滇东北会泽地区叠加褶皱特征及构造演化

2018-10-12李致伟邵俊琦黄锦山刘德民吕晓春

地球科学与环境学报 2018年5期

刘浪，李致伟，邵俊琦，黄锦山，刘德民*，吕晓春

(1.中国地质大学(武汉) 地球科学学院，湖北武汉 430074； 2.广东核力工程勘察院，广东广州 510800；3.中国人民武装警察部队黄金第十支队，云南昆明 650001)

0 引言

滇东北会泽地区位于扬子板块西南缘，是特提斯构造域和环太平洋构造域的结合部位，发育复杂的构造样式。韩润生等研究认为，震旦纪—三叠纪为扬子板块西南部的稳定盖层沉积时期，海西晚期滇东北地区整体表现为伸展环境，印支期表现为挤压环境，构造体制发生明显转换，为会泽地区铅锌矿的形成提供了良好的条件[1-4]。受燕山运动的影响，滇东北部分地区形成白垩系与古近系地层的角度不整合。新生代，受印度洋板块和欧亚板块汇聚及川滇菱形块体向东挤出作用的影响，红河断裂从渐新世以来经历了由左行向右行的转化及小江断裂强烈的左行走滑运动[5-7]。另外，受东部太平洋板块向西俯冲作用的影响，两大构造域的叠加导致滇东北地区构造体系先后存在EW向、NE向、NW向的转化，印支期之后滇东北地区经过多次构造运动，形成了丰富的叠加变形系统[8-12]。通过对这些叠加构造的研究，能很好地确定多期构造变形和构造运动期次，探讨构造演化史以及对内、外生矿产和变质矿床的控制[13]。另外，通过对叠加褶皱的研究来拟定某一地区的构造演化及重要造山事件是一个有效方法[14-34]。

喜山期是滇东北会泽地区重要的变形期，对滇东北地区构造演化具有重要意义，因此，对滇东北地区叠加构造的研究显得尤为重要。然而，前人对滇东北会泽地区的研究多集中在找矿和成矿模式上，对该地区新生代复杂变形及叠加褶皱的研究较为薄弱。本文基于前人有关滇东北地区控矿构造等研究成果，通过对小米落叠加褶皱进行解析，探讨褶皱形成过程和演化历史及滇东北会泽地区区域构造演化过程，为滇东北地区构造变形及构造演化研究提供资料。

1 地质背景

滇东北会泽地区处于地质演化复杂、多期构造叠加的重要构造结合部位。区域上由SN向小江断层、NE向师宗—弥勒断层和NW向亚都—水城断层形成了该地区的构造格架，控制着滇东北地区褶皱、次级断层的分布(图1)。同时，区域上的大型断裂控制着该地区岩浆作用及矿产的分布。二叠纪峨眉山玄武岩和滇东北地区铅锌矿床的分布受断裂控制明显。这些断层经历多期活动，其构造性质发生多期变化，会泽地区构造形迹复杂多样，呈现出SN向、NE向和NW向构造形迹发育并相互影响以及多期叠加的特点[1-2,35]。喜山运动过程中，受印度洋板块和欧亚板块的汇聚及川滇菱形块体挤出的影响，滇东北地区区域应力场特征发生变化，同时造就了该地区复杂的构造形迹。

滇东北会泽地区地层发育，除奥陶系、志留系、下泥盆统、上三叠统及白垩系缺失外，自中元古界至第四系各层位的地层均有出露，尤以震旦系、泥盆系和三叠系分布最为广泛。会泽地区构造特征整体上呈现NE向向斜和背斜相间排列，构成区域上侏罗山式褶皱形式。会泽断裂、雨碌断裂、待补断裂和鲁纳断裂均显示多期活动特征。会泽断裂、雨碌断裂和小江断裂将小米落褶皱围限在一个三角区内，使得三角区内部构造变形特征与周围构造形迹产生明显差异(图2)。在新生代，小江断裂发生多次活动，形成滇东北地区重要的地震带。震源机制解特征反映小江断裂新生代主要表现为左行走滑。

图1 扬子板块西南缘区域构造格架Fig.1 Regional Tectonic Map of the Southwestern Yangtze Block

Af1为五星背斜；Af2为舍居河背斜；Af3为坪箐背斜；Af4为驾车背斜；Sf1为乐业向斜；Sf2为小米落向斜；Sf3为水槽子向斜；Sf4为水塘子向斜；F1为会泽断裂；F2为雨碌断裂；F3为待补断裂；F4为鲁纳断裂图2 扬子板块西南缘会泽地区构造概况Fig.2 Geological Map of Huize Area of the Southwestern Yangtze Block

图3 扬子板块西南缘小米落褶皱剖面Fig.3 Section of Xiaomiluo Fold of the Southwestern Yangtze Block

2 叠加褶皱野外特征

在会泽断裂、雨碌断裂、小江断裂所围限的三角区内，小米落向斜呈“弓”字形展布。北部毛家村—卡郎—新街一带呈“Z”形连续分布，两翼地层为上二叠统峨眉山组(P3e)—中侏罗统沙溪庙组(J2s)，核部地层为上侏罗统遂宁组(J3s)、上侏罗统蓬莱镇组(J3p)。褶皱枢纽呈波状起伏，卷入褶皱的地层为二叠系—上侏罗统遂宁组。西北侧地层倾向南、南东，产状较陡，倾角40°～85°，局部地层发生倒转，多发育次级逆断层。东南侧地层倾向北、北西，倾角较缓，产状为330°∠(12°～20°)，核部地层变形较为强烈，发育一系列“M”形次级褶皱，劈理较为发育。褶皱整体为一轴面弯曲的不对称褶皱(图3)。在高家村一带，小米落叠加褶皱轴面发生弯曲变形(图4)，在中侏罗统沙溪庙组砂岩中发育次级紧闭褶皱，变形强烈(图5)。

N为产状数量图4 小米落叠加褶皱几何特征Fig.4 Geometrical Characteristics of Xiaomiluo Superimposed Fold

图5 高家村小米落褶皱特征Fig.5 Characteristics of Xiaomiluo Fold in Gaojiacun

图6 台子上地区小米落褶皱三维模式、极射赤平投影及褶皱π图解Fig.6 3D Model, Stereographic Projection and Fold π Diagram of Xiaomiluo Fold in Taizishang Area

南部毛家村—台子上—白杨沟一带褶皱呈云朵状，两翼地层为上二叠统峨眉山组—下三叠统嘉陵江组(T1j)，核部地层为中三叠统关岭组(T2gl)。台子上地区褶皱两翼优势产状分别为147°∠6°和339°∠24°，枢纽产状为189°∠4°(图6)。褶皱西翼飞仙关组地层中发育小型斜歪背斜，两翼产状分别为70°∠58°和260°∠37°，枢纽产状为343°∠5°，次级褶皱枢纽与小米落褶皱枢纽夹角为16°(图7)。在毛家村水库—大石岩一带向斜核部发育中三叠统关岭组地层，两翼为上二叠统峨眉山组—下三叠统嘉陵江组地层，褶皱形态呈云朵状分布，褶皱形迹由北向南呈NW→NNW→NNE向变化。大石岩地区两翼优势产状分别为339°∠24°和82°∠33°，枢纽优选产状为22°∠19°，该褶皱为近SN向直立褶皱(图8)。褶皱东翼发育小型倒转背斜，其两翼产状分别为30°∠30°和25°∠68°，枢纽产状为113°∠5°，次级褶皱枢纽与小米落褶皱枢纽夹角为91°(图9)。

北部乐业向斜呈NE向展布，长约26 km，两翼地层为上二叠统峨眉山组—中侏罗统沙溪庙组，核部地层为上侏罗统遂宁组、上侏罗统蓬莱镇组。西北翼产状为(75°～145°)∠(20°～65°)，平均产状为117°∠42°；东南翼产状为(280°～355°)∠(20°～50°)，平均产状为289°∠26°，枢纽产状为207°∠4°。由此可见，北部乐业向斜为一西北翼较陡、东南翼较缓、NE向扬起的不对称向斜。该向斜在物质组成上与三角区内的小米落向斜北部存在物质上的一致性(图2、4)。

综上所述，小米落褶皱被会泽断层切割，并与会泽断层呈斜交关系，造成了小米落向斜与乐业向斜构造样式的不一致。在褶皱东北缘，小米落向斜被卡郎断层切割破坏，致使向斜核部发生右行平移。

图7 小米落向斜西翼背斜三维模式及褶皱π图解Fig.7 3D Model and Fold π Diagram of Anticline in the West Limb of Xiaomiluo Syncline

图8 大石岩地区小米落向斜剖面褶皱三维模式及褶皱1π、2π图解Fig.8 3D Fold Model, Fold 1π and 2π Diagrams of Xiaomiluo Syncline in Dashiyan Area

图9 小米落向斜东翼倒转背斜三维模式及褶皱π图解Fig.9 3D Model and Fold π Diagram of Inverted Anticline in the East Limb of Xiaomiluo Syncline

图10 会泽断裂剖面Fig.10 Section of Huize Fault

图11 会泽断裂带中构造透镜体野外特征Fig.11 Field Characteristics of Structural Lenses in Huize Fault Zone

图12 雨碌断裂剖面Fig.12 Section of Yulu Fault

图13 雨碌断裂野外特征Fig.13 Field Characteristics of Yulu Fault

σ2为中间应力；σ3为最小主应力图14 断层擦痕反演古应力Fig.14 Paleostress Inversions of Fault Striation

图15 共轭剪节理反演古应力Fig.15 Paleostress Inversions of Conjugate Shear Joint

图16 褶皱反演古应力Fig.16 Paleostress Inversions of Fold

3 断层及应力场特征

3.1 断层特征

叠加褶皱发育地区如果发育区域性大型断层，在不同方向的区域应力场作用下及地质体的不均一，就会在不同区块内形成更为复杂的叠加褶皱与构造组合。杨坤光等在研究武陵复杂断褶带时，提出武陵复杂断褶带为早期形成近SN向褶皱构造，之后受晚期NE—SW向应力场的斜跨叠加，早期形成的NE—SW向断裂将该区域近SN向褶皱左行剪切或错断，致使其呈“S”形展布[33]。

三角区内部应力变化主要受小江断裂、会泽断裂和雨碌断裂的影响，使得其构造变形复杂多样。由于小江断裂、会泽断裂和雨碌断裂存在多期活动，使得三角区内部出现多期构造叠加现象进而形成叠加褶皱。

选取会泽地区颜家店一带(图10)对会泽断裂进行详细实测解析。该地区由一系列向南倾斜的叠瓦状逆断层组成，产状为(134°～163°)∠(31°～79°)，倾角由北至南逐渐减小，断层带宽约100 m，下盘为下三叠统飞仙关组一段，上盘主要为上二叠统峨眉山组四段、上二叠统宣威组、下三叠统飞仙关组二段(图10)。

在断层带前缘，断层下盘靠近断层带处受断层影响产生地层倒转现象，并发育次级牵引褶皱、碎裂岩化带及劈理化带；断层上盘发育构造角砾岩、碎裂岩、碎裂岩化泥岩，构造角砾岩可见被断层后期活动改造而发育的擦痕；断层带内发现老地层上二叠统宣威组压盖在新地层下三叠统飞仙关组之上，上二叠统峨眉山组四段压盖于宣威组之上(图10)。

在断层带的后缘，断层下盘为上二叠统峨眉山组四段，断层上盘为上二叠统宣威组，断层由断层泥、构造透镜体、碎裂岩组成，宽3～5 m，在近平行于断层走向的平面内发育透镜体，长约1.50 m，宽约0.75 m，长轴产状为165°∠64°，透镜体指示对盘向左运动，透镜体上发育窗棱构造，线理产状为112°∠50°。在近垂直断层的平面内发育指示断层上盘向上运动的透镜体，透镜体长5～20 cm，宽3～10 cm，长轴产状为155°∠55°(图11)。

会泽断层表现出两期平移特征。早期表现为右行平移特征，切割了早期小米落向斜，形成断层北部乐业向斜和南部小米落向斜。随后，会泽断层表现出左行平移特征，致使乐业向斜产生左行牵引变形，进而在局部形成“S”形变形，同时还形成了会泽“Z”形拉分盆地及者海断陷盆地。

雨碌断裂整体呈NNE向展布，延伸方向约为35°，在剖面上整体呈现叠瓦状特征(图12)。选取雨碌地区进行实测构造剖面调查，断层在剖面上表现强烈破碎，破碎带宽度为750 m。断层破碎带中发育已固结的断层角砾岩被后期断层压碎，说明雨碌断裂具有多期活动的特征[图13(a)、(b)]。断层带内构造透镜体指示断层上盘向上运动，且发育明显碳化现象[图13(c)]，表明雨碌断层具有强烈的压性特征。

在白马场地区的构造观察点上，可见在断层面附近地层发生牵引变形。从地层牵引褶皱可以判断出雨碌断层具有明显的右行走滑特征[图13(d)]，因此，该断层具有强烈的右行平移特征。

综上所述，会泽断层为一压扭性断层，早期以右行逆断为主，晚期以左行逆断为主；雨碌断层是一条多期活动、以右行逆断性质为主的压扭性断层。

3.2 应力场特征

为了探讨会泽地区应力特征及动力来源，对野外共轭“X”形节理、断层擦痕、褶皱露头等构造进行详细的应力分析。

对会泽地区雨碌断裂、会泽断裂、待补断裂、鲁纳断裂进行擦痕数据统计分析，将会泽地区不同部位应力状况投影在构造纲要图上，应力特征反映滇东北会泽地区整体受近EW向、近NW向、近NE向3期挤压应力作用(图14)。其中在小米夏地区，鲁纳断裂擦痕应力显示，该地区受近NW向挤压应力和近NE向挤压应力作用，表明鲁纳断裂经历了多期活动。结合野外特征，可将两期应力分为早期近NW向挤压和晚期近NE向挤压(图2)。

会泽地区野外共轭“X”形节理显示，在毛家村水库南部台子上地区最大主应力(σ1)方向为近EW向，与小米落向斜轴面近垂直[图15(a)]。卡郎地区会泽断裂带中，共轭剪节理指示最大主应力方向为NE向[图15(g)]，与会泽断裂走向近一致，反映在区域挤压应力作用下，由于会泽断裂发生走滑运动，对会泽断裂周围应力场产生扰动，使得最大主应力方向沿着会泽断裂走向。在雨碌断裂与会泽断裂相交部位，最大主应力方向为NE向，与雨碌断裂走向近于平行[图15(d)]。在雨碌断裂南部待补镇附近，最大主应力方向发生偏转，为NW向和近EW向[图15(b)、(c)]。在鲁纳断裂南部小米夏地区，最大主应力方向为近EW向[图15(j)]。

褶皱是地层中反映岩石受力变形的重要现象，可利用褶皱恢复岩石变形时所受的应力状态。通过对会泽地区小型褶皱的解析，反映在小米落褶皱南部毛家村水库地区褶皱两翼最大主应力存在NWW向[图15(h)]、近NE向[图16(d)]和近EW向[图16(a)]3个方向。卡郎地区最大主应力方向为近NW向[图16(e)]。在会泽地区东南部小米夏地区，最大主应力方向为EW向[图16(g)]。

将会泽地区最大主应力产状投影在极射赤平图上(图17)，极点集中区域反映滇东北会泽地区主要存在近EW向、近NW向和近NE向3个最大主应力方向，结合野外断层切割关系和野外节理特征，将3期最大主应力从早至晚依次划分为近EW向、近NW向和近NE向。

4 讨论

4.1 叠加褶皱变形时代

综合会泽地区主要断层运动特征、小米落褶皱特征、应力场特征等信息，小米落向斜经历了早期形成和之后两期改造，共3个演化阶段。本文通过对会泽地区地层接触关系进行研究，对比扬子板块西南缘地层接触关系，确定了小米落向斜形成和改造时代。

小米落向斜卷入最晚地层为晚侏罗世地层。会泽地区地层接触关系显示，晚古生代—晚侏罗世地层均为整合接触和平行不整合接触，缺失白垩纪和第三纪地层，表明晚古生代—晚侏罗世会泽地区相对稳定，构造运动以垂直运动为主，没有区域上的挤压造山作用，即小米落向斜形成于晚侏罗世之后。

扬子板块西南缘区域地层柱状图[图18(a)]显示，区域上印支运动和燕山运动对滇东北地区影响均不明显，三叠系与侏罗系地层及白垩系地层与古近系地层整体呈整合接触。在始新世中晚期和渐新世晚期，会泽地区地层界面存在角度不整合接触[图18(b)]，表明滇东北会泽地区在始新世中晚期和渐新世晚期受区域构造运动影响明显，为该地区构造变形和改造的主要时期。

图17 最大主应力投影图Fig.17 Projection of Maximum Principal Stress

在会泽断裂及雨碌断裂控制的第四系盆地中，10件松散砂砾层样品石英电子自旋共振(ESR)年龄为(17.8±1.7)Ma，显示中新世两断裂活动引起局部沉降作用；新生代盆地中5件松散粗砂砾层样品石英电子自旋共振年龄为0.75～1.05 Ma，指示了喜马拉雅构造运动晚期会泽地区又一次盆地沉降周边山体快速隆升。综合年代学数据，将滇东北会泽地区构造事件的时间和小米落向斜确定为始新世晚期(25～38 Ma)、渐新世晚期((17.8±1.7)Ma)和更新世(0.75～1.05 Ma)。

图件引自文献[36]图18 会泽地区及周缘地层特征Fig.18 Stratigraphic Characteristics of Huize Area and Its Peripheral

4.2 叠加褶皱演化过程

结合区域动力背景认为，会泽地区主要经历了3期构造演化，对应会泽地区3期构造变形。

第一期变形发生在始新世晚期(25～38 Ma)，受喜山运动影响形成近SN向宽缓褶皱。其动力来源于印度板块向北运动，川滇菱形块体被右旋式挤出[37-38]。受小江断裂压性兼具左行走滑和师宗—弥勒断裂右行走滑运动的影响，滇东北地区表现为近NWW向[39]。会泽地区局部应力调整为近EW向挤压作用(图11)，形成了轴向SN向背向斜系统。这一阶段，小米落向斜基本形成，并与乐业向斜相互连接，物质建造相同。整个滇东北会泽地区在压缩为主导的构造背景下发生强烈褶皱造山运动，使得下伏地层发生变形形成侏罗山式褶皱，奠定了会泽地区的基本构造格架[图19(a)]。

图19 始新世中晚期、渐新世晚期和更新世叠加褶皱构造演化Fig.19 Tectonic Evolution of Superimposed Fold in Middle-Late Eocene, Late Oligocene and Pleistocene

第二期变形发生在渐新世晚期((17.8±1.7)Ma)，会泽地区主要表现为差异性的升降运动及轻度褶皱、较强烈的断裂活动。其动力来源于印度板块与欧亚板块汇聚挤压，川滇菱形块体向SE旋转运动[37-38]。侯宇光等认为在区域应力作用下，师宗—弥勒断裂带和宣威断裂带发生挤压兼右行走滑活动，导致滇东北曲靖盆地最大主应力方向为近NW向，同时使得盆地内部NE向断裂发生右行走滑活动[39]。此时，会泽地区同样表现为近NW向挤压作用(图11)。

虽然在会泽地区这一幕运动强度相对较低，但其在已形成的构造格架基础上对会泽地区早期形成的构造进行了改造，这一期活动使很多已稳定的断裂再次激活产生运动，并且发挥断层的协调作用。NE向会泽断裂以及雨碌断裂的右行平移逆断作用明显，受到这两条断裂平移作用产生高应力局部集中，先期形成的小米落褶皱发生递进变形，导致小米落褶皱轴面连续变形及褶皱轴线发生弯曲、偏转迁移[图19(b)]。

第三期变形发生在更新世(0.75～1.05 Ma)，会泽地区主要表现为差异性的升降运动、较强烈的断裂活动和轻微的褶皱作用。其动力来源于印度板块与欧亚板块汇聚挤压，川滇菱形块体向南运动。滇东北地区表现为NNW向挤压作用[40]。此时，会泽断裂表现出强烈的左行平移，而雨碌断裂以逆冲为主，在会泽地区形成了以NE向为主的局部应力(图11)，小米落褶皱轴迹进一步偏转迁移，形成了平面上呈“弓”字形的褶皱[图19(c)]；同时，形成的近NW向断裂切割了会泽断裂、雨碌断裂和小米落向斜。至此，会泽地区如今的构造格局、现代地貌最终定型。