元谋‒昔格达断裂及其附近上新世以来的构造应力场特征及地貌响应

卢海峰, 张伟松, 张进忠

元谋‒昔格达断裂及其附近上新世以来的构造应力场特征及地貌响应

卢海峰1, 2, 3, 4, 张伟松4, 张进忠5

(1. 中国地质科学院 地质力学研究所, 北京 100081; 2. 自然资源部活动构造与地质安全重点实验室, 北京 100081; 3. 中国地质调查局新构造与地壳稳定性研究中心, 北京 100081; 4. 中国地震局 地壳应力研究所, 北京 100085; 5. 山东省第五地质矿产勘查院, 山东 泰安 271000)

基于传统的古构造应力场重建方法, 依据元谋‒昔格达断裂及其附近的构造形迹, 恢复了区域构造应力场。结果表明, 研究区自上新世以来, 主要受早期(中更新世之前)的NNE-SSW向和晚期(中更新世以来)的NNW-NWW向水平主压应力作用; 而江边‒下雷弄、化同‒秧田井、一平浪‒罗川一带的元谋‒昔格达断裂晚第四纪倾滑特征与相应段落处的局部构造应力场密切相关, 反映了构造应力场对断裂的活动性质具有重要的影响和调整作用。结合该构造第四纪活动方式和区域构造应力场变化, 粗略勾画出研究区及其邻区的新生代晚期动力学模型。

元谋‒昔格达断裂及其附近; 古构造应力场重建; 构造形迹; 局部构造应力场; 动力学模型

0 引 言

元谋地区的古夷平面为云南高原古夷平面的一部分, 始新世‒中新世形成了统一的夷平面(钱方和周国兴, 1991)。元谋盆地东、西两侧的山坡上, 存在三级剥夷面(或山麓剥蚀面)(朱海虹和姚秉衡, 1989): 元谋组下伏的古风化壳是第一级剥蚀面形成时的产物, 时间为4.2～3.4 Ma, 上新世区域构造事件之后形成; 二级剥蚀面的相关沉积为元谋组的河湖相沉积, 形成于上新世末期(皮亚琴察阶)‒早更新世早期(杰拉阶)(3.40～1.87 Ma)(张叶春等, 1999); 三级剥蚀面为早更新世中期(卡拉布里雅阶早期), 以元谋组结束沉积、元谋运动造成的构造相关沉积为标志, 时间大致为1.67～1.3 Ma(古地磁方法)(钱方等, 1977)。元谋‒昔格达断裂以东的滇中高原, 是在坚硬的“康滇地轴”结晶基底基础上发育起来的, 其间沿南北向构造带发育多个近南北向延伸的张性断陷盆地。断裂西侧为波状起伏的山峦, 其间发育孤立的山间盆地。形成该类型的地貌可能是青藏高原东南向滑移过程中地壳碎块间的相互作用引起的。伴随元谋‒昔格达断裂(广义的元谋断裂)的多期活动性, 在其沿线发育了多期冰川地貌(钱方和周国兴, 1991); 同时, 断裂还控制了区域河流地貌形态和沿线的盆地发育。龙川江在元谋盆地中形成6级阶地(钱方和周国兴, 1991; 张叶春等, 1999), 在位于元谋盆地北的海洛村一带因遇到南北向鱼洗‒朱布隆起的阻挡而发生北西向弯曲, 并发育了至少5级阶地。

区域性的地貌特征显然受动力学构造背景的控制, 而区域动力学机制的主要表征之一是区域构造应力场。研究构造应力场的目的在于揭示一定范围内应力分布和变化规律, 并对区域地壳运动的方式、方向及区域构造发育提供制约, 推断可能在何处出现某种构造等。因此, 恢复古构造应力场是分析地质演化史和构造变形期次、获取区域动力机制的重要手段。本文主要通过分析晚新生代以来的区域构造应力场特征, 揭示应力场分布和变化对元谋‒昔格达断裂活动的制约作用, 进而揭示断裂发育区的地貌演化和变形趋势(图1), 初步获取研究区及其邻区的晚新生代动力学模型。

古构造应力场重建的常用方法主要是通过统计分析构造形迹的走向、夹角和形态, 研判主压应力或张应力, 如张裂隙走向指示最大主压应力方向, 初始共轭节理的夹角平分线方向指示最大或最小主压应力方向, 垂直纵弯褶皱轴面的方向指示最大主压应力方向等(万天丰, 1982, 1988, 1995; Shi et al., 2013); 尤其利用共轭节理确定古构造应力场方向是较为常见的方法(万天丰, 1988; 刘树根等, 2006)。这些比较定性或半定量的研究方法, 对单期次稳定构造应力场的恢复具有较准确的判定结果; 而对于强烈构造变形区的多期次古构造应力场恢复, 通常利用断层滑动矢量反演古构造应力场, 该方法主要通过统计分析断层擦痕数据来恢复古构造应力场(Angelier, 1989; Yin and Ranalli, 1993; Gapais et al., 2000; Kaven et al., 2011)。研究显示, 区域性构造应力场受控于板块或微陆块的运动方向, 一定时间内基本稳定不变(Fossen, 2010), 而局部应力场因受到局部地质体中某些部位产生新的破裂或活动容易发生变化。因此, 在利用断层滑动矢量进行古应力场研究时, 往往需要与地层序列和区域构造演化事件有机结合。综合分析表明, 在较稳定区域的晚新生代地层内开展大量节理的统计与分析, 并与邻近中生代晚期‒新生代地层内发育的节理特征进行对比, 能够较客观地研判新生代晚期区域构造应力场方向。在构造变形较强烈区域, 统计分析断层滑动和层间滑动的擦痕矢量, 获取构造应力场的局部特征及其空间上的变化。系统分析区域构造应力场和局部构造应力场的差异性, 研判研究区内构造活动的发展趋势。

(a), (b), (c), (e) 江边以南多个断层段的遥感影像(源自Google Earth); (d) 江边以北断层段的遥感影像(spot 5); (f) 研究区及邻区卫星遥感影像。

1 构造带及其邻区的构造应力场 特征分析

为了有效恢复研究区上新世以来的构造应力场特征, 本次研究在断裂沿线发育变形较弱的地层内统计了大量节理产状, 并测制相应测点的节理方位等密图(Dips软件); 同时, 结合野外测点节理发育的层位及特点、挤压区特征, 初步推测各测点所代表的不同时期的最大水平主压应力方向。

调查发现, 攀枝花红格一带的昔格达组(上新统上段‒下更新统)(郭建强和朱学波, 1998; 王书兵等, 2006; 赵希涛等, 2008; 王萍等, 2011)上段为灰白色泥质岩层, 产状为160°∠35°, 该套岩层内发育两组相互切割的共轭节理, 平均走向分别为N80°W和N50°E; 较发育南北走向的第四纪晚期伸展构造(卢海峰和姬志杰, 2011)。露头所揭示的共轭节理挤压区特点显示, 该区构造应力场方向近S-N向, 为早更新世地层形成之后的主压应力方向; 而断层北段的米易西新近纪‒第四纪地层中发育的节理倾向、倾角所还原的玫瑰花图表明, 近、现代此处附近主压应力方向为近S-N向(卢海峰和张路, 2013)。

本次研究对断裂带邻近的变形较弱的岩层进行了大量节理产状统计与挤压区间分析, 详细特征见表1、2、3、4。

断裂北段的上干沟测点(26°35′45.7″N, 101°35′45.7″E), 中生代岩浆岩内发育的共轭节理平均产状分别为走向N60°E、倾角近直立和走向N10°W、倾角约55°, 且节理面上物质胶结程度弱; 共轭节理形态特征显示, 构造主压应力方向为NNE-SSW向(图2a), 与附近第四系内的节理产状一致, 可能反映了新构造期初(相当于喜马拉雅运动第三幕或早更新世以来)(丁国瑜等, 1991)的主压应力方向。三龙塘(26°31′21″N, 101°55′48.8″E)昔格达组上段(早更新统)发育的共轭节理, 其平均走向分别为N38°W和N30°E(图2b), 代表了新构造期(早更新世以来)晚期的构造挤压方向为近S-N向。盐边县昔格达村附近分布的浅白色粉砂层(昔格达组)内(图1), 普遍发育NNW走向和近S-N走向的两组节理。两组节理面均倾向西且倾角陡, 相互限制和切割, 且靠近东侧近S-N向断层处的剪切破碎带较宽和密集, 表现为张剪性裂面。这说明近S-N向节理面走向与断层走向基本一致, 反映了该区昔格达组形成之后的局部构造应力场方向为近S-N向。

表1 元谋‒昔格达断裂附近的金沙江边一带节理产状(倾向、倾角单位: °)

续表1:

表2 元谋‒昔格达断裂中北段附近新生代岩层内发育的节理产状(倾向、倾角单位: °)

表3 元谋‒昔格达断裂中南段附近新生代岩层内发育的节理产状(倾向、倾角单位: °)

表4 元谋‒昔格达断裂南段附近中生代以来岩层内发育的节理产状(倾向、倾角单位: °)

续表4:

元谋县江边乡江边中学东分布的浅灰绿色粉砂岩与黏土互层的河湖相龙街组内发育了大量节理, 其节理方位极点图(图2c)表明存在两组节理, 节理走向分别为N10°E、N30°W, 倾角近直立, 为共轭节理。龙街组形成于晚更新世(钱方和周国兴, 1991; 李朝柱等, 2011), 其内发育的节理形态及其与相关构造的夹角关系表明, 该处第四纪晚期的最大水平主压应力方向为NNW-SSE向。下雷弄村委会处的浅灰白色粉砂层内(25°51′59.2″N, 101°53′8.5″E), 发育了大量节理。该套地层形成时间与江边典型的龙街组形成时间大致相同, 均为第四纪晚期静水河湖相沉积物(卢海峰, 2014)。节理方位等密图(图2d)和南北向挤压变形特征表明, 该处晚更新世以来的最大水平主压应力方向为NNW-SSE向。

上那蚌村东的元谋组(上新世纪晚期至早更新世)(钱方和周国兴, 1991; 李庆辰等, 1993; 张虎才等, 1993; 尹济云等, 1994; 程捷等, 2002)中上段褐黄色粉砂层内(25°40′22.4″N, 101°55′23.9″E)(图2e), 普遍发育走向N71°E、倾角近直立和走向N57°W、倾角近直立的两组节理; 节理交切关系和发育形态表现出两组节理共轭, 代表最新一期构造挤压作用, 反映了第四纪晚期以来NNW-SSE向为最大主压应力方向。马头山村西的褐红色元谋组地层内(25°38′35.3″N, 101°54′33.2″E)(图2f)发育两组共轭节理, 其走向分别为N83°E、N43°E, 且第四纪早期 最大水平主压力方向为NEE-SWW。苴那村浅白色半胶结粉砂层(元谋组下段)内(25°34′22.6″N, 101°55′35.2″E)(图2g)共发育四组节理, 依据切割和限制关系, 为两套共轭节理, 代表两期主压应力方向。一套共轭节理走向分别为N10°E、N45°E, 为早期(上新世纪晚期至早更新世)NNE-SSW向挤压所致; 另一组共轭节理走向分别为N60°W、N30°W, 为晚期(中更新世以来) NNW-SSE向挤压作用所致。

甸头村东紫红色古近纪砂岩内(25°30′31.2″N, 101°56′3.7″E)(图2h)发育了四组节理, 依据节理交切、限制关系和挤压方向判别, 包含了两套共轭节理, 代表两期主压应力方向, 一套共轭节理产状分别为走向N80°E、倾角78°和走向N8°W、倾角78°, 为新构造期前发生的区域构造变形, 其最大水平主压应力方向为NE-SW向; 另一组共轭节理产状分别为走向N58°W、倾角79°和走向N80°E、倾角50°, 为新构造期NWW-SEE向挤压作用所致。羊街盆地东缘的上白邑元谋组黄红色粉砂层内(25°29′1.9″N, 101°56′21.3″E)(图2i)发育两组共轭节理, 产状分别为走向N90°E、倾角近直立和走向N8°E、倾角近直立, 区域对比和地层发育于盆地的二级台地部位上表明, 盆地形成于第四纪晚期, 且该套地层应形成于晚更新世, 其内发育的节理揭示了第四纪晚期NW-SE向为主压应力方向。羊街盆地南侧古近纪紫红色砂岩中(25°27′51.4″N, 101°55′37.4″E; 图2j)发育了一套共轭节理, 其产状分别为走向N0°E、倾角近直立和走向N70°W、倾角近直立, 揭示了第四纪晚期NNW-SSE向为区域最大水平主压应力方向。化同盆地北缘古近纪紫红色砂岩内(25°27′8.9″N, 101°55′58.4″E; 图2k)共轭节理产状分别为走向N75°E、倾角近直立和N45°E、倾角近直立, 揭示此时构造挤压方向为NE-SW向。在沙矣旧西紫红色砂岩内(25°17′31.3″N, 101°54′49.9″E; 图2l), 发育的共轭节理产状分别为走向N56°E、倾角近直立和走向N3°W、倾角35°～40°, 揭示了新构造早期的最大水平主压应力方向为NNE-SSW向。

一平浪北寨子村紫红色砂岩内(25°12′37.1″N, 101°54′21.7″E; 图2m)发育的共轭节理产状分别为走向NE30°、倾角近直立和走向N10°W、倾角近直立, 揭示第四纪早期的最大水平主压应力方向为NNE-SSW向。李子村灰色泥岩内(25°12′29.9″N, 101°54′57.3″E)(图2n)发育了共轭节理, 其走向分别为N90°E、N39°E, 可能反映了构造挤压方向为NEE-SWW向。

通过对该段断裂发育的构造形迹进行吴氏赤平投影(下半球)、节理玫瑰花图及张性节理性质和节理方位等密图的综合研究分析(申旭辉等, 1996; 卢海峰等, 2009; 卢海峰和姬志杰, 2011), 元谋‒昔格达断裂新生代晚期主要受早期(元谋运动, 约80万)前, 或中更新世之前的NNE-SSW向水平主压应力和晚期(元谋运动后, 或中更新世以来)NNW-NWW向水平主压应力作用的影响。

2 断裂带活动与地貌变形

高精度的卫星遥感影像清晰地展现了研究区复杂的断错地貌现象, 并揭示元谋‒昔格达断裂总体上以左行斜列式或分支平行线展布特征。自一平浪以北, 断层两侧的冲沟、山脊地貌呈S型或以多个首尾连接的S型雁列式排列, 沿构造线除保存典型的沟槽谷地、断层陡坎以外, 共轭剪节理、单侧小型褶皱系也普遍发育(苍山一带)。舍资至苏家庄一带, 山脊、冲沟、河流等地貌呈现S型的中间主轴线基本表现为平行的两条线, 走向约为N10°E,且断层西侧白垩纪粉砂岩内发育小型褶皱, 褶皱轴面产状为270°∠80°, 该褶皱东侧的断层线上半胶结褐色泥层内发育“正花状”构造(卢海峰等, 2009)。这些现象表明, 断层在第四纪晚期的活动方式以左行走滑为主, 且因局部受来自NWW向水平主压应力场的作用而表现为局部的挤压分量。苏家村至大岔路一带, 构造带处的冲沟、山脊地貌明显表现为S型, 且多个首尾相连的S型形变主轴以与主构造剪裂面呈约30°的交角斜列, 揭示出构造走滑的运动幅度突出。木莲旧、大龙潭一带, 山脊及大于1 km以上的冲沟水平错距在83～200 m之间, 且错距与冲沟长度呈正相关关系。1 km左右的冲沟, 断裂活动造成的位移量较小, 为25～30 m, 表明断裂自晚更新世以来, 仍有活动迹象, 且表现出水平滑动速率弱化的特征。

化同盆地南侧不远处的秧田井附近, 发育了长约3 km、宽百余米的近NW-SE走向的锯齿状狭长谷地, 其与主断裂剪裂面呈40°夹角。谷地南北两侧山脊、冲沟等地貌的平面形态均表现为“双重构造”样式, 为走滑断裂带简单剪切机制的几何典型特征, 反映了断裂自晚更新世以来具有走滑兼挤压的运动特性。而羊街、化同两盆地间, 发育一近E-W向沟槽谷地, 该沟槽谷地西侧发育了一相当规模且褶皱轴呈NNE走向的褶曲, 褶曲西侧的龙川江流域地貌形态呈向东凸出的弧形样式。这些构造地貌特征表明, 此处近期受到了NWW-SEE向水平挤压作用的影响。元谋盆地及北侧地表上, 发育许多NNW走向的小规模槽状谷地(卢海峰等, 2009), 而断裂左行走滑地貌特征并不十分突出, 可能与来自羊街‒化同两个盆地西侧的NWW-SEE向及北侧的NNW-SSE向挤压作用引起元谋盆地及北侧一带张扭性倾滑活动有关。

此外, 元谋‒昔格达断裂上, 苍山一带的水平滑动速率约为1 mm/a, 木莲旧‒秧田井一带的水平滑动速率为0.45～0.61 mm/a, 江边‒白泥湾(或下雷弄)一带的水平滑动速率为1～1.11 mm/a或更大(卢海峰等, 2008), 而元谋‒昔格达断裂的晚第四纪以来平均水平滑动速率为2.0±0.6 mm/a(卢海峰, 2014), 说明以上几处的水平滑动速率明显减少, 同时, 相应点处的局部构造应力场的方向以NW-NWW向为主(卢海峰, 2014), 与区域性的NNW向构造应力场方向明显有别。可见, 元谋‒昔格达断裂因受到NWW向构造挤压作用, 使得相应部位的近南北向左行走滑速率明显减弱(Lu and Zhang, 2020)。

易门西一带发育的白垩纪末‒侏罗纪砂岩、泥岩中, 发育两组共轭节理, 其平均产状分别是278°∠70°、131°∠70°～80°, 节理互相交切、限制, 应为共轭节理。该两组共轭节理揭示的水平主应力方向可能为晚新生代早期的NNE向(图3)。

沙桥附近侏罗纪紫色砂岩、泥岩陡立带内发育了数条NWW向的断层组成的构造带, 断面倾向西南, 宽数十米, 断面舒缓波状, 发育大量斜向擦痕, 岩层倾向SW, 倾角较陡。断层附近岩层受挤压作用破碎强烈。地貌上断层三角面、线状地貌坡中谷发育, 表明来自SWW方向的挤压作用, 使断层岩层发生了明显的逆冲滑动。

主应力轴产状: σ1. 30°∠33°; σ2. 201°∠57°; σ3. 296°∠12°; 剪切角为43°。

鸡冠山灰岩内(24°45′33.5″N, 101°56′20.5″E)普遍发育了一套共轭节理, 其产状分别为走向N80°W、倾角近直立和走向N0°E、倾角近直立, 且构造挤压方向为近E-W向(图2o)。而绿汁江镇古生代‒中生代灰岩中(24°44′20.9″N, 101°55′55″E)发育的共轭节理走向分别为N39°E、N20°W, 反映了挤压应力方向为NNE-SSW向(图2p)。结合附近零星分布的晚新生代地层变形特征, 上述灰岩区节理应为新构造期之前的最大水平主压应力方向, 随部位不同而发生变化。

综上所述, 楚雄断裂带与元谋‒昔格达断裂南段(罗川以南段)所辖区域中更新世早期以前的应力场方向可能为NNE-NEE向, 现代构造应力场方向为NW-NWW向。元谋‒昔格达断裂南段附近构造形迹特征、滇中次级块体南东向运移及挤压作用表明, 元谋‒昔格达断裂南段受到来自NW向挤压而整体隆升与强烈变形, 楚雄断裂在第四纪晚期也表现出显著的右行走滑运动特点。

3 上新世以来区域构造应力场作用下的断层活动特征

新生代以来, 印度板块与欧亚板块的汇聚、碰撞及青藏高原的隆升和大陆变形(许志琴, 1984; 傅容珊等, 1999), 引起了北向挤压和侧面产生的剪切挤压以及物质侧向逃逸, 并造成了由鲜水河‒小江断裂带和金沙江‒红河断裂带所围限的川滇菱形块体在晚第四纪活动异常强烈。区域构造特征奠定了研究区新构造运动的基础, 而现代构造应力场继承了晚第四纪构造应力场的性质, 两者在区域上表现出基本一致的动力源和运动学特征。前人最新构造变动的矢量分析和GPS实测表明, 位于羌塘地块与川西北次级块体之间的近南北向且向东弧形凸起、具有逆冲倾滑性质的金沙江断裂带, 一方面吸收了部分羌塘地块向东滑移量(虢顺民等, 1999; 王琪等, 2001; Wang et al., 2001; 徐锡伟等, 2003), 另一方面把剩余的向东滑移量传递给川西北次级块体, 使其继续向东滑移, 但因受东部华南地块的强烈阻挡, 川西北次级块体滑移方向被迫向南偏移, 引起次级块体的顺时针转动和南东向滑移。同样, 带有逆倾滑分量的丽江‒小金河断裂带吸收了部分川西北次级块体南东向的滑移分量, 并把剩余滑移量传递给滇中次级块体。由于东边界断裂走向从NW向偏转成近S-N向, 滇中次级块体被迫顺时针转动和SSE向平移, 即次级块体SE-SSE向平移和顺时针转动是青藏高原羌塘地块向东滑移至东部受阻引起的被动式转向的结果。

青藏高原物质的东向侧移是川滇菱形块体发生新构造运动的背景, 导致滇中次级块体一方面受到川西北次级块体总体南东向的挤压作用, 同时受到扬子地台的阻挡作用, 并受到其周缘断裂活动的控制, 使得滇中块体整体活动方式表现出南东向运移、旋转、抬升的不规则动态叠覆作用状态。在靠近川滇块体东南部的楔形部位, 能量多以逆冲、抬升的方式而吸收(虢顺民等, 1999)。川滇菱形块体及其边界断裂带是现代板块作用下形成的一个转换断块(兰从欣等, 2001), 而川西北块体与滇中块体的推挤作用的加强, 导致元谋‒昔格达断裂在早第四纪以前因印度板块与欧亚板块作用受到NNE-SSW向的作用逐渐减弱; 随着青藏高原物质进一步南东向移动, 元谋‒昔格达断裂晚第四纪以来一方面受到来自北方的安宁河断裂活动的影响, 表现出该断裂北段以左行走滑的张性特征为主, 同时受到西部丽江‒小金河南东向的挤压作用。依据遥感影像, 展布于羊街‒花同一带的元谋‒昔格达断裂表现出断层活动方式的改变, 构造线向东凸起, 同时次级褶皱普遍发育, 河流地貌表现出东南向挤压变形, 而在化同以南, 该断裂活动则突出了垂向加强的趋势。

因此, 上新世以来, 印度板块与欧亚板块作用以及太平洋板块的东西向推挤, 导致包括元谋‒昔格达断裂在内的川滇菱形块体受到NE-NNE向水平挤压作用, 而此时的元谋盆地、昔格达盆地一带表现为压陷特征, 元谋‒昔格达断裂活动方式以逆冲为主。随着青藏高原的快速隆升和高原物质的南东向侧移, 川滇菱形块体成为高原物质南东向流动的通道, 伴随着川滇菱形块体进一步南东向运动和水平向的顺时针转动, 作为滇中次级块体内部的南北地震带南西缘的边界断裂, 元谋‒昔格达断裂及附近的最大主压应力方向由原来的以NNE-NE向为主逐步转变为NNW-NW向为主(图4)。这种主压应力场水平方向的转变, 根本上改变了该断裂带的活动方式, 由第四纪早期的逆冲活动为主, 逐渐演变为第四纪晚期的左行走滑活动, 且断裂带北段伸展作用明显。这可能是因为该构造带北段受到川滇块体物质沿塑性底板南东向运移和受到扬子地台阻挡而南下, 在米易西、攀枝花一带表现为近S-N向挤压作用的结果。断裂中段则突出了左行走滑, 南段表现为整体的抬升。这也体现了元谋‒昔格达断裂最大主压应力方向, 由北而南, 总体上表现为由NNW-SSE向转变为NW-SE向的特点, 整体活动响应了川滇块体的南东向运移, 对块体南东向运移导致滇中次级块体强烈应变具有贡献性的协调作用。

4 元谋‒昔格达断裂的新生代活动特点

元谋盆地为地垒、两侧为地堑的堑垒构造(潘杏南等, 1987), 反映了元谋‒昔格达断裂在早侏罗世时的伸展性质。始新世‒渐新世期间, 印度板块与欧亚板块挤压作用, 以及太平洋板块的东西向推挤, 导致川滇菱形块体受到近E-W向水平挤压; 喜马拉雅期印度‒澳大利亚‒菲律宾海板块的向北俯冲、挤压(万天丰, 2001)、喜马拉雅山脉的形成及强烈的构造变形引起川滇块体南东向滑移、断裂走滑和块体变形; 在此期间, 形成了诸如元谋盆地和罗川盆地所代表的压陷盆地或拗陷盆地, 并发育了河湖相构造沉积, 元谋‒昔格达断裂活动方式表现为以近NE-SW向挤压为主。

随着早更新世末期的元谋运动使构造区发生挤压隆起, 昔格达盆地、元谋盆地沉积萎缩, 两盆地内流水系相连通, 最终与金沙江中下游贯通, 河流侵蚀基准面下降, 并发育了多级阶地和层状地貌(钱方和周国兴, 1991)。综合构造区域应力场特征, 上新世‒早更新世期间最大主压应力优势方位为NNE-NE～ SSW-SW向(图5a), 此应力作用下的元谋‒昔格达断裂活动方式以逆冲为主兼局部右行走滑, 该活动将中生代地层逆冲至元谋组之上(卢海峰, 2014)。元谋运动后(中更新世以来), 元谋‒昔格达断裂构造区最大水平主压应力方向逐渐转变为NNW-NW向, 断裂活动方式也因此表现为以左行走滑为主(卢海峰等, 2008, 2009; 卢海峰, 2014)。显然, 元谋运动后区域主压应力方向的转变和断裂活动方式的改变, 使得构造区两侧挤压隆起区和凹陷区交替分布, 层状地貌突出, 并发育了多级河流阶地, 揭示了区域构造应力控制下的元谋‒昔格达断裂及邻区地形地貌的掀斜性、间歇性和振荡性。

中更新世中晚期以来的元谋‒昔格达断裂活动特征, 在断裂北段(江边以北)表现为伸展性, 中段(江边南‒罗川北)则突出了左行走滑兼局部挤压或张剪, 南段(罗川以南)则表现为整体抬升, 这也体现了沿元谋‒昔格达断裂构造线, 最大主压应力方向由北而南总体上表现为由NNW-SSE向转变为NWW-SEE向的特点, 伸展作用、地震活动(图1)均具南向扩展趋势。

此外, 元谋‒昔格达断裂还夹持着近期(晚更新世以来)的近E-W向活动构造带, 在元谋盆地两侧均有发育, 加剧了其活动的复杂性。

事实上, 中更新世中晚期(特征标志: 元谋‒昔格达断裂两侧的龙川江T1阶地至T4阶地变形以水平左行走滑错开兼局部挤压或伸展, 改变了先前的挤压变形特征)以来, 来自丽江‒小金河断裂南东向挤压和能量交换, 以及北侧鲜水河方向能量南下传递和地壳变形导致包括元谋‒昔格达断裂区在内的整个滇中地区的构造变形发生了改变(图5b), 申旭辉等(1996)将其称为中山事件, 并认为是川滇菱形块体最新一期走滑挤出运动的开始。这种变形与运动格局一直持续至今。

5 结 论

通过统计元谋‒昔格达断裂及其附近岩层内发育的节理产状, 结合断层擦痕、褶皱形态、地貌变形和构造活动等地质特征, 依据古构造应力场重建方法和构造叠加期次分析, 详细论述了构造带及其附近的应力场特点, 得到以下主要认识:

图4 构造应力分布图(黄色虚线代表早期应力轴状态, 白色虚线代表晚期应力轴状态)

图5 上新世以来区域动力演化与断裂活动方式示意图

(1) 详细厘定了研究区节理发育的层位和地层时代、及共轭节理挤压方位等, 获取了研究区自上新世以来两期最大水平主压应力方向, 即早期的 NNE-SSW向和晚期的NNW-NWW向。

(2) 构造带的晚第四纪活动性分段表明, 江边‒下雷弄、化同‒秧田井、一平浪‒罗川一带的断层倾斜滑动特征受相应段落处的局部构造应力场影响, 即走滑速率低的断裂段, 其倾斜滑动特征明显, 是在与构造带走向夹角较大的晚期NW-NWW向区域构造应力场控制下、局部应力调整的结果。

(3) 上新世以来的区域构造应力场严格控制了区域构造活动特征和地貌演化, 是元谋‒昔格达断裂及其附近第四纪变形的动力源。

致谢:中国地质大学(北京)地球科学与资源学院 万天丰教授提出了宝贵的修改意见, 在此表示衷心的感谢。

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Characteristics of the Late Cenozoic Tectonic Stress Field in the Yuanmou-Xigeda Fault Zone and its Vicinity and Their Geomorphological Responses

LU Haifeng1, 2, 3, 4, ZHANG Weisong4, ZHANG Jinzhong5

(1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 2. Key Laboratory of Active Tectonics and Geological Safety,Ministry of Natural Resources, Beijing 100081, China;3. Research Center of Neotectonism and Crustal Stability, China Geological Survey, Beijing 100081, China;4. Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China; 5.The 5thGeology and Mineral Resources Survey Institute, Tai’an 271000, Shandong, China)

By using conventional paleo-tectonic stress field reconstruction method, we depicted the regional tectonic stress field according to the structural features of the Yuanmou-Xigeda fault zone and its vicinity. The results show that during the late Cenozoic, the study area was mainly affected by the horizontal principal compressive stress of NNE-SSW direction before the middle Pleistocene, and NNW-NWW direction since the middle Pleistocene. While the dip-slip characteristics of the Yuanmou-Xigeda fault zone during the Late Quaternary exhibited in the Jiangbian-Xialeinong, Huatong-Yangtianjing, Yipinglang-Luochuan areas are closely related to the local tectonic stress field of the corresponding sections, which reflects that the tectonic stress field has an important influence and adjustment effect on the activity properties of the fault zone. Combined with the Quaternary activity pattern and regional tectonic stress field changes of the Yuanmou-Xigeda fault zone, we propose a Late Cenozoic dynamic model for the study area and its adjacent areas.

the Yuanmou-Xigeda fault zone; paleo-tectonic stress field reconstruction; structural features; local tectonic stress field; dynamic model

2020-12-05;

2021-01-22

国家自然科学基金项目(41002074)、中央级公益性科研院所基本科研业务专项(ZDJ2017-24)和中国地质调查局项目(DD20190018)联合资助。

卢海峰(1975–), 男, 博士, 副研究员, 从事构造地质、地震地质学研究工作。E-mail: luhf_0_0@sohu.com

P542

A

1001-1552(2022)02-0202-015