湘西花垣—茶洞断裂的活动期次与运动特征

杨 阳， 李瑞雪， 高伟利， 薛长军， 苗强军

(1.长安大学地球科学与资源学院，陕西西安710064； 2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司非常规技术研究院，天津300450； 3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京100083)

湘西花垣—茶洞断裂的活动期次与运动特征

杨 阳1， 李瑞雪2， 高伟利3， 薛长军1， 苗强军3

(1.长安大学地球科学与资源学院，陕西西安710064； 2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司非常规技术研究院，天津300450； 3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京100083)

花垣—茶洞断裂带位于湖南西部，为松桃—大庸深断裂的分支，是松桃—大庸断裂北段的一部分。通过对断裂带两侧的野外基础特征、节理发育处的测量统计、擦痕与共轭节理的应力分析以及断裂带两侧的深部钻孔勘探揭露，得出花垣—茶洞断裂带的活动至少有2个期次：一期为北东向南西向的左行剪切走滑；另一期为断裂带北侧的地层下滑，下滑距离约为550～700 m。

花垣—茶洞断裂带；节理与应力；活动期次；运动特征；湘西

0 引 言

花垣—茶洞大断裂位于湖南西部，横跨花垣县图幅(1∶5万区调)。湖南西部地史上所经历的变革：中元古代武陵运动以造山为主，是湖南确知最早的一次地壳运动，地层以高角度不整合接触表征，武陵运动后，湘西北由活动区转化为稳定区；晚元古代雪峰运动表现在湘西地层中以假整合-低角度不整合为主，局部地区为中角度不整合，该运动总趋势继承武陵运动西北强、东南弱的特点，使湘西基本转化为稳定区；早古生代加里东期地壳运动是省内最强烈的造山运动，波及全境，影响深远，表现为早、晚古生代地层间的角度不整合接触，该断裂西北部主要发育中泥盆统云台观组与下伏中志留统小溪组呈假整合或角度不整合接触，加里东运动结束后，湖南处于相对宁静期，主要表现为以造陆为主的震荡运动；晚古生代海西期地壳运动主要以地壳抬升为主，在湘西地区造成了下二叠统栖霞组与下伏地层之间具多种形式的接触关系；中生代燕山期地壳运动，系湖南确知规模最大的地壳运动，广泛强烈，使全境褶皱隆起，早期以隆起、凹陷与大型断裂带为特点，晚期以大型断裂为特征(湖南省地质矿产局， 1988)。

松桃—大庸深断裂是切割较深的区域性断裂，并具有长期继承性活动的特点，该断裂是1条前震旦纪以来长期活动的深断裂，为一宽数十千米的边缘深断裂，由多条区域性大断裂和若干分支、派生断裂组成(贵州省地质矿产局，1987)。其中花垣—茶洞大断裂为松桃—大庸断裂北段的一部分(图1)，东部延至慈利以远，西部在花垣县城附近向西分支，经花垣矿田西北缘过茶洞入黔境，省内长度200多km，该断裂还是省内重要的热流值高异常区及新构造活动带，经槽探揭露，开裂部位存在大量新、旧构造擦痕和磨光面，表明该断裂具有长期活动的性质(杨绍祥，1998；高伟利等，2014)。

图1 湘黔境内构造带区域地质简图(据贵州省地质矿产局，1987；湖南省地质矿产局，1988图件改编)1-元古界冷家溪群；2-元古界板溪群；3-震旦系—志留系；4-泥盆系—中三叠统；5-上三叠统—侏罗系；6-白垩系—新近系；7-断层；8-断裂带剖面位置Fig.1 Simplified regional geological map showing tectonic belts in Hunan-Guizhou provinces(modified from the Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province, 1987; Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province, 1988)

松桃—大庸断裂位于花垣—茶洞一线，出露较好。花垣—茶洞大断裂之前一直被认为是花垣铅锌矿田的北边界，但断裂带北部杨家寨矿段的勘探成果显示花垣—茶洞断裂带在区域上为主要控岩控矿断裂，这对该断裂带的活动期次以及运动特征的研究非常重要。

花垣—茶洞断裂带特征：断层破碎带宽5～30 m，断层角砾岩发育，垂直断距为80～400 m，断层延伸长度大于11 km，走向NE 45°～70°，倾角变化较大，45°～80°不等。由野外地质露头岩层产状测量以及地层出露情况得出该断裂的性质为正断层(图2)。

1 断裂两侧地层特征

断裂带两侧地层总体上北侧地层较新于南侧地层。断裂带以北出露志留系(S)、奥陶系(O)、上、中寒武统(C-2-3)等，断裂以南出露下寒武统清虚洞组、石牌组等(图3)。其中下寒武统(C-1)清虚洞组灰岩为区域上主要的赋矿岩系。

断裂带北侧志留系(S)主要岩性为含笔石的浅海陆源细碎屑岩，奥陶系(O)以瘤状泥晶灰岩，生物碎屑泥晶灰岩为主，寒武系(C-)层序完整，特别是碳酸盐岩地层出露广泛与下伏震旦系(Z)及上覆奥陶系(O)均呈整合接触，主要以巨厚的碳酸盐岩为主；南侧以清虚洞组的灰岩和石牌组的板状页岩为主。

花垣—茶洞大断裂是花垣铅锌矿田的北边界，矿体主要赋存于断裂带南侧的大脑坡、李梅、耐子堡等。

2 断裂两侧构造测量解析

在野外对断裂带两侧节理、擦痕露头统计测量的基础上(刘超等，2011；郝兴中等，2014；路成等，2015)，笔者作图分析了断裂的活动期次和运功特征(图3)。

图2 花垣—茶洞大断裂带剖面图1-清虚洞组下段；2-清虚洞组中段；3-石牌组；4-娄山关组；5-鳞片状页岩；6-厚层状灰岩；7-薄层状灰岩；8-角砾状白云岩；9-断层破碎带；10-断层Fig.2 Geological section of the large Huayuan-Chadong fault belt

图3 断裂带附近节理统计和古应力分布图1-志留系；2-奥陶系；3-娄山关组；4-高台组；5-石牌组；6-清虚洞组下段；7-清虚洞组中段；8-清虚洞组上段；9-纹层状白云岩；10-角砾状白云岩；11-断层；12-节理分析点；13-勘探线位置Fig.3 Statistics of joint and distribution of paleotectonic stress near the fault belt

2.1 断裂带野外构造特征

永丰村以北断裂带边界可见灰黄色石牌组泥质页岩，毫米级纹层，强烈褶皱变形，逆冲断层表面风化呈浅红色，为花垣—茶洞大断裂南边界。石牌组泥质页岩显示破碎强烈，呈鳞片状，破碎带局部宽度可达200 m左右。局部露头可见多组褶曲状变形，表明该套地层曾遭受2期构造活动(图4)：一期为NW向的大角度正断层，另一期为NE向的逆冲小角度断层。

图4 永丰村以北断裂带石牌组中发育的2期断裂野外现象与素描图Fig.4 Field outcrops and sketch of the two-stage faults in C-2s of fault belt, north of Yongfeng Village

杨家寨村旁断裂带发育娄山关组白云岩破碎带，断层为NW向，岩石灰白色，风化后表面呈浅红色，含较多方解石，以白云石为主，多处见擦痕，发育有多组节理(含共轭节理)，断层泥中砾径2～10 mm(图5)。擦痕方向为近NW向，由擦痕上的阶步特征判断为反阶步，指示了由东向西的运动方向。

图5 杨家寨村旁断裂带娄山关组中发育断裂带及局部擦痕素描图Fig.5 Fault belt and sketch of local slickensides in the Loushanguan Formation of fault belt near Yangjiazhai Village

花垣县农专以西高速公路旁涵洞东侧断裂带可见断裂破碎带，风化较强，岩性为娄山关组白云岩，含角砾，砾径1～2 cm，岩石破碎强烈，节理很发育。此处见一断裂面，产状332°∠76°；测得下盘岩层产状为66°∠35°，上盘产状为30°∠32°；断裂走向SW235°，NE55°，根据两盘运动方向判断为正断层(图6)。

图6 花垣县农专以西断裂带娄山关组局部露头与素描图Fig.6 Local outcrops and sketch of fault belt in the west of Nongzhuan, Huayuan County

通过对断裂带两侧的野外构造现象的研究，得出断裂带发生过2期构造运动，表现为正断层和由NE向SW向的左行剪切走滑，永丰村以北断裂带处的小角度NE向的逆冲断层和杨家寨村旁的局部近EW向的擦痕即为北东向剪切走滑的证据所在。

2.2 节理测量与分析

图7 HY041点断裂带南侧边缘局部野外露头和节理测量点Fig.7 Local field outcrops and joint measuring points, south of fault belt at HY041

HY041点处花垣—茶洞大断裂带南侧边缘，可见一小尺度穹窿状褶皱，其中发育有1组“地堑式”正断裂组合(图7)。岩性为清虚洞组下段灰色、青灰色薄层状灰岩，夹少量薄层状泥质条带灰岩。该点岩石破碎较严重，节理极度发育。节理面较平整，内无充填物，以剪节理为主；延伸几米至十几米。图7a为该断裂引起的1组共轭节理，产状为330°∠ 65°，15°∠ 74°，得出主压应力方向为NEE向的挤压。图7b为由断裂引起的次一级的小型地层弯曲褶皱，翼部岩层产状与断层产状大致一致。根据对该点做节理走向玫瑰花图可知，主要节理走向集中于330°～350°，其次为0°～10°(图3c)，表明该点处应力方向主要为NNW向的剪切挤压。

HY053点处位于李梅十一采区铅锌矿主井下，岩性为下寒武统清虚洞组中段厚层—巨厚层状藻礁灰岩。图3b点主要发育有垂直穿层和水平顺层的2组方解石脉(图8a、b)，其中水平顺层方解石脉呈不规则斑脉状，发育较多，边缘矿化明显；垂直穿层的方解石细脉发育较少，呈平直条带状，不含矿，并且垂向不含矿的方解石脉切穿水平或近水平的含矿方解石脉，应为李梅铅锌矿成矿后的节理。节理玫瑰花图显示，节理走向主要集中于0°～10°，其次为320°～330°。图3d号点为节理测量点，一组节理呈不规则状，节理面不平直，表现出挤压揉皱的特点，充填物较少，应为压扭性节理(图8c)；另一组节理面光滑平直，充填有方解石细脉，属于张剪节理(图8d)，对压扭性节理造成了破坏。通过玫瑰花图，该点处节理走向集中于350°～10°，表明李梅矿区主要以近SN向的张性节理为主，规模较大，为成矿提供了容矿空间。产生该SN向的张性节理可能是由区域上的NE、SW向的剪切走滑引起的。

图8 李梅十一采区井下节理测量点(a) 方解石脉；(b) 方解石脉；(c) 压扭性节理；(d) 张剪节理Fig.8 Measuring points of under shaft joints in No.11 sector in the Limei mine(a) calcite vein; (b) calcite vein; (c) transpressional joint; (d) tensional shear joint

HY029点为岩性、构造节理观察点。点北西为娄山关组灰白色白云岩，无纹层，风化面呈浅紫红色，岩石破裂较强，节理极发育，以剪节理为主，延伸较远，互相穿切呈角砾状；点南东为娄山关组灰白色纹层状白云岩，纹层厚度约为0.5 cm(图9)。

统计该点节理，由走向玫瑰花图可知，该点节理走向较分散，主要节理走向大致集中于40°～50°和330°～340°方向；350°～10°和290°～310°方向也有较多(图3a)。该点的测量位置为断裂带与次一级断裂之间，受力方向复杂多变，故其应力的分期难以实现，表明花垣—茶洞断裂带活动的多期性与长期性。

图9 HY029点通朔村旁节理测量点Fig.9 Measuring points of joints at HY029 near Tongshuo Village

2.3 构造应力的解析

所有的构造形迹都是地应力作用的结果，而各类构造形迹的生成、发展都受地壳运动、构造应力场和边界条件的支配，一定型式的构造形迹反映了一定应力场的作用方式和方向。因此，在分析断裂带两侧构造型式时，根据典型共轭节理锐角等分线指示最大主应力σ1的原理，利用Win-Tensor古应力分析软件(Delvaux et al.,1995)，对研究区共轭节理及断裂带擦痕进行了主应力分析(表1)。

花垣—茶洞断裂带为燕山期的代表性构造，地表以剪切走滑正断裂为特征，花垣—茶洞断裂带的石英脉ESR定年表明，其最近的一次剧烈活动年代应该在燕山中—晚阶段(86.0～131.8 Ma)(谢建磊等，2006)。从表1中局部应力场分布特征可以得出，断裂带附近及两侧主压应力主要可分为3种：近垂直层面的主压应力(HY39084、HY39126)、NNW向主压应力(HY39082)、NNE向主压应力(HY39064、HY39128)。

由于主应力是根据共轭节理以及断层面上的擦痕分析的，故主应力方向指示了岩层受力发生运动的方向(霍明宇等，2013；朱勇等，2014)。近垂直层面的主压应力指示了对盘岩层的运动方向，表明断裂带北侧下滑的证据。根据区域构造应力演化特征，湘西地区在加里东期以NW-SE挤压为主，在燕山期以NNE-SSW挤压作用为主。加里东期向燕山期应力作用转换时间大致应在131.3～120.0 Ma之间(湖南省地质矿产局，1988；谢建磊等，2006)，故在区域上断裂带遭受了NNW方向主压应力和NNE方向主压应力的过程，作用方式为NE向的左行剪压走滑，具体剪切走滑移动的距离还有待于进一步对该断裂带以及两侧的研究。

3 断层两侧典型勘探剖面对比分析

通过对断裂带两侧大脑坡矿区以及杨家寨矿区深部特征的揭露，发现大脑坡矿区构造特征受断裂带的影响以正断层为主，而杨家寨矿区构造特征以逆断层为主(图10、图11)。断裂带两侧矿区钻孔揭露，大脑坡矿区剖面寒武系发育完整，从顶到底依次为上寒武统娄山关组、中寒武统高台组、下寒武统清虚洞组，主要岩性为白云岩和灰岩两大类。杨家寨矿区剖面依然是寒武系发育完整，从顶到底依次为上寒武统娄山关组、中寒武统高台组、下寒武统清虚洞组，主要岩性为白云岩和灰岩。

从勘探线剖面中得出大脑坡矿区含矿层距地表的距离约为0～300 m，杨家寨矿区含矿层距地表的距离约为700～950 m。断裂带两侧从地层特征、矿石特征以及矿体的产出特征得出断裂带两侧的矿体是同一时期形成的，断裂带对其起到了破坏作用(肖文舟等，2016)。根据矿体的埋藏深度知北侧杨家寨矿区地层相对于南侧大脑坡的矿体垂直下滑距离约为550～700 m，杨家寨勘探线剖面中的逆断层很可能是由下滑作用引起的次一级的断裂。

对于该断裂带的活动期次的先后顺序、剪切滑动多少米甚至几千米还有待于对断裂带进行大区域深入研究。进一步地研究断裂带对两侧的矿区所起的破坏作用是非常有必要的，有利于为找寻矿产新靶区提供指导。

4 结 论

通过断裂带两侧的野外断层测量和室内分析的研究，得出以下结论。

(1) 花垣—茶洞断裂带两侧岩层发育北西倾向断层，断层面上多见擦痕，擦痕方向为由北东向南西向的近水平运动。

(2) 断裂带具有长期活动的性质，目前的研究认为活动期次至少为2次。

(3) 北东向南西方向左行剪切走滑，断裂带北侧地层下滑距离约为550～700 m。所以花垣—茶洞断裂带并非花垣矿田的北界线，其北侧矿体赋存较深，约为800 m，勘探远景非常乐观。

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表1 花垣—茶洞断裂带古应力恢复特征Table 1 Characteristics of paleostress recovery in the Huayuan-Chadong fault zone

注：F为断层产状，S为擦痕面倾伏向、倾伏角或侧伏向、侧伏角

图10 大脑坡矿区037勘探线剖面图(据湖南省地质矿产勘查开发局405队修改)1-第四系；2-寒武系中上统娄山关组(未分)；3-寒武系中统高台组；4-寒武系下统清虚洞组上段第二亚段；5-寒武系下统清虚洞组上段第一亚段；6-寒武系下统清虚洞组下段(第三+第四)亚段(含矿层位)；7-寒武系下统清虚洞组下段第二亚段；8-砂屑灰岩；9-云质灰岩；10-藻灰岩；11-豹皮灰岩；12-白云岩；13-砂屑白云岩；14-条带状白云岩；15-泥质白云岩；16-推测断层；17-铅锌矿体Fig.10 Geological profile along the prospecting line No. 037 in the Danaopo mine(modified from Geological Brigade No. 405, Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province)

图11 杨家寨矿区035勘探线剖面图(据湖南省地质矿产勘查开发局405队修改)1-第四系；2-寒武系中上统娄山关组(未分)；3-寒武系中上统娄山关组第三段；4-寒武系中上统娄山关组第二段；5-寒武系中上统娄山关组第一段；6-寒武系中统高台组；7-寒武系下统清虚洞组上段第二亚段；8-寒武系下统清虚洞组上段第一亚段；9-寒武系下统清虚洞组下段(第三+第四)亚段(含矿层位)；10-寒武系下统清虚洞组下段第二亚段；11-浮土(残坡沉积物)；12-灰岩；13-云质灰岩；14-藻灰岩；15-豹皮灰岩；16-白云岩；17-砂屑白云岩；18-条带状白云岩；19-泥质白云岩；20-推测断层；21-铅锌矿体Fig.11 Geological profile along prospecting line No. 035 in the Yangjiazhai mine(modified from Geological Brigade No. 405, Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province)

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Characteristics of active phase and motion of the Huayuan-Chadong fault zone in western Hunan Province

YANG Yang1, LI Ruixue2, GAO Weili3, XUE Changjun1, MIAO Qiangjun3

(1. School of Earth Science and Resources， Chang'an University， Xi′an 710064，Shaanxi, China； 2. Unconventional Oil & Gas Technology Research Institute, CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co, Tianjin 300450, China; 3. School of Earth Sciences and Resources， China University of Geosciences (Beijing)， Beijing 100083， China)

The Huayuan-Chadong fault belt, located in western Hunan Province, is a fault branch of the deep Songtao-Dayong fault and part of the northern Songtao-Dayong fault. The work analyzed the basic field characteristics of the both sides of the fault zone, and did joint measurement statistics and stress analysis of conjugate joints and scratches. Integrated with the deep drill holes along the fault zone, it is suggested that the active period of the Huayuan-Chadong fault zone has at least two stages. The first stage was NE-SW-trending left-lateral shear strike-slip, and the second stage was strata slip of northern fault zone with slipping distance of about 550～700 m.

Huayuan-Chadong fault zone; joints and stresses; active phase; motion characteristics; western Hunan Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.631

2016-02-28；

2016-04-10；编辑：陆李萍

中国地质调查局项目“整装勘查区深部找矿三维预测方法及示范研究”(12120113091400)

杨阳(1991— ),男,硕士研究生,矿产普查与勘探专业,E-mail： yyanglrx@sina.com

P542.8

A

1674-3636(2016)04-0631-09