郭進(jìn)京, 韓文峰, 王志強(qiáng), 馬兆武, 梁收運(yùn), 于 飛, 劉 高

1)天津城市建設(shè)學(xué)院地質(zhì)與測(cè)繪學(xué)院, 天津 300384;

2)甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 甘肅蘭州 730000;

3)蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院, 甘肅蘭州 730000

西秦嶺北緣斷裂帶漳縣—車(chē)廠斷層的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造演化

郭進(jìn)京1), 韓文峰1), 王志強(qiáng)2), 馬兆武2), 梁收運(yùn)3), 于 飛3), 劉 高3)

1)天津城市建設(shè)學(xué)院地質(zhì)與測(cè)繪學(xué)院, 天津 300384;

2)甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 甘肅蘭州 730000;

3)蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院, 甘肅蘭州 730000

西秦嶺北緣斷裂帶是青藏高原東北緣主要構(gòu)造邊界斷裂帶之一, 其構(gòu)造變形歷史和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征研究可以為西秦嶺中新生代構(gòu)造過(guò)程和印度—亞洲板塊碰撞動(dòng)力學(xué)的遠(yuǎn)程構(gòu)造響應(yīng)提供約束。漳縣—車(chē)廠斷層是西秦嶺北緣斷裂帶的重要組成部分, 通過(guò)對(duì)工程開(kāi)挖所揭露的斷層帶內(nèi)豐富構(gòu)造現(xiàn)象的觀測(cè)與分析,至少可以辨別出 3期性質(zhì)、規(guī)模、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征各異的構(gòu)造變形事件。第一期為向北北東陡傾的伸展正斷層作用; 第二期為向南南西傾的由南向北的逆沖斷層作用; 第三期為沿近直立斷面左旋走滑作用。盡管每期變形的時(shí)代尚缺乏構(gòu)造物質(zhì)測(cè)年的約束, 但根據(jù)其與白堊系、新近系的空間關(guān)系以及已有第四紀(jì)以來(lái)沿?cái)鄬拥孛参诲e(cuò)和相關(guān)沉積物測(cè)年以及地震活動(dòng)歷史研究對(duì)斷層左旋走滑作用的時(shí)代約束, 認(rèn)為第一期伸展正斷層作用起始于早白堊紀(jì), 可能持續(xù)到漸新世; 第二期向北逆沖斷層作用起始于漸新世初, 可能持續(xù)到早第四紀(jì);第三期左旋走滑斷層作用起始于晚第四紀(jì), 持續(xù)至今。漳縣—車(chē)廠斷層是一條典型的多期變形的脆性斷層,其變形特征與歷史, 如果代表了西秦嶺北緣斷裂帶特征與構(gòu)造變形過(guò)程, 那么現(xiàn)今西秦嶺北緣斷裂帶僅是起始于早白堊紀(jì)、新生的脆性斷裂帶, 并非是印支主造山期大規(guī)模韌性逆沖推覆作用的邊界斷層。

西秦嶺北緣斷裂帶; 漳縣—車(chē)廠斷層; 斷層帶結(jié)構(gòu); 斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)

斷裂帶是上地殼中最重要的構(gòu)造類(lèi)型, 特別是區(qū)域性斷裂帶常構(gòu)成不同構(gòu)造單元之間構(gòu)造邊界。這些具有構(gòu)造邊界性質(zhì)的區(qū)域性斷裂帶不僅規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 而且活動(dòng)歷史長(zhǎng), 其作為大陸地殼中構(gòu)造敏感區(qū), 不僅記錄了斷裂帶本身的構(gòu)造變形歷史、幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換(斷層巖)等構(gòu)造過(guò)程信息, 而且還是不同地質(zhì)單元或地塊的形成與演化及其相互之間時(shí)空關(guān)系的重要地質(zhì)信息源(Alpar et al., 2002; Ko?yi?it et al., 1998, 2001; Lin et al., 2001; Picha, 2002; Reid et al., 2002; Tsutsumi et al., 2001; 施煒等, 2003; 張秋文等, 2004)。西秦嶺北緣斷裂帶是我國(guó)西部主要的構(gòu)造邊界斷裂帶之一,海西—印支主造山期曾是秦嶺微板塊與北秦嶺地塊之間的拼合邊界(張國(guó)偉等, 2001, 2004; 高銳等,2006; 王宗起等, 2009), 中—新生代又構(gòu)成了隴西盆地與西秦嶺山系的盆山構(gòu)造邊界, 是我國(guó)主要的活動(dòng)斷裂帶之一, 在我國(guó)西部構(gòu)造格局的形成與演化中占有重要地位。雖然前人對(duì)此做過(guò)大量專(zhuān)門(mén)研究, 但多局限于晚新生代, 特別是第四紀(jì)以來(lái)地震活動(dòng)、左旋走滑位移及其地貌特征研究(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局, 1996; 康來(lái)迅等, 1999; 袁道陽(yáng)等,1999; 曹娟娟等, 2003; 李傳友等, 2006, 2007, 2010)和與西秦嶺北緣斷裂帶相鄰的新生代紅層盆地(臨夏盆地、天水盆地等)沉積學(xué)、古地磁年代學(xué)、裂變徑跡熱年代學(xué)、古生物學(xué)、地球化學(xué)、構(gòu)造變形等綜合研究(李吉均等, 1996; 方小敏等, 1997; 王修喜等, 2006; 王志才等, 2006; 袁道陽(yáng)等, 2007; Zheng et al., 2003), 以及大區(qū)域構(gòu)造綜合分析(姜曉偉等,2003; 張?jiān)罉虻? 2005), 尚缺乏對(duì)北緣斷裂帶本身系統(tǒng)揭露、詳細(xì)觀測(cè)研究。西秦嶺北緣斷裂帶包括哪些斷層, 這些斷層帶物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征以及其記錄的斷層變形期次、變形性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征如何,斷裂帶與中新生代紅層盆地的動(dòng)力學(xué)聯(lián)系是前陸沖斷還是伸展拉張或走滑拉分等問(wèn)題, 尚缺乏斷層的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及其變形歷史研究的地質(zhì)約束。本文通過(guò)對(duì)西秦嶺北緣斷裂帶的主要斷層之一——漳縣—車(chē)廠斷層的工程揭露斷面的野外詳細(xì)觀測(cè), 查明了組成該斷層帶的斷層巖類(lèi)型, 根據(jù)斷層巖特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)志和構(gòu)造截切關(guān)系, 確定該斷層經(jīng)歷了運(yùn)動(dòng)學(xué)特征不同的 3期變形事件, 并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析, 探討了北緣斷裂帶 3期變形事件的地質(zhì)意義。

1 漳縣—車(chē)廠斷層的地貌特征

西秦嶺北緣斷裂帶東起天水, 沿北西 300°方向延伸, 經(jīng)甘谷、武山、漳縣, 越洮河, 過(guò)臨夏至尖扎與南祁連南邊界斷層相接, 全長(zhǎng)近 300 km, 由 6條規(guī)模不同的、相互近于平行的斷層組成, 筆者曾稱(chēng)之為西秦嶺北緣斷層系(郭進(jìn)京等, 2009)。漳縣—車(chē)廠斷層是西秦嶺北緣斷裂帶中段主要斷層之一, 該斷層地貌上呈北西西向線狀負(fù)地形,漳縣—三岔—車(chē)廠—分水嶺的線形溝谷地貌正是斷層的延伸方向, 沿?cái)鄬觾蓚?cè)分布由斷層控制的小型白堊紀(jì)紅層盆地和新近紀(jì)紅層盆地(圖1)。漳縣—車(chē)廠斷層晚第四紀(jì)以來(lái)左旋走滑造成的沖溝左旋位移的微地貌特征、歷史地震活動(dòng)以及由地震活動(dòng)形成的堰塞塘沉積特征已有較詳細(xì)研究(康來(lái)迅等, 1999;袁道陽(yáng)等, 1999; 曹娟娟等, 2003; 李傳友等, 2006,2007, 2010)。斷層主要斷在二疊系結(jié)晶灰?guī)r、碎屑灰?guī)r、生物灰?guī)r、炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖和石炭系變質(zhì)砂巖、板巖中, 斷層南北兩側(cè)高聳山體主要由碳酸鹽巖地層組成(圖2)。

2 漳縣—車(chē)廠斷層帶結(jié)構(gòu)特征與變形歷史

圖1 西秦嶺漳縣—車(chē)廠地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)1: 250000岷縣幅地質(zhì)圖(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院, 2007)簡(jiǎn)化修改)Fig. 1 Simplified geological map of Zhangxian-Chechang area in the northern margin of West Qinling(simplified and revised after 1:250000 Minxian Geological Map by Geological Survey of Gansu Province, 2007)

斷層巖(fault rocks)是斷層兩盤(pán)在斷層作用中被改造形成的具有特征性結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物成分的巖石, 一般分為韌性變形的糜棱巖和脆性變形的碎裂巖兩大類(lèi), 其中碎裂巖又包括斷層角礫巖、碎裂巖、超碎裂巖、?；瘞r(假玄武玻璃或假熔巖)、斷層泥(孫巖等, 1985; 何永年等, 1988; 林愛(ài)明, 1996; Sibson,1977; Snoke et al., 1998)。斷層巖不僅是原巖在擠壓-剪切作用下結(jié)構(gòu)的改變, 而且還伴隨物理化學(xué)環(huán)境和流體的變化, 產(chǎn)生礦物成分和化學(xué)成分的變化,特別是斷裂帶作為地殼深部物質(zhì)和能量向地殼上部傳輸?shù)耐ǖ? 其礦物成分和化學(xué)成分的變化即可反映斷層構(gòu)造作用的物理化學(xué)環(huán)境變化, 還可能有地殼深部物質(zhì)傳輸(流體和氣體)特征的信息, 特別是斷層泥和假熔巖的物質(zhì)成分變化研究意義更大。斷層帶物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征蘊(yùn)含的豐富的構(gòu)造變形的運(yùn)動(dòng)學(xué)、變形性質(zhì)和環(huán)境的信息, 但由于斷層帶往往是力學(xué)薄弱帶, 易于侵蝕和被第四紀(jì)堆積物覆蓋而難以看到斷層帶全貌, 同時(shí)由于大陸地殼中斷層帶往往經(jīng)歷了多期不同性質(zhì)的變形, 其各種構(gòu)造信息交織在一起, 造成了有關(guān)斷層變形各種信息提取篩分的復(fù)雜性。但隨著我國(guó)大規(guī)模鐵路、公路、引水等工程建設(shè)中的開(kāi)挖, 為地質(zhì)學(xué)家提供難得的系統(tǒng)觀測(cè)研究斷層帶的機(jī)會(huì)。本次研究就是利用212國(guó)道改造中開(kāi)挖出的漳縣—車(chē)廠斷層一個(gè)十分難得的斷面, 該斷面位于鐵水溝與黃香溝之間的分水 嶺 之 南 東 2 km 處 公 路 西 側(cè) (N34°55′22″,E104°07′2″), 斷裂帶寬度約 50 m, 發(fā)育豐富的斷層巖類(lèi)型和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)指示標(biāo)志(圖3)。

圖2 AA′地質(zhì)剖面圖(AA′位置見(jiàn)圖1)Fig. 2 AA′ geological section(see AA′ in Fig. 1)

從揭露的組成斷層帶斷層巖類(lèi)型看, 漳縣—車(chē)廠斷層以地殼淺層次脆性變形為主要特征。斷層帶內(nèi)紅色、黑色、土黃色斷層泥, 含磨礫斷層泥、斷層角礫巖、碎裂巖、假熔巖, 摩擦鏡面和擦痕線理、大小和形態(tài)各異的構(gòu)造透鏡體等都指示了其地殼淺層次脆性變形特征。盡管這些不同構(gòu)造期次或構(gòu)造階段形成的斷層巖、構(gòu)造面理、構(gòu)造線理交織給識(shí)別不同期次變形的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征造成困難,但通過(guò)對(duì)斷層巖本身結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造形跡交切關(guān)系和運(yùn)動(dòng)學(xué)指示標(biāo)志分析, 仍然可以辨別出至少 3期具有不同幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和變形性質(zhì)的構(gòu)造變形歷史。

圖3 西秦嶺北緣漳縣—車(chē)廠斷層帶斷面圖(BB′位置見(jiàn)圖1)Fig. 3 Profile of Zhangxian-Chechang fault in the north margin of West Qinling(see BB′ in Fig. 1)

2.1 斷層巖類(lèi)型、特征及其運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)志

漳縣—車(chē)廠斷層近 50 m寬斷層帶由紅色斷層泥、黑色斷層泥、土黃色斷層泥、含磨礫斷層泥, 含角礫的斷層泥、未膠結(jié)的碎裂巖、黑色假熔巖脈狀體等組成。

圖4 斷層帶中雜色斷層巖Fig. 4 Variegated fault rocks in the fault zone

圖5 斷層帶內(nèi)紅色斷層泥、斷層磨礫巖Fig. 5 Red gouge and grinding gravel gouge in the fault zone

2.1.1 含磨礫或角礫斷層泥

含磨礫的斷層泥是漳縣—車(chē)廠斷層帶內(nèi)斷層巖的主體, 僅斷面中部的寬度就近 15 m, 包括含磨礫的黑色斷層泥(圖 4)和紅色斷層泥(圖 5)。斷層泥中葉理發(fā)育, 特別是紅色斷層泥中的葉理(圖5)。平行葉理出現(xiàn)大量大小不一的碎裂大理巖的構(gòu)造透鏡體,這種磨礫的扁平面平行葉理, 且長(zhǎng)軸與斷層傾向近于一致, 從構(gòu)造透鏡體的錯(cuò)動(dòng)位移方式和磨礫不對(duì)稱(chēng)形態(tài)(圖 4)以及碎裂大理巖滑動(dòng)面的不對(duì)稱(chēng)性(圖6), 可以判斷出斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)方式為南盤(pán)上升, 北盤(pán)下降, 而斷層泥帶面理總體產(chǎn)狀為向北北東陡傾,所以主體斷層應(yīng)為正斷層。磨礫本身是膠結(jié)的斷層角礫巖, 這種膠結(jié)斷層碎裂巖的形成深度應(yīng)在4 km以下, 估計(jì)深度在4～10 km之間(Sibson, 1977; 林愛(ài)民, 1996)。如果如此, 現(xiàn)在我們看到的紅色和黑色斷層泥帶很可能是后來(lái)地殼抬升或后期斷層向上位移而出露到現(xiàn)在位置。說(shuō)明紅色和黑色含碎裂巖透鏡體或磨礫的斷層帶經(jīng)歷了在4～10 km深度的碎裂巖化階段和4 km以上的斷層泥形成階段的演化過(guò)程。

圖6 斷層帶內(nèi)膠結(jié)碎裂巖中不對(duì)稱(chēng)滑動(dòng)面Fig. 6 Asymmetric slide face in the cemented cataclasite in the fault zone

另外, 在這套紅色和黑色斷層泥帶與碎裂大理巖塊體接觸部位出現(xiàn)了約30 cm寬的紅色含斷層角礫的斷層泥帶, 其產(chǎn)狀與斷層帶主體的黑色和紅色斷層泥帶傾向相反, 并且這一小型斷層泥帶的面理發(fā)育程度差, 斷層泥中缺乏渾圓的磨礫而大量出現(xiàn)棱角狀角礫, 且定向不顯著, 斷層泥帶邊界清晰,切割了早期紅色和黑色斷層泥面理, 兩者呈大約30°的交角(圖 4)。指示了它是晚期的近地表脆性變形的產(chǎn)物, 與其呈銳角的構(gòu)造節(jié)理指示其為北盤(pán)下降, 南盤(pán)上升的逆沖斷層(圖4)。

2.1.2 大理巖中的未膠結(jié)的斷層角礫巖

在斷層剖面北部的碎裂大理巖塊體中, 出現(xiàn)了向南傾的小型斷層帶, 寬度在0.5 m左右, 上盤(pán)發(fā)育一組向南傾的構(gòu)造節(jié)理, 中止于小型斷層帶, 且與斷層帶成銳角相交(圖7), 指示該斷層帶為向北的逆沖。這一小型斷層帶主要由未膠結(jié)的斷層角礫巖和斷層粉狀巖組成, 斷層帶內(nèi)的斷層角礫呈扁平狀沿?cái)鄬佣ㄏ蚺帕?圖7), 指示其水平擠壓應(yīng)力條件下的逆沖剪切特征。這種未膠結(jié)的斷層巖指示了這期變形現(xiàn)在的斷層巖紀(jì)錄是地殼近表層脆性變形產(chǎn)物。

2.1.3 摩擦鏡面及其運(yùn)動(dòng)學(xué)線理

在斷層帶南部邊界, 先前碳酸鹽質(zhì)膠結(jié)碎裂巖塊體中出現(xiàn)近直立的摩擦鏡面, 摩擦鏡面上發(fā)育近水平兩組滑動(dòng)摩擦線理, 可能是一次或兩次地震事件的記錄(郭進(jìn)京等, 2011)。從擦痕線理由粗變細(xì)和手感阻力判斷是左旋走滑(圖 8)這與前人根據(jù)漳縣—車(chē)廠斷層對(duì)沖溝左旋位移確定的晚第四紀(jì)以來(lái)的左旋走滑相對(duì)應(yīng)。摩擦鏡面上殘留有黑灰色超碎裂巖(假熔巖)指示其為地震過(guò)程中快速水平左旋走滑剪切的產(chǎn)物。

圖7 斷層帶內(nèi)未膠結(jié)斷層角礫巖、粉狀斷層巖Fig. 7 Non-cemented cataclasite in the fault zone

圖8 斷層帶內(nèi)近直立的斷層摩擦鏡面和擦痕線理Fig. 8 Nearly vertical fault frictional mirror and slide lineation in the fault zone

圖9 斷層帶內(nèi)黑色超碎裂巖(假熔巖)Fig. 9 Ultra-cataclasite (pseudo-lava) in the fault zone

2.1.4 超碎裂巖假(假熔巖)

在斷層帶內(nèi), 還出現(xiàn)與摩擦鏡面相伴的8～10 cm寬的黑色超碎裂巖(假熔巖)(圖9)。這種特殊的巖石結(jié)構(gòu)相對(duì)均勻, 粒度極細(xì), 碎斑少, 且多為棱角狀。這種假熔巖應(yīng)是地震過(guò)程中快速剪切摩擦的機(jī)械破碎的產(chǎn)物, 與一般的斷層快速剪切摩擦升溫造成巖石熔融形成的玻璃質(zhì)假熔巖不同, 說(shuō)明其為近地表快速剪切變形的結(jié)果(林愛(ài)民, 2008)。假熔巖被認(rèn)為是地震化石(林愛(ài)民, 2008), 8～10 cm寬的假熔巖可能是一次7～8級(jí)大地震的記錄。

2.2 漳縣—車(chē)廠斷層帶構(gòu)造變形序列分析

2.2.1 變形序列分析

根據(jù)漳縣—車(chē)廠斷層帶的構(gòu)造巖類(lèi)型和構(gòu)造形跡相互切割關(guān)系指示了該斷層至少可以辨別出3期構(gòu)造變形事件, 每次變形事件形成的斷層物質(zhì)(斷層巖)特征不同, 而且其產(chǎn)狀和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征也不同。

第一期變形以近 30 m寬度的含磨礫或構(gòu)造透鏡體的斷層泥帶為主要斷層活動(dòng)的物質(zhì)記錄, 斷層巖中面理產(chǎn)狀穩(wěn)定, 走向呈北西西向(290°～300°),向北北東陡傾, 傾角為 7 0°～80°, 斷層巖中的磨礫和構(gòu)造透鏡體的相對(duì)位移或不對(duì)稱(chēng)構(gòu)造指示了上盤(pán)(北盤(pán))下降, 下盤(pán)(南盤(pán))上升的伸展正斷層的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。特別是該期變形形成的斷層巖中磨礫或透鏡體是膠結(jié)的碎裂巖, 說(shuō)明這些斷層巖中磨礫的碎裂巖化不是形成在現(xiàn)今位置, 而是在 4～10 km 深度,現(xiàn)今出露位置是后期地殼抬升或這期活動(dòng)晚期或第二期的斷層逆沖作用的結(jié)果。從該期斷層活動(dòng)的物質(zhì)記錄(斷層巖)和斷層帶規(guī)?？? 該期斷層活動(dòng)應(yīng)該是漳縣—車(chē)廠斷層主變形期, 變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),規(guī)模大。

第二期變形以 30～50 cm的向南傾的逆沖斷層作用形成的小型斷層破碎帶為特征。斷層走向與第一期變形一致, 也呈北西西向, 但傾向相反, 向南傾, 傾角為60°, 截切了第一期變形的斷層泥帶。該期變形形成的斷層巖與第一期變形形成的斷層巖特征不同, 主要表現(xiàn)在斷層泥中以角礫為主, 而不出現(xiàn)磨礫, 碎裂大理巖中小型斷層帶是未膠結(jié)的斷層巖, 其形成深度近于地表。

第三期變形是在前期斷層巖基礎(chǔ)上, 沿近直立斷面左旋走滑作用為特征, 表現(xiàn)在近直立斷層摩擦鏡面和鏡面上的近水平擦痕線理, 同時(shí)還出現(xiàn)近直立的黑色超碎裂巖(假熔巖)。這些構(gòu)造現(xiàn)象與前人對(duì)西秦嶺北緣斷裂帶研究所發(fā)現(xiàn)的沿?cái)嗔褞Ф嗵幧郊埂⑺?、階地等左旋斷錯(cuò)地貌以及斷層陡坎、斷塞塘等現(xiàn)象(康來(lái)迅等, 1999; 袁道陽(yáng)等, 1999; 曹娟娟等, 2003; 李傳友等, 2006, 2007, 2010)相一致。

2.2.2 變形時(shí)代分析

如前所述, 西秦嶺北緣斷裂帶的漳縣—車(chē)廠斷層是一條典型的由斷層泥、碎裂巖組成的脆性斷層。斷層帶內(nèi)斷層巖類(lèi)型與特征和構(gòu)造形跡交切關(guān)系指示了其經(jīng)歷了3期具有不同性質(zhì)、不同規(guī)模、不同運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的變形。3期變形的時(shí)代及其所反映的區(qū)域構(gòu)造演化過(guò)程需要從斷層帶本身特征、地層錯(cuò)斷缺失或重復(fù)、與斷層相關(guān)的沉積盆地特征、地形地貌特征及其第四紀(jì)沉積物特征與分布、斷層物質(zhì)測(cè)年等來(lái)綜合分析。

西秦嶺北緣斷裂帶漳縣—車(chē)廠斷層第三期左旋走滑作用的時(shí)代, 前人通過(guò)對(duì)地貌位錯(cuò)、沉積物測(cè)年和歷史地震活動(dòng)研究已經(jīng)給予了較好約束, 發(fā)生在晚第四紀(jì)以來(lái)(康來(lái)迅等, 1999; 袁道陽(yáng)等, 1999;曹娟娟等, 2003; 李傳友等, 2006, 2007, 2010)。第一期的伸展正斷層作用規(guī)模大, 持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng), 根據(jù)車(chē)廠以東沿?cái)鄬酉陆当P(pán)出現(xiàn)的箕狀白堊紀(jì)紅層盆地(早白堊紀(jì)河口群)(圖1、圖2), 應(yīng)該與伸展正斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)有內(nèi)在的動(dòng)力學(xué)聯(lián)系, 可以推斷第一期主變形起始于早白堊紀(jì)。如果再考慮到西秦嶺北緣斷裂帶以北大面積白堊紀(jì)紅層分布, 以及西秦嶺內(nèi)部也分布有眾多規(guī)模各異的白堊紀(jì)紅層, 漳縣—車(chē)廠斷層伸展正斷作用可能不是局部現(xiàn)象, 而具有更廣泛的區(qū)域意義。也就是說(shuō), 白堊紀(jì)以來(lái)西秦嶺經(jīng)歷了一次區(qū)域性地殼伸展構(gòu)造作用, 西秦嶺以北的隴西盆地和西秦嶺內(nèi)部的白堊系是統(tǒng)一的伸展構(gòu)造系統(tǒng)作用下形成伸展拉張盆地, 而不是地殼擠壓縮短-逆沖推覆作用下的前陸盆地。

漳縣—車(chē)廠斷層的第二期變形以近地表脆性變形形成的未膠結(jié)的斷層泥、斷層角礫巖、碎粉狀碎裂巖為特征, 斷層面向南傾, 截切了第一期斷層帶內(nèi)面理, 運(yùn)動(dòng)學(xué)以北盤(pán)向南逆沖為主。它應(yīng)該記錄的白堊紀(jì)伸展盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)事件, 但構(gòu)造反轉(zhuǎn)并未遷就利用原有的斷層面, 而是新生的斷層面, 說(shuō)明了這期斷層活動(dòng)標(biāo)志著區(qū)域構(gòu)造變形的動(dòng)力學(xué)環(huán)境從拉張構(gòu)造環(huán)境向擠壓縮短構(gòu)造環(huán)境的轉(zhuǎn)換。它的時(shí)代應(yīng)該是白堊紀(jì)紅層盆地的頂面年齡, 但區(qū)域上白堊系頂面年齡尚未有確切的年代資料約束, 所以我們根據(jù)區(qū)域上新近系角度不整合在經(jīng)歷了寬緩褶皺變形的白堊系之上, 并且還可見(jiàn)到新近系紅層覆蓋在西秦嶺北緣斷裂帶某些斷層之上(圖1西部峽城一帶), 認(rèn)為其時(shí)代應(yīng)在新近紀(jì)之前的白堊紀(jì)末—古近紀(jì)。如果再考慮到西秦嶺北緣斷裂以北晚新生代臨夏盆地的29 Ma底界年齡和臨夏盆地具有再生前陸盆地的特征(李吉均等, 1996; 方小敏等, 1997),認(rèn)為漳縣—車(chē)廠斷層第二期逆沖斷層作用發(fā)生在漸新世, 并且這種逆沖作用一直持續(xù)到第四紀(jì), 只是逆沖規(guī)模和強(qiáng)度在逐漸增大, 如8～6 Ma的同沉積構(gòu)造變形記錄和3.6 Ma以來(lái)積石山礫巖、五泉山礫巖的出現(xiàn)就說(shuō)明逆沖作用的階段性增強(qiáng)和空間向北的遷移。

3 結(jié)論與討論

漳縣—車(chē)廠斷層是西秦嶺北緣斷裂帶的重要組成部分, 通過(guò)對(duì)難得的工程揭露的斷層帶的觀測(cè)與分析, 至少可以辨別出 3期性質(zhì)、規(guī)模、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征各異的構(gòu)造變形事件。第一期為向北北東陡傾的伸展正斷層為特征。第二期為向南南西傾的由南向北逆沖斷層作用為特征。第三期為沿近直立斷面的左旋走滑作用。盡管對(duì)每期變形的時(shí)代還缺乏構(gòu)造物質(zhì)測(cè)年的約束, 但根據(jù)其與白堊紀(jì)和新近紀(jì)紅層沉積地層的地質(zhì)關(guān)系和新近紀(jì)紅層底界年齡以及前人根據(jù)第四紀(jì)以來(lái)地貌位錯(cuò)和相關(guān)沉積物測(cè)年以及地震活動(dòng)歷史研究對(duì)斷層左旋走滑作用時(shí)代的約束,可以初步確定第一期伸展正斷層作用起始于早白堊紀(jì), 可能持續(xù)到漸新世; 第二期逆沖斷層作用起始于漸新世早期, 持續(xù)到早第四紀(jì); 第三期左旋走滑斷層作用起始于晚第四紀(jì), 持續(xù)至今。

漳縣—車(chē)廠斷層是一條經(jīng)歷多期變形的脆性斷層, 如果其變形歷史反映了西秦嶺北緣斷裂帶的變形歷史, 那么現(xiàn)今的西秦嶺北緣斷裂帶并未顯示出印支主造山期的大規(guī)模韌性逆沖推覆作用的構(gòu)造邊界斷層的特征, 而是起始于早白堊紀(jì)新生的地殼淺部的脆性斷裂帶, 那么西秦嶺塊體的北部構(gòu)造邊界應(yīng)該隱伏在北部白堊系和新近系紅層沉積之下。另外, 西秦嶺北緣漳縣—車(chē)廠斷層白堊紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷了由伸展拉張到擠壓逆沖, 再到左旋走滑的構(gòu)造轉(zhuǎn)換,這種構(gòu)造轉(zhuǎn)換發(fā)生的區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景是什么,現(xiàn)今作為印度板塊—?dú)W亞板塊匯聚碰撞形成的青藏高原的組成部分, 斷層活動(dòng)方式的構(gòu)造轉(zhuǎn)換與高原隆升和變形過(guò)程的時(shí)空關(guān)系是什么, 西秦嶺構(gòu)造轉(zhuǎn)換的時(shí)間與高原內(nèi)部擠壓到伸展走滑轉(zhuǎn)換是否存在統(tǒng)一性等是值得今后深入研究的問(wèn)題。當(dāng)然, 西秦嶺北緣斷裂帶由多條斷層組成, 每條斷層的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和變形期次是否一致, 斷層帶物質(zhì)測(cè)年和微觀構(gòu)造研究都是今后要深入研究的問(wèn)題。

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The Components and Structures of the Zhangxian-Chechang Fault Zone in the North Margin of West Qinling and Its Deformation History

GUO Jin-jing1), HAN Wen-feng1), WANG Zhi-qiang2), MA Zhao-wu2),LIANG Shou-yun3), YU Fei3), LIU Gao3)
1)School of Geology and Geomatics, Tianjin Institute of Urban Construction, Tianjin300384;
2)Gansu Water and Hydropower Survey and Design Institute, Lanzhou, Gansu730000;
3)College of Civil Engineering and Mechanics, Lanzhou University, Lanzhou, Gansu730000

The north margin fault zone of West Qinling is one of the tectonic boundary faults and earthquake faults in the northeast margin of Tibetan plateau. Its structural characteristics and deformation history can provide important constraints on the Mesozoic-Cenozoic tectonic processes of West Qinling and the remote tectonic responses to the Indian-Europe plate collisions. Based upon the tectonic observation and analysis of Zhangxian-Chechang fault zone which was uncovered by engineering construction and is located in the central segment of the north margin faults of West Qinling, the authors identified three phases of deformation events with different properties, scales, and kinematics. The first event is characterized by steep NNE-dipping extensional normal faulting. According to the relationship between Cretaceous red bed basin and the fault, it is suggested that this normal faulting event documented the Cretaceous regional crustal extension and development of the red bed basin. The fault gouge with a lot of grinding gravels and well-developed faulting foliations indicates its long duration, probably lasting to the Late Oligocene, i.e., 29 Ma when Linxia basin began developing. The second event is characterized by south-dipping inverse faulting, which led to the folding and thrusting of the Cretaceous red bed strata, possibly indicating the transition from crustal extension to contraction. This tectonic transition probably suggests that the India-Europe plate collision might have been spread to West Qinling, and strong thrusting should have occurred at 3.6 Ma when Jishishan and Wuquanshan conglomerates occurred. The third event is characterized by sinistral strike-slipping along the nearly vertical NNW-striking fault plane, which began in Late Quaternary and has continued up till now. Zhangxian-Chechang fault as one of the north margin faults of West Qinling is a typical brittle fault, which failed to document the large-scale ductile shearing in Indochina orogeny. Therefore it is held that the north margin fault zone of West Qinling, which has been generally believed to be the tectonic boundary fault between the Central Qinling and North Qinling or Central Qilian Block, is a newly generated fault from the Cretaceous instead of the boundary fault in the Indochina orogeny.

north margin faults of West Qinling; Zhangxian-Chechang fault; structure of fault zone; kinematics

P542.3; P588.331

A

10.3975/cagsb.2013.02.03

本文由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào): 41072149; 41140018)資助。

2012-03-16; 改回日期: 2012-06-13。責(zé)任編輯: 張改俠。

郭進(jìn)京, 男, 1962年生。博士, 教授。主要從事構(gòu)造地質(zhì)、工程地質(zhì)教學(xué)與研究工作。E-mail: tjgjj@126.com。