西昌市昔格達組地層構(gòu)造變形特征分析

朱 輝

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650051)

西昌市昔格達組地層構(gòu)造變形特征分析

朱 輝

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650051)

以西昌市安寧河河谷地區(qū)昔格達組地層為研究對象，從構(gòu)造變形類型、構(gòu)造變形幾何學(xué)、構(gòu)造變形運動學(xué)等方面討論探討研究區(qū)內(nèi)昔格達組地層的構(gòu)造變形特征。

地層；斷裂帶；構(gòu)造變形；工程地質(zhì)；昔格達組

0 引 言

昔格達組地層為早更新世間冰期靜水湖相沉積物。主要分布于金沙江、安寧河、雅礱江、大渡河等河流的河谷地區(qū)。根據(jù)區(qū)域資料，昔格達組地層厚度可能達200-1 000 m。在研究區(qū)內(nèi)可分為上、下兩部分，兩者呈現(xiàn)明顯不同的顏色。上部地層呈黃、灰黃色，下部地層呈蘭灰色。兩地層巖性均為黏土巖、粉砂巖。受沉積環(huán)境影響，黏土巖、粉砂巖以互層、夾層、薄層等形式在不同區(qū)域、不同埋藏深度出現(xiàn)，呈半膠結(jié)—弱膠結(jié)狀態(tài)，天然或人工露頭的巖石特征明顯，層理構(gòu)造清晰，但質(zhì)地松軟，輕輕敲擊即呈砂狀，鉆孔獲得的巖心多呈砂狀、土狀，遇水則流沙狀或糊狀，有時保留黏土巖的層理構(gòu)造，是一類典型的似巖非巖、似土非土的巖、土之間過渡介質(zhì)。昔格達組地層特有的建造類型及特性一直受到地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及地震學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。但對該地層的研究主要集中在成因機制、形成年齡、層位劃分及工程地質(zhì)特性等方面[1-7]，對其構(gòu)造特征的研究極少。該文以西昌市安寧河河谷地區(qū)為例，在大量現(xiàn)場調(diào)查及室內(nèi)資料分析整理基礎(chǔ)上，從構(gòu)造變形類型、構(gòu)造變形幾何學(xué)、構(gòu)造變形運動學(xué)等方面分析探討該區(qū)昔格達組地層的構(gòu)造變形特征。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于川西高原的南段，其外圍斷裂構(gòu)造體系主要受康滇地軸控制。其中安寧河斷裂、則木河斷裂與研究區(qū)關(guān)系最為密切，二者均屬于區(qū)域性斷裂。安寧河深斷裂帶縱貫康定地軸，北起金湯，南與云南省易門斷裂相接，對研究區(qū)的地殼穩(wěn)定性有決定性的影響。安寧河斷裂帶在研究區(qū)可能由兩條很陡的隱伏斷裂組成。由于斷裂帶兩側(cè)螺髻山和磨盤山的長期隆升過程，導(dǎo)致安寧河谷內(nèi)生成沿兩條斷裂相對下降的“地塹”；從元古代到新構(gòu)造時期(晚第三紀(jì))活動都較頻繁。則木河斷裂帶北起西昌與安寧河斷裂交匯處，南東直到邛海，沿則木河經(jīng)普格至寧南于小江斷裂帶處交匯，總長約135 km，是由多條斷層構(gòu)成的區(qū)域性斷裂帶，新生代活動頻繁。此外，工程區(qū)附近還存在同屬安寧河斷陷帶的近南北向的交子坪—母豬塘斷裂和北西向的石嘉鄉(xiāng)斷裂及隸屬涼山緊密褶皺帶的自治莫—蕎窩斷裂等近場斷裂活動的影響。

申重陽等[8](2002)利用川滇地區(qū)1991-1999年的高精度GPS觀測處理結(jié)果對川滇菱形塊體的邊界運動進行反演分析，研究結(jié)果表明：安寧河斷裂帶左旋走滑運動速率約為30 mm/a，滑運動(逆斷層)速率約為9-11 mm/a。安寧河斷裂帶以左旋走滑運動為主，兼有逆斷層擠壓特征，這種快速走滑運動容易在局部“閉鎖”地區(qū)引起剪應(yīng)力應(yīng)變積累，造成強震頻繁發(fā)生。易桂喜等[9](2004)利用區(qū)域臺網(wǎng)地震資料，分析了川西安寧河—則木河斷裂帶，結(jié)果表明，安寧河斷裂的冕寧—西昌段是未來大地震的潛在危險段；該段自最近的1952年地震后，至下次特征地震的平均復(fù)發(fā)間隔估值為55-67年，未來地震震級的估值在7.0-7.5級之間。牟雅元[10](2004)認(rèn)為安寧河斷裂帶、則木河斷裂、涼山斷裂圍成了涼山小菱形塊體；2003年6月17日和7月10日2次4.8級地震都是該塊體活動的結(jié)果，同時該塊體有活動進一步加劇的趨勢。研究區(qū)所處區(qū)域構(gòu)造活動較為強烈，地震活動頻繁，且地震空間分布具有較強的分帶性特征，見圖1、圖2。

【1】安寧河斷裂；【2】則木河斷裂帶；【3】交子坪-母豬塘斷裂；【4】石嘉鄉(xiāng)斷裂；【5】自治莫—蕎窩斷裂

圖2 安寧河—則木河斷裂體系

2 昔格達組地層構(gòu)造類型及影響因素

研究區(qū)昔格達組地層的構(gòu)造主要類型主要包括褶曲、正斷層、逆斷層及其組合而成的“地壘”“地塹”等。其中，正斷層最為常見，其斷層面平直，斷層面上可見上下或斜擦痕，方向不一。褶曲、層間褶曲則更為少見。層間褶曲巖性多為黏土巖，所夾持層間褶曲的上下2個層位巖層產(chǎn)狀為近水平狀。

筆者認(rèn)為，昔格達地層構(gòu)造變形主要與軟沉積及地震活動有關(guān)。根據(jù)Owen等[11](2011)研究認(rèn)為與地震相關(guān)的軟沉積變形構(gòu)造的識別標(biāo)志主要有：①空間區(qū)域內(nèi)分布廣泛；②側(cè)向連續(xù)性；③垂向上的重復(fù)性；④軟沉積變形構(gòu)造形態(tài)特征與地震所形成的構(gòu)造具有可對比性；⑤鄰近活動斷層；⑥變形帶的復(fù)雜性和頻率與距離斷層的距離相關(guān)。而從前述研究區(qū)所處的區(qū)域構(gòu)造位置來看，研究西部為安寧河深斷裂帶，東南側(cè)為則木河斷裂帶，工程區(qū)恰好位于則木河斷裂和安寧河斷裂帶交匯處，該區(qū)地震活動頻繁，外加安寧河、則木河斷裂均為活動性斷裂，這就為昔格達軟沉積構(gòu)造發(fā)育提供了動力學(xué)條件。

3 昔格達組構(gòu)造變形幾何學(xué)和運動學(xué)特征

圖3為研究區(qū)揭露的一完整褶皺剖面，從剖面上可以看出，水平沉積層受水平方向構(gòu)造應(yīng)力的擠壓作用形成了較為完整的褶皺構(gòu)造，但在褶皺左下角出現(xiàn)松軟層，導(dǎo)致了左側(cè)褶皺構(gòu)造發(fā)生揉皺。已有研究[12]表明昔格達中褶皺的巖性不論是砂層或是黏土層在當(dāng)時可能都是半液態(tài)的，這也為地震活動造成軟沉積提供了基礎(chǔ)。圖3中松軟層與較為堅硬層在受地震活動水平應(yīng)力作用下形成不同幾何形態(tài)的，屬于半塑性的黏土層則形成了較為明顯的褶皺形態(tài)，而屬于半液態(tài)的砂層和粉砂層則呈現(xiàn)出松軟揉皺形態(tài)。另外根據(jù)圖3中褶皺東西向發(fā)育差異可以判斷，在地震波傳遞動力的過程中，左側(cè)應(yīng)該是更為靠近震源，而右側(cè)為遠離震源一端，這就很好地解釋了剖面中松軟層部位由上而下發(fā)育多個撓曲和破碎帶，而右側(cè)則為較為完整的褶皺形態(tài)。

已有研究認(rèn)為[12]引起昔格達層形變的作用力不是一般的緩慢構(gòu)造運動，而是地震引起的復(fù)雜振動和位錯所致，而且構(gòu)造形變是在常溫常壓條件下發(fā)生的，已固結(jié)的昔格達地層受到強烈震動沒有產(chǎn)生褶曲，而是形成平整的剪切裂面。受突發(fā)式的強烈振動影響，昔格達層破裂成許多塊體，并且塊體由于受到了強烈的顛簸和扭動、張開和擠壓作用形成了東倒西歪的“豆腐塊”和正斷、逆斷層。圖4為一組逆斷層剖面，斷層巖性為黃色黏土巖，斷層面緊閉，斷層面兩側(cè)巖層發(fā)生彎曲，指示斷層兩盤運動方向，由此可以看出斷層受到短時構(gòu)造運動的影響，而圖6則為出露的昔格達普遍沉積的黃色黏土巖層在構(gòu)造變形作用下形成近直立產(chǎn)狀，這與該區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造變形及地震活動密切相關(guān)，此外，四川省地震局對1923年7.25級蝦拉沱地震形成的斷層進行開挖，發(fā)現(xiàn)地震斷層的橫剖面同上述的構(gòu)造形變帶很類似[12]。

圖3 軟沉積褶皺構(gòu)造及動力學(xué)解析素描圖

圖4 逆斷層構(gòu)造及動力學(xué)解析素描圖

4 昔格達組構(gòu)造變形動力學(xué)特征

由于研究區(qū)所處大地構(gòu)造位置特殊，受區(qū)域構(gòu)造安寧河斷裂和則木河斷裂的影響，這兩條斷裂帶附近區(qū)域地震活動頻繁。已有研究也表明昔格達組的“層間褶曲”是一種地震事件的遺跡和一種由強震活動所致的突發(fā)式變形[12]。該次調(diào)查研究進一步印證了昔格達諸多構(gòu)造變形特征與地震事件密切相關(guān)。圖5、圖7剖面揭露的嵌入式平臥褶曲構(gòu)造剖面可以看出，左側(cè)褶曲構(gòu)造發(fā)生的倒轉(zhuǎn)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)褶曲部位黏土巖固結(jié)程度較高，右側(cè)黏土巖上部和下部固結(jié)程度也相對較高，而中部灰黃色粉砂巖則相對較濕軟，固結(jié)程度較差。根據(jù)該剖面巖層結(jié)構(gòu)分布特征，結(jié)合圖6研究區(qū)發(fā)育的近直立黏土巖層，我們可以用圖8來解釋平臥褶曲構(gòu)造變形動力學(xué)過程，褶曲早期經(jīng)過構(gòu)造運動形成如圖6近直立產(chǎn)狀，即圖8左側(cè)素描圖所示，隨后再接受水平方向壓應(yīng)力的作用，由于右側(cè)黏土巖、粉砂巖固結(jié)程度及巖性差異，上下部為較為堅硬層，而中間層為濕軟層，因此，在東西向壓應(yīng)力的作用下，左側(cè)近直立黃色粉砂巖層嵌入相對右側(cè)相對濕軟夾層，形成平臥褶曲構(gòu)造。從圖7可以看出褶曲軸部較為破碎，而褶曲兩翼巖性完全一致，也表明了褶曲是在較短時間內(nèi)的脆性破壞造成，而這種瞬時的水平作用力很可能是地震應(yīng)力所致，與前述軟沉積構(gòu)造相同，都接受了地震應(yīng)力的作用。這些構(gòu)造形跡也印證了研究區(qū)昔格達組構(gòu)造變形與地震密切相關(guān)。

同樣從圖逆斷層構(gòu)造及動力學(xué)解析圖可以看出，工程區(qū)昔格達組受到地震應(yīng)力的影響，在安寧河斷裂和則木河斷裂的影響下，工程區(qū)昔格達沉積層受到了后期地震活動的影響較大，不同構(gòu)造變形與昔格達沉積層的巖性密切相關(guān)，尤其是沉積層的分層強度密切相關(guān)，已有研究[12]同樣證實了昔格達層中的“層間褶曲”和“噴砂”現(xiàn)象較為普遍，也進一步印證了昔格達組沉積物曾受到強震的影響。從圖3、圖4、圖8 3張素描圖中還可以看出研究區(qū)昔格達組地層構(gòu)造變形受力的主方向近東西向，剛好與區(qū)域構(gòu)造安寧河斷裂帶及則木河斷裂帶主構(gòu)造方向近于垂直，由此表明受地震作用，工程區(qū)昔格達組沉積過程中主要受到近東西向構(gòu)造應(yīng)力的作用。

圖5 嵌入式褶曲構(gòu)造Fig.5 Embedded fold structure

圖6 近直立地層Fig.6 The vertical strata

圖7 嵌入式褶曲構(gòu)造(細(xì)部放大)

圖8 平臥褶曲構(gòu)造及動力學(xué)解析素描圖

5 結(jié) 語

從構(gòu)造變形幾何學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析結(jié)果表明：研究區(qū)昔格達組構(gòu)造變形與軟沉積和地震作用有關(guān)，不同構(gòu)造變形與昔格達不同沉積層的巖性強度及其空間組合關(guān)系密切相關(guān)；昔格達組地層構(gòu)造變形的差異性主要受沉積非均質(zhì)性及距離活動斷裂和震源遠近的影響。

昔格達剖面構(gòu)造變形演化特征表明：昔格達組地層在沉積過程中受區(qū)域近場斷裂活動影響較為明顯，研究區(qū)昔格達組地層主要受近東西向壓應(yīng)力的擠壓作用，受力方向與區(qū)域構(gòu)造安寧河斷裂帶及則木河斷裂帶主構(gòu)造方向近于垂直，反映了工程區(qū)構(gòu)造活動與地震作用有關(guān)。

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Analysis on StrataTectonic Deformation of Xigeda Formation in Xichang

ZHU Hui

(Kunming Survey Design and Research Institute, Kunming 650051, China)

This paper takes the Xigeda group at Anling valley in Xichang as the research object. The deformation characteristics of group formation of the Xigeda group has been discussed and analyzed by the types of tectonic deformation, tectonic deformation geometry and kinematics of structural deformation, etc.

stratum; fault zone; tectonic deformation; engineering gelogy; Xigeda formation

2016-01-06.

朱輝(1969-)，男，云南人，工程師.主要研究方向：巖土工程.

P542

B

1004-2660(2016)01-0027-06