He Dengfa(何登發(fā)),Lu Renqi(魯人齊),John Suppe

1)中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083

2)臺灣大學(xué)地球科學(xué)系,臺北 10617

龍門山與四川盆地過渡帶構(gòu)造變形幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)及其對地震風(fēng)險評估的影響

Geometry and kinematics of structural deformation in the transitional belt between the Longmenshan mountains and the Sichuan Basin,and implications for earthquake risk appraisals

He Dengfa(何登發(fā))1),Lu Renqi(魯人齊)1),John Suppe2)

1)中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083

2)臺灣大學(xué)地球科學(xué)系,臺北 10617

龍門山前至龍泉山構(gòu)造帶是理解青藏高原東南緣向東南擴(kuò)展及其與四川地塊相互作用的關(guān)鍵地帶,也是探討2008年5·12汶川MW8.0級地震的構(gòu)造變形機(jī)制及開展地震風(fēng)險評估的關(guān)鍵部位。

本文綜合利用油氣勘探中的反射地震剖面、鉆井、遙感及地表填圖等資料,建立了汶川—龍泉山—川中(代表龍門山中段)、楓順場—礦山梁(代表龍門山北段)、蓮花山(代表龍門山南段)的區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)大剖面,這些剖面揭示了上地殼20 km以內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造變形特征。結(jié)合遠(yuǎn)震成像與重磁反演等給出的中、下地殼結(jié)構(gòu)資料,建立了龍門山—四川盆地過渡帶整個地殼尺度的構(gòu)造地質(zhì)剖面,據(jù)此推斷該部位的構(gòu)造變形特征。

首先,對川西龍門山前L2地震剖面(北端延至汶川,南端已進(jìn)入川中,跨過北川—映秀斷裂、灌縣斷裂和龍泉山構(gòu)造帶)(代表龍門山中段),通過地表地質(zhì)約束、精細(xì)鉆井地質(zhì)地震層位標(biāo)定等方法,對L 2線進(jìn)行了精細(xì)解釋和構(gòu)造復(fù)原。研究揭示龍門山中段以上三疊統(tǒng)須家河組煤層、下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽巖與基底塑性地層為滑脫層,具有分層滑脫變形的特征,且變形量各不相同。前震旦系基底在三疊紀(jì)末期形成的構(gòu)造楔是造成龍門山抬升的重要原因;上三疊統(tǒng)須家河組內(nèi)存在的兩組構(gòu)造楔是形成龍門山前單斜帶的主要原因;深部、中淺部構(gòu)造楔的疊加變形是導(dǎo)致龍門山隆升的主要機(jī)制。沿下三疊統(tǒng)嘉陵江組的膏鹽巖滑脫層的斷裂延伸至龍泉山形成新的構(gòu)造楔,導(dǎo)致龍泉山被動抬升;新近紀(jì)—第四紀(jì)的成都平原為一背馱盆地。

龍門山北段山前帶的楓順場—礦山梁構(gòu)造帶,地震測線FSC05+KSL06長約46 km,北西向延伸,垂直于龍門山脈的走向,切過北川斷裂帶和礦山梁背斜帶,基本揭示了龍門山前緣沖斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在該部位,侏羅系與下伏三疊系呈角度不整合接觸,表明礦山梁地表背斜構(gòu)造形成于早侏羅世之前;在沖斷帶前緣,侏羅系和下白堊統(tǒng)發(fā)生了掀斜,而且地層內(nèi)部也發(fā)生一定程度的構(gòu)造變形,說明該區(qū)在早白堊世之后又遭受了構(gòu)造擠壓作用。構(gòu)造解析揭示出由西向東展布的4個構(gòu)造帶:①北川斷裂帶:主要由數(shù)條低角度北傾逆沖斷裂組成,在深部匯聚于一條主斷面,可能位于震旦系內(nèi)部或更老層位,這條主斷面向北延伸至下震旦統(tǒng)胡家寨組(Z1h)和中上志留統(tǒng)龍馬溪組(Shn)—毛塔子組(Sm)內(nèi)部的背斜和向斜之下,控制了這兩個褶皺的形成和發(fā)育。地表出露的兩條斷層是該斷裂帶的前鋒斷裂,上覆的下寒武統(tǒng)油房組(∈1y)和邱家河組(∈1q)變形強(qiáng)烈,發(fā)生倒轉(zhuǎn)。北川斷裂帶深部可能存在數(shù)個斷層轉(zhuǎn)折褶皺堆垛而成的疊加構(gòu)造。②中部背斜帶:由兩個寬緩的斷層轉(zhuǎn)折褶皺組成,核部為寒武系和中上志留統(tǒng),南翼覆有中下泥盆統(tǒng)平驛鋪組(D1p)—甘溪組(D1g)—養(yǎng)馬壩組(D2y),背斜南翼較北翼略陡,指示背斜受下伏斷層由北向南的沖斷作用形成,其中深部背斜形態(tài)在地震剖面上顯示完整,運(yùn)用軸面分析方法可確定下伏斷層的形態(tài)。③礦北疊瓦斷裂帶:由4～5條北傾疊瓦斷裂組成,并在深部匯聚于中上志留統(tǒng)內(nèi)的主滑脫斷面,該斷面與中部背斜帶下伏的臺階狀斷層相接;④礦山梁疊加背斜帶:由兩個斷層轉(zhuǎn)折褶皺疊加而成,下伏臺階狀逆斷層的滑脫面分別位于中上志留統(tǒng)、下二疊統(tǒng)和震旦系內(nèi)部,并在褶皺前翼形成反沖,呈楔型,在構(gòu)造楔向南楔入過程中,造成前緣三疊系和侏羅系的被動抬升。剖面FSC05+KS106的沖斷變形總體表現(xiàn)為“前展式”,礦北疊瓦斷裂帶的斷層傾角由南向北依次變陡,并在深部匯聚于中上志留統(tǒng)內(nèi)的一條主斷層,該斷層向北與中部背斜帶下伏臺階狀逆斷層相接,向南與礦山梁淺層背斜下伏斷層也為同一條斷層,揭示該主斷層位移量由北向南的傳遞作用;但北川斷裂帶切割了下伏構(gòu)造的軸面,其形成時間可能要晚于南側(cè)其他構(gòu)造單元。按照逆構(gòu)造發(fā)育的順序,依次恢復(fù)FSC05+KSL06線各斷塊在疊加前的原始形態(tài),可求出近似復(fù)原后的剖面長度為85.5 km,剖面的縮短率約為46.55%。

龍門山南段前緣的蓮花山構(gòu)造屬于川西龍門山山前斷褶構(gòu)造帶南段的三和場-霧中山構(gòu)造帶。蓮化山地區(qū)的沖斷構(gòu)造在縱向上可劃分為上、下兩個變形層,上構(gòu)造層由兩排逆沖斷裂帶構(gòu)成,斷裂上覆地層的褶皺變形表現(xiàn)為斷層傳播褶皺,并出露地表,褶皺下伏斷層歸并于三疊系內(nèi)部的主滑脫斷面,即須家河組海陸過渡相—陸相含煤沉積。在地震反射剖面上可清晰識別出這些斷層的下盤截切點,截切角為15°～18°。下構(gòu)造層則包絡(luò)在三疊系內(nèi)部的主滑脫斷面之下,表現(xiàn)為多個斷層轉(zhuǎn)折褶皺疊加而成雙重構(gòu)造,擁有相同的底部滑脫面和頂部滑脫面,在其前鋒發(fā)育兩條反向逆沖斷層,上覆褶皺即為蓮花山構(gòu)造。龍門山南段的構(gòu)造變形表現(xiàn)為前展式破裂特點;下構(gòu)造層的沖斷位移一方面向前傳遞,另一方面通過反沖斷層向后陸方向返回,但反沖斷層上的位移還通過上覆結(jié)構(gòu)層向前陸方向的傳遞而最終達(dá)到位移平衡。上、下構(gòu)造層的縮短也就具有較大差異。在所分析的剖面中,現(xiàn)剖面長31 km,縮短量達(dá)24 km,擠壓縮短率達(dá)43.64%。

由此可見,龍門山前部位地殼擠壓縮短達(dá)43%～46%,這種縮短主要依靠疊加的構(gòu)造楔與復(fù)雜的疊瓦構(gòu)造來實現(xiàn)。

研究認(rèn)為川西平原處于多條滑脫斷層之上,中淺層反沖斷裂較多且長期活動,因此對該地區(qū)的地震風(fēng)險評估應(yīng)充分考慮。

P552,P315.7;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.06.003