龙门山与四川盆地过渡带构造变形几何学、运动学及其对地震风险评估的影响

He Dengfa(何登发),Lu Renqi(鲁人齐),John Suppe

1)中国地质大学(北京),北京 100083

2)台湾大学地球科学系,台北 10617

龙门山与四川盆地过渡带构造变形几何学、运动学及其对地震风险评估的影响

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(何登发)1),Lu Renqi(鲁人齐)1),John Suppe2)

1)中国地质大学(北京),北京 100083

2)台湾大学地球科学系,台北 10617

龙门山前至龙泉山构造带是理解青藏高原东南缘向东南扩展及其与四川地块相互作用的关键地带,也是探讨2008年5·12汶川MW8.0级地震的构造变形机制及开展地震风险评估的关键部位。

本文综合利用油气勘探中的反射地震剖面、钻井、遥感及地表填图等资料,建立了汶川—龙泉山—川中(代表龙门山中段)、枫顺场—矿山梁(代表龙门山北段)、莲花山(代表龙门山南段)的区域构造地质大剖面,这些剖面揭示了上地壳20 km以内的地质结构与构造变形特征。结合远震成像与重磁反演等给出的中、下地壳结构资料,建立了龙门山—四川盆地过渡带整个地壳尺度的构造地质剖面,据此推断该部位的构造变形特征。

首先,对川西龙门山前L2地震剖面(北端延至汶川,南端已进入川中,跨过北川—映秀断裂、灌县断裂和龙泉山构造带)(代表龙门山中段),通过地表地质约束、精细钻井地质地震层位标定等方法,对L 2线进行了精细解释和构造复原。研究揭示龙门山中段以上三叠统须家河组煤层、下三叠统嘉陵江组膏盐岩与基底塑性地层为滑脱层,具有分层滑脱变形的特征,且变形量各不相同。前震旦系基底在三叠纪末期形成的构造楔是造成龙门山抬升的重要原因;上三叠统须家河组内存在的两组构造楔是形成龙门山前单斜带的主要原因;深部、中浅部构造楔的叠加变形是导致龙门山隆升的主要机制。沿下三叠统嘉陵江组的膏盐岩滑脱层的断裂延伸至龙泉山形成新的构造楔,导致龙泉山被动抬升;新近纪—第四纪的成都平原为一背驮盆地。

龙门山北段山前带的枫顺场—矿山梁构造带,地震测线FSC05+KSL06长约46 km,北西向延伸,垂直于龙门山脉的走向,切过北川断裂带和矿山梁背斜带,基本揭示了龙门山前缘冲断系统的结构。在该部位,侏罗系与下伏三叠系呈角度不整合接触,表明矿山梁地表背斜构造形成于早侏罗世之前;在冲断带前缘,侏罗系和下白垩统发生了掀斜,而且地层内部也发生一定程度的构造变形,说明该区在早白垩世之后又遭受了构造挤压作用。构造解析揭示出由西向东展布的4个构造带:①北川断裂带:主要由数条低角度北倾逆冲断裂组成,在深部汇聚于一条主断面,可能位于震旦系内部或更老层位,这条主断面向北延伸至下震旦统胡家寨组(Z1h)和中上志留统龙马溪组(Shn)—毛塔子组(Sm)内部的背斜和向斜之下,控制了这两个褶皱的形成和发育。地表出露的两条断层是该断裂带的前锋断裂,上覆的下寒武统油房组(∈1y)和邱家河组(∈1q)变形强烈,发生倒转。北川断裂带深部可能存在数个断层转折褶皱堆垛而成的叠加构造。②中部背斜带:由两个宽缓的断层转折褶皱组成,核部为寒武系和中上志留统,南翼覆有中下泥盆统平驿铺组(D1p)—甘溪组(D1g)—养马坝组(D2y),背斜南翼较北翼略陡,指示背斜受下伏断层由北向南的冲断作用形成,其中深部背斜形态在地震剖面上显示完整,运用轴面分析方法可确定下伏断层的形态。③矿北叠瓦断裂带:由4～5条北倾叠瓦断裂组成,并在深部汇聚于中上志留统内的主滑脱断面,该断面与中部背斜带下伏的台阶状断层相接;④矿山梁叠加背斜带:由两个断层转折褶皱叠加而成,下伏台阶状逆断层的滑脱面分别位于中上志留统、下二叠统和震旦系内部,并在褶皱前翼形成反冲,呈楔型,在构造楔向南楔入过程中,造成前缘三叠系和侏罗系的被动抬升。剖面FSC05+KS106的冲断变形总体表现为“前展式”,矿北叠瓦断裂带的断层倾角由南向北依次变陡,并在深部汇聚于中上志留统内的一条主断层,该断层向北与中部背斜带下伏台阶状逆断层相接,向南与矿山梁浅层背斜下伏断层也为同一条断层,揭示该主断层位移量由北向南的传递作用;但北川断裂带切割了下伏构造的轴面,其形成时间可能要晚于南侧其他构造单元。按照逆构造发育的顺序,依次恢复FSC05+KSL06线各断块在叠加前的原始形态,可求出近似复原后的剖面长度为85.5 km,剖面的缩短率约为46.55%。

龙门山南段前缘的莲花山构造属于川西龙门山山前断褶构造带南段的三和场-雾中山构造带。莲化山地区的冲断构造在纵向上可划分为上、下两个变形层,上构造层由两排逆冲断裂带构成,断裂上覆地层的褶皱变形表现为断层传播褶皱,并出露地表,褶皱下伏断层归并于三叠系内部的主滑脱断面,即须家河组海陆过渡相—陆相含煤沉积。在地震反射剖面上可清晰识别出这些断层的下盘截切点,截切角为15°～18°。下构造层则包络在三叠系内部的主滑脱断面之下,表现为多个断层转折褶皱叠加而成双重构造,拥有相同的底部滑脱面和顶部滑脱面,在其前锋发育两条反向逆冲断层,上覆褶皱即为莲花山构造。龙门山南段的构造变形表现为前展式破裂特点;下构造层的冲断位移一方面向前传递,另一方面通过反冲断层向后陆方向返回,但反冲断层上的位移还通过上覆结构层向前陆方向的传递而最终达到位移平衡。上、下构造层的缩短也就具有较大差异。在所分析的剖面中,现剖面长31 km,缩短量达24 km,挤压缩短率达43.64%。

由此可见,龙门山前部位地壳挤压缩短达43%～46%,这种缩短主要依靠叠加的构造楔与复杂的叠瓦构造来实现。

研究认为川西平原处于多条滑脱断层之上,中浅层反冲断裂较多且长期活动,因此对该地区的地震风险评估应充分考虑。

P552,P315.7;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.06.003