陆弧碰撞与旋转

发布网友 发布时间：2022-05-31 02:09

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一、陆弧碰撞

在胶辽陆块边缘的岛弧与西部的迁怀陆块、晋冀陆块等拼合之后，由于陆间洋壳向东俯冲的巨大惯性力的继续影响，以及消减洋壳上覆的岛弧持续的向西运动，随即发生了规模宏大、强度剧烈的陆弧碰撞作用。碰撞作用的方式和结果，可从如下几方面的地质记录予以阐明。

1．青龙河前陆沉积柱的强烈褶皱与隆起

青龙河群的构造样式为北北东向的同斜倒转紧闭褶皱群，这是白瑾等（1984）根据青龙河群底部变质砾岩的区域分布为标志层而建立的。这一构造样式的确定，正确确定了青龙河群的层序，而且提供了陆弧碰撞的构造样式。青龙河群的同斜紧闭褶皱群在平面上呈近南北向长条状，单个褶皱长10～20km，宽2～5km，褶皱轴面向南西西倾斜，倾角较陡。区域的透入性片理发育，与褶皱轴面基本一致。褶皱的展布方向及轴面的倾斜方位表明，青龙河群受到近东西方向的强烈挤压，而且也表明西部的推挤作用大于东部，使其褶皱轴面向西倾斜。青龙河褶皱群的两侧还发生了强烈的韧性剪切作用，特别是在它的东侧，形成了近南北向的，宽数百米不等的糜棱岩带（双山子剪切带）。与强烈的线性褶皱的同时，还发生了与褶皱轴面有一小的夹角的NNE向断裂。图9—5示意表示了青龙河群碰撞构造的基本格局。白瑾等（1993）也曾指出青龙河群的构造是弧陆碰撞形成的。他对碰撞构造发生的地质背景的认识与我们的看法有明显的差别。第一，白瑾等认为双山子火山弧是由于双山子东侧的洋壳向西俯冲形成的，我们则认为是双山子西侧洋壳向东俯冲形成了自西向东的岩浆杂岩的岩性、构造分带，由闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩的分带，它们的时代也由早到晚。第二，青龙河群的沉积环境是属于岛弧，还是洋盆消减的末期的前陆沉积盆地。这些不同的认识需要今后深入研究去解决。

青龙河前陆沉积柱向南延伸的济宁群，由于受古生界的覆盖未能出露地表，只有零星钻孔揭露，因此对它的构造样式难以查明。但据曹国权等（1996）研究，济宁群的产状西倾，280°～290°∠50°～60°。我们根据区域地质的推断认为，济宁群也应同青龙河群一样，受到弧陆碰撞的改造，只是因为被覆盖，目前尚无法查明。

今后应在胶辽陆块的西侧边缘与晋冀、豫皖陆块的结合带进一步寻找类似青龙河群的沉积物，查明它们的形成环境和构造样式，为中朝古*的拼合、碰撞提供更多的证据。

图9—5　青龙河碰撞带构造示意图

2．迁怀陆块、晋冀陆块东部的碰撞构造

迁怀陆块与晋冀陆块的拼合发生于青龙河-济宁早元古代南北向沉积之前（见本章第二节），因此迁怀陆块、晋冀陆块，也可能包括豫皖陆块是作为一个整体同胶辽陆块发生了碰撞作用。这一碰撞作用必然在这些陆块的边界处产生影响。这些影响可从以下几方面予以证明。

1）迁怀陆块东部的南北向叠加褶皱和北北东剪切带。迁怀陆块的东部从青龙河以西至遵化以东，在东西长达200km的范围内都程度不同地受到了碰撞作用的影响。冀东地区现存的褶皱构造的走向呈一向西略弯曲的近南北向和北北东的弧形展布。紧闭同斜褶皱的轴面总体上也是向西倾斜，倾角较陡。与线性褶皱相间的一些片麻岩穹隆的长轴方向也明显成为南北向和北北东向。贺高品等（1991）描绘的冀东构造图很好地反映了这一碰撞构造的总体特征（图9—6）。在迁安铁矿区，两条十分醒目的南北向铁矿带，以及滦县群的南北向线性褶皱，都被许多研究者（孙大中等，1984；张贻侠等，1986；钱祥麟等，1985；贺高品等，1991）认为是一种较晚期的叠加构造。造成这种大区域的近南北向的线性构造，无疑受区域性的东西挤压、碰撞作用所制约。它们在空间上与青龙河碰撞带相邻，形成的构造样式又十分相似，反映受同一变形作用应力场的机制。因此它们的成因是陆弧碰撞作用的结果。

2）晋冀陆块东缘的碰撞构造。晋冀陆块受弧陆碰撞影响，主要见于太行山区的阜平群和赞皇群分布区中的叠加褶皱，在这些褶皱群的东端均发生北东方向的偏转，并形成一些大小不等的叠加褶皱，如阜平县城东的猴石顶叠加褶皱。据张寿广等（1983）研究，它是在东西向褶皱基础上重褶形成的北西向的开阔的向形褶皱。与此相似的还有阜平县东南城南庄熬鱼山一带的勾状褶皱，它们均呈北西向的向形褶皱（伍家善等，1991）。这些叠加褶皱的方向与冀东不同，可能是因为它们离碰撞带较远，受碰撞作用的影响相对较轻，形成一些规模不大的，褶皱也较平缓、开阔的构造样式。

3．碰撞构造的时间限定

上述碰撞构造的时代可从两方面来限定。

1）碰撞构造被中元古代辉绿岩墙切割。从青龙河到冀东迁安、迁西、遵化，向南到太行山区，它们都被中元古代辉绿岩墙切穿。如双山子一带，主要被数条东西向辉绿岩墙横切。在冀东太平寨、老李家、王庄子、梨树峪、郭家沟、水厂等地，几乎都发育有近南北向为主的辉绿岩墙。在南北向褶皱的转折端处，这种切割关系十分明显（贺高品等，1991）。在太行山区也同样可以见到辉绿岩墙呈北西走向切割叠加褶皱的现象（如阜平县东猴石顶等地）。这些未变质的辉绿岩墙的同位素年龄大都限定在1.4～1.6Ga左右（贺高品等，1991；钱祥麟等，1985）。

图9—6　迁怀陆块冀东区构造图　（据贺高品等，1991）

1—早前寒武纪结晶基底；2—中-晚元古代及以后盖层；3—卵形褶皱；4—片麻岩穹窿；5—紫苏花岗岩穹窿；6—弧形褶皱；7—复式背形紧密倒转褶皱；8—复式向形紧密倒转褶皱；9—韧性剪切带；10—韧性剪切-片理化带；11—燕山花岗岩；12—断裂

2）中元古界不整合覆盖在早元古代碰撞构造之上。在青龙河、冀东、太行山等地都可见到。青龙河群向南延伸被北西向中元古代岩层的不整合覆盖就是最好的证明。

根据辉绿岩墙的切穿关系和中元古代长城系等不整合于青龙河群之上，较好限定了上述弧陆碰撞时间应在早元古代的晚期。

二、碰撞后的旋转构造

在两个相邻的陆块发生碰撞时，由于陆块大小不同，陆块边缘物质成分的差异，以及碰撞时东西两边作用力的不同，因此在弧陆碰撞过程中形成了规模巨大的、沿边界发生的强烈的剪切作用和旋转运动。

1．碰撞带内韧性剪切带的空间展布及主要特征

根据现有资料的统计，在碰撞带形成的规模较大（长度大于数十公里以上）的韧性剪切带，自东北向西南呈有规律的分布（图9—7），它们是：

1）夹皮沟剪切带

分布于胶辽微陆块东北边缘的吉林南部夹皮沟绿岩带，沿夹皮沟金矿带呈北西—南东边缘延伸。初步调查表明，该剪切带在夹皮沟一带出露长达30余公里，宽数公里，并且沿走向可延至金城洞一带。该剪切带为数条平行的剪切带组成。从剪切带的边部至主剪切面，随着应变程度的不断增强，糜棱岩类型由糜棱岩化岩石逐渐向初糜棱岩、糜棱岩和超糜棱岩过渡。糜棱岩带的叶理面向NE倾斜，倾角中等（45°～60°），与该区变质岩层的区域片麻理产状基本一致。韧性剪切带是在北西走向的紧闭同斜褶皱基础上，随韧性变形逐渐加深形成的。沈保丰等（1994）研究，糜棱岩带岩石常见石英拔丝，斜长石眼球，压力影、S—C组构等。他们对糜棱岩石英C组构的测定表明：a）糜棱岩中石英残斑组构属于典型的高温（＞650℃）组构，应变强，动态重结晶石英组构表现为中温（450～550℃）组构。b）剪切作用经历了较复杂的过程，至少保存了两个阶段的剪切作用，而且两次剪切的方向相反。根据区域构造分析，剪切作用的早期主要表现为右旋，拉伸线理向北东倾伏；剪切作用后期为左旋，为该区金矿运移成矿提供了主要前提。

图9—7　胶辽陆块西缘剪切带分布图

2）王家店-靖宇-光华剪切带

位于胶辽陆块的东北边缘，北起吉林桦甸东，经王家店、天兴向南西至靖宇西至通化大荒沟、光华一带，长150km，宽2～6km。该剪切带北段呈近南北向，南段为NE—SW向。剪切带走向与龙岗穹隆片麻理方向大体一致，呈一向南东突出的弧形。在剪切带中各种糜棱岩、鞘褶皱、构造眼球体到处可见（沈保丰等，1994）。由于目前对该剪切带的研究资料甚少，对它的运动机制尚不清楚。

3）柳河县安口镇剪切带

位于龙岗穹隆西北侧，大体与靖宇-光华剪切带平行分布，长50km，宽0.5～1km。剪切带岩石为糜棱岩化片麻岩、绿泥糜棱岩和绿泥糜棱片岩，与剪切带围岩（灰片麻岩）为渐变过渡。在剪切带中见有斜长角闪岩团块（沈保丰等，1994）。

4）夏家堡-英额门剪切带

位于辽北线金厂麻粒岩区与西南红透山绿岩带的边界处，呈NW—SE向延伸，剪切带微向西南弯曲。剪切面理向北东倾斜，倾角平缓。断续长30余km，宽数百米至1km。该剪切带是线金厂麻粒岩抬升时，逆冲在红透山绿岩带之上形成的。

5）郑家堡子-抚顺大伙房韧性剪切带

位于抚顺市东南，北起抚顺市东大火房水库，向南经章党至郑家堡子，然后向东延伸被中生代花岗岩切断。长达数十公里，宽数百米。该剪切带形成于太古宙花岗岩与鞍山群通什村组的分界处（孙德育等，1993）。剪切带北段面理向西和南西倾斜，倾角30°～50°。剪切带东段面理向南倾，倾角较缓。根据剪切带中小褶皱、长石旋转斑晶的指向，剪切带具右旋走滑性质。从区域上看，鞍山群含铁岩系从歪头山突然向北延伸至抚顺以南，除了受太古宙花岗岩的侵入影响外，可能还与此剪切带的右旋走滑机制有关。此外，在该剪切带的西部鞍山群通什村组岩层中还见有同方向的数条剪切带，规模较小，具有相同的运动机制。

6）辽西剪切带

根据辽宁省地质志，辽宁省地质构造图上有一条十分醒目的NE向剪切带沿辽河盆地西缘的太古宙岩石残块断续出露。北自阜新东，经锦西至锦州以南，长达200km左右。该剪切带大体限定了辽西火山岛弧的西部边界。该剪切带被后期伟晶岩脉和辉绿岩墙切穿，形成时代属早元古代。

7）双山子剪切带

该剪切带位于青龙县东青龙河东侧，双山子岩组与青龙河群分界处。呈北北东向展布，在双山子一带可见露头长达数十公里，宽数公里左右的韧性剪切带。剪切带面理向北西西倾斜，倾角60°左右。该剪切带内岩石受到强烈的挤压、剪切改造，原双山子岩组中的变粒岩、斜长角闪岩均呈大小不等的岩片相互平行叠置。界岭口闪长岩边部强烈片理化，在王杖子西沟还见到有闪长岩片被挤入糜棱岩带之中。青龙河群底部的砾岩受到强烈的压扁，砾石的长短轴之比最大达10:1。白瑾等（1993）指出，青龙河群最终形成于同斜紧闭褶皱及其伴随的韧性剪切带中，与弧陆碰撞过程有关。

8）桑园-隔滦河剪切带

分布于迁安水厂铁矿东侧，呈NE—SW向延伸，斜切迁安片麻岩断续向北东方向延伸。在建昌营以北被中元古代长城系掩盖。该剪切带由几条长度不等、方向一致、倾角变化较大的剪切带组成。根据剪切带中长石残斑的旋转方向判定，它们总体上具有逆冲性质，显示出自西向东的一系列推覆作用。由于早元古代后的多次构造的改造，该剪切带保存较差。张贻侠等（1986）认为，该剪切带是由于迁安岩系向东推覆到迁安片麻岩之上，在推覆体的底部形成的韧性剪切带。

9）尼山-城前-白彦剪切带

分布于泰山杂岩的南缘，西起曲阜尼山以东，向东南经城前至白彦东南，被古生代盖层覆盖，长100余公里，宽0.5km左右。在白彦镇东北可见片麻状花岗闪长岩被强烈糜棱岩化，主要由花岗质糜棱岩组成，石英拔丝、钾长石旋转等较常见。剪切面理为240°∠80°，剪切面上盘向SW方向运动，属右旋剪切。

10）平阳-黑石碴剪切带

分布于平邑县西南，北西自平阳，经四海山北向东南至黑石碴东南，可能与尼山-城前－白彦剪切带会合。呈北西（330°）走向延伸，长100余公里，宽数百米。糜棱岩发育于片麻状花岗闪长岩中，主要由花岗质糜棱岩组成，糜棱岩产状近直立。与尼山-城前-白彦剪切带属同一性质的剪切带。

11）南留-石莱剪切带

分布于泰安市南，呈NW—SE走向延伸，西北自界首南，经南留，向南东至新泰市石莱一带。并向东南延伸被古生界覆盖，断续长百余公里，宽1km左右。根据王新社等（1995）在该剪切带南留地段的研究，剪切带走向320°，糜棱岩面理近直立，略向南西倾斜，拉伸线理近于水平，由数条平行的右旋剪切带组成。单条剪切带宽20～250m。由剪切带边部向内，糜棱岩化程度逐步增加。石英拔丝条纹、钾长石残斑、S—C构造等糜棱岩结构十分发育。经三维有限应变测量，富林指数0.7～0.97，韧性变形为简单剪切并具压扁特点。石英C轴组构有两种，一为中温组构滑移系，温度为400～550℃，反映出右行平移剪切；另一为弱的中温柱面组构，温度550～660℃。石英C轴组构反映为中温条件下的右行平移剪切。

12）扫帚峪剪切带

出露于泰安市北东，北自大牛山口以北，向东延伸经扫帚峪、艾洼东南被第四系覆盖，再向东南在化马湾东侧出露，是否沿走向延伸至徂徕山太平顶一带，待进一步研究证实。该剪切带主要由花岗质糜棱岩组成，糜棱岩带面理近于直立，略向南西倾斜。王新社等（1995）对扫帚峪一带糜棱岩进行的石英C轴组构和透射电镜晶格位错电子衍射图象研究，石英C轴组构以高温结构为主，也有微弱的中温组构。剪切作用以右行剪切为主。剪切带最高温度可达650℃，糜棱岩重结晶作用较强。超显微构造特征表明早期有高温位错和晚期低温位错，表明它们经历了两次韧性变形。

鲁西火山岛弧带内剪切带十分发育，除了上述几条大型的剪切带外，还有许多小型的剪切带。如在新泰市龙廷东见有近南北向的数条花岗质糜棱岩带。糜棱岩带产状为80°∠60°。野外露头观察，这些剪切带具右行剪切。再向东至沂水也见有近南北向的规模不大的剪切带和片理化带。从区域上看，鲁西地区西部韧性剪切作用强烈，自西向东有逐步减弱之势，剪切带的方向也从NW逐步转变为近南北向。

2．韧性剪切带与旋转

上述的韧性剪切带按其成因性质属大型韧性平移断裂。它们都具有陡倾的面理，延伸较长。概括起来有如下基本特点。

1）剪切带沿弧陆碰撞边界有规律地分布。沿胶辽陆块的西侧边界由东北至西南剪切带走向相应发生变化，由NW→EW→NE→SN→NW。这种弧形分布格局与前述陆弧碰撞拼合的边界自然吻合。

2）这些剪切带均沿着碰撞边界向外陡倾，倾角一般都在60°～70°以上。双山子剪切带近于直立，可能因它正处于胶辽陆块西侧边界向西的突出部位有关。

3）这些剪切带均表现为强烈的韧性变形，大都具有中高温糜棱组构特点。矿物粒化、石英拔丝、长石残斑旋转、压力影、矿物的解理和双晶的弯曲，以及长石的变形双晶纹等糜棱岩组构，几乎在每一条剪切带中都能见到。通过对夹皮沟、双山子、鲁西等剪切带中糜棱岩的石英C轴组构测量，它们表现为中高温组构特征，表明这些糜棱岩形成深度较大，剪切作用发生时具有较强的应力和较高的温度。

4）剪切带的运动方向主要反映右旋特征。据沈保丰等（1994）对夹皮沟剪切带的研究，白瑾等（1984,1993）对双山子剪切带的研究，曹国权等（1996）、王新社等（1995）对鲁西剪切带的研究，均得出一个共同的结论，碰撞带内不同地段的剪切带均具有右旋走滑运动特征，拉伸线理均较平缓，大多为20°～30°。

5）这些剪切带大都保留有两期韧性变形的组构，早期以韧性剪切为主，晚期韧脆性，它们经历了较复杂的变形历史。

通过以上叙述，我们认为这些韧性剪切带的发生发展过程，总体上受弧陆碰撞的区域构造背景控制，是早元古时期胶辽陆块与迁怀陆块、晋冀陆块、豫皖陆块拼合碰撞的必然结果。由于这些剪切带大都表现为顺层（或早期片麻理）剪切滑动，没有较好的参照物作为标志层，因此对每条剪切带的位移量难以确定，有待今后深入研究。

图9—8　中朝古*东部陆块演化模式图