对于郯庐断裂带的认识
郯庐断裂是纵贯中国南北的一条大断裂,从辽宁北部一直南延到江西赣州附近。这样大的断裂带,不仅在中国,就是在世界上也是不多见的。我国曾有很多地质学家和地质工作者对此断裂带开展过研究,除了认为它既大又深之外,还认为它时代久远,有人甚至认为郯庐断裂带在太古代就已形成。对它的成因也还无统一的权威说法。本书拟从板块构造的角度,对郯庐断裂带的成因及形成过程进行一些探讨。
地球在太古代时是什么形态,现在还无从推断,至少在晚元古代末期是北半球大、南半球小,为一个底面朝北的早古生代地球四面体。到早古生代末期,地球变成了南半球大、北半球小,为一个底面朝南的晚古生代地球四面体。现在是北半球大、南半球小,一个底面朝北的早古生代地球四面体正在形成中。晚元古代以来,地球形态变化经历了一个周期,而华北板块与扬子板块之间也经历了两次分离和两次碰撞对接。如果郯庐断裂是太古代时就形成了,怎么能保证每次华北板块和扬子板块分离之后又碰撞对接时,都能在原来的位置对接,甚至连角度都不改变,使得郯庐断裂带一直保持现在北北东向的延伸方向呢?如果确认扬子板块是中元古代以后形成的,在太古代郯庐断裂怎么可能就在尚未形成的扬子板块上产生了呢?显然,因为有太古代地层卷入到郯庐断裂带中,就认为郯庐断裂带形成于太古代是不合适的。
郯庐断裂带应开始形成于早三叠世末,扬子(南华)板块与华北板块碰撞对接时。最初,郯庐断裂带只是上述两个板块间的错动构造带,后来才发展成现在规模的大型断裂带。至今,该断裂带仍在活动,是导致中国东部地震的重要原因之一。
泥盆纪初,华北、扬子和华夏板块从冈瓦纳大板块上分离出来,成为联合板块。联合板块从南向北移动时,在中部形成了板块中部拉薄拗陷构造。拉薄拗陷盆地的中心在广西、湘南一带。盆地东面为陆源隆起带,从广东、福建一直延伸到浙江。晚二叠世时,浙江中部还是陆地,形成陆相沉积后,浙北才有海湘沉积,但地势稍高,为水下隆起,该水下隆起可以一直延伸到苏北。因此可以将该隆起带称为粤闽浙苏皖隆起带。隆起带的西部边缘就在郯城、庐江一带。
早石炭世末,华北板块与扬子板块分离。这两个板块的分离,正是沿着粤闽浙苏皖隆起带的西部苏皖边缘分离的。华北板块形成了子板块凸三角构造,扬子板块形成了母板块凹三角构造。浙苏皖隆起带实际上就是南华板块向北面特提斯海伸出的半岛。早三叠世末扬子板块和华北板块再次碰撞对接时,虽然不完全在原来分离的位置进行对接,但位移不大。两个板块碰撞对接形成的碰撞隆起带,从秦岭、伏牛山南东折向大别山,与郯庐板块错动带相接,组成一个南凸的三角形,大体呈现出原来板块分离时的构造形态。说两个板块再次对接不完全在原来的位置,原因是华北板块盖层向南超覆时,超过了郯庐断裂带,到了其东南的赣东北和皖南地区,华北板块超覆盖层的前锋还推动了皖浙赣一带的古生代带地层隆起,形成了天目山、怀玉山向南突出的弧形。扬子板块显然向西移动了数百千米。
扬子板块北伸的苏皖半岛西部与华北板块主体之间发生边缘错动,形成压扭性的单向错动构造,错动面倾向北西西。由于南北板块碰撞对接持续时间非常长,不仅扬子板块插入到华北板块基底与盖层之间,而且从侏罗纪初开始,由于北冰洋的扩张,华北板块也发生南移,郯庐单向错动构造转变成双向错动构造,华北板块盖层越过秦岭—大别山板块碰撞隆起带大规模向南超覆,因此苏皖半岛对其北的华北板块东部产生十分巨大的由南向北的挤压力。需要说明的是,当时墨西哥和日本南部尚未脱离扬子板块,是扬子板块东面的一部分,参与对华北板块的向北挤压也正是这种碰撞挤压,形成并加大了它们与扬子板块间的张裂带,为以后脱离扬子板块创造了条件。正是浙苏皖半岛的向北挤压促使华北板块东部北移。半岛以西的华北板块主体则受到由北向南的挤压力,致使华北板块东西部之间受到剪切力的作用。华北板块东部的北移,对华北板块西部产生拉扯作用,因此华北板块在此张扭性剪切力的作用下,顺着郯庐错动面的方向产生北北东向延伸的张扭性断裂带,一直延伸到辽宁北部,并在断裂带西侧,即临沂到蒙阴一带形成与郯庐断裂带斜交的次生张扭性断裂,超基性的岩浆顺张裂侵入,形成金伯利岩矿带。同理,在扬子板块上也承受了华北板块向南挤压力的作用,形成张扭性的断裂带,从九江附近大致沿赣江向南南西方向延伸到赣州附近,故也称赣江断裂,并在该断裂带以东也形成了次生张扭性断裂带和超基性岩体的侵入。只是由于双桥山群的覆盖,从皖南到赣东北的超基性岩只是零星出露,有无金伯利岩就不敢断言了。赣江断裂是江西地矿局提出的,其理由就不在此一一陈述了。也有人不承认赣江断裂的存在,而把郯庐断裂与广济一带的断裂相连接。这在力学上是不合理的。因为扬子板块受到郯庐断裂以西华北板块的挤压,产生张扭性剪切力,应沿郯庐断裂延伸方向发育断裂带,而不是与郯庐断裂斜交方向上。而庐山的隆起、吉安螺子山玄武岩的溢出,也显示出赣江断裂的存在。
从郯城向北到辽宁北部,从庐江向南到江西南部,整个郯庐断裂带延伸2000多千米。郯城到庐江间以压扭性为主,为压扭性板块错动构造带,郯城以北和庐江以南则属于张扭性的断裂带,这就是郯庐断裂最初形成时的状况。郯城到庐江间的板块错动构造带形成于早三叠世末,但侏罗纪一直在活动。而郯庐断裂带也是在侏罗纪末才最终形成的,断裂面基本上倾向于北西西。古近纪,郯庐断裂又开始了一个新的发育时期。
古近纪初,太平洋强烈扩张,形成了新华夏系构造。新华夏系第二隆起带和第二拗陷带就是以郯庐断裂带为界线的,实际上也正是郯庐断裂带的存在,规范了新华夏系的延伸方向。随着第二隆起带的隆起、第二拗陷带的下陷,第二隆起带向第二拗陷带挤压、上冲,使郯庐断裂面转向南东东倾斜,此时的郯庐断裂已全部转变成压扭性的断裂带。当时引发的地震和火山活动主要应在郯庐断裂带及其以东的第二隆起带内。第四纪初,随着印度洋的扩张、印度板块的强烈北挤,迫使亚洲板块东移,仰冲于太平洋基底之上。新华夏系第二拗陷带也发生向东的挤压,郯庐断裂面又由向南东东倾斜转变为基本直立。目前,郯庐断裂仍是以压扭性为主,但在第四纪初挤压力方向发生改变时,曾一度是张扭性的,因此沿郯庐断裂带发生了岩浆侵入和火山喷发。如江西庐山的花岗岩侵入,使庐山高高隆起,达到雪线以上形成冰川。目前,庐山东南部为花岗岩,而顶部和北部为下古生界,以寒武系为主体。庐山北坡东林寺一带山坡上有巨大的滚石,直径1米左右,主要为古近纪的岩石。又如在江西吉安市北郊,赣江西侧有一座孤立的圆锥形低山,称螺子山,实际上是一座古火山,喷发的是玄武岩,至今地表仍可拾到辉长—玄武岩质的火山弹。随着亚洲板块的继续东移,郯庐断裂面可能发展成为向北西西倾斜。由于新华夏系第二拗陷带在古近纪到新近纪时受到挤压的地层得到舒张,产生向东的挤压,从而引发地震。至少近数十年乃至上百年来,在中国东部大陆上发生的地震都在第二拗陷带内。今后,郯庐断裂及其西侧的新华夏系第二拗陷带将成为中国东部受地震危害最大的地区。
中国华北与华南的地质构造差异甚大,华北构造简单,华南则构造十分复杂。为什么南北的差异如此巨大呢?究其原因主要有两点:一是华北板块是较古老、较稳定的板块,基底为太古界和中下元古界,刚性较强,作为盖层的上元古界也已时代久远,早已固结。而扬子板块是多次穿越赤道移动的板块,其基底为上元古界,刚性不及华北板块强,作为盖层的古生代地层形成较晚,可塑性较大。二是由于郯庐断裂的发育,尤其是苏皖半岛作为一个刚性体挡在了华北板块的东面,在古近纪太平洋形成、亚洲陆壳西挤时,承受了由东向西的挤压力,由于苏皖半岛的规范作用,对华北板块主体形成均匀的挤压,因而新华夏系发育良好,方向性明显。而扬子板块东面没有类似于苏皖半岛的相对刚性地块隔挡,扬子板块的基底和盖层可塑性相对较大,容易受力发生变形,因此扬子板块上新华夏系构造的发育没有华北板块那样清晰、规范,在北西西向挤压力的作用下,地层沿不同深度的滑脱面发生不同级别的滑脱,导致多层次的滑脱构造、地层褶皱等,最终在扬子板块上形成了江南弧形构造。