巴颜喀拉地块东部龙日坝断裂带的发现及其大地构造意义

中国科学 D 辑:地球科学 2008年 第38卷 第5期: 529 ~ 542 https://www.360docs.net/doc/5418348012.html, https://www.360docs.net/doc/5418348012.html,

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《中国科学》杂志社

SCIENCE IN CHINA PRESS

巴颜喀拉地块东部龙日坝断裂带的发现及其 大地构造意义

徐锡伟①

*, 闻学泽②

, 陈桂华①

, 于贵华①

① 中国地震局地质研究所, 北京100029; ② 四川省地震局, 成都 610041 * E-mail: xiweixu@https://www.360docs.net/doc/5418348012.html,

收稿日期: 2007-08-30; 接受日期: 2008-01-18

国家重点基础研究发展计划项目(编号: 2004CB418401)和国家自然科学基金面上项目(批准号: 40474037)资助

摘要 在青藏高原东缘NE 向龙门山断裂带西北侧约200 km 的巴颜喀拉地块东部, 由GPS 复测发现存在一条宽阔的NE 向右旋剪变带, 变形速率达4~6 mm/a. 卫星影像解译和野外考察表明: 这一右旋剪切带对应了以往被忽略的、新生的NE 向龙日坝断裂带. 龙日坝断裂带北东段由走向N54°±5°E 、相距约30 km 的两条平行分支断层组成. 这两条分支断层沿线晚第四纪断错地貌发育, 北支龙日曲断层具有较大的逆冲分量, 南支毛尔盖断层为纯右旋走滑断层. 依据矢量合成原理可知, 龙日坝断裂带北东段晚更新世以来平均右旋滑动速率为(5.4 ± 2.0) mm/a, 垂直滑动速率约0.7 mm/a, 地壳缩短率约0.55 mm/a. 龙日坝断裂带的存在和发现可以很好地解释青藏高原东缘的大地构造与动力学特征: 以龙日坝断裂带为界, 巴颜喀拉地块分为西部阿坝和东部龙门山两个次级块体; 龙门山次级块体的整体缩短和隆升反映出从龙门山断裂带到龙日坝断裂带是巴颜喀拉地块南东向运移过程中由于受到华南地块的强烈阻挡而形成的后展式推覆构造系统, 并成为青藏高原东缘承载新生代晚期至今地壳变形的一种活动地块边界构造类型. 龙日坝断裂带正是这一系统中晚第四纪新生的活动断裂带.

关键词

青藏高原东缘 活动地块 新生断裂带 断层滑动速率 推覆构造

青藏高原东缘晚新生代构造变形模式是国际地学界广泛关注的热点问题, 直接关系到青藏高原运动学模型, 包括侧向逃逸学说和地壳压缩增厚学说两种主流模型的问题. 其中, 侧向逃逸学说强调青藏高原不同级别块体通过大型走滑断裂带的高速滑动实现向东的挤出, 调节青藏高原近南北向的缩短[1~5]; 地壳增厚学说则强调印度板块的向北推挤导致韧性下地壳增厚和上地壳发育大量缓慢滑动断层, 发生分布式的连续变形[6~10]. 这两种运动学模型均没有讨论它们各自在青藏高原东缘地带的具体构造变形效应和运动学特征, 目前很难说明哪一种模型更符合客观实际.

前人对青藏高原东北缘的祁连山区、东南缘的川滇块体及其邻区的构造格架开展过大量研究[1~17], 对巴颜喀拉地块东端的龙门山断裂带也作过分段活动性及其与地震关系的讨论[18~24]

, 并分析了包括龙门

山和岷江断裂带在内的青藏高原东缘地区的快速隆

升过程

[25,26]

, 但目前对龙门山和岷江断裂带以西地

区的活动断裂分布格局依然缺乏足够的了解. 中国地壳运动观测网络的多期GPS 复测结果, 不仅给出了龙门山及其邻区现今地壳运动状态和已知活动断裂带的现今应变速率

[27~31]

, 还揭示出在龙门山和岷江

断裂带西侧存在一条与龙门山断裂带近于平行的NE 向右旋剪切变形带, 变形速率达4~6 mm/a [29,31].

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根据这一线索, 通过卫星影像解译和野外考察发现, 由GPS 复测结果推断的龙门山和岷江断裂带西侧的右旋剪切变形带在空间上对应于巴颜喀拉地块东段NE 向龙日坝断裂带. 由于龙日坝断裂带地处青藏高原面上, 迄今为止对它知之甚少. 基于我们的最新调查研究, 本文首先介绍龙日坝断裂带的几何结构和该带北东段的晚第四纪平均滑动速率, 然后结合区域构造特征讨论巴颜喀拉地块东段近端部的最新构造变形型式以及龙日坝断裂带的构造作用与意义. 这些是深入探讨青藏高原东缘活动构造变形与运动学模型的基础.

1 区域构造环境

巴颜喀拉地块是青藏高原中东部被NWW 向东昆仑断裂带和甘孜-玉树-鲜水河断裂带、NE 向龙门山断裂带中-南段和近南北向岷江断裂带围限的长条状构造域(图1). 据断错地貌研究得知, 甘孜-玉树-鲜水河断裂带晚第四纪平均左旋滑动速率为(12±2)

mm/a [15,32]; 东昆仑断裂带主体平均左旋滑动速率为(11.5±2) mm/a [33], 但玛沁以东段落的滑动速率明显减小

[34]

. 上述两条NWW 向走滑断裂带由GPS 测量得

到的左旋滑动速率约为10 mm/a [30,31], 即长期的地质速率与现代GPS 速率基本一致. 此外, 第四纪时期龙门山断裂带具有明显的分段活动性, 该断裂带在安县以北的北东段为晚第四纪不活动段, 地震活动性也弱[23,24]; 安县以南的中南段为晚更新世活动段, 不仅成为成都平原与西北部高原面巨大地形高差的边界带, 且已发现有地表断层切割更新统的证据[35]

,

同时也是历史强震与现今地震活动段

[24]

. 近南北向

岷江断裂带由岷江和虎牙两条断裂组成, 前者位于松潘北, 以逆冲运动为主, 垂直运动速率0.4~0.5 mm/a; 后者位于松潘南东, 以左旋走滑运动为主, 水平滑动速率约为1.4 mm/a(图1)[36].

位于龙门山和岷江断裂带西侧、新发现的NE 向龙日坝断裂带将巴颜喀拉地块分割成西部阿坝、东部龙门山两个次级块体. 其中, 阿坝次级块体为巴颜喀

图1 川西北及邻区活动构造与地震分布图(a)和研究区位置索引示意图(b)

地震资料据文献[37]补充

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拉地块的主体, 其向东的水平滑移速率约为11.4 mm/a; 龙门山次级块体滑移方向为N116°E, 速率约为8.5 mm/a [29,31]

, 即在宽约200 km 的龙门山次级块

体范围内, 巴颜喀拉地块的SE 向运动速率减少约 3

mm/a

[30,38]

. 这些表明巴颜喀拉地块东段相邻两个次

级块体向南东滑移速率的减少量应大部分转化为龙日坝断裂带的右旋走滑和逆冲运动, 剩余部分可能被龙门山次级块体的构造变形吸收.

2 龙日坝断裂带基本特征

2.1 几何结构与运动学性质

龙日坝断裂带是一条以往被忽略的活动断裂带. 卫星遥感影像和野外调查证明, 龙日坝断裂带位于龙门山断裂带西北约200 km 、松潘与马尔康以西的高原面上, 因通过红原龙日坝草原而得名(图1).

龙日坝断裂带北东段展布于龙日坝草原及其北东附近, 由走向N54°±5°E 、相距约30 km 的龙日曲(北支: F1)和毛尔盖(南支: F2)2条分支断层组成(图2), 分别表现出向南东方向逆冲和右旋走滑的运动方式. 在平面上, 龙日曲断层自龙日坝起, 沿NE 向条带状罗老山南东麓断续向北东方向延伸, 全长大于100 km. 断错地貌显示该断层为带有逆冲滑动分量的右旋走滑断层. 在格玛村以东观测点A(102°30′05.1″, 32°32′21.6″N)和观测点B(102°28′25.1″E, 32°31′38.2″N)露头剖面上, 可见龙日曲断层倾向NW, 倾角45°~50°; 在格玛村西个别地段可见该断层切割晚第四纪坡洪积物, 最大倾角大于60° (图3). 南支毛尔盖断层也呈NE 向延伸, 地表迹线较为平直, 横切山脊和水沟, 断错地貌特征显示为一条纯右旋走滑断层(图2(b)). 此外, 以上两条次级断层的北东端均向北偏转成NNE 或近NS 向走向, 最终被NWW 向东昆仑断裂带南侧的分支断裂切截(图1).

龙日坝断裂带南西段展布于龙日坝草原南西侧至炉霍北东的鲜水河断裂带之间, 上述2条次级断层消失, 代之以较单一且断续延伸的NE 向新生走滑断层. 在ETM 卫星照片上可见龙日坝断裂带南西段较清晰的不连续线性影像和局部的断错地貌现象, 但尚未得到野外考察的证实(图1).

2.2 晚第四纪平均滑动速率

野外考察表明, 龙日坝断裂带龙日曲断层和毛尔盖断层沿线的断错地貌现象丰富、清晰, 为厘定这两条活动断层的晚第四纪平均滑动速率和分析巴颜喀拉地块内部次级块体边界变形的样式提供了条件.

2.2.1 龙日曲断层(F1)

在龙日曲河北岸罗老山南东麓普遍发育3级洪积扇, 在较大冲沟或支流河谷附近则相应发育有3级洪积-侵蚀阶地(T1, T2和T3). 龙日曲断层系统切割了山麓地带的前第四纪基岩、第四纪冲洪积扇与河流阶地等地质体和地貌单元, 形成断续延伸的断崖或断坎等断错地貌.

在格玛村东观测点A(32°32′21.6″N, 102°30′05.1″E), 龙日曲断层由两条近于平行的次级分支断层(f1, f2)组成(图4). 西北侧次级分支断层(f1)切割一冲沟及其阶地T1和T2, 其中, 在f1切割现代沟床处发育高约1 m 的跌水坎, 而T2/T1阶地坎被f1右旋位移(11.5 ± 1.5) m(图5(a)); 更西T3阶地则被垂直位移约2.7 m. 另外, 东南侧次级分支f2右旋切割了相当于T3阶地堆积的较老洪积扇, 扇体东缘的右旋位移量为28 m, 扇面的垂直位移为6.3 m. 此处, T2阶地堆积物顶部被侵蚀再堆积的砾石层内木炭样品(LRB2-4)碳14年龄为(6660 ± 40) a BP 或树轮年龄为5660~5510 cal a BP(图5(b), 表1), 说明该级阶地的形成年龄应早于这一数值. 在观测点A 南约200余米的冲沟壁剖面上(图5(c)), 可见f2倾向NW, 倾角约50°, 切割了T2阶地顶部青灰色砂质黏土层, 黏土层上部含木炭样品(LRB2-9)的碳14年龄为(8985±50) a BP, 经树轮校正年龄最可能为距今8300~8160 cal a BP(表1), 但f2上断点被碳14年龄为(3935±35) a BP 或树轮校正年龄2580~2340 cal a BP(样品LRB2-7)的灰褐色含角砾黏土层覆盖, 我们以此推测前者为T2阶地的形成年龄, 后者代表T1阶地的形成年龄. 在观测点A 南侧大路旁(32°32′21.6″N, 102°30′05.1″E), 还获得相当于T3阶地的老洪积扇堆积物顶部两个黄土状样品的光释光年龄为(15.5 ± 1.7) ka (LRB-TL2)和(11.1 ± 1.2) ka (LRB- TL3)(采样剖面见图4中的插图, 表2); 格玛村西山 前地带观测点C(32°32′13.0″N, 102°29′23.7″E)附近, 在相当于T3阶地的老洪积扇顶部砾石层内埋深

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图2

(a) 龙日坝断裂带北东段几何结构ETM卫星影像解译图; (b) 毛尔盖分支断层局部走滑断错地貌线性卫星影像图

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图3

(a) 龙日坝断裂带北东段北支龙日曲断层南西段的远景地貌(镜向NNE); (b) 图3(a)黑箭头指示处断层切割冲洪积地层剖面(镜向NE); (c) 图3(a)黑箭头指示处的陡倾角逆冲断层剖面(镜向NE). 红色箭头指示龙日曲断层位置; 带单箭头红色虚线条表示逆断层; 黑方块代表木

炭样品采集点与编号

50~60 cm 处可见一厚数厘米的灰色含碳泥层(图3(b)), 含木碳样品(LRB2-1)经测定碳14年龄为 (10670 ± 100) a BP, 树轮校正年龄为12633~12830 cal a BP(图3(b), 表1). 从老洪积扇砾石层顶部木炭样品的树轮校正年龄值, 以及上覆黄土状盖层底部样品的光释光年龄数据可知, 该老洪积扇形成于冰后期早期, 约(13.1±1.7) ka.

观测点A 附近主要为冲洪积地貌单元, 活动断层晚第四纪平均滑动速率应为冲洪积扇体的位移值与扇体的终积年龄之比

[16]

. 根据在观测点A 附近地貌

面样品测试结果, T2阶地下切形成的年龄接近于样品LRB2-9的树轮校正年龄值((8230 ± 70) cal a BP)(表1). 考虑到这里的T2阶地实际上对应于相同时期的洪积扇, 而T1阶地为侵蚀阶地, T2/T1阶地陡坎右旋位移量实质上为T2同期洪积扇东缘的位移量(图5(a)). 因此, 对于次级分支断层f1, 可由T2同期洪积扇东缘的右旋累计位移量(11.5 ± 1.5) m 计算得到全新世右旋滑动速率平均为(1.4 ± 0.2) mm/a; 由T3洪积扇面的

2.7 m 垂直位错与(1

3.1 ± 1.7) ka 的平均年龄估得垂直滑动速率为0.2 mm/ a. 同样, 对次级分支断层f2可得右旋滑动速率为(2.1 ± 0.2) mm/a, 垂直滑动速率为(0.7 ± 0.04) mm/a. 因此, 晚更新世晚期以来, 龙日曲断层在A 观测点的右旋滑动速率平均为(3.4 ± 0.1) mm/a, 垂直滑动速率约为0.7 mm/a.

观测点B(32°31′37.5″, 102°28′25.7″)位于格玛村一冲沟的出山口处, 龙日曲断层在此切割了三期冲洪积扇体或相应的阶地, 形成了两条近于平行的断层陡坎(图6(a)), 右旋错动T3/T2阶地之间的陡坎合计33 m, 垂直错断T2阶地面分别为2.6和2.8 m(图6(b)), 合计垂直位移5.4 m. 依据观测点A 阶地T2的形成年龄数据((8230 ± 70) a BP), 可得龙日曲断层在观测点B 的全新世右旋滑动速率约为4.0 mm/a, 垂直滑动速率约为0.66 mm/a. 另外, 在观测点B 东侧冲沟剖面上可见断层陡坎受控于倾向NW 、倾角约48°的逆断层. 假定龙日曲断层平均倾角为50°, 则可得由逆断层错动引起的NW-SE 向地壳缩短率约为0.55 mm/a.

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图4 龙日曲断层格玛村附近的ETM 卫星影像及填绘的断层迹线图(位置见图2)

左上角为T3洪积扇采样点(LRB2-TL2和LRB2-TL3)照片; 右下角为T3洪积扇采样点地层剖面图

表1 放射性碳14样品测试年龄值与树轮校正值一览表a)

地点 树轮校正年龄**/cal a BP 样品 编号 纬度(N) 经度(N) 碳14年龄± σ

/a BP (1σ

) (2σ )

LRB2-01* 32°32′13.0″ 102°29′23.7″ 10670 ± 100 1242~12435 (4.0%) 12633~12830 (96%) LRB2-04 32°32′13.6″ 102°30′05.9″ 6660 ± 40 5630~5555 (68.2%) 5660~-5510 (95.4%) LRB2-07 32°31′38.1″ 102°28′26.2″ 3955 ± 35 2500~2450 (32.6%) 2580~2340 (95.4%) LRB2-09 32°31′38.1″ 102°28′26.2″ 8985 ± 50 8290~8200 (55.0%) 8300~8160 (62.7%)

MLG-1 32°39′55.1″ 103°07′48.0″ 4480 ± 40

3340~3210 (45.2%) 3350~3080 (87.1%) a) 带* 号样品由中国地震局地质研究所碳14实验室测定, 其余由北京大学加速器质谱实验室测定, δ13

C=?25; **树轮校正用程序为OxCal v3.10 (C. B. Ramsey, 2005, https://www.360docs.net/doc/5418348012.html,/orau/oxcal.html)

表2 光释光样品测试数据与年龄值一览表a)

编号

埋深/m

测量方法

等效剂量/Gy α计数率/cpks

K /%

含水量/%

α系数

剂量率/

Gy ·ka ?1

年龄/ka

LRB2-TL2 0.98 SMAR* 63.2 ± 2.3 9.3 2.2

4 0.04 ± 0.02 4.1 ± 0.4 15.

5 ± 1.7 LRB2-TL3 0.85 SMAR 43.

6 ± 1.3 10.3 2.014 0.04 ± 0.02 3.9 ± 0.4 11.1 ± 1.2 MLG-TL1 1.80 SMAR 57.1 ± 2.8 11 2.119 0.04 ± 0.02 4.0 ± 0.4 14.3 ± 1.6 MLG-TL2 5.0 SMAR 294.2 ± 15.9 10.9 2.0

17 0.04 ± 0.02 4.1 ± 0.4 74.5 ± 8.5 MLG-TL3 1.6 SMAR 82.3 ± 3.1 9.7

2.317 0.04 ± 0.02 4.1 ± 0.4 20.7 ± 2.2

a) * 号含义同表1; cpks 示每千秒计数

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图5

(a) 观测点A 北部由全站仪实测的龙日曲断层次级分支断错地貌图; (b) T2阶地LRB2-4样品采样剖面图; (c) LRB2-7, LRB2-9样品采样剖

面图. 红线代表F1次级分支断层的地表迹线; T1和T2分别代表一级、二级阶地; Dh 代表右旋位移; 图5(a)位置(102°30′05.1"E,

32°32′21.6"N); 图5(b)和(c)位置(102°30′05.9"E, 32°32′13.5"N)

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图6 观测点B 由全站仪实测的龙日曲断层断错地貌图(a)和T2阶地面的I-I ′地形剖面图(b)

图注说明同图5

2.2.2 毛尔盖断层(F2)

毛尔盖断层展布于黑水河支流毛尔盖河的上游及其支流羊拱沟的基岩峡谷区(图2(b)), 沿该断层的右旋走滑型断错地貌发育, 反映出毛尔盖断层为一条纯走滑的断层. 在毛尔盖村NE 约9 km 草原村主河谷西岸发育5级阶地(图7), 毛尔盖断层系统切割了这些阶地, 在阶地面上形成自由面南倾的断层陡坎, 例如, T3阶地面上南倾断层陡坎高约20 cm(图8(b)). 参考ETM 卫星影像解译可知, T5/T4阶地坎累积右旋位移量为(225 ± 15) m(图7), 用全站仪测量得到T3/T2阶地坎的右旋位移量为(48 ± 5) m(图8(a)). 此处, 最老阶地(T5)上覆厚约4 m 的棕黄色黄土, 在观测点(32°39′36.3″N) 103°07′42.4″E)阶地面之下约2 m

处黄土样品(MLG-TL1)的光释光年龄为(14.3 ± 1.6) ka(表2); 在观测点(32°39′37.9″N, 103°07′41.3″E)阶地面之下4 m 处棕黄色黄土与冲积砾石层交接部位样品(MLG-TL2)的光释光年龄为(74.5 ± 8.5) ka, 代表了T5阶地面的形成年龄. T5/T4之间的阶地坎高约30 m. 观测点(32°39′52.1″N, 103°07′42.6″E)位于T4阶地上, 阶地面之下约1.6 m 的泛滥平原相黏土层与下伏冲积砾石层过渡部位的样品(MLG-TL3)光释光年龄为(20.7 ± 2.2) ka, 应代表T4阶地终积形成的年龄(采样剖面见图7中的插图). 采自T3阶地面之下2 m 左右黏土层中木炭样品(MLG-1)的碳14年龄为(4480 ± 40) a BP(表1), 由于该采样部位尚未到达T3阶地冲积砾石层顶面, 样品的年龄值显然比T3阶地的终积形成

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图7 毛尔盖断层在毛尔盖村北东草原村附近的ETM 卫星影像及断错地貌解译图

图示位置见图2. 黑色粗线条为断层地表迹线; 黑三角代表年代样品采集点和样品编号; 带齿黑色线条为被断错的阶地坎; T1, T2, T3和

T4分别代表阶地面的级次, 右下角插图为T3阶地靠顶部的采样地层剖面图

期要年轻. 值得指出的是, T4和T3两级阶地为侵蚀、冲刷T5阶地而成的堆积-侵蚀阶地, 在断层北盘T4/T3阶地坎高约3 m, 南盘1.5~2 m, 采自T4阶地冲洪积砾石层上覆细粒加积层底部样品的年龄为(20.7 ± 2.2) ka(表2), 较T3阶地的形成年龄偏老, 综合格玛村附近相近阶地的年龄数据和区域古气候变化趋势

[39,40]

推测, T3阶地面应形成于距今(13.1 ± 1.7) ka 左右.

因此, 根据全站仪测量得到的T4/T3之间阶地坎(48 ± 5) m 的右旋位移量(图8)以及(13.1 ± 1.7) ka 年龄值可知, 晚更新世晚期以来毛尔盖断层右旋滑动速率平均为(3.6 ± 0.5) mm/a. 同时, 若将T5阶地面的年龄((74.5 ± 8.5) ka)作为T5/T4之间阶地坎(225 ± 15) m 右旋位移的起始年龄上限, 则可估算出晚更新世以来该断层的平均右旋滑速率应大于(3.0 ± 0.45) mm/a.

后者可作为对前一个速率估值的检验.

2.3 运动学特征与发育时代

野外考察、断错地貌测量和样品年代分析等表明, 龙日坝断裂带北支龙日曲断层具有较大逆冲分量, 垂直滑动速率约0.66 mm/a, 相当于存在约0.55 mm/a 的NW-SE 向地壳缩短率, 右旋走滑速率平均为(4.0 ± 0.2) mm/a; 南支毛尔盖断层为纯右旋走滑断层, 平均滑动速率约(3.6 ± 0.5) mm/a. 依据矢量合成原理[16]和速率值所在位置可知龙日坝断裂带北东段右旋走滑速率为(5.4 ± 2.0) mm/a, 垂直滑动速率约0.66 mm/a, 地壳缩短率约0.55 mm/a, 滑动方向N54°E. 值得指出的是, 由本研究获得的龙日坝断裂带北东段的地质滑动速率值与由GPS 测量获得的现代剪切形变速

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图8 毛尔盖断层右旋断错阶地的全站仪实测地形图(a)和镜向SWW 的照片(b)

地点: 毛尔盖村北东约9 km 的草原村SW 测(32°39′55.1″N, 103°07′48.0″E); 图例同图5

率值

[31]

是一致的, 但GPS 测量结果暂时没能监测到该断裂带两侧的垂直运动, 也没有给出NW-SE 向的地壳缩短率.

龙日坝断裂带北东段的地表迹线断续展布, 受北支龙日曲断层下降盘部分控制的NE 向龙日曲河谷

主要出露三叠纪地层, 地表仅覆盖晚第四纪冲、洪积层, 高位冲洪积扇顶部样品年龄仅15 ka; 南支毛尔盖断层断错的毛尔盖河北西岸最高阶地形成年龄也仅为75 ka; 没有发现存在更早的堆积地层. 由此可判断龙日坝断裂带应为一条晚第四纪以来发育的新

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生断裂带, 规模虽不大, 但(5.4 ± 2.0) mm/a 的平均右旋滑动速率反映它应属于现今强活动的断裂带.

3 分析与讨论

龙日坝断裂带的存在和发现, 对理解巴颜喀拉地块东部, 特别是龙门山次级块体的构造变形样式、深入讨论青藏高原东缘的活动构造特征具有重要的意义.

如图1所示, 在印度板块向北推挤、造成青藏高原中部各地块隆升并朝东、南东向挤出的大区域动力学环境中

[1,3,4]

, 巴颜喀拉地块朝东-南东东向的挤出

受到华南地块强烈阻挡, 在晚新生代早、中期沿袭两地块之间中生代造山带的一部分—龙门山断裂带中-南段, 以及沿岷江断裂带产生逆冲推覆为主的构造运动, 造成沿这两断裂带新近纪和早第四纪地层的显著断错

[41~43]

以及作为龙门山断裂带中-南段新生

代前陆盆地—成都平原的形成(图1). 成都平原中堆积有厚的上新世至早更新世地层, 且已显著变形和断错

[44]

. 然而, 沿这两条断裂带在晚更新世以来

的断错现象不显著, 其中, 龙门山断裂带中-南段晚更新世以来的右旋走滑和垂直(逆)滑动速率均为 1.5 mm/a, 岷江断裂带的左旋和垂直(逆)滑动速率仅分别为(1.6 ± 0.2)和0.5 mm/a [36,41]

; 与此同时, 成都平原

中的晚第四纪堆积层厚度非常有限, 且变形和断错

很不明显

[44]

. 这些说明晚更新世以来, 巴颜喀拉地

块与华南地块之间、沿龙门山断裂带中-南段以及岷江断裂带的相互作用明显减弱了. 这种减弱作用可能与龙日坝断裂带在晚第四纪以来的逐渐形成有关.

本文的研究从地质证据揭示出龙日坝断裂带分解、转换了来自巴颜喀拉地块朝东-南东东方向水平挤出运动的大部分(5.4 ± 2.0) mm/a 的右旋走滑运动速率和约0.55 mm/a 的NW-SE 向缩短速率. 现代GPS 复测结果

[31]

同样反映龙日坝断裂带对巴颜喀拉地块SE

向运动的显著分解作用(图9(a)). 据图9(a)还可推知: 经龙日坝断裂带的运动分解后, 剩余的东、东南向运动分量在龙日坝、龙门山两断裂带之间的龙门山次级块体内再被部分吸收, 转化为块体内的断层运动和垂向抬升作用, 仅剩很小的一部分成为龙门山断裂带中-南段现代构造运动的驱动力.

根据区域人工地震探测资料可知, 龙日坝断裂

带为阿坝地区中上地壳偏低速异常区的南界, 主断面倾向NW, 倾角向深部变小, 最终在15~20 km 深的低速层顶部附近变成平缓的滑脱面

[45~47]

, 成为阿坝

和龙门山两个次级块体分界的逆-走滑断裂带(图9(b)). 龙门山次级块体与华南地块之间为倾向NW 的龙门山逆冲断裂带, 滑脱面的深度也在中上地壳低速层顶部附近

[19]

. 另外, 龙门山区新生代的快速隆

升和冷却时期发生在距今11~5 Ma, 岷山及其周边地区发生在距今5~3 Ma, 反映出从靠近成都平原的龙门山断裂带向西北方向冷却时代逐渐变新的趋势

[34]

.

这些使得我们有理由采用一个后展式推覆构造模式(图9(b))来解释龙门山断裂带中-南段与龙日坝断裂带的发展与构造活动的相互关系: 图9(b)是沿图9(a) A-B 线的理想化NW 向构造剖面, 其反映在华南地块西北角的强烈阻挡下, 晚新生代以来青藏高原东缘的构造活动范围从NE 向龙门山逆冲断裂带中-南段逐渐向后陆扩展, 直到晚第四纪时龙日坝断裂带在大约200 km 外的后陆形成; 在此过程中, 龙门山断裂带中-南段的活动性由强转弱. 因此, 从龙门山断裂带中-南段到龙日坝断裂带、以及它们之间夹持的龙门山次级块体共同组成了晚第四纪至今青藏高原东缘的边界构造带, 并在该构造带内表现出较强烈的构造与地震活动性(图1).

另外, 图1反映龙日坝断裂带以及龙门山次级块体的中部和西南部似乎没有或少有强震的发生, 但这是由于高原地区缺少历史地震记载所致. 事实上, 在过去的400多年中, 龙门山次级块体仅其北东部的岷江流域(成都-汶川-松潘)和涪江流域(江油-平武北)有不完整的历史地震记载

[37]

. 根据本文的上述分析

与认识, 龙日坝断裂带和龙门山次级块体内部应具有发生强震或大地震的活动构造与动力学条件.

4 结论

青藏高原东缘的NE 向龙日坝断裂带是一条晚第四纪新生的强活动逆-右旋走滑断裂带, 其北东段由相距约30 km 的两条平行的分支断层组成; 北支龙日曲断层具有较大的逆冲分量, 平均右旋滑动速率(3.7 ± 0.3) mm/a, 垂直滑动速率约0.7 mm/a; 南支毛尔盖断层为纯右旋走滑断层, 平均滑动速率约为(3.6 ± 0.5) mm/a. 龙日坝断裂带北东段总的平均右旋滑动速率

徐锡伟等: 巴颜喀拉地块东部龙日坝断裂带的发现及其大地构造意义

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图9

(a) 青藏高原东缘地区相对于华南地块的GPS 速度场图(1999~2001); (b) 沿图9(a)的A-B 线的理想化构造剖面图-后展式滑脱构造系统.

红色线条表示不同性质的活动断层; 蓝色箭头与椭圆为GPS 站速度矢量及其误差[31]

为(5.4 ± 2.0) mm/a, 垂直滑动速率约0.7 mm/a, 地壳缩短率约0.55 mm/a.

龙日坝断裂带是晚第四纪以来由NE 向龙门山断裂带中-南段朝北西(后陆方向)发育后展式推覆构造系统时形成的, 原因是华南地块对巴颜喀拉地块的南东向挤出运动的强烈阻挡作用. 在龙日坝断裂带

形成的过程中, 龙门山断裂带中-南段的活动性逐步减弱. 这两条断裂带及其夹持的龙门山次级块体在宽约200 km 的范围内表现出显著的地壳缩短作用, 反映出由这两条断裂带以及龙门山次级块体组成的后展式推覆构造系统不仅承载着青藏高原东缘的现今构造变形, 同时还控制着这里的强地震活动.

中国科学D辑: 地球科学 2008年第38卷第5期

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