李 建,張岳橋,吳泰然,李海龍,熊金紅,李建華中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院,北京 100871

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青川斷裂帶中段斷層泥中石英顆粒表面微形貌特征及其年代學(xué)意義

李 建1,2),張岳橋1)*,吳泰然2),李海龍1),熊金紅1,2),李建華1)
1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;2)北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院,北京 100871

摘 要:斷層泥作為斷裂脆性剪切變形的產(chǎn)物,記錄了斷層滑動方式和活動時間等信息,尤其是斷層泥中石英顆粒表面微形貌特征的識別和統(tǒng)計,可以為估算斷層活動相對時間提供證據(jù)。青川斷裂作為秦嶺構(gòu)造帶的南界,晚新生代以來發(fā)生右旋走滑運(yùn)動,沿斷裂帶出露完整的斷層破碎帶,斷層泥非常發(fā)育。本文以該斷裂帶中段:木魚—大安段發(fā)育的青灰色和紫紅色斷層泥為研究對象,在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對斷層泥中石英顆粒表面的微形貌進(jìn)行了掃描電子顯微鏡觀察,發(fā)現(xiàn)兩類(II和III類)中-深度溶蝕石英形貌和一類(Ia類)弱溶蝕石英形貌,未見Io類破裂微形貌。石英微形貌類型的統(tǒng)計結(jié)果指示青川斷裂中段最新活動時間在晚更新世,全新世沒有明顯活動,與斷裂帶全新世河流階地未發(fā)生構(gòu)造擾動的現(xiàn)象一致。

關(guān)鍵詞:青川斷裂帶;斷層泥;石英微形貌;斷層滑動方式;活動時間

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本文由國家自然科學(xué)基金(編號:41472178)和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號:1212011120167;12120114002211)聯(lián)合資助。

斷層泥主要由黏土礦物和巖石碎礫組成,是斷裂兩盤巖石機(jī)械摩擦形成的泥狀物質(zhì),是斷層脆性剪切變形的物質(zhì)記錄(邵順妹,1994;楊主恩等,1999;王煥等,2015)。斷層泥中含有大量的石英顆粒,其表面微形貌特征復(fù)雜,類型眾多,記錄了斷層脆性剪切變形的重要信息,如斷層的滑動方式、最新活動時間等(楊主恩等,1984;Kanaori,1985;邵順妹,1994;胡道功等,1999)。通常認(rèn)為,斷裂存在兩種活動方式:黏滑和蠕滑,黏滑以斷層的突發(fā)失穩(wěn)和破裂而產(chǎn)生地震,而蠕滑則以緩慢運(yùn)動的方式進(jìn)行。研究表明,斷層的活動方式與斷層泥中石英顆粒表面的破裂微形貌特征之間存在很好的對應(yīng)關(guān)系。高應(yīng)力下斷層快速黏滑常在石英表面產(chǎn)生貝殼狀、階步狀等形貌,而緩慢蠕滑則容易在石英顆粒表面形成研磨坑、弧形擦痕等形貌(楊主恩等,1985;徐葉邦,1986a)。Kanaori等(1980,1985)基于日本Atotsugawa斷裂中斷層泥石英顆粒表面微形貌類型統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)隨著斷層泥遭受地下水侵蝕時間的增長,石英顆粒表面溶蝕微形貌越復(fù)雜,并與斷層泥中石英顆粒的熱釋光年齡(TL)對比,建立了石英顆粒表面微形貌特征類型的相對時間標(biāo)尺。這種方法已被廣泛應(yīng)用于青藏高原北部多條活動斷層的研究,海原斷裂(徐葉邦,1986b),鮮水河斷裂(楊主恩等,1999),白龍江斷裂(申俊峰等,2014)等。

青川斷裂位于秦嶺造山帶南緣(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989),晚新生代以來以右旋走滑活動為主,調(diào)節(jié)了碧口地塊的向東擠出(Enkelmann et al.,2006)。沿斷裂跡線水系、溝谷等發(fā)生一致右旋拐折,最大水系偏移量～17 km(王士天等,1985)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),該斷裂帶發(fā)育完好的斷層破碎帶,尤其沿中段出露青灰色和紫紅色兩套斷層泥。汶川地震后,該斷裂帶地震活動性、最新活動方式和活動時間受到人們的關(guān)注。本文基于野外調(diào)查,利用掃描電子顯微鏡(SEM)技術(shù),重點(diǎn)分析了青川斷裂中段斷層泥中石英顆粒表面微形貌類型和特征,根據(jù)Kanaori(1986)提出的石英顆粒表面微形貌特征分類和時間標(biāo)尺,探討該斷裂活動方式和活動時間。

圖1　青川斷裂構(gòu)造地貌與分段圖Fig.1 Structural-morphological map and segmentation of the Qingchuan Fault

圖2　青川斷裂中段白龍湖東側(cè)斷層泥內(nèi)旋轉(zhuǎn)礫石定向排列(觀測點(diǎn)QC-17)Fig.2 Rotating gravels in fault gouge at eastern Bailong Lake along the middle segment of the Qingchuan fault(QC-17 site)

1 青川斷裂幾何分段特征

青川斷裂呈NEE—SWW向延伸,西起平武縣銀廠溝,途經(jīng)青川縣,東達(dá)漢中盆地西部勉縣,全長約250 km,它構(gòu)成了北部碧口地塊與南部四川地塊的邊界(許志琴等,1992)。受印度與歐亞大陸碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng),該斷裂晚新生代以來強(qiáng)烈復(fù)活,以右旋走滑運(yùn)動為主,在地表形成了顯著的線性地貌(擠壓脊)和斷層破碎帶(王全偉等,2000;樊春等,2008)。根據(jù)斷裂幾何展布形態(tài)和斷裂破碎帶內(nèi)部組構(gòu)特征,可以將青川斷裂分為西、中、東3段(圖1)。

斷裂西段(平武—青川段),遙感線性特征非常清楚,斷裂跡線沿河谷發(fā)育,但河流沿斷層偏移現(xiàn)象不明顯。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)該段發(fā)育較窄的高角度脆性破裂帶,以碎裂巖、角礫巖為主,寬度一般在0.1～0.3 m。斷裂中段位于青川縣木魚鎮(zhèn)與寧強(qiáng)縣大安鎮(zhèn)之間,長約120 km,該段主體沿河谷地貌發(fā)育,擠壓脊、斷層崖等構(gòu)造地貌非常明顯,如在木魚鎮(zhèn)與廣坪鎮(zhèn)之間,可見狹長的斷層擠壓脊,是典型的走滑斷層地貌特征。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),木魚—大安段斷層破碎帶非常發(fā)育,破碎帶寬度在20～100 m,其中發(fā)育紫紅色和青灰色兩套斷層泥,斷層泥普遍發(fā)育葉理組構(gòu),其中的砂巖礫石發(fā)生旋轉(zhuǎn)定向,清楚地指示斷層右旋剪切運(yùn)動(圖2)。位于大安鎮(zhèn)以東的斷裂東段,盡管線性地貌非常清楚,但斷層破碎帶不很發(fā)育,與中段形成顯著的差異。

表1　青川斷裂中段斷層泥樣品采集信息Table 1 The sampling information of fault gouge in the middle segment of the Qingchuan fault

2 樣品采集與石英微形貌觀察

結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查,本文選取青川斷裂木魚—大安段作為研究對象,開展斷層泥中石英顆粒微形貌觀察分析,為深入了解該斷裂晚第四紀(jì)活動方式和活動時間提供新證據(jù)。

2.1 樣品采集與制備

青川縣地表水和地下水呈中性至弱堿性(pH,～7～8)(李實(shí),1987),斷層泥中石英顆粒的溶解度可忽略不計。各采樣點(diǎn)位或緊靠斷層面,或位于斷層泥帶底部,有效避開第四紀(jì)沖積-洪積物中石英顆粒的混入(金鳳英與嚴(yán)潤娥,1985)。沿青川斷裂中段共采集了6件斷層泥樣品(表1)。

樣品QC-4采于陽平關(guān)鎮(zhèn)朱家埡村,因公路邊坡開挖揭露出了一套完整的斷層破裂帶,寬約5～6 m(圖3a),發(fā)育斷層泥,且斷層泥強(qiáng)烈葉理化,樣品采于靠近北側(cè)斷層面附近的淺青灰色致密斷層泥。

樣品QC-10,位于陽平關(guān)鎮(zhèn)后坡里,公路邊坡開挖揭露出一套寬約10 m的斷層破碎帶(圖3b),發(fā)育斷層泥,樣品采于青灰色斷層泥帶底部。

樣品QC-11,安樂河南岸,斷裂破碎帶出露寬～90 m,發(fā)育青灰色斷層泥,樣品采自斷層泥底部(圖4a)。

圖3　青川斷裂木魚—大安段樣品QC-4、QC-10采樣層位Fig.3 The sampling location of QC-4 and QC-10 samples in Muyu-Da’an segment of the Qingchuan fault

樣品QC-13,在廣坪鎮(zhèn)黃土包公路邊,邊坡開挖揭露出一套完整的斷裂破碎帶,寬20～30 m,發(fā)育青灰色斷層泥,樣品采自斷層泥底部(圖4b)。

圖4　青川斷裂木魚—大安段樣品QC-11、QC-13、QC-15采樣層位Fig.4 The sampling location of QC-11,QC-13 and QC-15 samples in Muyu-Da’an segment of the Qingchuan fault

圖5　青川斷裂中段樣品QC-14采樣層位Fig.5 The sampling location of QC-14 samples in the middle segment of the Qingchuan fault

樣品QC-14,在廣坪鎮(zhèn)磚廠,因當(dāng)?shù)厝碎_挖磚廠泥料而揭露一寬～12 m斷層破碎帶,包括青灰色斷層泥和緊貼斷層面的紫紅色斷層泥,樣品為紫紅色斷層泥,斷面近水平擦痕指示斷裂右旋走滑運(yùn)動(圖5)。

樣品QC-15,在廣坪鎮(zhèn)西北部,斷層破碎帶寬約5～7 m,斷面發(fā)育2～3 cm厚紫紅色斷層泥,樣品采自該紫紅色斷層泥內(nèi)部(圖4c)。

斷層泥樣品預(yù)處理在國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行,需要進(jìn)行3步操作:首先淘洗,將樣品放入裝有水的燒杯中,充分浸泡,攪拌后靜置半小時,倒去中上部含黏土礦物和植物根系的水,并重復(fù)“攪拌-過篩”操作多次,篩選60～80目顆粒,后烘干獲得燒杯底部礦物顆粒碎屑。其次鹽酸浸泡,向燒杯中倒入10%鹽酸浸泡,除去鐵氧化物、碳酸鹽顆粒,常溫下浸泡8 h,后用水沖洗并烘干。最后雙目鏡下挑石英顆粒,隨機(jī)挑選50～100粒表面干凈的石英顆粒。石英顆粒SEM微形貌觀察在國土資源部大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行,將挑選的石英顆粒粘附于導(dǎo)電膠帶之上,在高真空蒸發(fā)器中鍍20～40 nm碳膜。石英表面微形貌觀察采用JSM-5610 LV+掃描電子顯微鏡(加速電壓0.5～30 kV,分辨率3.5～5 nm,放大倍數(shù)18～30萬),主要附件為PHILIPS公司的EDX-X射線能譜儀(分辨率133 keV,分析范圍B-U)。

圖6　斷層泥中石英表面微形貌類型的相對時間標(biāo)尺(據(jù)Kanaori et al.,1980;俞維賢等,2004;申俊峰等,2014修改)Fig.6 The relationship between active age and micro-appearances of quartz grains in fault gouge(modified after Kanaori et al.,1980;YU et al.,2004;SHEN et al.,2014)

2.2 石英顆粒表面微形貌觀察方法

斷層泥中石英顆粒表面微形貌類型的識別和統(tǒng)計,能為我們估算斷層活動相對時代提供依據(jù)(Kanaori et al.,1985;俞維賢等,1998)。斷層泥中石英顆粒表面主要有2種微形貌:一是斷層兩盤機(jī)械摩擦碰撞產(chǎn)生的應(yīng)力破裂微形貌,如貝殼狀、階步狀等,能夠反映斷層的滑動方式;二是斷層泥形成之后因地下水溶蝕而成的石英溶蝕微形貌,能夠反映斷層活動的相對時間(徐葉邦,1986a;邵順妹,1994)。Kanaori等(1980)通過日本Atotsugawa斷裂中斷層泥石英顆粒表面的SEM微形貌觀察,將石英顆粒表面微形貌結(jié)構(gòu)從簡單到復(fù)雜依次分為I0、I、II、III、IV等5類(圖6),其中I0為應(yīng)力破裂微形貌,其余4類為溶蝕微形貌。不同圍巖的斷層泥中的石英顆粒,其表面的顯微形貌相似,且表面溶蝕程度與斷層泥形成時間呈正相關(guān),即隨著地下水溶蝕時間的增長,斷層泥中石英顆粒表面的尖銳棱角逐漸消失、光滑表面變凹凸、刻蝕坑不斷加深加大。Kanaori等(1985)對照斷層泥中石英顆粒的TL測年結(jié)果,建立了石英顆粒表面微形貌特征類型的相對時間標(biāo)尺,俞維賢等(2004)、申俊峰等(2014)又進(jìn)一步將I類結(jié)構(gòu)細(xì)分為Ia、Ib、Ic三個亞類,并對其形成時代進(jìn)行了更細(xì)的劃分。

圖7　斷層泥中石英顆粒表面溶蝕微形貌SEM照片F(xiàn)ig.7 SEM images of corroded micro-appearances of quartz grains in fault gouge

(1)Io類破裂微形貌:石英顆粒表面常發(fā)育2種應(yīng)力破裂微形貌(楊主恩等,1986):一種是在石英顆粒表面形成新鮮的貝殼狀斷口、放射狀斷口、階步狀斷口、撞擊楔形坑等,表面光滑無溶蝕,發(fā)育平直擦痕、河流花樣、疲勞紋、Wallnar線等,該破裂微形貌指示斷層快速黏滑活動(楊主恩等,1985;徐葉邦,1986a;邵順妹,1994)。另一種石英顆粒高度磨圓,表面見研磨坑/紋、丁字形擦痕、弧形擦痕、裂而不破現(xiàn)象、X形交錯狀裂紋、勺狀擦痕等形貌(楊主恩等,1984;俞維賢等,1998),反映斷層兩盤的穩(wěn)定蠕滑。

(2)Ia類弱溶蝕微形貌:石英顆粒外形呈尖棱狀,無磨鈍,見孔深1 μm的細(xì)小孔洞。表面見次貝殼狀斷口,有明顯被溶蝕的跡象。

圖8　斷層泥中石英顆粒表面應(yīng)力破裂微形貌弱溶蝕SEM照片F(xiàn)ig.8 SEM images of stress cracking weak corroded micro-appearances of quartz grains in fault gouge

(3)Ib類弱溶蝕微形貌:石英顆粒外形不規(guī)則,有較尖銳或幾乎沒有磨鈍的棱和脊,表面可見孔深1～2 μm的細(xì)小孔洞,大量出現(xiàn)桔皮狀或似魚鱗狀微形貌。

(4)Ic類弱溶蝕微形貌:石英顆粒有尖銳的棱和脊,幾乎沒有磨鈍,表面見孔深2～3 μm的細(xì)小孔洞,大量出現(xiàn)魚鱗狀和桔皮狀微形貌。

(5)II類中度溶蝕微形貌:石英顆粒外形次棱角狀,表面見小凹凸或不規(guī)則小孔洞,刻蝕坑深3～5 μm,以魚鱗狀、苔蘚狀微形貌為主。

(6)III類深度溶蝕微形貌:石英顆粒外形多近似球形,具顯著凹凸表面,凹凸程度4～10 μm,表面以鐘乳狀和蟲蛀狀微形貌為主。

(7)IV類深度溶蝕微形貌:石英顆粒呈球狀,刻蝕孔洞明顯大而深,絕大多數(shù)孔洞相互之間已經(jīng)貫通,呈現(xiàn)復(fù)雜的三維孔洞微形貌,孔洞延深50～100 μm,表面呈渦穴狀或珊瑚狀。

3 石英顆粒微形貌類型

按照Kanaori等(1980,1985)對石英微形貌類型的劃分依據(jù),我們從上述每件樣品的50～100粒石英顆粒中,隨機(jī)選取40粒石英顆粒進(jìn)行表面微形貌類型統(tǒng)計,減小由于主觀選擇所帶來的統(tǒng)計誤差,具體觀察結(jié)果如下。需要指出的是,在挑選出的石英顆粒之中,仍有可能摻雜少量長石礦物顆粒,故在SEM微形貌觀察之前,必須先利用能譜分析顆粒X衍射特征,確保觀察顆粒為石英(Si-K特征單峰)。

樣品QC-4中,石英顆粒多呈次棱角狀或次圓狀,表面見明顯的刻蝕坑或小凹凸,石英微形貌以中-深度溶蝕微形貌為主,大量出現(xiàn)魚鱗狀、苔蘚狀、鐘乳狀和蟲蛀狀(圖7a)微形貌。

樣品QC-10中,石英顆粒外形與樣品QC-4相似,但渦穴狀、珊瑚狀等深度溶蝕微形貌明顯增多,表面見鋸齒狀溶蝕階步(圖7b)。

樣品QC-11中石英微形貌特征與QC-10相似,也以中-深度溶蝕微形貌為主,常見魚鱗狀、鐘乳狀和渦穴狀(圖7c)溶蝕微形貌。

樣品QC-13中的石英微形貌與前3件樣品相似,出現(xiàn)中-深度溶蝕微形貌,但蟲蛀狀(圖7d)、渦穴狀、珊瑚狀等深度溶蝕微形貌更加普遍。

樣品QC-14與QC-15中的石英微形貌相似,部分石英顆粒表面仍發(fā)育鐘乳狀(圖7f)、珊瑚狀、渦穴狀等微形貌,但石英顆粒外形普遍呈尖棱狀或次棱角狀,明顯與前4件樣品不同,次貝殼狀微形貌顯著增多(圖7e),透過石英顆粒表面弱溶蝕微形貌,可識別出典型的貝殼狀斷口(圖8a)、階步狀斷口(圖8b)、撞擊楔形坑(圖8c)、平直擦痕(圖8d)和河流花樣(圖8e)等應(yīng)力微形貌,指示斷裂最新活動以快速黏滑為主。僅有極個別的顆粒表面見指示緩慢滑動引起的顆粒裂而不破現(xiàn)象(圖8f)。

圖9展示了6件斷層泥樣品中石英顆粒各類微形貌結(jié)構(gòu)的頻度分布,顯示出3個特點(diǎn):(1)所有樣品內(nèi)部的石英顆粒表面未見新鮮破裂微形貌(Io類),指示青川斷裂中段全新世沒有明顯活動。(2)石英顆粒表面微形貌以中-深度溶蝕微形貌為主,普遍發(fā)育II類(魚鱗狀或苔蘚狀)和III類(鐘乳狀或蟲蛀狀)兩類微形貌,頻度約占40%～70%。其中,樣品QC-4 中II類微形貌出現(xiàn)的頻度>40%,樣品QC-10中III類微形貌出現(xiàn)的頻度>40%,IV類深度溶蝕微形貌出現(xiàn)的頻度也多在15%～22%(樣品QC-10,13,14,15)。對照石英顆粒表面微形貌特征類型的相對時間標(biāo)尺(Kanaori et al.,1980,1985),推測青灰色斷層泥為晚中新世—早更新世斷層活動的產(chǎn)物。(3)部分樣品(編號QC-14,QC-15)中石英顆粒Ia類(次貝殼狀)微形貌頻度均>20%,遠(yuǎn)高于前4件樣品。對照采樣剖面(圖4,5),發(fā)現(xiàn)這2件樣品所在位置恰好是緊靠斷層面的紅褐色斷層泥,由此推測該類斷層泥可能為斷層最新活動產(chǎn)物。根據(jù)石英顆粒表面微形貌特征類型的相對時間標(biāo)尺(Kanaori et al.,1980,1985),推測青川斷層中段最新活動時間為晚更新世。

4 討論

脆性斷層作為晚新生代活動構(gòu)造研究的主要內(nèi)容之一,其活動時間一直是地學(xué)界研究的難題。目前常用的絕對測年方法有:斷層泥中自生伊利石K-Ar測年(陳文寄等,1988)、斷層泥電子自旋共振(ESR)(業(yè)渝光,1992;Fukuchi,2001)、斷層泥釋光測年(TL,OSL)(申俊峰等,2007;欒光忠等,2010;李曉妮等,2013)等,其中,自生伊利石K-Ar測年法主要用來確定白堊紀(jì)—新生代時期的斷層活動時代,時間尺度為百萬年-千萬年(韓淑琴等,2007;Wang et al.,2009;閆淑玉等,2012)。近幾十年,利用石英顆粒表面微形貌類型估算斷層的相對活動時間成為活動斷層研究的有效方法之一,可以確定斷層晚第四紀(jì)以來的活動方式和時間,但這種方法需要上述絕對測年結(jié)果的進(jìn)一步驗(yàn)證。必須注意的是,這種相對測年方法的有效性受到3個問題的制約。

首先,對斷層泥中石英顆粒的認(rèn)識問題。如果斷裂兩盤巖性均為含石英的結(jié)晶巖系,那么斷層泥中石英顆粒必然是母巖破碎的同期產(chǎn)物,這些石英顆粒表面微形貌能較好估算斷層活動的相對時代。如果斷層泥發(fā)育在第四系中,母巖中的石英顆粒表面已刻蝕有反映原始沉積環(huán)境的形貌,這些石英顆粒進(jìn)入斷層泥后,其原始沉積刻蝕形貌將直接影響斷層的相對活動時代的可靠性。

其次,對斷層泥中石英顆粒在近地表?xiàng)l件下的溶解度問題。隨著斷層活動進(jìn)入相對平靜期,其內(nèi)部石英顆粒即開始遭受物理、化學(xué)等風(fēng)化溶蝕作用,石英顆粒的溶解受溫度、壓力及溶解液等多重因素影響(Kanaori et al.,1985),實(shí)際上,斷層泥形成后主要遭受地下水溶蝕,Schneider(1970)實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)pH<9時石英顆粒的溶解度僅<10×10-6,可忽略不計,僅在pH>9的堿性溶液里,石英的溶解度才明顯增大。因此,在近地表?xiàng)l件下石英是極穩(wěn)定的,在千年尺度范圍內(nèi)石英的溶解量可忽略(Kanaori et al.,1980)。

最后,斷層多期活動問題。斷層泥是斷層多期活動的產(chǎn)物,其內(nèi)部石英顆粒不可避免地存在繼承和改造,石英顆粒表面的微形貌類型可能反映了斷層多期活動。因此,石英顆粒表面微形貌出現(xiàn)的頻度特征能較好地記錄斷層最新活動的相對時代,但無法確定其精確的活動時間。

本文通過對青川斷裂木魚—大安段斷層泥中石英顆粒表面SEM微形貌類型的觀察,發(fā)現(xiàn)斷層泥中石英顆粒表面未見新鮮的應(yīng)力破裂微形貌(Io類),可以推斷青川斷裂中段全新世沒有顯著的黏滑活動,即沒有發(fā)生地震地表破裂。沿該斷裂帶,如圖1,李傳友等(2004)根據(jù)斷裂中段白龍江以東金山寺西側(cè)的未發(fā)生構(gòu)造擾動的T1階地下部的TL測年結(jié)果(距今(1.174±0.099)萬年),認(rèn)為該斷裂1.1萬年以來不再活動,這與江娃利等(2009)在斷裂西段橋樓鄉(xiāng)斷層埡口內(nèi)未發(fā)生構(gòu)造擾動的褐色亞粘土的TL測年結(jié)果(距今(8.49±0.72)ka)、王明明(2013)在斷裂中段燕子砭東嘉陵江未發(fā)生構(gòu)造擾動的T3級階地OSL測年結(jié)果(距今(8.2±0.8)ka)一致。這個認(rèn)識與本文木魚—大安段斷層泥中石英顆粒未見新鮮應(yīng)力破裂微形貌吻合,也很好地解釋了野外未發(fā)現(xiàn)全新世河流階地或沖溝發(fā)生位錯。

另外,在緊靠斷層面的紫紅色斷層泥中,我們觀察到石英顆粒表面出現(xiàn)弱溶蝕的次貝殼狀(Ia類)微形貌(觀測點(diǎn)QC-14,15),可以推測這類微形貌與青川斷裂中段晚更新世快速黏滑活動有關(guān)。沿青川斷裂中段,多名學(xué)者對該斷裂斷層泥開展TL和ESR測年(圖1),文德華(1994)根據(jù)青川斷裂中段青川縣城和白水鄉(xiāng)金山寺附近的斷層泥TL測年結(jié)果,推測青川斷裂中段最新活動時間不早于(48.61±3.6)萬年;李傳友等(2004)在燕子砭與安樂河之間的斷裂帶之上堆積物TL測年結(jié)果(距今(5.378±0.457)萬年)和紫灰色斷層泥ESR測年結(jié)果(距今(57.0±15.9)萬年),推測該斷裂活動時間在距今57.0～5.4萬年。這些斷層泥測年結(jié)果與本文木魚—大安段紫紅色斷層泥中石英顆粒表面普遍出現(xiàn)的次貝殼狀(Ia類)微形貌吻合。

圖9　青川斷裂木魚—大安段斷層泥中石英顆粒表面微形貌分類頻度分布圖Fig.9 The histogram for corroded micro-appearances of quartz grains in fault gouge along the Muyu–Daan segment of Qingchuan fault

5 結(jié)論

本次研究沿青川斷裂木魚—大安段采集的6件斷層泥樣品,利用掃描電子顯微鏡對斷層泥中石英顆粒進(jìn)行了表面溶蝕微形貌的識別和統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)石英顆粒表面以兩類中-深度溶蝕石英形貌(II、III類)和一類弱溶蝕石英形貌(Ia類)為主,未見新鮮應(yīng)力破裂微形貌(Io)但透過弱溶蝕微形貌識別出了貝殼狀斷口、階步狀斷口、直線擦痕等典型應(yīng)力微形貌。由此,我們認(rèn)為該斷裂最新黏滑活動時間在晚更新世,而全新世以來未活動。

致謝:感謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所張克旗老師和中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所陳方遠(yuǎn)老師對本次SEM微形貌觀察提供的幫助,感謝審稿專家為本文提出的寶貴意見。

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Micromorphology of Quartz in Fault Gouge from the Middle Segment of the Qingchuan Fault Zone and Its Chronological Implications

LI Jian1,2),ZHANG Yue-qiao1)*,WU Tai-ran2),LI Hai-long1),XIONG Jin-hong1,2),LI Jian-hua1)
1)Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100081;
2)School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 100871

Abstract:Fault gouge,as the product of the brittle shear deformation in fault zone,records the information of fault slipping mode and activity time.The micromorphology textures of quartz in fault gouge,in particular,can be used to semi-quantitatively estimate a relative time of fault activity.The Qingchuan fault,as the southern boundary of the Qinling Tectonic Belt,has been of right-lateral strike-slip since late Cenozoic,and the complete fracture zone including well-developed fault gouge is exposed along the fault.In this paper,the authors chose the pewter gravelly fault gouge and purple fault gouge from the middle segment of Qingchuan Fault Zone(Muyu-Da’an segment)as the study objects on the basis of field investigation,with the emphasis placed on the SEM(scanning electron microscope)observation for surface textures of quartz grains.The quartz micromorphology shows two categories of medium-strong dissolved morphology(II and III)and one type of weak dissolved morphology(Ia)in purple fault gouge,with no rupturing morphology observed.This statistical result indicates that the latest activity time of the middle segment of Qingchuan fault was in late Pleistocene,and no obvious activity happened in Holocene.This viewpoint is well consistent with structural geomorphology investigations along the active fault zone.

Key words:Qingchuan Fault Zone;fault gouge;micromorphology of quartz;slip mode;activity time

*通訊作者:張岳橋,男,1963年生。研究員,博士生導(dǎo)師。主要從事區(qū)域構(gòu)造與新構(gòu)造的研究工作。

通訊地址:100081,北京市海淀區(qū)民族大學(xué)南路11號。電話:010-88815098。E-mail:yueqiao-zhang@sohu.com。

作者簡介:第一李建,男,1989年生。博士研究生。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè),從事新構(gòu)造與活動構(gòu)造研究。E-mail:lj6262900@163.com。

收稿日期:2015-12-09;改回日期:2016-01-27。責(zé)任編輯:閆立娟。

中圖分類號:P542.3;P578.494

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

doi:10.3975/cagsb.2016.02.03