龍門山與四川盆地過渡帶構造變形幾何學、運動學及其對地震風險評估的影響

He Dengfa(何登發),Lu Renqi(魯人齊),John Suppe

1)中國地質大學(北京),北京 100083

2)臺灣大學地球科學系,臺北 10617

龍門山與四川盆地過渡帶構造變形幾何學、運動學及其對地震風險評估的影響

Geometry and kinematics of structural deformation in the transitional belt between the Longmenshan mountains and the Sichuan Basin,and implications for earthquake risk appraisals

He Dengfa(何登發)1),Lu Renqi(魯人齊)1),John Suppe2)

1)中國地質大學(北京),北京 100083

2)臺灣大學地球科學系,臺北 10617

龍門山前至龍泉山構造帶是理解青藏高原東南緣向東南擴展及其與四川地塊相互作用的關鍵地帶,也是探討2008年5·12汶川MW8.0級地震的構造變形機制及開展地震風險評估的關鍵部位。

本文綜合利用油氣勘探中的反射地震剖面、鉆井、遙感及地表填圖等資料,建立了汶川—龍泉山—川中(代表龍門山中段)、楓順場—礦山梁(代表龍門山北段)、蓮花山(代表龍門山南段)的區域構造地質大剖面,這些剖面揭示了上地殼20 km以內的地質結構與構造變形特征。結合遠震成像與重磁反演等給出的中、下地殼結構資料,建立了龍門山—四川盆地過渡帶整個地殼尺度的構造地質剖面,據此推斷該部位的構造變形特征。

首先,對川西龍門山前L2地震剖面(北端延至汶川,南端已進入川中,跨過北川—映秀斷裂、灌縣斷裂和龍泉山構造帶)(代表龍門山中段),通過地表地質約束、精細鉆井地質地震層位標定等方法,對L 2線進行了精細解釋和構造復原。研究揭示龍門山中段以上三疊統須家河組煤層、下三疊統嘉陵江組膏鹽巖與基底塑性地層為滑脫層,具有分層滑脫變形的特征,且變形量各不相同。前震旦系基底在三疊紀末期形成的構造楔是造成龍門山抬升的重要原因;上三疊統須家河組內存在的兩組構造楔是形成龍門山前單斜帶的主要原因;深部、中淺部構造楔的疊加變形是導致龍門山隆升的主要機制。沿下三疊統嘉陵江組的膏鹽巖滑脫層的斷裂延伸至龍泉山形成新的構造楔,導致龍泉山被動抬升;新近紀—第四紀的成都平原為一背馱盆地。

龍門山北段山前帶的楓順場—礦山梁構造帶,地震測線FSC05+KSL06長約46 km,北西向延伸,垂直于龍門山脈的走向,切過北川斷裂帶和礦山梁背斜帶,基本揭示了龍門山前緣沖斷系統的結構。在該部位,侏羅系與下伏三疊系呈角度不整合接觸,表明礦山梁地表背斜構造形成于早侏羅世之前;在沖斷帶前緣,侏羅系和下白堊統發生了掀斜,而且地層內部也發生一定程度的構造變形,說明該區在早白堊世之后又遭受了構造擠壓作用。構造解析揭示出由西向東展布的4個構造帶:①北川斷裂帶:主要由數條低角度北傾逆沖斷裂組成,在深部匯聚于一條主斷面,可能位于震旦系內部或更老層位,這條主斷面向北延伸至下震旦統胡家寨組(Z1h)和中上志留統龍馬溪組(Shn)—毛塔子組(Sm)內部的背斜和向斜之下,控制了這兩個褶皺的形成和發育。地表出露的兩條斷層是該斷裂帶的前鋒斷裂,上覆的下寒武統油房組(∈1y)和邱家河組(∈1q)變形強烈,發生倒轉。北川斷裂帶深部可能存在數個斷層轉折褶皺堆垛而成的疊加構造。②中部背斜帶:由兩個寬緩的斷層轉折褶皺組成,核部為寒武系和中上志留統,南翼覆有中下泥盆統平驛鋪組(D1p)—甘溪組(D1g)—養馬壩組(D2y),背斜南翼較北翼略陡,指示背斜受下伏斷層由北向南的沖斷作用形成,其中深部背斜形態在地震剖面上顯示完整,運用軸面分析方法可確定下伏斷層的形態。③礦北疊瓦斷裂帶:由4～5條北傾疊瓦斷裂組成,并在深部匯聚于中上志留統內的主滑脫斷面,該斷面與中部背斜帶下伏的臺階狀斷層相接;④礦山梁疊加背斜帶:由兩個斷層轉折褶皺疊加而成,下伏臺階狀逆斷層的滑脫面分別位于中上志留統、下二疊統和震旦系內部,并在褶皺前翼形成反沖,呈楔型,在構造楔向南楔入過程中,造成前緣三疊系和侏羅系的被動抬升。剖面FSC05+KS106的沖斷變形總體表現為“前展式”,礦北疊瓦斷裂帶的斷層傾角由南向北依次變陡,并在深部匯聚于中上志留統內的一條主斷層,該斷層向北與中部背斜帶下伏臺階狀逆斷層相接,向南與礦山梁淺層背斜下伏斷層也為同一條斷層,揭示該主斷層位移量由北向南的傳遞作用;但北川斷裂帶切割了下伏構造的軸面,其形成時間可能要晚于南側其他構造單元。按照逆構造發育的順序,依次恢復FSC05+KSL06線各斷塊在疊加前的原始形態,可求出近似復原后的剖面長度為85.5 km,剖面的縮短率約為46.55%。

龍門山南段前緣的蓮花山構造屬于川西龍門山山前斷褶構造帶南段的三和場-霧中山構造帶。蓮化山地區的沖斷構造在縱向上可劃分為上、下兩個變形層,上構造層由兩排逆沖斷裂帶構成,斷裂上覆地層的褶皺變形表現為斷層傳播褶皺,并出露地表,褶皺下伏斷層歸并于三疊系內部的主滑脫斷面,即須家河組海陸過渡相—陸相含煤沉積。在地震反射剖面上可清晰識別出這些斷層的下盤截切點,截切角為15°～18°。下構造層則包絡在三疊系內部的主滑脫斷面之下,表現為多個斷層轉折褶皺疊加而成雙重構造,擁有相同的底部滑脫面和頂部滑脫面,在其前鋒發育兩條反向逆沖斷層,上覆褶皺即為蓮花山構造。龍門山南段的構造變形表現為前展式破裂特點;下構造層的沖斷位移一方面向前傳遞,另一方面通過反沖斷層向后陸方向返回,但反沖斷層上的位移還通過上覆結構層向前陸方向的傳遞而最終達到位移平衡。上、下構造層的縮短也就具有較大差異。在所分析的剖面中,現剖面長31 km,縮短量達24 km,擠壓縮短率達43.64%。

由此可見,龍門山前部位地殼擠壓縮短達43%～46%,這種縮短主要依靠疊加的構造楔與復雜的疊瓦構造來實現。

研究認為川西平原處于多條滑脫斷層之上,中淺層反沖斷裂較多且長期活動,因此對該地區的地震風險評估應充分考慮。

P552,P315.7;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.06.003