太行山中北段神仙山逆冲推覆构造发展与演化

何娇月， 王金贵， 申宗义， 郭彬， 陈圆圆， 季虹， 张立国， 张鹏程

(河北省区域地质调查院，廊坊 065000)

0 引言

神仙山逆冲推覆构造位于太行山中北段，区域上与山西灵丘南太白维山逆冲推覆构造为同期同一构造系统[1]，位于燕山造山带和太行山造山带交汇部位。强烈的逆冲推覆和伸展构造变形为岩浆活动提供了动力学基础和运移通道[2]。前人对灵丘南太白维山的构造地质特征进行了详细报道[3-8]，对南东侧神仙山的研究多集中于中生代火山岩地球化学特征分析[9-14]及多金属矿区矿床成因[15-20]，有关逆冲推覆构造变形特征及发展演化的研究较少，仅少部分学者对太行山中北段的构造形迹、造山机制和隆起时限进行了报道[6,21]。本文从构造变形几何学及运动学入手，在野外第一手调查资料的基础上，对神仙山逆冲推覆构造的展布特征、产出形态及变形机制进行了研究，并结合区域太白维山逆冲推覆构造特征，对神仙山逆冲推覆构造的运动学特征及构造发展与演化进行了探讨，为区域构造对比和矿产成因分析提供了构造地质资料。

1 地质概况

太行山中北段神仙山逆冲推覆构造分布于阜平县与涞源县交界处的古道—神仙山一带(图1(a)，(b))，位于上黄旗—灵山区域断裂北西侧，发育于炭灰铺(或神仙山)火山-沉积盆地(构造盆地)内，出露中元古代高于庄组、雾迷山组、角砾岩层，寒武纪—奥陶纪馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组、冶里组、亮甲山组、马家沟组，晚石炭世本溪组和中—晚侏罗世髫髻山组等地质体，是太行山中北段燕山中、晚期重要的构造类型之一。该逆冲推覆构造由一系列飞来峰及逆冲断裂组成，与邻区山西灵丘南太白维山的逆冲推覆构造为同期同一构造系统，两者相距23.3 km(图1(c))。飞来峰在研究区北部、中部及南部均有分布，北部分布较多。综合分析区域地质构造特征，发现整个炭灰铺(或神仙山)构造盆地可能为一个级别更高、规模更大的复合飞来峰，覆于早前寒武纪变质基底之上(图1(d))，整体具有规模较大、运移距离较远的特点。

图1 山西灵丘南太白维山大地构造位置(a、b)及其逆冲推覆构造(c)和神仙山逆冲推覆构造(d)[8，22]

Fig.1TectoniclocationofTaibaiweiMountainsinsouthernLingqiuofShanxiProvince(a,b)withitsoverthrus appestructure(c)andtheoverthrustnappestructureofShenxianMountains(d)[8，22]

2 基本特征

神仙山逆冲推覆构造由飞来峰、逆冲推覆断裂、外来岩系(推覆体)及原地岩系组成，被后期正断层破坏。整个炭灰铺(或神仙山)构造盆地被后期不规则环形或弧形正断层围限，根据正断层及其附近残存的倾角较小的挤压型构造岩的特征，结合邻区太白维山逆冲推覆构造整体被逆冲推覆断裂围限的事实，发现研究区不规则环形或弧形正断层是继承早期逆冲推覆断裂形成的。

2.1 飞来峰

研究区发育大小不等的飞来峰9个，长轴0.21～1.6 km，短轴0.14～1.1 km，分布面积0.03～1.8 km2。分布不均匀，北部5个，中部1个，南部3个。飞来峰呈不规则封闭状，断面以围斜内倾状为主，少数呈围斜外倾状，倾角15°～45°。单个飞来峰由中元古代中期高于庄组与雾迷山组—早奥陶世马家沟组和中—晚侏罗世髫髻山组组成，多数覆于相对较新的地质体之上，少数覆于相对较老的地质体之上。研究区飞来峰多数为主推覆体经后期抬升剥蚀改造而形成的孤立状残留体，少数为脱离了根带的小型推覆体。

2.2 逆冲推覆断裂

研究区有7条逆冲推覆断裂，发育于软弱岩层内和沉积间断面上，呈NNE-NE-NEE向弧形展布，具向南东凸出的蛇曲状特征和分支复合现象(图1(d))，相距0.5～3 km。断面呈NWW-NW-NNW向倾斜，倾角为10°～35°，北侧局部呈近水平状产出，中南侧局部倾角达70°，整体具有北缓南陡的特征。断裂长3～12 km，单个断裂宽2～5 m。断裂带内以挤压脆性变形为主，发育碎裂岩和碎粉岩等。剖面上呈叠瓦状或羽状排列，组成单冲型逆冲断裂系或单冲型叠瓦扇，具有向下变缓和交汇的特征(图2)。切割与被覆盖的关系分析显示： 南部炭灰铺南—神仙山南逆冲推覆断裂(Fn1)形成于印支期，切割了晚石炭世及之前的地层，被中晚侏罗世髫髻山组覆盖，活动于近SN向挤压构造环境； 中、北部6条逆冲推覆断裂(Fn2)形成于燕山中、晚期或燕山晚期较早阶段，切割了晚侏罗世及之前的地质体，之后被后期正断层切割，活动于NW-SE向强烈挤压构造环境[23-26]。

1.中—晚侏罗世髫髻山组； 2.晚石炭世本溪组； 3.早奥陶世马家沟组； 4.早奥陶世亮甲山组； 5.早奥陶世冶里组； 6.寒武纪馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组； 7.中元古代晚期角砾岩层； 8.中元古代中期高于庄组、雾迷山组； 9.角度不整合界线/平行不整合界线； 10.逆断层/正断层； 11.整合界线/后期正断层; 12.印支期逆冲推覆断裂/燕山中、晚期逆冲推覆断裂

图2 陈士庵—炭灰铺一带神仙山逆冲推覆构造剖面示意图

Fig.2OverthrustnappestructureprofileofShenxianMountainsinChenshian—Tanhuipuarea

由陈士庵—炭灰铺一带神仙山逆冲推覆构造剖面示意图(图2)可知，炭灰铺(或神仙山)构造盆地边缘被后期正断层改造，形成不规则环形或弧形逆冲推覆断裂，在构造盆地底部连为一体，整体具有槽状和不规则锅底状断裂特征，是神仙山及太白维山逆冲推覆构造的主逆冲推覆断裂。现有的7条逆冲推覆断裂为其次级分支断裂，在构造盆地底部交汇于主逆冲推覆断裂之上。

各逆冲推覆断裂带内发育的构造岩以碎裂岩和碎粉岩为主(图3)，局部可见构造角砾岩和糜棱岩化岩石，构造岩多平行化，与断面产状一致，部分构造岩发育定向指向构造，指示运动方式与上、下盘岩石一致。

图3 燕山中、晚期逆冲推覆断裂带剖面示意图

近逆冲推覆断裂带上盘岩石以碎裂岩化灰岩和碎裂岩化白云岩为主，多发育牵引褶皱(图4(a))，指示在剖面上逆冲推覆断裂初期由NNW向SSE、主期由NW向SE作逆冲推覆运动； 近逆冲推覆断裂带下盘岩石以糜棱岩化白云岩和糜棱岩化粗安岩为主，多发育定向指向构造及石香肠构造(图4(b))，指示挤压剪切构造背景，剖面上指示的运动方向与上盘岩石一致。野外露头可见糜棱岩化粗安岩中包裹的外来花岗闪长岩和灰岩岩块，多发育逆冲断层形成的牵引褶皱及剪节理(图4(c))。在显微镜下，糜棱岩化粗安岩中的钾长石残斑同样发育定向构造(图4(d))，指示在剖面上逆冲推覆断裂主期由NW向SE做逆冲推覆运动。

(a) 断裂带上盘岩石牵引褶皱(镜头方向NNE)(b) 断裂带下盘岩石内石香肠构造(镜头方向NE)

(c) 逆冲断层内牵引褶皱及剪节理(镜头方向NE)(d) 显微镜下糜棱带内钾长石残斑定向构造

图4 神仙山逆冲推覆构造带内构造特征

Fig.4TectoniccharacteristicsoftheoverthrustnappestructurebeltinShenxianMountains

2.3 外来岩系(推覆体)及原地岩系

外来岩系即推覆体，与原地岩系相对应。神仙山逆冲推覆构造主逆冲推覆断裂之上(上盘)为外来岩系，由中元古代中期高于庄组至中—晚侏罗世髫髻山组及晚侏罗世花岗斑岩组成，在太白维山一带还发育太古宙变质岩系，平面上整体呈向南东凸出的不规则长椭圆状，剖面上呈饼状复合飞来峰产出； 主逆冲推覆断裂之下(下盘)为原地岩系，在神仙山一带由太古宙—古元古代变质基底组成，在太白维山一带发育中元古代中期高于庄组—晚石炭世本溪组。

由各次级逆冲推覆断裂及主逆冲推覆断裂分割的次级逆冲推覆体，平面上多呈向南东凸出的不规则月牙状和不规则弧带状，剖面上呈NW向倾斜的叠瓦状楔形岩片，构成各逆冲推覆断裂的相对上盘与下盘。上盘底部为相对较老的地层，下盘顶部为相对较新的地层，构成区内新、老地层多次重复叠置的格局。研究区北部的次级逆冲推覆体比南部的次级逆冲推覆体变形更强，断面处岩石有较明显的碎裂岩化现象。上盘下部与下盘上部多发育小型牵引褶皱，上盘下部以不对称背斜为主，下盘上部以向斜为主，指示与逆冲推覆断裂为同期同一构造应力场形成的特点。

3 运动学特征

3.1 逆冲推覆方向

不同露头尺度运动学特征表明，神仙山逆冲推覆构造总体推覆方向为由NW向SE。平面上，各次级逆冲推覆体多呈向南东凸出的不规则月牙状和不规则弧带状，各逆冲推覆断裂多呈向南东凸出的蛇曲状弧形产出，具有“弓箭式”组合特点[27]； 剖面上，各次级逆冲推覆体呈NW向倾斜的叠瓦状楔形，各逆冲推覆断裂呈叠瓦状或羽状产出，具有“单冲型叠瓦扇式”组合特点。独特的构造组合样式显示该逆冲推覆构造的矢量方位为SE向，各逆冲推覆体由NW向SE运移扩展，具有前展式的逆冲扩展方式[28]。

3.2 逆冲推覆距离

根据该逆冲推覆构造的产状与组合样式、相关地层的发育厚度与产状特征及各逆冲推覆断裂与所切割地层之间的几何关系，推算上盘推覆体相对下盘推覆体的位移距离下限为3.9～10.9 km，之后结合区域地质构造特征及太白维山逆冲推覆体与神仙山逆冲推覆体的相对距离，推测其总推覆距离大于20 km，平均距离为23.3 km左右。

4 构造发展与演化

由前述逆冲推覆断裂切割的地质体与被覆盖、被改造的先后关系可知，神仙山逆冲推覆构造经历了初始活动、主期形成与后期改造3个阶段[29]。

4.1 初始活动阶段

神仙山逆冲推覆构造最初活动时期为印支期或华力西中、晚期—燕山早期，仅有南部1条逆冲推覆断裂(Fn1)形成。通过分析带内构造岩与上、下盘岩石中发育的牵引褶皱、擦痕阶步等定向指向构造可知，该时期神仙山逆冲推覆构造活动于NNW-SSE向挤压构造环境，与同时期区域构造演化一致[29]。

4.2 主期形成阶段

燕山中、晚期或燕山晚期较早阶段是区域燕山期板内造山最强烈的阶段，也是神仙山和太白维山逆冲推覆构造的主期形成阶段(图5(a))。主逆冲推覆断裂与各次级逆冲推覆断裂在该阶段活动强烈，根据带内构造岩σ旋斑及上、下盘岩石中发育的牵引褶皱和剪切节理等定向指向构造，该时期神仙山与太白维山逆冲推覆构造活动于NW-SE向板内造山强烈的挤压构造环境，与同时期区域构造演化一致[29]。主推覆体与各次级推覆体、各飞来峰在主逆冲推覆断裂面上由NW向SE不断推覆、运移、扩展，该阶段末在神仙山一带最终形成并定位。通过区域对比，发现神仙山逆冲推覆构造外来岩系来自其NW向太白维山一带，而太白维山一带逆冲推覆体来自其NW向王城庄一带，运移距离>20 km。

(a) 印支期—燕山晚期逆冲推覆构造剖面示意图

(b) 喜马拉雅期至今逆冲推覆构造剖面示意图

1.第四系； 2.晚侏罗世土城子组； 3.中—晚侏罗世髫髻山组； 4.晚石炭世本溪组； 5.早奥陶世冶里组、亮甲山组、马家沟组； 6.寒武纪—早奥陶世昌平组、馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组、冶里组； 7.寒武纪馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组； 8.中元古代中期—寒武纪雾迷山组、角砾岩层、馒头组、张夏组、崮山组； 9.中元古代中—晚期雾迷山组、角砾岩层； 10.中元古代中期高于庄组、雾迷山组； 11.太古宙—古元古代变质基底； 12.太古宙变质基底； 13.印支期逆冲推覆断裂； 14.燕山中、晚期逆冲推覆断裂； 15.后期正断层； 16.整合界线； 17.平行不整合界线； 18.角度不整合界线； 19.正断层； 20.逆断层

图5 太白维山—神仙山逆冲推覆构造剖面示意图

Fig.5OverthrustnappestructureprofileofTaibaiweiMountains—ShenxianMountains

4.3 后期改造阶段

晚白垩世—古新世早期，该逆冲推覆构造整体处于隆起状态，主要遭受风化剥蚀与夷平改造。

古新世晚期—中新世，神仙山逆冲推覆构造经历了新生和继承性正断层(Fz)的切割改造，尤其继承主逆冲推覆断裂形成的不规则环形、弧形、围斜内倾状高角度正断层的改造，整体下降2 km以上(图5(b))。该逆冲推覆构造主期形成时，神仙山比太白维山高2 km以上。研究区后期改造强烈，而太白维山一带后期改造较弱，目前神仙山比太白维山低425 m。该时期的构造演化形成于拉张构造环境，与区域构造演化一致[29]。

上新世—全新世，神仙山逆冲推覆构造经风化剥蚀与夷平改造后，最终形成目前的构造形态。

5 结论

(1)神仙山逆冲推覆构造由飞来峰、逆冲推覆断裂、外来岩系(推覆体)及原地岩系组成，被后期不规则环形或弧形正断层破坏，总体推覆方向为由NW向SE，总推覆平均距离为23.3 km左右。

(2)神仙山逆冲推覆构造经历了华力西中、晚期—燕山早期的初始活动，燕山中、晚期的主期发展和喜马拉雅期的后期改造3个阶段： 华力西中、晚期—燕山早期，神仙山逆冲推覆构造活动于近SN向挤压构造环境，逆冲推覆断裂形成； 燕山中、晚期，神仙山主逆冲推覆断裂与各次级逆冲推覆断裂在该阶段强烈发展，并最终定位； 喜马拉雅期，神仙山逆冲推覆构造整体处于隆起状态，主要遭受风化剥蚀与夷平改造。