譚錫斌

(中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

龍門山作為青藏高原的東邊界，是一個(gè)從青藏高原到四川盆地的陡直的過(guò)渡地帶，其新生代的造山運(yùn)動(dòng)受到約50 Ma年前印度板塊和歐亞板塊碰撞的影響。2008汶川地震及其后續(xù)的研究證明了其晚更新世以來(lái)的活躍性，但是對(duì)于龍門山推覆構(gòu)造帶及其鄰近地區(qū)的新生代的演化過(guò)程的認(rèn)識(shí)還較缺乏。另外前人對(duì)于青藏高原東緣的隆升起始時(shí)間以及隆升機(jī)制等問(wèn)題，做了大量研究，但仍存在不一致的看法。高原東緣隆升起始時(shí)間主要有兩類觀點(diǎn)：①高原東緣隆升開始于距今20～30 Ma，并經(jīng)歷過(guò)幾次冷卻事件；②距今約10 Ma以來(lái)高原東緣開始隆升，之前處于穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于青藏高原東緣龍門山推覆構(gòu)造帶的隆升機(jī)制，存在兩種截然不同的看法：①剛性塊體的側(cè)向擠出；②下地殼流動(dòng)。

本研究采用鋯石和磷灰石裂變徑跡法，對(duì)龍門山推覆構(gòu)造帶不同地區(qū)的巖石進(jìn)行系統(tǒng)的新生代以來(lái)的熱演化歷史研究。結(jié)合前人已有的熱年代學(xué)數(shù)據(jù)，揭示龍門山推覆構(gòu)造帶及其鄰近構(gòu)造單元的巖石新生代剝露過(guò)程，以及它與斷層活動(dòng)的關(guān)系，并對(duì)青藏高原東緣的隆升機(jī)制進(jìn)行了討論。

龍門山推覆構(gòu)造帶整體表現(xiàn)為從南向北裂變徑跡年齡逐漸變老的特征，表明新生代平均剝蝕速率從南往北逐漸降低的趨勢(shì)。南段斷層上盤離斷層較近的位置，樣品鋯石裂變徑跡(ZFT)年齡大多為11～14 Ma，隨著離斷層距離的增加，年齡增大到25～35 Ma，高原內(nèi)部樣品的ZFT年齡進(jìn)一步增大到200 Ma左右；中段的ZFT最年輕的年齡出現(xiàn)在位于汶川—茂縣斷層上盤的雪隆包雜巖，為10.6 Ma，其余樣品均大于(或等于)40 Ma；北段ZFT則全部大于60 Ma，表明其新生代未發(fā)生退火。對(duì)于磷灰石裂變徑跡(AFT)年齡來(lái)說(shuō)，南段大部分樣品年齡分布在1.9～5 Ma之間，高原內(nèi)部的樣品年齡則大于10 Ma；中段最年輕的樣品仍出現(xiàn)在雪隆包雜巖，為2.1 Ma，其他AFT年齡大多在8 Ma附近，盆地內(nèi)的AFT年齡則大多30 Ma；北段AFT年齡明顯較老，分布在30～189 Ma之間。南段最快剝蝕速率達(dá)約2.1 mm/a(約1.9 Ma以來(lái))，中段最快剝蝕速率達(dá)約1.9 mm/a(2.1 Ma以來(lái))，北段最快剝蝕速率為0.1 mm/a(33 Ma以來(lái))。另外，南段、中段、北段多條斷層表現(xiàn)出上盤年齡較小、下盤年齡較大的現(xiàn)象，表明新生代以來(lái)斷層兩側(cè)存在差異剝蝕，且全部斷層表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)。南段和中段斷層兩側(cè)的差異剝蝕量較大，而北段較小，表明南段和中段的斷層逆沖運(yùn)動(dòng)速率大于北段。龍門山推覆構(gòu)造帶中段的總剝蝕寬度明顯較大，揭示出其主斷層的低傾角(約30°)特征。南段斷層活動(dòng)有逐漸向盆地遷移的特征，青藏高原和四川盆地現(xiàn)今的運(yùn)動(dòng)差異主要被山前斷裂和盆地內(nèi)的隱伏斷層所吸收。

位于龍門山推覆構(gòu)造帶西南的貢嘎山巖體新生代晚期快速冷卻，也表現(xiàn)出南快北慢的特征。南端約1 Ma以來(lái)的隆升速率超過(guò)(3.3±0.8) mm/a，北端隆升速率約(1.0～1.9) mm/a (約6 Ma以來(lái))。巖體周邊的三疊系地層剝蝕較慢，表明青藏高原在整體橫向擠出、緩慢隆升的基礎(chǔ)上，還存在著一些特殊的局部快速隆升區(qū)域。通過(guò)對(duì)川滇地塊水平運(yùn)動(dòng)的矢量分析，我們認(rèn)為貢嘎山花崗巖體是鮮水河斷裂至安寧河斷裂間擠壓彎曲段吸收、轉(zhuǎn)換青藏高原塊體向東、向南東水平運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致局部快速隆升的產(chǎn)物。

位于龍門山推覆構(gòu)造帶南段西側(cè)的丹巴背斜，出露了一套從前寒武雜巖到三疊系變質(zhì)巖的完整地層，是研究松潘—甘孜褶皺帶中生代-新生代的變質(zhì)、構(gòu)造變形的重要“窗口”。前人做了大量研究，但是30 Ma以來(lái)冷卻歷史仍然模糊不清。本研究在丹巴背斜獲得了30個(gè)AFT和ZFT年齡，給出了丹巴背斜不同部位新生代以來(lái)的冷卻歷史。研究顯示丹巴背斜地區(qū)的巖石從約25 Ma開始持續(xù)冷卻至今，平均冷卻速率從核心部位的(13.0±1.2)℃/Ma，降低到次核心的(10.5±1.1)℃/Ma，進(jìn)一步降低到背斜邊緣的(6.0±1.0)℃/Ma，約25 Ma以來(lái)的總剝蝕量從核心的13～15千米降低到邊緣的5～7千米。根據(jù)巖石的最高變質(zhì)溫度以及新生代的冷卻量，新生代以來(lái)丹巴背斜的變形占總變形的1/4～1/2。研究表明，丹巴背斜地區(qū)距今約25 Ma開始受到印度板塊和歐亞板塊碰撞的影響，表現(xiàn)為北東向縮短，且新生代的構(gòu)造變形受到中生代或更老的構(gòu)造背景所影響。

龍門山推覆構(gòu)造帶北段西側(cè)的岷山為新生代晚期快速抬升的山體(Kirby et al,2002)。本研究在岷山地區(qū)獲得了12個(gè)AFT年齡和徑跡長(zhǎng)度分布。通過(guò)Hefty軟件，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行熱歷史模擬，獲得了10個(gè)樣品的冷卻歷史，揭示出其新生代經(jīng)歷了兩次冷卻事件，時(shí)間分別為距今30～50 Ma和5～0 Ma。距今5～0 Ma的總冷卻量約40℃，對(duì)應(yīng)的剝蝕量約1～2 km，剝蝕速率0.2～0.4 mm/a。岷山地區(qū)的斷層活動(dòng)也表現(xiàn)出隨時(shí)間向東轉(zhuǎn)移的特征。GPS資料揭示的岷山地區(qū)2～3 mm/a的縮短速率，可以造成岷山0.2～0.4 mm/a的隆升，不需要下地殼流動(dòng)假說(shuō)的支持。

通過(guò)對(duì)以上不同構(gòu)造單元的冷卻歷史的研究，揭示出研究區(qū)在距今約30 Ma開始受到印度板塊和歐亞板塊碰撞的影響而逐漸抬升，冷卻速率總體表現(xiàn)為南快北慢的特征。龍門山推覆構(gòu)造帶以及岷江斷裂帶的斷層活動(dòng)均表現(xiàn)出向盆地轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。本研究所揭示的上地殼變形樣式，以及抬升的起始時(shí)間等結(jié)論，均不支持下地殼流動(dòng)假說(shuō)對(duì)青藏高原東緣隆升機(jī)制的解釋。主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面：

(1) 龍門山推覆構(gòu)造帶汶川—茂縣斷層表現(xiàn)為逆沖運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，并非下地殼流動(dòng)所認(rèn)為的正斷性質(zhì)；剝蝕量最大的區(qū)域位于后山斷裂上盤，與下地殼流動(dòng)假說(shuō)所認(rèn)為的剝蝕量最大的區(qū)域(寶興雜巖和彭灌雜巖)有所不同。

(2) 龍門山推覆構(gòu)造帶中段的汶川—茂縣斷裂、北川—映秀斷裂以及彭灌斷層控制的抬升區(qū)域很寬，表明其斷層較緩，即斷層傾角較低，而下地殼流動(dòng)假說(shuō)通常認(rèn)為龍門山推覆構(gòu)造帶為高角度逆斷層。

(3) 高原東緣龍門山區(qū)及其附近地區(qū)的抬升起始時(shí)間在距今30 Ma左右，而下地殼流動(dòng)假說(shuō)通常認(rèn)為高原東緣不同區(qū)域的抬升起始時(shí)間較一致，且非常年輕，距今約10 Ma (Clark等，2005)。

(4) 丹巴背斜的變形，受到中生代老構(gòu)造的控制，表明青藏高原并非均勻的連續(xù)變形的物質(zhì)。丹巴背斜的變形表現(xiàn)出北東向上地殼擠壓縮短，這種現(xiàn)象用下地殼流動(dòng)假說(shuō)無(wú)法解釋。

(5) 岷山大部分地區(qū)的剝蝕速率較低，僅0.2～0.4 mm/a，GPS揭示的岷山2～3 mm/a的縮短速率可以通過(guò)虎牙斷裂的逆沖運(yùn)動(dòng)控制岷山的隆升，無(wú)需下地殼流動(dòng)的支持。