青藏高原東部晚第四紀活動地塊運動特征

青藏高原東部晚第四紀活動地塊運動特征

0區(qū)域構造背景的討論青藏高原被稱為世界三角洲地區(qū)的平均海拔高度為44800米，被稱為世界三角洲地區(qū)的高度。地質學家普遍認為,青藏高原是印度板塊與歐亞板塊自新生代早期碰撞以來逐漸形成的,其中印度板塊楔入到歐亞板塊之下對青藏高原隆升起著主要作用。對于青藏高原晚新生代以來的構造變形機制,目前在認識上主要存在兩種模式。一種模式是把印度板塊向青藏高原下部的擠入簡化為平面剛塑性問題,將其變形方式近似地看成主要斷層之間剛性塊體的相互作用,即認為新構造變形主要集中發(fā)生在幾條走滑斷裂上,而由其所圍限的塊體的側向遷移是調(diào)節(jié)構造變形的方式,因此走滑斷裂作用占主導地位。另一種模式則認為,板塊會聚所引起的構造變形主要是通過廣泛分布于大陸內(nèi)部的逆斷層作用和地殼增厚來調(diào)節(jié)的,而走滑斷層作用是有限的,其構造變形應看成為一種連續(xù)介質的內(nèi)部應變和旋轉,上地殼的非連續(xù)變形僅反映了局部區(qū)域的脆性地殼特征,深部塑性巖石圈則為連續(xù)變形[9,10,11,12,13,14]。上述認識上的分歧主要表現(xiàn)為:在印度板塊的俯沖碰撞作用下,青藏高原內(nèi)部各個構造塊體的運動學機理及其內(nèi)部的形變特征是什么?本文擬通過分析青藏高原東部第四紀特別是晚第四紀以來的活動斷裂資料和GPS速度場資料,闡述活動斷裂帶所圍限塊體——活動地塊的幾何學和運動學特征。其中,GPS速度場資料直接提供了活動地塊邊界和內(nèi)部的現(xiàn)今運動和形變信息。1巖石區(qū)的構造背景青藏高原東部由6個地體以及分隔開它們的5條縫合帶和一條深大斷裂組成(圖1),自北而南分別為:祁連-阿爾金加里東期縫合帶,祁連山地體,青海南山及北淮陽斷裂帶,東昆侖-柴達木地體,東昆侖-阿尼瑪卿華力西期縫合帶,松潘-甘孜-可可西里地體,金沙江印支期縫合帶,羌塘地體,班公湖-怒江燕山期縫合帶,拉薩地體,雅魯藏布江喜馬拉雅期縫合帶和喜馬拉雅地體。青藏高原5條狹長的縫合帶是各時期洋盆消減和地體碰撞的結果。縫合帶的時代由北向南依次變新顯示了亞洲大陸逐漸向南增生。印度次大陸與亞洲大陸碰撞使雅魯藏布江一帶的特堤斯殘余海最終封閉,并開始了緩慢的分階段的構造運動、巖漿活動及地面隆升過程。2活動區(qū)域地質特征圖2是根據(jù)鄧起東等編制的中國活動構造圖修改而成的研究區(qū)活動斷裂分布圖。雖然其中的許多斷裂還未得到詳細的研究,如通過衛(wèi)星照片解譯出的斷裂還未得到野外工作的論證,但本圖基本上包括了該區(qū)域的所有活動斷裂。從圖上可知,與周圍穩(wěn)定的克拉通區(qū)相比,青藏高原東部構造區(qū)的斷層密度明顯較高,說明該區(qū)域地殼相對克拉通來說強度低,塑性高,也較破碎;斷層走向在北部除了阿爾金-海原斷裂帶的西段為NEE向外,其余基本上為SEE;南部區(qū)域則以SSE為主。其中喜馬拉雅活動構造帶、班公錯-嘉黎斷裂帶和金沙江-紅河斷裂帶的運動學特征為右旋走滑兼逆沖;其它斷裂帶為左旋走滑兼逆沖?？傮w上研究區(qū)內(nèi)的活動斷層大部分都可以歸入以下8條活動斷裂帶:(1)喜馬拉雅活動構造帶(HM)。由向南凸出的主中央沖斷帶(MCT)-主邊界沖斷帶(MBT)-山前沖斷帶(RFT)所組成,全新世滑動速率15~18mm/a,具有右旋走滑分量。(2)班公錯-嘉黎斷裂帶(BG-JL)。右旋滑動速率約為4~10mm/a左右。(3)鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶(XSH-YS-MN)。東部玉樹-鮮水河段左旋滑動速率為10~12mm/a;西部左旋滑動速率大概在2.5~10mm/a。(4)東昆侖斷裂帶(EKL)。左旋走滑兼向南逆沖,晚第四紀滑動速率12~13mm/a;2001年11月昆侖山口8.1級強烈地震在該帶中部發(fā)生,形成長達350km的地表破裂帶。(5)西秦嶺北緣-青海湖南緣-柴達木盆地北緣斷裂帶(NWQ-SQH-NQ)。左旋走滑兼向南(部分斷層段向北)逆沖,造成南祁連山系推覆于柴達木-共和盆地之上,滑動速率較小,一般為2~4mm/a。(6)阿爾金-海原斷裂帶(ALT-HY)。左旋走滑兼逆沖擠壓,左旋滑動速率約為7~9mm/a。(7)金沙江-紅河斷裂帶(JSJ-HH)。右旋走滑,晚第四紀滑動速率可達7~8mm/a。(8)龍門山斷裂帶(LMS)?；顒有圆粡?但其中的岷江斷裂具有左旋走滑特征,速率1~2mm/a。根據(jù)鄧起東等和張培震等關于活動斷塊或活動地塊的劃分,研究區(qū)自南而北分別為:a.拉薩地塊(LS),b.羌塘地塊(QT),c.川滇地塊(CD),d.巴顏喀拉地塊(BYKL),e.柴達木地塊(QDM),f.祁連地塊(QL)。另外還可劃分出北緣邊界構造帶(NB),東緣邊界構造帶(EB)(圖3)。通過分析這些活動斷裂運動性質及組合方式,可以得出活動地塊具有如下特征:(1)羌塘地塊和川滇地塊的東北邊界為左旋剪切的鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶,西南邊界分別為右行剪切的班公錯-嘉黎斷裂帶和金沙江-紅河斷裂帶,地塊兩側斷裂帶剪切方向相反,共同指示羌塘地塊和川滇地塊具有向SE-SSE方向運動的趨勢,表現(xiàn)為圍繞東喜馬拉雅構造結的水平旋轉。拉薩地塊與這兩個地塊運動性質類似。(2)鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶、東昆侖斷裂帶、西秦嶺北緣-青海湖南緣-柴達木盆地北緣斷裂帶具有左行剪切及向S逆沖的性質,阿爾金-海原斷裂帶左行剪切運動,這種斷裂帶組合指示了巴顏喀拉地塊、柴達木地塊和祁連地塊共同向NWW-W方向旋轉運動及向S擠壓。3區(qū)域構造差異運動特征在我們的研究區(qū)內(nèi)大約有310個GPS站點的速度矢量,勾畫出了較密集的地殼運動速度場。這些數(shù)據(jù)主要來源于“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡”1998-2004年的觀測結果,另外也補充了部分其它項目的站點資料。圖4是甘衛(wèi)軍等在“青藏高原整體固定”參考框架下確定的GPS速度場。所用的基本方法是:首先提取所有位于青藏高原內(nèi)部的GPS站點,對其在穩(wěn)定歐亞參考框架下的速度矢量場進行球面剛性塊體旋轉運動的最佳擬合,確定出描述青藏高原整體旋轉的最佳歐拉矢量,然后計算青藏高原及其周邊各GPS站點在該歐拉矢量下的“剛性”運動速度矢量,并從原速度矢量值中扣除。由于去除了青藏高原GPS速度場中的整體剛性運動成分,所以使高原內(nèi)部(各個活動地塊內(nèi)部及地塊之間)的構造變形和差異運動得以最大限度的凸現(xiàn)。表1是對圖4青藏高原東部GPS速度場所反映的差異運動結果的統(tǒng)計。分析圖4和表1,可以看出青藏高原東部的內(nèi)部形變具有以下特征:(1)以鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶為界,南部的拉薩地塊、羌塘地塊和川滇地塊較之北部的巴顏喀拉地塊、柴達木地塊和祁連地塊,其平均東向速度分量的差異達12mm/a,北向速度分量的差異約達6mm/a。南部地塊表現(xiàn)為繞喜馬拉雅東構造結的順時針擠出式“流滑”,北部地塊則表現(xiàn)為左旋旋轉兼向S擠壓的特征。(2)區(qū)域內(nèi)主要的活動斷裂帶,包括班公錯-嘉黎斷裂帶、鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶、東昆侖斷裂帶和阿爾金-海原斷裂帶,兩側的速度場顯示了明顯的差異,反映出這4條斷裂帶現(xiàn)今強烈的水平活動性;而西秦嶺北緣-青海湖南緣-柴達木盆地北緣斷裂帶兩側變化不太明顯可能反映了活動性較弱。(3)東緣邊界構造帶附近(31°-35°,102.30°-106°),包括龍門山、四川盆地及其以北區(qū)域,速度矢量以及南北分量值較小,特別是巴顏喀拉地塊東部的水平形變存在著南北分岔的現(xiàn)象(分別表現(xiàn)為順時針和反時針的剪切),可能是揚子地塊阻擋了巴顏喀拉地塊向東運動。北緣邊界構造帶及其以北地區(qū)速度矢量以及南北分量值明顯大于柴達木地塊和祁連地塊。(4)速度矢量以及南北分量值在各個地塊內(nèi)部變化范圍較大,說明青藏高原地塊內(nèi)部也存在著較強烈的變形,明顯不同于中國大陸的一些典型地塊,如西域地塊區(qū)、華北地塊區(qū)和南華地塊區(qū)。4區(qū)域地質構造背景青藏高原東部構造塊體的運動學特征在新生代前后是截然不同的。五條縫合帶的存在就說明在新生代之前的地質歷史時期,各個構造塊體(地體)之間是相對獨立的,存在于古特提斯洋中。隨著印度板塊和歐亞大陸不斷靠近,各個“地體”依次拚合到歐亞大陸上,直至喜馬拉雅期印度板塊和歐亞大陸最終碰撞在一起;新生代之后由于各個塊體在印度板塊的繼續(xù)作用之下,處于相互擠壓的狀態(tài),開始了另一種復雜形式的構造運動。對比圖1和圖3可以看出,第四紀特別是晚更新世以來的活動地塊邊界帶與早期的構造單元邊界密切相關,但也具有明顯的新生性。雅魯藏布縫合帶是喜馬拉雅期間的碰撞帶,由于它已不再活動或活動性較弱,不再是活動地塊的邊界;班公錯-嘉黎斷裂帶不與班公湖-怒江縫合帶重合,新生程度較高;鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶西段和金沙江-紅河斷裂帶基本上繼承了金沙江縫合帶,而鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶東段是新生的;東昆侖斷裂帶基本上沿著東昆侖-阿尼瑪卿縫合帶的跡線,但其東端已轉化為東緣邊界構造帶的一部分;西秦嶺北緣-青海湖南緣-柴達木盆地北緣斷裂帶除了東端已轉化為東緣邊界構造帶的一部分外,總體上與青海南山及北淮陽斷裂帶重合;阿爾金-海原斷裂帶是新生的,位于祁連-阿爾金縫合帶的南邊。根據(jù)地塊邊界活動斷裂帶的運動方式和GPS速度場推導出的各個活動地塊的運動學特征基本上是吻合的。鮮水河-玉樹-瑪尼斷裂帶是一條相當重要的分界線,其南、北兩側活動地塊的運動方式不同。南部地塊包括拉薩地塊、羌塘地塊和川滇地塊的運動方式是以SE-SSE方向繞喜馬拉雅東構造結的順時針旋轉;北部地塊包括巴顏喀拉地塊、柴達木地塊和祁連地塊具有以NWW-W方向左行旋轉運動及向S擠壓的性質。之所以活動地塊具有這樣的運動學特征,其原因可能是:青藏高原由于印度板塊連續(xù)不斷地向NE方向擠壓使得整個青藏高原具有朝NE方向運動的趨勢,但由于穩(wěn)定的西域地塊區(qū)、華北地塊區(qū)和南華地塊區(qū)的阻擋,迫使高原地殼增厚、南部地塊朝SE方向擠出、北部地塊向NWW方向左行旋轉及向S擠壓。實際上,東緣邊界構造帶附近地震活動強烈(著名的中國南北地震帶),但GPS數(shù)據(jù)顯示的水平形變速度值小就說明南華地塊區(qū)阻擋著青藏高原活動地塊朝東運動,擠壓所造成的應力集中以發(fā)生強烈地震的方式釋放;北緣邊界構造帶北側的西域地塊區(qū)和華北地塊區(qū)起著類似的阻擋作用。青藏高原東部構造區(qū)除了活動地塊的邊界帶表現(xiàn)為強烈活動的特性外,各個地塊內(nèi)部也顯示出很強的活動性,表現(xiàn)在活動斷裂線密度高且呈現(xiàn)出“彌散狀”的分布特征。GPS測量也證實速度矢量在地塊內(nèi)部變化較大,水平形變表現(xiàn)為一連續(xù)的形變。與穩(wěn)定的西域地塊區(qū)、華北地塊區(qū)和南華地塊區(qū)相比,青藏高原東部地殼強度低,說明青藏高原的各個地體于新生代早期最終碰撞以來,強烈的變形