鄧銘哲,張偉康

[中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院,北京 100083]

秭歸復(fù)向斜位于北側(cè)大巴山構(gòu)造帶和南側(cè)湘鄂西褶皺帶的變形前緣,是兩個構(gòu)造帶疊加復(fù)合的部位,對解析兩構(gòu)造帶前緣的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和疊加關(guān)系具有重要的指示意義。同時,大巴山構(gòu)造帶、湘鄂西-川東褶皺帶均是四川盆地周緣油氣勘探規(guī)劃中的重點區(qū)域[1-3],構(gòu)造帶的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和變形過程,對華南地區(qū)油氣藏的形成與保存具有重要影響。秭歸地區(qū)處于兩構(gòu)造帶的復(fù)合部位,其構(gòu)造變形特征記錄了兩構(gòu)造帶前鋒部位變形的疊置關(guān)系。

前人在秭歸地區(qū)的研究,主要側(cè)重于秭歸盆地形成的過程和盆地內(nèi)部地層沉積特征等方面[4-8]。構(gòu)造地質(zhì)方面,秭歸地區(qū)一直是新生代構(gòu)造活動[9-11]、地質(zhì)災(zāi)害[12-13]和地殼結(jié)構(gòu)[14-16]研究的熱點地區(qū)。秭歸復(fù)向斜是在湘鄂西褶皺帶、大巴山構(gòu)造帶、黃陵背斜等多個構(gòu)造單元的復(fù)合作用下形成的[17-24],其地質(zhì)結(jié)構(gòu)形成于周緣多個構(gòu)造帶復(fù)合、協(xié)調(diào)的過程中。但是,秭歸復(fù)向斜的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)仍缺乏精確深部資料的約束,其構(gòu)造變形過程仍需進(jìn)一步厘定。

為解決此問題,本次研究通過淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面的繪制和對秭歸地區(qū)最新南北向地震剖面的解釋,揭示了秭歸復(fù)向斜深部的基本結(jié)構(gòu),運(yùn)用斷層相關(guān)褶皺理論,分析了控制秭歸復(fù)向斜構(gòu)造變形的運(yùn)動學(xué)模式,結(jié)合前人針對大巴山構(gòu)造帶和湘鄂西褶皺帶的研究成果,理清了秭歸復(fù)向斜南、北側(cè)構(gòu)造帶變形的先后順序,從而說明了大巴山構(gòu)造帶和湘鄂西褶皺帶在秭歸地區(qū)構(gòu)造變形的復(fù)合關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘鄂西褶皺帶和大巴山構(gòu)造帶分別是秭歸復(fù)向斜南、北側(cè)的最主要構(gòu)造帶(圖1a)。湘鄂西褶皺帶位于雪峰陸內(nèi)變形系統(tǒng)的西北部,呈一弧形展布在中、上揚(yáng)子南部。湘鄂西的構(gòu)造變形以高角度隔槽式褶皺為主要特征,基底物質(zhì)也部分卷入變形[25-27]。

大巴山構(gòu)造帶自漢南巖體延伸至黃陵巖體北側(cè),與大洪山構(gòu)造帶相連,是秦嶺造山帶南緣的巨型逆沖推覆構(gòu)造[28-29]。張麗和何登發(fā)[30]根據(jù)地震剖面解釋成果,將大巴山構(gòu)造帶劃分為北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶與南大巴山隔擋式褶皺變形帶,城口-襄樊?dāng)嗔褳閮烧咧g的分界構(gòu)造。北大巴沖斷帶以脆-韌性變形和發(fā)育厚皮構(gòu)造為主要特征,南大巴沖斷帶以薄皮沖斷楔構(gòu)造為主要特征[31]。

黃陵背斜、神農(nóng)架背斜和香龍山背斜分別位于秭歸復(fù)向斜東側(cè)、北側(cè)、南側(cè)。黃陵背斜核部整體呈近南-北走向,黃陵背斜的形成時間[32-39]、形成過程[40-44]仍然處于爭論之中,但前人普遍認(rèn)為黃陵背斜形成于中生代以來近東西向的構(gòu)造變形過程中,其形成過程與秭歸復(fù)向斜東部的構(gòu)造變形密切相關(guān)。神農(nóng)架背斜整體呈近東西走向,其南翼與秭歸復(fù)向斜北翼相連。李建華[21]和Liu[45]認(rèn)為,南大巴山東部神農(nóng)架背斜是沿深部長沖隱伏斷裂發(fā)生向南逆沖而隆起形成的。香龍山背斜整體呈近東西走向,其北翼與秭歸復(fù)向斜南翼相連,已有研究表明[46],香龍山背斜以復(fù)合構(gòu)造楔活動為主要變形方式,形成于晚侏羅世湘鄂西褶皺帶自南向北遞進(jìn)變形的過程中。

2 秭歸復(fù)向斜幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)特征

2.1 地質(zhì)概況

秭歸復(fù)向斜位于四川盆地東北部,湘鄂西褶皺帶與大巴山構(gòu)造帶之間,南北方向長約40 km,東西方向長約30 km(圖1b)。秭歸復(fù)向斜整體為一非共軸疊加褶皺,復(fù)向斜南翼發(fā)育次級的褶皺構(gòu)造。向斜內(nèi)發(fā)育近南北走向逆沖段斷裂和少量近東西走向正斷層。

秭歸復(fù)向斜以上侏羅統(tǒng)為核部地層,周緣地層主要為中侏羅統(tǒng)至三疊系。秭歸復(fù)向斜東部侏羅系與三疊系呈角度不整合面接觸,上三疊統(tǒng)及部分中三疊統(tǒng)遭受剝蝕(圖1c)。在向斜南-北方向上,三疊紀(jì)的地層保存完整。秭歸復(fù)向斜東南部仙女山斷裂附近,下白堊統(tǒng)石門組與下伏地層呈角度不整合接觸,古生代地層沿仙女山斷裂逆沖在石門組之上秭歸復(fù)向斜內(nèi)地層以上三疊統(tǒng)底部為界,其上為陸相沉積地層,其下主要為海相沉積地層。秭歸復(fù)向斜內(nèi)部,侏羅系底部發(fā)育煤層,可能成為發(fā)生構(gòu)造變形的滑動面,區(qū)內(nèi)志留系頁巖厚度較大,能作為區(qū)域性的滑脫層。

秭歸復(fù)向斜所在區(qū)域在地質(zhì)演化早期基本處于揚(yáng)子地塊北緣被動大陸邊緣沉積環(huán)境,在三疊紀(jì)晚期受其東側(cè)黃陵背斜所在區(qū)域古隆起的影響,使地層遭受了一定的剝蝕,侏羅紀(jì)開始,周緣構(gòu)造帶的活動促使秭歸復(fù)向斜所在區(qū)域發(fā)生變形,逐步形成秭歸復(fù)向斜的現(xiàn)今形態(tài)。其內(nèi)部的正斷層可能形成于晚白堊世中國中、東部的伸展環(huán)境之中,而近南北走向逆斷層則為古近紀(jì)近東西向擠壓作用的影響。

2.2 構(gòu)造地質(zhì)特征

散點圖和極密圖(圖2)展示了秭歸復(fù)向斜內(nèi)地層產(chǎn)狀的統(tǒng)計學(xué)特征。散點圖上,秭歸復(fù)向斜地層產(chǎn)狀整體為一個具有近南北方向長軸的橢圓,極密圖上,橢圓的短軸方向發(fā)育兩個次級的長軸,形成類似“啞鈴”的形態(tài)。秭歸復(fù)向斜所在區(qū)域發(fā)育大量近南北走向逆沖斷裂,其走向與香龍山背斜構(gòu)造鼻一致。秭歸復(fù)向斜南、北側(cè)均發(fā)育近東西走向的正斷層。

圖2 秭歸復(fù)向斜地層產(chǎn)狀統(tǒng)計與鄰近構(gòu)造單元軸跡分析(散點圖和極密圖為施密特網(wǎng)等角度下半球投影)Fig.2 Statistics of the stratum occurrence in the Zigui synclinorium and the axial trace analysis of its adjacent structural units(The scatterplot and ultra-dense diagram are the hemispherical projection from varying angles,such as the Schmidt net)

沖斷裂,其走向與香龍山背斜構(gòu)造鼻一致。秭歸復(fù)向斜南、北側(cè)均發(fā)育近東西走向的正斷層。

秭歸復(fù)向斜的長軸方向為近南北向,與黃陵背斜的長軸方向基本一致。神農(nóng)架背斜的軸跡走向大致為北偏東75°,與秭歸復(fù)向斜兩個構(gòu)造鼻軸跡的方向相同；香龍山背斜軸跡呈近東西方向展布,與秭歸復(fù)向斜構(gòu)造形跡上的聯(lián)系并不緊密。這說明,在向斜南北方向上,神農(nóng)架背斜的形成與秭歸地區(qū)次級東西走向褶皺的形成于同一期構(gòu)造活動。香龍山背斜的形成與秭歸復(fù)向斜現(xiàn)今形態(tài)的形成之間沒有直接的聯(lián)系。

2.3 淺表地質(zhì)結(jié)構(gòu)

淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面展示了秭歸復(fù)向斜的基本形態(tài)特征(圖3)。淺表剖面AA′至EE′在秭歸復(fù)向斜呈自西向東排列,AA′剖面中,向斜內(nèi)部的侏羅系遭受了強(qiáng)烈剝蝕,向斜整體抬升較高(圖3a),在向斜核部CC′和DD′剖面所在位置,地層整體增厚,向斜的抬升局限在南、北兩翼,向斜核部地層保存較為完整(圖3c,d),EE′剖面位于向斜最東端,靠近黃陵背斜,地層剝蝕程度較高,整體也發(fā)生了較為強(qiáng)烈的抬升作用(圖3e)。向斜南部出露石炭系,北部不發(fā)育。秭歸復(fù)向斜東-西方向上為一不對稱的簡單向斜構(gòu)造,西翼長而緩,東翼短而陡(圖3f)。

在DD′剖面上,秭歸復(fù)向斜北翼高陡,但剖面北端地層產(chǎn)狀已經(jīng)接近水平,這說明近水平的地層已經(jīng)處于促使向斜北翼發(fā)生翹傾的深部構(gòu)造影響的范圍之外,向斜南翼整體低緩,至剖面南端地層仍傾斜,說明此處仍處于南翼深部構(gòu)造的影響之下。因此,在解析 南翼構(gòu)造變形模式時,需要將DD′剖面向南延長,以尋找到控制南翼構(gòu)造變形的深部構(gòu)造的終止點。

2.4 深部構(gòu)造樣式

位于DD′剖面位置的地震剖面(圖4,圖5),展示了秭歸復(fù)向斜南、北翼的深部構(gòu)造樣式。地震層位通過淺表露頭的約束下的地震地層追蹤確定。地震剖面基準(zhǔn)面為700 m。在剖面上追蹤的層位及其對應(yīng)的地震波組特征為：Z(震旦系底界)對應(yīng)一套中-弱振幅中反射,在向斜內(nèi)部連續(xù)性較好,向斜兩翼相對較差,(寒武系底界)對應(yīng)一套中-強(qiáng)振幅中反射,連續(xù)性較好,O(奧陶系底界)對應(yīng)一套中-強(qiáng)振幅中反射,上部為空白反射,連續(xù)性稍弱于寒武系底界,S(志留系底界)對應(yīng)一套中-強(qiáng)振幅強(qiáng)反射,上部為連續(xù)平行波組,C-D(石炭系-泥盆系底界)對應(yīng)一套中-弱振幅中反射,P(二疊系底界)對應(yīng)一套中振幅中-強(qiáng)反射,連續(xù)性較好,T1d(下三疊統(tǒng)大冶組底界)對應(yīng)一套中振幅中-弱反射,T1j(下三疊統(tǒng)嘉陵江組底界)對應(yīng)一套中振幅中反射,T2(中三疊統(tǒng)底界)對應(yīng)一套中振幅中-弱反射,局部位置為中反射,連續(xù)性好,J1(下侏羅統(tǒng)底界)對應(yīng)一套中-強(qiáng)振幅中-強(qiáng)反射,上部為一套弱反射層,連續(xù)性好,J2(中侏羅統(tǒng)底界)對應(yīng)一套中-強(qiáng)振幅中反射,局部為強(qiáng)反射,上、下部均為連續(xù)平行反射,J3(上侏羅統(tǒng)底界)對應(yīng)一套中-強(qiáng)振幅中反射,下部為連續(xù)平行反射。

秭歸復(fù)向斜北翼(圖4b),對應(yīng)各層位底界的同相軸均有著十分相似的彎曲形態(tài),整體向南傾斜,可劃分出5個等傾角區(qū)和4個軸面(圖4c)。軸面的延伸范圍局限于志留系底部滑脫層之上。秭歸復(fù)向斜北翼的奧陶系、寒武系、震旦系整體形成一個單斜構(gòu)造,其內(nèi)部發(fā)育有多條向北傾斜的次級斷裂,自震旦系下部基底滑脫層延伸至志留系底部滑脫層。在震旦系之下,存在由4個呈疊瓦式堆疊的推覆體組成的構(gòu)造楔,其中一個推覆體在其運(yùn)動方向前端形成了破裂,并切穿了震旦系下部的基底滑脫層,切入秭歸復(fù)向斜核部的志留系滑脫層中(圖4c)。

秭歸復(fù)向斜南翼的地層整體向北傾斜(圖5b),對應(yīng)三疊系的部分波組在南翼發(fā)生了次級的彎曲,其下方對應(yīng)志留系、奧陶系、寒武系、震旦系底界的波組整體形成一單斜構(gòu)造,且變形程度整體小于向斜北翼。秭歸復(fù)向斜南翼下方,存在另一組近平行的地震反射軸延伸至剖面邊部,層位追蹤表明,秭歸復(fù)向斜南翼深部存在另一套志留系至震旦系(圖5c)。

秭歸復(fù)向斜南翼三疊系內(nèi)部的次級褶皺變形,可以被劃分為5個等傾角區(qū)(圖5d),從剖面上波組的交切關(guān)系上看,此次級褶皺南翼下方波組的削截對應(yīng)了一條斷裂構(gòu)造的存在(圖5d中①),而北翼下方另一組地震波反射的削截(圖5d中③),對應(yīng)一條向深部延伸的斷裂。圖5d范圍內(nèi)的其他波組削截構(gòu)造對應(yīng)了形成這一次級褶皺構(gòu)造過程中的反沖斷裂(圖5d中②)和此次級褶皺下方自志留系頁巖滑脫層向上延伸的次級斷裂(圖5d中④和⑤)。

圖5d中①和②波組削截部位所代表的斷裂向上延伸至侏羅系底部煤層終止,圖5d中③所代表的的斷裂向下延伸至志留系底部滑脫層終止,向上與圖5d中①所代表的斷裂相連,圖5d中④和⑤所代表的斷裂延伸至圖5d中③所代表的斷裂終止。向斜南翼的次級褶皺形成的背斜構(gòu)造即為秭歸復(fù)向斜內(nèi)部發(fā)育的次級褶皺。顯然,秭歸復(fù)向斜內(nèi)部次級褶皺的形成是來自向斜北側(cè)擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用的結(jié)果。

圖3 秭歸復(fù)向斜淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面(剖面間距等比例放大兩倍,起始點空間相對位置不變)Fig.3 Surface geological cross sections of the Zigui synclinoriuma. AA′淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面;b. BB′淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面;c. CC′淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面;d. DD′淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面;e. EE′淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面; f. FF′淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面

地震剖面的解釋表明形成秭歸復(fù)向斜北翼的深部構(gòu)造形式為基底物質(zhì)的楔入和堆疊,而秭歸復(fù)向斜南翼的深部構(gòu)造,受限于地震剖面的延伸長度,無法完全確定其影響范圍,需要通過沿DD′剖面繪制的延長淺表剖面GG′,在刻畫秭歸復(fù)向斜南翼完整形態(tài)的基礎(chǔ)上,作進(jìn)一步的運(yùn)動學(xué)分析。

2.5 運(yùn)動學(xué)模式

地層在未受到構(gòu)造作用影響時,基本保持其沉積形成時的水平或近水平形態(tài)。在斷層相關(guān)褶皺理論中,地層變形的結(jié)構(gòu)與形成地層變形的構(gòu)造形態(tài)密切相關(guān),當(dāng)?shù)貙邮軜?gòu)造楔楔入發(fā)生褶皺變形時,在構(gòu)造楔的楔頂點形成向斜軸面,在構(gòu)造楔的末端形成背斜軸面。在構(gòu)造楔的運(yùn)動過程中,處于擠壓構(gòu)造應(yīng)力下的地層沿連通上部滑脫層的傾斜斷裂向上爬升,引起滑脫層上覆地層的被動翹傾,被動翹傾地層的膝折帶內(nèi)活動軸面和不活動軸面的距離,等同于下伏構(gòu)造楔楔入的位移量。

圖5 秭歸復(fù)向斜南翼整體地震剖面解釋方案Fig.5 Interpretation of the seismic profile in the southern limb of the Zigui synclinorium a.位于DD′剖面所在位置的秭歸復(fù)向斜南北向地震剖面及圖b位置; b.秭歸復(fù)向斜南北向地震剖面南段空白剖面及圖d位置; c. 秭歸復(fù)向斜南北向地震剖面南段解釋方案; d.秭歸復(fù)向斜南北向地震剖面南段局部構(gòu)造分析

淺表構(gòu)造地質(zhì)剖面GG′(圖6)上,秭歸復(fù)向斜南翼延伸至香龍山背斜北翼開始變平,秭歸復(fù)向斜南翼、香龍山背斜、長陽背斜組成了一個寬緩的復(fù)背斜構(gòu)造。這表明形成秭歸復(fù)向斜南翼的深部構(gòu)造的范圍,從秭歸復(fù)向斜南翼的核部軸面延伸至香龍山背斜北翼核部軸面。

通過重建秭歸復(fù)向斜南-北向構(gòu)造變形發(fā)生時的向斜具體形態(tài),可以看到,形成秭歸復(fù)向斜南、北兩翼的運(yùn)動學(xué)模式均為圖7所示的構(gòu)造楔模型,但是在具體的構(gòu)造樣式上存在明顯不同。在秭歸復(fù)向斜北翼,組成構(gòu)造楔的是深部基底地層,它們以震旦系下部的滑脫層為頂板反沖斷層,以更深層的滑脫層為底部前沖斷層,楔入秭歸復(fù)向斜北翼,促使北翼翹傾,并在楔入過程中,在運(yùn)動方向前方形成次級逆沖斷裂。在秭歸復(fù)向斜北翼,圖7中軸面a為不活動軸面,軸面b為活動軸面,軸面間距約為13 km。秭歸復(fù)向斜南翼,切穿志留系滑脫層下方地層的斷裂與志留系頁巖滑脫層相連,南翼志留系至震旦系沿滑脫層向北運(yùn)動,促使其上方地層向北翹傾。秭歸復(fù)向斜南翼下方斷層轉(zhuǎn)折點至震旦系底部滑脫面的距離與斷裂面切角的正弦值,即為傾斜斷裂面切入基底地層的深度,根據(jù)剖面估計,其深度為秭歸復(fù)向斜核部震旦系下部滑脫層以下4 km,約為16 km。圖7中軸面d為秭歸復(fù)向斜南翼的不活動軸面,軸面c為活動軸面,期間距約為38 km。依據(jù)對香龍山深部構(gòu)造樣式的分析[46],在地層結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯變化又處于同一構(gòu)造應(yīng)力場作用的條件下,可以認(rèn)為形成長陽背斜的運(yùn)動學(xué)模型與香龍山背斜相同,均為受控于志留系頁巖滑脫層和基底滑脫層的復(fù)合構(gòu)造楔。

3 討論

3.1 變形時間

前人在秭歸復(fù)向斜周緣構(gòu)造帶的低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)表明[23,38,45,47],秭歸復(fù)向斜南側(cè),湘鄂西褶皺帶主要形成于晚侏羅世至早白堊世,并且自南東向北西發(fā)生遞進(jìn)褶皺變形。秭歸復(fù)向斜東南部仙女山地區(qū)分布的下白堊統(tǒng)石門組為早白堊世早、中期沉積的地層[47],表明秭歸地區(qū)南部的變形在早白堊世早期地層沉積前已經(jīng)結(jié)束。因此,秭歸復(fù)向斜南翼形成于晚侏羅世至早白堊世初期。

在秭歸復(fù)向斜北側(cè),大巴山構(gòu)造帶的中生代中、晚期的演化過程存在爭議。一種觀點認(rèn)為大巴山構(gòu)造帶晚侏羅世至早白堊世發(fā)生了縮短,與湘鄂西褶皺帶的變形是同期的[20,31],另一種觀點認(rèn)為大巴山構(gòu)造帶在晚侏羅世活動相對平靜,早白堊世至晚白堊世為其發(fā)生強(qiáng)烈縮短的時期[28,32]。大巴山地區(qū)的低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)包括晚三疊世、晚侏羅世、早白堊世中期至早白堊世晚期、古近紀(jì)末期4個時間段[46-48]。晚侏羅世,大巴山構(gòu)造帶內(nèi)部北大巴沖斷帶和南大巴山?jīng)_斷帶均發(fā)生了抬升,一種可能的解釋是,這是南大巴沖斷帶在晚侏羅世對北大巴沖斷帶的南向推覆形成的被動響應(yīng),另一種可能即為南大巴沖斷帶也在晚侏羅世發(fā)生了向南的推覆作用。

角度不整合代表了區(qū)域強(qiáng)烈構(gòu)造變形的發(fā)生,而整合接觸,意味著相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境。南大巴沖斷帶東部的上白堊統(tǒng)與侏羅系之間為角度不整合接觸(圖8a),而在南大巴沖斷帶的其他部位,下白堊統(tǒng)與侏羅系整合接觸(圖8b),下白堊統(tǒng)與上覆地層為角度不整合接觸。這表明南大巴沖斷帶的劇烈構(gòu)造變形發(fā)生在下白堊統(tǒng)發(fā)生了部分沉積之后。結(jié)合前人的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù),能夠確定,南大巴沖斷帶的推覆變形發(fā)生在早白堊世中期自早白堊世晚期。因此,秭歸復(fù)向斜的北翼同樣形成于早白堊世中期至早白堊世晚期。

3.2 變形過程

秭歸復(fù)向斜南、北向構(gòu)造以及香龍山背斜、長陽背斜形成具體過程包含如下6個階段(圖9)。

1) 地層近水平沉積階段,持續(xù)至晚侏羅世初期(圖9a)。

2) 長陽背斜的變形階段,發(fā)生于晚侏羅世,湘鄂西褶皺帶向北遞進(jìn)變形的過程中。長陽背斜在GG′剖面所切過的位置中最早發(fā)生變形,地層沿志留系滑脫層與基底滑脫層之間的斷面楔入長陽背斜北翼,形成背斜核部。在GG′剖面所切過的位置,剖面縮短了約5 km,縮短率約為2.6%(圖9b)。

3) 香龍山背斜的變形階段,發(fā)生于晚侏羅世,湘鄂西褶皺帶向北繼續(xù)傳遞變形的過程中。香龍山背斜形成于長陽背斜之后,地層沿志留系滑脫層與基底滑脫層之間的斷面楔入香龍山背斜北翼,形成背斜核部。

圖8 大巴山構(gòu)造帶和湘鄂西褶皺帶中生代地層接觸關(guān)系(據(jù)文獻(xiàn)[25])Fig.8 The Mesozoic stratigraphic contact relationship in the Dabashan tectonic belt and the West Hunan and Hubei fold belt(after refenrence [25])a.侏羅系與白堊系間角度不整合分布; b. 三疊系與侏羅系、侏羅系與白堊系間整合接觸分布

在GG′剖面所切過的位置,剖面縮短了約4 km,縮短率約為2.1%(圖9c)。

4) 秭歸復(fù)向斜南翼變形階段,發(fā)生于晚侏羅世、香龍山背斜形成之后,在此過程中,原秭歸復(fù)向斜南翼地層沿連通了志留系頁巖滑脫層和基底深部滑脫層南傾的斷裂向北運(yùn)動,志留系頁巖滑脫層上部地層沿滑脫層發(fā)生被動滑動,最終形成了切穿上覆地層的斷裂。在此過程中,GG′剖面的縮短量為37.8 km,縮短率為19.5%(圖9d)。

5) 秭歸復(fù)向斜北翼變形階段,發(fā)生在早白堊世中期至早白堊世晚期,來自大巴山構(gòu)造帶的南向擠壓應(yīng)力促使基底物質(zhì)楔入秭歸復(fù)向斜北翼下,并形成疊瓦式構(gòu)造,震旦系下部滑脫層是構(gòu)造楔的頂板反沖斷層,深部滑脫層為構(gòu)造楔的底板前沖斷層。來自大巴山構(gòu)造帶的擠壓應(yīng)力促使秭歸復(fù)向斜內(nèi)形成了新的次級褶皺構(gòu)造,在剖面上表現(xiàn)為秭歸復(fù)向斜北翼一系列次級逆沖斷裂的形成和秭歸復(fù)向斜南翼次級背斜的變形,在平面上表現(xiàn)為秭歸復(fù)向斜兩個構(gòu)造鼻的形成(圖9e)。

圖9 秭歸復(fù)向斜構(gòu)造變形過程(沿GG′剖面)Fig.9 Deformation stages of the Zigui synclinorium(along the cross-section GG′)a.晚侏羅世初期地層水平沉積階段; b.晚侏羅世長陽背斜變形期; c.晚侏羅世香龍山背斜變形期; d. 晚侏羅世秭歸復(fù)向斜南翼變形期; e.早白堊世中期至早白堊世晚期秭歸復(fù)向斜北翼變形期; f. 早白堊是晚期后復(fù)向斜改造階段

6) 秭歸復(fù)向斜形成后改造階段,發(fā)生于早白堊世晚期之后。此階段內(nèi),區(qū)域內(nèi)由于構(gòu)造變形而位于構(gòu)造高部位的地層可能均遭受了剝蝕。早白堊世晚期中國中、東部廣泛的伸展作用對秭歸復(fù)向斜也起到的明顯的改造作用,促使許多逆沖斷裂反轉(zhuǎn)為正斷層。古近紀(jì)末期,由于青藏高原隆升而形成的自西向東的擠壓對長陽背斜、香龍山背斜、秭歸復(fù)向斜均起到了改造作用,長陽背斜、香龍山背斜表現(xiàn)為構(gòu)造鼻的形成,秭歸復(fù)向斜表現(xiàn)為其內(nèi)部大量近南北向展布逆沖斷裂的活動(圖9f)。

GG′剖面在整個構(gòu)造變形過程中,總縮短量約為60 km,縮短率約為31%。

3.3 成因機(jī)制與構(gòu)造意義

秭歸復(fù)向斜的構(gòu)造變形,對大巴山構(gòu)造帶和湘鄂西褶皺帶變形的疊置關(guān)系具有指示意義。大巴山構(gòu)造帶和湘鄂西褶皺帶變形的疊置關(guān)系長期以來存在分歧。一種觀點認(rèn)為湘鄂西褶皺變形對大巴山構(gòu)造帶前緣產(chǎn)生了改造作用[43,49-50],另一種觀點認(rèn)為大巴山構(gòu)造帶的變形引起了湘鄂西褶皺帶內(nèi)次級褶皺構(gòu)造的發(fā)育[21]。此次研究表明,在秭歸地區(qū),受控于大巴山構(gòu)造帶內(nèi)南大巴沖斷帶和湘鄂西褶皺帶活動時間的差異,湘鄂西褶皺帶的構(gòu)造變形遭受了大巴山構(gòu)造帶構(gòu)造活動的改造,具體表現(xiàn)為地層內(nèi)部滑脫層之上次級沖斷-褶皺變形的發(fā)育。晚侏羅世至早白堊世,湘鄂西褶皺帶和大巴山構(gòu)造帶內(nèi)的南大巴沖斷帶先后形成,南大巴沖斷帶的變形疊置于湘鄂西褶皺帶的變形之上,是促使秭歸復(fù)向斜在南、北方向上形成現(xiàn)今地質(zhì)結(jié)構(gòu)的直接原因。

秭歸復(fù)向斜北翼的構(gòu)造變形對神農(nóng)架背斜的形成機(jī)制提供了新的啟示,前人認(rèn)為神農(nóng)架背斜可能是一個沿某條隱伏斷裂發(fā)生逆沖推覆的推覆體[18],而地震剖面的解釋表明,神農(nóng)架背斜更有可能是受基底物質(zhì)堆疊而逐漸被動抬升、遭受剝蝕,直至出露神農(nóng)架群等古老地層而形成的。

4 結(jié)論

1) 秭歸復(fù)向斜南翼的翹傾受控于以連接志留系滑脫層和基底滑脫層的南傾斷面為底部反沖斷裂以志留系滑脫層及其上部的北傾斷面為頂部前沖斷裂的構(gòu)造楔的北向楔入。秭歸復(fù)向斜北翼的翹傾受控于以向斜北翼基底滑脫層為頂板反沖斷裂,以北翼下方深部滑脫層為底板前沖斷裂,由基底物質(zhì)組成的構(gòu)造楔南向楔入。

2) 秭歸復(fù)向斜南翼形成于湘鄂西褶皺帶晚侏羅世向北的遞進(jìn)構(gòu)造變形過程中,北翼形成于早白堊世中期自早白堊世晚期大巴山構(gòu)造帶內(nèi)南大巴沖斷帶向南推覆的過程中?？偪s短量約為60 km,縮短率約為31%。

3) 大巴山構(gòu)造帶早白堊世中期至晚白堊世的變形疊置于湘鄂西褶皺帶晚侏羅世的變形之上,是湘鄂西褶皺帶與大巴山構(gòu)造帶構(gòu)造變形復(fù)合的基本模式。