上該斷層從常州村西北蜿蜒延伸至梨木臺以北、以東。在F2斷層南西側(cè),F4斷層表現(xiàn)為常州溝組壓覆在一套由長城系常州溝組、串嶺溝組和團(tuán)山子組組成的復(fù)雜褶皺-沖斷系統(tǒng)之上(例如,黃乜子-梨木臺一線)。在常州村西可見F3斷層所圍限的常州溝組組成的飛來峰。在青山嶺到船艙峪一帶,可以觀察到F5斷層所圍限的常州溝組和串嶺溝組巖系逆掩于常州溝組和串嶺溝組之上的現(xiàn)象,其中上覆構(gòu)造巖片中常州溝組和串嶺溝組發(fā)育軸向近南北-北北東的連續(xù)褶皺,而下伏巖片發(fā)育軸向北西西的連續(xù)褶皺。在串嶺溝村附近和船艙峪以北發(fā)育團(tuán)山子組組成的飛來峰(F6),壓蓋于F5斷層上盤之上。在下營、團(tuán)山子到石頭營一線以南發(fā)育眾多近走向斷層及擠壓破碎帶,地層中同斜緊閉褶皺和同斜倒轉(zhuǎn)褶皺發(fā)育。雖然要闡明常州村-團(tuán)山子-楊莊一帶各構(gòu)造形跡之間的關(guān)系,還需要做深入的工作;但該地區(qū)復(fù)雜構(gòu)造變形導(dǎo)致長城系的重復(fù)和缺失則是基本地質(zhì)事實。1.2區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景豐臺頂?shù)貐^(qū)位于北京市東部,密云縣城以南約8km處(圖1)。該地主要出露太古代片麻巖中、新元古界高于莊組、霧迷山組碳酸鹽巖和白堊紀(jì)東嶺臺組火山巖地層。河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局編制的1∶50萬河北省北京市天津市地質(zhì)圖,根據(jù)20世紀(jì)60年代的第1輪1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果,將該地的東嶺臺組火山巖圈定為潛火山巖體,歸入燕山中期,產(chǎn)狀及巖性為次粗面巖-次石英粗面巖。鮑亦岡等(2001年)依據(jù)20世紀(jì)90年代第2輪1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果,在其專著《北京地質(zhì)百年研究-北京地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)研究的歷史與最新成果》所附1∶25萬北京市地質(zhì)圖中,將其歸入中、酸性潛火山巖(圖4)。2002年編制的《中國地質(zhì)圖集》中的北京市地質(zhì)圖,亦將其歸入晚侏羅世潛火山巖。因此,該地區(qū)地質(zhì)圖面上的構(gòu)造顯得非常簡單(圖4)。本文作者近年填圖結(jié)果(圖5)表明,前人在豐臺頂一帶所劃定的潛火山巖實為一套酸性火山巖,巖性組合為流紋巖-角礫流紋巖-球粒流紋巖-流紋質(zhì)熔結(jié)角礫巖-流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r-凝灰質(zhì)復(fù)成分角礫巖等,其層位可對比為早白堊世東嶺臺組(張家口組)。它們與太古代片麻巖和長城系高于莊組、薊縣系霧迷山組碳酸鹽巖等,共同卷入了復(fù)雜逆掩推覆體系(圖5,6)。根據(jù)圖5和圖6,豐臺頂一帶的構(gòu)造形跡主表現(xiàn)為由早白堊世東嶺臺組火山巖和長城系高于莊組碳酸鹽巖組成的多個逆掩巖片的疊置。其從深至淺依次是:F6斷層下的東嶺臺組火山巖巖片,F5和F6圍限的高于莊組碳酸鹽巖巖片,F2斷層之下的高于莊組巖片,F2和F3圍限的東嶺臺組巖片,F3和F4圍限的高于莊組巖片,F4斷層之上的東嶺臺組巖片(圖6剖面主要表現(xiàn)了上部4個推覆巖片)。其中F6斷層下的火山巖巖片以及F5和F6圍限的碳酸鹽巖巖片內(nèi)部巖石脆-韌性透入變形強烈,變質(zhì)程度至少達(dá)綠片巖相。在F2斷層之下的高于莊組碳酸鹽巖巖片,其內(nèi)部發(fā)育同斜、等斜褶皺,原生層理已被糜棱面理置換。值得注意的是,這些逆掩斷層又經(jīng)歷了后期的褶皺變形。從圖6剖面可以清楚地看出上部F3和F4斷層面的褶皺形態(tài);而出露于圖5東北部的F5斷層的南翼已經(jīng)倒轉(zhuǎn),形成傾角陡立的同斜褶皺狀。在豐臺頂一帶的東南部,這套復(fù)雜的復(fù)雜逆掩推覆體系又被薊縣系霧迷山組組成的推覆巖片所逆掩,而在北西部則被太古代片麻巖推覆壓蓋其上。因此豐臺頂一帶的基本地質(zhì)構(gòu)造格局與現(xiàn)有的地質(zhì)圖之間存在顯著差異。關(guān)于豐臺頂?shù)貐^(qū)詳細(xì)的地質(zhì)構(gòu)造描述請見姬廣義和汪洋(2004)。1.3充填巖片構(gòu)造形跡河口-石槽一帶地處北京市延慶縣東北部(圖1),位于下德隆灣國家地質(zhì)公園以南。該地出露長城系高于莊組,薊縣系楊莊組、霧迷山組、洪水莊組、鐵嶺組,以及下侏羅統(tǒng)窯坡組和上侏羅統(tǒng)后城組。在鮑亦岡等(2001)編制的1∶25萬北京市地質(zhì)圖中,雖然也填繪出若干中、新元古界與中生代后城組之間的逆斷層,以及河口-九里梁之間后城組內(nèi)部的褶皺,但整體構(gòu)造型式仍表現(xiàn)得比較簡單(圖7)。其中最突出的一點是,河口-九里梁之間后城組總體表現(xiàn)為南東側(cè)不整合于霧迷山組之上、北西側(cè)被中、新元古界所逆掩的型式(圖7)。然而本文作者的近期填圖結(jié)果顯示,河口-石槽一帶地質(zhì)構(gòu)造也十分復(fù)雜(圖8)。我們經(jīng)過詳細(xì)填圖取得的相關(guān)證據(jù)顯示,現(xiàn)有的主流地質(zhì)圖件在該地區(qū)的主要錯誤在于將不少斷層填繪成不整合界線,從而掩蓋了當(dāng)?shù)貜?fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造形跡。例如,九里梁南西側(cè)1∶25萬地質(zhì)圖表示的后城組與其南東側(cè)霧迷山組之間的不整合界線實際是斷層,其與九里梁南側(cè)的逆斷層是一條斷層(圖8的F4),九里梁南部的霧迷山組巖片實際是一個大型飛來峰。而從營盤、九里梁以東到石槽、猴頂以北,1∶25萬地質(zhì)圖(圖7)所表示的后城組和霧迷山組之間的不整合界線也是斷層(圖8的F6西支)。因此,F6斷層與F4斷層是分隔河口-九里梁-營盤一帶以后城組為主的褶皺構(gòu)造系統(tǒng)和壓覆于其上的中、新元古界逆掩巖片的推覆斷層在地表的出露跡線。我們的填圖結(jié)果表明,F6斷層在石槽到1406.7高地以西一線又被F7斷層所壓覆(圖8),F7斷層?xùn)|南側(cè)的大片中、新元古界出露區(qū)的構(gòu)造型式遠(yuǎn)較1∶25萬地質(zhì)圖(圖7)復(fù)雜。在圖8西北部,F3斷層上盤中、新元古界內(nèi)部構(gòu)造也還發(fā)育有1∶25萬地質(zhì)圖未填繪出的斷層。然而,最令我們所意想不到的結(jié)果是,在河口-九里梁一線出露的后城組內(nèi)部的構(gòu)造也十分復(fù)雜。其中圖8的F5斷層表現(xiàn)為后城組與后城組之間的逆掩壓蓋關(guān)系;而在河口到石槽之間的一小塊薊縣系霧迷山組分布區(qū)內(nèi)部,我們發(fā)現(xiàn)了由后城組和下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖構(gòu)造巖片所形成的構(gòu)造窗,這2個巖片與壓覆其上的由霧迷山組、窯坡組和后城組所組成的逆掩巖片一起褶皺,形成背形形態(tài)(圖8)?？傮w來看,河口-石槽一帶初步可分出由中、新元古界組成的上部構(gòu)造系統(tǒng)和以后城組為主的下部構(gòu)造系統(tǒng)。其中,上部構(gòu)造系統(tǒng)由不同的中、新元古界巖片經(jīng)構(gòu)造疊置而成;而下部構(gòu)造系統(tǒng)則表現(xiàn)為,由中生代窯坡組、后城組及不整合伏于其下的中、新元古界共同形成的多個褶皺-沖斷巖片。當(dāng)然,要詳細(xì)理清河口-石槽一帶各構(gòu)造形跡之間的關(guān)系,還需要進(jìn)一步的深入工作。2區(qū)域構(gòu)造環(huán)境我們在燕山地區(qū)隨機(jī)選擇3個小區(qū)域,即天津市薊縣常州溝-團(tuán)山子-楊莊、北京市東部密云豐臺頂、北京市西北部延慶河口-石槽地區(qū),所開展的地質(zhì)構(gòu)造填圖結(jié)果顯示:現(xiàn)有涉及燕山地區(qū)的一些基礎(chǔ)地質(zhì)圖件以及由此衍生出的相關(guān)地質(zhì)圖件,與實際地質(zhì)構(gòu)造差距很大。這進(jìn)一步表明,Davis、鄭亞東及其合作者所指出的-多數(shù)研究者在鑒別燕山帶主要構(gòu)造特征方面是不成功的,這一批評意見是非常中肯的。根據(jù)前節(jié)論述的填圖結(jié)果,結(jié)合Davis、鄭亞東等的研究成果,我們認(rèn)為,燕山造山帶的實際擠壓構(gòu)造形跡比現(xiàn)有地質(zhì)圖所反映出來的要復(fù)雜得多,而逆沖推覆斷層的褶皺在燕山地區(qū)也不是個別或偶然的現(xiàn)象。盡管我們填圖工作本身及其結(jié)果非常令人振奮,因為它可以而且的確在圖面上大幅度修正了前人對燕山地區(qū)構(gòu)造變形型式的認(rèn)識。但同時令人沮喪的是,根據(jù)Davis、鄭亞東等研究者和我們在燕山地區(qū)的工作經(jīng)驗,燕山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖件需要重新進(jìn)行修訂,而建立在以前地質(zhì)圖件資料基礎(chǔ)上的大量認(rèn)識也需要重新審視,現(xiàn)舉幾例加以討論。前人基于現(xiàn)有地質(zhì)圖件的分析總結(jié)認(rèn)為,燕山造山帶逆沖構(gòu)造具有空間分布散在性、以淺緩深陡的斷層幾何形態(tài)和厚皮構(gòu)造性質(zhì)為主、主要由中生代盆地邊緣向盆地內(nèi)部逆沖、上盤不發(fā)育透入性應(yīng)變和連續(xù)的褶皺構(gòu)造等特征(例如:)。但根據(jù)近年來對燕山地區(qū)構(gòu)造形跡的研究[6,8,9,10,11,13,15]和上述填圖結(jié)果,所謂“燕山帶逆沖構(gòu)造空間分布散在性”,很可能是因為現(xiàn)有地質(zhì)圖件未能反映實際存在的眾多逆沖構(gòu)造形跡所導(dǎo)致的一種假象。我們的填圖結(jié)果顯示:燕山帶中、新元古界內(nèi)的逆沖構(gòu)造十分發(fā)育(如常州溝-團(tuán)山子-楊莊地區(qū)),而且逆沖構(gòu)造可以導(dǎo)致中、新元古界組成的逆沖巖席大范圍壓蓋在中生代火山巖和(/或)沉積盆地之上(如豐臺頂與河口-石槽地區(qū)),同時中生代火山-沉積盆地內(nèi)還發(fā)育相同巖系相互疊置的逆沖推覆構(gòu)造;所以,現(xiàn)有地質(zhì)圖件很可能低估了燕山造山帶蓋層內(nèi)薄皮構(gòu)造的重要性。從豐臺頂一帶的F5和F6斷層,以及Davis等識別出的承德推覆體來看,燕山帶部分傾角陡立的逆斷層面則可能是因后期變形事件致使斷層面褶皺的結(jié)果。根據(jù)前述常州溝-團(tuán)山子一帶F5、豐臺頂?shù)貐^(qū)F6和河口-石槽一帶F5等逆掩斷層上盤巖層的變形特征,至少有相當(dāng)部分的燕山帶逆沖構(gòu)造的上盤發(fā)育透入性應(yīng)變或連續(xù)的褶皺構(gòu)造。因此,部分從事燕山地區(qū)構(gòu)造研究的學(xué)者很可能被現(xiàn)有地質(zhì)圖件引入誤區(qū),其歸納總結(jié)的燕山造山帶中生代逆沖構(gòu)造特征值得商榷。冀東地區(qū)的馬蘭峪背斜是燕山地區(qū)的一個極其醒目的東西向構(gòu)造形跡,現(xiàn)有的研究成果認(rèn)為其南翼構(gòu)造變動相對微弱,或認(rèn)為其南翼構(gòu)造形跡以褶皺為主(張長厚等,2004b),而該背斜的形成被解釋為塊斷式的差異隆升機(jī)制。但在該“背斜”核部西段南西側(cè)常州溝-團(tuán)山子-楊莊一帶的構(gòu)造填圖結(jié)果暗示,馬蘭峪“背斜”南翼構(gòu)造變動應(yīng)當(dāng)十分強烈,可能存在有復(fù)雜的大規(guī)模逆沖推覆構(gòu)造。如果再考慮到位于該“背斜”西部傾伏端的豐臺頂一帶卷入早白堊世東嶺臺組的推覆構(gòu)造,以及該“背斜”核部東段臺營鎮(zhèn)-冷口-上營一線卷入太古宙基底和早白堊世九佛堂組的復(fù)雜逆沖構(gòu)造系統(tǒng),我們有理由推測:馬蘭峪“背斜”可能是由多個復(fù)雜逆沖構(gòu)造系統(tǒng)疊置之后又共同經(jīng)歷后期褶皺作用而成;距離常州溝-團(tuán)山子-楊莊一帶約20km左右的印支期盤山巖體及其伴生構(gòu)造所在的巖片可能是無根的異地體,即盤山巖體及其圍巖已卷入燕山期發(fā)育的某個逆沖構(gòu)造系統(tǒng);而馬蘭峪“背斜”最終定形的時代當(dāng)在早白堊世。該“背斜”現(xiàn)今出露地表的巖系空間分布特征是晚白堊世-新生代以來隆升剝蝕的結(jié)果。天津市薊縣北部的中、新元古界長期以來被認(rèn)為是連續(xù)出露,因此一直被視為華北地區(qū)中、新元古界層型剖面。前人正是基于對薊縣中、新元古界連續(xù)出露的認(rèn)識,得出薊縣地區(qū)中、新元古界厚度達(dá)萬米的結(jié)論,進(jìn)而論證燕山地區(qū)中、新元古代為裂陷槽環(huán)境。我們對于常州溝-團(tuán)山子-楊莊地區(qū)的填圖結(jié)果表明,該地地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜,導(dǎo)致長城系各層位的構(gòu)造重復(fù)和/或缺失,而且常州溝組在常州村一帶底部層位存在構(gòu)造缺失。顯然,前人基于地層連續(xù)出露而對薊縣北部長城系的地層厚度計算也顯著失真。所以在常州溝-團(tuán)山子一帶不能建立中元古界長城系層型剖面,而其地層厚度也