2 郯庐断裂的活动时间
徐嘉炜(1984) 在早期的研究中推测郯庐断裂带的演化包括印支期平移、晚白垩世-早第三纪伸展以及晚第三纪至今的挤压,在其后期的研究中又将大规模平移走滑的时间修改为晚侏罗-早白垩世(Xu and Zhu,1994)。李家灵等(1984) 则认为该断裂带从中生代末到第四纪一直处于伸展过程中。万天丰等(1996) 认为郯庐断裂带三叠纪发生左行平移,白垩纪和晚第三纪发生2次伸展,侏罗纪、早第三纪和第四纪还发生过3次挤压。许志琴(1984) 认为该断裂带分别在晚侏罗—晚白垩世和早第三纪以来2个演化阶段都发生了伸展。王小凤等(2001) 推测该断裂带中三叠世—侏罗纪是左行平移,白垩纪—早第三纪是伸展,晚第三纪之后为右行平移或挤压。朱光等(2004)首次从郯庐断裂带南段的糜棱岩测得白云母年龄为127 Ma。侯明金等(2006)的研究认为,郯庐断裂带的发展经历了2个阶段:第一阶段是晚三叠世—早侏罗世扬子地块与华北地块的碰撞;第二阶段是早白垩世以来平移断裂带的形成。徐佑德(2009)综合华北克拉通东部岩浆活动、断陷盆地发育、变质核杂岩和糜棱岩形成时间等多方面证据,认为郯庐断裂伸展活动发生在早白垩世至古近纪。
前人对该断裂带活动时间的约束证据主要体现在2个方面:一个是利用郯庐断裂带南段发现的糜棱岩形成时间来约束断裂带走滑时间;另外一个约束是郯庐断裂带南段西侧合肥盆地形成于侏罗纪,合肥盆地侏罗纪沉积中心沿断裂带呈NNE向展布。
本文质疑郯庐断裂带浅表部发现的糜棱岩是在其平移走滑过程中形成的,原因有2个方面:
(1)糜棱岩并不是仅仅在郯庐断裂带内部偶尔发现,而是在区域上广泛分布。张岳桥等(2008)的研究表明,郯庐断裂带内发现韧性剪切带,该剪切带由初糜棱岩、糜棱岩和超糜棱岩组成。剪切带不仅沿郯庐主断裂发育,在郯庐主断裂东部的较完整地块中也有发育。林伟等(2013)的研究表明,欧亚大陆东部很大区域都发育了大量以变质核杂岩为主的晚中生代伸展构造,其范围北到俄罗斯中东部,南到中国华南地区,变质核杂岩的发育时间大多集中在130~126 Ma之间。变质核杂岩和沉积盆地之间的糜棱岩带厚度最大可超过100m,糜棱岩带常沿低角度拆离断层发育。后期高角度脆性变形会卷入糜棱岩,推断较晚的脆性断裂和早期的变质核杂岩都是伸展成因机制。这说明糜棱岩并不是郯庐断裂带走滑活动的标志性岩石,也与后续研究中所得出的“胶东金矿是伸展环境下成因”的结论相吻合。
(2)糜棱岩的形成需要高温高压环境,这与胶东金矿形成后的剥蚀深度相矛盾。张岳桥等(2008)的研究表明,根据郯庐断裂糜棱岩中绿片岩相的变质特征,推测韧性剪切带的变形温度范围为400~500 ℃。该深度大约位于上下地壳的过渡带(10~20 km)。糜棱岩的形成温压条件意味着其需要10~20 km的形成深度。在郯庐断裂浅表部所发现的糜棱岩暗示其产出深度不大,因为胶东金矿在白垩纪形成后其剥蚀深度至今只有2~3 km(郭春影等,2011),如果没有伸展构造环境下的变质核杂岩系统,这个深度不太可能产生传统上需要高温高压环境下才能形成的糜棱岩。而白垩纪形成的胶东金矿至今的剥蚀深度才2~3 km,按照正常地温梯度,在2~3 km的深度温度只有60~90 ℃,这个温度条件下是难以形成糜棱岩的。这说明用糜棱岩的形成时间来约束郯庐断裂带的走滑时间是不对的。对郯庐断裂断层泥内伊利石形成的温度和压力进行的研究结果说明断层泥的形成深度主要在2~3 km(Zhao et al.,1996),意味着郯庐断裂带地表出露的断层岩都是脆性变形,真正的韧性变形断层岩则仍深埋于地下,目前尚未出露。进一步推测新生代走滑产生的糜棱岩也位于深部,尚未出露地表。
由此推测地表发现的这些糜棱岩应该是胶东金矿形成过程中同步生成的,胶东金矿是白垩纪伸展环境下形成的(宋明春等,2014;吕古贤等,1998)。糜棱岩主要形成于伸展环境下变质核杂岩与半地堑盆地之间的拆离断层带上(Lister and Davis, 1989)。在新生代郯庐断裂大规模走滑运动下,那些已经存在的糜棱岩部分被卷入郯庐断裂带中。因此糜棱岩的生成年龄不能代表郯庐断裂带的走滑年龄。
朱光等(2011)的研究说明,合肥盆地的形成是区域性拉伸的结果,中生代时期合肥盆地东侧的郯庐断裂是正断层。由此推测郯庐断裂的雏形出现在中生代的合肥盆地东侧,依据是合肥盆地和胶莱盆地的地质记录,合肥盆地最老沉积了侏罗纪地层,胶莱盆地最老沉积了早白垩地层。合肥盆地的东边界就是郯庐断裂带,而且盆地内中生代地层厚度变化明显受郯庐断裂控制,说明郯庐断裂在中生代时期是一个控制合肥盆地发育的控盆断裂,郯庐断裂东侧为隆起区,西侧为接受沉积的沉降区,因此推测中生代郯庐断裂仅局限在合肥盆地东侧,为一正断层。目前没有发现确切的证据说明郯庐断裂在中生代发生了大规模走滑活动,但是却有新生代发生大规模走滑的确切证据,主要包括以下5个方面:
(1)在中国海区及邻域地质图上也可以清楚地看到,在潍坊以北的渤海湾南部区域,郯庐断裂明显左行走滑切割了侏罗纪-白垩纪地层(图2),图中以A点左侧的J-K地层为参照系,它们未被切断之前的原始状态应该是近东西方向分布,断裂之后断点B向北东方向大幅度滑移了约760Km,断层两侧J-K地层形状存在差异,推测是断层在走滑过程中造成的差异升降和差异剥蚀所致。邓乃恭(1984)的研究说明,郯庐断裂在华南沿断裂带延伸方向出现中生代变质岩,无例外地切断另一组中生代构造,但从未发现有被这些中生代构造(或中生代岩浆岩)切穿的现象。从中国1:500万地质图上也能清楚地看到,在长江以南的郯庐断裂带延伸方向上,很多北东向的断裂切穿了晚白垩地层,这说明郯庐断裂的大规模走滑发生在中生代之后的新生代。
图2 (a)是郯庐断裂中段区域地质图和断裂长度(据刘光鼎,1993修编),(b)是J-K标志层经郯庐断裂改造示意图
(2)在朱光等(2004)的文章中有关野外露头的剖面显示郯庐断裂在合肥段也切穿了晚白垩世地层。万天丰等(1996)的研究说明,按构造地质教科书上所规定的断层形成时代判定方法,可判定郯庐断裂大规模走滑形成于早第三纪之后。这些研究进一步说明郯庐断裂雏形形成于中生代,受多期次构造运动影响,前期以张性正断层为主,后期以伸展走滑断层为主。
(3)切割深度巨大的走滑断层在快速大规模活动过程中应该会伴随岩浆活动。牛漫兰(2001)的研究说明,沿郯庐断裂带存在大量玄武岩喷发。喷发开始于早第三纪,这个时期也是沿郯庐断裂带的断陷盆地活动最强的时期,从早第三纪到第四纪,喷发出的玄武岩逐渐由拉斑玄武岩过渡到碱性玄武岩,再进一步过渡到强碱性玄武岩,说明岩浆源区不断加深,也说明该断裂切割深度逐渐加大。郯庐断裂带内并没有明显的中生代岩浆岩活动。
(4)渤海湾以北新生代拉分盆地的大地构造演化历史恢复进一步说明,郯庐断裂带大规模走滑发生在新生代。郯庐断裂的走滑拉伸形成了一系列伸展盆地(拉分断陷盆地)。从伸展构造产生的伸展盆地和引起的地壳伸展量模型示意图(图3),说明该图中控盆主要断裂全部切断了PreE(早第三纪之前)地层,断裂构造发生在Pre E之后,在伸展成盆后那些控盆断裂会进一步发育,也会形成新的断裂分支系统。对比渤海湾地区实测的郯庐断裂高精度地震勘探剖面(图4),无论EW向横切郯庐断裂东支和西支的剖面,还是SN向断裂带内的剖面,都可以得出结论,在该区域郯庐断裂带主要发生在新生代。从图4a的位于郯庐断裂内部的南北向地震勘探剖面可以得出一个定性结论,南侧的断裂发育早于北侧,说明断裂过程是从南向北伸展。事实上从渤海湾盆地的构造演化史恢复也得出结论,渤海湾盆地的形成是从南西向北东方向扩展,新生代沉积中心迁移也是从南西向北东方向(索艳慧等,2012;白莹,2014)。从郯庐断裂带内部的南北向高精度地震勘探剖面的构造演化史恢复(图5)也可以得出结论,郯庐断裂带发生在新生代,最显著的伸展阶段大约发生在40-24Ma。
图3 伸展构造产生的伸展盆地和引起的地壳伸展量示意图(改自翟慎德,2003)
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