大巴山弧形构造带构造特征以及构造演化史分析

二、大巴山弧形构造带构造特征以及构造演化史分析

大巴山弧形构造带属于秦岭造山带的中段，属于次一级构造单元。川东北盆地、米仓山造山带受大巴山影响非常大，通南巴构造带的北段就夹持在米仓山-大巴山两个弧形造山带之间，有必要对大巴山构造特征及其演化进行重点描述。

大巴山弧形构造的西北端受汉南地块（米仓山穹隆构造）冲顶限制，东部有黄陵地块的冲顶阻挡，中间为古秦岭微大陆（张国伟，2003），或大巴山古陆（中国石油志，1989），中间顶、两端阻挡在秦岭洋关闭时形成弧形构造带（郭振武，1996）。构造带由一系列呈向西南突出的巨型逆冲推覆断裂带构成，以发育一系列的弧形逆冲断裂及断裂间所夹褶皱断块为基本特征（如图4-5所示）。其展布方向由西北部的北北东向、中部的近东西向、至东南部的北东东向，呈一向西南凸出的弧形（如图4-6所示），根据逆冲推覆构造的变形特征、构造组合样式的差异，自北东向西南可将大巴山逆冲推覆构造划分为3个带：北大巴山推覆带、南大巴山逆掩推覆冲断带、南大巴山隐伏推覆褶皱带（如图4-5、图4-6所示）。

图4-5　大巴山构造剖面特征及构造带划分剖面图

（红春坝-烟溪-渔渡坝综合地质剖面图，李忠权提供）

图4-6　四川盆地东北部米仓山前、大巴山前构造区划平面图

1.北大巴山推覆带

古生代属于南秦岭被动大陆边缘裂谷区，分布于红椿坝断裂与城口断裂之间，南以大巴山弧形城口断裂为主滑脱推覆界面，北以红椿坝断裂为界，东西两端均与大巴山弧形城口断层相交，使之总体成弓形向西南突出的推覆构造。卷入推覆的地层为震旦系-志留系，由冲断层与断层相关褶皱组成一系列呈北西-南东向分布的复式冲断褶带，呈叠瓦状排列（如图4-7所示）。

图4-7　大巴山造山带剖面图（紫阳-万源剖面，位置见图4-6，据区测地质图）

城口断裂是北大巴山主逆冲推覆冲断带的南界断层，也是北大巴山推覆冲断带的主推覆断层。断裂显示清楚，由一系列平行断裂组成。断裂走向变化大，自西向东由北北西、北西、近东西向及北东向作有规律的变化，总体上呈一向西南凸出的弧形，断面作波状起伏，产状变化较大。断裂上盘（北东盘）地层为秦岭地层区震旦系下统耀岭河群火山碎屑岩，下盘为扬子地层区寒武系碳酸盐岩，震旦系逆冲于寒武系之上，逆冲方向由北东向西南逆冲，最大断距为2000米以上（如图4-7所示）。

2.南大巴山褶皱冲断带

分布于城口断裂与镇巴断裂之间。以平均宽约20km左右的推覆带镶嵌于大巴山推覆构造南缘。由一系列冲断裂与背、向斜构成叠瓦状冲断褶皱带，呈背驼式扩展。卷入变形的地层从震旦纪到早-中三叠世（T_1-2）（如图4-8所示），基本特征为：

1）弧形冲断均自北东向西南逆冲，上盘地层一般越北越老，断距越大。

2）冲断层与褶皱相伴而生，构成冲断褶皱带。

3）弧形冲断由成群的断裂带组成，呈叠瓦状背驼式向前扩展，其断裂带宽度一般在1～2km左右，最宽达5km以上。在平面上主断面常出现时而分支、分叉，时而归并靠拢的现象，形成新月形或眼球状断束。

4）剖面上，冲断上盘背斜北缓南陡、向斜北陡南缓，褶皱轴面以倾向北东为主。在向西南逆冲推覆过程中，常出现断面向南倾的次级冲断层以及轴面倾向南西的褶皱，与主断裂形成对冲形式，从而构成一系列断续的不对称线形摺曲和对冲背斜的断裂组合。

5）在靠近冲断层的推覆体前缘，褶皱变形强烈，常形成倒转褶皱和平卧褶皱，并叠加包容枢纽近直立的早期小型紧闭褶皱（如图4-8所示）。

图4-8是大巴山隐伏推覆带、米仓山前褶皱带复合的部位，测线走向和米仓山基本平行，和大巴山构造带走向垂直，所以这条测线主要表征的是大巴山推覆带的特征。

3.南大巴山隐伏推覆带

平面上呈向西南的弧形展布，形成一带镶边的大巴山弧形逆冲推覆构造变形带。东南端与川东的高陡构造带相对应，并使后者北端转弯成向西北突出的弧形。向东两者复合成东西向平行延伸，直至黄陵背斜带（如图4-2所示）。

隐伏推覆带以最新卷入T₃x-J地层为特点，构造带构造变形与其北侧推覆带相比，变形强度明显变弱，断裂由密变稀，褶皱由线形变为箱状，甚至为隔挡式。主要构造变形样式为台阶状逆断层，以及由此发育的断层相关褶皱构成（如图4-8所示）。构造变形以滑覆或断坡断坪台阶式逆冲叠瓦推覆断层以及相关褶皱组合的推覆构造为特点。区域性滑脱层为震旦系（陡山沱碳质页岩）与前震旦系、志留纪页岩、三叠纪飞仙关组薄层泥灰岩、晚三叠世须家河组煤系地层等。在与坡坪式断层形成的相关褶皱中，沿背、向斜两翼常发育一系列次级褶皱，组成复式褶皱。褶皱陡翼即可形成向北东倾的逆冲断层，也发育倾向西南的逆冲断层，构成对冲式冲断组合。次级褶皱的变形样式明显与岩性的能干性有关。一般强干岩层（厚层灰岩、白云岩、砂岩）褶皱比较开阔，翼间角比较大，常常为同心状等厚褶皱。弱岩层（薄层灰岩、页岩）形成的褶皱紧密，翼间角小，通常形成顶厚翼薄或翼厚顶薄的不协调褶皱。

图4-8　南大巴山（通江涪阳坝-镇巴）构造剖面图

（位置如图4-6所示，地表地质图和地下地震剖面218对应，地质图引自区测剖面）

4.大巴山推覆构造形成时代

大巴山的构造演化史是秦岭造山带中部造山过程。以往的研究成果认为大巴山推覆主要有两期，先期碰撞逆冲推覆构造主要发生在T₂间，属印支期。晚期巨型逆冲推覆构造形成于K时期，属燕山晚期（张国伟，2001；张二朋，1993；郭正吾，1996）。结合地震剖面特征分析（如图4-8所示），巴山弧形推覆构造可能主要是三期（印支期、燕山晚期、喜山期）构造的复合（如图4-9所示），并且可能以晚燕山-喜马拉雅山期为构造运动主幕。

1）上、下古生界间秦岭造山带区域不存在区域性构造不整合界面，不存在加里东区域性造山变动和变质变形作用。南秦岭巴山推覆构造首先是并且主要是印支期秦岭造山带板块最后封闭碰撞造山的产物。根据山前地震剖面218以及后面其他的地震剖面分析（如图4-9所示），大巴山褶皱带前端古生界、中生界地层几乎均为平行的不整合，表明大巴山构造运动很晚。

2）大巴山推覆构造中的前陆冲断褶带，卷入最新地层为T_1-2，缺失T₃及以上地层（大巴山前缺失雷口坡以及部分须家河组地层），不整合面上覆盖了侏罗系及其以上的断陷陆相堆积，证明前陆冲断褶带是秦岭印支期碰撞造山作用所形成的。

图4-9　川东北地区剑阁-大巴山（东西向）构造演化史剖面（据胡建中，2004）^[1]

3）大巴山推覆构造前缘前端堆积须家河组（T₃）磨拉石相巨砾堆积，古流向指示来自于北侧大巴山，证明大巴山已于T₂晚期和T₃初期造山变形而隆起。

4）沿大巴山推覆构造中的主要断层，如红椿坝、坪坝、青峰断层等分布有侏罗纪断陷盆地，侏罗系以构造角度不整合覆盖在已变形的下中三叠统之上，或老的变质岩系之上，而且侏罗系底部为粗砾山麓相堆积。但侏罗系岩层后又被老岩层逆冲推覆叠置并变形，表明先已发生印支期的构造变形和断陷沉积，后又遭受中生代燕山晚期的构造变动所改造。

5）大巴山推覆构造南部前缘，沿镇巴断裂外侧，黄金口向斜等地，既发现推覆构造使侏罗系显著变形，而白垩系相对较弱，又可见J-K连续过渡沉积，变形波及白垩系，但总体构造已很微弱至未变形，故巴山弧形推覆构造活动最迟可延至白垩纪初。从218地震剖面分析，下部的基地冲断层在嘉陵江滑脱层内消失，其上部陆相地层中发育背斜，总体上上下变形层构造形态一致，表明推覆带发育时间相对比较晚，由于燕山运动在南方不是很强烈这一背景，可能为喜马拉雅山期运动产物。

5.大巴山弧形构造带的形成机理分析

两端点碰撞、中间残余洋，是大巴山弧形构造形成的主要原因。

弧形造山带实际上是造山带的普遍特征，很多因素可以形成弧形构造（钟嘉猷，1998），走滑断层附近也很容易形成弧形构造。推覆体总是非均质的，推覆的动力分布不均，因此在逆冲推覆过程中总会产生弧形构造，最壮观的是喜马拉雅弧形构造带。近年来关于挤压型造山带的造山带弧形构造及其运动学和动力学模式研究较多。Berberian（1995）发现Zagros新生代存在Fars和Lorestan两个弧形构造；Kiratzi等（1995）讨论了Hellenic弧形构造的震源机制解，确定了西、中、东不同弧形段不同的滑移速率及几何学和运动学特征；Marshak等（1996）对南澳大利亚Adelaide褶皱冲断带Fleurieu和Nackara弧不同位置的构造线理、地貌等进行了系统研究，根据其几何学和运动学特征开展弧形构造冲断推覆的解释；曲国胜（1996）阐述了比利牛斯新生代陆内造山带边缘弧形构造的几何学和运动学特征，将弧形构造划分为逆冲推覆主动型和重力滑脱被动型两种类型；Jadoon等（1992，1997）、Treloar等（1992）、Coward（1996）、Jaswal等（1997）、Hildebrand等（2000）报道了帕米尔弧南缘巴基斯坦境内的弧形构造及其前陆盆地演化，提出了一系列弧形构造前缘构造样式。国内外有关造山带及其前陆弧形构造的研究基本上描述并确立了造山带变形的几何学和部分的运动学模式。

大巴山、米仓山附近及其内部重要的地体有：东侧武当、黄陵地体，这两个地块对冲形成大巴山弧形的东端；大巴山西端米仓山附近的几个岩体-佛坪、汉南地体，对冲形成大巴山弧形构造西端。逆冲断层的发生、发展都是在岩浆岩体的边缘产生的。

大巴山弧形构造带的形成和深部滑脱作用的非均质性有关（郭正吾等，1996）。张国伟（2001）认为还和大巴山西端的龙门山造山带由南向北、向秦岭强烈挤入有关。前期研究成果总体上认为：秦岭洋关闭产生由北向南的挤压力，滑脱层发育产生拆离构造，两端汉南地体、黄陵地体为刚性地体，滑脱推覆必被其阻挡，从而形成弧形构造带。根据大巴山弧内、弧外的岩浆岩分布，以及秦、巴构造演化史分析，可以认为大巴山弧形构造带的形成主要是弧内岩浆岩体冲顶、两侧刚性地体阻挡形成的（如图4-10所示）。

图4-10　大巴山弧形构造形成机理分析

（模拟试验据Juliano M. et al ，1999； 秦岭、扬子板块点碰撞示意图据陈世悦，2000）