洞庭盆地湘陰凹陷南段構(gòu)造特征及動力機制

柏道遠,李 彬,姜 文,李銀敏,蔣啟生

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院,長沙 410016)

洞庭盆地在白堊紀—古近紀期間為一由多個NE向次級凹陷組成的斷陷盆地[1-7], 并為第四紀斷陷(早期)或坳陷(晚期)盆地所疊合[8-9]。湘陰凹陷為白堊紀—古近紀洞庭盆地最東面的次級凹陷, 文獻[10]對該凹陷北段的控盆斷裂和盆地性質(zhì)進行了探討, 但對凹陷南段的構(gòu)造特征尚缺乏研究。調(diào)節(jié)帶或轉(zhuǎn)換帶是斷陷盆地發(fā)展過程中形成的重要構(gòu)造[11-16], 柏道遠等即推斷常德-安仁基底隱伏斷裂于白堊紀—古近紀派生的小規(guī)模NW向斷裂作為調(diào)整構(gòu)造, 控制了湘陰凹陷、湘潭盆地西支(湘鄉(xiāng)凹陷)、株洲盆地、醴攸盆地等NNE向斷陷盆地的南西端部邊界以及衡陽盆地的北東邊界[17](圖1),但缺乏調(diào)整構(gòu)造的具體證據(jù)及相關構(gòu)造樣式的研究。

近年來,筆者在進行1∶5萬區(qū)調(diào)項目的過程中,通過地表地質(zhì)調(diào)查,結(jié)合物探、鉆探手段(主要用于第四系下伏基巖屬性確定和隱伏斷裂探測),對湘陰凹陷南段構(gòu)造特征進行了研究,初步明確了主控盆斷裂,厘定了盆地復雜構(gòu)造格局特征,探討了盆地形成的動力機制。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于洞庭盆地東南部,跨NW向常德-安仁基底隱伏大斷裂(構(gòu)造-巖漿隆起帶)的中段(圖1)。區(qū)內(nèi)出露新元古代冷家溪群、板溪群、南華系—志留系、泥盆系—二疊系、白堊系—古近系和第四系等多時代地層(圖2, 為反映盆地構(gòu)造,圖中僅表示前第四系基巖)。其中冷家溪群為一套活動大陸邊緣弧后盆地火山-碎屑沉積,板溪群—南華系為裂谷盆地火山-碎屑沉積,震旦系—下奧陶統(tǒng)為被動大陸邊緣盆地陸源碎屑夾少量碳酸鹽、硅質(zhì)、錳質(zhì)沉積,中奧陶統(tǒng)—志留系為前陸盆地砂、泥質(zhì)和少量碳酸鹽沉積,泥盆系—二疊系為陸表海陸源碎屑、碳酸鹽夾硅質(zhì)沉積,白堊系—古近系為陸相斷陷盆地紅色碎屑沉積[18]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖(據(jù)文獻[17])Fig.1 Regional geological sketch mapa—白堊紀—古近紀洞庭盆地次級構(gòu)造單元[6]:Ⅰ—澧縣凹陷;Ⅱ—太陽山凸起;Ⅲ—安鄉(xiāng)—常德凹陷;Ⅳ—目平湖凸起;Ⅴ—沅江凹陷;Ⅵ—麻河口凸起;Ⅶ—湘陰凹陷

北部出露桃江巖體和滄水鋪巖體、西南部出露溈山巖體的印支期(晚三疊世)花崗巖(圖2), 成巖年齡為211～222 Ma[18-19], 形成于印支運動(中三疊世后期)之后的后碰撞構(gòu)造環(huán)境[20-23]。

研究區(qū)西部NEE向灰山港復向斜和東南部NW向東湖塘復向斜構(gòu)成研究區(qū)前白堊紀主體構(gòu)造格架(圖1、 圖2)， 兩復向斜均卷入了上古生界下伏不整合面,形成于印支運動。斷裂構(gòu)造較發(fā)育,主要有NE、NEE、NW和NWW向等4組,其中NE向和NW向斷裂多為白堊紀—古近紀控盆正斷裂,部分繼承先期逆斷裂活動;NEE向和NWW向斷裂多為逆斷裂,前者主要與印支運動中NNW向擠壓有關,后者與常德-安仁基底隱伏斷裂在加里東運動和晚三疊世印支運動(晚幕)中右行走滑派生NNE向擠壓有關[17]。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.2 Geological sketch map of the study area E2zc—始新世中村組;KEb—白堊系-古近系百花亭組;P-D —二疊系—泥盆系;S-Nh—志留系—南華系;Qb2—青白口系板溪群;Qb1—青白口系冷家溪群;γT—三疊紀花崗巖;1—隱伏古近紀玄武巖;2—地質(zhì)界線;3—角度不整合界線、盆地沉積超覆線;4—斷裂;5—控盆正斷裂(齒向示下降盤); 6—一級構(gòu)造調(diào)節(jié)帶及編號;7—二級構(gòu)造調(diào)節(jié)帶及編號;8—盆地構(gòu)造單元分界;9—物源方向;10—巖層產(chǎn)狀;11—控盆斷裂編號;12—盆地構(gòu)造單元編號;13—次級構(gòu)造單元編號;14—地質(zhì)或物探剖面位置。盆地構(gòu)造單元名稱:Ⅰ—朱良橋深洼陷;Ⅱ—岳家橋-雷公橋淺洼陷:Ⅱ1—回龍鋪次級洼陷,Ⅱ2—謝家灣次級隆起,Ⅱ3—南田坪次級洼陷,Ⅱ4—雷公橋次級洼陷;Ⅲ—橫市淺洼陷;Ⅳ—趙家府洼陷。主要斷裂名稱:F1—烏山斷裂;F2—新橋灣斷裂;F3—石子塘斷裂;F4—歷經(jīng)鋪斷裂;F5—壩塘斷裂;F6—檀木橋斷裂;F7—雙鳧鋪斷裂;F8—橫市斷裂;F9—斗米潭斷裂;F10—煤炭壩斷裂;F11—三陽堂斷裂;F12—歐家大沖斷裂;F13—白馬塘斷裂;F14—新屋沖斷裂;F15—郭家嘴斷裂;F16—朱家壩斷裂;F17—石家沖斷裂;F18—煙山塘斷裂;F19—河溪水斷裂。構(gòu)造調(diào)節(jié)帶名稱:AZ1—夏鐸鋪調(diào)節(jié)帶;AZ2—壩塘調(diào)節(jié)帶;AZ3—雷公橋調(diào)節(jié)帶;AZ4—涌泉山調(diào)節(jié)帶;AZ5—雙鳧鋪調(diào)節(jié)帶;AZ6—黃材調(diào)節(jié)帶

值得指出的是,灰山港復向斜和東湖塘復向斜的走向差異反映其形成于不同的動力機制。從北鄰湘北石門地區(qū)印支運動構(gòu)造線呈EW向[24]、南鄰湘東南—湘中盆地印支運動構(gòu)造線呈NNE-NE向[25-26]來看,居間的灰山港復向斜的NEE走向應屬區(qū)域構(gòu)造線方向,與區(qū)域NNW向擠壓有關?；疑礁蹚拖蛐本o鄰南西面的常德-安仁NW向構(gòu)造隆起或復背斜(圖1),而后者的形成與印支運動中常德-安仁基底隱伏斷裂的逆沖有關[17],該復向斜應與常德-安仁斷裂深部逆沖及NW向復背斜的約束有關。

本區(qū)經(jīng)歷了武陵(晉寧)、加里東、印支、早燕山等幾次具擠壓造山性質(zhì)的主要構(gòu)造運動,分別造成板溪群與冷家溪群、上古生界與前泥盆系、上三疊統(tǒng)(或侏羅系)(區(qū)內(nèi)缺少物質(zhì)記錄)與上古生界、白堊系與前白堊系之間的角度不整合[17]。

2 凹陷南段總體構(gòu)造格局

由于經(jīng)歷過古近紀中晚期區(qū)域NE向擠壓和古近紀末—新近紀初區(qū)域NW向擠壓變形[27],加之后期剝蝕,現(xiàn)今湘陰凹陷南段實為殘留盆地。盡管如此,地層展布、盆緣和盆內(nèi)斷裂以及盆地基底起伏特征等仍反映出原始盆地較復雜的隆-凹構(gòu)造格局(圖2)。 根據(jù)沉積分布、 控盆斷裂和基底埋深, 湘陰凹陷南段可進一步劃分為朱良橋深洼陷(Ⅰ)、 岳家橋-雷公橋淺洼陷(Ⅱ)、 橫市淺洼陷(Ⅲ)以及趙家府洼陷(Ⅳ)等4個構(gòu)造單元。 其中岳家橋-雷公橋淺洼陷(Ⅱ)可進一步分為回龍鋪次級洼陷(Ⅱ1)、 謝家灣次級隆起(Ⅱ2)、 南田坪次級洼陷(Ⅱ3)、 雷公橋次級洼陷(Ⅱ4)等4個次級構(gòu)造單元。需要指出的是,朱良橋深洼陷、岳家橋-雷公橋淺洼陷和橫市淺洼陷自北西往南東依次排布并相連,組成湘陰凹陷的主體;而趙家府洼陷位于主體凹陷的北西側(cè),與主體凹陷的北西殘留邊界相距4～9 km,其控盆構(gòu)造也有別于主體凹陷,嚴格而言并非湘陰凹陷的組成部分。盡管如此,出于研究需要和論述方便,本文仍將趙家府洼陷作為湘陰凹陷南段的次級構(gòu)造單元。

3 凹陷南段沉積特征

湘陰凹陷南段盆地充填地層自下而上包括百花亭組(KEb)和中村組(E2zc), 前者分布于盆地邊緣,后者分布于寧鄉(xiāng)以北的盆地內(nèi)部。 百花亭組主要為一套紫紅色礫巖, 其中：底部為粗礫巖-巨礫巖, 為盆緣洪積或沖洪積; 往上為細礫巖-中礫巖夾砂巖、 粉砂巖透鏡體, 為辮狀河沉積;局部夾含礫粉砂質(zhì)泥巖-泥質(zhì)粉砂巖, 屬辮狀河三角洲平原的洪泛沉積。 中村組總體為紫紅色含泥質(zhì)長石巖屑雜砂巖、 粉砂質(zhì)泥巖、 泥質(zhì)粉砂巖夾含鈣質(zhì)粉砂巖、 泥巖、 泥灰?guī)r及泥晶灰?guī)r透鏡體, 為濱淺湖沉積。 寧鄉(xiāng)北西面的青華鋪一帶, 百花亭組與中村組之間發(fā)育有厚7.6～52.9 m的隱伏玄武巖(圖2)。 研究區(qū)北東角寧鄉(xiāng)-朱良橋-烏山地區(qū)主要為第四紀洞庭盆地邊緣沉積, 白堊系—古近系露頭很少,其完整的沉積序列和詳細巖性組合特征不甚清楚。

受物源區(qū)地層巖性控制, 百花亭組礫巖的礫石成分橫向上變化較大。

4 凹陷南段構(gòu)造特征

4.1 構(gòu)造單元特征

如前所述,湘陰凹陷南段可進一步劃分為4個構(gòu)造單元,以下分別闡述其構(gòu)造與沉積特征。

4.1.1 朱良橋深洼陷(Ⅰ) 位于北東部,實際屬湘陰凹陷主體部分。 其主控盆斷裂為南東側(cè)的烏山斷裂F1(圖2); 北西側(cè)未見盆緣斷裂發(fā)育, 但不排除往盆內(nèi)方向存在隱伏的NE向東傾正斷裂的可能。 洼陷東、 西邊緣發(fā)育百花亭組礫巖(圖3a), 中部發(fā)育中村組粉砂質(zhì)泥巖-泥質(zhì)粉砂巖(圖3b)。由于第四系沖積層覆蓋, 中部中村組及東緣百花亭組僅見極少量零星露頭。 地球物理勘探顯示， 北面湘陰一帶基底埋深達2 000～3 000 m, 推測研究區(qū)基底埋深可達1 000～2 000 m。

圖3 朱良橋深洼陷代表性巖石Fig.3 Typical sedimentary rocks in Zhuliangqiao deep depressiona—洼陷西緣百花亭組礫巖(楓樹山); b—洼陷中部中村組粉砂質(zhì)泥巖(穆公塘)

4.1.2 岳家橋-雷公橋淺洼陷(Ⅱ) 已屬湘陰凹陷南西端部, 因此基底埋深明顯變小, 導致前白堊紀基底大量出露(圖2)。 受內(nèi)部不同規(guī)模的NE向和NW向斷裂控制, 該洼陷呈現(xiàn)較復雜的隆-凹構(gòu)造格局, 自北西向南東可劃分為回龍鋪次級洼陷(Ⅱ1)、 謝家灣次級隆起(Ⅱ2)、 南田坪次級洼陷(Ⅱ3)、 雷公橋次級洼陷(Ⅱ4)等4個次級構(gòu)造單元。

回龍鋪次級洼陷(Ⅱ1)為岳家橋-雷公橋淺洼陷(Ⅱ)的主體。 次級洼陷的主控盆斷裂為東南側(cè)的NE向歷經(jīng)鋪斷裂F4, 為一傾向NW的正斷裂。

受歷經(jīng)鋪斷裂控制,盆地基底總體傾向SE, 具箕狀盆地特征(圖4)。次級洼陷北西緣發(fā)育規(guī)模較小的NE向正斷裂斗米潭斷裂F9、 煤炭壩斷裂F10、 三陽堂斷裂F11、 歐家大沖斷裂F12等, 斷裂傾向SE或NW,從而于煤炭壩一帶發(fā)育更次一級的煤炭壩小隆起(出露二疊系茅口組—大隆組)以及西面的煤炭壩小斷陷(圖2、圖5)。 該次級洼陷內(nèi)百花亭組礫巖特征和成分因地而異, 并反映出物源補給方向(圖2)。 煤炭壩西面的小斷陷內(nèi)以含礫砂層和細礫巖為主(據(jù)鉆探巖心)。 煤炭壩-回龍鋪一帶, 底部為棱角狀巨礫巖, 礫石成分主要為大隆組硅質(zhì)巖; 往上為次棱角—次圓狀中—粗礫巖(圖6a), 礫石成分有硅質(zhì)巖、 脈石英、 石英砂巖、 粉砂巖等,主要源于灰山港-岳家橋一帶的泥盆系—石炭系碎屑巖。 在南部大成橋一帶為粗礫巖, 礫石成分以灰?guī)r為主, 源于北面二疊系陽新統(tǒng)棲霞組和茅口組灰?guī)r。 在回龍鋪南面的盆地南緣陳家灣, 出露紫紅色中礫巖夾砂礫巖透鏡體(或粗砂透鏡體)(圖6b), 礫石成分有粉砂巖、 石英砂巖、 角巖、 硅質(zhì)巖、 花崗巖等, 源于南西面的泥盆系碎屑巖及溈山巖體和其外接觸帶角巖。

圖4 岳家橋-雷公橋淺洼陷剖面結(jié)構(gòu)(剖面位置、 斷裂名稱同圖2)Fig.4 Tectonic section across Yuejiaqiao-Leigongqiao shallow depression

圖5 煤炭壩西面視電阻率二維反演斷面及地質(zhì)解釋(剖面位置見圖2)Fig.5 2D inversion cross section and geological interpretation of apparent resistivity in the west of Meitanba

圖6 回龍鋪次級洼陷代表性巖石Fig.6 Typical sedimentary rocks in Huilongpu secondary depressiona—盆地西緣次棱角—次圓狀碎屑巖質(zhì)中—粗礫巖(向家沖); b—盆地南緣復成分中礫巖夾砂礫巖透鏡體或粗砂透鏡體(陳家灣)

謝家灣次級隆起(Ⅱ2)受控于NE走向、 傾向NW的正斷裂歷經(jīng)鋪斷裂F4, 是該斷裂下盤(東盤)發(fā)生抬升的產(chǎn)物。 次級隆起內(nèi)部尚發(fā)育有NE向正斷裂石子塘斷裂F3(圖2)。 南田坪次級洼陷(Ⅱ3)受控于NE走向、 傾向NW的正斷裂新橋灣斷裂F2。 謝家灣次級隆起(Ⅱ2)和南田坪次級洼陷(Ⅱ3)往南西終止于NW向壩塘斷裂F5。

雷公橋次級洼陷(Ⅱ4)受控于NE向新橋灣斷裂F2和NW向壩塘斷裂F5(圖2)， 其內(nèi)部沉積百花亭組礫巖。 雷公橋北面公路邊見良好露頭, 為次棱角—次圓狀中—粗礫巖, 礫石成分有砂巖、 粉砂巖、 粉砂質(zhì)泥巖、 灰?guī)r等, 源于南面泥盆系碎屑巖和灰?guī)r。

4.1.3 橫市淺洼陷(Ⅲ) 橫市淺洼陷(Ⅲ)總體呈EW走向, 主要受NE向雙鳧鋪斷裂F7和NWW向橫市斷裂F8控制, 北部因NW向新屋沖斷裂F14控制而形成一叉狀小斷陷(圖2)。 洼陷內(nèi)巖層大多傾向S-SE, 反映南緣主控盆斷裂的斷陷以及盆地基底的南傾特征(圖7)。 洼陷內(nèi)充填百花亭組礫巖, 但受伸展斷裂活動相關的古地形、 古構(gòu)造控制, 礫巖特征和成分組成縱橫向上變化大, 并反映出沉積物源方向。 洼陷南緣東端, 下部為花崗質(zhì)細礫巖,源于南西面的溈山巖體; 上部為中—粗礫巖(圖8a), 礫石成分有砂巖、 灰?guī)r、 花崗巖、 蝕變角巖等, 源于南面的泥盆系砂巖、灰?guī)r以及溈山巖體和其外接觸帶角巖。 洼陷南緣中西段,于橫市南面見固結(jié)良好的棱角—次棱角狀(少量次圓狀)中—粗礫巖, 礫石成分主要為砂巖、 灰?guī)r, 屬洪積成因(圖8b); 該點往西約200 m見棱角狀灰?guī)r質(zhì)巨礫巖, 局部夾透鏡狀粉砂巖, 屬巖溶堆積或洪積(圖8c); 以上礫巖應源于東南面的泥盆系碎屑巖和灰?guī)r。

圖7 橫市淺洼陷剖面結(jié)構(gòu)Fig.7 Tectonic section across Hengshi shallow depression

在橫市北西面的洼陷北緣, 發(fā)育紫紅色次棱角-次圓狀中—粗礫巖(圖8d), 礫石成分有砂巖、 花崗巖、脈石英、角巖、泥巖、板巖等,應源于南東面青白口系板溪群、南華系和溈山巖體。再往西至黃材與橫市之間的沙坪,于洼陷北緣見黃紅色棱角狀中—粗礫巖(圖8e),礫石成分主要為砂巖, 砂泥質(zhì)基質(zhì)含量高, 為源于北面泥盆系吳家坊組砂巖的就近山麓堆積。

圖8 橫市淺洼陷代表性巖石Fig.8 Typical sedimentary rocks in Hengshi shallow depressiona—橫市淺洼陷南緣東端復成分中—粗礫巖(七星莊西面);b—洼陷南緣中西段固結(jié)良好的砂巖、灰?guī)r質(zhì)中—粗礫巖(橫市南面);c—棱角狀灰?guī)r質(zhì)巨礫巖(橫市南面);d—洼陷北緣次棱角—次圓狀復成分中—粗礫巖(橫市北西面);e—洼陷北緣棱角狀砂巖質(zhì)中—粗礫巖(沙坪);f—洼陷北緣次棱角—次圓狀復成分中—粗礫巖(黃材北面);g—洼陷西部紫紅色復成分細礫巖(黃材北面)

黃材北面,于盆地北緣見次棱角—次圓狀中—粗礫巖,礫石成分有砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖、脈石英、角巖等(圖8f),應來源于南面的青白口系、南華系—下寒武統(tǒng),其中角巖為溈山巖體外接觸帶變質(zhì)巖。往SSE約700 m,民房邊見良好開挖露頭,為紫紅色細礫巖(圖8g),礫徑一般2～6 mm,偶含10 cm左右礫石;礫石成分有石英、長石、砂巖、花崗巖等,源于南面的地層和花崗巖體;局部發(fā)育灰綠色鈣質(zhì)團塊;巖層產(chǎn)狀約為230°∠23°±。

4.1.4 趙家府洼陷(Ⅳ) 趙家府洼陷總體呈NW向展布, 長約9 km, 寬3～4.5 km(圖2)。 洼陷主要受NE向郭家嘴斷裂F15和NW向煙山塘斷裂F18、 河溪水斷裂F19所控制。 洼陷中沉積百花亭組礫巖,局部夾泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖。不同構(gòu)造部位礫石成分有別,反映不同物源特征(圖2)。 洼陷北部主要發(fā)育次棱角—次圓狀中—粗礫巖,礫石成分主要為砂巖和板巖,源于北西面的板溪群和南華系。 洼陷中北部發(fā)育細—中礫巖夾含礫粉砂質(zhì)泥巖-泥質(zhì)粉砂巖(圖9a), 前者屬辮狀河沉積, 后者屬洪泛堆積;礫石成分也以砂巖和板巖為主, 源于北西面的板溪群和南華系。 洼陷中部見紫紅色細礫—中礫巖,礫石成分復雜, 有淺變質(zhì)砂巖、 板巖、 硅質(zhì)巖、 脈石英、 花崗巖等(圖9b), 其中細礫巖中長石含量高且風化為白色粘土, 上述巖性特征指示沉積物源于北西面的桃江巖體和板溪群、 南華系; 礫石扁平面優(yōu)勢產(chǎn)狀為350°～10°∠20°±, 也指示物源位于北面。 洼陷南段緊鄰煙山塘斷裂F18東側(cè), 鉆孔揭示101 m灰?guī)r質(zhì)礫巖(未見底), 應源于南西側(cè)石炭-二疊系壺天群灰?guī)r。

圖9 趙家府洼陷代表性巖石Fig.9 Typical sedimentary rocks in Zhaojiafu depressiona—洼陷中北部細—中礫巖(上)夾含礫粉砂質(zhì)泥巖-泥質(zhì)粉砂巖(下);b—洼陷中部復成分細礫—中礫巖

洼陷中巖層一般小角度傾向SE(圖2), 可能與郭家嘴斷裂F15北西盤(下盤)的下降旋轉(zhuǎn)有關。

4.2 控盆斷裂體系

湘陰凹陷南段的控盆斷裂主要為NE向斷裂, 次為NW向斷裂, 個別NWW向斷裂(圖2)， 均為正斷裂。

NE向控盆斷裂以位于盆地東南緣的烏山斷裂F1、 新橋灣斷裂F2、 石子塘斷裂F3、 歷經(jīng)鋪斷裂F4和雙鳧鋪斷裂F7等最為重要, 它們屬區(qū)域公田-灰湯大斷裂的組成分部, 傾向NW且在平面上呈明顯末端疊覆排列, 從而控制了盆地的分段特征, 造成盆地基底總體向SE傾斜(圖4), 并形成較為復雜的隆-凹交錯格局(圖2)。 此外, 盆地北西緣發(fā)育規(guī)模較小的NE向正斷裂斗米潭斷裂F9、 煤炭壩斷裂F10、 三陽堂斷裂F11和歐家大沖斷裂F12等,控制了煤炭壩小隆起以及西面的煤炭壩小斷陷的發(fā)育;郭家嘴斷裂F15和石家沖斷裂F17控制了趙家府獨立小洼陷的南東和北西邊界。

NE向規(guī)?？嘏钄嗔讯啾坏谒南?、 浮土和植被等掩蓋,僅少量斷裂見地表露頭。 在謝家灣西面公路邊見石子塘斷裂F3的良好露頭(圖10):斷裂破碎帶寬約30 m,硅化破碎強烈,發(fā)育斷層角礫巖和構(gòu)造透鏡體;斷裂產(chǎn)狀310°∠60°; 斷裂上、下盤分別為泥盆系岳麓山組石英砂巖夾砂質(zhì)頁巖、板溪群牛牯坪組薄—中層狀淺變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖;地層的缺失及構(gòu)造透鏡體產(chǎn)狀特征指示正斷裂性質(zhì)?；ㄈ揭粠б姸访滋稊嗔袴9良好露頭(圖11),白堊系-古近系百花亭組礫巖與二疊系樂平統(tǒng)大隆組硅質(zhì)巖之間呈同沉積正斷裂接觸;斷裂下盤尚發(fā)育多條NE向正滑小斷裂(Fa),并發(fā)育少量后期逆平移斷裂(Fb)。

圖10 石子塘斷裂F3地質(zhì)特征Fig.10 Feature of Shizitang fault F3①—石英砂巖;②—泥質(zhì)粉砂巖;③—斷裂破碎帶;D3yl—上泥盆統(tǒng)岳麓山組;Qb2n—青白口系板溪群牛牯坪組

圖11 斗米潭斷裂F9剖面(花泉山)特征Fig.11 Features of Doumitan fault F9 (Huaquanshan)a—斷裂剖面素描圖:①—礫巖;②—硅質(zhì)巖;KEb—白堊系-古近系百花亭組;P3d—樂平統(tǒng)大隆組; Fa、Fb—兩組次級小斷裂；b—斷裂剖面照片

NW向控盆斷裂有壩塘斷裂F5、新屋沖斷裂F14、煙山塘斷裂F18和河溪水斷裂F19等(圖2)。其中： 壩塘斷裂F5控制了雷公橋次級洼陷(Ⅱ4)的發(fā)育, 并為謝家灣次級隆起(Ⅱ2)與雷公橋次級洼陷(Ⅱ4)的分界； 新屋沖斷裂F14為橫市淺洼陷(Ⅲ)北部叉狀小斷陷的北東邊界, 明顯控制了小斷裂的發(fā)育， 其北段于鉆孔中見灰?guī)r質(zhì)斷層角礫巖發(fā)育； 煙山塘斷裂F18和河溪水斷裂F19控制了趙家府洼陷(Ⅳ)的南西邊界(圖2)， 其中煙山塘斷裂F18西盤出露石炭-二疊系壺天群灰?guī)r, 東盤緊鄰斷裂即發(fā)育厚101 m以上灰?guī)r質(zhì)礫巖(未見底, 鉆孔揭露),確證該斷裂的存在。

NWW向控盆斷裂有橫市斷裂F8, 其控制了橫市淺洼陷西段南側(cè)邊界,使盆地基底及百花亭組巖層均向南緩傾。

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景, 初步分析認為, NE向控盆正斷裂與早燕山運動NE-NNE向逆斷裂的再活動有關; NW向斷裂為常德-安仁基底隱伏大斷裂的淺表發(fā)散小斷裂; NWW向斷裂為繼承晚三疊世NWW向逆斷裂[17]再活動的產(chǎn)物。

4.3 構(gòu)造調(diào)節(jié)帶及其對物源的控制

橫向構(gòu)造調(diào)節(jié)帶或轉(zhuǎn)換帶是斷陷盆地普遍發(fā)育的構(gòu)造類型,也是正斷層體系產(chǎn)生區(qū)域分段的主要原因[15-16]。其中構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶被定義為在走向上平行或微斜交于伸展方向具走滑或斜滑斷層作用的不連續(xù)帶, 該帶使沿走向上不同區(qū)段的非均勻變形域間的應變易于轉(zhuǎn)換;調(diào)節(jié)帶被定義為多個疊覆斷層末端交錯構(gòu)成的區(qū)帶, 包括同向或反向正斷層系的末端以及伴生的翹傾斷塊區(qū)等[13,16]。 在斷陷盆地中, 調(diào)節(jié)帶可以形成盆地高地貌區(qū), 作為正向地貌單元可將裂谷盆地沿走向分割為若干直接對應于半地塹的獨立沉積中心(圖12)[15]。

圖12 裂谷盆地構(gòu)造地貌對沉積物分布的控制 (據(jù)Raverna,1999; 轉(zhuǎn)引自文獻[15])Fig.12 Sediment distribution controlled by tectonic-geomorphology in rift basin

湘陰凹陷南段發(fā)育多個不同規(guī)模(級別)的橫向構(gòu)造調(diào)節(jié)帶, 調(diào)節(jié)帶位于NE向主要控盆斷裂末端疊覆的交錯區(qū)帶(AZ1、 AZ2、 AZ3), 以及NE向和NWW向控盆斷裂的末端部位(AZ4、 AZ5、 AZ6)(圖2), 控制了盆地不同構(gòu)造單元的延伸范圍。 除黃材調(diào)節(jié)帶(AZ6)呈NNE向外, 其他調(diào)節(jié)帶均呈NW向。

斷陷盆地內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造調(diào)節(jié)帶對盆地沉積主體物源方向、沉積體系類型與分布有明顯的控制作用,主水系及其攜帶的沉積物通常會在橫向調(diào)節(jié)帶相對較低的地形進入凹陷中[15](圖12)。如前文所述,礫巖巖性組成反映湘陰凹陷不同構(gòu)造部位的沉積對應于不同的物源區(qū)和補給方向,清楚地反映出調(diào)節(jié)帶是沉積物進入盆地的主要構(gòu)造部位(圖2)。

5 盆地性質(zhì)及動力機制

前文所述盆地結(jié)構(gòu)、控盆正斷裂以及玄武巖的發(fā)育等,均表明湘陰凹陷南段的盆地性質(zhì)屬伸展斷陷盆地。

湘陰凹陷(南段)的伸展應與太平洋板塊斜向俯沖,導致地幔上隆,引起弧后擴張[28-30]有關。地幔上隆由現(xiàn)今江漢-洞庭盆地區(qū)內(nèi)存在的武漢-常德上地幔隆起區(qū)所體現(xiàn),該隆起區(qū)由武漢和常德-沅江兩個上地幔隆起組成,呈北東向啞鈴狀分布;兩隆起分布范圍基本與江漢盆地和洞庭盆地相對應,中間的“啞鈴柄”部位則對應于華容隆起[1]。此外,太平洋板塊沿NW方向向歐亞大陸板塊斜向俯沖引發(fā)的深部物質(zhì)運動與熱活動應具有NW-SE的異向性,其形成的伸展應力場總體上應呈NW-SE向,從而形成NE向主控盆正斷裂。

具體控盆斷裂多繼承印支期和早燕山期等先期斷裂而活動。如前所述,早燕山運動中形成了NE-NNE向逆斷裂,晚三疊世區(qū)域SN向擠壓下常德-安仁斷裂右行走滑派生NWW向逆斷裂[17],這些斷裂作為構(gòu)造薄弱帶,在白堊紀—古近紀區(qū)域伸展構(gòu)造背景下更易產(chǎn)生伸展活動而控制盆地形成與發(fā)展。

除上述NE向主控盆斷裂以外,NW向常德-安仁斷裂對盆地的形成也具有重要的控制作用,構(gòu)成了盆地向南西延伸的端部邊界(圖1)。常德-安仁斷裂為一寬度很大的基底隱伏斷裂帶,也為一構(gòu)造薄弱帶和塊體力學性質(zhì)不連續(xù)帶[17]。湘陰凹陷北東緣主控盆斷裂公田-灰湯斷裂正滑運動時,上盤(北西盤)沉降塊體往南西止于巨大的構(gòu)造不連續(xù)帶——常德-安仁斷裂;常德-安仁斷裂的中深部伸展活動既調(diào)節(jié)了湘陰凹陷大幅基底沉降與凹陷端部弱沉降的變形差異,又派生了同向的小規(guī)模淺表發(fā)散斷裂(圖13)。區(qū)域上,除湘陰凹陷外,常德-安仁斷裂尚構(gòu)成了湘潭盆地西支、株洲盆地以及醴攸盆地等NNE向斷陷盆地的南西端部邊界[17](圖1)。

圖13 常德安仁斷裂對湘陰凹陷南西端部的控制示意圖Fig.13 Southwestern end of the Xiangyin sag controlled by Changde-Anren fault

綜上所述,湘陰凹陷(南段)是在繼承印支和早燕山期斷裂活動的基礎上,因古太平洋板塊斜向俯沖導致地幔上隆,引起弧后擴張而形成;常德-安仁斷裂的伸展活動等也有局部的控制作用。

6 結(jié) 論

(1)湘陰凹陷南段可進一步劃分為朱良橋深洼陷(Ⅰ)、 岳家橋-雷公橋淺洼陷(Ⅱ)、 橫市淺洼陷(Ⅲ)以及趙家府洼陷(Ⅳ)等4個構(gòu)造單元; 盆地受NE向(主)、 NW向(次)和NWW向(個別)正斷裂控制, 南東側(cè)NE向主控盆斷裂導致盆地基底總體向SE傾斜。

(2)于NE向主要控盆斷裂末端疊覆的交錯區(qū)帶, 以及NE向和NWW向控盆斷裂的末端部位發(fā)育多個不同規(guī)模(級別)的NW向(個別NNE向)橫向構(gòu)造調(diào)節(jié)帶, 調(diào)節(jié)帶控制了盆地不同構(gòu)造單元的延伸范圍以及盆地沉積物源方向。

(3)盆地性質(zhì)屬伸展斷陷盆地, 是在繼承印支和早燕山期斷裂活動的基礎上, 因古太平洋板塊斜向俯沖導致地幔上隆, 引起弧后擴張而形成; 常德-安仁斷裂的伸展活動等也對盆地有局部的控制作用。

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