湖北新洲盆地的形成與演化

杜小鋒， 周 鼎， 廖明芳， 霍 炬， 萬 俊， 徐 聰

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034)

中國東部發(fā)育著一系列NE向或NNE向展布的陸相裂谷盆地。隨著中國社會對油氣資源的迫切需求與勘探開發(fā)，前人對中新生代盆地開展了大量的研究工作，而對盆地演化的研究，為揭示中新生代以來的構(gòu)造活動起到了關(guān)鍵性作用[1-3]。對中國東部新生代盆地的研究認為，其形成與大陸內(nèi)塊體間伸展、走滑作用密切相關(guān)[4]。而徐亞東等[5]認為，中國東部新生代盆地的演化經(jīng)歷了古新世—始新世、漸新世—早中新世和晚中新世—第四紀共3個階段。新洲盆地南臨襄廣斷裂，東部為團麻斷裂，對其形成與演化過程的研究也是研究襄廣斷裂等新生代以來活動過程的重要手段。本文結(jié)合近年來在該區(qū)域開展的地質(zhì)調(diào)查工作，對新洲盆地的構(gòu)造背景、沉積物結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖漿巖特征、邊界斷裂特征等進行分析與討論，為深入研究武漢地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化及三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建設(shè)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

新洲盆地位于江漢盆地東緣，武當(dāng)—大別造山帶南緣，緊鄰揚子地塊，呈NNE向的楔形展布，長約70 km，最寬處約35 km。盆地跨及秦嶺—大別造山帶和揚子陸塊區(qū)，以襄廣斷裂為界，北部屬秦嶺—大別地層區(qū)，主要為古元古代中深變質(zhì)巖系、新元古代南華系中淺變質(zhì)巖系和震旦紀含磷巖系；南部為揚子地層區(qū)，主要為志留紀—中三疊世陸源碎屑巖和碳酸鹽巖海相沉積蓋層；白堊紀—新近紀的陸相紅盆沉積以及第四紀松散堆積物不整合覆蓋于兩大塊體物質(zhì)之上。

研究區(qū)主要經(jīng)歷了晉寧期、加里東期、印支期、燕山期、喜山期五個期次的構(gòu)造變形活動，其中主要構(gòu)造變形期為印支期和燕山期。印支期受揚子板塊與華北板塊碰撞，導(dǎo)致裂谷內(nèi)的火山沉積巖隆升形成南秦嶺—大別造山帶，同時在帶內(nèi)表現(xiàn)為一系列NWW向疊瓦狀脆韌性斷層、褶皺體系，在揚子陸塊區(qū)內(nèi)，表現(xiàn)為古生代地層形成大量的NWW、近EW向脆性斷層、褶皺。燕山期受太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用，構(gòu)造變形以斷裂作用為主，表現(xiàn)為NNE向和NNW-NW向兩組脆性斷裂，其地質(zhì)特征見圖1。

圖1 新洲盆地地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Xinzhou Basin

2 盆地邊界構(gòu)造

新洲盆地東部邊界為團風(fēng)—麻城斷裂，南部邊界為襄廣斷裂，在二者的共同作用下，形成了NNE向的楔形盆地，斷裂對盆地的形成與演化起著明顯的控制作用。

2.1 團麻斷裂

團風(fēng)—麻城斷裂位于新洲盆地東部，是一條早期深層次韌性剪切滑脫向晚期脆性斷裂轉(zhuǎn)換的過渡型右旋走滑正斷層。前白堊紀時期，斷裂以韌性剪切滑脫活動為特征，發(fā)育較寬的糜棱巖、硅化巖帶；白堊紀之后斷裂過渡為淺表性的脆性斷裂，控制了新洲盆地的演化[6-8]。

團麻斷裂現(xiàn)今大體上繼承了早期滑脫型韌性剪切帶的主要幾何特征，西起新洲區(qū)辛沖街(向南西為團風(fēng)盆地掩蓋)，走向NE，受后期脆性斷裂疊加改造及盆地堆積覆蓋影響，該脆性斷裂在研究區(qū)斷續(xù)出露，總體延伸穩(wěn)定，主體寬度50～100 m，傾向NW(275°～290°)，傾角55°～65°。斷裂內(nèi)部廣泛發(fā)育強硅化帶、構(gòu)造角礫巖、碎裂巖、碎粒巖和碎裂巖化糜棱巖，且硅化、碳酸鹽化、褐鐵礦化和高嶺土化現(xiàn)象普遍。斷裂內(nèi)節(jié)理、劈理構(gòu)造發(fā)育，局部可見劈理帶因受到強烈牽引作用而彎曲形成牽引構(gòu)造，指示斷裂具右行走滑特征。

斷裂對新洲盆地的控制在斷裂兩側(cè)地貌、地層巖性、構(gòu)造特征等方面均具有顯示。地貌上，斷裂東側(cè)為山地，主要由古元古界大別巖群變質(zhì)巖系組成，形成斷階狀多級臺地；西側(cè)為平原，主要由中新生代地層組成，顯示正斷層的特征。巖性上，斷裂西側(cè)為公安寨組復(fù)成分礫巖，具巨厚層—塊狀構(gòu)造，層理極不顯著，顯示快速堆積的特征；斷裂東側(cè)主體為大別巖群片麻巖—斜長角閃巖組合，在早期韌性變形過程中已強烈糜棱巖化，形成變晶糜棱巖、超糜棱巖等構(gòu)造變質(zhì)巖。

2.2 襄廣斷裂

襄廣斷裂位于新洲盆地南緣，該斷裂區(qū)域上為秦嶺—大別造山帶的南界斷裂，東至武穴(廣濟)與郯城—廬江斷裂帶交匯，向西延伸與秦嶺造山帶南緣的房縣—鎮(zhèn)巴斷裂相連接，全長1 000余千米，總體呈NWW走向。該斷裂在中新生代時期主要表現(xiàn)為拉張作用，控制了房縣盆地等一系列NW向斷陷盆地的形成演化[9]，對新洲盆地的演化也具有明顯的控制作用。

斷裂過新洲盆地處隱伏于第四系之下，大體位于武漢市后湖、武湖街、陽邏街一線。淺層地震剖面及鉆孔資料顯示，斷裂帶南部為揚子區(qū)地層，北部為白堊—古近紀公安寨組紅層，鉆孔揭露紅層盆地深度超過1 000 m，斷裂帶由多組向北陡傾的斷裂組構(gòu)成，各斷裂帶寬窄不一，寬的達160 m，窄的約80 m，埋深均>200 m。斷裂破碎帶傾向N，傾角陡，一般在75°左右，主斷裂位于錢家村—龍王咀農(nóng)場一線，寬度最大，分割古生代沉積地層和南華紀變質(zhì)巖，受斷裂控制，紅盆呈現(xiàn)向南增厚的楔狀(圖2)。

圖2 物探推測襄廣斷裂控盆特征示意圖Fig.2 Geophysical prospecting speculation of basin-controlling characteristics of Xiangguang Fault

該斷裂大體經(jīng)歷了三期構(gòu)造變形：印支運動時期，受區(qū)域SN向擠壓應(yīng)力作用，形成逆沖推覆構(gòu)造；燕山運動晚期，斷裂發(fā)生松弛斷陷作用，為新洲盆地內(nèi)沉積白堊—古近紀紅層提供了沉積空間；喜馬拉雅運動時期，區(qū)域應(yīng)力場發(fā)生反轉(zhuǎn)，斷裂則表現(xiàn)為擠壓性質(zhì)，在此背景下盆地關(guān)閉，中新生代紅層推覆于古生代地層之上。

3 新洲盆地特征

3.1 沉積特征

新洲盆地內(nèi)主要由白堊—古近紀公安寨組、新近紀廣華寺組及第四系組成。其中白堊—古近紀公安寨組是盆地最主要的地層，分布于整個盆地之中。物探資料表明，研究區(qū)的汪集一帶處于盆地中心位置，其公安寨組沉積厚度達5 000 m[10]。公安寨組角度不整合于元古代變質(zhì)巖、巖漿巖，古生代沉積巖之上，具明顯的磨拉石堆積特點。實測剖面顯示，盆地內(nèi)公安寨組由礫巖、砂巖和粉砂巖組成多個韻律層，發(fā)育有斜層理、交錯層理、平行層理、粒序?qū)永淼龋耘璧剡叢肯蛑行拇篌w上可分為三段(圖3)：第一段屬沖積扇相，主要分布于盆地邊部，其中扇根亞相為淺紅色塊狀中粗礫巖、不等粒含礫雜砂巖組成，層理不發(fā)育，常見侵蝕凹槽；扇中亞相為灰紅色中厚層狀礫巖與雜砂巖組成，槽狀層理、楔形層理、交錯層理；扇端亞相為紫紅色薄—中厚層雜砂巖和粉砂巖組成，具有交錯層理、平行層理。第二段屬辮狀河流相，該沉積體分布于沖積扇沉積體內(nèi)側(cè)，由紫紅色礫巖、含礫砂巖、砂巖組成，具平行層理、斜層理、槽狀交錯層理。第三段屬濱湖相，濱湖沉積體分布于盆地中心，由厚層雜砂巖和粉砂巖、薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)頁巖組成，具水平層理、平行層理，其沉積厚度由北往南有增厚趨勢，表明沉積中心向南遷移，沉積模式見圖4。

圖3 麻城市彭家畈晚白堊世—古近紀公安寨組實測地層剖面圖Fig.3 Measured stratigraphic section of Late Cretaceous-Paleogene Gonganzhai Formation in Pengjiafan,Macheng City

廣華寺組在盆地內(nèi)表現(xiàn)為山間辮狀河沉積的特征，其底部為一套雜色中—厚層狀礫巖、砂礫巖，礫石呈疊瓦狀排列，底面有沖刷凹槽；中部為灰黃色、灰褐色厚層狀砂礫巖、含礫砂巖與細砂巖、粉砂巖不等厚互層，具有沖積二元結(jié)構(gòu)，發(fā)育有板狀交錯層理、斜層理、平行層理；上部為土黃色、青灰色中—薄層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)頁巖構(gòu)成多層次韻律旋回。

第四系廣泛分布于盆地中，根據(jù)時代和成因可進一步劃分為下更新統(tǒng)陽邏組沖積層、中更新統(tǒng)王家店組洪沖積層、上更新統(tǒng)下蜀組沖積層及全新統(tǒng)走馬嶺組湖沖積層。其中下更新統(tǒng)陽邏組沖積層主要分布于30～50 m的高崗地上，沉積組合為礫石層、中粗砂層；中更新統(tǒng)王家店組洪沖積層則廣泛分布于各崗地之上，沉積組合為含礫石黏土層、棕紅色含網(wǎng)紋黏土層；上更新統(tǒng)下蜀組沖積層則零星分布于二級階地之上，沉積組合為杏黃—褐黃色粉質(zhì)黏土；全新統(tǒng)走馬嶺組湖沖積層廣泛分布于長江、灄水、舉水等河流兩側(cè)，沉積組合為淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細粉砂層。各地層間呈侵蝕接觸特征。

3.2 構(gòu)造變形特征

新洲盆地內(nèi)構(gòu)造變形較弱，未見規(guī)模較大的斷裂褶皺構(gòu)造。盆地總體呈一寬緩向形構(gòu)造，盆地南部紅層產(chǎn)狀總體為傾向320°～350°，傾角15°～30°；盆地北側(cè)則為傾向170°～220°，傾角5°～20°，與下伏基底緊閉褶皺特征具有顯著不同，二者為角度不整合接觸。

新洲盆地內(nèi)發(fā)生于紅層中的斷層較發(fā)育，主要有NW向、EW向兩個方向的斷層，斷層既有張性正斷層又有壓扭性逆斷層。其中NW向斷層以壓扭性斷層為主，斷層多為NW傾向，傾角多為70°左右，顯示左行走滑特征，順斷層面發(fā)育擦痕、階步，局部可見充填一薄層灰白色鈣質(zhì)、黏土質(zhì)物質(zhì)(圖5-a、圖5-b)。該斷層為盆地形成后的喜山運動時期，受EW向擠壓作用，沿水平方向的應(yīng)力釋放形成。近EW向斷層均為正斷層，斷層產(chǎn)狀較陡，傾角多為55°～70°，基本不發(fā)育破碎帶，多于斷層面上充填一層白色鈣質(zhì)黏土質(zhì)層，其中規(guī)模較大的為黃泥崗斷層，斷層傾向200°，傾角50°，斷層兩側(cè)發(fā)育牽引褶皺，因巖石性脆，常形成階梯狀斷層(圖5-c、圖5-d)。該張性斷層與江漢盆地內(nèi)潛北斷裂、天門河斷裂形成時期相同，均發(fā)育于新洲盆地形成后的新近紀時期，該時期，江漢盆地周緣發(fā)生坳陷沉降，形成大量沉積斷塊。

a.左行走滑斷層擦痕；b.階步構(gòu)造；c.斷層特征；d.階梯狀斷層；e.樹枝狀玄武巖；f.玄武巖火山角礫巖圖5 盆地內(nèi)構(gòu)造特征及玄武巖產(chǎn)出特征Fig.5 Structural characteristics and basalt output characteristics in the basin

3.3 巖漿活動

盆地內(nèi)玄武巖較發(fā)育，多呈點狀分布于公安寨組中，發(fā)育多個溢流相玄武巖旋回，鉆孔揭示的玄武巖總厚度可達200余米，可劃分出7個噴發(fā)旋律[11]。玄武巖可見呈舌狀、樹枝狀(圖5-e)穿插于公安寨組地層中，局部可見玄武巖火山角礫巖(圖5-f)[12]。通過分析玄武巖的地球化學(xué)特征，巖石具有與OIB(洋島玄武巖)相比較低的Nb、Ta含量，具有Pb的正異常。巖石稀土和微量元素均表現(xiàn)出與CFB(大陸溢流玄武巖)相似的特征，表明巖石屬大陸溢流玄武巖，綜合認為盆地內(nèi)玄武巖形成于拉張背景，屬大陸溢流玄武巖[12]。玄武巖的形成背景與新洲盆地形成時的拉張環(huán)境密切相關(guān)，在晚白堊世—古近紀，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生重大改變，即由前期壓扭構(gòu)造體制向張扭構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變，造山作用轉(zhuǎn)入松弛階段，正是在此構(gòu)造背景下，發(fā)生EW向拉張兼NE-SW向走滑剪切同沉積斷裂作用，由于上地幔巖漿隆升作用而導(dǎo)致了玄武巖的噴發(fā)事件。

4 盆地的演化

根據(jù)新洲盆地的沉積充填物質(zhì)、巖漿巖活動特點，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造及深大斷裂的演化規(guī)律，新洲盆地大致可劃分為裂陷充填、萎縮封閉和差異升降3個階段。

4.1 裂陷充填階段

晚白堊紀時期，受濱太平洋板塊與歐亞板塊的相互作用，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場由前期左旋壓扭構(gòu)造體制向右旋張扭構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變[2]，中國東部形成大量NE向張性裂谷系。在此構(gòu)造背景下，團麻斷裂形成由北東向南西逐漸變寬的楔狀裂谷(圖6、圖7-a)，并接受沉積，形成了一套近緣快速堆積的沖積扇相砂礫巖，表現(xiàn)為盆地物質(zhì)在東部以團麻斷裂為界與大別雜巖相隔，西部則以角度不整合形式超覆于紅安雜巖變質(zhì)地層及變質(zhì)花崗巖之上，總體上表現(xiàn)為一NNE向走滑—伸展型斷陷盆地，具有“東斷西超”特點。

而與此同時，襄廣斷裂受張應(yīng)力的影響，也發(fā)生復(fù)活，在新洲盆地南部也形成了沿襄廣斷裂展布的沉積中心，鉆孔揭露沉積中心公安寨組厚度>1 000 m[8]，并導(dǎo)致了南部紅層物質(zhì)與古生代沉積地層斷層接觸，北部與南華系變質(zhì)地層角度不整合接觸，具有“南斷北超”的特點。在團麻斷裂、襄廣斷裂的共同作用下，新洲盆地形成了NE-SW向的喇叭口型盆地特征(圖6)。

圖6 盆地裂陷充填階段平面示意圖Fig.6 Plane diagram of fracture filling stage in basin

伴隨著陸內(nèi)伸展作用，在盆地內(nèi)也發(fā)生多次玄武巖的噴發(fā)作用(圖7-a)，并形成了公安寨組內(nèi)多個玄武巖序列。

4.2 萎縮封閉階段

古近紀末期，受喜山運動Ⅱ幕影響，研究區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)镾N向擠壓應(yīng)力作用，中國東部盆地整體發(fā)生抬升并由沉積轉(zhuǎn)為剝蝕階段[13]。在此構(gòu)造體制下，襄廣斷裂、團麻斷裂再次復(fù)活，演變成SN向的逆沖推覆斷裂，造成了盆地北部公安寨組逆沖推覆于古生代地層之上(圖7-b)。而在盆地內(nèi)部，受到擠壓作用形成了大量壓性斷層，并使盆地地形升高，沉積作用急劇減弱，盆地沉積幾近消失，造成了盆地內(nèi)古近紀—新近紀之間的沉積間斷。

4.3 差異升降階段

新近紀時期，江漢盆地周緣同時進入擠壓后拗陷沉降演化期[14]，新洲盆地內(nèi)部受到長江斷層、新黃斷層等一系列正斷層活動影響，分割為多個塊體，各區(qū)域斷塊間的差異性運動，形成了新洲盆地內(nèi)持續(xù)沉降與上升剝蝕并存的構(gòu)造格局。此時，在盆地內(nèi)部受到不均勻沉降的影響，形成了大量陡傾的小型正斷層及寬緩褶皺。而沉積特征方面，在沉降區(qū)沉積了一套以辮狀河沉積為主的廣華寺組河流相沉積(圖7-c)；而在剝蝕區(qū)，地勢升高，公安寨組地層長期受到風(fēng)化剝蝕。

圖7 盆地演化各階段橫剖面示意圖Fig.7 Cross sectional sketch of each stage of basin evolution

5 結(jié)論

(1)作為由張性斷層控制的構(gòu)造盆地，新洲盆地具有發(fā)育快、沉降快、沉積速率大、沉積厚度大、沉積相變化迅速等特征，由盆地邊緣到中心具明顯的沖積扇相—辮狀河流相—濱湖相3層沉積結(jié)構(gòu)。

(2)新洲盆地是白堊紀時期開始發(fā)育起來的陸相紅盆，區(qū)域上呈NNE向展布，由北東往南西逐漸變寬、變深，受控于團麻斷裂及襄廣斷裂。總體上表現(xiàn)為一NNE向走滑—伸展型斷陷盆地，具有“東斷西超”、“南斷北超”的特點。

(3)該盆地經(jīng)歷了成生、發(fā)展、消亡的演化過程。白堊—古近紀時期，受張扭構(gòu)造應(yīng)力作用，襄廣斷裂、團麻斷裂相繼復(fù)活，形成裂谷，接受沉積充填；古近紀末期，受SN向擠壓應(yīng)力影響，團麻斷裂停止斷陷作用，襄廣斷裂受SN向擠壓而封閉；新近紀以來盆地表現(xiàn)出規(guī)模較小的差異升降活動。