郯庐断裂带与合肥盆地的断裂-沉积响应
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发布时间：2022-05-05 10:08
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时间：2022-06-27 08:21
合肥盆地是一个具有“早期挤压、后期拉张”的复合型叠加盆地。侏罗纪时期主要受大别造山带控制,属于挤压型前陆盆地。早白垩世初是一次重要转型期,之后,盆地整体进入了拉张阶段,郯庐断裂对盆地的影响逐渐加强,断陷盆地叠加在前期前陆盆地之上。这种不同构造系统的转换主要受控于盆地两大边界构造带活动时间和强度的差异,早期挤压性前陆盆地是后期断陷盆地发育的基础,同时后期的拉张活动对前期盆地的改造作用较大。
1.盆地基本特征及构造格架
(1)盆地基底性质
合肥盆地基底埋深从西向东、从北向南变深,显示出受大别造山带与郯庐断裂带的双重控制作用。由于侏罗纪期间合肥盆地为大别造山带北部的前陆盆地,盆地格局呈现为向南变深的挠曲型坳陷,从而盆地基底南深、北浅。在早白垩世初郯庐断裂带的走滑运动后,K1-E转变为断陷盆地。在断陷活动期间,由于郯庐断裂带的强烈伸展运动,进一步加深了盆地东部的下陷,所以合肥盆地总体上呈现东深西浅的格局。
合肥盆地基底是由大别山北部印支期前陆变形期定形的。盆地近东西向的信阳-舒城断裂、六安断裂、蜀山断裂、肥中断裂、耿集断裂、寿县-定远断裂在印支期都为南倾的大型逆冲断裂。它们的逆冲活动及其强弱控制了盆地基底变形及原先地层的保存状况。合肥盆地内近东西向的逆冲断层在郯庐断裂带旁明显变多,并且上述大型逆冲断层在断裂带旁发生了左旋的牵引弯曲。这表明印支期前陆变形时郯庐断裂带就发生了左行平移,属于造山运动中的转换断层。
合肥盆地基底的古生界地层目前分布状况也明显受印支期逆冲构造控制。上古生界有规律地分布在六安断裂、蜀山断裂、肥中断裂、耿集断裂的下盘(北侧),而下古生界地层则分布在蜀山断裂、肥中断裂、耿集断裂的上盘(南侧)。大别山北侧、六安断裂以南,由于强烈的逆冲、剥蚀,古生界地层全部消失。盆地西部由于靠近大别造山带,古生界地层的保存明显差于盆地东部。盆地东部的郯庐断裂带旁侧,虽然逆冲断层的数量增加,但是可能相应逆冲幅度降低,从而古生界地层在逆冲运动的抬升、剥蚀相对较弱,保存较好。霍邱凸起的中西部古生界地层大面积缺失,可能与寿县-定远断裂的强烈逆冲有关。总之,合肥盆地基底古生界地层的保存状况,与印支期基底上逆冲活动具有密切的关系。
(2)盆地主要断裂及活动规律
1)主要断裂分析。根据现有的地质、地球物理资料分析,盆地边界及内部共有8条大断裂,其中盆地边界大断裂4条,盆地内部大断裂4条(图3-18)。断裂走向主要为近东西向,共6条;北北东向大断裂2条。其中东界上的郯庐断裂带的介绍在此略去。
a.吴集断裂。吴集断裂是盆地的西部边界断裂,也称为南照集-口孜集断裂或丰(沛)涡(阳),总体走向北北东。该断裂北起山东丰县,经豫皖边境地区、涡阳、口孜集、南照集等地,延入合肥盆地的西部边界,构成了长山隆起与颍上凹陷的边界断裂。该断裂基本上被新生界覆盖,只在四十里长山地区出露有受断层所影响的一些构造现象。盆地西界的吴集断裂北起颖上县的南照集,向南经霍邱县的周集西部,在沈老庄以南与肥中断裂相交,该段长约50km。
重、磁异常图显示吴集断裂向南过肥中断裂后呈断续延伸而进入大别山。由于后期东西向大型正断层的活动,一些东向西向的凹陷向西越过吴集断裂后继续延入河南境内,指示吴集断裂南段在伸展期活动微弱,强度明显不如北段。
图3-18 合肥盆地构造纲要图
b.信阳-舒城断裂。信-阳舒城断裂为北淮阳逆冲-推覆带的前缘断裂带,由一系列断面南倾的叠瓦冲断层组成,呈向北突出的近东西向弧形展布,构成了合肥盆地的南界。该南界断裂使佛子岭群向北逆冲于侏罗纪三尖铺组之上,构成了侏罗纪时合肥盆地南部边界。早白垩世—古近纪,由于合肥盆地南部舒城凹陷为北断南超的格局,这时合肥盆地地南界变成了沉积超覆的边界,目前保留的上白垩统-古近系边界已经是残留边界。
c.寿县-定远断裂。大量的地球物理与地质资料显示,盆地的北界为寿县-定远断裂,走向为近东西至北西西向,全长约180km。这两条断裂曾被认为一条连续的断裂,而新的地球物理资料揭示是由寿县断裂和定远断裂两条组成,其间为北西向的耿集左行错断,这两条断裂皆向南倾,以北为淮南断褶带,以南分别为颍上凹陷、霍邱凸起、定远-大桥凹陷。这两条断裂起源于印支期向北逆冲的断裂带,在早白垩世中期-古近纪转变成正断层,控制南侧的张桥组和定远组沉积,从而形成定远-大桥凹陷与颍上凹陷北部。
d.肥中断裂。肥中断裂是将合肥盆地分割为南、北两大块的重要断裂,为走向近东西、断面南倾的正断层,倾角60°~80°,全长约180km,断距达4000m以上。它向西延伸进入河南境内。在合肥盆地的肥中断裂,西起霍邱县四十里长山南麓,往东经寿县隐贤集南,过肥东县梁园镇后向东与郯庐断裂相交。地震剖面上指示断裂形态为上陡下缓的铲形,控制发育了南侧上白垩统一古近系楔形体沉积体。
e.六安断裂(也称肥西-韩摆渡断裂)。六安断裂位于合肥盆地中南部,西起霍山县叶集南,向东经六安市南,东部止于郯庐断裂,总体走向近东西向,盆地内长约150km。在地震剖面上也表现为断面南倾。该断裂也是起源于印支期向北运动的逆冲构造,在白垩世中期-古近纪转变成正断层,控制了舒城凹陷的形成。
.f蜀山断裂。蜀山断裂位于肥中断裂之南,宏观走向亦近东西,东起郯庐断裂带附近,经肥东、合肥、金桥、六安、姚李南后向西出研究区;在六安以东段呈近东西向,六安向西至研究区边缘呈波状弯曲,盆地内延伸长度约170km。在地震剖面上,断面南倾,控制沉积了南侧下降盘的上白垩统与古近系。该断裂性质与肥中断裂类似,印支期为挤压冲断,燕山-喜马拉雅期转变成正断层。
g.耿集断裂。耿集断裂东段走向近东西向,向东与郯庐断裂相交;西段走向北西西,向西与寿县断裂相交,断面南倾。该断裂断距较大,其南有巨厚的白垩系、侏罗系,其北中、新生界较薄。推测该断裂形成于印支期,表现为挤压逆冲,燕山-喜山早期则以拉张为主,但燕山晚期先逆冲后拉张正断仍较为明显,造成上白垩统较普遍不整合于下白垩统及中上侏罗统之上。
上述边界大断裂和盆地内部大断裂基本上控制了盆地中、新生界发育特征和构造格局,在盆地的形成演化方面具有较大的影响。
2)断裂活动规律。
a.北北东向断裂。合肥盆地的东界与西界断裂分别为北北东向的郯庐断裂带与吴集断裂。
郯庐断裂带起源于印支期华北与扬子板块的陆-陆碰撞,当时为左旋转换断层,在左行错开大别、苏鲁造山带中使合肥盆地东部叠加了走滑挠曲盆地(前陆盆地东部),控制了盆地的侏罗系沉积。在早白垩世初,郯庐断裂带再次发生了左行平移,使张八岭隆起抬升,此时盆地内缺失沉积。在早白垩世中期至古近纪期间,郯庐断裂带转变为伸展活动,控制了合肥盆地东部的断陷,使朱巷组、响导铺组、张桥组与定远组在盆地东部沉积变厚。新近纪以来,随着合肥盆地受挤压抬升,郯庐断裂带转变为逆冲活动。
北北东向的吴集断裂,其西为长山隆起,其东为颖上凹陷。长山隆起上形成了一系列北北东向的左行平移构造,次级断裂发育,断裂处岩石破碎,硅化强烈,并出现了一系列沿断裂侵入的北北东向早白垩世中-酸性岩墙。由此可见,吴集断裂起源于早白垩的左行平移,是郯庐断裂带早白垩世左行平移活动的旁侧断裂。这期间该断裂的左行平移,形成造成了西侧的长山隆起。在早白垩世中期-古近纪该断裂带也转变成正断层,控制了东侧北北东向的颍上凹陷。
b.近东西向断裂。合肥盆地近东西向断裂主要有北界的寿县-定远断裂、盆内的肥中断裂、蜀山断裂、六安断裂及南缘的信阳-舒城断裂东段。这些断裂断面都向南倾,指示了与大别造山带的密切关系。在地震剖面上,这些断裂在印支面以下,在侏罗系地层中表现为逆冲断层,使岩片叠置,老地层盖在新地层之上。而在白垩纪至新近系中这些断层又呈现为正断层,合肥盆地内这些近东西向断层,起源于华北与扬子板块沿大别造山带的陆-陆碰撞中,当时为前陆变形中的逆冲断层。在白垩纪-古近纪的伸展活动中,这些早期逆断层发生反转,成为控制断陷沉积的正断层。
c.北西、北西西向断裂。盆地南缘的北西向信阳-舒城断裂西段及龙梅断层,出露地表,断面南倾、向北逆冲的大型逆冲断裂。这两条断裂形成于大别碰撞造山的印支-早燕山期,是当时大别造山带北缘的大型逆构造。在早白垩世中期-古近纪的伸展活动中,这两条断裂未显示强烈的活动,亦未反转成正断层。
合肥盆地内其它的北西、北西西向断裂,如耿集断裂,也形成于印支-早燕山期,是前陆变形期的逆冲断裂。
3)典型构造样式。
合肥盆地自印支运动以来,其动力学背景几经转换,主要经历了印支、燕山、喜马拉雅三期构造运动,分别形成了压性构造样式、伸展构造样式和走滑构造样式以及复合构造样式4种类型。
a.压性构造样式。挤压构造是盆地内的典型构造样式,各时期的挤压作用在不同地区表现出不同的构造样式。
①顶板反冲双重构造。在盆地南部大别山边缘信阳山前冲断带内主要表现为“背驼式”顶板反冲双重构造体,由于受冲断层系作用,下盘断坪切入基底,上盘断坪归并于印支面底部,形成顶板断层,印支面具反冲性质。冲断造成地层“背驼”式缩短叠加,形成双重构造体。
②反冲断层和构造三角带。主要发育于肥中断裂及其以北地区的中下侏罗统中,断面北倾、向南反冲,为燕山中晚期(晚侏罗世-晚白垩世早期)的产物。
③背冲构造。在一个构造单元中,两组倾向相反的断层自中部向两侧逆冲,构成背冲构造。主要发育于盆内南缘的中生代地层及在肥中断裂南侧的古近系中,为喜山晚期挤压隆升活动的产物。
b.伸展构造样式。本区的伸展构造主要包括鼻状构造、地堑和地垒构造等。
①断鼻构造。区内鼻状构造较为发育,是较为有利的圈闭构造类型,目前比较落实的有木厂埠断鼻构造、义城断鼻构造等。
②地堑和地垒构造。主要发育于盆地的中、新生代地层中。喜马拉雅早期的区域不均衡拉张是其形成的主要原因,不均衡张性作用往往引起一些倾向相反的正断层相互组合,将沉积盆地分割成地堑与地垒相间的构造格局。
c.走滑构造样式。花状构造是走滑作用的典型特征,合肥盆地在294.0测线上见到了特征较为典型的负花状构造。该构造实际上是燕山期以来多期不同性质的断裂长期活动的结果,侏罗纪时主要为小规模挤压冲断,晚侏罗-早白垩世发育由西向东的冲断并造成了西侧上升盘侏罗系的剥蚀减薄;而晚白垩—古近纪则表现为典型的负花状构造,以系列张性断裂组合为特征,控制了断裂带内的上白垩统—下第三系沉积。该断裂走向为NE,属于郯庐断裂系的次级断裂。
d.复合构造样式。反转构造是一种典型的叠加复合构造,按其构造叠加活动的序次,由挤压或压扭构造叠加在拉张或张扭构造之上称为正反转构造,反之称为负反转构造。合肥盆地的负反转构造十分发育,主要表现为印支期逆断层在喜马拉雅早期沿原冲断面回落,逆断层转换为正断层。在六安断裂、蜀山断裂、肥中断裂等断裂的下降盘均发育负反转构造,尤以蜀山断裂下降盘最为典型。蜀山断裂早期为一逆冲断层,侏罗系及其部分白垩系遭受剥蚀,到了喜马拉雅早期,蜀山断裂转为拉张,在其下降盘沉积了古近系,形成了现今的构造形态。
(3)构造单元划分
合肥盆地中生界侏罗系、白垩系主要分布在盆地的东南部,沿郯庐断裂带和大别造山带接合部前沿沉积最厚,向西、向北减薄,明显受郯庐断裂控制。至古近纪沉积期,盆地发生转换调整,形成近东西向断裂控制下的凹凸相间的构造格局。现根据古近、新近纪的构造发育及现今结构特点,可将盆地划分为四凹两凸,自南向北依次是舒城凹陷、六安凸起、丁集-肥东凹陷、霍邱凸起、定远-大桥凹陷及霍邱凸起西北侧的颍上凹陷(图3-18)。
2.郯庐断裂带对盆地断裂和沉积的控制
(1)郯庐断裂带与盆地断裂
1)郯庐断裂带印支平移启动期。合肥盆地东侧郯庐断裂带旁,近东西向的前陆逆冲断层明显增多,前陆变形加强,这是由于当时郯庐断裂带活动而使盆地东侧应力集中所致;另一方面,由于郯庐断裂带造山期的左行平移,使得同时形成的盆地基底近东西向逆冲断层的走向发生牵引弯曲,在郯庐断裂带附近成为北东东向。六安断裂、蜀山断裂、肥中断裂、寿县-定远断裂在郯庐断裂带旁都出现了走向向北东偏转的现象。因而,合肥盆地基底构造是前陆变形中形成的,其动力来自华北与扬子板块的碰撞。但是,由于当时郯庐断裂带的活动,盆地东侧基底的前陆变形构造受到郯庐断裂带当时左行平移活动的影响,主要表现为前陆变形的加强与断裂带旁前陆变形构造受到牵引弯曲。在整个侏罗纪期间,张八岭隆起影响着合肥盆地东部的沉积。
2)郯庐断裂带早白垩世初左行平移期。早白垩世初,由于太平洋区板块的强烈活动,郯庐断裂带再次发生大规模的左行平移。同时,整个中国东部都受到这一强大的左旋剪切的影响,形成了一系列北北东—北东向的左行平移断裂,包括合肥盆地西部的吴集断裂及相应的长山隆起。在郯庐断裂带平移阶段,合肥盆地内部近东西向的大型断裂并没有发生活动,因而郯庐断裂带的这期平移活动没有对盆地内部这些近东西向断裂产生影响。盆地西界吴集断裂的形成与左行平移,是郯庐断裂带早白垩世初平移活动的伴生产物,两者发生于同一区域动力学背景下。
3)郯庐断裂带伸展活动期。中国东部在早白垩世中期开始,出现了岩石圈减薄,呈现伸展活动。这一伸展活动使得先存不同走向的断裂发生断陷而控制断陷盆地。伸展断层与断陷盆地的发育时间,表明这期伸展活动持续至古近纪末。在此伸展活动期间,合肥盆地内部及其周边的近东西向断裂与北东向断裂都被重新调整转变成为正断层,并控制合肥盆地的沉积发育。盆地内部呈现为北断南超,吴集断裂为东倾正断层,而郯庐断裂发育成西倾的大型正断层。
4)郯庐断裂带新近纪挤压活动期。新近纪以来,由于西太平洋的弧后扩张向西推挤着中国东部*,以及印度板块碰撞而造成的向东挤出作用,使得中国东部出现了近东西向的挤压作用,但由于是板块边界上作用力的远程效应,这期的挤压作用力并不十分强烈,主要是发生了局部的逆冲断层活动,没有显著的、区域性的褶皱发生。
对于合肥盆地而言,近东西向的断裂由于平行于挤压力方向,受影响微弱,而东西边界上的郯庐断裂带与吴集断裂却发生了逆冲活动。由于动力较弱,这期北东向断层的逆冲活动,影响范围只限于盆地东、西边界上。
由前述可知,巨型的郯庐断裂带活动,都是区域动力学的作用结果。无论是郯庐断裂带,还是盆地中的其他断裂,也都是各期区域动力作用下的产物。合肥盆地内不同方向、不同类型的断裂活动,主要决定于区域动力学的作用方式。而大型断裂带旁侧的构造强化现象是断裂活动的必然表现。
(2)盆地形成机理与演化
1)印支期前陆变形与盆地基底形成。印支期华北与扬子板块沿大别造山带发生陆-陆碰撞,其北部的华北板块南缘处于前陆变形带上,合肥盆地的基底正是在此前陆变形带上。这一时期盆地基底主要表现为自南向北的逆冲断层活动。同时,由于郯庐断裂带在此碰撞期间的陆内转换断层活动,左行错开了大别与苏鲁造山带,而其间的变质岩断片就为张八岭隆起,成为之后发育的合肥盆地的东界。
2)侏罗纪前陆盆地阶段。合肥盆地侏罗系沉积格局总体上呈现为典型的前陆盆地。它是华北、扬子板块沿大别造山带陆-陆碰撞中,大别造山楔向北逆冲在华北板块南缘,使华北板块南侧在造山楔重力负荷下发生挠曲坳陷,从而出现了合肥前陆盆地。前陆盆地的北界应是当时的淮南-蚌埠前陆隆起。盆地南厚北薄的楔状沉积及大别山北坡的冲积扇,就是大别造山带隆升的沉积响应。
早侏罗世盆地南部出现最强的沉降-沉积过程,中、晚侏罗世时盆地南部沉降-沉积强度显示变弱的趋势。大别造山带详细的热年代学研究显示(李曙光等,1998),造山带在228~210Ma(晚三叠世)和200~190Ma(早侏罗世)期间经历过两次快速折返、抬升,而第二次快速抬升与合肥盆地内早侏罗世最强的沉降-沉积完全对应。大别造山带内缺乏中、晚侏罗世快速抬升的记录也与合肥盆地内缺乏该期间强烈沉降记录相吻合。因而,合肥盆地内的沉积记录从沉积学角度表明大别造山带经历过早侏罗世的快速折返、抬升与随后中、晚侏罗世的构造平静期。
早侏罗世时合肥盆地东部的郯庐断裂带旁侧出现了明显的沉降-沉积带,在中、晚侏罗世时这一北东向的沉降-沉积带连续出现,更加突出,其幅度超过了大别山山前带。印支期郯庐断裂带所形成的张八岭隆起,在随后侏罗纪合肥盆地发育阶段控制了盆地东部的沉积,出现了较厚的侏罗系充填。因而,侏罗纪时期合肥盆地总体上是受控于大别造山带隆升的前陆盆地,但东部同时受控于郯庐断裂带所在的张八岭隆起,属于复合型前陆盆地。
3)早白垩世初期走滑阶段。早白垩世初期郯庐断裂带再次被利用而发生左行平移。同时,还形成了西侧北北东向左行平移的吴集断裂。这两个北北东向的左行平移断裂及其所在的张八岭隆起与长山隆起,就构成了随后所出现的合肥断陷盆地的东、西边界。这期间由于区域性的挤压隆起,合肥盆地内没有出现沉积响应。
4)早白垩中期—古近纪断陷盆地阶段。合肥盆地此时正处于全面的伸展发育阶段,呈现为复合式断陷盆地。盆地东部与西部,受北北东向边界断裂——郯庐断裂带与吴集断裂的伸展控制,出现了北北东向的半地堑式断陷盆地。同时,盆地北界及内部近东西向、南倾断裂(寿县-定远断裂、肥中断裂、六安断裂)的伸展活动,又控制出现了近东西向、北断南超的半地堑式盆地。从而,伸展期合肥盆地的断陷活动同时受盆地边界上的北北东向断裂与北界和内部近东西断裂伸展的共同控制,表现为复合断陷盆地。
5)新近纪以来坳陷盆地阶段。渐新世—中新世,印度板块和欧亚板块最终碰撞拼接,以及菲律宾板块的吕宋弧与欧亚板块斜向碰撞,使我国遭受强烈的挤压作用,导致古近系伸展盆地的回返及消亡。新近纪以来,合肥盆地整体进入了坳陷盆地阶段,盆地西北部的颖上凹陷表现较明显。与此同时,盆地边界断层发生正反转,伸展断层转变成冲断层,如沿张八岭隆起西缘的郯庐断裂带内就常见逆冲构造。合肥盆地内上白垩统-古近系中局部也发育了小型逆冲断层,即为该期构造挤压作用的表现;同时该期构造抬升也造成了较大规模剥蚀作用。
总之,由于受大别造山带和郯庐断裂的双重控制和影响,合肥盆地的构造演化复杂,形成了集前陆、断陷和坳陷盆地于一体的复合型残留盆地。
