盧海峰1, 2） 張 路1）

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元謀斷裂帶（晚）新生代構(gòu)造應(yīng)力場淺析

盧海峰張 路

1）中國地震局地殼應(yīng)力研究所（地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），北京 100085 2）中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

活動(dòng)斷裂帶是形跡組合、構(gòu)造地貌特征及力學(xué)性質(zhì)相呼應(yīng)的構(gòu)造體系。以元謀斷裂帶（晚）新生代地層內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造透鏡體、剪節(jié)理、張性裂隙等形跡組合及其發(fā)育序列為研究對象，通過吳氏網(wǎng)下半球赤平投影、節(jié)理玫瑰花圖及張性裂隙性質(zhì)分析等研究方法，推測元謀斷裂帶自（晚）新生代以來主要受早期的北北東-南南西向和晚期（元謀運(yùn)動(dòng)之后，約80萬年）的北北西-北西西向水平主壓應(yīng)力場作用，改變了構(gòu)造活動(dòng)性質(zhì)并確立了現(xiàn)在的構(gòu)造形跡、地貌。

活動(dòng)斷裂帶 形跡組合 新生代地層 發(fā)育序列 水平主壓應(yīng)力場

引言

新生代以來，印度板塊與歐亞板塊的匯聚、俯沖、碰撞、造山引起青藏高原的快速隆升，并在高原腹地及周緣產(chǎn)生大量的走滑斷裂帶（許志琴，1984；盧海峰等，2009a）。尤其新構(gòu)造期（中更新世）以來，因構(gòu)造逸脫（許志琴等，2006）而形成的川滇塊體內(nèi)部的元謀斷裂帶的晚第四紀(jì)活動(dòng)特征，對認(rèn)識該構(gòu)造帶在塊體中的協(xié)調(diào)作用及其力學(xué)機(jī)制成因意義明顯。本文主要通過對元謀斷裂帶新生代地層內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造形跡組合序列分析、應(yīng)力場恢復(fù)及其演化，以獲取元謀斷裂帶力學(xué)機(jī)制，探討構(gòu)造帶活動(dòng)特征及未來運(yùn)動(dòng)趨勢。

1 元謀斷裂帶地貌特征

元謀斷裂帶，前人稱之為元謀-綠汁江斷裂帶或元謀-昔格達(dá)斷裂帶，是一條橫貫于中國南北地震帶南西緣的左行走滑構(gòu)造帶（圖1）（申旭輝等，1996；盧海峰等，2009b）。自南而北，斷裂帶大致以南-北向呈緩波狀展布于易門三家廠、羅川、一平浪、元謀、江邊、昔格達(dá)、米易西、普威一帶（圖1），南與楚雄斷裂帶相交，北延與磨盤山斷裂帶銜接，總長度約270km，為川滇塊體內(nèi)部次級地塊的邊界活動(dòng)構(gòu)造帶（徐錫偉等，2003a；2003b），并控制了沿線羅川、舍資、化同、羊街、元謀、昔格達(dá)等多個(gè)盆地的演化（李慶晨等，1993；盧海峰等，2008；2009b）。元謀斷裂帶地表破裂構(gòu)造樣式表現(xiàn)為左行左階式（圖1）。依據(jù)構(gòu)造平面展布特征及其晚第四紀(jì)活動(dòng)性質(zhì)，可將斷層劃分為易門西—秧田井、化同—魚蚱和魚蚱以北3個(gè)段落。其中，易門西—秧田井段和化同—魚蚱段平面上呈舒緩波狀，魚蚱以北段則表現(xiàn)為近直線形，這種破裂的展布形式是與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特性及區(qū)域動(dòng)力學(xué)機(jī)制密不可分的。高精度衛(wèi)星遙感影像能夠清晰地展現(xiàn)這一復(fù)雜關(guān)系，并揭示出斷裂帶以左行斜列式或兩支平行構(gòu)造線展布。自一平浪以北，斷層兩側(cè)的沖溝、山脊地貌呈“S”形或以多個(gè)首尾連接的“S”形雁列式排列，沿構(gòu)造線除保存典型的溝槽谷地、斷層陡坎以外，張性裂隙、單側(cè)微型褶系也普遍發(fā)育；舍資至蘇家莊一帶，山脊、沖溝、河流等地貌呈現(xiàn)“S”形的中間主軸線基本表現(xiàn)為平行的2條線，走向約為北東10o，且斷層西側(cè)發(fā)育小型褶皺，褶皺軸面產(chǎn)狀為270o∠10o，表明斷層在走滑的同時(shí)，可能局部受到來自近東西方向主壓應(yīng)力的作用。蘇家村至大岔路一帶，構(gòu)造帶處的沖溝、山脊地貌明顯表現(xiàn)為“S”形，且多個(gè)首尾相連的“S”形形變主軸以與主構(gòu)造剪裂面呈約30o的交角斜列，揭示出構(gòu)造走滑的運(yùn)動(dòng)幅度更為突出。化同盆地南側(cè)不遠(yuǎn)處的秧田井附近，則發(fā)育了長約3km近南東走向的張性裂隙，與主斷裂剪裂面呈40o夾角，張性裂隙北側(cè)山脊、沖溝等地貌平面幾何形態(tài)上表現(xiàn)為雙重逆沖構(gòu)造，為走滑斷裂帶簡單剪切的幾何典型特征，揭示出斷裂走滑兼擠壓的特性。而羊街、化同兩盆地間，發(fā)育一近東-西向張性裂隙，該構(gòu)造裂隙西側(cè)發(fā)育了一個(gè)相當(dāng)規(guī)模且褶皺軸呈北北東向的褶曲，褶曲西側(cè)的龍川江流域地貌形態(tài)呈向東突出的弧型樣式，這些構(gòu)造地貌特征表明，此處近期受到了北西西-南東東向水平主壓應(yīng)力作用的影響。元謀盆地及北側(cè)地表上，發(fā)育許多北北西向小規(guī)模張性裂隙（盧海峰等，2009b），而斷裂左行走滑特征地貌并不十分突出，可能與北北西-南南東向作用力作用造成斷層較強(qiáng)傾滑活動(dòng)的結(jié)果。魚蚱以北，斷層平面上以直線性展布為特征。

另外，在一平浪以南，衛(wèi)星影像所揭示出的構(gòu)造活動(dòng)特性盡管不典型，但在羅川盆地一帶，斷層地貌線呈東向弧型展布，表明新構(gòu)造期存在局部的近東西向最大主應(yīng)力方向。

2 元謀斷裂帶及其附近晚新生代構(gòu)造形跡組合特點(diǎn)及應(yīng)力場分析

依據(jù)新生帶地層內(nèi)發(fā)育的各種構(gòu)造形跡，包括大、中、小型及顯微構(gòu)造，尤其是地層序列中不同層位的構(gòu)造形跡變化，如：發(fā)育在中生代末期地層內(nèi)、新生代地層內(nèi)的應(yīng)變橢球體、共軛節(jié)理等構(gòu)造形跡，若反演出多期明顯不同方向的構(gòu)造應(yīng)力場，即可對代表不同期序列地層內(nèi)所發(fā)育的構(gòu)造形跡進(jìn)行古應(yīng)力場方向的恢復(fù)和演變過程，探索研究區(qū)新生代構(gòu)造應(yīng)力場變化趨勢，是進(jìn)一步分析研究區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)地貌特征與新生代應(yīng)力場變化趨勢的關(guān)系，進(jìn)行斷裂活動(dòng)趨勢及地震危險(xiǎn)性預(yù)測。本文在對節(jié)理配套與分期、褶皺形態(tài)特征等基礎(chǔ)理論掌握的基礎(chǔ)上，以不同序列地層中發(fā)育的小型構(gòu)造形跡能夠明顯反映出不同期的古構(gòu)造應(yīng)力場為物質(zhì)基礎(chǔ)，開展了以下工作。

元謀斷裂帶沿線發(fā)育的地層年代跨度大，既有元古代、古生代的變質(zhì)巖、巖漿巖，也有中生代形成的沉積巖系，尤其是控制的新生代盆地內(nèi)，發(fā)育了古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì)地層，這對研究該區(qū)新生代以來的應(yīng)力場特征提供了豐富的寄宿空間。

蒼山西露頭發(fā)育的斷層溝槽寬0.7—3m，破碎帶由多支次級構(gòu)造組成，構(gòu)造面均傾向西，傾角陡，走向約5o，切錯(cuò)了古近紀(jì)紫色泥層（E），露頭東側(cè)泥層中發(fā)育了由擠壓走滑作用形成的似“正花狀”構(gòu)造（圖2），這可能與構(gòu)造擠壓作用有關(guān)。在附近斷裂西側(cè)保存小型褶皺，褶皺軸面產(chǎn)狀為270o∠10o，可能受斷裂左旋運(yùn)動(dòng)所致。沿?cái)嗔寻l(fā)育并錯(cuò)開的中軸長50—60m、扇緣寬10—15m的二期坡洪積物底部細(xì)砂層熱釋光樣品的年齡為（85.99±7.31）ka B.P.（盧海峰等，2008）。這可能與晚更新世因來自北西方向的主壓應(yīng)力作用有關(guān)，使得斷層產(chǎn)生了左行兼逆沖運(yùn)動(dòng)，并伴隨發(fā)育了次級似“花狀構(gòu)造”。

而蒼山北不遠(yuǎn)處的斷層破碎帶內(nèi)發(fā)育一構(gòu)造透鏡體，經(jīng)實(shí)地測量，a、b、c軸比例關(guān)系為1.6：1：0.55，且ab面走向北東10o—12o，向東傾斜，傾角平均85o，ac面向西傾斜，傾角約25o。同時(shí)巖性內(nèi)（K）發(fā)育的張性節(jié)理走向?yàn)楸北睎|-南南西向（圖3），這種剪切應(yīng)變橢球體的形態(tài)反映了主壓應(yīng)力水平方向或形變水平縮短方向應(yīng)在10o—35o。同時(shí)，斷面上發(fā)育斜向上的擦痕，其傾向190o，視傾角20o。上述特征表明，這些構(gòu)造性質(zhì)是由斷層較早期右行逆沖運(yùn)動(dòng)所致。

在蘇家莊一帶，晚侏羅紀(jì)泥質(zhì)板巖中發(fā)育由節(jié)理組成的近似透鏡體或菱形結(jié)環(huán)（圖4a），a、b、c軸平均長度分別為40cm、30cm、15cm，b軸近直立且具垂向擦痕，bc面走向330o（傾角70o），并切割區(qū)域節(jié)理，ab面略向北西傾斜。露頭菱形結(jié)環(huán)內(nèi)部及附近發(fā)育了多條總體走向?yàn)?5o—30o的張性節(jié)理，此處地層產(chǎn)狀235o∠80o，區(qū)域節(jié)理面產(chǎn)狀分別為278o∠80o、260o∠75o。依據(jù)張、剪性節(jié)理發(fā)育特征與區(qū)域節(jié)面的交切關(guān)系及a、b、c三應(yīng)變軸的幾何特征，暗示了早期的南南西-北北東向水平主壓應(yīng)力作用使斷層發(fā)生逆沖活動(dòng)。

在阿卡拉一帶，斷層走向355o，傾向西，近直立，斷層面上發(fā)育大量擠壓橢球體，隨機(jī)測量了三個(gè)橢球體（圖4b）：① a、b、c軸長度分別為4.3cm、3.3cm、2.8cm，ab面傾向北，a軸傾向65o，b軸傾向15o，c軸傾向215o；② a、b、c軸長度分別為6cm、5cm、4cm，ab面近水平；③ a、b、c軸長度分別為9cm、6.5cm、4cm，產(chǎn)狀類似①。由此分析，斷層表現(xiàn)為左行壓扭活動(dòng)。這說明區(qū)域近現(xiàn)代最大主壓應(yīng)力水平方向位于bc軸面與斷面走向之間，即大致北西向。

上述透鏡體附近，斷層走向25o，傾向東，傾角50o，上陡下緩，將東-北向砂巖、泥質(zhì)板巖切開，西側(cè)為泥質(zhì)板巖，強(qiáng)烈揉皺，上部呈弧形向上，表現(xiàn)為逆沖的性質(zhì)，寬約4—5m。斷面東側(cè)砂巖產(chǎn)狀為108o∠55o，巖層內(nèi)發(fā)育了多組節(jié)理，從中能夠發(fā)現(xiàn)一組走向?yàn)?35o的節(jié)理與走向0o的節(jié)理互相限制和交切，應(yīng)為共軛節(jié)理，結(jié)合節(jié)理走向（表1，圖5）推斷，應(yīng)力方向?yàn)楸北蔽?南南東向。在其北100m處的白堊紀(jì)地層內(nèi)，同樣發(fā)育了兩組方向的共軛節(jié)理，其平均產(chǎn)狀分別為285o∠85o—90o和140o∠70o—90o，表明較早期的水平主壓應(yīng)力方向?yàn)楸北睎|-南南西向（圖6）。

表1 觀測點(diǎn)節(jié)理走向統(tǒng)計(jì)表

在和尚莊東側(cè)的次級斷層西側(cè)現(xiàn)代亞粘土內(nèi)，發(fā)育大量近南北走向張性裂隙，近直立。而馬尿?yàn)硵鄬游鱾?cè)附近，發(fā)育大量各具形態(tài)的張性裂隙，其走向均為350o。表明此處現(xiàn)代主壓應(yīng)力水平方向?yàn)楸北蔽?南南東向。

在向家灣附近，產(chǎn)狀為300o∠40o的紫紅色泥巖（K）內(nèi)發(fā)育產(chǎn)狀分別為290o∠60o—65o、70o∠70o—80o的共軛剪節(jié)理面（圖7），表明主壓應(yīng)力方向近北-南向，且并無其他方向節(jié)理發(fā)育。

在該點(diǎn)東側(cè)，泥巖明顯片理化，揉皺變形，巖層走向10o，傾向西，傾角陡，近斷層處強(qiáng)烈褶曲，因構(gòu)造強(qiáng)烈和走滑作用，致使斷層附近巖層產(chǎn)狀與其西側(cè)的較穩(wěn)定地層發(fā)生了變化，體現(xiàn)出斷層左旋逆沖的活動(dòng)方式。另外，揉皺變形的紅褐色泥巖及頂層泥質(zhì)粘土內(nèi)因剪切作用，也表現(xiàn)出清晰的共軛剪節(jié)理構(gòu)造形跡，產(chǎn)狀分別為85o∠70o—80o、25o∠40o，所揭示的主壓應(yīng)力方向應(yīng)為北北西-南南東向，為最新構(gòu)造主壓應(yīng)力場方向。此處在構(gòu)造地貌上，斷層兩側(cè)T階地高差并無明顯的變化，T階地西低東高，高差約2m，T階地西低東高，高差4—5m。T階地內(nèi)礫石層頂部細(xì)砂樣品時(shí)代不早于晚更新世中晚期（申旭輝等，2003）。

在杞哉一帶，Q—Q地層內(nèi)普遍發(fā)育南-北向張性裂隙。

在化同盆地西南-東西向河溝拐彎處，斷層走向45o，傾向西北，傾角50o，斷層泥寬約2cm，斷面擦痕大量發(fā)育，兩組擦痕所在的節(jié)理面產(chǎn)狀分別為230o∠70o、近東-西向直立，為共軛節(jié)面。由此推測主壓應(yīng)力方向北西西（圖8），為現(xiàn)代主壓應(yīng)力場方向。

在老悟村東棕黃色砂質(zhì)泥巖（巖性時(shí)代K-E）中，發(fā)育走向60o的張性節(jié)理，近豎直，其上部分的棕紅色砂層上段厚約1m的淺棕褐色砂層內(nèi)（巖性時(shí)代N—Q）張性節(jié)理走向?yàn)?0o—40o。而附近的Q—Q地層中，節(jié)理走向?yàn)?10o—320o，Q地層中張性裂隙走向355o。由此可以推測，此處的主壓應(yīng)力方向是由早期的北北東向轉(zhuǎn)變?yōu)橹衅诘谋蔽?南東向及晚期的北西西-北北西方向（圖9）。

通過野外大量節(jié)理產(chǎn)狀數(shù)據(jù)的觀測結(jié)果，獲取了元謀縣城東南上那蚌一帶的節(jié)理走向的玫瑰花圖（圖10），而元謀縣城東灣云一帶，斷層走向350o，傾向北東，傾角40o，斷層帶寬約1m，呈紫紅色碎裂帶，巖石為泥質(zhì)，產(chǎn)狀98o∠40o—50o；斷層?xùn)|側(cè)附近地層為紫色礫巖（E，主要為泥巖，含鈣質(zhì)、硅質(zhì)），斷層西側(cè)為灰色的Ca質(zhì)泥層（產(chǎn)狀：92o∠50o—60o)，表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)。斷層上斷點(diǎn)被現(xiàn)代礫石層覆蓋，此處上盤內(nèi)節(jié)理產(chǎn)狀分別為350o∠70o、70o∠80o（圖11），表明為較早期北北東向應(yīng)力場所致?？h城東北方向下雷弄一帶，由節(jié)理傾向、傾角玫瑰花圖（圖12A）表明，晚新生代主壓應(yīng)力水平方向?yàn)楸北蔽?南南東向。

在紅格一帶的昔格達(dá)組地層中，灰黑色泥巖地層（早更新統(tǒng)）呈平行層理，其產(chǎn)狀為160°∠35°，其內(nèi)發(fā)育的兩組共軛節(jié)理，走向分別為280o和50o，由此獲取該套節(jié)理所揭示的構(gòu)造應(yīng)力場方向?yàn)榻北蔽?南南東向。而斷層北段米易西N—Q地層中所測量的節(jié)理傾向、傾角所反映的玫瑰花圖（圖12B）表明，此處附近近現(xiàn)代主壓應(yīng)力場方向近南-北向。

綜合上述特征，獲得元謀斷裂帶（晚）新生代地層中構(gòu)造應(yīng)力場一覽表（表2）。因滇中次級塊體漸新世晚期或中新世早期以來發(fā)生過大規(guī)模的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，累計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)量達(dá)30o—48o（徐錫偉等，2003a；2003b），這種轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)與新生代早期印度板塊向北運(yùn)動(dòng)，并與歐亞大陸匯聚、碰撞密不可分，同時(shí)使得位于碰撞帶東北方向的研究區(qū)域早期應(yīng)力場水平方向呈北北東-南南東向。隨著碰撞的加劇和青藏高原的快速隆升，喜馬拉雅造山帶形成以后，印度板塊與歐亞大陸之間的“硬碰撞”趨于相對平衡（盧海峰等，2008）。青藏高原薄皮構(gòu)造內(nèi)部物質(zhì)沿滑脫層四周滑逸，這可能是青藏高原下地幔對流應(yīng)力場導(dǎo)致高原地殼破裂的結(jié)果（熊熊等，2007），并在青藏高原東緣形成多個(gè)活動(dòng)塊體和斷裂構(gòu)造帶（盧海峰等，2008）。青藏高原物質(zhì)對川滇塊體的東向擠出，導(dǎo)致研究區(qū)域在早更新世晚期（元謀運(yùn)動(dòng)之后，約80萬年）或新構(gòu)造期（中更新世以來）表現(xiàn)為北北西-北西向構(gòu)造應(yīng)力場，與川滇塊體現(xiàn)代擴(kuò)張方向北東-南西66.9o基本一致（李延興等，2003）。

表2 元謀斷裂帶（南→北）新生代地層構(gòu)造主壓應(yīng)力場方向（粗略分為早期和晚期（元謀運(yùn)動(dòng)之后）兩期）

3 結(jié)論

通過對元謀斷裂帶發(fā)育的構(gòu)造形跡采取吳氏赤平投影（下半球）、節(jié)理玫瑰花圖及張性節(jié)理性質(zhì)研究分析，并結(jié)合斷錯(cuò)地貌、小型褶曲構(gòu)造特征和前人研究成果（申旭輝等，1996；2001；盧海峰等，2008；2009b；2011），獲取了元謀斷裂帶（晚）新生代以來主要受早期的北北東-南南西向構(gòu)造應(yīng)力場和晚期（元謀運(yùn)動(dòng)后）的北北西-北西西向構(gòu)造應(yīng)力場作用，并確立了現(xiàn)在的地貌、構(gòu)造形跡。

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Tectonic Stress Field on the Yuanmou Fault Zone during the (Late) Cenozoic

Lu Haifengand Zhang Lu

1）Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China 2）School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

The feature of active fault zone is generally characterized by echoing each other among structure assemblages, landform and mechanical properties. In this study we measured the tectonic lenticularbodies, shear joints and tensional fracture developed in the fault zone in the field, and then we projected the measurements into Wulff Net with lower hemisphere, and made rose diagram of joint and tensional fracture. The studied results show that horizontal principal stress is in the NNE-SSE direction during early period and horizontal principal stress is in the NNW-NWW direction during late period (after Yuanmou Motion, about 0.8Ma ago). Such stress field has the great effect on not only the activity of Yuanmou fault, but also the current characteristics of tectonics and landform.

Active fault zone；Structure assemblages；Cenozoic stratigraphic；Developing sequence；Horizontal principal stress field

中國地震局公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（ZDJ2011-04），青年科學(xué)基金（41002074），元謀斷裂1:5萬地質(zhì)填圖共同資助

2012-12-29

盧海峰，男，生于1975年。副研究員。主要從事構(gòu)造地質(zhì)、地震地質(zhì)研究。E-mail: luhf_0_0@sohu.com