郯庐断裂带北段构造样式解析.pdf

第 卷 地 质 论 评 2 0 1 2 年 5 月 u GEOLOGI CAL REVI EW V o l 5 8 N o 3 Ma y 2 0 1 2 郯庐 断裂带北段构 造样式解 析 王 书 琴 孙晓 猛 杜 继 宇 王 英 德 许 强 伟 田 景 雄 2 1 中化地质矿 山总局吉林地质勘察院 长春 1 3 0 0 3 3 2 吉林大学地球科学学院 长春 1 3 0 0 2 6 内容提要 郯庐断裂带 郯城一庐江断裂带 北段在中一新生代发生多期不同性质活动 形成各具特色的构造样 式 各种构造样式和地层间切割或覆盖关系的匹配研究 为限定断裂带活动期次及时代 建立郯庐断裂带北段变形 序列提供了第一手资料 不同构造样式反映了断裂带由老至新经历了以下 5个重要的变形事件 密山县知一镇 韧性剪切带黑云母 A r A r 等时线年龄为 1 6 1 3 Ma 是郯庐断裂带再次发生大规模左旋走滑活动并扩展到东北地 区的产物 四平市叶赫镇负花状断层系以及早白垩世早期东北断陷盆地群的形成 是郯庐断裂带北段在早白垩世 早期发生强烈的走滑一伸展作用的重要依据 四平市石岭子镇佳木斯一伊通断裂大型逆冲断层系和断层相关褶 皱 桦甸县敦化一密山断裂 逆地堑 沈阳一哈尔滨逆冲断裂是郯庐断裂带北段特征最明显 分布最广泛的构造样 式 它们形成于晚白垩世嫩江运动一晚白垩世末期 反映了这一时期郯庐断裂带北段遭受到广泛而又强烈的右旋走 滑一逆冲作用 佳伊 敦密古近纪地堑是右旋走滑 伸展双重机制控制的产物 在渐新世末期古近纪地堑的构 造反转结束了地堑的演化 中新世郯庐断裂带北段上地幔剪切控制了新生代含幔源包体火山 口沿断裂有规律的分 布 上述5个重要的变形事件由老至新组成了郯庐断裂带北段较为完整的构造演化序列 它们是不同地球动力学机 制 的产物 关键词 郯庐断裂 敦化一密山断裂带 佳木斯一伊通断裂带 构造样式 构造演化序列 郯庐断裂带 郯城一庐江 断裂带 研究始于上 世纪 5 0年代 7 O年代黄汲清等将 其命 名为郯庐一 伊抚断裂系 此后 众多学者对断裂带进行了广泛 的研究 取得 了举世瞩 目的进展 尤其是从 9 0年代 以来 对郯庐断裂带中南段研究非常深入 获得 了一 系列丰硕的成果 如徐嘉炜等 1 9 9 2 1 9 9 5 对郯庐 断裂带在 1 9 8 0至 1 9 9 0十年 中的研究做 了详细 回 顾 讨论 了郯庐断裂带基础地质 平移断裂构造和构 造模式的进展 朱光等 2 0 0 1 b 2 0 0 2 a 2 0 0 2 b 2 0 0 3 2 0 0 5 a 2 0 0 5 b 2 0 0 6 在上世纪末期一本世纪初期对 郯庐断裂带南段进行了系统 的同位素年代学研究 并发表大量文章论述了郯庐断裂带南段走滑期次及 时代 论证了郯庐断裂带对 中生代的伸展活动 岩浆 活动 沉积事件 构造事件的制约以及断裂带的同造 山运动 建立 了郯庐断裂带南段 的构造演化模型 万 天丰等 1 9 9 5 1 9 9 6 a 1 9 9 6 b 论述 了郯庐 断裂带 延 伸和切割深度 最 大左 行走滑断距 及其形成时期 Z h a n g Y u e q i a o e t a 1 2 0 0 3 对 郯庐断裂带新生 代 进行研究 认为其经历 了三个构造变形阶段 此外 有的学者认为郯庐断裂带在早太古宙或元古宙就 已 经存在 是一条 长寿断裂 乔秀夫 等 2 0 0 1 2 0 0 2 郯庐断裂的主体部分于中生代期 间基本无位移 乔 秀夫 1 9 8 1 与此同时 郯庐断裂带北段也受到地 质学家的广泛关注 并有一些成果面世 如刘茂强等 1 9 9 3 对佳木斯一伊通断裂 下 文简称佳伊 断裂 进行 了较为系统的野外地质调查 论述了佳伊断裂 的 4个构造演化 阶段 张宏等 1 9 9 3 1 9 9 4 认 为郯 庐断裂带北段左行韧性剪切事件主要发生在晚侏罗 世晚期到早 白垩世 敦化一密 山断裂 下文 简称敦 密断裂 平移量 大于 2 0 0 k m 王小凤等 2 0 0 0 通过 郯庐断裂带北段各分支断裂基本构造特征 的研究 认为敦密断裂起始于印支晚期 而佳伊断裂则形成 于早 白垩世 上述研究 为郯庐断裂带北段深入研 究 奠定了基础 然而 由于受植被和第 四系覆盖影响 郯庐断裂带北段出露较差 严重 的制约 了对其深入 研究 其研究程度明显低于 中南段 存在许多悬而未 决的问题 如断裂何 时发生大规模左旋韧性走滑 何时发生过大规模伸展活动 何时又以挤压逆冲活 注 本文为 国家 9 7 3项 目 编号 2 0 0 9 C B 2 1 9 3 0 5 的成果 本 文获 东北亚生物演化与环境教育部重点实验室 吉林大学 2 1 1 工程 三期建 设项 目和 2 0 0 9年教育部基本科 研业务 经费 吉林大学创新团队发展计划 支持 收稿 日期 2 0 1 l 0 6 2 9 改回 日期 2 0 1 2 03 1 4 责任编辑 章雨旭 作者简介 王书琴 女 1 9 8 5年 生 硕士研究生 构造地质学专业 E ma i l w a n g s h u q i n 5 4 0 3 1 1 1 3 1 6 3 C O B 第 3期 王书琴等 郯庐断裂带北段构造样 式解 析 4 1 5 动为主 发生过几期伸展活动和挤压 活动 等等 这些基础地质问题不解决 就无法正确建立郯庐 断 裂带北段构造演化序列 无法与郯庐断裂带中南段 进行对 比 同时 这些 问题也是吉 黑东部中 新生代 盆地群原型盆地恢复的重要瓶颈 而这些 问题 的解 决 必须依赖于对断裂带不 同时期的构造样式进行 系统研究 笔者近年来对郯庐断裂带北段进行 了较 为详细野外调查和室 内研究 获得了大量不 同时期 构造样式的第一手资料 为断裂带的活动时代 不同 时代断裂带性质 以及断裂带构造演化序列 的研究增 加 了新的证据 对郯庐断裂带北段的地理分布一直存在不同的 认识 有敦密断裂 佳伊 断裂 和沈 阳一 哈尔滨断裂 三个分支 黄汲 清等 1 9 7 7 万 天丰等 1 9 9 6 a Wa n g a n d D o u 1 9 9 7 张贻侠等 1 9 9 9 张庆龙等 2 0 0 5 或 敦密断裂 佳伊断裂 鸭绿江断裂和大巴一瓦子峪韧 性左行走滑 断裂带 四个 分支 张宏等 1 9 9 4 敦密 断裂和佳伊断裂两个 主要分支 徐嘉炜等 1 9 9 2 朱 光等 2 0 0 2 b 只有佳伊断裂为北延 的主干断裂 陈 丕基 1 9 8 8 万天 丰 1 9 9 6 b 罗 志立 等 2 0 0 5 或沈 阳一哈尔滨断裂是北延的主要断裂 吉林省 区域地 质志 1 9 8 8 以及只有敦密断裂 才是郯庐 断裂 带 的 北延断裂 姚大全 1 9 8 8 吴根耀等 2 0 0 7 等不 同认 识 本文根据 系统野外地质调查 满洲里一绥芬河 地学断面资料以及前人其它研究成果 赞成郯庐断 裂带北段包括敦密 佳伊 和沈 阳一哈尔滨断裂三个 分支的观点 但 由于沈阳一哈尔滨断裂大部分被覆 盖 难于进行构造样式研究 故本文研究 的主要 目标 限定为敦密断裂和佳伊断裂 1 郯庐断裂带北段构造样式及其组合 形式 构造样式是指在剖 面形态 平面展布和应变机 制上相互间有着密切联系的特定 的构造组合 姚超 等 2 0 0 4 目前 一般根据断裂形成 的地球动力学 背景和应力场 将构造样式划分为走滑 伸展 挤压 反转 重力和热力六大构造样式系统 每一系统包括 了许多次一级的构造样式 构造样式是研究断裂形 成与演化最基础 同时又是最重要的内容 郯庐断裂 带是欧亚大陆东缘最著名 的断裂带 自三叠纪形成 以来经历了多期次不 同性质的构造活动 形成不 同 风格的构造样式 主要包括走滑构造样式 伸展构造 样式 挤压构造样式 3种 1 1 走滑构造样式 主要包括走滑韧性剪切带和上地幔剪切带 1 走滑韧性剪切带 主要出露在密山市一鸡 东市之问的敦密地堑东 西边界上 位于敦密地堑 南东边界断裂带上的密山县知一镇韧性剪切带较为 典型 知一镇韧性剪切带原岩为花 岗岩 侵入 时代 属于新元古代 黑龙江区域地质志 1 9 8 9 剪切带 韧性变形程度不均一 可分为强变形带和弱变形域 强变形带一般宽 1 1 0 c m 呈网状分布在弱变形域 之中 图 l f 糜棱面理优势走 向为 N E 4 5 以向南 东陡倾为主 倾 角多为 5 0 7 5 矿物拉 伸线理 向 南南西缓倾 倾角 2 0 左右 显示 了走滑韧性剪切带 特征 图 2 a 在显微镜下可见 大量 残斑 和 8残 斑 组成残斑的矿物主要为长石 还有少量石英 长 石残斑保存有多米诺骨牌 核幔构造 细颈化和塑性 拉长等现象 基质 以拔丝拉长的复 晶石英条带和细 小的新生黑云母条带为主 新生黑云母组成的 C面 理与石英条带组成 s面理构成 S c组构 图 2 b 旋转残斑系以及 5 一c组构等均指示 了敦密韧性剪 切带为左旋走 滑特征 孙 晓猛 等 2 0 0 8 曾测得 敦 密断裂韧性剪 切带的黑云母 A r A r 等时线年 龄 为 1 6 1 4 3 Ma 说明敦密断裂韧性走滑活动发生在中 晚侏罗世之交 2 上地幔剪切带 佳伊 敦 密断裂带上广 泛 出露 由新生代碱性玄武岩所组成的火 山锥 佳伊断 裂带从南 向北依次分布有辽源 伊通 范家屯 舒兰 尚志 方正 依兰 佳木斯 鹤 岗等火 山群 其 中以伊 通火山群最为著名 伊通火 山群 的火 山岩同位素年 龄有三期 分 别为 2 0 8 0 9 Ma 西尖 山 1 1 5 1 1 9 Ma 小孤 山和马鞍 山 和 8 7 M a 大孤 山 程 新 民 1 9 9 0 刘茂强等 1 9 9 3 吉林火 山群火 山岩同 位素年龄为 2 2 4 9 Ma 刘若新等 1 9 9 2 舒 兰火 山群为 1 1 Ma 刘嘉麒 1 9 8 7 因此 火 山群主要 形 成于 中新世 其次为上新世 在伊通火山群 中 分布于小孤 山 东小 山 莫 里 青 山和馒头山等的火山熔岩 中含有大量尖晶石二辉 橄榄岩包体 尖晶石辉石岩包体和玄武岩 中橄榄 岩 包体 图 2 c 佳伊断裂带中吉林市前 后 团山 敦密 断裂带中辉南县大椅 山 桦甸市小太平等地的火 山 岩中都含有幔源包体 林传勇等 1 9 9 4 1 9 9 6 在佳 伊断裂带和敦密断裂带幔源包体中发现了世界上罕 见 的糜棱结构 而且糜 棱结构仅在郯庐断裂带北段 发现 指示 了断裂带北段 上地幔剪切带 的存 在 王 小凤等 2 0 0 0 朱光等 2 0 0 1 a 牛漫兰等 2 0 0 5 前 第 3期 王书琴等 郯庐 断裂带北段构造样式解析 4 1 7 人利用幔源包体矿物温 压计计算 出伊通和山东临 朐一带断裂最大切割 深度分别为 8 9和 9 7 k m 表 明 郯庐断裂带已经显著切入上地幔 朱光等 2 0 0 1 a 包体的矿物相同样可 以反映切割深度 上地 幔由浅 部至深部一般呈现尖 晶石二辉橄榄 岩相 尖 晶 石一石榴子石二辉橄榄岩相 石榴子石二辉橄榄 岩相 伊通幔源包体属于尖 晶石二辉橄榄岩相 张 小欧 1 9 9 5 指示 断裂带切割 到上地幔上部 郯庐 断裂带 中南段 的安徽女 山和山东 临朐包 体为尖 晶 石一石榴子石二辉橄榄岩相和石榴子石二辉橄榄岩 相 表明断裂带 已经切入到上地 幔 中一下部 朱光 等 2 0 0 1 a 郯庐断裂带北段 中新世一上新世幔源包体剪切 带 的存在 包体矿物相特征 包体 矿物温 压计计算 结果以及横穿断裂带满洲里一绥芬河和东沟一东乌 旗两条地学断面 张贻侠 1 9 9 9 国家地震局 1 9 9 2 等一致反映出断裂带 已经深切至上地幔 发生了强 烈的上地幔剪切作用 并导致 中国东部宏大的新生 代玄武岩喷发带的形成 1 2 伸展构造样式 在郯庐断裂带北段 目前所见到的伸展构造样式 主要为负花状断层系和地堑 需要指出的是这两种 构造样式不完全 由单 纯伸展作用所形成的 它们都 不同程度。