“红石山古洋盆”位于甘肃北山北部，长期以来被认为是古亚洲洋的分支，介于西伯利亚、塔里木和哈萨克斯坦板块之间（左国朝等，1990；赵茹石等，1994；张新虎，2005）。然而，随着研究的不断深入，诸多学者提出了不同观点，认为红石山古洋盆属于陆内裂谷环境，不具有缝合带意义（魏志军，2004；黄增保等，2006；杨合群等，2010；王小红等，2013；王国强等，2014）。由此看来，该古洋盆构造属性仍然存在分歧。值得注意的是，前人关于该洋盆构造属性的讨论多基于基性—超基性岩的岩石地球化学和年代学研究（黄增保等，2006；王小红等，2013；王国强等，2014），而很少关注洋盆发育过程中同期形成的沉积建造。近年来，随着精细的年代学工作逐步开展及沉积岩中微古化石的发现（甘肃省地质调查院，2004），红石山古洋盆的形成时代被确定为早石炭世（黄增保等，2006；王国强等，2014）。因此，可通过恢复该时期沉积地层的古地理环境探讨红石山古洋盆的构造属性。

已有资料显示，甘肃北山北部红石山地区广泛发育石炭纪沉积地层，包括绿条山组、白山组和扫子山组（甘肃省地质矿产勘查开发局，1989，1997）。卢进才等（2013）通过系统开展红石山蛇绿岩带北侧绿条山组和白山组的物质组成及年代学工作，认为红石山地区地层以上石炭统为主，普遍缺失下石炭统，主张石炭纪—二叠纪发育裂谷盆地。然而，魏海峰等（2008）基于扫子山组中发现的古孢子化石，将其厘定为早石炭世，因此，作为北山地区红石山洋盆形成过程中同期沉积记录，扫子山组成为讨论北山地区北部石炭纪古地理环境及其洋盆演化的重要线索。

新近，笔者基于红石山地区野外地质调查发现，扫子山组是红石山地区出露面积最大的早石炭世沉积地层，呈近东西向延伸，与红石山基性—超基性岩（蛇绿岩）相伴产出，分别作为构造混杂带中的基质和块体。然而，该套地层构造变形强烈，面理置换明显，高应变带和弱变形域相间产出，尤其是在高应变区，早期面理完全重置，致使原始层理难以辨识，严重阻碍了该套地层沉积序列和区域地层格架的建立，进而影响了古地理环境的恢复。基于此，为了恢复红石山地区扫子山组原始沉积层序，阐明物质成分的空间变化规律，本文在查清扫子山组物质组成的基础上，通过构造解析的方法揭示构造作用对于该套地层的变形改造，恢复其原始沉积层序，为进一步探讨红石山地区古地理环境、洋盆构造属性及消减闭合的动力学过程提供详实的地质依据。

1.   区域地质背景

甘肃北山是古亚洲洋构造域的重要组成部分，地处西伯利亚、哈萨克斯坦和塔里木板块的结合部位（图1），由于其特殊的构造位置，成为研究古板块边界相互作用和重点找矿的关键区段（刘雪亚等，1995；何世平等，2002，2005；聂凤军，2002；彭湘萍等，2016；王国强等，2016；张振亮等，2022；杨镇熙等，2023）。红石地区位于甘肃北山北部，临近中蒙边境，以发育红石山蛇绿构造混杂岩带而著名，是北山地区最北的一条蛇绿岩带（何世平等，2002；王国强等，2014；方维萱等，2021），该带长期以来就被认为是连接西伯利亚、哈萨克斯坦和塔里木板块的重要结合带（刘雪亚等，1995；何世平等，2002，2005；聂凤军等，2002；魏志军等，2004；黄增保等，2006；魏海峰等，2008；杨合群等，2010；王小红等2013；王国强等，2014，2016；彭湘萍等，2016）。研究区位于甘肃北山马鬃山镇以北的红石山地区（图1），发育红石山蛇绿岩（魏志军等，2004；黄增保等，2006；杨合群等，2010），主要出露超镁铁质岩、辉长岩，少量枕状玄武岩和碧玉岩。然而，由于后期构造改造和破坏，该蛇绿岩层序出露不全，缺少深水沉积物，且与石炭纪沉积地层扫子山组、白山组和绿条山组混杂伴生，构成红石山蛇绿构造混杂岩带中的蛇绿岩块和陆源碎屑沉积岩基质（彭湘萍等，2016）。已有资料显示，绿条山组为一套低绿片岩相浅变质火山−沉积地层，主要由硅质岩、泥硅质岩、细砂质板岩、粉砂质板岩和灰绿色玄武岩、蚀变安山岩组成，粉砂质板岩中偶夹灰岩透镜体，反映了滨海—次深海快速沉积的杂砂岩系和硅质岩系特点，其中发育2种呈透镜状或夹层状产出的火山岩，一种为玄武岩， 另一种为流纹岩，显示双峰式火山岩的特点（黄增保等，2006）；白山组为一套火山岩−沉积建造，主要岩性由灰绿色变安山质凝灰岩、变凝灰质砂岩、泥硅质板岩、凝灰质板岩、粉砂质板岩、绢云绿泥千枚岩、片理化安山岩组成（甘肃省地质调查院，2004），是早石炭世中晚期陆缘弧环境的产物（黄增保等，2006）。

图  1  甘蒙北山地区蛇绿岩带及火山岩分布图（据王国强等，2018修改）

1—奥陶纪火山岩；2—志留纪火山岩；3—泥盆纪火山岩；4—石炭纪火山岩；5—二叠纪火山岩；6—蛇绿岩带及编号；7—断裂及编号；8—研究区；A—红石山−百合山−蓬勃山蛇绿岩带；B—芨芨台子山−小黄山蛇绿岩带；C—红柳河−牛圈子−洗肠井蛇绿岩带；D—辉铜山−帐房山蛇绿岩带；Ⅰ—大南山−公婆泉−黑石山断裂；Ⅱ—卓尔−骆驼泉−西涧泉断裂

Figure  1.  Sketch map showing the distribution of ophiolit belts and the vocanic rocks in Beishan

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扫子山组最初命名为扫子山群，由甘肃区测二队（1969）创名于肃北县野马泉南。1980年被《西北地区区域地层表·甘肃省分册》更名为石板井组。之后，《甘肃岩石地层》认为黑鹰山地区的石板井组并不能完全代表扫子山群，故将其又重新命名为扫子山组（甘肃省地质矿产勘查开发局，1997），定义为一套以浅变质岩系为主的岩石，局部见少量火山岩夹层，顶、底界面不全，被断层和侵入体破坏。根据岩性差异划分为上、下2个段。上部为板岩段，下部为砂砾岩段，大理岩砾石中含有珊瑚和海百合茎化石，地层时代划归早石炭世晚期—晚石炭世早期。整体具有下粗上细、西粗东细的粒度变化特征（甘肃省地质矿产勘查开发局，1997）。1∶25万红宝石幅（甘肃省地质调查院，2004）将该套地层自南而北、自下而上划分为3个岩性段，各段间呈断层接触。上段主要为岩屑长石砂岩夹千枚岩和炭泥质板岩，1∶25万红宝石幅（甘肃省地质调查院，2004）在该板岩中发现了早石炭世的古孢粉化石，并将扫子山组定义为早石炭世（魏海峰等，2008）。中、下段为低级变质的硅质−泥质−粉细砂质岩石与中基性—基性火山岩组合，岩石中沉积构造贫乏，未见生物大化石及微体生物化石，具深海远洋沉积特点，火山岩为拉斑玄武岩系列，反映洋盆拉张的构造环境。甘肃省地质调查院（2009）依据岩石组合、沉积环境的差异将扫子山组划分为4个岩性段，1、2段分布于红石山断裂以北，3、4段位于红石山蛇绿构造岩带中。其中，1段为一套中基性—中酸性火山−碎屑岩夹少许细碎屑岩及碳酸盐岩组合，可能形成于火山岛弧环境；2段为泥-硅质板岩、细砂岩、粉砂岩和长石岩屑砂岩组合，显示弧间盆地沉积特征；3段为一套基性、中基性火山岩夹硅质岩组合，具深海远洋沉积特点，属大洋中脊环境；4段为一套火山碎屑−沉积岩组合，反映弧前盆地的沉积特征。

研究区扫子山组分布于野马泉—黑山梁一带，呈近东西向延伸，从南至北可划分为4个岩性段，各岩性段均为断层接触（图2−a，b）。第1岩性段位于红石大断裂南侧，主要发育灰绿色片理化玄武岩、绿泥钠长片岩夹少量绢云绿泥石英片岩，原岩可能为中基性火山岩，南部被石炭纪—二叠纪岩体侵位；第2岩性段在红石山断裂两侧均有分布，主要由灰绿色变凝灰质砂岩、灰白色绢云千枚岩组成，其中明显夹有片理化安山岩和英安岩，以及少量中薄层（厚度介于5 ~ 30 cm之间）透镜状灰绿色硅质岩，硅化磁铁矿化石英岩和紫红色碧玉岩；第3岩性段以深灰色粉砂质板岩、泥质板岩、绢云母硅质板状千枚岩、细砂质板岩和灰岩为主；第4岩性段由灰色岩屑长石杂砂岩、层状钙质砂砾岩、纹层状粉砂质板岩、绢云千枚岩组成。

图  2  红石山地区扫子山组分布特征（a）及其物质组成（b）

Figure  2.  Distribution(a) and composition features(b) of the Saozishan Formation in the Hongshishan area

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2.   扫子山组构造变形

2.1   变形期次

通过3条构造剖面对该套地层变形特征进行分析研究，剖面自西往东分别为Pm01、Pm02和Pm03（图2-a、图3），可识别出3期构造变形（D₁，D₂，D₃），第一期为近南北向挤压兼左行剪切，第二期为近南北向挤压兼近东西向右行剪切，第三期为北东—南西向左行走滑变形。考虑到第三期构造变形在遥感图上可识别，但在露头尺度上可识别性差，本文仅对第一期和第二期构造变形进行研究，详述如下。

图  3  红石山地区扫子山组构造剖面

C₁s¹—扫子山组1段；C₁s²—扫子山组2段；C₁s³—扫子山组3段；C₁s⁴—扫子山组4段；γ C-P—石炭纪-二叠纪花岗岩类

Figure  3.  Structural sections of the Saozishan Formation in the Hongshishan area

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2.1.1   近南北向挤压兼左行剪切（D₁）

扫子山组中第一期构造变形以发育褶皱、逆断层、窗棂构造、石香肠构造和劈理为主，在红石山断裂以北保存较好，以南相对较少。

（1）逆断层

扫子山组内部不同岩性段之间以断层接触。在第2和第3岩性段之间发育一条近东西向的破碎蚀变带，即红石山主断裂。该断裂内部可见明显的硅化、黄铁矿化现象，其原岩可能为凝灰岩及片理化中酸性火山熔岩。前人沿该断裂蚀变带布设近南北向的探槽，野外工作中通过该探槽发现蚀变岩变形强烈，表现为不对称褶皱、劈理化带及不同成分层之间由北向南挤压的逆断层（图版Ⅰ−a）。沿红石山断裂北侧向东，在剖面Pm03中段可见一系列逆冲断层，断层面产状为346°∠58°（图3-c、图版Ⅰ−b）。地貌上为一系列高低起伏的低山和沟谷，呈近南西西—北东东方向延伸。结合沟谷两侧岩层的岩性差异、产状变化，以及内部发育轴面倾向北西的不对称紧闭褶皱（图版Ⅰ−c，d，e），认为这些近东西向延伸的山沟为两侧岩层接触的薄弱带，是断层经过部位，进而揭示扫子山组第2岩性段遭受了北北西—南南东向的逆冲作用，形成了一系列构造岩片。

a.逆断层、不对称褶皱及劈理化带;b.逆冲断层全貌；c～d.层间褶皱；e.逆冲断层；f.逆冲断层素描

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（2）褶皱

褶皱在扫子山组中普遍发育，例如前述与逆冲断层伴生的层间不对称紧闭褶皱（图版Ⅰ−c~f），褶皱轴面产状337°∠54°，与断层面一致，枢纽250°∠48°，指示北西—南东向的挤压应力。这些褶皱与断层可能为同一应力作用下形成，但褶皱形成要略早于断层。另外，在剖面Pm01泥质粉砂岩中发育直立倾伏褶皱，南翼产状为231°~245°∠81°，北翼产状为0°~3°∠79°~80°，褶皱核部及两翼发育扇型劈理（图4−a，b，d），属于B型褶皱，结合北翼能干层之间软弱层的不对称褶皱变形和劈理的折射现象（图4−c，d），指示近南北向挤压的应力场。

图  4  深灰色泥质粉砂岩中的直立褶皱

a—泥质粉砂岩中发育断层、褶皱，褶皱核部及两翼发育扇形劈理；b—泥质粉砂岩中褶皱两翼发育扇形劈理；c—泥质粉砂岩中发育不对称褶皱；d—泥质粉砂岩中劈理折射现象

Figure  4.  Upright fold in the dark gray pelitic siltstone

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（3）窗棂构造

窗棂构造是第一期构造变形特征性的变形样式，主要见于第3岩性段泥质粉砂岩中（图3−a），多呈南西西向延伸，垂直延伸方向截面可见大小不一，且位于褶皱核部的圆形构造（图5−a，b，c）。褶皱枢纽向南西西倾伏，倾伏角较缓，产状为263°~245°∠36°~48°（图5−c，d）。此外，还发现了由相间褶皱脊线形成的包络面（图6−a），包络面与褶皱两翼的夹角之和介于90°~135°之间（图6−b），为相对宽缓的褶皱（汤家富，1983）。褶皱脊线的延伸方向与褶皱枢纽平行，枢纽向南西西方向倾伏，倾伏角较平缓，产状为248°~260°∠37°~44°（图6−a，b）。在垂直枢纽延伸方向的截面上，可见一系列窗棂构造，规模明显比南侧小（图5-c、图6−c）。从野外露头明显看到，强硬层呈一系列宽而圆的背形（图5−a，b，d、图6−c），软弱层呈尖而窄的向形（图6−c，d）。软弱岩层总是以尖而窄的向形嵌入强硬层，强硬层面呈圆拱状的背形突向软弱层。随着变形作用逐渐增强，强硬层被拉伸，细颈化，直至拉断，进而形成一系列圆柱形的肿缩式窗棂构造（图6−c，d）。这些窗棂构造多位于褶皱的核部，或者可以作为褶皱的枢纽。在泥质粉砂岩中褶皱枢纽产状变化于240°~265°∠30°~45°之间，指示岩层发生了中度倾斜。包络面显示这些窗棂构造发生了弯曲（图6−a），指示在其形成之后或者同期变形中发生了左行剪切变形，形成褶皱，并且产生了轴面劈理，劈理产状为255°∠77°，指示近南西西向的左行剪切。

图  5  深灰色泥质粉砂岩中的窗棂构造

a—泥质粉砂岩中发育窗棂构造；b—泥质粉砂岩中发育褶皱，核部为窗棂构造；c, d—泥质粉砂岩中发育窗棂构造，延伸（线理）方向与褶皱枢纽平行

Figure  5.  Mullion structure in the dark gray pelitic siltstone

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图  6  深灰色泥质粉砂岩中的褶皱包络面及其窗棂构造

a, b—泥质粉砂岩中发育褶皱，相间褶皱脊线形成包络面，褶皱脊线延伸方向与褶皱枢纽平行； c, d—泥质粉砂岩中发育圆柱形窗棂构造

Figure  6.  Enveloping surface of the fold and mullion structure in the dark gray pelitic siltstone

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目前认为该剪切作用与南北向挤压同期形成，反映北北西—南南东向的挤压兼有左行剪切变形。而且，该期左行剪切变形在泥质粉砂岩中的强硬层中普遍发育，可见顺层剪切作用形成的小褶皱，面理产状176°∠63°，伴生轴面劈理，具有半透入性、间隔性的特点（图7−a），产状为36°∠43°。而且，在红石山断裂以南的辉长岩中可见指示左行塑性变形的“σ”长石斑晶（图7−b），在硅化石英岩透镜体中硅质成分被定向拉长，形成拉伸线理和糜棱面理（L_n，图7−c，d）。线理倾伏向为93°~95°，倾伏角介于55°~63°之间，指示早期近北南向挤压作用下剪切分量的产物。

图  7  泥质粉砂岩、辉长岩中的早期左行剪切变形和石英岩透镜体中的线理构造

a—泥质粉砂岩顺层剪切作用形成小褶皱，伴生轴面劈理；b—辉长岩中左行塑性变形的长石斑晶；c, d—硅化石英岩中透镜体及硅质成分被定向拉长

Figure  7.  Left-lateral shear deformation in the dark gray pelitic siltstone and gabbro and the lineation in the quartzite lens

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（4）石香肠构造

石香肠构造在扫子山组中较发育，例如在剖面Pm01第3岩性段深灰色粉砂质板岩中发育石英脉透镜体（图8−a）。在剖面Pm02北段靠近岩体附近可见少量伟晶岩脉体的石香肠构造（图8−b~c），Pm03第1岩性段斜长角闪片岩中的长英质脉透镜体（图8−d），指示南北向挤压变形，而且伟晶岩脉形成的布丁构造同样反映微弱的左行剪切特征（图8−b）。

图  8  扫子山组中的石香肠构造

a—粉砂质板岩中发育石英脉透镜体；b—伟晶岩脉体石香肠构造，具有左行剪切特征；c—伟晶岩脉体石香肠构造；d—斜长角闪片岩中发育长英质脉透镜体

Figure  8.  Boudinage structure in the Saozishan formation

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（5）劈理

劈理是工作区重要的面理构造，与工作区主要构造线方向一致，其类型多样，包括褶劈理、流劈理和破劈理。其中，褶劈理呈间隔性产出，流劈理表现为片理，破劈理在扫子山组中广泛发育且作为主要的面理形式，尤其是近东西向劈理是扫子山组最明显和代表性的构造变形样式，以浅表层次的破劈理为主。然而，在野外地质调查中很容易将其作为原始层理，认为扫子山组地层层理产状南倾，表现为一系列的单斜构造，其实不然。前已述及，在第3岩性段泥质粉砂岩中发育大量宽缓的B型褶皱（图4−a，b，d），由于顺层挤压作用，在褶皱核部及两翼形成张裂隙，即破劈理。然而，该劈理未切穿整个岩性层，属于半透入性（图9−a），在沉积层较厚的褶皱核部残留有原始沉积纹层（图9−b），而在其顶部岩层发生强烈的劈理化（图9−c，d），劈理产状为200°~205°∠70°~83°。本文对红石山断裂南北两侧的劈理分别进行了统计，在施密特网上投影，显示劈理具有高角度南倾的优选方位（图9−e）。结合上述近南北向的挤压作用，认为扫子山组中的劈理与挤压应力下的面理置换有关，由于岩石的各向异性，变形程度不均一，继而形成不同的劈理形式。

图  9  扫子山组中的劈理及沉积纹层

a—顺层挤压形成褶皱、劈理，劈理未切穿岩层；b—褶皱核部原始沉积纹层；c～d—岩层劈理化特征；e—劈理施密特网上投影

Figure  9.  Cleavage and sedimentary bedding in the Saozishan formation

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综上述，扫子山组中一系列的变形样式均指示该套地层形成之后经受了近南北向挤压和近东西向左行剪切作用，属于中—浅层次和浅表层次的构造变形。

2.1.2   近南北向挤压兼近东西向右行剪切（D₂）

第二期构造变形呈近南北向挤压，伴随明显的近东西向右行脆-韧性剪切。该期变形对第一期构造面理进行强烈改造，形成了研究区近东西向的拉伸线理和面理构造，表现为顺层剪切褶皱、糜棱面理、长英质脉体的塑性变形和脆-韧性剪切断层等，构成了红石山地区主要的构造线方向。

（1）褶皱

在剖面Pm01南段绢云绿泥石英片岩中可见倾竖的“W”、“N”形复式小褶皱（图10−a，b）及平行于轴面劈理的石英岩透镜体（图10−c），填图尺度上呈“W”、“N”和“I”形变形带，反映强弱相间的变形特征，是对第一期面理置换的结果。“W”形带中由于变形相对较弱，以“W”形褶皱为主，伴生褶劈理S_n+1，劈理产状0°∠70°，保留早期面理S_n（图10−a，b）；在“N”形带中，主要表现为无根、紧闭褶皱，轴面倾向北（5°∠87°），产状较陡直（图10−b）；“I”形带是强面理置换区，早期面理被完全重置（图10−c），即高应变带，指示近南北向的挤压兼右行剪切变形。

图  10  绢云绿泥石英片岩和石英岩变形特征

a—绢云绿泥石英片岩中发育“W”形褶皱；b—绢云绿泥石英片岩中发育“N”形褶皱；c—石英岩透镜体，平行于轴面劈理；d—石英岩透镜体，局部皱褶变形；e—硅化石英岩发育平行面理的顺层剪切褶皱

Figure  10.  Deformation features of the chlorite-sericite quartz schist and quartzite

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石英岩是第2岩性段的标志岩性层，包括含铁石英岩和硅化石英岩，多呈透镜体沿构造线方向断续出露，局部发生皱褶弯曲（图10−d）。如在剖面Pm03中段，硅化石英岩及其内部可见平行面理的顺层剪切褶皱（图10−d，e），面理倾向北东，产状为22°∠77°，指示右行韧性剪切变形的特征。

（2）脆-韧性断层

红石山断裂南北两侧均发育指示脆-韧性右行剪切的面理构造，在红石山主断裂北侧上盘第3岩性段（Pm01）深灰色泥质粉砂岩中发育长英质脉体的塑性变形（S_n） （图版Ⅱ−a，b）。第2岩性段凝灰质砂岩中硅化石英岩透镜体，局部可见韧性剪切变形（图版Ⅱ−c），表现为硅质成分的褶皱、透镜化和局部均一化，在强应变区形成糜棱面理（S_n+1），产状为175°∠88°（图版Ⅱ−d，e），指示红石山地区沿红石山断裂发育右行剪切变形。结合剪切带内深熔作用相对较弱，变质程度较浅等特征，认为其属于中构造层次的脆-韧性断裂。

a, b—泥质粉砂岩中长英质脉体塑性变形；c—石英岩硅质成分韧性剪切变形，发育褶皱、透镜体；d, e—糜棱岩化特征

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2.2   运动学特征

工作区统计的线理产状以褶皱枢纽和拉伸线理为主，并利用施密特网进行极点投影（图11）。结果显示，第一期构造变形形成的线理在红石山断裂以北的西部优选倾伏向为265°~255°，倾伏角为35°~45°，东部线理倾伏向分别为65°~75°和245°~255°，倾伏角变化较大，18°~70°，主体呈南西西—北东东向延伸。结合断裂以北变形样式以轴面北倾的褶皱，肿缩式的窗棂构造，向南逆冲的断层为主，认为线理延伸方向与作用力方向垂直，为B线理。因此，基于线理优选的倾伏向可以判断扫子山组北段（第2~3岩性段）遭受了北北西—南南东向的挤压应力（图版Ⅰ、图3—图6）。第二期构造变形形成的线理在断裂以南极其发育，优选倾伏向分别为275°~285°和90°~115°，主体呈北西西—南东东向延伸，倾伏角40°~70°，与断裂以北线理产状明显不同，指示近北北东—南南西向的挤压作用，两者之间存在10°~20°的应力夹角。除此之外，断裂以南韧性剪切变形较明显，表现为石英岩透镜体中硅质成分形成的糜棱面理，长英质脉体和泥质成分层形成的顺层剪切褶皱。其线理拉伸方向与作用力方向基本平行，显示断裂以南为北北东—南南西向挤压兼右行剪切的运动学特征。

图  11  扫子山组线理斯密特投影图

Figure  11.  Schmidt projection of the linear in the Saozishan Formation

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依据扫子山组构造解析识别出3期构造变形。其中，第二期北北东—南南西向挤压兼右行剪切作用控制了红石山地区主要的构造线方向，并且对第一期北北西—南南东向挤压变形进行叠加改造，如早期近南北向挤压形成的线理（褶皱、透镜体等），被第二期近东西向右行剪切作用改造，由于岩层的各向异性，在不同部位分别形成顺层剪切的“W”、“N”、“I”形褶皱，褶皱枢纽均较陡直（图9）。根据红石山断裂南北两侧线理和面理的优选方位，两者存在相对较小的应力夹角（10°~20°），不排除局部存在共轴变形的可能性。以此推断红石山断裂活动具有多期性，早期可能作为洋盆闭合位置，具有向南逆冲兼微弱的左行走滑性质，晚期于碰撞阶段活化，以近南北向挤压兼明显的右行剪切为主。结合早期变形中形成的B线理，如石香肠构造、窗棂构造、σ碎斑、轴面倾向北的直立和不对称褶皱，以及晚期由于面理强烈置换形成走向北西西—南东东的轴面劈理和“I”形带，笔者认为，扫子山组形成后主要遭受了近南北向的顺层挤压兼近东西向的剪切变形。

3.   讨　论

3.1   变形时代及其动力学来源

红石山地区构造变形时代前人未做精细研究，本文基于红石山蛇绿岩形成时代为346.6±2.8 Ma（王国强等，2014），扫子山组形成于早石炭世（魏海峰等，2008），侵入到该套地层，出露于北侧马鞍山北的埃达克质花岗岩形成时代为263.5±4.7 Ma（刘明强等，2007），造山后花岗岩形成于237.8±4.3 Ma（刘明强等，2006），结合北山地区发育大规模的二叠纪（260~289 Ma）后碰撞型镁铁—超镁铁质岩体的形成时代（汤庆艳等，2015），认为扫子山组第一期（D₁）构造变形（近南北向挤压兼左行剪切）发生于洋壳俯冲阶段，时间可能为早石炭世晚期—晚石炭世早期；第二期（D₂）构造变形（南北向挤压兼右行剪切变形）可能形成于碰撞阶段，时间约为晚石炭世晚期。

前已述及，第一期构造变形使红石山主断裂以北扫子山组的第2、3岩性段中产生了一系列由北向南逆冲的断层和褶皱，那么，它们的驱动力来自何处？一般认为，红石山洋盆向南俯冲（魏志军等，2004；黄增保等，2006；牛文超等，2019；任云伟等，2019） 。然而，近年来也有人认为红石山古洋盆存在向北俯冲的可能，例如，刘明强等（2007）在红石山缝合带北侧发现了华力西期埃达克岩（263.5±4.7 Ma），赵志雄等（2018）在独龙包南发现了303.4±2.1 Ma的花岗闪长岩，徐旭明等（2018）在黑红山发现了晚石炭世（308±3.1 Ma）石英闪长岩，均指示晚石炭世—中二叠世在红石山断裂以北存在岛弧或陆缘弧环境（刘明强等，2007；徐旭明等，2018；赵志雄等，2018），由此看来，或许正是由于洋壳向北俯冲，使扫子山组第2、3岩性段向南逆冲，从而在近南北向的挤压应力下，形成逆冲断层、轴面倾向北的不对称褶皱、石香肠构造、窗棂构造等。反之，通过扫子山组的构造解析，同样可以推断红石山古洋盆可能存在向北俯冲的动力学过程，为进一步讨论红石山洋盆具有双向俯冲的演化机制提供依据。

3.2   扫子山组沉积环境

1∶25万红宝石幅区域地质调查（甘肃省地质调查院，2004）将扫子山组划分为3个段，认为上段粉砂泥质岩富含中—酸性火山质碎屑，沉积于被岛弧围限且不断扩张的弧间盆地；中、下段为低级变质的硅质−泥质−粉细砂质岩石与中基性—基性火山岩的组合，岩石中沉积构造贫乏，未见生物大化石及微体生物化石，具深海远洋沉积特点，结合火山岩为拉斑玄武岩系列，属大洋中脊环境；据此认为扫子山组中、下段形成于洋盆拉张环境。魏海峰等（2008）根据岩性差异将其划分为4个岩性段，第4岩性段富含中酸性火山质碎屑，结合其中的粒序层理，认为该段岩层属于次深海—深海相浊流沉积；第3、2段对应于1∶25万红宝石幅划归的中、下段，认为是浅海环境沉积；第1岩性段为变凝灰质砂岩段，为弧前盆地沉积（魏海峰等，2008）。

本次对扫子山组构造解析表明，该套地层至少经历了2期面理改造，目前，野外所看到的面理并非代表原始沉积层理（S₀），多为构造面理，即片理和破劈理。如果将这2期构造改造一一剔除，沿着挤压和剪切方向进行反向调整，可恢复其原始沉积层序。然而，经详细的野外地质调查，尽管该套地层经历了2期面理改造，除了由于地层褶皱弯曲造成的地层厚度改变外，并未造成地层的倒转和缺失，其整体的地层层序和充填序列仍保留较好，也反映了红石山洋闭合过程动力学强度并不大，因此，可以根据该套地层的物质组成和空间分布规律进行沉积环境判别。

本次工作根据岩石组合将扫子山组划分为4个岩性段。大体以红石山断裂为界，垂向上，由北向南，第4段主要为灰色岩屑长石杂砂岩，层状钙质砂砾岩等，可能为早期快速堆积所致；向南，第3段岩石中泥质含量增加，厚度也随之变大，具有自下而上粒度由粗变细的特点（图2−b）。横向上，自西向东粒度由粗逐渐变细，岩屑长石石英砂岩逐渐消失（图2−a，b），主体变为灰黑色的泥质粉砂岩和粉砂质板岩。从沉积环境分析，可能为一套滨海—浅海的海进相沉积，且西部接近边缘，东部靠近中心。断裂南侧主体为一套火山熔岩和火山碎屑岩组合，分别由第1和第2岩性段控制，东西向展布较稳定（图2−b），南北向具有逐渐由基性向中酸性过渡的特点。总之，在物质组成上，断裂北侧地层以含陆缘碎屑物的细碎屑沉积为主，南侧地层则以火山岩和火山碎屑岩为主。具有由南向北从火山岩熔岩—火山碎屑岩—粉砂岩—细砂岩—碳酸盐岩—砂砾岩变化的趋势，水体向北逐渐变浅，推测与红石山洋盆拉张过程相关。

目前，红石山洋盆多被认为是早石炭世红海型裂谷盆地（杨合群等，2010；王国强等，2014；牛文超等，2019），与南北向拉伸有关，属于有限洋盆，沉积物源来自洋盆南北两侧（彭湘萍等，2016）。据此，笔者认为扫子山组是随着洋盆不断扩张而同期沉积的地层，例如，裂谷初期形成了基性—超基性火山岩，包括第1岩性段中的片理化玄武岩、绿泥钠长片岩、红石山蛇绿岩等；随着裂谷的进一步扩大，沉积形成灰绿色变凝灰质砂岩、灰白色绢云千枚岩，以及中基性熔岩和碧玉岩组合——第2岩性段；之后，随着海水的进一步加深，接受深灰色厚层状的泥质粉砂岩、硅质岩和碳酸盐岩沉积——第3岩性段；第4岩性段为成熟度更低的长石岩屑砂岩和砂砾岩，指示早期临近大陆边缘的快速沉积记录，明显反映了一套滨海—浅海的海进相沉积。

3.3   研究意义

红石山地区扫子山组是红石山蛇绿构造混杂岩基质的重要组成部分，形成于早石炭世，其物质组成对于揭示红石山地区晚古生代古地理环境和洋盆属性具有重要的指示意义。本文研究表明，该套地层以火山-碎屑沉积岩为主，缺少深水远洋沉积物，是红石山洋盆拉张阶段的产物，指示了北山北部地区石炭纪处于滨—浅海相的古地理环境。详细的构造解析表明，该套地层形成后遭受了近南北向挤压兼近东西向剪切的应力作用，可为讨论红石山古洋盆消减闭合的动力学过程提供依据。洋壳俯冲阶段可能以北北西—南南东向的挤压应力为主兼左行剪切变形，碰撞阶段逐渐转换为北北东—南南西向的挤压作用兼右行剪切变形。另外，依据红石山地区该套地层变形样式以中—浅层次的构造变形为主，变质程度弱，只有局部露头尺度可见长英质脉体的出熔现象等特征，认为红石山古洋盆消减—闭合过程动力学强度不大，指示红石山洋规模较小，具有初始裂谷洋盆的构造属性。

前已述及，研究区扫子山组早期呈近南北向挤压兼微弱的左行走滑作用，表现为一系列倾向北北东—北北西的逆冲断层和层间褶皱，与红石山以东苦水地段发现的一系列向北陡倾切穿地壳的超壳断裂产状一致（徐新忠等，1993；张新虎等，2005），可能反映相同的动力学背景。结合前人在蓬勃山蛇绿岩带北侧发现了晚石炭世岩浆弧型侵入岩（徐旭明等，2018；赵志雄等，2018），揭示红石山洋晚石炭世可能存在向北俯冲的极性。近东西向左行剪切在北山地区相对较弱，但局部表现较明显，如红石山地区泥质粉砂岩中的层间小褶皱（图7−a）及辉长岩中指示左行剪切的 “σ”斜长石碎斑系（图7−b）。右行剪切变形相对较晚，在红石山，乃至整个天山—北山地区均较发育。一般认为，红石山断裂往西可与东天山康古尔塔格断裂相连（何世平等，2005；黄增保等，2006；彭湘萍等，2016）。该断裂同样可见南北向挤压和近东西向右行剪切的变形特征（王凯等，2019）。已有的构造热年代学数据表明，南北向挤压兼右行剪切变形极有可能发生在276~240 Ma之间，为二叠纪晚期—中三叠世或更晚（王瑜等，2002；Xu et al，2003；陈文等，2005； Wang et al，2008，2014）。红石山地区右行剪切变形时代缺少精确的年代学约束，根据蛇绿岩、扫子山组形成时代（魏海峰等，2008；王国强等，2014），该地层中未变形的花岗岩脉（263.5±4.7 Ma）（刘明强等，2007）、弧岩浆岩（303~308 Ma）（徐旭明等，2018；赵志雄等，2018），以及区内伸展背景环境产出的镁铁—超镁铁质岩体（260~289 Ma）（汤庆艳等，2015），推测红石山地区右行剪切变形发生于晚石炭世晚期—早二叠世早期，早于康古尔断裂右行剪切发生的时间。然而，该变形时代是否正确，需要后续精细的年代学工作确定，为进一步研究红石山蛇绿岩向西延伸问题提供构造方面的证据。

4.   结　论

（1）甘肃红石山地区早石炭世扫子山组经历了3期构造变形，第1期为北北西—南南东向挤压兼左行剪切，第2期为北北东—南南西向挤压兼右行剪切，第3期为北东—南西向的左行走滑。其中，第2期构造变形对早期面理强烈置换，控制了红石山地区主要的构造线方向，表现为近东西向的劈理化带和脆−韧性剪切带。

（2）研究区扫子山组构造变形位于地壳的中—浅层次，以脆-韧性为主，反映红石山洋盆消减−闭合过程动力学强度并不大。构造解析表明，尽管该套地层经历强烈的构造作用，但未造成地层的倒转或缺失，其物质成分及其空间展布具有明显的规律性。从南至北具有火山岩熔岩—火山碎屑岩—粉砂岩—细砂岩—碳酸盐岩—砂砾岩变化趋势，缺少深水沉积物，反映洋盆初始扩张的沉积特征，揭示早石炭世红石山地区处于滨—浅海的古地理环境。

（3）红石山断裂北侧发育北北西—南南东方向的逆冲断层系，可能为洋壳向北俯冲的产物，结合区域地质背景，揭示红石山古洋盆可能存在双向俯冲的动力学机制。

致谢：本文在撰写过程中得到了中国地质科学院地质研究所张进研究员，中国地质调查局西安地质调查中心王永和教授级高工、校培喜教授级高工及王凯博士的指导和建议；野外工作过程中与北京有色矿产地质调查中心郑小明高级工程师、管诰工程师、薛伟博士等进行了有益的讨论和交流；审稿专家对论文修改提出了许多宝贵意见，在此一并表示感谢。