冀北尚义—隆化区域断裂形成与演化历史探讨

2020-11-02马超王金贵张鑫全张子轩李典张新征许凡

中国地质调查 2020年5期

马超，王金贵，张鑫全，张子轩，李典，张新征，许凡

(河北省区域地质调查院,廊坊 065000)

0 引言

尚义—隆化区域断裂是尚义—平泉深断裂尚义—赤城段与丰宁—隆化深断裂的总称[1-2]，是内蒙古地轴南缘EW向大断裂的中段[3]。对于内蒙古地轴EW向延伸问题，虽然目前还存在较大争议[4-6]，但学者们一致认为尚义—隆化断裂属内蒙古地轴南缘EW向大断裂[7-8]，其构造形迹表现为韧性剪切带、脆性断裂及伴生的褶皱、推覆构造等多种构造变形组合[3]。此外，虽然对太古宙基底变质岩和侵入岩的地球化学、同位素年代学研究相对较多，已从控岩、控矿角度探讨该断裂的演化机制及活动时代[8-15]，但仍存在较大分歧：多数学者认为尚义—隆化区域断裂形成于古元古代末期，阻隔了中—新元古代以及古生代南、北两侧海水的沟通[8,12-14]，也有学者认为尚义—隆化区域断裂是晚古生代—早中生代构造隆升的产物[16-17]，不同变质相的变质岩形成于早古生代—晚中生代，变质深度为10～30 km[10,18]。

本文统计了尚义—隆化区域断裂中的构造岩及指向构造，根据构造叠置关系、糜棱岩类变质程度、活动方式及其与区域构造运动主应力的对应关系，重新厘定了构造叠加改造关系及变形期次。结合前人获得的构造岩变质矿物年龄，探讨冀北尚义—隆化区域断裂的形成与演化历史，对进一步探讨冀北地区地质构造及新构造运动对人类活动的影响具有重要意义。

1 地质背景

尚义—隆化区域断裂(F1)位于冀北地区尚义—崇礼—赤城—丰宁—隆化一带，是不同时段四级与三级构造单元的重要分界线之一，整体呈近EW向展布，部分地段呈蛇曲状(图1)。该断裂在区内长420 km，宽30～15 km，是复杂的强变形带，韧性变形与脆性变形相间，带内发育多期构造岩类。在河北省重力及航磁异常图[1，19]上，该断裂位于重力负异常区的重力梯度变化带上，航磁ΔT异常以正异常为主。

F1.尚义—隆化区域断裂；F2.上黄旗—乌龙沟区域断裂；F3.鱼儿山—下花园区域断裂图1 冀北尚义—隆化区域断裂分布图Fig.1 Distribution map of the Shangyi-Longhua regional fault

2 研究方法

一般根据地层之间的不整合接触关系、构造间的成因联系及交截、叠加关系，结合沉积相、岩浆岩特征及同位素定年资料，分析其时代和发育顺序，进而研究构造的演化历史[20]。构造演化历史研究需要在野外构造几何学研究的基础上对构造动力与构造运动机制进行探讨，通过统计不同构造尺度的各种指向构造，研究构造运动的性质、方向及应力场演化特征。

野外地质调查发现，尚义—隆化区域断裂发育多期不同变质程度的糜棱岩类及其他构造岩类，构造岩中常见不对称碎斑、不对称压力影(图2(a))、书斜(图2(b))、不对称眼球、不对称小型剪切褶皱(图2(c))、云母鱼(图2(d))及S-C组构等特征剪切指向组构，这些可较好地解释构造运动机制。本文通过分析叠加构造变形特征，判断构造应力发育期次，结合相关年龄资料，探讨尚义—隆化区域断裂的形成及演化历史。

(a)旋转碎斑、压力影 (b)书斜构造

3 断裂形成及演化历史

根据叠加改造与区域变质作用的活动方式及其与区域构造运动主应力的对应关系，将尚义—隆化区域断裂划分为2个构造阶段、9个构造活动期。

3.1 早前寒武纪形成及发展阶段

(1)阜平运动晚期(新太古代晚期，第1期)。该断裂形成于近SN向挤压构造环境，以中深层韧性变形为主要特征，伴有中浅层脆性挤压断裂活动，沿断裂及其附近有较多的新太古代晚期造山型深成变质岩分布。经后期多期构造叠加改造形成的构造岩及构造形迹保留较少，仅在西段崇礼县六间房(图3(a)中1)及中段丰宁县姜营—大梨树沟等地区[21-26]可见。西段六间房一带构造片麻岩与逆断层发育于新太古代早期崇礼下岩群谷咀子岩组中，可见变质程度达角闪岩相的眼球状及条带状黑云角闪斜长片麻岩，为该断裂带1期变质糜棱岩类；构造线呈近EW向展布，构造面理向南陡倾，倾角为60°～80°。中段姜营—大梨树沟一带构造片麻岩发育于新太古代中期崇礼上岩群杨营岩组中，以条纹状黑云角闪斜长片麻岩为主，为角闪岩相变质糜棱岩类；构造线呈NE—NEE向展布，构造面理向NW—NNW倾斜，倾角为75°～80°。

(2)吕梁运动早中期(第2期)。断裂活动于近SN向挤压构造环境，与第1期特征相似，但有低角闪岩相-绿帘角闪岩相变质的斜长角闪质糜棱片岩、长英质糜棱片岩等(第2期变质糜棱岩)形成。西段六间房一带构造线呈近EW向展布，构造面理向S倾斜，倾角为60°～75°(图3(a)中2)。中段姜营—大梨树沟一带，构造线向NE—NEE展布，构造面理NW—NNW向倾斜，倾角为70°～80°。

1.第四系；2.古元古代中期红旗营子岩群太平庄岩组；3.新太古代早期崇礼下岩群谷咀子岩组；4.古元古代晚期变质正长花岗岩；5.第1期(阜平运动晚期)角闪岩相变质糜棱岩(眼球状与条带状构造片麻岩)及正断层；6.第2期(吕梁运动早中期)绿帘角闪岩相变质糜棱片岩及逆断层；7.第3期(吕梁晚期)较早阶段绿片岩相变质糜棱岩(眼球状片麻岩)；8.第4期(晋宁期—加里东期)绿片岩相变质糜棱岩；9.第5期(华力西期—印支期)绿片岩相变质糜棱片岩；10.第6期(燕山早期)糜棱岩；11.第6期(燕山早期)断层角砾岩；12.第7期(燕山中期)糜棱岩；13.第7期(燕山中期)断层泥与逆断层；14.第9期(喜马拉雅期)正断层破碎带(断层角砾夹断层泥)；15.透镜体S-C组构指向图3 尚义—隆化区域断裂(F1)六间房(a)、石嘴子(b)一带构造剖面[27]Fig.3 Tectonic profile of Shangyi - Longhua regional fault (F1) in Liujianfang (a) and Shizuizi (b) area[27]

(3)吕梁运动晚期(第3期)。继承性断裂活动强烈，断裂内有大量绿片岩相变质糜棱岩(第3期变质糜棱岩)形成，沿断裂及其附近有大量古元古代晚期造山型变质岩分布[10,22-26]。从构造岩及特征韧性剪切组构分析，该期较早阶段活动于近SN向挤压构造环境，较晚阶段活动于近EW向挤压构造环境。在崇礼县石嘴子(图3(b)中3a)、赤城县茨营子—丰宁县杨木栅子及姜营等地段有第3期较早阶段变质糜棱岩保存，构造面理向NW、NNW及N倾斜，部分地段向S倾斜，倾角为70°～85°。在赤城县茨营子—丰宁县杨木栅子、长阁(图4中3b)及姜营等地段有第3期较晚阶段变质糜棱岩保存，构造面理向NW、NNW及N倾斜，部分地段向S倾斜，倾角为75°～85°。

1.新太古代中期崇礼上岩群艾家沟岩组；2.古元古代晚期变质石榴二长花岗岩；3.第3期(吕梁运动晚期)晚阶段绿片岩相变质糜棱岩；4.第5期(华力西期—印支期)绿片岩相变质糜棱岩；5.第7期(燕山中期)糜棱岩；6.第8期(燕山晚期)逆断层；7.第9期(喜马拉雅期)正断层；8.透镜体S-C组构；9.牵引褶皱指向；10.产状图4 尚义—隆化区域断裂(F1)长阁一带构造剖面图[28]Fig.4 Tectonic profile of Shangyi - Longhua regional fault (F1) in Changge area[28]

3.2 中元古代—新生代继承性活动与叠加改造阶段

(1)中元古代—早泥盆世(晋宁期—加里东期，第4期)。以伸展拉张型韧性变形与正断层活动为特征，活动于近SN向拉张构造环境，断裂内有第4期绿片岩相变质糜棱岩分布，沿断裂附近有中元古代非造山型浅变质岩断续分布。中元古代—早泥盆世，该断裂是燕辽裂谷海盆北界的控盆断裂，北侧为张北—围场隆起带，阻挡了海水不再向北运移。该期形成的构造线呈近EW向展布，构造面理向S倾斜，倾角为50°～70°(图3(b)中4)。该期绿片岩相变质糜棱岩中获得的年龄数据主要有：崇礼县红旗营子南变质糜棱岩全岩Sm-Nd模式年龄为1 400 Ma和1 200 Ma[29]；崇礼县黄土嘴变质糜棱岩全岩Rb-Sr等时线年龄为(953.5±69.5) Ma[27]；尚义县下井西变质糜棱岩黑云母39Ar-40Ar法年龄为(399±1) Ma[27,30-33]。这些测年数据进一步证实了该断裂在晋宁期—加里东期有过活动。

(2)中泥盆世—中三叠世(华力西期—印支期，第5期)。以挤压型韧性变形及逆断层活动为特征，活动于近SN向挤压构造环境，断裂内有第5期绿片岩相变质糜棱岩形成，沿断裂中东段(赤城以东)附近有晚泥盆世、早中三叠世造山型浅变质岩断续分布。该期形成的构造线呈近EW向及NE向展布，构造面理向N(图3(a)中5)、SE倾斜(图4中5)，倾角为65°～80°。该期绿片岩相变质糜棱岩黑云母39Ar-40Ar法年龄为(263±2) Ma[22,26-29]。

(3)晚三叠世(燕山早期，第6期)。以伸展拉张型韧性变形与正断层活动为特征，活动于近SN向拉张构造环境，断裂内有第6期拉张型糜棱岩(图3(a)中6a)及断层角砾岩(图3(a)中6b)形成，在崇礼县狮子沟—赤城县蒋家堡断裂附近有晚三叠世非造山型岩体分布。该期形成的构造线呈近EW向展布，构造面理向S倾斜，倾角为65°～80°。该期糜棱岩中获得的年龄数据有：崇礼县南天门糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(220.5±10.5) Ma[27]；赤城县葵花村糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(216.5±3.2) Ma[27]；赤城县二堡子糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(201.5±3.1) Ma[27]。这些年龄数据进一步证实了该断裂在燕山早期(晚三叠世)有过活动。

(4)侏罗纪(燕山中期,第7期)。以挤压型韧性变形及逆断层活动为特征，活动于NW—SE向强烈挤压构造环境，断裂内有第7期挤压型糜棱岩(图3(b)、图4中7a)及断层泥(图3(b)中7b)形成，在赤城—丰宁一带断裂附近有中侏罗世造山型岩体断续分布。该期形成的构造线呈近EW向及NE向展布，构造面理向N、S及NW倾斜，倾角为65°～80°。该期糜棱岩中获得的年龄数据有：崇礼东糜棱岩绿泥石K-Ar法年龄为195 Ma[34-36]；赤城县二堡子糜棱岩全岩K-Ar法年龄分别为(198.4±3.5) Ma、(183.7±2.8) Ma、(182.2±2.6) Ma[27]；赤城县葵花村糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(190.8±2.8) Ma[27]；赤城县镇宁堡碎粒岩全岩K-Ar法年龄分别为(181.5±3) Ma、(180.4±3.2) Ma[27]；崇礼县西双台糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(179.8±3.1) Ma[27]；赤城县梁底糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(169.6±2.5) Ma[27]；崇礼县南天门糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(166.8±2.7) Ma[27]；赤城县石垛口糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(156.8±2.3) Ma[27]。这些年龄数据进一步证实了该断裂在燕山中期(侏罗纪)有过强烈活动。

(5)早白垩世(燕山晚期，第8期)。以挤压型韧性变形及逆断层活动为特征(图4中8)，活动于NW—SE向强烈的挤压构造环境，断裂内有第8期挤压型糜棱岩及断层泥形成，沿断裂附近有早白垩世造山型火山岩及侵入体断续分布。该期形成的构造线呈近EW向和NE向展布，构造面理向N、S及SE倾斜，倾角为65°～85°。该期糜棱岩中获得的年龄数据有：赤城县葵花村糜棱岩全岩K-Ar法年龄为(143.6±2.2) Ma[27]；丰宁县红石砬糜棱岩磷灰石U-Pb法年龄为(117.7±0.7) Ma[37]。这些年龄数据进一步证实了该断裂在燕山晚期(早白垩世)有过较强烈活动。

(6)始新世—第四纪(喜马拉雅期，第9期)。以伸展拉张型脆、韧性变形与正断层活动为特征，活动于NW—SE向拉张构造环境，断裂内有拉张型糜棱岩及断层角砾夹断层泥(图3(b)、图4中9)形成。该时期断裂中东段(茨营子以东)以正断层活动为特征，切割的最新地质体为早白垩世晚期石英正长斑岩，断面N、S、SE向倾斜，倾角为65°～85°，局部呈直立状。西段尚义—石嘴子一带断裂活动迹象更明显，可分为以下3个阶段。

始新世—中新世。断裂活动十分强烈，汉诺坝玄武岩初步形成，构造面向南陡倾(图3(b)中9)，切割的最新地质体为晚白垩世南天门组，是始新世—中新世汉诺坝组玄武岩形成的重要岩浆通道之一。

上新世—中更新世。断裂活动明显，汉诺坝玄武岩最终形成，构造面仍向南陡倾，切割了已形成的汉诺坝组玄武岩，被晚更新世马兰组覆盖。

晚更新世—全新世。已有地质构造资料及《张北县县志》[37-39]表明，在晚更新世—1997年12月底，该断裂没有较强的断裂活动，处于相对稳定状态。1998年1月10日该断裂复活，在张北县南西地区发生了6.2级地震，之后又发生了多次余震，震中位于该断裂附近。强烈的地震活动，是尚义—隆化区域断裂最新活动的直接证据。

综上，尚义—隆化区域断裂经历了2个构造阶段、9个构造活动期，具有复杂多变的演化历史。