上杭-云霄斷裂帶東南段斷層巖特征及演化過程

林 琛，方 燁

(福建省地震局，福建 福州 350003)

1 引言

斷層巖是斷層活動的直接產(chǎn)物，記錄了斷層活動的發(fā)展過程，其特征直接反映所處環(huán)境的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動特性[1，2]。研究斷層巖是探討斷層活動性質(zhì)、運(yùn)動方式及破裂摩擦機(jī)制的一條主要途徑，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展史也能通過斷層巖的結(jié)構(gòu)特性反映[1,3，4]。

上杭-云霄斷裂帶北西向展布于福建省西南部，是一條縱貫華南內(nèi)陸褶皺帶和東南沿海中生代巖漿巖帶的區(qū)域性大斷裂[5，6](圖1)。前人對上杭-云霄斷裂帶的研究主要圍繞上杭、紫金山一帶的成礦作用展開[7～11]，而對斷裂帶活動性的研究關(guān)注不足。特別是以政和-大埔斷裂帶為界，斷裂帶東南段與北西向斷裂相交處發(fā)生過三次五級以上破壞性地震(圖1)，本文以上杭-云霄斷裂帶東南段的斷層巖的展布規(guī)律、結(jié)構(gòu)特

圖1 上杭-云霄斷裂帶大地構(gòu)造格架

征作為研究對象，結(jié)合斷裂帶的運(yùn)動學(xué)特征，探討了斷裂帶的活動性質(zhì)和活動期次。

2 地質(zhì)構(gòu)造背景及斷裂帶概況

2.1 地質(zhì)構(gòu)造背景

研究區(qū)上杭-云霄斷裂帶東南段自西北向東南呈帚狀分布，橫跨閩東火山凹陷帶和平潭-東山變質(zhì)帶兩個(gè)地質(zhì)單元[5](圖1)。區(qū)內(nèi)地層主要為前泥盆紀(jì)基底巖系,晚古生代-中三疊世以碳酸鹽巖及碎屑巖沉積為主的蓋層巖系、中新生代陸相碎屑-火山巖系及第四系海相、海陸交互相和陸相堆積[9,11]。斷裂帶內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，廣泛發(fā)育中基性巖墻, 尤以輝綠巖類為主,多沿構(gòu)造線展布方向產(chǎn)出[9,12]，如平和縣九峰鎮(zhèn)露頭可見傾角陡峭，傾向北東的北西向斷裂，旁側(cè)發(fā)育傾向南西的中基性巖脈，指示其多期活動的復(fù)雜特征。

2.2 斷裂帶概述

上杭-云霄斷裂帶東南段西起龍巖市永定下洋鎮(zhèn)，自西北往東南呈發(fā)散狀，經(jīng)蘆溪、崎嶺、馬鋪，在東南端沿漳浦舊鎮(zhèn)、云霄、詔安等一帶均有分布(圖2)，往東南沒入海中。斷續(xù)延伸約120 km，寬20～30 m，總體走向北西315°，由規(guī)模大小不一的斷裂、斷陷盆地、侵入體等組成[9,14]。

野外調(diào)查斷裂帶內(nèi)斷裂斷續(xù)分布、長短不一，較為零散，大致呈近平行排列，單條斷裂一般長5～20 km，最長達(dá)25 km，斷裂主要表現(xiàn)為破碎帶、構(gòu)造角礫巖帶、斷層面、節(jié)理密集帶，破碎帶最寬可達(dá)數(shù)十米，斷層面傾角較陡，傾向南西或北東(圖3)。早期以高角度擠壓和剪切特征為主，晚期則表現(xiàn)為張性或張扭性特征，指示研究區(qū)由晚侏羅世的擠壓構(gòu)造環(huán)境逐漸向早白堊世伸展構(gòu)造背景轉(zhuǎn)換[8,15,16]。

3 斷層巖類型、特征及運(yùn)動學(xué)標(biāo)志

沿上杭-云霄斷裂帶東南段出露的斷層巖有：斷層泥、斷層角礫巖、碎裂巖。

圖2 上杭-云霄斷裂帶東南段斷裂展布

3.1 斷層泥

上杭-云霄斷裂帶東南段的斷層泥主要發(fā)育于新生代活動的斷層中，多呈薄層狀夾在構(gòu)造角礫巖中，厚約3～20 cm，半固結(jié)-固結(jié)狀，并伴有硅化、高嶺土化、綠泥石化等現(xiàn)象，斷層泥顏色有灰白色、土黃色和淺綠色等。如在永定縣南中村，斷裂帶發(fā)育有構(gòu)造角礫巖、構(gòu)造透鏡體和斷層泥，斷層泥寬20 cm，呈灰白色，半固結(jié)狀，斷面發(fā)育近水平擦痕，表現(xiàn)左旋張扭性質(zhì)(圖3e和圖4a)。

3.2 構(gòu)造角礫巖

出露的角礫巖既有張性角礫巖，也有壓扭性角礫巖，主要分布在平和、云霄和詔安一帶的中新生代地層中。如在平和縣頂午斗村，斷裂帶中發(fā)育寬約15 cm的構(gòu)造角礫巖帶，角礫呈棱角狀，直徑0.5～5 cm，角礫間裂隙被石英脈充填，固化成巖、硅化堅(jiān)硬，角礫巖帶兩側(cè)巖層可見石英晶洞及石英晶簇，顯示張性特征，斷面的近水平擦痕，顯示右旋走滑性質(zhì)(圖3b和圖4b)；在斷裂帶采集巖石樣品(D06)，經(jīng)鏡下鑒定為弱硅化絹云母化花崗斑巖，石英為它形粒狀，無波狀消光，可見少量微細(xì)裂紋，少量長英質(zhì)礦物被壓碎呈細(xì)脈，說明成巖后受到的構(gòu)造作用較弱。

圖3 上杭-云霄斷裂帶東南段典型剖面示意圖

而在永定縣、平和縣交界分水嶺，斷裂帶中的構(gòu)造角礫巖帶，角礫則呈次棱角狀，松散、半固結(jié)，斷面上的近水平斜擦痕，表現(xiàn)為左旋張扭性特征(圖3e)；在永定縣湖山鄉(xiāng)洽溪村，斷裂帶中的角礫巖帶，寬約1 m，角礫一般在1～5 cm，次磨圓狀，角礫硅化、膠結(jié)良好，長軸定向排列，顯示壓扭右旋性質(zhì)(圖3a和圖4c)；顯示了斷裂帶多期次復(fù)雜活動的特性。

3.3 碎裂巖

上杭-云霄斷裂帶出露的碎裂巖根據(jù)基質(zhì)的含量又分為普通碎裂巖和超碎裂巖。

3.3.1 普通碎裂巖

主要分布在研究區(qū)西南部的侏羅系地層或燕山期花崗巖中，在云霄縣、南靖縣及閩粵交界的汾水關(guān)等地可見。如在官田西，斷裂帶中發(fā)育硅化碎裂巖(圖4d)。在九峰鎮(zhèn)長樂鄉(xiāng)聯(lián)勝村南采集的巖石樣品(D03)，經(jīng)鏡下鑒定為碎裂化玄武巖，顯微鏡下巖石張裂隙發(fā)育，已被碳酸鹽礦物、綠泥石充填，并切過早期的石英脈(圖4f)，說明該區(qū)域至少經(jīng)歷過兩期的伸展構(gòu)造作用。

3.3.2 超碎裂巖

由于斷裂帶的巖石遭受的應(yīng)力性質(zhì)不同, 強(qiáng)度不同, 碎裂的程度也有所差異。隨著應(yīng)力作用的強(qiáng)化, ?；觿? 粒級變細(xì), 碎基增加[23]，所以超碎裂巖的出現(xiàn)說明斷裂帶受到的壓力作用較大。僅在研究區(qū)南部的詔安新聯(lián)南發(fā)現(xiàn)，斷層中發(fā)育40 cm寬的超碎裂巖帶 (圖4e)。

此外，該地區(qū)還發(fā)育碎裂化角礫巖，在詔安天窗嶺和詔安西汾水關(guān)一帶，左旋逆沖斷層中發(fā)育發(fā)育綠泥石化蝕變的碎裂角礫巖。碎裂角礫巖的發(fā)現(xiàn)表明早期的斷層活動形成的角礫巖，受構(gòu)造運(yùn)動影響又進(jìn)入地殼深部被后期的斷層活動所疊加，最后經(jīng)過地殼上升運(yùn)動及侵蝕、剝蝕作用出露于地表。

圖4 上杭-云霄斷裂帶東南段典型斷層巖

4 討論與結(jié)論

(1)上杭-云霄斷裂帶東南段的斷層巖中以構(gòu)造角礫巖和碎裂巖為主，反映斷裂帶以脆性變形為主的特征，根據(jù)Sibson的二層斷層模式圖判斷[17,18]，其斷裂深度應(yīng)小于15 km。顯微構(gòu)造顯示石英以它形粒狀為主，長石多呈絹云母或綠泥石蝕變，也顯示淺成相的特征。

(2)斷裂帶的運(yùn)動性質(zhì)多樣，正斷型、逆斷型、走滑型均有，說明該區(qū)的構(gòu)造活動復(fù)雜，不同時(shí)期受到不同方向的應(yīng)力作用。研究表明加里東期時(shí)，該區(qū)屬于古特提斯構(gòu)造域，應(yīng)力方向?yàn)槟媳毕騕15,31,32]，研究區(qū)的右行運(yùn)動的斷層在這時(shí)期形成；燕山期轉(zhuǎn)為古太平洋構(gòu)造域，應(yīng)力方向以東西向?yàn)橹鳎⒄J(rèn)為古太平洋板塊俯沖過程中角度和方向都發(fā)生了變化，開始古太平洋板塊是以低角度向西高速俯沖[33,34,36]，擠壓作用最強(qiáng)，該區(qū)形成一系列逆沖走滑斷層，其中研究區(qū)南部詔安一帶發(fā)育高角度逆斷層，斷層中出現(xiàn)超碎裂巖和碎裂角礫巖都是這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)物；隨后，古太平洋板塊轉(zhuǎn)為北西向斜俯沖[35,38]，使上杭-云霄斷裂帶形成一系列左旋走滑運(yùn)動。中生代晚期，俯沖帶傾角開始變陡, 火山活動萎縮, 朝洋后退，區(qū)域應(yīng)力場轉(zhuǎn)為拉張[9,36,39,40]，形成本區(qū)的高角度正斷層。

(3)該斷裂活動時(shí)間漫長，從加里東期開始形成[9,11]，燕山期開始進(jìn)入活躍期[7,9]。燕山早期，在永定與云霄之間普遍發(fā)育片理化帶和擠壓破碎帶及扭裂帶，壓扭性斷層巖發(fā)育；燕山晚期，斷裂帶的力學(xué)性質(zhì)由壓扭性轉(zhuǎn)為張性，主要表現(xiàn)為棱角狀-次棱角狀角礫巖、碎裂巖張裂隙發(fā)育，這與華南地塊由晚侏羅世的擠壓構(gòu)造環(huán)境逐漸向早白堊世伸展構(gòu)造背景轉(zhuǎn)換的大地構(gòu)造背景相符[8,15,16]。但斷裂帶中碎裂化角礫巖、碎裂巖中兩個(gè)期次脈體充填都說明后期的伸展運(yùn)動并不是連續(xù)的，而是分期次的。