青藏高原东缘龙门山冲断带与四川盆地的现今构造表现_数字地形和地震活动证据

2007年1月地　质　科　学CH I N ESE JOURNAL OF GE OLOGY 42(1):31—44青藏高原东缘龙门山冲断带与四川盆地的现今构造表现:数字地形和地震活动证据3贾秋鹏1　贾　东1　朱艾斓2　陈竹新1　胡潜伟1罗　良1　张元元1　李一泉1(1.南京大学地球科学系南京　210093; 2.中国地震局地质研究所北京　100029)摘　要　龙门山冲断带位于四川盆地与青藏高原东缘之间,其现今地貌和构造活动表现对于理解青藏高原东缘和四川盆地晚新生代的演化具有非常重要的意义。

已有的认识多数是从“山”的角度得出的,我们尝试从“盆”这一角度,利用近20年来的地震活动资料和地震反射剖面,结合数字高程模型(DE M ),通过三维可视化分析软件来探讨四川盆地及龙门山的地貌特征和现代构造活动表现。

初步研究结果表明:1)龙门山的现今地貌和地震分布具有明显的南北分段性;2)青藏高原东缘活动块体边界表现为由龙门山南段北东向构造在安县附近转折为岷山的南北向构造;3)龙门山南段的现代地震活动已深入四川盆地内部,形成地壳规模的楔形逆冲构造,地震活动、现代地貌和地震反射剖面的证据揭示了龙门山及四川盆地存在晚新生代构造缩短的可能性。

关键词　地震　地形地貌　构造缩短　晚新生代　龙门山　四川盆地中图分类号:P542文献标识码:A 文章编号:0563-5020(2007)01-031-14　3国家自然科学基金资助项目(编号:40372091)。

贾秋鹏,1982年8月生,硕士研究生,构造地质学专业。

2006年1月15日在“构造地质学新理论与新方法学术研讨会”上的报告,2006-06-14改回。

青藏高原东缘的晚新生代变形模式是目前广泛争议的焦点问题之一。

从东向挤出模型(Avouac and Tapponnier,1993)到近年提出的下地壳流动模型(Royden et al .,1997),不同学者对青藏高原东缘特别是龙门山晚新生代的隆起存在着不同的认识(Royden et al .,1997;Clark and Royden,2000;Tapponnier et al .,2001;Kirby et al .,2002,2003;Burchfiel,2003;Clark et al .,2005;李勇等,2005)。

争论的首要问题之一在于晚新生代龙门山及四川盆地是否存在或者在多大程度上存在构造缩短变形。

四川盆地西部缺乏晚新生代的地层(Burchfiel et al .,1995;李勇等,2002),这无疑给区分这一地区的晚新生代的缩短变形和晚新生代之前的早期变形以及进一步确定晚新生代缩短变形量带来了困难和不利。

显然需要更多的地质证据来揭示龙门山晚新生代的构造变形特征,以期能够约束已有的模型或者为其它可能的解释提供证据。

地形地貌是构造活动与地表过程共同作用的直接结果。

Clark and Royden (2000)和Kirby et al .(2002)强调中新世以前,从松潘—甘孜地区到四川盆地的地形坡度较小,东缘地形起伏平缓,类似于现今青藏高原东南缘川滇地区地形。

现今的龙门山则构成了中国东、西部地形地貌的界限山脉,因23地　质　科　学2007年此,龙门山的现代地形地貌是晚新生代以来演化的结果,理解龙门山现代地貌特征和演化将有助于了解龙门山—岷山晚新生代动力学演化模式。

另一方面,现今地震活动代表了最新的地壳变动,我们通过地震三维分布来讨论龙门山及四川盆地现代地震活动,并试图建立地震活动和地貌之间的联系。

1　构造背景龙门山北起广元,南至雅安,大致呈北东—南西向延伸,长约500k m(图1)。

龙门山是中国典型的推覆构造发育地区之一,主要形成于中生代和早新生代,各构造岩片沿着汶川—茂汶断裂(F,也称后山断裂)、映秀—北川断裂(F2,也称中央断裂)和安县—灌县1断裂(F,也称山前断裂)呈叠瓦状向盆地内逆冲推覆(龙学明,1991;刘文均等,1999)。

3贾东等(2003)根据其构造变形和地层发育特征将龙门山以安县为界分为南、北两段;根据重磁资料推测的四川盆地西部一系列北西向基底走滑断裂可能是制约龙门山南、北两段构造变形和构造样式差异的关键因素之一(钟锴等,2004)。

龙门山北段主要出露古生代和中生代地层,可以划分出轿子顶推覆体和唐王寨推覆体等几个大的推覆构造单元;南段映秀—北川断裂和安县—灌县断裂之间大面积出露前震旦纪基底杂岩,可划分出彭灌推覆体、五龙推覆体和宝兴推覆体等构造单元。

晚中新世,受印度—欧亚板块碰撞事件的影响,龙门山及其以西的松潘—甘孜地区发生剧烈构造变动(Tapponnier et al.,2001),龙门山南段和岷山在这一时期快速隆升(A rne et al.,1997;Kirby et al.,2002)。

然而龙门山南段的强烈隆升并没有使四川盆地发生相应的强烈挠曲变形,晚新生代沉积物厚度有限且不连续地分布在龙门山南段的四川盆地(Burchfiel et al.,1995;李勇等,2002)。

与南段不同,安县以北的龙门山北段晚新生代以来构造活动较为平静。

龙门山北段最年轻的磷灰石裂变径迹年龄为33Ma±,暗示中新世以来这一地区可能没有显著的抬升(A rne et al.,1997;Kirby et al.,2002)。

虎牙断裂至江油之间的龙门山北段的涪江水系河道形态平缓,表明这里构造活动性较弱(赵小麟等,1994a,1994b;Kirby et al.,2003)。

李传友等(2004)对龙门山北段断裂带的热释光(T L)和电子自旋共振(ESR)的研究也表明龙门山北段晚更新世以来的活动性有限,现已不构成活动块体的边界。

2　地形地貌特征本文使用的DE M数据来自全美地质调查局(USGS)公布的Shuttle Radar Topography M issi on(SRT M)全球数据,栅格精度三弧秒(约合90m),垂直误差不超过16m。

选取以1000m高程差为间隔绘制的地形等高线图(图2)显示:四川盆地位于海拔1000m以下,从盆地向西,1000m等高线走向和龙门山南段构造带走向一致;等高线在安县以北的龙门山北段呈面状散开分布,表明地形高差变化不大,走向和龙门山北段主断裂一致。

2000m和3000m等高线走向大致相同,均沿北东向龙门山南段构造带至安县附近转为近南北走向。

因此,安县以北,地形等高线按走向分为两支,一支沿龙门山北段走向,另一支沿岷山山脉南北向延伸。

由南至北,我们选择了横切龙门山的7条北西—南东向地形剖面(图3,图4)。

剖面1期贾秋鹏等:青藏高原东缘龙门山冲断带与四川盆地的现今构造表现图1　龙门山构造纲要简图及四川盆地地形F 1.汶川—茂汶断裂　F 2.映秀—北川断裂　F 3.安县—灌县断裂　F 4.虎牙断裂Fig .1　Tect onic and t opographic map of the Long men thrust belt,Sichuan Basin and adjacent areas显示四川盆地平均海拔位于600m ±。

龙门山南段地形剖面(A 2A ′,B 2B ′,C 2C ′和D 2D ′)显示四川盆地和龙门山南段之间以安县—灌县断裂(F 3)为界存在截然的盆山界限,安县—灌县断裂(F 3)和映秀—北川断裂(F 2)之间部分海拔大致位于1000～2000m ,映秀—北川断裂(F 2)和汶川—茂汶断裂(F 1)之间部分海拔基本都在2000m 以上,特别是C 2C ′剖面穿过的彭灌杂岩体的高点海拔甚至逾4000m 。

龙门山北段的海拔普遍在1000～2000m ±,由南西至北东方向,龙门山北段与四川盆地盆山界限越来越模糊(E 2E ′,F 2F ′和G 2G ′剖面),G 2G ′剖面从地形上几乎已无法分辨龙门山与四川盆地界限。

显然,龙门山南、北两段在地貌表现上截然不同。

龙门山南段的海拔明显高于龙门山北段,从龙门山南段过渡到四川盆地的地形梯度大,盆山界限显著。

岷山是晚新生代以来快速隆起的区域(邓起东等,1994;Chen et al .,1994;Kirby et al .,2000),另一条穿过岷山—龙门山北段—四川盆地的联合地形剖面(E ″2E ′2E )明显表现出岷山—龙门山北段和龙门山北段—四川盆地两个地形边界,特别是虎牙断裂(F 4)两侧的岷山—龙门山的地貌边界特别显著。

3　现代地震活动本文使用的地震数据来自四川省地震局闻学泽提供的四川地震目录、I SC 全球共享33地　质　科　学2007年图2　龙门山—岷山及邻区地形等高线,以1000m 为间隔Fig .2　Topographic cont ours of the Long men 2M inshan Mountains and adjacent areas,with an interval being 1000m 目录和国家地震局地质研究所朱艾斓等(2005)提供的重新定位小震数据。

其中,经整理综合和重新定位后的川西高原地震水平误差平均为112k m ,垂直误差平均为118km ,四川盆地地震水平误差平均为2km ,垂直误差平均为117k m 。

龙门山及岷山位于我国南北地震带的中段,最大历史地震为715级,近年来较大的地震为1976年松潘和平武两次712级地震。

经重新定位后的地震明显沿龙门山南段—岷山主要断裂集中分布,龙门山北段地震密度向北东逐渐降低,分布弥散(图5)。

因此,地震带形态上表现为沿北东向龙门山南段至安县附近后折而向北沿南北向岷山延伸。

龙门山南段地震带地震活动主要以中2小地震居多,历史上只发生过4次6级地震,没有7级以上地震的纪录,近年来发生的最大地震为1999年绵竹地区的两次5级地震;龙门山北段现代断裂活动则相对微弱得多,北川(位于安县以北)以北历史上未发生过6级以上地震。

因此,龙门山南段—岷山构成了现今青藏高原东缘的活动边界(邓起东等,1994;Chen et al .,1994)。

本文在都江堰—安县和都江堰—雅安段分别选择了两个地震震源廊带剖面(图5,图6),通过震源位置恢复断裂带形态并讨论龙门山的现代活动断裂。

431期贾秋鹏等:青藏高原东缘龙门山冲断带与四川盆地的现今构造表现图3　龙门山及四川盆地地质、地形复合叠加图蓝线代表横穿龙门山的地形剖面,黄线代表横穿岷山的地形剖面;F 1、F 2、F 3和F 4同图1;Sa .轿子顶推覆体;Sb .唐王寨推覆体;Sc .彭灌推覆体;Sd .五龙推覆体;Se .宝兴推覆体Fig .3　Topographic 2geol ogical map of the Long men Mountains and the western Sichuan BasinCarena et al .(2001,2004)和Carena and Suppe (2002)对美国圣安得列斯断裂和中国台湾山脉等重要边界活动断裂的研究表明,经过精确定位的中2小地震震源位置不仅可以在平面上更集中沿断裂分布,还可以借助三维可视化软件通过震源位置和大震震源机制解恢复断层面,揭示断裂走向上的变化和断裂带的三维几何形态。