燕山板内造山带中段中生代构造格局及形成时代的探讨

燕山板内造山带中段中生代构造格局及形成时代的探讨

本文所讨论的燕山带中段是指北京至河北省丰宁线以东、冀、辽省以西、华北盆地以北的地区（图1）。区域总体构造线走向近东西向，是中生代燕山板内造山带构造最为复杂的区段之一。近年来，在主要构造变形特征、构造-年代学格架的研究方面取得了比较重要的进展，例如,在承德一带发现了较大规模的推覆构造1控盆断裂带20e在燕山板内造山带中段，最为醒目的是近东西向的3条大规模的断裂构造和马兰峪背斜。3条大规模断裂构造自北而南依次是丰宁-隆化断裂（FL-F）、古北口-平泉断裂（GP-F）和密云-喜峰口-青龙断裂（MXQ-F）。介于前二者之间的较大规模的断裂构造还有近东西向展布的大庙-娘娘庙断裂（DN-F）、北东向展布的岗子-漫子沟断裂（GM-F）和承德盆地北缘的双塔山-滦河断裂（SL-F），以及近年来发现的承德逆冲断层。岗子-漫子沟断裂构成了滦平盆地北缘的控盆断裂。古北口-平泉断裂和密云-喜峰口断裂之间的北东走向的断层，绝大多数与它们共同构成了燕山中部的近东西向右行走滑构造系统1.1中元古界鉴定位于丰宁县城南部，向东经隆化县城西南部大平房子、县城南部、东南部章吉营子、光头山北部，更往东一直可以追索到辽宁西部凌源市榆树林子、建平县张家营子乡化石里沟一带，可追踪长度逾300km。该断裂重要的宏观特征是沿断裂发育有与“燕山沉降带”地层层序和主要岩性基本相同的中元古界，但是与燕山中南部兴隆—蓟县一带相比，地层的厚度显著变薄。因为沿断裂分布的中元古界产状陡立，并在地貌上具有显著的正地形（图版Ⅰ-1），因此成为识别其存在的重要标志。可识别出的中元古界包括长城系常州沟组到高于庄组的完整地层序列。它们与南侧的太古宙深变质岩系呈角度不整合接触，而与北部的太古宙变质结晶基底岩系为断层接触。尽管断裂带目前的产状非常陡，倾角多在55°以上，甚至可以达到75～85°，但是断层的切层角实际上并不大（图2，图版Ⅰ-1）1.2凝聚的趋势图12位于丰宁-隆化断裂以南，大致与其平行分布，但是在红石砬以西该断裂具有与丰宁-隆化断裂合拢的趋势（图2、图3）。前人曾经将其称为红石砬-大庙断裂，并对断裂带几何学结构、运动学性质和演化历史进行过研究，认为沿着该断裂曾经发生过元古宙时期的韧性、韧-脆性断裂活动，古生代时期的脆性断裂活动，晚古生代以后曾有过小型走滑活动，燕山晚期以后断裂活动趋于停滞1.3剖面构造背景该断裂带是燕山板内造山带中段规模最大、结构最复杂、最为引人注目的断裂系（图1、图2）。在小比例尺的地质图上，用一条相对简单的断层线大致来表示这条断层的延伸状况，似乎是比较简单的。但是，在较大比例尺的地质图上，该断裂系的延伸状况和组成到目前为止并未取得一致的认识。近年来的研究显示，该断裂系包含了在剖面上向北逆冲的柳河-承德县逆冲断层（LC-F）、向南逆冲的乌龙矶-小料北沟断层（WX-F）、寿王坟-大杖子-下杖子断裂带（SDX-F）等（图1、图2）。柳河-承德县断层（LC-F）分布在密云县古北口东部（图3），向东经兴隆县安匠、柳河、承德县县城南部到上谷一带，往西与古北口-寿王坟断裂连在一起，全长约130km。其东段相当于Davis等乌龙矶-小料北沟断裂（WX-F），西起寿王坟岩体东部石洞，往北东方向延伸经承德县乌龙矶，向东延伸到小料北沟西南部，与寿王坟-大杖子-下杖子断裂（SDX-F）连在一起，而在石洞西部与古北口-寿王坟断裂复合在一起，出露长度约70km（图1、图4）。断裂发育在中元古界雾迷山组与新元古界和古生界之间，在剖面上表现为前者逆冲于后者之上（图2-上、图4，图版Ⅰ-5）。在乌龙矶西部的断层下盘发育着由新元古界和部分古生界构成的一个紧闭向斜构造（图4），向斜枢纽陡倾近于直立。断层地表倾角非常陡，多在60°以上，甚至超过70°。同时还发现，该区域地层产状也十分陡（图4左上角图）。断裂平面结构形式以及伴生构造都表明沿着断裂具有显著的右行走滑构造运动。由于该断裂的切层角并不大，因此，形成这种构造格局的方式有2种可能。一种是早期存在近南北走向、向东逆冲的断层，因为后期褶皱变形使地层和断层一起产状变得很陡。另一种可能性是，在地层已经因早期变形而变得非常陡之后，再发生近东西向右行走滑活动的结果。根据目前对区域构造的研究结果，笔者认为后一种变形过程存在的可能性更大。寿王坟-大杖子-下杖子断裂带（SDX-F），自古北口向东经寿王坟、大杖子、大彭杖子，再往北东延伸经五道梁子、小料北沟到下杖子东北部，可能与柳河-承德县断层连在一起（图1、图4），延伸长度超过150km。该断裂是区内连续性最好的断层之一，而且因为它控制了古北口-寿王坟-大杖子盆地的北界而最为引人注目。同构造沉积研究表明，它还是控制古北口-寿王坟-大杖子盆地沉积物源供给区的重要断裂构造。盆地北缘几乎完全由碳酸盐岩砾石组成的沉积物（图版Ⅰ-6），完全来自该断裂的北侧上盘地层。在五道梁子西南部和下杖子村西，可见雾迷山组和寒武系分别逆冲到髫髻山组火山岩和土城子组之上（图版Ⅰ-7、8）。由于被断裂控制的碳酸盐岩成分的砾岩覆盖在年龄为148Ma的火山岩上述3条主要分支断层在古北口以西和上谷以东都有汇聚在一起成为一个断裂系的趋势。在剖面上前者表现为向北逆冲，后二者则表现为向南逆冲并具有显著的走滑构造运动，因此总体上具有正花状构造的剖面几何学形态特征（图2）。在上谷以东经小寺沟到平泉县城西部一带，断裂结构又趋简单，主要表现为，沿着下板城盆地北侧上谷-小寺沟-平泉断裂，中、新元古代地层向南逆冲于中、晚侏罗世髫髻山组和土城子组之上，甚至形成飞来峰和半飞来峰构造（图版Ⅱ-1、2）。由于断裂被甲山岩体（113Ma）和大郭杖子岩体（111Ma）1.4断裂局部展布方向该断裂是燕山中部一条规模较大的近东西向断裂，沿着该断裂的变形涉及了基底变质岩系。在平面上表现为右阶、右行的排列组合和运动学特征（图1），而在剖面上该断裂显示出花状构造特征（图2）。随着断裂局部展布方向的不同，分别表现为正花状或者负花状剖面构造几何学形式。作者等的研究揭示，在中生代时期沿着该断裂具有较大规模的右行走滑构造运动1.5马兰峪背斜断裂带的产状马兰峪背斜是燕山中段构造格局中一个醒目的构造单元。近东西向展布，长约110km，核部宽25～30km，主要由太古宙高级变质结晶岩系组成，但在局部地段尚残存有不整合覆盖于基底岩系之上的产状非常平缓的常州沟组，同时在核部分布有较多的中生代中晚期侵入岩（图1）。两翼为中、新元古代地层。马兰峪背斜核部基底岩系之外的地层，无论是南、北两翼还是西部转折端一带，都以非常陡的产状向背斜外部倾斜，而稍远离背斜，地层产状又显著变缓，在西南端表现最为醒目（图5）。背斜南翼的构造变形颇为复杂（图5），曾经被作为马兰峪山字型构造的重要组成部分。最为醒目的是轴迹总体上近东西向展布，但是在平面上又表现出显著的弧形弯曲的一系列线性褶皱构造。褶皱两翼地层以及轴迹的产状变化表明，这些褶皱实际上是近东西向褶皱构造被近南北向—北北西向褶皱叠加改造的结果。需要指出的是，这些近东西向褶皱除了靠近马兰峪背斜核部的向斜北翼显示出明显的北翼相对较陡以外，在更广大的区域内，两翼的产状并未显示出规律性的陡-缓差异，即褶皱轴面并未呈现出一致的倒伏方向，不存在构造运动学的极性。换言之，马兰峪背斜南部的褶皱构造系统，既不能表明它是一个造山带外缘的前陆褶皱逆冲带构造，也不能说明它是向北逆冲的巨型逆冲构造系统的后缘褶皱带2燕山中后期重要的构造界面特征和时期2.1叠纪砾岩的岩石组合特征燕山板内造山带的三叠系仅见于燕山中段承德县到平泉县一带的下板城盆地。三叠系与下伏地层之间的接触关系，涉及到对燕山中段晚古生代末和中生代早期构造运动和古构造面貌的认识。已有研究发现，仅在平泉县东南部大营子乡到松树台一带，见到三叠系与下伏二叠系之间的整合过渡关系。承德县西南部、南部一带以及往东到上谷附近，三叠系与奥陶系之间均为断层接触（图4，图版Ⅰ-3）。而在平泉县南部、东南部、南双洞等地，三叠系紫红色长石岩屑砂岩、含砾长石岩屑砂岩等直接微角度不整合于奥陶系灰岩之上（图版Ⅱ-3），并可见它们充填于奥陶系灰岩溶洞之中，而石炭系—二叠系已经荡然无存。三叠系中含有较多的砾岩层（图版Ⅱ-4）。这些砾岩中的砾石绝大多数是圆度、球度和成分成熟度非常高的砾石，多为石英岩质或细粒花岗质成分的砾石，亦有花岗质糜棱岩、片麻岩等深变质和韧性变形岩石成分的砾石。砾石之间的充填物以及砾岩层的围岩（上、下岩层），却是结构成熟度尚可而成分成熟度极差的长石岩屑砂岩质成分（图版Ⅱ-5）。而且，在承德县城东部还可见到圆度和球度都非常好的浑圆状石英岩质砾石与圆度、球度一般的灰岩成分的砾石共存的情形（图版Ⅱ-6）。这种成分组合特征显示，三叠系砾岩中的砾石是再生砾石，即这些砾石在其物源区地层当中即已经以砾石的状态存在，而不是三叠系沉积之时母岩风化、剥蚀、搬运和磨圆作用的结果，否则将无法解释砾石与砾间填隙物及邻近围岩间成分和结构成熟度之间的巨大差异。考虑到三叠系与下伏地层之间的接触关系以及区域上石炭系—二叠系的岩性组合特征，有理由认为三叠系当中的大多数砾岩中的砾石来自于当时被剥蚀的二叠系和石炭系。另外，在下板城西部和辽西喀左县杨树沟三叠系砾岩火山岩砾石中分别获得240Ma2.2叠系与火山-沉积岩系1∶20万平泉幅区域地质调查工作中，在下板城盆地北侧和西部发现中基性火山岩与沉积岩互层的陆相火山-沉积岩系不整合覆盖在三叠系之上。这套火山-沉积岩系被作为早侏罗世南大岭组，因此成为本区印支期构造运动存在的重要证据之一。沉积岩夹层的植物化石组合研究显示，这套地层的时代为早侏罗世另外，1∶20万承德幅区域地质调查所发现的“承德县ue2c9椤树东山剖面”被许多地质学家引用，作为燕山乃至华北地区存在印支运动的重要证据2.3中侏罗世地层单位时代髫髻山组火山岩被认为是燕山地区分布最为广泛的火山岩系，以中性火山岩为主，夹有少量偏基性和酸性的火山岩和沉积岩夹层，其时代多被置于中侏罗世。近年来越来越多的同位素测年结果显示，原来主要根据岩性对比建立的这一岩性地层单位体系在时代上存在着非常大的差异。例如，滦平-长山峪盆地东部周台子原髫髻山组的时代为180Ma2.4侏罗系的时代划分侏罗系—白垩系分界线的时代问题在国内外都存在着不同意见。笔者采用以135Ma作为侏罗纪—白垩纪分界的时代划分方案。在燕山中段，承德盆地中不整合覆盖在晚侏罗世土城子组（后城组）之上的张家口组火山岩的时代为135～136Ma3燕山中后期中生代结构发展的相关性关于燕山造山带中生代时期的构造演化，近年来有不少学者曾经进行过不同侧面的阐述3.1叠纪—中生代早期构造变形的属性关于燕山造山带中生代早期构造变动的属性及其构造表现存在不同认识。本文所展示的研究资料表明，三叠系沉积物源区实际上就是其下伏的晚古生代石炭系—二叠系和部分早古生代的碳酸盐岩，而且其中来自盆地南侧重力滑动块体的存在也表明，其南侧的隆升剥蚀作用对盆地物源的供给也做出了显著贡献。因此，燕山中段三叠系沉积记录了晚古生代末以来的不均匀隆升作用过程。现有盆地古水流方向数据显示，古水流方向主要为自东向西、西南方向。上述特征表明，该时期的隆起作用并不一定是由于沿着所谓的“古北口-平泉断裂”由于滦平盆地东部发现有时代约为180Ma的火山岩直接覆盖在太古宙变质结晶岩系之上3.2原代地基承载力式，以产状解释断裂带丰宁-隆化断裂形成过程的一个可以接受的构造模式，至少应该能够合理地解释目前断裂带的陡立产状以及断裂带中断续分布，但产状特征和规律明显一致的长城系残余地层的分布特征。Davis等3.3型钢构造体系马兰峪背斜是燕山中段一个极其醒目的近东西向展布的构造形迹。它曾经被作为马兰峪三字型构造体系的主体，运用地质力学的研究方法和理论对其进行研究和成因分析。近年来又有研究者将其作为一个较大规模的变质核杂岩构造4结论和讨论4.1丰宁-隆化断裂与精深断裂体系燕山板内造山带中段的总体构造格局以近东西向断裂构造为主导，自北向南依次为丰宁-隆化断裂、古北口-平泉断裂系和密云-喜峰口-青龙断裂带。丰宁-隆化断裂与其南侧的大庙-娘娘庙断裂，是古生代晚期到中生代早期形成的低角度向南逆冲的较大规模的逆冲构造系统，又遭受后期改造而使其产状变陡的结果。将丰宁-隆化断裂与东部内蒙古、辽西的对应部分，以及其西南部的尚义-赤城断裂相连，作为“燕山沉降带”与“内蒙地轴”之间的分界线应该更为合适。古北口-平泉断裂是一个重要而且复杂的断裂构造系统，在燕山中段的主体部分至少由3条规模较大的断裂组成，即柳河-承德县断裂、寿王坟-大杖子-下杖子断裂和介于其间的乌龙矶-小料北沟断裂。它们在寿王坟以西和上谷南部趋向于合而为一，因此，在平面上表现为一个巨型的断夹块，在剖面上具有正花状构造几何学形态。Davis等4.2晚古生代末景观格局的分野燕山中段三叠系中的砾岩或者砾岩夹层中的砾石，绝大多数是再生砾石，可能主要来自下伏石炭系—二叠系中的砾岩，从而使得目前除了局部可见三叠系连续沉积于二叠系之上以外，绝大多数地段均为三叠系不整合于奥陶系灰岩之上。因此，晚古生代末，燕山中段已经经历着差异性的隆升作用。但是，这种隆升作用是在丰宁-隆化断层和“未名逆冲断层”向南逆冲的作用下产生的，还是由南向北的逆冲作用，或者是二者同时作用的结果？考虑到目前在北部内蒙古苏尼特左旗4.3早侏罗世构造演化的重视最新的年代学研究结果揭示，原被作为燕山中段