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论文指导

郯庐断裂带起源与大陆斜向汇聚

摘    要:郯庐断裂带起源于华北克拉通与扬子板块的汇聚过程中已被多数学者所认同。该断裂带的起源机制,涉及到这两个大陆板块的汇聚方式。可是,对于这一重要问题却长期存在着不同的认识。本文依据郯庐断裂带内部及其两侧前陆上构造与年代学研究成果,综合分析该断裂带的起源机制。郯庐断裂带内部残留的起源期构造为左行走滑韧性剪切带,所获得的白云母40Ar/39Ar同位素年龄为239~217 Ma。华北克拉通边缘的徐淮弧形逆冲-推覆构造,及九江地区扬子板块上的弧形褶皱带,分别为苏鲁造山带、大别造山带点碰撞的产物。郯庐断裂带西侧的华北克拉通边缘,在汇聚过程中呈现为刚性陆块的特征,没有出现大规模的牵引弯曲现象。而东侧的扬子板块前陆构造,在汇聚过程中却明显出现了大规模的牵引弯曲现象。断裂带东侧的张八岭隆起北段,出露了扬子板块上中地壳韧性拆离带,其中所获得的白云母40Ar/39Ar同位素年龄为245~218 Ma,其滑动方向受控于郯庐断裂带起源期的左行走滑运动。这一系列构造与年代学信息,表明郯庐断裂带起源于华北克拉通与扬子板块的汇聚过程中,代表了这两个大陆的斜向汇聚边界。该断裂带起源期的活动时限,与大别、苏鲁造山带内大陆深俯冲时间相吻合。在大别造山带北部的华北克拉通,原始应存在着向南的突出体(嵌入体),从而导致嵌入式碰撞与嵌入体边界的大陆斜向汇聚(起源期郯庐断裂带),符合嵌入式碰撞导致板片撕裂模式。
 
关键词:郯庐断裂带起源;左行平移;大陆斜向汇聚;前陆变形;嵌入式碰撞;三叠纪;
 
Origin of the Tan-Lu fault zone and continental oblique convergence
LU Yuanchao
ZH∪Guang YIN Hao ZHANG Shuai NIU Manlan
School of Resource and Environmental Engineering, Hefei University of Technology
 
Abstract:
It has been widely accepted that the Tan-Lu fault zone originated during the convergence of the North China Craton and Yangtze Plate. Origination of the fault zone deals with the convergence mode of the two continental plates. However, this important issue remains controversial for a long time. On the basis of structural and geochronological results from the Tan-Lu fault zone and surrounding foreland regions, origination of the fault zone is analyzed comprehensively in this paper. Origination structures remained within the fault zone are sinistral ductile shear zones, and muscovite 40Ar/39Ar ages from the shear zones range from 239 Ma to 217 Ma. The Xu-Huai arcuate thrust-nappes in the margin of the North China Craton and the arcuate fold belts around Jiujiang in the Yangtze Plate result from the point collision at the Sulu and Dabie orogens respectively. The margin of the North China Craton to the west of the fault zone shows a feature of rigid continental block during the convergence without large-scale dragging and bending phenomena. In contrast, foreland structures of the Yangtze Plate to the east of the fault zone display large-scale dragging and bending phenomena related to the convergence. A mid-crustal ductile décollement zone of the Yangtze plate is exposed in the northern Zhangbaling uplift belt to the east of the Tan-Lu fault zone. It gives muscovite 40Ar/39Ar ages of 245-218 Ma, and shows kinematics controlled by sinistral motion along the fault zone. The structural and geochronological information suggests that the Tan-Lu fault zone originated during the convergence of the North China Craton and Yangtze Plate, and represents an oblique convergent boundary of the two continents. The activity time of the origination is synchronous with the continental subduction in the Dabie and Sulu orogens. The North China Craton had a southward promontory(indenter) in front of the Dabie Orogen originally, resulting in indentation during the collision and the oblique convergence along the indenter boundary(initial Tan-Lu fault zone). The convergence accords with the indentation-induced slab tearing model proposed previously.
 
Keyword:
origination of the Tan-Lu fault zone; sinistral displacement; continental oblique convergence; foreland deformation; indentation-type collision; Triassic;
 
深入认识大陆的汇聚方式与过程是大陆动力学探索的重要领域。大陆的汇聚方式多样,动力学过程复杂。两个大陆的正向碰撞与斜向碰撞,就形成了常见的、缩短变形为主的碰撞型造山带,构成了大陆碰撞型边界。大陆汇聚边界的另一种型式是走滑运动为主的斜向汇聚边界。这类汇聚边界常见于嵌入式碰撞中大陆板块的侧边界上,例如阿拉伯板块东边界上左行走滑的死海断裂(Tatar et al.,2004),以及印度板块东、西边界上右行的沙盖断裂与左行的恰曼断裂(徐志琴等,2011)。中国东部巨型的郯庐断裂带,一方面左行错开大别造山带与苏鲁造山带,另一方面本身又构成了扬子板块与华北克拉通之间的断裂边界。该断裂带是否属于大陆斜向汇聚边界,不但涉及断裂带的起源方式,也关系到正确认识这两个大陆板块的汇聚过程与动力学,因而具有重要的研究意义。
 
关于郯庐断裂带,人们已开展过长期而深入的研究,取得了丰硕的研究成果。然而,由于后期的多次活动叠加与盆地覆盖,对于该断裂带的起源仍未明确,存在着显著的认识分歧。虽然仍有部分学者主张郯庐断裂带起源于华北克拉通与扬子板块碰撞之后的晚中生代(Xu et al.,1987; Wang et al.,2003; Leech et al.,2013),但多数学者认为断裂带起源三叠纪碰撞造山过程之中,属于同造山构造(Yin et al.,1993; Li, 1994; Gilder et al.,1999; Zhu et al.,2009; Zhao et al.,2016)。可是,对于该断裂带以何种方式在大陆汇聚过程中起源的,却存在着不同的认识,前人提出了多种模式(图1)。这些模式包括扬子板块嵌入式碰撞中的斜向汇聚边界模式(图1a; Yin et al.,1993)、苏鲁造山带一侧扬子板块壳、幔拆离(鳄鱼嘴形式)导致的撕裂断层模式(图1b; Li, 1994)、旋转碰撞边界模式(图1c; Gilder et al.,1999)、山弯构造模式(随造山带弯曲的早期逆冲断层)(图1d; Wang et al.,2003)、扬子大陆俯冲速度差导致的转换断层模式(图1e; Zhu et al.,2009),以及华北克拉通嵌入式碰撞导致的大陆板片撕裂模式(图1f; Zhao et al.,2016)。显然,对于造山期的郯庐断裂带,一些学者认为它代表了大陆斜向汇聚边界(Yin et al.,1993; Zhu et al.,2009; Zhao et al.,2016),也有学者认为是大陆旋转碰撞边界(Gilder et al.,1999)或者造山带弯曲中旋转的早期逆冲断层(Wang et al.,2003),还有学者主张是汇聚过程中发育的撕裂断层(Li, 1994),认识上具有很大的分歧,是仍没有解决的重要科学问题。
 
本文选择郯庐断裂带内部及两侧板块边缘三叠纪构造为研究对象,分析它们变形特征、运动学规律、活动时代与形成机制。在此基础上,限定该断裂带在造山期的活动方式与发育机制,明确这一大陆板块边界断裂的原始属性与成因。本文成果为正确认识郯庐断裂带的起源方式及华北克拉通与扬子板块的汇聚过程提供了重要的约束。
 
1 地质背景
郯庐断裂带是中国东部规模最大的巨型断裂带。该断裂带南起长江北岸湖北广济(武穴),向北经过安徽庐江、江苏宿迁、山东郯城和潍坊,穿越渤海,过沈阳后分为西支的依兰-伊通断裂带和东支的敦化-密山断裂带,总体呈北北东向延伸,中国境内长达2400 km(图2a)。郯庐断裂带自南向北切过5个一级大地构造单元,分别是大别造山带、扬子板块(华南板块北部)、苏鲁造山带、华北克拉通与中亚造山带东部。该断裂带可进一步划分为南段(安徽、江苏段)、中段(山东、渤海段)与北段(东北段)。
 
郯庐断裂带最为醒目的特征是将大别造山带与苏鲁造山带左行错开550 km(图2b)。但是,该断裂带仅将华北克拉通北界累计左行错开200 km(Gu et al.,2018; Liu et al.,2019),断裂带南端又突然中止在大别造山带的东南角,空间上的平移距离分布与南端的中止均显示明显的不协调,指示其应具有独特的起源方式与多期的活动历史。大别与苏鲁造山带皆是华北克拉通与扬子板块碰撞造山的产物。详细的年代学研究表明 (Hacker et al.,2006; Zheng, 2012; Leech et al.,2013),这两个造山带在240~220 Ma经历了扬子板块的深俯冲,在220~200 Ma发生了陆壳的折返。这两个造山带内目前出露的变质岩,广泛经历过折返中的退变质作用(Zheng, 2012),主体保存折返期的构造(Faure et al.,1999, 2003;林伟等,2005),后又局部叠加早白垩世韧性伸展构造(Lin et al.,2015),并侵位了一系列早白垩世中—酸性岩体。大别与苏鲁造山带周边的扬子板块与华北克拉通,在三叠纪碰撞造山过程均卷入了前陆缩短变形,发育了前陆褶断带(图2b; Zhu et al.,2009; 胡红雷等,2013)。
 
多年的研究表明,继三叠纪起源之后,郯庐断裂带在早白垩世初与晚白垩世初分别发生过两期左行走滑活动(Zhu et al.,2005,2010; 朱光等,2018;Yin et al.,2020;颜丹平等,2021;Zhao et al.,2021)。这两期走滑活动在大别造山带东缘、苏鲁造山带西侧汞丹山地垒上及两造山带之间的张八岭隆起南段(肥东杂岩内)均发育了左行走滑韧性剪切带,而其他部位因层次较浅仅出露了脆性平移断层。郯庐断裂带晚中生代左行平移的驱动力是古太平洋板块的高速斜向俯冲(Zhu et al.,2010;Zhang et al.,2018; 朱光等,2018),从而导致其向北延伸进入东北地区(顾承串等,2016;Liu et al.,2018; 朱光等,2018)。在早白垩世期间与随后的晚白垩世和古近纪,郯庐断裂带又经历了多期伸展活动,控制发育了一系列断裂带内部与旁侧的伸展盆地(Zhu et al.,2012; 朱光等,2018)。这些盆地自南向北包括大别造山带北部东侧的潜山盆地、张八岭隆起西侧的合肥盆地、苏鲁造山带南部的苏北盆地与郯庐断裂带内部的嘉山盆地与沂沭地堑(图2b)。
 
2 郯庐断裂带三叠纪构造特征与活动时限
由于郯庐断裂带起源之后多期构造叠加与改造及盆地覆盖,其起源期构造目前仅局部残留,保存在低绿片岩相变质的张八岭群内(Zhao et al.,2016)。张八岭群是扬子板块上新元古代火山-沉积岩系,在三叠纪发生了低绿片岩相变质作用,同时经历了韧性变形,随即抬升剥露(Zhao et al.,2016)。在郯庐断裂带起源之后的多期活动中,这套浅变质岩因所处层次较浅,仅局部叠加脆性断层,从而使得其中的三叠纪韧性构造得以保存下来。
 
近年来的详细构造研究发现,保存郯庐断裂带起源期构造的张八岭群,出露在合肥盆地东侧的庐江一带及大别造山带东侧的太湖东一带(图2b)。庐江一带张八岭群内的郯庐起源期构造,呈现为NE—SW走向的陡立走滑韧性剪切带(Zhao et al.,2016)。这些走滑剪切带内的张八岭群,广泛变形成为糜棱岩,陡立的糜棱面理面上发育了平缓的矿物拉张线理。野外与显微镜下观察,均表明属于左行走滑韧性剪切带。这些剪切带糜棱岩内的白云母,给出了239 Ma(中三叠世)的40Ar/39Ar同位素年龄(陈宣华等,2000),指示了剪切带的活动时间。
 
在大别造山带东侧的太湖东一带,张八岭群总体呈北东向延伸的条带出露,属于造山带外侧、扬子板块边缘出露的浅变质岩。该处张八岭群内也保存着NE—SW走向的左行走滑韧性剪切带,但其中部因受后期造山带向南东折返逆冲改造而转变为NEE—SWW走向(Zhao et al.,2016)。这一出露的走滑韧性剪切带,宽达1~2 km,长达15 km,普遍发育糜棱岩。采自该剪切带不同部位的9个白云母样品,给出的40Ar/39Ar同位素年龄为236~217 Ma(晚三叠世;图2b),代表了剪切带的活动时间(Zhao et al.,2016)。
 
由上述可见,郯庐断裂带起源期构造呈现为NE—SW走向的左行走滑韧性剪切带,出露在造山带的外侧的板块边缘。剪切带糜棱岩内白云母40Ar/39Ar同位素定年,指示其起源时代为晚三叠世(239~217 Ma),与大别、苏鲁造山带内的大陆深俯冲同时(240~220 Ma; Hacker et al.,2006; Zheng, 2012; Leech et al.,2013)。
 
3 华北克拉通边缘变形特征
正确认识郯庐断裂带在三叠纪的起源机制,除了需要认清断裂带本身的活动形式外,断裂带两侧的前陆变形方式与机制也能提供重要的约束与验证。郯庐断裂带西侧的华北克拉通边缘,其在三叠纪板块汇聚期是如何变形的,也是揭示该断裂带起源机制的重要方面。
 
已有的研究表明,郯庐断裂带在起源之后的晚中生代,因走滑活动而左行平移了约200 km,其标志是华北克拉通北界沿该断裂带的错移(图2a; Gu et al.,2018; Liu et al.,2019)。若恢复起源之后的左行平移,三叠纪时苏鲁造山带西北角西侧的华北克拉通边缘,对应徐淮弧形逆冲-推覆构造带(图2b)。该弧形构造带宽达10 km,长达15 km,主体是由一系列逆冲断层与伴生褶皱组成。逆冲断层走向由南向北呈NNW—SSE、N—S至NE—SW向变化,呈现为向WNW方向逆冲,从而导致向WNW凸出的弧形(王桂梁等,1998;Zhu et al.,2009; Shu et al.,2017)。该弧形逆冲-推覆构造带卷入的最新地层为二叠系,形成时代为三叠纪(王桂梁等,1998;Zhu et al.,2009; Shu et al.,2017),与苏鲁造山带碰撞造山同时。
 
徐淮弧形逆冲-推覆构造带南部为蚌埠隆起。在郯庐断裂带旁侧的蚌埠隆起,大面积出露了近南北向展布的新太古代—古元古代高级变质岩(五河群),属于华北克拉通基底(图3)。五河群自下而上包括西锢堆组、庄子里组、峰山李组、小张庄组和殷家涧组,包括侵位其中的磨盘山片麻状花岗岩体。五河群内所获得的原岩锆石年龄为2611~2054 Ma(郭素淑等,2009;杨德彬等,2009;陈俊等,2016;李梦婵等,2017)。该处变质基底局部被中元古代凤阳群与新元古代八公山群盖层所覆盖,并侵入了早白垩世女山花岗岩体(杨德彬等,2005)。该处郯庐断裂带呈NNE—SSW走向的脆性左行平移断层,在早白垩世与晚白垩世分别转变为伸展活动而控制发育了东侧的嘉山盆地(属于扬子板块范畴)。我们的野外观察表明,该处郯庐断裂带的第一期活动方式为左行平移,断面向东或向西陡倾,发育近水平或缓倾的擦痕(图3)。断裂带西侧的变质基底内,面理走向多为ENE—WSW向,多向SSE缓倾;矿物拉伸线理呈缓倾或近水平的ENE—WSW向,多向SW倾。各种运动学指示标志,显示这期韧性变形多为上盘向NE运动。前人研究认为,这期韧性变形应是古元古代造山作用的结果(杨德彬等,2009)。野外调查发现,除了郯庐断裂带旁局部出现早期面、线组构被牵引成NE—SW向外,这些变质基底及上覆盖层总体上并没有出现明显的被该大型断裂带牵引弯曲现象,仍然维持着刚性陆块的特征(图3)。
 
大别与苏鲁造山带之间的郯庐断裂带,介于西侧的合肥盆地与东侧的张八岭隆起之间(图4)。合肥盆地位于大别造山带以北,是侏罗纪—古近纪期间发育的陆相盆地,缺失三叠系。依据石油部门大量的钻探与地震勘探资料解释(图4),合肥盆地前中生代基底主体为华北克拉通南缘上、下古生界,南部具有元古宇,西北部具有太古宇(霍邱群)。盆地基底在三叠纪碰撞造山中遭受了前陆缩短变形,形成了一系列南倾的逆冲断层,并伴生前中生界的褶皱(Zhu et al.,2009, 2017)。这些逆冲断层上盘因抬升与剥蚀较强,常保存着下古生界;而下盘被掩覆而保存着上古生界,残余地层分布规律与断层向北逆冲相吻合(图4)。靠近郯庐断裂带旁的盆地基底内,逆冲断层明显增多,指示了郯庐断裂带同期活动的影响。郯庐断裂带旁侧还发育了NNE—SSW走向的左行平移断层(图4),属于郯庐断裂带走滑运动中的伴生平行断裂。合肥盆地前中生代基底发育的逆冲断层与地层单元,它们的走向仅在郯庐断裂带旁部分显示左行走滑牵引的影响,总体上仍维持着近东西向展布,体现了刚性陆块的特征(图4)。
 
4 扬子板块边缘变形特征与时限
郯庐断裂带以东的扬子板块,其三叠纪前陆变形的特征、空间变化规律与发育机制,也是全面而正确地理解断裂带起源机制的重要方面。
 
4.1 前陆褶断带构造
沿苏鲁造山带发生的碰撞造山作用,使得其南部的扬子板块成为前陆变形带,形成了大规模的前陆褶断带(Zhu et al.,2009; 胡红雷等,2013; Zhao et al.,2016)。在此前陆变形中,扬子板块上的陆表海全面发生海退,晚三叠世普遍转变为陆相环境,局部沉积了陆相的黄马青组(Zhu et al.,2009)。海相中三叠世周冲村组与上覆晚三叠世黄马青组的区域性角度不整合(胡红雷等,2013),指示了这期前陆变形的时代,代表了印支运动。
 
晚白垩世—古近纪发育的苏北盆地,位于苏鲁造山带南部的扬子板块北缘。该盆地的大量钻探与地震勘探资料(图5a、b),指示盆地基底的海相盖层呈现为紧闭的NE—SW向褶皱,并发育了一系列与褶皱平行的逆冲断层。这些褶皱的轴面多向SE倒伏,平行的逆冲断层多向NW倾斜,一致指示了向SE的构造运移或推挤方向(图5b)。前陆褶断带上局部向SE倾斜的逆冲断层,多属于反冲断层成因。在苏北盆地南部,包括宁镇山脉,这些海相盖层出露地表,同样表现为NE—SW向为主的褶皱与逆冲断层,及其向SE的倒伏状态。但是,随着远离苏鲁造山带,褶皱变得较为宽缓,指示了缩短变形的减弱(胡红雷等, 2013)。前陆褶断带上保存的海相盖层时代,总体呈现为向SE变年轻的趋势(图5a),与空间上前陆变形向SE减弱的趋势相吻合。
 
大别与苏鲁造山带之间的郯庐断裂带,其东侧的变质出露区称为张八岭隆起。该隆起北段东南部,大面积出露了扬子板块的前陆褶断带(图6a)。该处褶断带卷入地层自上而下为奥陶系、寒武系与上震旦统(灯影组),主要岩性为未变质的灰岩与白云岩。该带内地层呈现为NE—SW至NNE—SSW向紧闭褶皱,轴面皆向SE倒伏(图6a~c)。其中向NW倾的倒转地层常见,指示存在褶皱的倒转翼。这些褶皱地层内还伴生一系列向NW倾的逆冲断层,指示了向SE的构造运移方向。
 
郯庐断裂带以东的扬子板块上,前陆缩短变形构造的走向,基本上平行于苏鲁造山带。但是,随着向西接近郯庐断裂带,转变为NNE—SSW走向,总体上呈现为弧形弯曲的格局(图2b、5a)。显然,苏鲁造山带南部的前陆变形构造走向,向西出现了大规模的牵引弯曲,显示了郯庐断裂带同期左行走滑运动的影响,也进一步佐证了该断裂带的起源活动为左行走滑。在大别造山带东部,扬子板块上的前陆变形构造出露地表,它们的走向也同样显示被郯庐断裂带牵引弯曲的现象(图2b)。在大别造山带东南角外侧的九江一带,扬子板块上的前陆构造总体呈现为弧形弯曲的现象,自东向西由NE—SW向转变为EW向,与点碰撞或构造结格局相吻合。
 
4.2 中地壳韧性拆离带构造
苏北盆地一系列地震剖面显示(图5b),海相盖层内的一系列逆冲断层多收敛于震旦系灯影组白云岩之下的板岩与千枚岩内(自上而下为陡山沱、苏家湾和周岗组)。这些震旦纪、南华纪板岩与千枚岩,及其下伏的张八岭群片岩,产状平缓,总体显示为近水平韧性拆离带特征(胡红雷等,2013)。显然,扬子板块前陆褶断带之下的中地壳层次,存在着区域性拆离带(也称为滑脱带)。卷入拆离带的岩层属于扬子板块海相盖层的底部,指示拆离带位于盖层与基底之间区域性角度不整面之上(赵田等,2014)。扬子板块盖层内的前陆褶断构造,一致指示向SE的逆冲推覆。由此可以推断其下伏近水平拆离带的运动学应是上盘向SE运动(图5b)。在大陆俯冲中,下地壳因较大的密度会比上地壳俯冲速度更大,从而常导致上、下地壳失耦,在前陆上就会造成上地壳相对下地壳向前陆方向滑脱。扬子板块前陆褶断带下伏的拆离带应是在此机制下发育的。
 
位于张八岭隆起北段的郯庐断裂带,在白垩纪—古近纪伸展中转变为正断层活动,发育了向西陡倾的正断层(Zhu et al.,2012; 朱光等,2018)。这一大型正断层活动,一方面控制了合肥盆地的沉降,另一方面导致张八岭隆起的进一步隆升。正是因为这一伸展隆升作用,使得扬子板块中地壳韧性拆离带在张八岭隆起北段出露地表(图6)。对于张八岭隆起北段的拆离带,前人开展过较多的构造与年代学研究(如:Xu et al.,1986; 李曙光等,1993;陈宣华等,2000;Zhang et al.,2007, 2013a, 2013b; 赵田等,2014; Zhao et al.,2016; Shi, 2017)。一系列糜棱岩内白云母的40Ar/39Ar定年,指示该拆离带的变形与变质时间为245~218 Ma(中—晚三叠世;李曙光等,1993;陈宣华等,2000; Zhang et al.,2007)。但是,对于该拆离带的成因与变形机制仍不明确,因而近年来我们又开展了进一步的研究。
 
张八岭隆起北段所出露的中地壳拆离带由浅变质岩组成,自上而下分别为下震旦统陡山沱组(板岩与浅变质砂岩)、上南华统苏家湾组(含砾千枚岩,即浅变质冰碛岩)、下南华统周岗组(千枚岩)及下伏的张八岭群片岩,显示了变质程度的逐渐增高。它们总体上自西向东变年轻,以张八岭群出露最多。张八岭群自下而上可划分为白云母片岩单元、长石石英片岩单元、变火山岩单元与绿泥石-绿帘石片岩单元,皆经历了中—低压低绿片岩相变质(石永红等,2007;Zhang et al.,2007; 赵田等,2014)。该处张八岭群变火山岩的一系列锆石U-Pb同位素定年,给出的火山喷发时代为786~723 Ma (姜慧超等,2012; 赵田等,2014; Shi, 2017; 蔡倩茹等,2019;Cai et al.,2021; Niu et al.,2020; Yuan et al.,2021),指示属于早南华世(新元古代中期)。
 
我们详细的野外观察表明,张八岭隆起北段中地壳拆离带顶部的陡山沱组(板岩)与上覆褶断带底部灯影组(白云岩)为整合接触,两者的界面共同卷入平缓的褶皱(图6b),仅局部为后期断层所利用。张八岭隆起北段拆离带西缘为合肥盆地白垩纪红层所覆盖,并有早白垩世花岗岩体侵位(牛漫兰,2006)。值得指出的是,该区张八岭群西侧局部出露了花岗质片麻岩(图6a),经锆石U-Pb定年指示属于扬子板块岩石(新元古代肥东杂岩),并且经历了228~211 Ma(晚三叠世)变质-变形事件(Shi et al.,2017)。由此可以限定,位于华北克拉通与扬子板块之间的起源期郯庐断裂带,主体为合肥盆地所覆盖,位于张八岭隆起所出露的扬子板块中地壳拆离带西侧(图6a)。
 
张八岭隆起北段拆离带中—南部(张八岭至管店一线以南),带内张八岭群以广泛出现糜棱岩为特征,整体呈现为平缓的韧性剪切带特征。拆离带内面理产状平缓,倾向多变,平均倾角为20°(图6b、c)。面理面上的矿物拉伸线理,普遍为NNE—SSW向,多数向NNE缓倾,少数向SSW缓倾,平均倾伏角为15°。露头上与显微镜下的剪切指向标志,均指示拆离带中—南部为上盘向SSW运动。该韧性拆离带内,面理基本上平行了层理或成分层,一方面指示了韧性变形中的普遍构造置换,另一方面反映了以顺层滑动为主。但是,拆离带内局部也存在着地层单元的缺失,如一些部位的周岗组之下缺失张八岭群上段地层,指示局部存在着切层滑动。
 
显微镜下观察表明,拆离带内的糜棱岩包括了初糜棱岩、糜棱岩与超糜棱岩。其中石英广泛发生了鼓胀式(bulging)或与亚颗粒旋转式(subgrain rotation)共存的动态重结晶,而长石呈脆性破裂、压扁拉长或两者共存。这些显微构造特征,指示了拆离带形成时的变形温度为300~400℃(Stipp et al.,2002),属于中地壳层次的变形环境。
 
张八岭隆起北段拆离带北部(张八岭至管店一线以北),带内的张八岭群仍然呈现为广泛的糜棱岩化,糜棱面理也呈平缓的产状与多变的倾向,但是矿物拉伸线理却转变为NNW—SSE向(图6a、b)。野外与显微镜下观察,皆指示北部的拆离带为上盘向SSE运动,而变形温度仍为300~400℃,与中—南部拆离带相似。野外观察发现,北部拆离带的矿物拉伸线理,向南逐渐转变为近NS至NNE—SSW向。
 
前已述,依据盖层构造可以推断苏鲁造山带南部(下扬子地区)中地壳前陆拆离带应是上盘向SE运动(图5)。但是,郯庐断裂带旁侧的张八岭隆起拆离带,其主体(中—南部)显示上盘向SSW滑动,滑动方向平行于郯庐断裂带走向,指示了郯庐断裂带走滑运动的明显影响。随着远离郯庐断裂带,其同期走滑运动影响逐渐减弱至消失,相应盖层褶皱轴与逆冲断层走向由NNE—SSW转变为NE—SW向,下伏拆离带剪切方向由上盘向SSW转变为向SE。在郯庐断裂带旁前陆上,盖层褶皱轴平行于下伏拆离带剪切方向;远离处则恢复垂直于拆离带剪切方向。
 
在张八岭隆起北部,靠近苏鲁造山带,会受到碰撞造山中较强的、向SE的推挤作用。应该是造山带旁这一强推挤作用影响,导致了张八岭隆起拆离带北部转变为上盘向SSE滑脱(图6a)。随着向南远离苏鲁造山带,造山带旁的强推挤作用(向SE)变弱,而郯庐断裂带的走滑影响变强,从而使得张八岭隆起拆离带中—南部呈现为上盘向SSW滑动。
 
5 郯庐断裂带起源机制
5.1 郯庐断裂带与板块斜向汇聚边界
郯庐断裂带内残留的起源期构造表明(Zhao et al.,2016),其起源时的活动方式为左行走滑运动。这些起源期走滑韧性剪切带内白云母40Ar/39Ar定年结果,限定其起源时间为239~217 Ma(陈宣华等,2000;Zhao et al.,2016)。由此表明,郯庐断裂带的走滑活动与大别-苏鲁造山带的大陆深俯冲同时(240~220 Ma; Hacker et al.,2006; Zheng, 2012; Leech et al.,2013),早于造山带的折返时间(220~200 Ma)。
 
查明郯庐断裂带起源期活动方式,除了依据断裂带内部残留构造外,断裂带旁侧构造也具有关键的指示与验证作用。郯庐断裂带东侧下扬子地区扬子板块上,海相盖层的前陆褶皱轴随着接近该断裂带由NE—SW转变为NNE—SSW向(图2b、5a),明显指示了该断裂带的左行走滑影响。张八岭隆起北段所出露的扬子板块中地壳韧性拆离带运动学(图6a),也进一步证明了郯庐断裂带起源期的左行走滑活动。无论是受影响前陆褶皱的形成时代(胡红雷等,2013),还是受影响拆离带的变形时间(245~218 Ma;李曙光等,1993;陈宣华等,2000; Zhang et al.,2007),皆指示前陆构造的牵引弯曲发生在中—晚三叠世造山期(并非造山后牵引),并且验证了郯庐断裂带的起源时间与大别-苏鲁造山带大陆深俯冲同时。郯庐断裂带西侧的华北克拉通边缘,虽然没有出现像扬子板块一样的大规模牵引弯曲现象,但是断裂带附近局部发育的牵引构造与旁侧断裂(图3、4),也指示该断裂带为左行平移活动。
 
由此可见,大别与苏鲁造山带之间的郯庐断裂带,起源于华北克拉通与扬子板块的汇聚过程中,属于这两个大陆板块之间的斜向汇聚边界。依据扬子板块前陆构造所指示的大陆运动方向(理论上平行于前陆缩短方向)以及苏鲁造山带的俯冲方向(Faure et al.,1999),推断扬子板块与郯庐断裂带之间的汇聚角为45°,与该断裂带起源期的左行压扭性变形相吻合。郯庐断裂带起源于大陆斜向汇聚边界这一事实,显然不支持前人的旋转碰撞边界模式(图1c; Gilder et al.,1999)与山弯构造模式(图1d; Wang et al.,2003)。这两个模式均要求起源期的郯庐断裂带为逆冲构造或者碰撞边界,断裂带两侧(特别是西侧)的前陆构造走向应平行于郯庐断裂带,但事实并非如此。扬子板块地壳(向北仰冲)与地幔(向北俯冲)拆离导致的撕裂断层模式(图1b; Li, 1994),要求扬子板块前陆上应是向北逆冲。但是,实际上该前陆构造广泛向SE逆冲(图5a),与该撕裂断层模式不符。
 
5.2 断裂带起源方式
前人提出的嵌入式碰撞边界模式(图1a; Yin et al.,1993)、差异俯冲导致转换断层模式(图1e; Zhu et al.,2009)及嵌入式碰撞导致板片撕裂模式(图1f; Zhao et al.,2016),均认为郯庐断裂带起源期为左行走滑运动,代表了大陆斜向汇聚边界。因而,仅依据起源期郯庐断裂带本身的活动方式,无法判断这三种模式的正确与否。这三种模式反映了华北克拉通与扬子板块的不同汇聚过程与方式,会造成郯庐断裂带两侧不同的前陆变形。因而,依据断裂带两侧实际发育的前陆变形构造,可以限定这三种模式的正确与否。
 
嵌入式碰撞边界模式认为(Yin et al.,1993),郯庐断裂带以东的扬子板块是原始存在的突出体(嵌入体),其西界就是起源期的郯庐断裂带,而东界为朝鲜半岛东南部的湖南(Honam)断裂(图1a)。在华北克拉通与扬子板块碰撞过程中,首先是扬子板块突出体与华北克拉通碰撞,然后不断嵌入华北克拉通内部,期间郯庐断裂带以斜向汇聚边界形式发育,最后以大别造山带的陆-陆碰撞而结束这一汇聚过程(Yin et al.,1993)。差异俯冲导致转换断层模式主张(Zhu et al.,2009),华北克拉通与扬子板块的初始碰撞是沿着平直、统一的缝合线发生。在碰撞中由于大陆深俯冲速度东快西慢,导致扬子板块上形成垂直于缝合线的左行转换断层(即起源期的郯庐断裂带),断层东侧扬子板块不断向北(左行错移)挤入华北克拉通之中,并伴随着苏鲁造山带与挤入的扬子板块一起发生逆时针旋转(图1e)。显然,嵌入式碰撞边界模式与转换断层模式具有相似性,两者都主张郯庐断裂带以东的扬子板块在汇聚过程中嵌入华北克拉通内部。众所周知,正常的嵌入式碰撞是相对刚性的大陆嵌入较软弱的大陆内部,较软弱的大陆是无法嵌入刚性大陆之中的。被嵌入的软弱大陆边缘,常以发育牵引弯曲或弧形构造为特征,嵌入的前峰发生强缩短变形。然而,郯庐断裂带两侧的前陆构造现象(图2b、5a),表明扬子板块是相对软弱的大陆,发育了大规模的牵引弯曲或弧形构造,并且具有主动盘的特征。而郯庐断裂带西侧的华北克拉通前陆构造(图3、4),并没有出现大规模的牵引弯曲或弧形构造,而是表现为刚性大陆特征,类似于被动盘。这些现象不支持嵌入式碰撞边界模式和转换断层模式,但是与嵌入式碰撞导致板片撕裂模式相吻合(图1f; Zhao et al.,2016)。该板片撕裂模式认为,郯庐断裂带以西的华北克拉通是原始的刚性大陆突出体(嵌入体),在碰撞过程中嵌入较软弱的扬子板块之中,并因嵌入体的存在而诱发了大洋至大陆板片的撕裂,直至苏鲁造山带的陆—陆碰撞而终止(Zhao et al.,2016)。该模式主张华北克拉通的嵌入与扬子大陆的深俯冲同时发生,两个大陆之间的相对运动主要被扬子大陆的深俯冲所吸收,并不需要大别造山带以南扬子板块前陆上的异常缩短变形。总之,郯庐断裂带两侧所发育的前陆变形构造,支持嵌入式碰撞导致板片撕裂模式(Zhao et al.,2016)。
 
大别造山带与苏鲁造山带碰撞时间对比,也是限定郯庐断裂带起源及华北克拉通与扬子板块汇聚方式的重要方面。嵌入式碰撞边界模式(图1a; Yin et al.,1993)和旋转碰撞边界模式(图1c; Gilder et al.,1999)主张苏鲁造山带比大别造山带碰撞造山时间早。撕裂断层模式(图1b; Li, 1994)、山弯构造模式(图1d; Wang et al.,2003)和差异俯冲导致转换断层模式(图1e; Zhu et al.,2009),均认为这两个造山带同时发生碰撞造山。而嵌入式碰撞导致板片撕裂模式(图1f; Zhao et al.,2016)需要大别造山带的碰撞造山较早。随着大别与苏鲁造山带研究的不断深入,两者的详细演化过程与时限已得到了较好的确定。通过变质作用与同位素年代学研究的相结合,可以将这两个造山带的演化细分为代表陆壳正在俯冲的进变质阶段,达到最大俯冲深度的峰期变质阶段及陆壳折返的退变质阶段(Hacker et al.,2006; Liu et al.,2009; Zheng, 2012; Leech et al.,2013及其中参考文献)。造山带进变质时间最能反映初始碰撞时间。依据锆石微区U-Pb定年及榴辉岩Lu-Hf定年(图7),大别造山带的进变质时间为260~242 Ma(Cheng et al.,2010, 2011, 2013; Jian et al.,2012; Leech et al.,2013及其中参考文献)。依据锆石微区U-Pb定年,苏鲁造山带的进变质时间限定为247~240 Ma (Leech et al.,2013及其中参考文献)。而这两个造山带的峰期与退变质时间(依据可靠的U-Pb和Lu-Hf年龄)却基本相近(图7;Leech et al.,2013及其中参考文献)。显然,大别造山带的初始碰撞时间明显早于苏鲁造山带,两者相差13 Ma。这两个造山带初始碰撞时间(进变质)对比,也支持嵌入式碰撞导致板片撕裂模式(Zhao et al.,2016)。
 
在郯庐断裂带南端,旁侧(九江地区)扬子板块前陆褶皱呈现为弧形构造,围绕着大别造山带东南角分布(图2b)。该弧形构造显然是大别造山带东南角点碰撞的产物。在苏鲁造山带西侧的华北克拉通边缘,也出现了造山期发育的徐淮弧形构造(王桂梁等,1998;Zhu et al.,2009; Shu et al.,2017)。若恢复郯庐断裂带起源之后约200 km的左行平移距离(依据华北克拉通北界错移量;Gu et al.,2018; Liu et al.,2019),徐淮弧形构造在造山期位于苏鲁造山带的西北角,也应是点碰撞的产物。徐淮弧形构造的空间分布及华北克拉通北界的造山后错移,共同限定了苏鲁造山带在造山期的位置。由此也表明,大别造山带与苏鲁造山带目前约550 km累计左行平移距离,其中350 km的视位移是原始华北克拉通突出体的视结果。近年的研究表明(Zhu et al.,2017),晓天-磨子潭缝合线(印支期)与肥中断裂(加里东期缝合线)之间的北淮阳微陆块(南北宽约100 km,亲扬子大陆),在早泥盆世沿着肥中断裂与华北克拉通发生了弧—陆碰撞。在此弧—陆碰撞之前,郯庐断裂带以西的华北克拉通实际上只向南突出了约250 km。正是这些复杂的过程与多期的活动,导致了大别与苏鲁造山带目前沿郯庐断裂带大规模的视左行错移(550 km),造成了华北克拉通北界平移距离的显著不一致,以及该断裂带中止于大别造山带的东南角(图2b)。
 
6 结论
(1)郯庐断裂带内残留的起源期构造为左行走滑韧性剪切带,其中所获得的白云母40Ar/39Ar年龄为239~217 Ma,与大别、苏鲁造山带内大陆深俯冲同时。
 
(2)郯庐断裂带西侧华北克拉通边缘所发育的徐淮弧形逆冲-推覆构造,在碰撞造山期位于当时苏鲁造山带的西北角,属于点碰撞的产物。
 
(3)郯庐断裂带西侧其他部位的华北克拉通边缘,显示为刚性陆块的特征,没有出现大规模的牵引弯曲现象,仅局部受到断裂带起源期左行走滑活动的影响。
 
(4)在郯庐断裂带东侧,扬子板块海相盖层内的前陆变形构造,受到了断裂带左行走滑的显著影响,出现了大规模的牵引弯曲现象。另外,在大别造山带东南角外侧前陆也出现了因点碰撞导致的弧形褶皱带。
 
(5)郯庐断裂带东侧的张八岭隆起北段,出露了前陆带中地壳韧性拆离带,滑动时间为245~218 Ma,滑动方向明显受到了起源期断裂带左行走滑的影响。
 
(6)郯庐断裂带内部及其两侧前陆的构造与年代学信息,表明起源期断裂带代表了华北克拉通与扬子板块的斜向汇聚边界。在大别造山带北部的华北克拉通,原先应存在着向南的突出体(嵌入体),导致嵌入式碰撞与嵌入体边界的斜向汇聚(初始郯庐断裂带),符合嵌入式碰撞所导致的板片撕裂模式。
 
 
 
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