襄樊—广济断裂带东段构造变形特征及其演化

朱清波，程万强, 周 全

(1.中国地质调查局 南京地质调查中心, 江苏 南京 210016; 2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司, 浙江 杭州 311122; 3.中海油田服务股份有限公司, 河北 三河 065201)

0 引 言

秦岭—大别造山带在元古宙—早古生代时期是扬子板块北缘的组成部分，奥陶纪—志留纪古秦岭洋向南俯冲，导致扬子板块北缘沿勉略构造带发生弧后伸展，最终发育成泥盆纪—中三叠世深海洋盆。印支期该洋盆由东向西剪刀式闭合[1-2]，扬子板块再次向华北板块南缘俯冲-碰撞。燕山期以来又经历了多期陆内构造-岩浆作用的叠加改造。扬子板块南缘的江南隆起带在新元古代—中三叠世总体较为稳定，在中三叠世末期—中晚侏罗世的印支—燕山期发生多次向北的逆冲推覆作用[3-4]，在扬子板块北缘形成前陆褶皱逆冲带。中扬子区中—新生代构造演化明显受到南北两大构造体系相互作用的影响。

襄樊—广济断裂带作为分隔大别造山带和扬子板块北缘前陆褶皱逆冲带的边界断裂[5-6]，其几何学、运动学及构造演化特征记录了两大块体碰撞、拼贴及相互作用的地质过程，对其构造变形特征的研究有助于了解南北构造体系的演化历史。襄樊—广济断裂带西起襄樊与青峰断裂相连，东至武穴与郯庐断裂交汇，呈NW—SE走向绵延500余公里[7]，断裂东段和西段大体以黄陂为界，在构造特征上差异明显，东段表现为对冲格局[8]，西段则以低角度逆冲推覆为特征。前人对襄樊—广济断裂带西段开展了大量的研究，而东段的构造变形研究则相对薄弱。同时，对襄樊—广济断裂带的成因机制也存在诸多不同观点：印支期扬子板块与华北板块的碰撞带、燕山期扬子—大别陆内俯冲缝合带[9]、勉县—略阳(勉略)缝合带东延[1]、大别南缘扬子盖层向南的重力滑脱面[10]、超高压岩片底部滑动面[11-12]等，但上述构造解释多是为了配合大别造山带俯冲-折返模型而提出，缺少对断裂带几何形态、运动过程和变形机制的详细讨论。

因此，本文在野外调查的基础上，结合区域构造-沉积学、地球物理和同位素年代学等，重点对襄樊—广济断裂东段的构造变形特征进行研究，并讨论襄樊—广济断裂带东段的变形机制、构造演化过程及断裂带东西两段的构造差异。

1 区域地质概况

扬子板块北缘和秦岭—大别造山带之间以城口—房县、襄樊—广济、嘉山—响水断裂带为界。其中襄樊—广济断裂带位于南秦岭—大别造山带与扬子板块北缘的接合部位，西延与勉略缝合带相接，向东为郯庐断裂所截切[13]。襄樊—广济断裂带东段总体呈NW—SE向延伸，北为南大别变质杂岩带，南为中扬子前陆褶皱逆冲带，两大单元的岩石地层和构造均存在显著差异(图1(a))。

南大别变质杂岩带主要由前震旦纪角闪岩相二长花岗质和花岗闪长质片麻岩以及少量黑云(角闪)斜长片麻岩和斜长角闪片麻岩组成，属未卷入深俯冲的扬子大陆基底[14]。以襄樊—广济断裂带和郯庐断裂带与中—下扬子区相分隔。

中扬子区主要经历了震旦纪—中三叠世海相碳酸盐台地相沉积发展阶段和晚三叠世—始新世陆相碎屑沉积盆地发展阶段。早古生代时期沉降幅度较大，形成了厚约3 000 m的以碳酸盐岩为主、碎屑岩次之的浅海相沉积。志留纪末开始的加里东运动，以隆升剥蚀为主，区域上普遍缺失上志留统—中泥盆统。晚泥盆世时期该区处于滨海环境，晚石炭世—中三叠世发生多次海侵，主要发育浅海相碳酸盐岩沉积和滨海沼泽相碎屑岩沉积等[15]。中三叠世末(印支中后期250～220 Ma)扬子板块与华北板块发生陆-陆碰撞后，进入周缘前陆盆地演化阶段，其构造形迹主要受控于大别造山带由北向南的挤压逆冲推覆作用。早—中燕山期受江南隆起带自南向北挤压推覆构造作用的叠加，形成一系列向北的褶皱逆冲构造。燕山晚期发生大规模的伸展断陷和中酸性岩浆活动，基本奠定了该区的构造格局。喜山期发生了多次小规模的挤压-伸展转换和差异性抬升，最终形成现今地貌[16]。

图1 襄樊—广济断裂带大地构造位置图(a)、断裂带东段地质简图和地层柱状图(b)Fig.1 Geotectonic map (a), geological sketch and stratigraphic column in the eastern section (b) of Xiangfan-Guangji fault zone1.大别造山带太古宙—古生代变质岩; 2.扬子板块古生代—中生代沉积岩; 3.南华纪—震旦纪地层; 4.寒武纪—奥陶纪地层; 5.志留纪文洛克世地层; 6.晚泥盆世—晚石炭世地层; 7.中—晚二叠世地层; 8.早—中三叠世地层; 9.早—中侏罗世地层; 10.白垩纪地层; 11.古近纪地层; 12.第四纪地层; 13.白云岩; 14.泥页岩; 15.灰岩; 16.砂岩; 17.泥灰岩; 18.砂砾岩; 19.粉砂岩; 20.砂砾石层; 21.剖面位置及编号

研究区自中—新生代以来经历了多期不同性质的构造运动，受东部郯庐断裂左行走滑、南部江南隆起带陆内造山活动向北挤压及北部大别造山带向南逆冲推覆的复合叠加影响，构造变形极其复杂。现今地表构造形迹主要表现为由南向北的逆冲推覆构造，同时也残留有早期由北向南的构造形迹，对接带构造明显[17]。总体表现为以褶皱为主体、断裂为格架、横向上构造分带、垂向上变形分层的构造特征[18]。区域上主要存在S2/D3、T2/T3、T3/J1、J2/K等不整合面，以中侏罗统和白垩系不整合面以及两套巨厚的区域性滑脱层(志留系页岩层、新元古界变泥质板岩层)为界，可分为上、中、下三套构造变形层：上部伸展变形层，主要由白垩纪地层组成，以正断层和伸展断陷为特征，受先存逆冲推覆构造控制；中部构造层由中侏罗统—上泥盆统组成，构造特征表现为以志留系滑脱层为底板的强烈挤压逆冲褶皱构造；下部构造层以志留系、新元古界两套巨厚的区域性滑脱层作为上、下拆离滑脱构造界面，以挤压逆冲推覆和褶皱等脆-塑性变形为特征(图1(b))。

2 襄樊—广济断裂带东段构造变形特征

襄樊—广济断裂带在不同区段、不同层次表现出不同的构造变形特征。断裂带西段(三阳—三里岗一带)和中段(京山—黄陂一带)表现为自北向南的大规模逆冲推覆[19]，切割深度>30 km，沿断裂带发育有大于3 km的逆冲推覆带。断裂带东段在黄石—广济一带，大致以蕲春—太子庙为界，浠水—马垄段主要表现为韧性剪切带[20-21]和伸展断陷盆地；蕲春—广济段以脆性断层和褶皱构造为主，表现出双向对冲的构造特点，其中大别造山带南缘以自北向南的逆冲推覆为主，中扬子北缘以自南向北的逆冲滑脱为主(图1(b))。大地电磁资料也揭示扬子板块北缘向大别造山带之下俯冲，二者沿襄樊—广济断裂带呈“鳄鱼嘴式”对接[22]。下文将主要对襄樊—广济断裂带东段的构造变形特征进行介绍。

2.1 大别造山带南缘构造变形特征

图2 样品采样位置变形特征和ESR年龄Fig.2 Deformation characteristics of sampling locations and ESR ages of samples (a)推覆断层伴生裂隙中充填石英脉; (b)云母片岩挤压褶劈理内充填石英脉; (c)石英云母片岩中石英透镜体

逆冲推覆构造是大别造山带内的主要变形样式[23]，变质岩系中发育一系列向南—南南西(S—SSW)方向逆冲的断层和轴面向北陡倾的伴生褶皱，逆冲推覆构造自北向南表现出活动深度逐渐变浅的特点。在浠水一带早期较深层次的逆冲作用伴有韧性剪切带的发育，断面倾向NE，上陡下缓，长英质脉体被剪切拉断形成不对称的褶皱，指示了向SW方向的逆冲运动；在逆冲推覆前锋的乐斯—四望地区，石英云母片岩中发育自北向南的逆冲推覆构造，具有双重构造的特点(图2)，表现为由顶、底板逆冲断层围限的一系列冲断夹块组合，顶、底板逆冲断层的产状基本一致(28°∠20°)，断块内一系列次级叠瓦状逆冲断层产状在30°∠40°左右，顺断层面发育有大量褶叠的石英脉。断块内片理发生强烈的褶皱变形，轴面均倾向NE(倾角约40°)。在广济铁石乡襄樊—广济断裂带北盘的石英云母片岩内发育一系列SW向的高角度叠瓦状逆冲断层(倾角>60°)，片理发生强烈的褶劈理化，劈理面及褶皱轴面均向北陡倾(图2)。由此可见，襄樊—广济断裂带东段自北向南，从根带向逆冲前缘，变形深度越来越浅，断层角度由低角度(20°)逐渐转变为高角度(>60°)。

图3 襄樊—广济断裂带北侧晚白垩世花岗斑岩脉侵入特征(剖面位置见图1) Fig.3 Intrusion characteristics of Late Cretaceous granite porphyry dyke in the north of the Xiangfan-Guangji fault zone (seeing section location in Fig.1)

此外，在大别南缘发育一些与主期构造不协调的自南向北的逆冲推覆构造，表现为向北的脆性逆冲断层和轴面南倾的同斜褶皱，显示逆冲推覆作用的浅层活动特征。在断裂带以北的蕲州镇东菩提村一带钠长石英片岩内片理发育一系列轴面向南缓倾(倾角约30°)的倒转褶皱和向北的逆冲断层。倒转向斜的正常一翼被燕山期侵入的花岗斑岩脉和伟晶岩脉侵入(图3)，岩脉在平面上产状与断裂带的走向一致，与大别山中生代大规模侵入的中酸性岩为同期(130 Ma左右)，推测这次强烈的逆冲推覆作用应该发生在晚侏罗世至早白垩世之间。

2.2 扬子地区构造变形特征

2.2.1 野外构造变形特征

大别造山带南缘巨大的由北向南的推覆构造在中扬子地区北缘几乎没有保留，仅在瑞昌地区残留有早期向南的逆冲断层。襄樊—广济断裂带南侧为中扬子板块北缘古生代地层，构造变形主要表现为一系列轴面向南倾的紧闭倒转褶皱和倾向SW的叠瓦状逆冲滑脱断层(倾角50°～70°，部分后期构造反转为正断层)(图2)。在蕲州镇附近襄樊—广济断裂表现出多期变形特征，寒武系内逆冲滑脱构造发育，早期自北向南的逆冲断层浅部被改造为自南向北逆冲，寒武系逆冲滑脱在震旦系白云岩之上，滑脱层内发育一系列轴面向南倾斜的滑脱褶皱，晚期又叠加一期自北向南的滑覆构造(图4(a))。在牛皮坳一带卷入逆冲作用的古生代地层表现出多层次滑脱褶皱的变形特征，滑脱断层向下汇聚到中扬子地区新元古界区域滑脱层中，根据卷入褶皱逆冲的最新地层为中侏罗统可以判断大规模由南向北的逆冲推覆作用发生于早—中燕山期(图4 (c))；在蕲州刘家湾发育一系列向北的叠瓦状逆冲断层，可见震旦系白云岩向北逆冲推覆在大别地区石英云母片岩之上，片岩内发育大量轴面向南陡倾的滑脱褶皱(图4(b)和(d))，震旦纪地层内发育轴面向南缓倾的倒转向斜和层间挠曲，古生代地层发育轴面直立的复背斜，局部发育向南的反冲断层(倾角约40°)，逆冲三角带内褶皱强烈；在瑞昌邓家山一带的中—古生代地层中发育一系列轴面南倾的褶皱；在广济田家镇董家桥北，由于自南而北的区域性逆冲滑脱，田家镇向斜南翼地层发生倒转，大冶组(T1d)呈倒转盖在嘉陵江组(T2j)厚层块状白云岩之上(图1和图5)。

在广济马口地区的志留纪—三叠纪地层中发育一系列自SW向NE逆冲的叠瓦状逆冲断层和近NWW向的左行走滑断层。岩层产状一致向南陡倾(60°～75°)，呈构造岩片和不完整的倒转向斜(轴面向南陡倾50°～65°)相互叠置，与一系列高角度逆冲断层构成NE向的叠瓦状逆冲推覆构造(图5)。断裂带中一系列NWW向的左行走滑断层切割了NW向的逆冲断层，最大走滑位移量近10 km，是断裂带向NE逆冲推覆过程中横向差异位移的调整转换断层。组成广济—马口湖断裂带的逆冲和走滑断层是近同期自SW向NE逆冲作用的结果。

图4 襄樊—广济断裂带东段联合剖面图(剖面位置见图1)Fig.4 Combined profile for the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone (seeing section location in Fig.1)1.钠长云母片岩; 2.石英云母片岩; 3.白云岩; 4.角砾白云岩; 5.碳质页岩; 6.灰岩; 7.泥灰岩; 8.砂岩; 9.石英砂岩; 10.粉砂岩; 11.泥质粉砂岩; 12.泥岩; 13.砂砾石层; 14.褶皱轴面; Pt2-3.中—新元古界; Nh-Z.南华系—震旦系; ∈1-2.寒武系纽芬兰统—第二统; ∈3-4.寒武系第三统—芙蓉统; O1-2.下—中奥陶统; S2.志留系文洛克统; T1-2.下—中三叠统; J1-2.下—中侏罗统; Q.第四系

此外，沿断裂带早期的逆冲断层部分反转为正断层，并控制了晚白垩世沉积盆地的发育，断陷红盆沿断裂带呈NW走向。在广济县李选堂附近可见白垩纪—古近纪地层产状较陡，倾角可达60°左右，显示在新生代断裂带附近仍发生了显著的挤压变形(图6)。

图5 广济马口地区盖层逆冲推覆构造(剖面位置见图1)Fig.5 Thrust nappe structure in cover sequence at Makou, Guangji (seeing section location in Fig.1)Q.第四系; P2m.茅口组; P2q.栖霞组; T1d.大冶组; T2j.嘉陵江组; S2f.坟头组

图6 广济李选堂附近白垩系—古近系变形特征(剖面位置见图1)Fig.6 Cretaceous-Paleogene deformation characteristics near Lixuantang, Guangji (seeing section location in Fig.1)∈2-3.寒武系第二统—第三统; O1.下奥陶统; K2-E.上白垩统—古近系

图7 襄樊—广济断裂带东段碎裂岩显微构造特征Fig.7 Microstructure characteristics of cataclastic rocks in the eastern part of Xiangfan-Guangji fault zone(a)断裂带寒武纪灰岩碎裂岩扫描电镜特征; (b) 断裂带震旦纪白云岩碎裂岩显微构造特征; (c) 茅口组灰岩破碎带内方解石脉阴极发光特征; (d) 大冶组灰岩破碎带内方解石脉阴极发光特征; (e) 黄龙组灰岩破碎带内方解石E双晶; (f) 大冶组灰岩破碎带内方解石E双晶

2.2.2 显微构造及应变特征

2.2.2.1 显微构造

对襄樊—广济断裂带东段南侧断层碎裂岩的扫描电镜分析显示：断裂带以脆性破裂为特征，碎裂岩破碎强烈，破碎颗粒粒径在0.02 μm左右，且碎裂岩多被方解石脉体胶结(图7(a)和(b))。阴极发光图像显示脉体具有多期生长特征，内部方解石颗粒自形程度较好，部分垂直脉壁定向结晶，表明其为原生方解石脉体(图7(c)和(d))。方解石普遍发育脆性裂隙，表明其变形环境为浅层脆性破裂。脉体中局部方解石颗粒发育E双晶(图7(e)和(f))，根据双晶纹的发育程度和特征、双晶纹间距指数计算的方解石脉体变形时差异应力在20～25 MPa之间(表1)[24]。方解石E双晶以Ⅰ型薄双晶为主，部分为Ⅱ型网格厚双晶，指示其变形温度总体在170 ℃以下，局部可至170～200 ℃(表1)[25]。碎裂岩中的方解石胶结物呈乳白色，网格状，肉眼可见较粗大的方解石晶体，碎裂的围岩呈角砾状，是断裂带脆性破裂的产物。脉体的碳氧同位素显示断裂带流体主要源于下渗的大气降水与断裂带围岩的水-岩反应，包裹体均一温度出现115 ℃、140 ℃和175 ℃三个峰值[26]。结合扬子板块的古地温梯度[27]和原始地层厚度[28]可以推断，断裂流体的活动深度大致相当于志留系上下界面和震旦系底界区域性滑脱面的位置。上述特征总体反映了襄樊—广济断裂带东段由南向北的逆冲推覆构造具有浅层次逆冲滑脱构造的特征[26]。

图8 襄樊—广济断裂带东段石英C轴组构(a)和应力应变图解(b)Fig.8 Diagram of quartz C-axis fabric (a) and stress-strain (b) in the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zoneSX、SY、SZ和LX、LY、LZ分别代表各应变面和应力轴在赤平投影中的空间方位，σX、σY、σZ的射线长度代表了应变大小，可见襄樊广济断裂带的主应力为NE—SW向的挤压应力

表1 襄樊—广济断裂带东段方解石E双晶温压测量结果

2.2.2.2 应变特征

为估算断裂带应变大小并确定应力方向，本次研究在断裂带南侧变形带中采集了志留纪砂岩定向标本，并对其进行了石英C轴组构分析和Fry法应变测量，详细的测量方法见文献[29-30]。105颗石英的光轴产状统计结果(图8(a))显示，石英C轴组构图表现为光轴优选方位较差，最高极密度为5%，具斜方对称的形式。主极密位于NE—SW方向，明显受S面理的控制，显示NE—SW向的挤压变形，变形温度较高，石英以中低温(400～500 ℃)菱面滑移为主。次级极密位于NW—SE方向，显示另一期挤压作用的方向。点极密组成ac环带，半开角约为70°，呈不完整的裂开状，被视为剪切作用引起的内部光轴旋转；点极密中心位于剪切界面上，即在剪切过程中形成，变形温度较低，石英以低温(<400 ℃)的底面滑移为主。由此可见，石英C轴组构特征显示了襄樊—广济断裂带东段存在明显的两期构造变形，主期变形为早期较深层次的NE—SW向挤压变形，对应了印支期自北向南的逆冲推覆作用；晚期为NW—SE向的挤压剪切，可能对应了燕山期自南向北的右行挤压逆冲变形。

野外测量获得构造面理的总体产状为33°∠46°，即代表了SXY应变面的产状；构造面理上发育产状为89°∠32°的构造线理，即代表了σX应变轴的产状。根据SXY面理和σX线理产状进一步确定了SYZ和SXZ的产状分别为238°∠59°和151°∠59°，σY和σZ的产状分别为336°∠21°和215°∠36°，指示了主期构造变形的主应力方向为NE—SW。切制与该定向样品SXY、SYZ和SXZ三个应变面相对应的薄片，对其中的石英颗粒采用FRY法进行应变测量，其中内椭圆代表标志体(石英颗粒)的平均应变，所获得三个应变面的应变值分别为：RX/RY=2.19、RY/RZ=1.93、RX/RZ=2.63，付林指数(K=(RX/RY)/(RY/RZ))为1.13，表明断裂带两侧的应变以平面挤压剪切为主(图8(b)和图9)。

图9 襄樊—广济断裂带东段构造岩各应变面显微照片((a)(c) (e))和FRY法应变测量图解((b) (d) (f))Fig.9 Micrographs ((a)(c)(e)) of tectonic rocks in the eastern section of Xiangfan-Guangji fault zone and diagrams of strain measurement by FRY method ((b)(d)(f)) of various strain planes

综上所述，襄樊—广济断裂带东段主要表现为印支期—燕山期的构造变形，具有双向对冲的特点，对冲作用发生在不同时期，早期大别山地区中深变质岩系由北向南发生深层次的逆冲推覆，晚期扬子地区沉积岩系自南向北发生浅层逆冲滑脱。

3 襄樊—广济断裂带东段构造变形的年代学约束

3.1 印支期年代学记录

已有的研究表明襄樊—广济断裂带是一条长期演化的断裂带，前人从构造变形卷入的地层时代、区域构造对比、沉积响应以及构造年代学等多方面对断层活动时限进行了约束。杨坤光等[20]在襄樊—广济断裂带东段的糜棱岩化白云钠长石英片岩中获得了(240.0±1.1) Ma的白云母坪年龄，与大别山北界的浒湾拆离断层同期(237～231 Ma)[31]，指示襄樊—广济断裂带和浒湾拆离断层在三叠纪中期大别山超高压从地幔深度到下地壳的挤出/折返过程中[11]有显著活动，以超高压折返伴随的中—高角度逆冲为特点。

3.2 燕山期年代学证据

本文对断裂带北侧侵入到由南向北的褶皱逆冲带中的1件花岗斑岩(采样位置见图3)进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，锆石的阴极发光(CL)成像和U-Pb同位素组成分析分别在中国地质大学地质过程和矿产资源国家重点实验室电子探针显微分析系统(JXA-8100)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS)上完成，其中激光剥蚀孔径为32 μm，剥蚀深度20～40 μm，详细实验方法及参数见文献[32]，测试结果见图10和表2。

花岗斑岩脉具有明显的侵入特征，完整无变形，锆石呈自形完整的长柱形，阴极发光图像显示明显的振荡环带，具有典型的花岗岩锆石特征(图10(a))。锆石206Pb/238U年龄集中在125～139 Ma之间，其中谐和度较好的锆石206Pb/238U加权平均年龄为(132.5±1.2) Ma(n=10,MSWD=1.6)(图10(b))，代表了花岗斑岩脉的结晶年龄，与断裂带北侧侵入到轴面向南倾的一系列倒转褶皱中的梅川岩体时代(132.7±1.5 Ma)[22]一致，表明断裂带北侧变质岩内由南向北的逆冲推覆构造(图4)主要发生在早白垩世花岗质岩体(脉)侵位之前的燕山期中—早期。

图10 襄樊—广济断裂带北侧晚白垩世花岗斑岩典型锆石CL图像(a)和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图(b)Fig.10 Typical zircon CL images (a) and LA-ICP-MS zircon U-Pb ages (b) of Late Cretaceous granite porphyry in the north of Xiangfan-Guangji fault zone

3.3 喜山期年代学记录

前述构造变形特征显示，襄樊—广济断裂带在古近纪之后仍发生过较明显的挤压变形，但缺少相关的年代学证据。利用断裂带同构造的石英脉进行热活化电子自旋共振(ESR)测年在限定新构造运动时间方面已有众多的应用实例。石英颗粒的硅氧四面体结构在α、γ、β射线击打下能形成一些+2价的氧空位。由于岩石中存在大量自由电子，一个氧空位可以捕获一个自由电子, 产生一个顺磁中心(E′心)。石英脉年龄越古老, 岩石中放射性越强，E′心浓度也越高。根据已建立的年龄-顺磁中心浓度及岩石放射性同位素含量的实验关系可确定石英脉的结晶年龄[26,33]。

在襄樊—广济断裂带东段北盘的大别变质岩区发育一系列倾向北东的次级逆冲推覆断层，伴生有密集的褶劈理、剪节理和近顺层的滑脱面，顺上述构造面充填有平直或透镜状的同构造石英脉。这些石英脉均形成于浅层低温(<300 ℃)的脆性变形环境，未遭受高温改造，其ESR年龄均可代表其原生年龄。在逆冲断层带内不同产状的石英脉中采集3件代表性的样品(图3和表3)，并对石英脉采用热活化电子自旋共振(ESR)测年以约束其活动时限，结果显示其年龄集中在37～55 Ma之间(图3和表3)，反映襄樊—广济断裂带在古近纪发育一期向南的逆冲推覆构造。这一结果与野外构造变形特征相一致(图5)。

表2 襄樊—广济断裂带北侧晚白垩世花岗斑岩锆石U-Th-Pb同位素分析结果

表3 襄樊—广济断裂带东段石英ESR年龄测试结果

4 讨 论

4.1 襄樊—广济断裂带的东、西段差异

襄樊—广济断裂带西延与城口—房县断裂带相连，扬子板块在城口—房县一带向南秦岭之下俯冲，形成向南推覆的巴山弧巨型叠瓦逆冲带[2]。地球物理资料[22,34]揭示襄樊—广济断裂带在深部断面向北缓倾，表现为造山带向前陆方向逆冲推覆的构造特征。在襄樊—广济断裂带西段随应—大洪山—黄陂一带，构造变形主体表现为自北向南的脆-韧性挤压逆冲并伴随左行剪切[22]，大别造山带内中-深变质岩自北向南逆冲推覆在扬子板块地层之上，逆冲前缘发育飞来峰，地球物理资料揭示沿断裂带发育有大于3 km的逆冲推覆带[9,34]。此外，在断裂带西段还可见南华纪—早古生代地层逆掩在晚白垩世红盆之上，说明断裂带西段在晚白垩世之后仍发育显著的向南挤压逆冲[22]。而在襄樊—广济断裂带东段黄石—广济一带，地表构造形迹主要表现为自南向北的浅层次逆冲推覆滑脱构造，仅局部保留了早期自北向南逆冲推覆的构造痕迹，地球物理资料则显示断裂带在深部转向北倾。由此可见，扬子北缘的东段和西段在深部均表现为向大别造山带之下俯冲，但襄樊—广济断裂带的地表构造特征却存在显著的东西差异，其中东段以发育“鳄鱼嘴式”的对冲结构(对冲不同时)为特征，西段以自北向南的逆冲推覆构造为特征[9,34]。

另外，襄樊—广济断裂带东、西两段的构造变形次序也存在明显的差异(表4)，与江南—雪峰造山带和大别造山带这南北两大造山体系在印支期—喜山期的构造活动密切相关。在印支期，受控于扬子板块向华北板块的俯冲碰撞，大别造山带向南挤出，襄樊—广济断裂带作为造山带的边界断裂在其西段和东段同步发生了自北向南的韧性—脆性逆冲推覆构造变形，从北向南由造山带向前陆方向变形层次逐渐变浅。燕山期早—中期区内处于陆内造山阶段，大别造山带持续向南挤出，襄樊—广济断裂带东西段均发育由北向南的逆冲推覆构造。同时受古太平洋板块俯冲的影响，江南隆起带发生向北的基底拆离滑脱，导致断裂带东段在浅表自南向北发生逆冲滑脱，而西段则表现并不明显。由此可见断裂带东段在燕山期受江南—雪峰造山作用的影响较强。而西段在喜山期发生的大规模逆冲作用在东段表现并不明显，仅出现小规模发生在早白垩世以后的向北逆冲断层，可见喜山期断裂带构造变形具有西强东弱的特点。

4.2 襄樊—广济断裂带东段的南北对接

中—晚三叠世扬子板块与华北板块俯冲碰撞形成大别造山带[36]，至燕山期(侏罗纪—早白垩世)大别造山带持续向南挤出[37]，同时江南隆起带也发生向北的挤压推覆。在鄂东—九江一带，两者的相对运动强度最大，中扬子盖层区快速变窄，大别造山带变质岩与江南隆起带变质岩相距不到50 km，向西至江汉盆地、向东至苏北盆地古生界—中新生界逐渐变宽。

中扬子地区自北向南，在武穴一带只有在襄樊—广济断裂带内才可见一些向南逆冲的残存构造形迹。在黄石地区虽然可见一些早期向南逆冲的构造形迹残存，但表现为轴面陡立略向北倾的宽缓褶皱和规模不大的高角度逆冲断层。在大冶地区古生界—中生界褶皱轴面和逆冲断层以南倾为主，少量褶皱表现为轴面北倾，部分还可见早期北倾轴面被后期向北的挤压应力改造的迹象，在大冶湖南侧发育早期向南逆冲的小断层，被后期向北的挤压构造强烈改造，说明早期大别山向南的逆冲至少影响到了大冶湖以南。但在瑞昌一带地表未见明显的向南逆冲构造痕迹，仅地球物理资料揭示深部存在隐伏的向南逆冲推覆构造[38]。

表4 襄樊—广济断裂带对南北造山带的构造变形响应(据文献[35]修改)

蕲春—武穴—浠水一带是江南隆起带北侧薄皮冲断褶皱带和大别山巨型推覆体推覆前锋变形带的叠加部位。早期大别山向南逆冲的构造形迹被稍后江南隆起带向北的强烈挤压所改造，襄樊—广济断裂带表层已经被改造成一系列向北高角度逆冲的叠瓦状逆冲断层和倒转褶皱等，早古生代地层逆冲在大别山中—新元古代片岩之上，在大别造山带内部的梅川一带仍发育一系列轴面倾向南的同斜褶皱。由此可见，江南隆起带向北的挤压推覆作用已经影响到襄樊—广济断裂带一线，甚至在大别造山带内部仍有该期推覆构造的痕迹。

综上所述，中扬子地区东部受江南—雪峰造山带和大别造山带南北两大构造体系的共同控制与影响，在深部扬子板块北缘向大别造山带之下俯冲导致造山带自北向南挤出，推覆构造可影响至瑞昌一带，由南向北的浅层逆冲推覆可影响至梅川附近，二者在襄樊—广济断裂带东段的蕲春—武穴—浠水一带呈“鳄鱼嘴式”对接。

4.3 襄樊—广济断裂带东段的时空演化

中—晚三叠世，随着勉略洋盆的全面闭合，华北板块与扬子板块对接碰撞形成大别造山带，在其南缘形成襄樊—广济断裂带，表现为自北向南的大规模逆冲推覆构造和韧性剪切带[2]。扬子地区中三叠统海相地层与上覆中上三叠统陆相地层间为平行不整合接触，该期逆冲推覆在扬子地区主要表现为水平抬升(图11(d))。晚三叠世末，大别造山带沿襄樊—广济断裂带向扬子陆块之上发生大规模逆冲推覆[37,39]，使扬子地区中—上三叠统与下—中侏罗统之间为角度不整合接触，结合襄樊—广济断裂带内糜棱岩的白云母39Ar/40Ar年龄(230～240 Ma)[22]，可以将襄樊—广济断裂带在印支期的逆冲推覆构造时限约束在195～240 Ma之间。

燕山早—中期(J1-3)，研究区进入陆内造山阶段，受北侧大别造山带向南挤出和江南隆起带向北挤压的双向作用，在襄樊—广济断裂带深部及断裂带西段，大别变质杂岩向南逆冲在中扬子地区北缘前陆褶皱逆冲带及早—中侏罗世盆地之上[19-20,38](图11(c))；在襄樊—广济断裂带东段，扬子区盖层逆冲推覆在大别变质岩系之上，中侏罗统卷入自南向北的褶皱逆冲变形，区内缺失上侏罗统地层，且断裂带北侧褶皱带内侵位有134 Ma无变形破裂的梅川岩体[22]，均表明襄樊—广济断裂带东段自南向北的逆冲推覆作用可能发生在晚侏罗世；至燕山中期襄樊—广济断裂带形成了南北对冲的空间格局，而且以由南向北的褶皱逆冲作用占主导(图11(b))。

图11 襄樊—广济断裂带东段中—新生代演化模式Fig.11 Meso-Cenozoic evolution in the eastern section of the Xiangfan-Guangji fault zone1.太古宙—古生代变质岩; 2.早古生代碳酸盐岩; 3.志留纪泥页岩; 4.晚古生代碳酸盐岩; 5.白垩纪—古近纪断陷盆地; 6.断层; 7.韧性剪切带

燕山晚期至喜山早期，构造体制反转为区域性伸展阶段，沿襄樊—广济断裂带有大量中生代岩体侵入，并发育NW—SE向正断层、晚白垩世断陷盆地及火山活动等(图11(a))。喜山早期至今，相较于襄樊—广济断裂带西段由南向北的强烈逆冲推覆，东段的逆冲作用相对较弱，马垄岩体内的逆冲断层、断裂带逆冲断层内发育ESR年龄为37～55 Ma的石英脉、白垩纪—新近纪红盆内的褶皱变形等都指示了这一时期挤压作用的切实存在。而广泛发育的正断层又显示断裂带在喜山期主体表现为伸展性质的正断层。至此，奠定了襄樊—广济断裂带现今的构造变形样式。

此外，在空间上襄樊—广济断裂带不同深度具有不同的变形特征，且大体上与断裂带的演化阶段相对应：断裂带深部向南的逆冲推覆作用和韧性剪切构造对应于印支期俯冲碰撞造山作用，向南的逆冲推覆作用为印支期—燕山中期大别造山带和扬子板块持续相互作用的结果；断裂带浅层断面南倾，大规模由南向北的逆冲滑脱作用为燕山期江南隆起带向北挤压逆冲的结果；断裂带表层则以伸展正断层和受断裂控制的沉积盆地为主，属于燕山晚期—喜山期的伸展构造层。

5 结 论

(1)襄樊—广济断裂带是扬子板块和大别造山带的边界断裂，地质和地球物理资料揭示了断裂带东段以深部向南逆冲、浅表向北逆冲的“鳄鱼嘴式”对冲构造为特征，对冲作用不是同时的，向北的逆冲推覆作用晚于向南的逆冲作用，与断裂带西段印支期—喜山期持续单一的自北向南逆冲推覆形成显著差异。

(2)中扬子地区东部受控于江南—雪峰造山带和大别造山带南北两大构造体系，深部扬子板块北缘向大别造山带之下俯冲导致造山带自北向南挤出，推覆构造可影响至瑞昌一带，由南向北的浅层逆冲推覆可影响至梅川附近，二者在襄樊—广济断裂带东段的蕲春—武穴—浠水一带对接。

(3)构造年代学研究结合断裂带构造变形解析，揭示出襄樊—广济断裂带东段经历了多期构造变形：断裂带形成于印支早期(T2末)扬子板块北缘与大别造山带的对接碰撞过程中，主要表现为由北向南的大规模逆冲推覆作用和较深层次的韧性剪切带构造；燕山早—中期(J1-3)断裂带深部由北向南持续逆冲推覆，浅层则由南向北逆冲滑脱，基本奠定了襄樊—广济断裂带东段双向对冲的构造格局；燕山中—晚期(K1-2)断裂带处于伸展环境，沿断裂带有大规模岩浆侵入，并控制了白垩纪断陷红盆沉积；喜山早期(E1)断裂带又经历了一次较弱的由北向南的挤压逆冲作用，之后断裂带一直处于伸展体制之下。