安寧河斷裂帶新生代構(gòu)造變形與磁組構(gòu)特征

華 天,李金璽*,李智武,袁夢(mèng)雨,蔡鴻燕,童 馗,王自劍,李 軻,劉樹根,曾 璐

1)成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院地球勘探與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610059;2)成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610059;3)四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院,四川成都 610072; 4)西華大學(xué),四川成都 610039;5)中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,四川成都 610041

中生代多塊體拼合,新生代印亞板塊碰撞,造就了地球上海拔最高、面積最大、最年輕的高原:青藏高原。高原的隆升和側(cè)向生長(zhǎng)一直是地學(xué)研究的熱點(diǎn)。針對(duì)其側(cè)向生長(zhǎng),業(yè)已提出諸多端元模型,如下地殼流模型(Royden,1997)和構(gòu)造逃逸說(shuō)(Tapponnier et al.,1982),但尚有較大爭(zhēng)議。鮮水河—安寧河—小江斷裂帶作為青藏高原東緣重要的邊界斷裂,是認(rèn)識(shí)高原隆升和側(cè)向生長(zhǎng)的理想對(duì)象。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為北段鮮水河斷裂走滑始于中中新世(Wang et al.,2008),9–5 Ma發(fā)生強(qiáng)烈左旋走滑活動(dòng)(張?jiān)罉虻?2004b; Zhang et al.,2017); 中段安寧河斷裂走滑活動(dòng)主要發(fā)生在晚新生代(張?jiān)罉虻?2004a); 南段的小江斷裂走滑活動(dòng)起始于5 Ma(Zhu et al.,2008)。而最新針對(duì)安寧河斷裂的低溫年代學(xué)研究表明,安寧河斷裂帶在 25–18 Ma發(fā)生東西向擠壓向走滑運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變(Wang et al.,2020)。而北段的鮮水河斷裂在32–27 Ma發(fā)生NNE向的逆沖活動(dòng)(Li and Zhang,2013)。鮮水河斷裂和安寧河斷裂活動(dòng)年限認(rèn)識(shí)的差異,需要更多的針對(duì)斷裂帶構(gòu)造變形的研究。

巖石組構(gòu)記錄了地殼形成與演化的關(guān)鍵信息,提取這些信息對(duì)分析和恢復(fù)地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程具有重要意義。磁組構(gòu)作為一種重要的巖石組構(gòu),可以有效地記錄巖石的應(yīng)變特征,是研究構(gòu)造變形的有效手段(陳柏林等,1997; 陳正樂(lè)等,1999; 馬天林等,2003; 王開等,2017; Casas-Sainz et al.,2018)。

前人針對(duì)安寧河斷裂帶的研究,主要集中在大地測(cè)量學(xué)(Rui and Stamps,2019)、活動(dòng)構(gòu)造(Ren,2014)以及年代學(xué)(Deng et al.,2018)等研究上,缺乏系統(tǒng)的針對(duì)安寧河斷裂帶基巖構(gòu)造變形的研究。此外,雖有研究利用磁組構(gòu)來(lái)約束安寧河斷裂帶中—新生代的構(gòu)造變形,但利用的是震旦紀(jì)小相嶺流紋巖(陳應(yīng)濤等,2021)。而利用晚三疊世以來(lái)沉積巖磁組構(gòu)對(duì)安寧河斷裂帶的研究尚未見報(bào)道。綜上所述,本文通過(guò)對(duì)安寧河斷裂帶中段詳細(xì)的構(gòu)造變形調(diào)查和上三疊統(tǒng)白果灣組的磁組構(gòu)研究,探討了安寧河斷裂帶新生代構(gòu)造變形特征和序列,為更好地理解青藏高原隆升和側(cè)向生長(zhǎng)提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鮮水河斷裂與小江斷裂通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)350 km、寬100 km的菱形斷裂帶相連。該斷裂帶主要由三條次級(jí)斷裂帶組成:西邊為安寧河斷裂帶和則木河斷裂帶,東邊為石棉斷裂帶(Wang et al.,2014)(圖1b)。其中,安寧河斷裂帶北起石棉,南到會(huì)理,是一條形成于晉寧期的深大斷裂(從柏林等,1973)。該斷裂帶經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),新生代構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈,現(xiàn)今以左行走滑運(yùn)動(dòng)為主,速率(5.1±2.5) mm/a(Wang et al.,2008)。該斷裂帶分為三段:北段位于紫馬跨以北,石棉縣田灣以南。斷裂帶內(nèi)未見晚新生代沉積記錄; 中段為紫馬跨至西昌市安寧鎮(zhèn)(西寧鄉(xiāng))。該段為安寧河斷裂帶斷層發(fā)育的典型區(qū)段,具有壓扭性質(zhì)。主要包括埡口村斷層①、鹽井溝斷層②、大石板斷層③、光明村斷層④和石庫(kù)村斷層⑤等南北向次級(jí)斷裂以及一些北東向的斷裂(如:紅媽斷裂⑥和甘溝斷層⑦)(圖1c)。西昌至?xí)矶螢榘矊幒訑嗔褞У哪隙?。沿安寧河斷裂帶自北向南不同程度的發(fā)育有元古代到中生代的酸性到超基性乃至堿性、深成侵入到地表噴出的巖漿巖,整體上構(gòu)成了一條南北向規(guī)模較大的巖漿巖雜巖帶,這些巖漿巖的階段性發(fā)育反映了安寧河斷裂構(gòu)造活動(dòng)的多期性。

圖1 青藏高原及鄰區(qū)地形圖(a)、鮮水河—安寧河—小江斷裂帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b) (修改自Wang et al.,2014)和安寧河斷裂帶中段地質(zhì)地貌圖(c)Fig.1 Topographic map of the Tibet Plateau and adjacent areas(a),Simplified geological map of the Xianshuihe–Anninghe–Xiaojiang Fault belts(b) (after Wang et al.,2014) and the geological and geomorphological map of the middle section of the Anninghe Fault Zone(c)

2 斷裂帶野外構(gòu)造變形特征

2.1 小山剖面

小山剖面呈近 E–W向,西起 102°22′54.06543″E,28°28′52.43180″N,東至 102°25′18.36398″E,28°27′44.60839″N,全長(zhǎng)約 4 km(圖 2a)。該剖面構(gòu)造變形強(qiáng)度自西向東逐漸減弱。西側(cè)上三疊統(tǒng)白果灣組角度不整合于震旦系燈影組之上。白果灣組底部可見花崗質(zhì)礫石,呈滾圓狀,粒徑多在 0.5～10 cm,最大約5 cm。

圖2 安寧河斷裂帶中段兩條構(gòu)造觀測(cè)剖面示意圖Fig.2 Schematic diagram of two structural observational sections in the middle segment of the Anninghe Fault zone

九營(yíng)盤地區(qū)(AN20)(圖 3a),沿層面發(fā)育大量擦痕(圖 3c,d,e)。斷層面(層面)產(chǎn)狀為 267°∠72°,斷面上擦痕平均產(chǎn)狀為 80°S,指示近 E–W 向擠壓下的順層滑動(dòng)(圖3)。局部可見直徑1～50 cm不等的黃鐵礦結(jié)核、立方體黃鐵礦及其集合體(圖 3b),指示較強(qiáng)的流體活動(dòng)性。

圖3 小山剖面AN20點(diǎn)位野外變形特征Fig.3 Field deformation characteristics of AN20 of the Xiaoshan section

觀測(cè)點(diǎn) AN19,路邊見一近直立斷層面,斷層面產(chǎn)狀為 262°∠79°,在斷層下盤頂面發(fā)育大量擦痕,擦痕產(chǎn)狀為 70°S,赤平投影分析指示最大主應(yīng)力方位為228°∠28°,指示NE–SW向構(gòu)造應(yīng)力作用下,斷層上盤向NE逆沖(圖4B)。觀測(cè)點(diǎn)AN17,可見早期近 NE–SW 向擠壓形成的劈理帶被后期受E–W向擠壓力發(fā)育的順層斷層切割(圖4A)。

圖4 小山剖面AN17(A)和AN19(B)點(diǎn)位野外變形特征Fig.4 Field deformation characteristics of AN17(A) and AN19(B) of the Xiaoshan section

小山剖面構(gòu)造變形樣式單一,構(gòu)造變形相對(duì)較弱,變形主要集在斷裂破碎帶。該剖面存在兩期構(gòu)造變形:第一期變形表現(xiàn)為 NE–SW 向的擠壓下形成局部逆斷層,并伴有劈理帶的出現(xiàn); 第二期變形表現(xiàn)為近 E–W 向的擠壓下巖層的順層滑動(dòng)并切割早期劈理帶。

2.2 紅莫鎮(zhèn)剖面

紅 莫 鎮(zhèn) 剖 面 西 起 102°7′43.79802″E,28°6′49.71612″N,東 至 102°22′43.57829″E,28°12′3.65045″N,長(zhǎng)約 26 km,其中重點(diǎn)觀測(cè)剖面約9 km(圖2b)。主要觀測(cè)層位為上三疊統(tǒng)白果灣組。紅莫鎮(zhèn)南西約 5.2 km處,有斷層破碎帶出露(AN8)(圖 5)。破碎帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造劈理(圖 5a),劈理產(chǎn)狀為93°∠80°,指示近E–W向擠壓。劈理被后期逆斷層切割,斷層面產(chǎn)狀為165°∠75°,我們?cè)谙卤P頂面上測(cè)得的擦痕(65°E)指示上盤向北西逆沖(圖5b,d),具有一定走滑分量,最大主應(yīng)力方向?yàn)镹W–SE向。

圖5 紅莫鎮(zhèn)剖面AN8點(diǎn)位野外變形特征Fig.5 Field deformation characteristics of AN8 in the Hongmo section

鹽井溝斷層和大石板斷層之間(H10),白果灣組內(nèi)發(fā)育強(qiáng)劈理化帶(圖6),局部置換層面。統(tǒng)計(jì)分析得平均劈理產(chǎn)狀為 55°∠80°,指示 NE–SW 向擠壓變形。此外,該觀測(cè)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)大型擦痕鏡面(136°∠56°)(圖 6e),我們?cè)诓梁坨R面及其附近測(cè)得的擦痕指示(圖6n,o,p),斷層上盤向NW方向逆沖(f1)。最大主應(yīng)力方向?yàn)?125°∠17°。該逆斷層切割早期劈理(圖 6a,e)。該觀測(cè)點(diǎn)同時(shí)發(fā)育正斷層,斷層面產(chǎn)狀為130°∠30°,表現(xiàn)為NW–SE向的拉張作用。正斷層同樣切割早期劈理(圖6h,i)。但正斷層f2和逆斷層f1的切割關(guān)系不明顯。

圖6 紅莫鎮(zhèn)剖面H10點(diǎn)位野外變形特征Fig.6 Field deformation characteristics of H10 in the Hongmo section

紅莫鎮(zhèn)山頂出露中侏羅統(tǒng)益門組(AN14),層面近水平,層內(nèi)發(fā)育強(qiáng)劈理化帶,平均產(chǎn)狀為 91°∠88°,指示近 E–W 擠壓變形(圖 7d)。觀測(cè)點(diǎn) H5處,白果灣組內(nèi)可見小斷層發(fā)育,但位移量不大,斷面傾向 E。斷層上盤發(fā)育有牽引褶皺,軸面(AP)產(chǎn)狀90°∠19°,指示近 E–W 向擠壓變形(圖 7c)。觀測(cè)點(diǎn)H8 處,斷層面產(chǎn)狀為 152°∠54°,劈理產(chǎn)狀 172°∠75°,總體指示斷層具逆沖性質(zhì)(圖 7b)。觀測(cè)點(diǎn)AN13處,白果灣組內(nèi)發(fā)育兩條小斷層(f1和 f2)。f1斷層面產(chǎn)狀為 100°∠85°,擦痕(10°S)指示右旋走滑運(yùn)動(dòng),最大主應(yīng)力方向?yàn)?NE–SW 向(221°∠23°)。f1被后期高角度f(wàn)2切割(圖7a)。

圖7 紅莫鎮(zhèn)剖面AN13(a),H5(b),H8(c),AN14(d)點(diǎn)位野外變形特征Fig.7 Field deformation characteristics of AN13(a),H5(b),H8(c),AN14(d) of the Hongmo section

紅莫鎮(zhèn)剖面主要記錄了三期構(gòu)造變形事件:NE–SW 向、E–W 向和 NW–SE向擠壓變形。據(jù)切割關(guān)系判斷NW–SE向擠壓最晚,切割早期E–W向擠壓下和NE–SW向擠壓形成的劈理帶。

綜合以上兩條剖面的野外特征,安寧河斷裂帶存在三期擠壓變形事件,最大主應(yīng)力方向分別為:NE–SW、E–W、NW–SE。據(jù)觀測(cè)點(diǎn)AN17,劈理帶與斷層切割關(guān)系判斷 NE–SW 向擠壓變形早于近E-W向擠壓變形; 據(jù)觀測(cè)點(diǎn)AN8,劈理帶與斷層切割關(guān)系判斷E–W向擠壓變形早于NW–SE向擠壓變形; 據(jù)觀測(cè)點(diǎn) H10,劈理帶與斷層切割關(guān)系判斷NE–SW向擠壓變形早于NW–SE向擠壓變形。綜合分析認(rèn)為NE–SW向擠壓變形早于E–W向擠壓變形,E–W向擠壓變形早于NW–SE向擠壓變形。第一期NE–SW向應(yīng)力作用下,形成走向NW–SE的劈理帶并造成局部斷層的逆沖和右旋走滑運(yùn)動(dòng); 第二期E–W向應(yīng)力作用下,形成走向近N–S的劈理帶并造成白果灣組的層間滑動(dòng); 第三期 NW–SE向應(yīng)力作用下,以斷層的逆沖活動(dòng)為主。

3 磁學(xué)樣品采集與測(cè)試

本次研究沿兩條構(gòu)造觀測(cè)剖面共布置 11個(gè)磁組構(gòu)采樣點(diǎn),采樣地層為上三疊統(tǒng)白果灣組。白果灣組上部主要為泥巖和砂巖,下部主要為長(zhǎng)石石英砂巖及粉砂巖。每個(gè)點(diǎn)位至少獲得5個(gè)粉砂巖樣品,共得到77個(gè)有效樣品。白果灣組所有樣品使用便攜式汽油鉆機(jī)鉆取,磁羅盤定向。為了避免形狀對(duì)磁化率各向異性的影響,所有樣品加工成直徑2.5 cm,長(zhǎng)2.2 cm的圓柱。常溫低場(chǎng)磁組構(gòu)測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所古地磁實(shí)驗(yàn)室使用KLY-3卡帕橋完成。代表性樣品的巖石磁學(xué)測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成:磁滯回線測(cè)試的儀器為 Lake Shore 8600系列振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì),共計(jì)3件。k-T曲線測(cè)試在KLY-4上完成,共計(jì)3件。樣品在空氣中加熱至700℃并降至室溫。

4 巖石磁學(xué)和磁組構(gòu)結(jié)果

安寧河斷裂帶白果灣組磁組構(gòu)樣品平均磁化率值均小于500×10–6SI,暗示諸如順磁性的黑云母等層狀硅酸鹽礦物為主要載磁礦物(Tarling and Hrouda,1993)。

4.1 磁滯回曲線

本文白果灣組樣品的磁滯回線經(jīng)順磁矯正后均表現(xiàn)為“細(xì)長(zhǎng)型”(圖8a,b,c)。三個(gè)樣品的矯頑力都較低,均小于 12 mT。磁滯回線在外場(chǎng)低于0.3 T時(shí)就已飽和,表明低矯頑力礦物如磁鐵礦控制磁滯回線形狀。此外,原始數(shù)據(jù)在0.3～0.5 T之間,樣品的磁化強(qiáng)度隨外場(chǎng)的增加而呈線性增加,暗示存在顯著的順磁性成分(Weil and Yonkee,2009)。

圖8 磁滯回曲線(a,b,c)和磁化率-溫度曲線(d,e,f)測(cè)試結(jié)果Fig.8 Diagrams of hysteresis curve (a,b,c) and k-T relationship (d,e,f)

4.2 磁化率-溫度曲線

k-T曲線,該方法利用不同載磁礦物磁化率隨溫度的變化,來(lái)識(shí)別礦物的種類(敖紅和鄧成龍,2007)。晚三疊統(tǒng)白果灣組樣品H10A和H25的加熱曲線與降溫曲線不可逆,并且降溫曲線明顯高于加熱曲線,暗示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了礦物相的轉(zhuǎn)變(圖8e,f)。H10A樣品加熱曲線顯示磁化率在 400℃開始升高,到 450℃之后迅速增加(圖 8e),當(dāng)溫度達(dá)550℃時(shí),磁化率達(dá)到峰值,隨后迅速下降,在580℃左右衰減為0,指示了加熱過(guò)程有磁鐵礦的存在(Hrouda et al.,2003)。而降溫曲線高于加熱曲線,表明加熱過(guò)程可能存在含鐵硅酸鹽礦物或黏土礦物(如綠泥石)轉(zhuǎn)化成磁鐵礦顆粒的情況(Oches and Banerhee,1996)。H25樣品加熱曲線顯示磁化率在300℃開始升高(圖8f)。到320℃,磁化率達(dá)到峰值,隨后迅速降低。同時(shí)冷卻曲線在 300℃左右迅速升高,可能是指示含鐵硫化物的存在,并且存在弱磁性礦物向強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)變的存在(Casas-Sainz et al.,2018)。繼續(xù)加熱至460℃,磁化率再次升高,580℃左右迅速將至 0。指示磁鐵礦的存在。此時(shí)的磁鐵礦可能是樣品中極低含量的磁黃鐵礦轉(zhuǎn)化形成或含鐵黏土礦物分解或熱蝕變所形成(Yang et al.,2012)。樣品 HT9,磁化率隨溫度的升高而逐漸降低,表現(xiàn)為順磁性礦物加熱特征(Casas- Sainz et al.,2018)(圖9d)。綜合平均磁化率,磁滯回曲線,k-T測(cè)試結(jié)果分析,白果灣組主要載磁礦物為順磁性的硅酸鹽礦物。

4.3 磁組構(gòu)特征

4.3.1 小山剖面

以磁線理(L)為縱坐標(biāo),磁面理(F)為橫坐標(biāo)繪制的 Flinn圖解可以很好的反映磁化率橢球體的形態(tài)以及磁面理和磁線理的發(fā)育情況。小山剖面磁組構(gòu)樣品的磁面理大多小于1.2,線理小于1.03,磁面理較磁線理發(fā)育(圖 9a)。磁化率橢球體主要為扁圓型,表明安寧河斷裂帶應(yīng)變以壓扁、剪切為主。矯正磁化率各向異度值大多小于1.3(圖9b),與樣品的平均磁化率呈一定的正相關(guān)性(圖 9c)。將擦痕、層面(滑動(dòng)面)與AMS共同投圖后發(fā)現(xiàn),磁線理基本分布于層面(滑動(dòng)面)之上。磁線理大部分垂直于滑動(dòng)方向(垂直于擦痕延伸方向),少部分平行于滑動(dòng)方向。磁面理極點(diǎn)(K3)分布于擦痕延伸方向(圖 9c)。磁線理與擦痕均反映最大主應(yīng)力為近 E–W 向,而攀西地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為 NWW–SEE向(張?jiān)罉虻?2004a),因此,小山剖面磁組構(gòu)記錄了安寧河斷裂帶早期近E–W向擠壓變形。

圖9 磁組構(gòu) Flinn 圖解(a)、T-Pj圖解(b)、Km-Pj(c)與AMS和斷層擦痕綜合圖(下半球,等面積)(d)Fig.9 Flinn diagram of magnetic fabric (a),chart of the shape of magnetic susceptibility ellipsoid (T) vs.anisotropy of magnetic susceptibility (Pj) (b),the mean magnetic susceptibility (Km) vs.anisotropy of magnetic susceptibility(Pj) plot (c),and comparison chart of fault striation vs.AMS (d)

4.3.2.紅莫鎮(zhèn)剖面

該剖面磁化率橢球體形狀因子T值主要分布在0～0.59。Flinn圖解和T-Pj圖解中大部分樣品點(diǎn)落在壓扁區(qū)(圖 10a,d),反映磁化率橢球體以扁圓型為主,少量為扁長(zhǎng)型和三軸型,暗示安寧河斷裂帶應(yīng)變以壓扁為主。沿剖面矯正磁化率各向異度呈鋸齒狀形態(tài)(圖 10c),大石板斷層(DSBF.)和光明村斷層(GMCF.)附近矯正磁化率各向異度值明顯升高,主要為1.1～1.2。兩條斷層之間矯正磁化率各向異度明顯降低。此外,我們發(fā)現(xiàn),斷層附近,相同點(diǎn)位矯正磁化率各向異度值變化較大,而兩條斷層之間的點(diǎn)位,同一個(gè)點(diǎn)位的矯正磁化率各向異度值較一致(圖10c)。磁化率主軸赤平投影顯示最大磁化率主軸集中分布于第一和第三象限(圖 10e),反映安寧河斷裂帶應(yīng)變橢球體最大主應(yīng)變軸呈 NE–SW 向(圖10e)。最小磁化率主軸投影主要位于第一、二和第四象限,優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀方向?yàn)?NW–SE和近 E–W 向(圖10f),表明最小主應(yīng)變軸呈NW–SE向和近E–W向,且以前者為主。磁線理走向(NE–SW)與安寧河斷裂走向(～N–S)呈斜交關(guān)系,表明安寧河斷裂帶具有走滑分量。

圖10 磁組構(gòu)Flinn圖解(a)和Km-Pj(b)圖解和矯正磁化率各向異度空間分布圖(c)和T-Pj圖(d)和地理坐標(biāo)系下磁線理特征(e)以及地理坐標(biāo)系下磁面理及其頂點(diǎn)分布特征(f)Fig.10 Flinn diagram of magnetic fabric (a),diagram of Km-Pj (b),spatial distribution of corrected susceptibility anisotropy(c),chart of the shape of magnetic susceptibility ellipsoid (T) vs.anisotropy of magnetic susceptibility (Pj) (d),characteristics of magnetic lineations before tilt correction (e),and characteristics of magnetic foliations and its poles before tilt correction (f)

5 討論

5.1 構(gòu)造變形與磁組構(gòu)

為了進(jìn)一步理解脆性變形下,磁組構(gòu)與構(gòu)造變形的關(guān)系。我們分別對(duì)存在一期和多期脆性構(gòu)造變形的露頭進(jìn)行了磁組構(gòu)研究。H8點(diǎn)位只存在一期NW–SE向擠壓事件。該點(diǎn)位磁組構(gòu)樣品采于斷層下盤(圖 11)。磁線理簇狀分布于第三象限,優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀為 215°∠13°,與斷層走向近平行; 磁面理優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀為138°∠44°,與斷層面小角度相交。最小磁化率主軸向NW傾伏,斷層上盤向NW逆沖,二者具有一致性。綜合表明磁組構(gòu)與斷層為同期構(gòu)造產(chǎn)物。磁組構(gòu)有效地記錄了這期脆性變形。

圖11 構(gòu)造變形與磁組構(gòu)對(duì)比圖(H8)Fig.11 Contrast diagram of structural deformation and magnetic fabric (H8)

采樣點(diǎn)H9,H36,H35,H10A,H10B位于同一條短剖面(圖12)。構(gòu)造解析表明該剖面存在三期構(gòu)造變形事件。H9位于剖面最東側(cè),緊鄰逆斷層的擦痕鏡面,局部巖石破碎。磁面理傾向NE,與逆斷層傾向一致,且近平行于斷層面。磁線理平行斷層走向,傾角較小。綜合表明 H9的磁組構(gòu)為逆斷層的同期產(chǎn)物。同時(shí),我們注意到,最小磁化率主軸向 NW傾伏,與斷層上盤逆沖方向具有一致性。該點(diǎn)矯正磁化率各向異度值較低,可能與局部碎裂作用相關(guān)(Ferré et al.,2014)。H35位于劈理帶之間。磁面理與劈理高角度相交,最大磁化率主軸和最小磁化率主軸均位于劈理之上,綜合反映磁組構(gòu)與劈理非同期構(gòu)造的產(chǎn)物。最小磁化率主軸向NW傾伏,指示應(yīng)變橢球體最小主應(yīng)變軸呈 NW–SE向,與逆斷層可能為同構(gòu)造產(chǎn)物。但該點(diǎn)位磁面理與逆斷層層面高角度相交。H36位于正斷層下盤,磁面理近直立,最小磁化率主軸近水平。最大磁化率主軸主要分布在第一象限,指示最大主應(yīng)變軸呈 NE–SW 向,而正斷層的最大主應(yīng)變軸為 NW–SE向,表明正斷活動(dòng)未對(duì)先期形成的磁組構(gòu)產(chǎn)生影響。H10A和H10B均位于逆斷層斷面附近,矯正磁化率各向異度值相較其他點(diǎn)位均較高。兩個(gè)點(diǎn)位的磁面理和磁線理均近直立,最小磁化率主軸呈 NW–SE向,且傾角較小,均指示NW–SE向擠壓變形。構(gòu)造解析NW–SE向擠壓晚于 NE–SW 向擠壓。但磁組構(gòu)只記錄到了晚期NW–SE向擠壓事件,表明NE–SW向擠壓雖然形成了明顯的構(gòu)造變形痕跡-劈理帶,但磁組構(gòu)當(dāng)時(shí)可能仍表現(xiàn)為沉積組構(gòu),或?qū)ζ溆兴涗?但被后期 NW–SE向應(yīng)力重置。但我們發(fā)現(xiàn),該剖面自東向西五個(gè)磁組構(gòu)點(diǎn)位,磁線理傾伏角逐漸變大,最西處已近直立。同樣的現(xiàn)象也表現(xiàn)在磁面理上。而最小磁化率主軸主要集中于 NW–SE向,且傾伏角較小,綜合表明自西向東 NW–SE向應(yīng)力逐漸減弱。基于上述認(rèn)識(shí),表明最東側(cè)的H9受到NW–SE向應(yīng)力作用相較其他點(diǎn)位較弱,若磁組構(gòu)對(duì)早期NE-SW 向應(yīng)力有所記錄,那么該點(diǎn)位磁組構(gòu)應(yīng)該有所記錄,而該點(diǎn)位磁組構(gòu)三個(gè)磁化率主軸均呈強(qiáng)烈的簇狀分布,磁線理近水平。未見早期NE–SW向應(yīng)力的痕跡。該剖面研究表明,多期脆性變形下,磁組構(gòu)可能對(duì)斷層的活動(dòng)更敏感。形成透入性劈理帶的 NE–SW 向構(gòu)造應(yīng)力未被磁組構(gòu)所記錄,磁組構(gòu)主要記錄了后期 NW–SE向應(yīng)力作用下斷層的逆沖事件。

圖12 構(gòu)造變形與磁組構(gòu)對(duì)比圖(H9,H36,H35,H10A,H10B)Fig.12 Contrast diagram of structural deformation and magnetic fabric (H9,H36,H35,H10A,H10B)

5.2 安寧河斷裂帶新生代構(gòu)造演化

本次研究上三疊統(tǒng)白果灣組記錄了三期構(gòu)造變形,中侏羅統(tǒng)益門組記錄了E–W向擠壓變形,因此三期擠壓變形均發(fā)生在上三疊統(tǒng)白果灣組沉積之后。上三疊統(tǒng)白果灣組至古近系雷打樹組為連續(xù)沉積,而新近系昔格達(dá)組不整合于古近系雷打樹組之上。因此本研究所揭示的三期擠壓變形可能主要發(fā)生在新生代,古近系雷打樹組沉積之后。本文推測(cè)早期 NE–SW 向擠壓變形事件可能與印亞板塊初始碰撞相關(guān)。該期主應(yīng)力在青藏高原東南緣均有所記錄:(1)紅河剪切帶北部的雪龍山在60～40 Ma發(fā)生快速剝蝕,指示強(qiáng)烈的NE向地殼縮短(Wang et al.,2020); (2)魯?shù)椤泻辖薨櫅_斷帶在59～39 Ma快速剝蝕,指示NE–SW向擠壓變形(Cao et al.,2020);(3)楚雄盆地和蘭坪—思茅地體內(nèi)發(fā)育有形成于古近紀(jì)NW–SE走向的褶皺(Burchfiel and Chen,2012);(4)九襄盆地磁組構(gòu)主要記錄了 40–20 Ma之間NE–SW向擠壓事件(李傳志,2019); (5)鮮水河斷裂帶在該期構(gòu)造應(yīng)力的作用下發(fā)生逆沖活動(dòng),并伴有32～27 Ma的混合巖化事件(Li and Zhang,2013)。但需要注意的是 NE–SW向主應(yīng)力在安寧河斷裂帶仍缺乏直接的年代學(xué)證據(jù)。本文推測(cè)該期應(yīng)力作用下,安寧河斷裂帶以擠壓變形為主,局部斷層發(fā)生逆沖和右旋走滑運(yùn)動(dòng),并形成走向 NW–SE的劈理帶。安寧河斷裂帶的重新激活可能是西昌盆地在40 Ma開始緩慢隆升的主要原因(Deng et al.,2018)。

針對(duì)安寧河斷裂帶的磷灰石和鋯石(U-Th)/He研究表明,安寧河斷裂上盤在漸新世(～24 Ma)存在快速剝蝕,主應(yīng)力場(chǎng)方向?yàn)?E–W 向(Wang et al.,2020)。本文推測(cè)小山剖面所記錄的 E–W向應(yīng)力可能同樣發(fā)生于漸新世,響應(yīng)青藏高原的向東生長(zhǎng)。在 E–W 向應(yīng)力場(chǎng)的控制下,安寧河斷裂帶以逆沖活動(dòng)為主,較大的逆沖分量是導(dǎo)致鄰區(qū)大涼山構(gòu)造帶隆升(30–20 Ma)的主要原因(Deng et al.,2014)。

本文推測(cè) NW–SE向主應(yīng)力可能主要響應(yīng)川滇地塊的側(cè)向擠出,即鮮水河—安寧河—小江斷裂帶的形成,可能主要發(fā)生在晚中新世(～10–5 Ma)。對(duì)于北段的鮮水河斷裂帶,該斷裂帶走滑運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)時(shí)間不會(huì)晚于9～14 Ma(Chen et al.,2020)。安寧河斷裂帶在晚中新世發(fā)生 E–W 向縮短到左行走滑的運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)變(Wang et al.,2020)。安寧河斷裂與則木河斷裂的幾何不規(guī)則性阻礙了川滇地塊的擠出(Yin and Luo,2021)。NW向應(yīng)力的積累導(dǎo)致大涼山斷裂的活動(dòng)(Yin and Luo,2021)。大涼山造山帶10 Ma的快速隆升可能與大涼山斷裂活動(dòng)的增強(qiáng)有關(guān)(鄧賓等,2016)。隨著大涼山斷裂活動(dòng)的增強(qiáng),川滇地塊進(jìn)一步擠出,而元謀盆地在4.9–1.4 Ma約12°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)標(biāo)志著鮮水河—安寧河—小江斷裂自北向南以左旋走滑形式貫通(Zhu et al.,2008)。

上新世以來(lái),安寧河斷裂帶經(jīng)歷了多次斷裂運(yùn)動(dòng)(張?jiān)罉虻?2004a)。這也是目前針對(duì)安寧河斷裂帶認(rèn)識(shí)最為詳細(xì)的階段:上新世晚期到早更新世(約 5 Ma左右),安寧河斷裂以左旋走滑活動(dòng)為主,整體活動(dòng)強(qiáng)度較弱。昔格達(dá)組開始沉積。地層內(nèi)發(fā)育的同沉積生長(zhǎng)斷層指示當(dāng)時(shí)的引張方向?yàn)楸睎|—南西向(張?jiān)罉虻?2004a)。早更新世末,元謀運(yùn)動(dòng)引起昔格達(dá)組地層褶皺變形。中晚更新世安寧河斷裂帶發(fā)生斷陷作用,形成兩塹夾一壘的構(gòu)造格局。而后,安寧河斷裂帶受北西—南東向擠壓作用,處于應(yīng)力積累階段,以左旋走滑活動(dòng)為主(胡亞軒等,2020)。

6 結(jié)論

(1)構(gòu)造解析表明,安寧河斷裂帶存在三期構(gòu)造變形。據(jù)切割關(guān)系判斷,第一期變形最大主應(yīng)力方向?yàn)?NE–SW 向,造成局部斷層的逆沖和右旋走滑運(yùn)動(dòng)。第二期變形最大主應(yīng)力方向?yàn)镋–W向,形成走向近N–S的劈理帶。第三期變形最大主應(yīng)力方向?yàn)镹W–SE向,以斷層的逆沖活動(dòng)為主。

(2)安寧河斷裂帶磁組構(gòu)樣品主要載磁礦物為順磁性的硅酸鹽礦物。兩條剖面均顯示磁面理較磁線理發(fā)育,磁化率橢球體以扁圓型為主。小山剖面最小磁化率主軸呈～E–W 向帶狀分布,表明最小主應(yīng)變軸呈～E–W 向; 紅莫鎮(zhèn)剖面最小磁化率主軸方位主要為NW–SE向,其次為～E–W向,表明最小主應(yīng)變軸呈NW–SE向和近E–W向,且以前者為主。構(gòu)造變形與磁組構(gòu)對(duì)比研究表明,多期脆性變形下,磁組構(gòu)對(duì)應(yīng)變的記錄具有差異性。在脆性變形地區(qū)開展磁組構(gòu)研究,應(yīng)建立在構(gòu)造解析基礎(chǔ)之上。

(3)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化、地層不整合關(guān)系以及年代學(xué)研究,本文推測(cè)早期 NE–SW 向擠壓可能與印亞板塊初始碰撞相關(guān)。NE–SW 向應(yīng)力場(chǎng)控制下安寧河斷裂重新激活。E–W向應(yīng)力可能主要響應(yīng)青藏高原的向東生長(zhǎng),可能主要發(fā)生在漸新世到早中新世。NW–SE向應(yīng)力可能主要響應(yīng)青藏高原的南東向生長(zhǎng),即川滇地塊的側(cè)向擠出。在此期間,鮮水河斷裂、安寧河斷裂和小江斷裂自北向南以走滑形式貫通。

致謝:成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院 5507工作室陳濤師弟、廖俊師弟參加了野外地質(zhì)調(diào)查。磁組構(gòu)樣品的制備和測(cè)試得到了來(lái)自中科院南海海洋研究所談曉冬老師和韓玉林老師的幫助。兩位匿名審稿人對(duì)本文提出了寶貴的意見。責(zé)任編輯對(duì)文稿做了大量的校對(duì)工作,在此一并表示衷心的感謝。

Acknowledgements:

This study was supported by Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences(No.XDA23090203),and National Natural Science Foundation of China (Nos.41602153 and 41472107).