中国东部郯庐断裂带的活动时序与触发机制：苏鲁造山带西缘变形与地质年代学的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：Timing and initiation mechanism of the Tan-Lu fault zone in eastern China: insights from deformation and geochronology along the western margin of the Sulu Orogenic Belt

　　

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  约2.2亿至2.1亿年前，该地块经历了与造山带平行的剥露作用。
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  早期TLFZ剪切带记录的变形温度为520–570℃。
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  TLFZ形成于早侏罗世，最初为垂直的边界撕裂断层。
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  该TLFZ在早白垩世再次被激活。

引言

作为中国东部重要的断层系统，郯庐断层带经历了显著的左旋走滑运动，导致大别造山带与该地块之间产生了约400公里的构造偏移（Gilder等人，1999；Xu等人，2003；Zhu等人，2004；Zhang和Dong，2008；Chen等人，2022；图1a、1b）。如此大的位移表明TLFZ与大别-苏鲁造山带的演化之间存在密切的地质动力联系。

尽管已有大量研究，但关于TLFZ的形成时间及其地质动力机制仍存在争议。不同模型认为它可能形成于前寒武纪（Zhang，1983；Fletcher等人，1995），或与中晚三叠世华北克拉通与华南地块的碰撞有关（Xu等人，1987；Yin和Nie，1993；Zhu等人，2004；Zhang等人，2007；Zhao等人，2016），又或是与古太平洋板块的斜向俯冲相关，形成于中晚侏罗世到早白垩世（Xu等人，1989；Wang和Yang，1999；Zhu等人，2001）。相应地，也提出了多种地质动力模型，包括同俯冲转换断层或板片撕裂断层（Zhu等人，2009；Zhang等人，2008）、与高压-超高压岩石差异性剥露相关的陆内转换断层（Okay和Sengor，1992；Okay等人，1993）、旋转碰撞边界（Lin和Fuller，1990；Zhang等人，2007），以及与下地壳剥离（Li，1994）或大陆挤压（Zhao等人，2016）等过程相关的岩石圈大陆撕裂模型。这些相互矛盾的模型意味着截然不同的构造环境和变形条件，因此亟需对TLFZ最早期变形的时间和性质有直接的约束。

以往研究的一个主要局限在于，TLFZ的形成时间主要是通过与变形相关的冷却年龄来推断的（如⁴⁰Ar/³⁹Ar法，Chen等人，2000；Zhu等人，2001、2004、2005；Zhu等人，2001；Song等人，2003；Wang，2006；Zhao等人，2016），而这些方法并不能直接确定剪切作用发生的时间。此外，该断层带的很大一部分已被后来的变形所覆盖，或埋藏于白垩纪之后的沉积物之下（Wang，2006；Zhu等人，2010、2012），这使得很难识别出与其初始发育相关的结构。因此，TLFZ的早期演化及其形成机制至今仍缺乏足够的约束。

该地块的西侧边缘是解决这一问题的关键区域。该区域位于TLFZ与大别-苏鲁造山带之间的过渡地带，保存有发育良好的塑性剪切带，这些剪切带很可能与该断层的早期活动有关（Zhu等人，2009），因此非常适合用于确定TLFZ的形成时间。另外，最新研究表明，大别-苏鲁造山带在中晚三叠世的剥露过程中经历了与造山带平行的向东挤出作用（Faure等人，1999；Hacker等人，2000），这一过程被解释为沿造山带的管状流动（Li等人，2009、2011、2019）。这一过程为评估断层活动与造山带演化之间的关系提供了重要的构造背景。

本研究结合对该地块西侧边缘的构造分析以及锆石U–Pb地质年代测定，旨在确定塑性剪切作用的发生时间以及TLFZ的形成时间。研究结果为TLFZ的形成机制提供了新的见解，同时也有助于深入理解华北克拉通与华南地块之间的汇聚历史。

章节摘录

地质背景

中国东部的郯庐断层带可划分为南段、中段和北段（Yang等人，2009）。它从湖北省的广济开始，延伸穿过安徽、江苏、山东以及渤海湾，最终进入中国东北地区，在那里又分为伊兰-伊通断层带和敦化-密山断层带（Wang和Dou，1997；Gu等人，2016；Liu等人，2018）。该断层带总体呈东北-北东北走向，横跨多个地质单元，包括

该地块中的自上而下向西北方向的剪切作用

野外调查显示，研究区域内该地块的变质岩主要由各类片麻岩构成（图2a；图3），这些片麻岩具有明显的片理和线理特征。其片理呈东北-西南走向，倾角为14°–73°，向变形加剧的方向逐渐转变为糜棱结构和超糜棱结构（图2b；图3a–e）。而线理则由石英和长石的拉长颗粒及颗粒聚集体，或由棒状结构所构成（图3b、f）。

显微观察

为更好地了解该地块西侧边缘郯庐断层带塑性剪切带中的变形情况，我们对四块花岗质糜棱岩（SL01-1、SL02-1、SL16-1、SL17-1）、一块角闪石斜长石糜棱岩（SL03-1）以及一块含绿帘石的花岗质糜棱岩（SL15-1）进行了显微结构分析。我们制备了垂直于XY平面（即糜棱岩的片理面）且平行于X轴（即矿物拉伸线理方向）的定向薄片（图5）。

所有这些糜棱岩样本

样品与分析方法

在本研究中，我们从该地块西侧边缘采集了四份样品，用于LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析，这些样品包括两块花岗质片麻岩（SL06-1和SL18-1）、一块花岗质糜棱岩（SL02-1）以及一条变形程度较轻的酸性岩脉（SL02-2）。研究的目的是全面了解该区域的构造演化历史。

首先从破碎的岩石样品中分离出锆石颗粒。在双目显微镜下手动挑选出完整、干净且呈自形结构的锆石颗粒，随后将它们装入

锆石U–Pb定年结果对该地块西部苏鲁造山带及郯庐断层带构造演化的约束

本研究通过对所有经过定年的样品分析，共获得了124个一致年龄数据，这些数据为相关地质问题的研究提供了重要依据（图9）。

结论

(1) 该地块西侧边缘的变质岩中存在发育良好的自上而下向西北方向的矿物拉伸线理，而剪切作用的方向指示则表明存在自上而下向西北方向的剪切作用。这一变形事件与约2.2亿至2.1亿年前发生的与造山带平行的剥露作用有关。

(2) 左旋走滑的郯庐断层带覆盖在该地块的变质岩之上。糜棱岩中的矿物变形特征以及动态重结晶石英的分形维数均表明

各作者的贡献说明

Zhenwei Li： 文章撰写——初稿撰写、可视化处理、数据收集与整理。Jiahao Li： 文章撰写——审阅与编辑、研究指导、数据收集、概念构思。Hui Zhao： 研究指导、项目管理、资金申请、概念构思。Xiao Liu： 项目管理、数据收集。Qing Lv： 项目管理、数据收集与整理。Jiantai Zhang： 数据收集。Feng Yuan： 文章撰写——审阅与编辑、研究指导。Xiang Wang： 文章撰写——审阅与编辑、研究指导。Chuanzhong

未引用参考文献

Degeling等人，2001；Faure等人，2001；Liu等人，2010a；Liu等人，2017；Liu等人，2010b；Mojzsis和Harrison，2022；Okay和?eng?r，1992；Pryer，1993；Rubatto，2002；Wang等人，2016；Xu等人，2015；Xu等人，2003a；Xu等人，2017；Xu等人，2003b；Xu等人，2009；Zhu等人，2012。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了山东省地质矿产局“钻石”矿化机制与勘查重点实验室开放基金（编号：QDKF-YB202304）、中国中部高校基本科研业务费（编号：PA2025GDSK0088）、安徽省自然科学基金（编号：2208085MD96和2208085QD111）以及安徽省自然资源科学技术计划项目（编号：2023-K-15）的共同支持。

Zhenwei Li|Jiahao Li|Hui Zhao|Xiao Liu|Qing Lv|Jiantai Zhang|Feng Yuan|Xiang Wang|Chuanzhong Song|Ke Shi