阿尔金断裂新生代大规模走滑起始时间的厘定

至今仍在活动的阿尔金左旋走滑断裂构成了青藏高原地质意义上的北界,是世界上规模最大、也是最重要的巨型断裂之一,其新生代的快速走滑是吸收印藏碰撞变形的重要途径.对其新生代大规模走滑的起始时间目前尚无一个统一认识,主要受其本身复杂性的限制,也很难找到一个确切的直接证据来限定其走滑时间.本文从阿尔金断裂走滑作用相关的一系列地质现象入手,从多个角度综合阐述这一科学问题,包括柴达木盆地西缘的物源变化、塔里木盆地东南缘走滑挤压挠曲盆地的形成、青藏高原北缘上地壳强烈的NE-SW向缩短变形、走滑相关盆地的形成以及与走滑断裂相伴生的线性隆起形成等等.结果表明与阿尔金断裂左旋走滑相关的地质现象大量出现在中中新世以后,约束得出阿尔金断裂新生代大规模的走滑始于约15±2Ma.此外还分析了本文结果所得出的阿尔金断裂新生代长期滑移速率与实测第四纪滑移速率相互矛盾的原因,并讨论了阿尔金断裂左旋走滑与阿尔金山的隆升以及青藏高原东北缘在中中新世的构造应力转换之间的关系.     

阿尔金断裂东段的构造转换模式

大型走滑断裂控制着青藏高原的变形,众多学者通过阿尔金断裂来探索青藏高原北部的构造变形过程。基于野外调查和前人的研究结果可知阿尔金断裂的滑动速率在肃北—疏勒河口段表现为三联点两侧的突降,祁连山西段的逆冲和走滑断裂吸收了阿尔金断裂的左旋位移。由于祁连山内部次级断裂活动性的增强,现存阿尔金断裂连续地表破裂终止于酒泉盆地西侧,但位于其东侧的断裂系仍属于阿尔金断裂。在Kohistan岛弧与欧亚板块碰撞之后,青藏高原沿阿尔金断裂曾发生滑动速率近一致的侧向挤出,断裂两侧此时并未发生明显的隆起。随后东昆仑造山带和祁连山造山带的先后大规模隆升,高原的北东向挤出迅速减弱。阿尔金断裂北东向挤出能力与东昆仑造山带和祁连山造山带的隆起存在明显的耦合作用。     

东昆仑大地震的深部构造背景

本文以深地震测深剖面资料揭示的地壳结构形态为切入点 ,探讨东昆仑 8.1级大地震的深部构造背景。沱沱河—小柴旦长 5 0 0km的剖面范围内发现两处大的莫霍面错断 ,分别位于东昆仑 柴达木结合带之下和金沙江断裂之下。青藏高原北部的地壳厚度 6 1～ 75km :莫霍面具有一致南倾 ,逐步加深的产状及弱反射性特征 ;下地壳明显增厚 ,但速度未见明显降低 ;上地壳发育逆冲、走滑断裂 ;地壳中部存在低速层。北邻的柴达木盆地地壳相对刚性 ,厚 5 2± 2km。东昆仑及邻区的壳幔结构有利于强地震孕育。在印度板块向北推挤和柴达木地块的向南插入的区域挤压应力场中 ,青藏高原北部较弱的下地壳缩短增厚 ,变形过程中的蠕滑引起地壳浅部的应力放大。但NE向主压应力的作用不是大地震形成的唯一要素 ,与青藏高原北部各地体侧向运动有关。侧向运动速率和幅度的差异使应力在各地体的边界断裂积累并使其复活。而低速层对形成孕育大地震需要的“立交桥式”的局部应力环境是必不可少的条件。     

阿尔金断裂带附近地壳结构的接收函数成像及其地球动力学意义

利用中法1995年布设在跨过阿尔金断裂剖面上的18个流动三分量地震台站记录到的近5个月的天然地震记录,经筛选得到533个高质量接收函数。通过速度分析和接收函数成像处理,得到了阿尔金断裂附近地壳结构的清晰图像。塔里木盆地的Moho界面非常清楚,近水平地位于~44km深度上。该界面以低缓的角度一直向南延伸到了阿尔金断裂附近的~70km的深度。阿尔金断裂以南柴达木盆地下面的Moho界面也十分清楚,近水平地位于~55km的深度上,在阿尔金断裂附近存在向上挠曲,并抬升到了~45km的深度上。在阿尔金断裂下方,Moho界面存在~15km的错断。塔里木盆地Moho之下还存在另一个震相,我们解释为沉积层多次波与可能来自Hales间断面转换波的复合震相。接收函数成像结果表明阿尔金断裂是一个超壳的岩石圈断裂,具有比较直立的产状和很狭窄的剪切变形带。根据这些结果,我们推测塔里木的下地壳可能要比柴达木的下地壳更硬,柴达木地壳增厚的原因可以部分归结于它有一个相对弱的下地壳,青藏高原隆升没有扩展到塔里木盆地是因为塔里木盆地具有更刚性的下地壳和岩石圈地幔。高原北部地壳变形应该是所谓青藏高原隆升的“硬”变形模式(Tapponnieretal...     

中国大陆现今构造应变率场及其动力学成因研究

通过分析中国大陆地壳运动GPS速度场得到现今构造应变率场。结果显示在印度板块北向推挤作用下 ,青藏高原内部及其邻域形变场并不局限于少数大型走滑断裂 ,而是在大范围内广泛分布 ,各地区构造运动驱动机制也可能各有不同。藏南地区主应变率场呈均衡的约 2× 10 -8a-1南北向挤压和东西向拉张 ,显示印度板块下插造成的地壳增厚和岩石圈拆离可能形成上地壳与上地幔间形变解耦 ,地壳内部在南北向挤压及重力场作用下产生东向塑性流驱使上地壳产生东西向拉张。西藏中部羌塘地区主应变率场显示均衡的约 2× 10 -8a-1北北东向挤压和北西西向拉张 ,反映本地区一系列走向北东和北西的共轭剪切断裂的活动 ,可能源于南北向挤压和软流层内东向塑性流的驱动。柴达木盆地及周边地区主应变率场呈约 2× 10 -8a-1北东向压缩和约 (0 1)× 10 -8a-1北西向拉张 ,表明地壳增厚造成的地壳温度上升可能还不足以造成上下地壳的充分解耦 ,南北向的消减还未能有效地转换成东西向的拉张 ,形变以褶皱和逆冲断裂运动为主。当今青藏高原形变场的形成应是构造运动从南到北阶段性发展过程中地壳与上地幔介质性质差异造成驱动机制不同的结果。     

青藏高原地壳与上地幔成层速度结构与深部层间物质的运移轨迹

在印度洋板块与欧亚板块碰撞、挤压作用下,促使深部物质重新分异、调整和运移,并导致了地壳的短缩增厚,而且造成了高原的整体隆升和深部壳、幔物质的侧向流展。基于青藏高原腹地和周边地域地壳与上地幔的成层速度结构,特别是其特异层序的展布研究表明,青藏高原地壳巨厚,但岩石圈却相对较薄;地壳中于深20±5km处存在一低速层,层速度为5.7±0.1km/s,厚度为8±2km;上地幔软流圈顶部深度为110±10km;下地壳与上地幔盖层物质以地壳低速层为上滑移面,以岩石圈漂曳的上地幔软流圈顶面为下滑移面,在印度洋板块N-NNE向力源作用下在同步运移,即形成了青藏高原腹地和周边地域特异的大陆地球动力学环境。     

新生代阿尔金断裂带的演化:来自沿线盆地沉积记录的启示SCIEI北大核心CSCD

阿尔金断裂带是青藏高原自印度与欧亚大陆碰撞后向北扩展的前缘断裂,其新生代活动性对于研究青藏高原隆升与扩展过程和机制具有重要意义。近些年,运用热年代学、断裂几何学和运动学、沉积学、磁性地层学和地震学等方法对阿尔金断裂带的性质、组成结构、断裂活动时代、走滑断裂运动特征、走滑位移量和走滑速率等进行了细致的研究,而对阿尔金断裂带沿线受其控制的新生代沉积盆地的地层年代、沉积演化特征虽然也有一定研究,但往往仅限于单个盆地,缺乏对沿线盆地整体的对比认识,造成对阿尔金断裂带走滑起始时间及阿尔金山的隆升历史存在不同的认识。本文对近二十年来阿尔金断裂带沿线新生代沉积盆地的磁性地层年代与沉积相演化的研究进展进行综述,建立阿尔金断裂带沿线盆地新生代沉积序列和年代框架;辅助热年代学等资料,提出阿尔金断裂带的三阶段演化模型:始新世-中中新世,阿尔金断裂带以大幅度的走滑运动为主,同时伴随着阿尔金山小范围的隆升;中中新世开始,阿尔金山开始大规模的隆升,伴随着较少量的走滑运动;晚中新世以来,阿尔金断裂带构造活动加强。     

阿尔金断裂带东段地区深浅部构造综合分析

阿尔金断裂带东段地区的地质构造特征及其动力学机制一直是地学工作者关注的焦点。近年来小震资料越来越多应用到活动断裂空间展布、深浅构造分析及动力学机制研究领域。本文应用双差定位法获得研究区域2008～2017年间6013次地震事件的精确定位数据,通过多条小震深度剖面清晰刻画出断裂系统的空间展布形态。综合石油地震剖面、人工地震宽角反射/折射剖面、人工地震深反射剖面,充分利用小震精确定位信息以及浅表活动构造研究成果,建立研究区断裂系统的深浅部构造模型。研究区莫霍面由北往南逐渐加深,存在三处断错,呈阶梯状展布,地壳内存在一条厚约10km的低速层,在该层以上为地震多发区,断裂系统总体呈"Y"字型,上部为一系列叠瓦状逆冲断裂,造成祁连山的隆升,向下并入一条主干断层。最后探讨了青藏高原东北缘地区构造运动的动力学机制,亚洲板块俯冲至祁连山前,上地壳以逆冲推覆构造模式造成上地壳增厚现象,而中下地壳主要为亚洲岩石圈地幔下插,上地幔的拖曳作用下发生流动引起地壳增厚,上下地壳整体增厚。     

晚白垩世以来沿阿尔金断裂带的阶段性走滑隆升

年代学和沉积学特征表明,与印度板块约55MaBP以来沿喜马拉雅东、西构造结缝合带碰撞后青藏高原的阶段性隆升相对应,沿阿尔金断裂带阿尔金山地区亦发生阶段性走滑隆升,时间段大致为55～30MaBP、约20MaBP、约10MaBP和1～0.8MaBP.始新世-渐新世期间,阿尔金断裂大型左行走滑活动的发生,对中国西北大陆构造格架产生巨大的影响,不仅改造了古老的盆地和褶皱带,而且控制了新生代的走滑拉分盆地和两侧盆地的沉积速率,并对青藏高原的阶段性隆升和地壳物质东向蠕散起到调节作用.     

青藏高原西部喀喇昆仑断裂活动构造研究进展综述（英文）

喀喇昆仑断裂系(KF)位于青藏高原西缘,具有右旋走滑性质,从帕米尔高原至尼泊尔西部延绵1 000多km。长期以来,对于喀喇昆仑断裂活动的起始时间、总位移量、在不同时间尺度上的滑移速率以及断层两端的精确位置等问题,都存在较大争议。为了更好的了解喀喇昆仑断裂现今的运动学特征及其与喜马拉雅—青藏高原陆内碰撞造山带的关系,确定喀喇昆仑断裂的滑移速率历史以及它随时间和/或空间的变化规律是极其重要的。目前研究表明,从现今的大地测量学尺度到几个百万年的地质学尺度,喀喇昆仑断裂走滑速率的变化范围为3～10 mm/yr。本论文对断裂各段的分布情况进行了详细描述,阐述了获得晚第四纪以来走滑速率的方法,回顾了喀喇昆仑断裂在大地测量学、晚第四纪以及地质学等不同时间尺度的走滑速率,并重点讨论了晚第四纪以来断裂的走滑速率。然后,确定了喀喇昆仑断裂北端的精确位置、讨论了其运动学意义和地震灾害效应。鉴于喀喇昆仑断裂具有长期的活动历史、规模巨大、运动速率较高,我们认为即使板块内部小尺度的似连续变形非常发育,板块模型依然可以很好的解释由于印度-亚洲板块碰撞造成的喜马拉雅北部的岩石圈变形。喀喇昆仑断裂、阿尔金断裂、昆仑断裂及龙木错—郭扎错断裂等青藏高原周缘的主要走滑断裂对青藏高原向东的挤出起着重要的调节作用。     

青藏高原北缘新生代早期构造运动——来自酒西盆地始新世-渐新世的沉积学约束

位于青藏高原北缘的酒西盆地,出露有完整的晚始新世地层,真实地记录了周缘构造的运动,使其成为研究高原北缘新生代构造活动的最佳场所之一.基于酒西盆地11条沉积剖面的沉积相、重矿物和古水流研究,建立了火烧沟组-白杨河组高精度的沉积格架,识别出盆地在晚始新世主要为走滑盆地,沉积形态主要受阿尔金断裂左行走滑作用控制.阿尔金断裂强烈的走滑作用受到北部阿拉善地体的阻挡,在酒西盆地北部形成一个前锋带.随后,高原内部强烈的南-北向挤压作用沿酒西盆地的刚性基底向南传递到北祁连断裂,形成了新近纪早期酒西前陆盆地的雏形.     

Late Quaternary Tectonic Deformation of the Eastern End of the Altyn Tagh Fault

The Quaternary activity of the faults at the eastern end of the Altyn Tagh fault, including the Dengdengshan–Chijiaciwo, Kuantanshan and Heishan faults, was studied on the basis of interpretation of satellite images, trenching, geomorphologic offset measurements and dating. The Altyn Tagh fault has extended eastwards to Kuantanshan Mountain. The left–slip rates of the Altyn Tagh fault decreased through the Qilianshan fault and were transformed into thrust and folds deformation of many NW–trending faults within the Jiuxi basin. Meanwhile, under NE–directed compression of the Tibetan plateau, thrust dominated the Dengdengshan–Chijiaciwo fault northeast of the Kuantanshan uplift with a rate lower than that of every fault in the Jiuxi basin south of the uplift, implying that tectonic deformation is mainly confined to the plateau interior and the Hexi Corridor area. From continual northeastward enlargement of the Altyn Tagh fault, the Kuantanshan uplift became a triangular wedge intruding to the east, while the Kuantanshan area at the end of this wedge rose up strongly. In future, the Altyn Tagh fault will continue to spread eastward along the Heishan and Jintananshan faults. The results have implications for understanding the propagation of crustal deformation and the mechanism of the India–Eurasian collision.     

First tectonic-geomorphology study along the Longmu–Gozha Co fault system,Western Tibet

The Longmu–Gozha Co left-lateral strike-slip fault system (LGCF) is located in remote western Tibet, forming a triple junction with both the Altyn Tagh fault (ATF) and the Karakorum fault (KF), the two major strike-slip faults in the region. The Ashikule, Gozha Co and Longmu Co faults are clear and distinct left-stepping en-echelon faults, together forming the LGCF system. Although poorly documented, quantifying its activity remains a key problem to understand the kinematics and the tectonic history of the westernmost Tibetan Plateau. Indeed, the Karakax fault (NW segment of the ATF), LGCF and KF together control the tectonics of western Tibet which itself controls the extrusion of Tibet towards the east, with the LGCF acting as a natural boundary for eastward motion of the Tibetan Plateau due to India's northward impingement. The LGCF system shows clear and impressive morphological indications of left-lateral active shear, that we quantify using field measurements (terrestrial LIDAR) along with ¹⁰Be surface-exposure dating. Our data suggest a slip-rate < 3 mm/yr, consistent with geodetic and block model studies. While it is on the order of the Karakax fault slip-rate (~ 2 mm/yr), it is smaller than those along the ATF and KF (> 9 and > 8 mm/yr, respectively), yielding a few mm/yr of extension accommodated most likely in the Ashikule graben and surroundings, located between the ATF and Karakax faults. Numerous evidences of recent tectonic-related events are present in the vicinity, such as the 1951 volcanic eruption as well as the 2008 and 2014 Ms 7.3 Yutian earthquakes, attesting of its high activity. In addition, the LGCF's en-echelon geometry and identical direction with the ATF, as well as smaller geological offsets and lower slip-rate compared to those on the surrounding faults, suggest that this segment of the ATF may be the most recent.     

阿尔金断裂新生代构造活动的两阶段性——来自地震属性分析的证据

自新生代以来,柴达木盆地西北缘各构造单元受青藏高原持续挤压和阿尔金断裂走滑的影响,构造变形复杂,发育有多种不同性质,不同规模的断裂.地震属性技术是三维(3D)地震资料解释和构造分析的可靠依据,有助于客观、准确的揭示断裂的空间分布情况,是复杂地区地质解释的重要工具.本文利用地震属性技术,对位于阿尔金断裂南侧柴达木盆地西部的小梁山背斜深、浅层进行详细的断裂解译,发现该地区深部发育早期EW向逆冲断层;晚期由于阿尔金断裂大规模走滑的作用,形成由深部引发的NW向“楔形”逆冲断层,深部NW向断层的活动引发浅层的滑脱褶皱.综合分析认为阿尔金断裂新生代的活动分为早期隆升形成EW向斜向逆冲断层,晚期走滑运动发育控制现今背斜形态的NW向断层,具有两阶段活动的特点.     

阿尔金断裂带新生代活动在柴达木盆地中的响应

阿尔金断裂新生代以来发生多期次的走滑运动,并伴随强烈的隆升作用,进而影响柴达木盆地新生代的构造演化。本文通过遥感卫星影像解译、地震反射剖面解释、区域地层分析,结合野外考察资料对阿尔金断裂新生代活动在柴达木盆地中的响应进行了研究。对柴达木盆地卫星影像的解译发现盆地中褶皱形态指示了近东西走向的褶皱构造带与近南北走向的褶皱构造带的叠加干涉效应,其中近东西向褶皱构造带是在印度/欧亚板块碰撞作用下青藏高原隆升并向北东扩展过程的响应,近南北向褶皱构造带是阿尔金断裂新生代活动的响应。对NW-SE向穿过阿尔金山-柴达木盆地的盆山结合带地震反射剖面的再解释,发现新生代地层中发育的多层生长地层,记录了阿尔金断裂新生代活动的信息。对盆地中新生代地层分布等厚图褶皱干涉样式的分析表明,上油砂山组沉积时期(14.9Ma)阿尔金断裂活动已经明显影响到柴达木盆地,而狮子沟组沉积时期(8.2~2.6Ma)断裂活动对柴达木盆地改造最强。通过对研究区已有的低温热年代学数据和沉积、构造、磁性地层年代学等方面研究成果的总结和分析,认为阿尔金断裂在新生代至少存在三期(~30Ma,~8Ma、~2.6Ma)强烈的构造活动和隆升作用,在柴达木盆地内表现为相应地质时代沉积速率的加快、沉积物岩性的变化、构造地貌的变形和同构造生长地层的出现。其中后两期(~8Ma、~2.6Ma)构造活动在整个青藏高原及周边地区广泛存在,为准同期构造事件,而月牙山地区地震地表破裂带的发现则表明阿尔金断裂带现在仍在强烈活动,并且直接影响到了柴达木盆地。阿尔金断裂带新生代以来的构造活动具有多期性,并影响和改造了柴达木盆地,可能对油气成藏有重要影响。     

Deformation at the Easternmost Altyn Tagh Fault: Constraints on the Growth of the Northern Qinghai–Tibetan Plateau

How the Altyn Tagh fault(ATF) extends eastwards is one of the key questions in the study of the growth of the Qinghai–Tibetan Plateau. Detailed fieldwork at the easternmost part of the ATF shows that the ATF extends eastward and bypasses the Kuantan Mountain; it does not stop at the Kuantan Mountain, but connects with the northern Heishan fault in the east. The ATF does not enter the Alxa Block but extends eastward along the southern Alxa Block to the Jintanan Mountain. The Heishan fault is not a thrust fault but a sinistral strike-slip fault with a component of thrusting and is a part of the ATF. Further to the east, the Heishan fault may connect with the Jintananshan fault. A typical strike-slip duplex develops in the easternmost part of the ATF. The cut and deformed Quaternary sediments and displaced present gullies along the easternmost ATF indicate that it is an active fault. The local highest Mountain(i.e., the Kuantan Mountain) in the region forms in a restraining bend of the ATF due to the thrusting and uplifting. The northward growth of the Qinghai–Tibetan Plateau and the active deformation in South Mongolia are realized by sinistral strike-slipping on a series of NE–SW-trending faults and thrusting in restraining bends along the strike-slip faults with the northeastward motion of blocks between these faults.     

THE FORMATION AND EVOLUTION OF ALTYN TAGH FAULT SYSTEM AND ITS RELATIONSHIP TO THE GROWTH OF TIBETAN PLATEAU

THE FORMATION AND EVOLUTION OF ALTYN TAGH FAULT SYSTEM AND ITS RELATIONSHIP TO THE GROWTH OF TIBETAN PLATEAUtheNational(G19980 4 0 80 0 )andthefundofOpeningLaboratoriesofGeomechanics     

阿尔金断裂东端破裂生长点的最新构造变形*

阿尔金断裂与祁连山北缘断裂的交汇部位是阿尔金断裂向东扩展的新破裂生长点,两断裂构造与新生的红柳峡断裂构成似三联点构造。破裂生长点附近的最新构造变形表现为:阿尔金断裂的旋转隆升和向北扩展;祁连山北缘断裂的逆冲推覆兼右旋走滑;红柳峡断裂的挤压拖曳弯曲,它们共同受制于青藏高原的强烈隆升和向外扩张作用。推测阿尔金断裂自西而东的破裂扩展就是似三联点构造逐一形成而又被切割贯通的过程。阿尔金断裂以蠕滑活动为主,2002年玉门地震与祁连山北缘逆冲断裂及其伴生的调节断层的活动相关。     

阿尔金山新生代隆升历史:来自塔东南若羌凹陷的沉积记录

阿尔金山位于青藏高原北部边缘,在高原隆升和演化过程中扮演着重要的角色。但是,关于它的新生代隆升历史现今仍存在较大的争议。阿尔金山北麓若羌凹陷新生代接受来自山脉的剥蚀物质。因此,凹陷内的沉积特征记录了阿尔金山新生代隆升的重要信息。本文利用石油钻井编录资料及地震剖面,通过对盆地区新生代各个地层之间的接触关系、沉积相组合和沉积速率变化进行研究,结果显示阿尔金山34Ma以来的隆升分为两阶段:第一阶段为34~20.4Ma,持续低速隆升;第二阶段为16Ma至现今,急剧快速隆升。结合前人研究成果,认为渐新世—早中新世,阿尔金断裂作为一个局限在中、下地壳的韧性剪切带造成阿尔金山一带产生大范围的地表隆起,控制了山脉在第一阶段的持续低速隆升;中中新世以来,阿尔金断裂大规模左行走滑,青藏高原北缘主要通过地壳缩短的形式释放应力,控制了山脉在第二阶段的急剧快速隆升。