龙门山北段阳平关地区构造变形序列特征

任清军,刘顺

（成都理工大学地球科学学院,成都 610059）

阳平关地区位于龙门山北段,处于龙门山造山带与米仓山推覆构造带之间,地区内最主要的构造表现为龙门山断裂带之青川断层,阳平关地区受龙门山造山带及米仓山推覆构造带之间相互作用而表现相对应的构造变形特征。本文通过野外观测和对构造现象的描述整理,运用小构造解析的方法分析了阳平关地区几何学、运动学特征,反演了地区的构造应力场的更替序列,对阳平关地区的两个问题有了初步的认识,建立阳平关地区的变形序列,初步解释阳平关地区受龙门山与米仓山对阳平关地区的控制以及构造叠加的效应。

1 地质概况和已有的研究认识

龙门山构造带北段主要指平武-青川断裂、北川-广元朝天区断裂即中央断裂和江油-广元沙河断裂之间部分,其间的中央断裂为扬子地台与松潘-甘孜地槽区的分界断裂[1]。阳平关地区所在的青川断裂（图1）位于龙门山造山带与西秦岭摩天岭褶皱带的交界部位,是龙门山断裂带NW侧后山断裂的一个分支,青川断裂与映秀北川断裂成左阶排列,断裂西起平武,向东经青川至勉县,呈NEE向展布,长约250 km,断裂带宽度一般在500-700 m,断裂SW段在地貌上线性特征逐渐降低,并分成2-3条次级分支断层,在平武一带消失[2]。贯穿阳平关地区的青川断裂是一条长期活动的断层,主期变形为印支末期主造山阶段收缩变形体制下的逆冲推覆,表现为中深部构造层次的韧性剪切变形,燕山-喜马拉雅期表现为脆性断层特征,其特点是早期的构造岩被后期断层活动改造,在糜棱岩中发育较为密集的破劈理[3]。前人[1]对青川断层新构造活动采用热释光（TL）法定为（44.96±3.557）×104年,断层泥采用石英溶蚀构造电镜扫描分析（SEM）定为中更新世末期至晚更新世早期,运动特征为粘滑兼蠕滑。阳平关地区的断层两侧地层差异明显,NW侧为深变质的前寒武系碧口群以及浅变质的志留系茂县群、泥盆系危关群,SE侧主要为茂县群。NW盘出露岩体为印支期花岗岩,SE盘出露晋宁期花岗岩、闪长岩。断层两盘地层走向与构造线方向也略有不同,但向NE方向两侧构造线趋于一致[3]。阳平关地区的断裂带中出现许多呈透镜状、大小不等的断块,在地貌上呈孤立的山体[4]。

阳平关地区的东缘米仓山推覆构造带原为扬子1地台北缘的E-W向隆起,在印支期与龙门山和大巴山同时卷入扬子地台边缘的推覆构造系统,后期继续发展形成米仓山隆褶推覆带。米仓山在晚加里东-印支期东秦岭拼贴而产生近SN方向挤压应力场以及印支晚期NW与SN向挤压区域构造应力场的作用。米仓山推覆构造带在由N而S逆冲推覆的基础上,再次叠加了由NW向SE的推覆,前者属于秦岭南翼巨型推覆构造的一部分,后者属于龙门山推覆构造的前缘影响地带[5]。

本文以陕西宁强县阳平关镇至燕子砭镇的构造变形为研究对象,在野外共观测近120余组构造要素,使用由德国波鸿大学研发的Stereonett软件,用于古构造应力场的计算和反演。

2 阳平关地区构造变形特征

阳平关地区主要的构造现象为青川断层北段断裂带、千枚理、褶劈理、褶皱（包括平卧褶皱）、节理以及不同期次的充填石英脉现象。出露在嘉陵江河谷的S-N两侧的青川断层,向N陡倾,断裂带中出现许多呈透镜状、大小不等的断块[4]。阳平关区域内多出露韧性变形千枚岩,千枚理产状在断层两盘差异较大,同时在断裂带内褶劈理现象明显,局部发育断层泥和糜棱岩,该地区在印支末期的变形体制下表现为中部构造层次的韧性剪切变形。千枚岩层常见填充顺层石英脉,且多层透镜状,断裂带内褶劈理、膝折、劈理、节理均比较发育,依据互相新老切割关系以及是否填充石英脉,展示上述构造要素是多期构造应力场的产物。

观测点1位于阳平关往双河乡之间（图1）。观测点内出露的构造现象能较好的说明阳平关地区的构造变形序列。观测点内千枚理产状稳定,走向NW-SE,反映早期的动力变质作用效果。韧性断层以及枢纽走向NE-SW的褶皱反映了该地区较早的NW-SE构造应力场。同时,E-W走向的平卧褶皱以及倾向正S的层间牵引褶皱反映了区域内S-N的受力。产状65°∠61°正断层,s3NE-SW。在此小型断层上盘出露了下元古界的东房沟组（Pt1d）灰绿色-深灰色千枚岩,夹顺层石英脉,千枚岩内见三组切割关系较为明显的节理,节理Ⅰ（332°∠90°）、节理 Ⅱ（270°∠20°）、节理 Ⅲ（205°∠36°）,依据三组节理之间的互切关系以及充填石英脉的差别判断出节理Ⅱ在早期呈右旋下滑运动,而在较晚时期呈左旋逆冲,反映了晚期至少两次构造应力场的变动。断层下盘则出露了上元古界震旦系上统的灯影组（Zbdn）块状白云质灰岩、灰质硅质、钙质板岩。观测点1构造要素统计以及相应的构造序列关系见表1。

观测点2（图2）位于阳平关镇SW处宁强二中对面（图1）。出露下元古界的东房沟组（Pt1d）的千枚岩,千枚岩理倾向SSE,倾角从9°-70°不等（表2-①-⑵）,表明此观测点处S-N受力明显。发育一组产状较为稳定的褶劈理340°∠35°（图2-a）,s1为NW-SE向。露头见一组切层节理Ⅰ150°∠25°（图2-b）以及变形强烈的节（劈）理（图2-g）。节理中充填早期石英脉（图3-c）,呈S-C组构（S-C Fabrics）运动性质为上盘向20°逆冲加右旋,系S-N受力的产物。偶见顺层节（劈）理,多为切层节（劈）理,其内部充填石英脉。见两组产状分别为 35°∠72°与 220°∠40°的节理,均反映后期NE-SW受力。露头出露具正断（滑）性质的断层320°∠57°和节理 305°∠45°,s1方向均为 NWSE,断层和节理均无石英脉充填,推测为较晚期的变形。观测点2构造要素统计以及相应的构造序列关系见表2。

表1 观测点1构造要素相对构造序列关系Tab.1 The sequence of structural relations of structural elements in observation point 1

表2 观测点2构造要素相对构造序列关系Tab.2 The sequence of structural relations of structural elements in observation point 2

综合阳平关镇附近两观测点的数据,确定构造序列为:在动力变质作用下的千枚岩理形成阶段（s1为NE-SW向）→褶劈理以及褶皱的变形阶段（s1为NW-SE向）→枢纽近E-W的平卧褶皱和节劈理和片理化带形成阶段（s1为S-N向）→较早期的脆性变形阶段,逆冲型节理和断层见石英脉充填（s1为NE-SW向）→较晚期的脆性变形阶段,断层、节理多表现为正断（滑）性质且无脉（s3为NE-SW向）。

观测点3（图3）位于阳平关镇擂鼓台村口（图2）。该观测点位于阳平关断层SE盘,出露寒武系下统石牌组块状灰岩、灰质砾岩、风化褐色千枚岩。观测点3在露头上可明显观察到被断层所切割平卧褶皱、断层中发生强烈变形的直立透镜化带,变形带S侧边缘见断层泥指示为脆性变形的挤压性质,同时也指示了此观测点的断层系新构造运动的产物。观测点3的构造序列为:由北侧小型平卧褶皱所反映的区域S-N受力→逆冲断层Ⅲ和Ⅳ所反映的NE-SW受力→见断层泥的直立断层Ⅰ和Ⅱ所反映晚期NW-SE挤压。

燕子砭剖面（图4）为燕子砭镇沿康河长约4Km的剖面（图1）。燕子砭剖面位于阳平关断层NW盘。剖面露头均出露蓟县系管子沟组地层,岩性为绢云千枚岩、千枚变质砂岩、变质砂岩。岩层均倾向NW,倾角为 40°-75°,指示该区域地层受龙门山主期次NW-SE方向的构造应力场影响较大。剖面上可清楚地观察到强化变形带和劈理、节理等构造要素。

观测点4（图5）出露蓟县系管子沟组变质砂岩及千枚岩。据野外观测和记录,此露头的构造要素均表现为燕山-喜马拉雅期脆性断层特征,指示较晚期的应力场作用。露头NW侧见三组有明显擦痕以及运动方向明确的节理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,经Setereonett计算反演结果（图5-a右侧）,此三组节理系同时受NW-SE挤压形成。在NE侧见千枚岩中逆冲节理Ⅳ（图5-d）,节理未见石英脉充填,故形成时间较晚。节理Ⅳ中发育顺层劈理化与透镜体（图5-f）,均为强烈变形的产物。同时见更晚期形成的逆冲型节理Ⅴ（图5-e）切节理Ⅳ,根据其运动性质以及切割关系,判断其系NNE-SSW受力影响的结果。露头见产状为215°∠71°的逆冲断层（图5-b）,断带宽约10cm,断带内发育透镜体（图5-c）。观测点4的构造序列为:逆冲断层的形成阶段（s1为NE-SW向）→发育于脆性变质砂岩中的三组节理以及石英脉节理Ⅳ的构造变形（s1为NW-SE向）→节理Ⅴ所反映的NE-SW 挤压应力。

观测点5（图6）出露蓟县系管子沟组变质石英岩及千枚岩。露头处观测到较早期的韧性剪切作用的构造证据。观测点内千枚理的走向为NE-SW（图 6-c）。褶劈理（图 6-d）走向NNWSSE,图中可见褶劈理被水平石英脉切割。反映NW-SE挤压应力的逆断层Ⅰ（图6-b）切褶劈理,断层两盘可见清晰的牵引现象。受NE-SW向挤压逆的断层Ⅱ215°∠49°被具有潜在正断性质的膝折Ⅱ切（图6-a）,表明后期NW-SE方向上的拉张应力存在。观测点5的构造序列为:千枚岩理变形与褶劈理形成阶段所反映的NW-SE受力→断层Ⅱ所反映的NE-SW向挤压→脆性断层Ⅰ所反映的NW-SE受力→膝折Ⅱ所反映的NW-SE拉张应力。

3 变形期次及区域构造应力场讨论

位于龙门山北段的阳平关地区最主要的构造表现为一条形成于中深构造层次的韧性剪切带,既青川断裂带,并且具有多期构造叠加与改造的特点。同时,青川断裂带作为一条重要的构造边界,经历了不同构造层次的变形与改造[6]。阳平关地区从印支期直到喜马拉雅期均有活动,在不同的构造背景下有着不同的构造表现。综合各个观测点的观察和分析再结合前人所做的区域构造应力场成果得出阳平关地区的构造变形序列（图7）。

阳平关地区早期受到来自NE-SW的动力变质作用下形成走向NW-SE的千枚理（图7-a,优势走向Ⅰ）。晚三叠世前期,在NW-SE向强水平挤压力作用下,四川盆地岩石圈向龙门山区作A型俯冲[7],龙门山造山带相对作仰冲运动[8]。由于处于中上的构造层次所发生的均以褶劈理、韧性断层为主的韧性变形为主（图7-b）由于受到来自NW的构造应力场作用,阳平关地区的千枚理的产状发生变化（图7-a,优势走向Ⅱ）。至早白垩世,在S-N向挤压应力场作用下[5]早第三纪末的四川运动,S-N向挤压应力场作用增强,米仓山推覆体向S逆冲推覆,阳平关地区早期形成的千枚理受到来自米仓山的构造叠加,表现在千枚理以及褶劈理的走向E-W方向偏转（图7-a,晚期偏转）。在燕山期至喜马拉雅期阶段内,龙门山至少经历了三次构造变形（表1-⑤,表2-⑤）,第四期NE-SW向挤压（图7-c）、第五期NW-SE挤压（图7-d）以及第六期的NE-SW方向上的拉张变形,这三期均以脆性变形为主,表现为大量的节理和脆性断层以及断层内的透镜化带。根据节理以及断层之间的相互切割关系和有无充填石英脉划定后三期构造变形的序列关系。另外在野外观测中发现,阳平关断层至少发生两次充脉（石英脉）,依据褶劈理以及节理的充脉情况,判定早期充脉发生在第三期以前,晚期充脉发生于第四期至第五期之间。第六期形成时间最晚,且无石英脉充填,多表现为正断或正滑性质的断层和节理。

通过此次对于阳平关地区的构造变形研究,印证了青川断层在印支晚期的中深部构造层次的韧性剪切变形被其后燕山-喜马拉雅期不同构造体制下浅层次脆性叠加的成果[2]。处于中构造层次的千枚理原始倾向被NW-SE叠加发生走向的偏转可以证实这一结论。阳平关地区的东部米仓山也对该地区的影响较大,表现为S-N方向上的构造叠加[9]。在新生代以来,青川断裂的右行走滑所形成拉张应力区,造成正断层的发育[2],这在野外观测和分析中也得以证实。

4 结束语

研究阳平关地区,能加深对龙门山北段构造变形和应力序列的认识,同时,地处龙门山北段的青川断层也是地震的高发区,通过对此区域的构造认识再结合前人论述龙门山北段构造演化的资料对认识青川断层的活动性以及在地质灾害预报中能起到一定的积极作用。汶川大地震的发生表明龙门山北段的青川断层乃至龙门山断裂带仍然有很强的构造活动性。本研究区作为秦岭-龙门山-米仓山的交接部位,研究其构造变形特征以及演化序列显得举足轻重。

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