神農架地質構造環境演化分析

王詩情 陳方明

摘要：指出了神農架地區地處揚子淮地臺和秦嶺褶皺系兩個一級構造單元，經歷漫長的地質演變過程形成了神農架獨特的構造類型并且完整地記錄了華中區域的地質構造和演變發展歷史，在全球地質構造上具有特殊的大地構造意義。參照區域的勘察研究成果，對神農架地區的地質構造背景和演變歷史進行了分析，揭示了古氣候、古地理環境面貌，對其地質構造背景提出了新的認識。

關鍵詞：神農架;地質構造;地質演變分析

中圖分類號：P588文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0169-04

1引言

神農架夾持于華北古地塊和華南古地塊之間，以青峰斷裂為界，北接房縣，南至巴東，東臨保康區，西瀕重慶市巫山縣，位于大巴山前陸構造帶東段，揚子克拉通北緣。地區為中高山地貌，總體地勢由主峰神農頂向周邊山坡呈輻射狀逐漸降低，呈現西南高東北低格局，區域地層發育齊全，典型的層狀地貌發育，地質剖面出露較全。

神農架為典型的俯沖造山帶，區域內巖漿作用明顯巖漿巖以基性巖為主，其中有獨特的輝綠巖、低綠片巖相、低綠片巖相、冰磧巖，發育不同類型的玄武巖、輝長輝綠巖、輝綠巖、輝綠玢巖（Pt3βu）及輝長巖（Pt3v），不同時期的巖石反映出不同的動力學特征和內部作用方式及環境特點。

2大地構造環境分析

從印支運動末至燕山運動初，神農架地區經歷了多旋迥、多階段、多期次地質構造運動塑造和擠壓、逆沖、俯沖碰撞、增生、拼貼一鑲嵌等區域復雜變質作用，大范圍的褶皺和掀斜發生，區內青峰、楊日一九道、新華、板橋四條區域斷裂控制區構造格局，受神農架環狀構造的控制，展布骨架呈背斜穹窿狀。區域褶皺脆斷性發育明顯，還有典型的裙邊狀褶皺構造發育。

2.1晉寧期構造期一超大陸形成演化階段分析造山運動

晉寧運動發生的碰撞造山事件發生在中元古代末（距今1000Ma）），神農架變質褶皺基底形成于晉寧造山運動中期，神農架地區由于造山作用和風化、沉積等地質作用，兩個區域角度不整合，蓮沱組在區域上不整合與中元古代的神農架群之上，代表了晉寧運動（800Ma）一次完整的構造旋回。

晉寧運動華北古地塊和華南古地塊俯沖碰撞，中淺層次脆韌性變形，中生代逆沖推覆構造受慣性力擠壓碰撞折返反映了板塊的擠壓變形，區域地溫升高和巖漿作用使得地殼擠壓穹隆形成。因此表明秦嶺造山帶擠壓碰撞活動以及神農架隆起的演化過程與神農架基底隆起構造有關。

神農架構造運動和全球的構造演化也有重要的相關性，中元古代末期至早元古代初期全球的主要大陸集聚構成羅迪尼亞（Rodinia）超大陸。有種種證據表明神農架區是羅迪尼亞（Rodinia）超大陸重要成員，晉寧運動和格林威爾運動時期相近，郝杰等。認為我國晉寧期造山帶是格林威爾期造山帶的一部分;早期的俯沖記錄鄭家組頂部的格林維爾期火山巖指示揚子克拉通內存在格林威爾運動，被認為參與了超大陸的聚合;輝綠巖墻產生證明羅迪尼亞超大陸裂解事件的同時也與哥倫比亞超大陸裂解時間有著緊密的相關性。晉寧運動區內不同構造環境的中元古代的沉積物拼貼在一起使得揚子古陸與華夏古陸形成統一的前寒武基底并成羅迪尼亞（Rodinia）超級古陸的一部分。

晉寧運動以陸相向海相轉換為結束，晉寧運動后區域呈現隆起構造背景。

2.2加里東期環境分析

加里東期地層南厚北薄，揚子地區的泥盆系與志留系地層為平行不整合是加里東期時期構造運動擠壓應力促使華夏板塊與揚子板接觸板塊之間擠壓拼合內部擴散的結果。神農架地區加里東末期寒武紀的沉積厚度在5000m以上，區域的剝蝕量約200m，隆坳以SN向和NE向為主，周雁等（2016）推算區域內坳陷帶內沉積中心的下寒武統底部烴源巖的最高古地溫在120～150℃。區域范圍內加里東期發生的海退（海退期）陸地面積擴大，區域大部分抬升，隆起為陸，促使神農架穹隆構造雛形的形成。

2.3印支運動一燕山一喜馬拉雅

神農架地區主要的構造運動為印支運動，發生在中三疊世與晚三疊世之間，以隆升、剝蝕運動為主，形成揚子褶皺變形帶、板橋斷裂帶，神農架群逆沖于東側（下盤）的奧陶一志留系之上，形成“大隆大坳”的格局。

印支運動末至燕山運動初區內地貌骨架形成。侏羅紀時期為燕山運動早期，揚子北緣的神農架區是侏羅紀陸內造山帶，呈多幕式構造變動，早期擠壓造山作用明顯，區域褶皺發育類型多樣，神農架群轉入前陸褶沖帶內主要表現為褶沖構造，褶皺沖斷構造走向NNW-NW-EW。

燕山運動后處于間歇性的上升隆起之中，在內外營力作用下，發育了七級剝夷面分別為神農頂、老君山一帶;冰洞山、老虎頂、劉響寨和高腳崖等;宋洛山、大蔥坪、千家坪;萬福山、大九湖、酒壺坪;百城梁子至榛子一帶;五谷山、伊家山等;陽日一帶。印支一燕山運動造成斷塊大面積抬升，大規模的斷裂形成，受陸內造山作用的影響區域東段呈s-N向擠壓，區域穹隆構造輪廓基本定型。該地區從燕山運動轉入濱太平洋構造域，同沉積一套紅色磨拉石建造，作為整個印支一燕山造山運動的結束。

喜馬拉雅期受隆升影響部分斷裂復合，使得沉積蓋層發生拆離，斷層崖、斷層出露，神農架群至寒武紀地層均被截切。部分新生斷裂都具有走滑特點加之明顯的溶蝕、剝蝕和侵蝕作用，使得喜馬拉雅早期的馬橋盆地產生碎屑堆積。

2.4新構造運動

新構造運動為新近紀末到第四紀前半期地殼運動，新構造運動是促使地球環境變化主要因素，不僅繼承前期構造演變的特點，新構造運動還在總體窿起的背景上呈現出不同的特征，促使神農架地區現代地貌基本格局形成。

區域新構造活動以旋卷式運動為主，活動強度、節奏、頻率變化大，活躍期和休眠期交替變化，使得喜馬拉雅運動以來的地層分布和水系展布和盆地分布方向都沿著新的構造線發展，強烈的上升活動對巖石地層的控制作用表現為北北東的節律性的旋扭上升，形成山地。間歇式抬升，山地形成鄂西期、山原期兩期五級夷平面。休眠期受侵蝕和剝蝕作用的影響巖溶地貌層狀展布，沉積物的巖相發生變化。新構造運動引起的活動構造變化致使區域第四紀以來還在活動斷裂發生地震、山崩等地質災害事件。

3演變過程分析

通過分析得出神農架地層和巖石神農架地區下部位為濱海相，在19億年前處于海洋環境當中，由于大別運動造成地殼頻繁的升降運動伴隨而來強烈的斷裂活動和多次火山噴發活動形成神農架地層。“酒壺運動”發生時代與長城紀和薊縣紀相當，地殼上升使神農架群中間出現了間斷，分為上亞群和下亞群，平行不整合。“黃陵運動”，即“神農架造山運動”，區域巖漿活動明顯，使神農架群區域發生變質和擠壓褶皺，大部分為窿起剝蝕區形成揚子準地臺、黃陵背斜，奠定神農架基底構造輪廓;“晉寧運動”揚子克拉通與華北克拉通俯沖碰撞，西南邊緣堆積了涼風埡組碎屑沉積或類磨拉石一復理石建造，神農架地臺上升為陸，區域地質構造輪廓與構造形跡形成。

根據地區斷裂活動、巖漿活動、地殼運動、變質作用、冰期沉積、裂陷槽沉積、陸塊沉積作用將神農架地質演變分為“三段式”沉積過程，前寒武紀分別為中元古代裂谷一沉積環境過渡期、中元古代末一新元古代早期前寒武紀古大陸基底形成、新元古代持續抬升統一陸臺形成期;古生代一中生代劃分為古生代臺緣一盆地的穩定期;新生代形成俊險峽谷、坡陡懸崖的地形地貌。

3.1前寒武紀地質構造演化

3.1.1中元古代裂谷一沉積環境過渡期

神農架群最早由江濤、華媚春命名，中元古界是神農架群基底層形成時期（1400～1000Ma），耿元生等將中元古界分為早期和晚期，并認為神農架群形成于中元古界晚期。該時期處于大陸邊緣構造環境中，構造背景較為穩定，邊緣區的裂谷發育成裂陷槽，臺地相區域的沉積蓋層有震旦系一志留系組形成的含炭碎屑一和碳酸鹽底部，神農架群基性火山巖形成于海相環境，主要以碳酸鹽巖為主（代表巖石白云巖）。耿元生等將神農架群劃分為11個組，由于斷裂和俯沖破壞造成地層的不連續，以及學者對地層劃分引用的標準較大的差異，因此對構造背景認識也存在爭議和不確定性。本文將神農架地層層序從古到新，分別為鄭家組、石槽河組、大窩坑組和礦石山組（見表1）神農架群不整合于青白口紀涼風埡組、南華紀沉積蓋層之下。

中元古代以伸展作用為主，鄭家埡組位于神農架群最下部，峰值年齡在1.6Ga和2.0Ga，鄭家埡組為裂谷體產物是神農架弧與廟灣SSZ型蛇綠巖之間的弧前盆地沉積。多位于溝谷地段，常形成背斜核部，是神農架群被動沉積初期受全球的拉張作用下陸內裂谷沉積形成的，常構成背斜核部及周緣，沉積有硅質巖、含磁鐵硅質巖陸棚相碎屑巖組合。主要分布于東部新華斷裂東側、湘江河、臺子等地，零星分布徐莊、長坊、鐵廠河等地。

石槽河組是神農架群分布范圍最廣泛的一個地層單位，沉積厚度較大，發育多層火山碎屑巖。石槽河組由于下坳活動，地層在斜坡上地帶沉積，底部重力流強烈侵蝕下伏地層使得石槽河組和鄭家埡組呈現不整合接觸。石槽河組發育有堅硬的白云巖，其原巖建造為砂巖、細粒巖、粉砂巖、硅質巖、礫巖、火山凝灰巖，為一套穩定斜坡相碳酸鹽巖沉積。園區內發育典型的層疊石形成于溫暖潮濕的淺海環境，構造多見柱狀和波狀，內部生物特征復雜，記錄了古地理環境的演變過程，胡寧對石槽河組建組剖面進行研究，劃分了4個沉積相帶建立了7種巖相類型。野馬河峽谷奇秀的景觀由于地殼的不規律的抬升活動和河流沿節理侵蝕裂隙而形成。

大窩坑組峰值年齡在1.6Ga、2.0Ga、2.7Ga和2.8Ga處于神農架盆地中期穩定期，受海平面不斷升降旋回影響潮水變動頻繁，較強水動力影響波痕、潮歡層理發育，沉積了大窩坑組為穩定潮坪沉積相，底部出現海侵底礫巖為濱岸相碎屑巖。

礦石山組在神農架群的頂部，常見于神農架群出露區的南西側，峰值年齡在12.0Ga、2.7Ga和2.8Ga。區域發育多種類型的層疊石代表潮間帶特殊的水動力條件：有形成原因典型環潮坪環境帳篷構造及泥皮構造;還有常見的柱狀、錐狀及夸狀類疊層石構造，為穩定的臺地相碳酸鹽巖和濱海相陸緣碎屑巖及赤鐵礦層。晚期受下降運動影響，盆地的沉積范圍逐漸縮小。

中元古代中晚期以張裂活動為主，拉張強烈期火山作用沉積火山凝灰巖，薊縣紀初為被動沉降（下坳）時期，沉積大巖坪巖楔和臺相碳酸鹽巖。該區域從早期穩定狀態逐漸過渡為活動的裂谷沉積環境。

3.1.2中元古代末一新元古代早期

中新元古代時期是哥倫比亞（Columbia）和羅迪尼亞（Rodinia）演化時期，地殼的活動以張裂為主，巖漿活動頻繁，揚子克拉通中元古代中早期屬于裂解階段，中元古代末晉寧運動造成超級古陸形成，受晉寧運動影響神農架地區處于伸展構造背景下，地殼剪切、區域動力變質和拉張作用，大量的拉斑玄武質火山噴發，而形成以碳酸鹽巖和碎屑巖為主大陸裂谷或裂陷槽沉積，為穩定的被動陸緣沉積特征。新元古代早期，板塊碰撞產生高熱使下地殼物質重熔基性物質上涌巖導致巖漿巖演化主要為淺成一超淺成基性巖。

神農架地區地層存在著不整合接觸，，形成NW-ES向的基地褶皺和斷裂，在構造變形上，西南部具前陸褶沖帶變形特征，東北部為臺地褶皺區特征，神農架群則表現為不同構造樣式微地塊拼接事件。

3.1.3新元古代時期

新元古代為蓋層沉積形成時期，地層圍繞中元古代基地層從老到新呈環狀分布。從原神農架群中解體出青白口紀涼風埡組，青白口紀涼風埡組峰值年齡1.6Ga和2.0Ga，與下伏神農架群及上覆蓮沱組之間角度接觸呈現不整合。涼風埡組為青白口紀晚期一南華紀晚期陸緣裂谷盆地的產物。青白口紀沉積物以陸源碎屑巖為主。涼風埡組沉積結構構架從底部向上為濱岸相碎屑沉積一瀉湖相沉積一陸棚相的不同三個巖性段沉積盆地地層，底部與神農架群呈微角度不整合接觸，具被動大陸邊緣盆地沉積特征。早期處于拉張的大地構造環境，受海侵影響顯現為陸源濱岸相沉積，在晉寧運動其受風化剝蝕，神農架地區南部尚保留有微古植物化石豐富的古城、南沱兩期冰磧巖，反映海水來自東南面，是全球性冰期事件留下的珍貴地質遺跡。震旦紀早世晚期一震旦紀晚世，連續振蕩抬升形成統一陸臺。

中元古一新元古代晚期，地殼以張裂活動為主使陸塊增生，陸內裂谷盆地沉積和陸緣裂陷槽沉積兩種沉積類型發育。

3.2古生代一中生代地質構造演化

古生代為岡瓦納大陸演化階段，為連續穩定的臺緣一盆地的沉積特點。早古生代和晚前寒武紀地層出露多、發育齊全，為碎屑巖一碳酸鹽巖建造，是區域內穩定地臺的沉積蓋層，晚古生代，表現為一次大規模的海侵過程，中生代構造隆起形成期

南華系、震旦系及其以后的地層呈蓋層狀，廣泛分布在神農架群的周邊或向斜的核部。震旦紀地層出露齊全，燈影組地跨震旦紀和寒武紀兩個巖石地層單位，燈影組零星出露陽日斷裂以北，燈影組富含巨厚的白云巖往往形成峭壁，并發育溶洞。寒武紀灰一淺灰色白云巖普遍發育，礦產較豐富，牛蹄塘組是重要的含礦層位。

奧陶紀為淺海環境，奧陶紀地層沉積物以淺海碳酸鹽巖為主，并呈帶狀環繞神農架穹隆周緣，石柱河擎天石柱和大九湖龍嘴巖石由奧陶紀的巖石組成。早期奧陶紀由于海侵呈開闊臺地相，中期晚期海侵一海退形成淺海臺地和淺海盆地相沉積，奧陶世末期頻繁地殼振蕩形成寶塔組上、下部間的特殊結構轉換面。區內志留紀地層發育不全。晚中生代神農架斷塊受擠壓隆起，而造成區域形成切割強烈的中山、中低山切割地貌。

3.3新生代地質構造演化

新生代以來大陸邊緣的動力學體系發生變化，以升降運動為主，繼而引發大面積的間歇性隆升一神農架穹隆和局部差異性斷裂活動一以新華斷裂為代表的北東向構造，在隆起同時發育以拆離斷層為代表的伸展構造形跡

晚侏羅到白堊紀為多幕式沉降，沉降中心不斷自東向西遷移，白堊紀盆地的消亡由于白堊紀末期東強西弱的格局發生反轉，受構造變動影響導致東部伸展變形，沉積作用向區內東部遷移，西部呈現收縮變形。古近紀末濱太平洋構造體系持續發展，新近紀時期區內的構造活動以差異升降剝蝕夷平為主要特點，新近紀沉積物與下伏巖系之間為不整合關系受區內多期運動和構造作用的影響形成區內山巒迭嶂、群峰兀立、峽谷縱橫的地形地貌。

第四紀地層零星分布，沉積盆地、河谷洼地在區域分布較廣，表現為較淺的沉積厚度，極不連續沉積時間，少量發育的小型斷層。第四紀地層堆積于神農架地區河谷的三級階地之上。神農架南北的斷裂構造構造格局影響，南坡盆地標高大致在1700m左右，北坡盆地標高約1000m，導致南北坡升降幅度差異明顯。

4結論與討論

通過對園區內地質的演化過程、巖相形成機制探討得出：神農架地區形成于超級地幔柱主導的哥倫比亞超大陸裂解背景，與全球其他大陸一樣是全球的構造演化重要部分，具有全球對比意義。神農架地區斷裂帶形成的時間和區域構造演化和地質結構定型時間有密切的相關性;神農架地區巖相古地理的格局主要為海平面上升濱海相地貌、臺盆相間，碎屑沉積環境;特殊地貌是多期運動、多重作用共同演化的結果。神農架獨特地貌格局、古生物特征、豐富的古生物化石沉積歷史反映出構造演變和發展的多元化過程。