晚三叠世松潘甘孜和川西前陆盆地的物源对比：构造演化和古地理变迁的线索

为了研究龙门山褶皱冲断带两侧的松潘甘孜和川西前陆盆地在大地构造和沉积学方面存在的联系,笔者等分别在松潘甘孜东缘马尔康—理县地区和川西前陆盆地都江堰地区进行了采样和碎屑锆石的LAICPMS UPb定年工作。269颗锆石的定年结果显示,中—晚三叠世拉丁期—诺利期松潘甘孜复理石盆地东缘沉积地层中的碎屑锆石年龄主要集中在250~280 Ma、1800~1900 Ma和2400~2500 Ma、200~245 Ma、400~450 Ma,对应的物源主要为东昆仑岛弧、华北陆块基底、义敦岛弧以及北秦岭。与之相比,川西前陆盆地诺利期—瑞替期的须家河组地层中的碎屑锆石年龄大致主要集中在1800~1900 Ma和2400~2500 Ma、720~850 Ma、950~1200 Ma、400~450 Ma。该统计结果总体上继承了松潘甘孜数据体的特征,揭示出须家河组物源来自西部——松潘甘孜褶皱带的再旋回沉积和龙门山前陆冲断带。     

川西盆地演化及盆地叠合特征研究

川西盆地位于青藏高原松潘甘孜构造带东缘龙门山前陆地带,是四川盆地的一部分。自震旦纪以来,川西盆地经历了海相盆地与陆相盆地两个时期的演化,其中陆相盆地演化与松潘-甘孜构造带及龙门山的形成发展密切相关。晚三叠世以来,川西盆地与松潘-甘孜构造带、龙门山构造带之间经历了盆岭耦合与盆山耦合两期构造动力学演化过程,形成了结构复杂、多期演化的叠合盆地,其盆地性质、类型在不同地质时期各不相同。总的说来,川西盆地经历稳定克拉通海盆发展时期(震旦纪-中三叠世)、海陆交互相断陷盆地发展时期(上三叠世须家河组一段-须家河组三段)、陆相坳陷盆地发展时期(须家河组四段-中侏罗纪世)、前陆盆地发展时期(晚侏罗世-现今),最终形成了4期单型盆地的有序叠置。     

龙门山晚三叠世软沉积物变形与印支期构造运动

龙门山地区上三叠统包括卡尼阶马鞍塘组、诺利阶小塘子组与瑞替阶须家河组。通过野外研究在小塘子组与须家河组的多个层位中首次识别出丰富的地震触发成因的软沉积物变形,包括液化变形(液化角砾岩液化滴状体、液化底劈、液化均一层等);塑性变形(卷曲变形,软布丁)以及与重力作用相关的负载、球-枕、枕状层上述软沉积物变形是龙门山地区晚三叠世构造运动的响应,它们是印支期松潘-甘孜地体与扬子板块裂开、碰撞逆冲走滑伴生的地震事件的记录。通过古地震事件与沉积事件结合分析,提出龙门山地区印支期的构造运动过程为:晚三叠世中期(印支构造期中期)松潘-甘孜地体与扬子板块开始裂开,古断裂走向近NS,断裂活动产生的地震于小塘子组浅海沉积中触发一系列软沉积物变形;晚三叠世晚期(印支构造期晚期)松潘-甘孜地体与上扬子板块发生陆内俯冲,地震诱发须家河组湖相沉积物变形;晚三叠世末期(印支构造期末期)松潘-甘孜地体左旋走滑逆冲于上扬子板块之上,形成松潘-甘孜山与川西前陆盆地,二者边界即现今的汶川-茂县断裂,印支期的造陆与造山伴随古地震发生。依据已识别的软沉积物液化变形位置与汶茂断裂的距离,估算出诺利阶小塘子组古地震震级约为Ms7.2;目前小塘子组液化变形记录远非距汶茂断裂最远的液化点,因而实际的古地震震级远远大于Ms7.2,应存在更强的地震事件。龙门山发生的毁灭性大地震(如2008,5,12汶川大地震Ms8)实际上于晚三叠世期间早已频繁发生,现今龙门山的活动地震带是中生代古地震带的延续。     

Soft-sediment Deformation in the Late Triassic and the Indosinian Tectonic Movement in Longmenshan

内容提要:龙门山地区上三叠统包括卡尼阶马鞍塘组、诺利阶小塘子组与瑞替阶须家河组.通过野外研究在小塘子组与须家河组的多个层位中首次识别出丰富的地震触发成因的软沉积物变形,包括液化变形(液化角砾岩、液化滴状体、液化底劈、液化均一层等);塑性变形(卷曲变形,软布丁)以及与重力作用相关的负载、球-枕、枕状层.上述软沉积物变形是龙门山地区晚三叠世构造运动的响应,它们是印支期松潘-甘孜地体与扬子板块裂开、碰撞、逆冲走滑伴生的地震事件的记录.通过古地震事件与沉积事件结合分析,提出龙门山地区印支期的构造运动过程为:晚三叠世中期(印支构造期中期)松潘-甘孜地体与扬子板块开始裂开,古断裂走向近NS,断裂活动产生的地震于小塘子组浅海沉积中触发—系列软沉积物变形;晚三叠世晚期(印支构造期晚期)松潘-甘孜地体与上扬子板块发生陆内俯冲,地震诱发须家河组湖相沉积物变形;晚三叠世末期(印支构造期末期)松潘-甘孜地体左旋走滑逆冲于上扬子板块之上,形成松潘-甘孜山与川西前陆盆地,二者边界即现今的汶川-茂县断裂,印支期的造陆与造山伴随古地震发生.依据已识别的软沉积物液化变形位置与汶茂断裂的距离,估算出诺利阶小塘子组古地震震级约为Ms7.2;目前小塘子组液化变形记录远非距汶茂断裂最远的液化点,因而实际的古地震震级远远大于Ms7.2,应存在更强的地震事件.龙门山发生的毁灭性大地震(如2008,5,12汶川大地震Ms8)实际上于晚三叠世期间早已频繁发生,现今龙门山的活动地震带是中生代古地震带的延续.     

川西龙门山褶皱冲断带分带性变形特征

通过野外地质考察和地震资料解释,将龙门山褶皱冲断带划分为5个构造带,即青川-茂汶断裂以西为松潘-甘孜构造带,青川-茂汶断裂与北川-映秀断裂之间为韧性变形带,北川-映秀断裂与马角坝-通济场-双石断裂之间为基底卷入冲断带,马角坝-通济场-双石断裂与广元-关口-大邑断裂之间为前缘-褶皱冲断带,广元-关口-大邑断裂以东为前陆坳陷带,在构造变形特征上,各条断裂在演化上具有前展式特征,在松潘-甘孜构造带和韧性变形带构造变形强烈,形成推覆构造带等构造变形样式,在前缘-褶皱冲断带和前陆坳陷带,变形强度较弱,形成背冲断块或断层相关褶皱等构造,西北部区域的变形表现为塑性变形特征,向南东方向渐变为塑-脆性变形和脆性变形,在剖面上各条断裂所形成的深度向盆地方向逐渐递减。龙门山褶皱冲断带的分带性变形特征是由多种因素共同影响的结果,这些因素主要有板块构造背景的决定作用、多套滑脱层的控制作用和岩性因素的制约作用。     

龙门山中、新生界软沉积物变形及构造演化

龙门山是由三条主要断裂组成的山体。汶川—茂县断裂,也称后山断裂,构成龙门山的西部边界;映秀—北川断裂为龙门山的中央断裂;灌县—安县断裂为龙门山的东部边界,也称前山断裂。龙门山断裂带以东为始自晚三叠世末的不同时期的前陆盆地。前陆盆地中从晚三叠世至2008年5月12日汶川地震(MS8.0),在不同年代地层中均有丰富的软沉积物变形构造(SSDS)记录,包括液化变形、重力作用变形、水塑性变形及其他相关的变形。这些变形层的地点紧邻龙门山的三条断裂,这些断裂在不同时期的活动诱发不同时期的强地震,导致当时尚未固结的沉积物变形(震积岩)。上三叠统小塘子组的软沉积的变形构造有液化角砾岩、液化滴状体、液化底辟、触变底辟、卷曲变形、拉伸布丁、负载、球-枕构造、枕状层及粒序断层等。侏罗系、白垩系主要为粗粒沉积物,除少数层位发现有液化变形外,主要的软沉积变形类型为各种形态、大尺度的砾岩负载构造。古近系为湖相沉积,沉积物粒度较细,软沉积物变形又出现大量液化变形构造,如液化混插、液化角砾岩等。2008年5月12日汶川地震(MS8.0)诱发大规模地表以下沙层液化,形成一系列液化变形构造与微地貌:液化沙堆、液化席状沙、沙火山、液化丘、坑状地形与混杂堆积。应用龙门山反射地震成果、古地震记录,结合区域构造可以给出龙门山断裂带发生的时间顺序与地震造山时期:(1)松潘—甘孜造山带与扬子板块的碰撞发生于晚三叠世早期,二者的边界即现在的汶川—茂县断裂;汶川—茂县断裂于晚三叠世末逆冲推覆造山,三叠纪末龙门山地区的山地可称松潘-甘孜山,在其东侧形成前陆盆地;晚三叠世印支造山旋回的大陆动力作用是龙门山诞生与孕育的阶段。(2)映秀—北川断裂与灌县—安县断裂的逆冲活动时间为侏罗纪—早白垩世,形成高山与前陆盆地。(3)早白垩世的龙门山已是一个由三条逆冲断裂组成的断裂带山体,可称古龙门山,山高约3 500m。(4)三条断裂在古近纪的活动诱发古近系软沉积物变形,但断裂未发生逆冲推覆造山,沉积物为湖相细粒沉积,古近纪是一个地震活动期,但不是造山的阶段。(5)中生代龙门山经历了多次瞬时地震造山与平静期山脉剥蚀降低的过程,现在的龙门山是晚新生代期间多次地震瞬时造山的产物。与众多的龙门山地学研究者不同,本文系采用另一种思维——软沉积物变形构造,即通过古地震途径讨论龙门山地区的构造演化。     

2008年汶川8.0级地震的发震构造:沿龙门山断裂带新生的地壳深部断裂

在区域地质构造研究中,龙门山断裂带也称为龙门山褶皱-冲断带或推覆构造带。许多研究者认为,2008年汶川8级地震的发震构造是这条断裂带或其中央映秀—北川断裂。笔者在深入分析龙门山断裂带的构造演化和岩石圈结构构造特征的基础上,着重探讨8级地震的发震构造,提出不同的认识。龙门山断裂带经历了松潘—甘孜造山带的前陆褶皱-冲断带(T3-J)、造山带(K-E)和青藏高原边缘隆起带(N-Q)3个动力学条件不同的演化阶段,在前两个阶段断裂带递进发展,第三阶段断裂带则被改造。从三维空间看,龙门山断裂带位于松潘—甘孜地块东南缘的上地壳内,并被推覆到扬子陆块上;而松潘—甘孜地块的中—下地壳和岩石圈地幔发生韧性增厚,而且向扬子陆块壳下俯冲,从而使浅、深部构造在垂向上形成"吞噬"扬子地块的"鳄鱼嘴"式结构。虽然在平面上汶川8级地震的主余震分布与映秀—北川断裂一致,但从剖面上看其震源所构成的震源破裂体位于龙门山断裂带之下的扬子陆块内。这种不一致性表明,8级地震的发震构造不是龙门山断裂带,而是扬子陆块内新生的高角度断裂,其走向基本与龙门山断裂带一致。推测这一震源断裂的形成过程是:当松潘—甘孜地块向东南推挤时,其前缘"鳄鱼嘴"构造咬合并错断被吞噬的扬子陆块部分,形成具有右旋逆平移性质的新断裂,导致汶川8级地震的发生。     

川西龙门山前陆盆地构造沉降初步分析

研究表明，龙门山冲断带是川西前陆盆地的主要物源区，它的逆冲推覆活动直接控制着川西前陆盆地的沉积类型和沉积物供给量，晚三叠世诺利期，瑞替期和晚侏罗世早中期是川西前陆盆地构造沉降速率较高时期，反映龙门山冲断带在这些时期的逆冲推覆速率较大，是逆冲推覆作用构造抬升的强烈时期；而早侏罗世是该地区构造沉降时，估算龙门山逆冲推覆体在各个不同时期的抬升高度和抬升速率。     

扬子西南缘晚三叠世-早侏罗世盆山格局演化过程：来自楚雄盆地碎屑锆石U-Pb年代学的证据

印支期扬子西南缘沉积盆地大地构造性质及盆山格局演化过程长期存在较大分歧.对楚雄盆地西侧祥云剖面上三叠统-下侏罗统砂岩样品进行碎屑锆石U-Pb定年和碎屑物源分析.结果显示,上三叠统云南驿组和罗家大山组碎屑物源主要来自上扬子地区的中-下三叠统和二叠系,而上三叠统白土田组和下侏罗统冯家河组碎屑物源主要来自松潘-甘孜地体和康滇古陆.结合沉积环境演变和区域地质背景,认为在晚三叠世早期,区域内造山作用相对较弱,楚雄盆地碎屑物源供给不足,为欠补偿盆地;晚三叠世晚期-早侏罗世,虽然楚雄盆地的构造演化受哀牢山造山带逆冲推覆作用的控制,但是楚雄盆地的沉积充填过程主要受控于快速崛起的松潘-甘孜造山带.     

龙门山断裂带印支期左旋走滑运动及其大地构造成因

位于青藏高原东缘的龙门山构造呈北东—南西向将松潘—甘孜褶皱带和华南地块分割开。前者主要是由一套巨厚的三叠纪复理石沉积组成 ,分布在古特提斯海的东缘。后者由前寒武纪基底和上覆的古生代和中生代沉积盖层组成。位于汶川—茂汶断裂以东的前龙门山存在一系列倾向北西的逆掩断层 ,它们将许多由元古宙和古生代岩层组成的断片向南东置于四川盆地的中生代红层之上 ,构成典型的薄皮构造。许多研究由此断定松潘—甘孜褶皱带和四川盆地之间在中生代发生过大规模的北西—南东向挤压。然而 ,汶川—茂汶断裂西侧的松潘—甘孜褶皱带内部的挤压构造线大多是垂直于而不是平形于龙门山断裂带 ,这表明当时的挤压应力不是北西—南东向而是北东—南西向。近年来在龙门山构造带内发现 ,在三叠纪时龙门山断裂带在发生推覆的同时还经历过大规模的北东—南西向的左旋走滑运动 ,协调走滑运动的主要构造为汶川—茂汶断裂。走滑运动的成因与松潘—甘孜褶皱带北东—南西向缩短有关。汶川—茂汶断裂的左旋走滑在龙门山的北东端被古特提斯海沿勉略俯冲带的消减和发生在大巴山的古生代 /中生代岩层的褶皱和冲断作用所吸收 ,在龙门山的南西端被古特提斯海沿甘孜—理塘俯冲带的消减和松潘—甘孜三叠纪复理石的褶皱和冲断作用所吸?