該褶皺帶西以華鎣山斷裂為界, 東以齊耀山斷裂為界; 寬約170km; 沿NE的構造方向延伸, 向北東與大巴山弧形構造逐步過度, 向南西方向在川南與東西向瀘州凹陷結合或者漸變過渡到黔中隆起上。 因此, 其總體構造走向呈北東向。 平面上, 褶皺帶在中段呈北北東-北東走向, 向北該褶皺帶逐漸轉變為北東東向(圖3-2)。 而在構造帶南部, 華鎣山構造帶向南延伸過程中散開呈掃帚狀。 川東褶皺帶整體上表現為隔擋式褶皺, 單壹褶皺類型表現為斷層傳播式褶皺, 具有不對稱式褶皺特征(圖3-3)。 川東地區地表斷裂構造出露較少, 主要出現於高陡背斜的軸部, 呈北東向斷續分布。 通過大量地震剖面的解釋,斷裂構造常出現在背斜的軸部或陡翼, 斷面傾向復雜, 既有傾向北西, 也有傾向南東的。其中以組成川東東部邊界的華鎣山斷裂和西部邊界的齊耀山斷裂最為醒目和重要。
圖3-2 川東褶皺帶構造綱要圖
川東褶皺帶的北部, 背斜走向為北東-北東東向, 並逐漸與東西向構造復合, 其中方鬥山背斜在平面上明顯轉彎, 由北東東向逐漸轉變為近東西向, 呈向西突出的弧形, 背斜核部出露的最老地層為二疊系, 在方鬥山背斜的核部位置, 觀察到嘉陵江組的不對稱褶皺(圖3-4)。 北西翼傾角緩, 20°～50°; 南東翼傾角陡, 50°～80°, 甚至倒轉。 其形態基本代表了川東褶皺帶的整體面貌。
齊耀山背斜位於研究區中部, 川東褶皺帶與鄂西構造帶復合部位, 研究區內齊耀山背斜軸向北20°～60°東, 全長約130km, 褶皺核部出露的最老地層為二疊系灰巖和含煤泥頁巖段, 背斜兩翼出露三疊系。背斜之核部總體表現為寬緩、 圓滑, 但其中發育許多次壹級小褶皺, 小褶皺多發育於薄層灰巖中, 這是由於中-厚層灰巖與薄層灰巖相間組合, 在縱彎及層間牽引作用下在薄層灰巖中形成的牽引褶皺。 同時在褶皺形成過程中, 由於層間滑動形成了層間劈理構造, 特別是在褶皺的緩翼較為發育(圖3-5)。
齊耀山背斜為軸面傾向北西(或南東)的不對稱褶皺, 北西翼緩, 壹般傾角12°～50°; 南翼陡傾, 傾角56°～87°, 有些地方直立或倒轉(圖3-6)。 齊耀山斷裂表現為斷層傳播褶皺中部形成的突破型斷裂, 走滑性質不明顯, 在野外沒有見到側伏角很小的線狀擦痕構造, 平面上具有斷續分布特征, 傾向具有多變性, 傾向東或西。
圖3-3 川東褶皺帶基本構造樣式
圖3-4 方鬥山背斜核部特征
圖3-5 齊耀山背斜西翼局部地段野外素描圖
圖3-6 齊耀山背斜基本形態特征
萬州復向斜由萬州向斜、黃柏溪向斜、新場背斜和故陵向斜組成, 呈左行雁行式排列, 向北東在齊耀山背斜北西翼揚起消失, 整個復向斜存在三處低點, 分別對應萬州向斜、黃柏溪向斜和故陵向斜核部, 整體軸向北20°～70°東, 核部及兩翼皆由侏羅系組成(紅層)。 向斜內部巖層產狀平緩。傾角近水平, 靠近背斜則急劇變陡, 北翼甚至倒轉(圖3-7)。
圖3-7 萬州復向斜基本形態特征
川東褶皺帶構造形式表現為斷層傳播褶皺, 通過參與褶皺的地層以及生長地層的識別可以確定整體構造帶的形成時間。其基本原理如下:
基底和前生長地層之上的同構造沈積是逆沖褶皺造山帶前陸盆地中常見的現象, 變形的發展卷入了新的沈積地層, 形成了與斷層相關褶皺同期的生長褶皺。 生長地層和生長褶皺同時形成。 在地殼上部的斷層轉折褶皺作用、 斷層傳播褶皺作用和滑脫褶皺作用中, 褶皺往往通過膝折帶遷移和翼部旋轉運動方式形成(圖3-8)。通過膝折帶遷移方式時, 其翼部傾角不變而翼部寬度在變化, 這種情況下生長軸面也發生變化; 通過翼部旋轉方式時, 翼部傾角不斷變化, 其生長軸面具有相對不變的特征。
Rafini等(2002)提出不管是膝折帶遷移模式還是翼部旋轉模式, 最終的褶皺幾何形態是基本壹致的。 表明隨著褶皺或者斷層生長期間沈積的進行, 在生長區域內, 下部地層的生長幅度比上部大, 因此, 褶皺的翼長向上減小, 形成壹個三角形的生長域, 稱為生長三角; 地層外貌上形成壹個下寬上窄的楔形體。這壹結論表明褶皺過程和褶皺最後形成的幾何形態具有壹致性, 兩種方式產生的生長地層最終樣式基本壹致。
生長地層的最終形態主要受構造變形、 生長地層的沈積速率以及侵蝕作用影響, 它們在生長地層的形成過程中起到復合作用。
膝折帶遷移和翼部旋轉是褶皺變形的兩種主要方式, 這兩種方式都涉及生長軸面的活動性問題。 Suppe(1962)提出, 褶皺形成過程中沈積物質通過軸面發生移動時, 軸面是活動的, 但軸面與巖層之間沒有相對運動, 因此, 提出有限活動軸面的概念, 表示穿過軸面的物質運動相對較弱。 軸面活動最終決定著生長褶皺的翼長和背斜頂部長度, 活動軸面將使翼長和頂部寬度趨於增加, 而有限的活動軸面將產生小的翼長和頂長變化。
圖3-8 形成生長地層的兩種基本模式(據Ford et al., 1997)
構造擡升速率、 同期構造沈積和同期侵蝕速率之間的關系在背斜頂部限制了其向深部的變化, 三個因素之間的相互作用影響著生長地層構造沈積體系的連續發展。 模擬結果表明, 如果保持所有參數不變, 僅僅考慮沈積速率和變形速率, 當同期侵蝕不出現時, 構造擡升速率和同期構造沈積速率之間的比率(U/S)是單壹參數, 制約了正地形的出現和演化。對於覆蓋在前期生長地層上的較年輕地層, 侵蝕作用不活躍, 沈積速率較高。 對於膝折帶遷移模型, 生長軸面的傾斜取決於構造變形速率。 如果構造變形速率保持不變, 生長軸面基本保持水平狀態, 但對於低構造擡升速率, 其傾斜度較大; 如果構造變形速率在沈積時不斷發生變化, 軸面是彎曲的(見圖3-8)。 在相同方式下, 速率的突然改變, 也將影響生長軸面的形態。
如果沈積速率和擡升速率的變化極大地影響著生長地層的最終形態, 則侵蝕作用可能部分消減這種作用, 並且由於這種作用, 生長褶皺和相關生長地層的最終形態可能被破壞, 因此, 生長地層可能出露較差。 活動褶皺-逆沖造山帶前緣盆地生長地層埋藏較深或被劇烈剝蝕, 在這些區域出露相當差, 研究起來十分困難。 而在年輕的造山帶中生長地層相對出露較好, 這壹原則同樣適用於擴張環境的正斷層-褶皺帶的生長地層研究(Hardyet al., 1999; Shar pet al., 2000; Jose et al.,2002)。 具體說來, 在侵蝕速率較小或者基本不活動的情況下, 生長地層表現為年輕地層以退覆模式沈積在下部老地層之上。 而在侵蝕速率增加的條件下, 可能變形地層出現明顯的超覆或上超。 在生長地層形成時期或之後, 由於構造變形的持續作用, 地形地貌上的整體擡升主要是由於侵蝕作用在生長地層形成過程中具有雙重作用, 壹方面地形地貌的擡升速率將隨著侵蝕作用開始減小, 沈積厚度和層位產狀將趨於平緩, 生長不整合同時通過不同形式產生(超覆或退覆); 另壹方面侵蝕作用也將會破壞生長褶皺和生長地層的最終樣式。
從不同生長地層的形成模式可以看出, 由於形成過程中的相關褶皺運動方式不同, 下部產生的生長地層並非完全呈楔體狀, 同時侵蝕作用也可能會破壞壹部分生長地層的最終形態, 但是生長地層和後生長地層的厚度從生長褶皺翼部開始向前陸盆地逐漸增厚, 產狀也逐漸轉為平緩, 之後生長地層可能會出現壹個明顯與漸進生長不整合不同的角度不整合。 生長地層間的漸進不整合和上部後生長地層之間的不整合是劃分構造變形期次的重要手段, 同時也是識別生長地層的重要標誌。
綜上所述, 針對川東褶皺帶形成時間的確定最重要的問題就是侏羅系是卷入褶皺體系還是作為斷層傳播褶皺形成過程中生長構造存在。
川東地區被卷入變形的最新地層為侏羅系, 根據大量地震剖面的解釋, 發現川東地區表層構造與深部構造存在明顯的不協調現象。存在著表層構造與深部構造的垂向變異現象。 根據卷入地層的變形樣式的不同, 並結合地震反射界面的研究, 可以將川東地區劃分為上、下兩個構造層次(圖3-9)。 上部構造層以誌留系為底界(Ts)。 除誌留系頁巖外,尚發育多個次要滑脫層, 表現特點為強幹層與軟弱層相間出現, 構造樣式上表現為壹系列斷層相關褶皺, 由壹系列傾向南東或北西的逆斷層及相關褶皺組成隔擋式褶皺組合, 逆斷層上陡下緩, 絕大多數消失於誌留紀頁巖層, 少部分切過震旦-寒武紀, 消失於蓋層與基底的分界面。
圖3-9 川東地區地震剖面
下部構造層是指誌留系反射界面(Ts)之下至基底與蓋層不整合面之上的壹套反射結構, 包括震旦系—奧陶系, 主要以海相碳酸鹽巖沈積為主, 夾碎屑巖沈積。 相對於上部構造層而言, 下部構造層構造變形微弱, 起伏平緩, 逆沖斷層較少發育。
通過對川東地區地震剖面的解釋可以看出部分侏羅系應該是褶皺前期構造層系, 在褶皺的頂部與兩翼地層厚度變化不大, 不具有生長構造特征(圖3-10), 同時在野外觀察也表明侏羅系產狀變化與褶皺構造形態特征基本壹致, 同樣表現為褶皺前期構造層系特征。 從不同生長地層的形成模式可以看出, 由於形成過程中的相關褶皺運動方式不同, 下部產生的生長地層並非完全呈楔體狀; 同時侵蝕作用也可能會破壞壹部分生長地層的最終形態, 但是生長地層和後生長地層的厚度從生長褶皺翼部開始向前陸盆地逐漸增厚, 產狀也逐漸轉為平緩, 之後生長地層可能會出現壹個明顯與漸進生長不整合不同的角度不整合。 生長地層間的漸進不整合和上部後生長地層之間的不整合是劃分構造變形期次的重要手段, 同時也是識別生長地層的重要標誌; 而這些特征在地震面上並沒有清晰表現。
圖3-10 川東地區地震解釋剖面圖
同時從野外地質露頭觀察侏羅系與三疊系為整合接觸關系,侏羅系、三疊系內部同樣為整合接觸(圖3-11, 圖3-12), 也就是說在侏羅紀之後, 川東褶皺帶開始形成, 侏羅系不具有生長構造特征。
圖3-11 重慶奉節侏羅系與三疊系及侏羅系內部整合地質剖面圖
圖3-12 重慶忠縣侏羅系內部整合地質剖面圖
總之川東褶皺帶的形成過程表明,侏羅系地層是卷入隔擋式褶皺的前期構造層, 層間剪切作用使地層破碎,特別是在上斷坪與斷坡部位。這些部位往往被後期地質災害的發生提供了條件, 同時從長江河流的取向分析也表明在該地區長江河谷在向斜區域基本是沿著斷層傳播褶皺的上盤切割的, 也就是上盤斷坪和斷坡部位。