川滇菱形块体顺时针转动的构造学与古地磁学证据

川滇菱形块体顺时针转动的构造学与古地磁学证据 川滇菱形块体顺时针转 动的构造学与古地磁学证据 )) ))1111 徐锡伟程国良于贵华宋方敏 )))))21134 Hagai Ro n向宏发张兰凤王洋龙闻学泽 ) 1中国地震局地质研究所 , 北京 100029 ) 2以色列地球物理研究所 , P. O. Bo x 182 ) 3云南省地震局 , 昆明 650204 ) 4四川省地震局 , 成都 610041 N E 向丽江 - 小金河断裂的切割 ,可进一步划分为川西北次级块体 川滇菱形块体内部受 摘 要 和滇中次级块体等南北 2 个部分 ;各次级块体东边界断裂有规律地左旋滑动 、西边界断裂的右旋滑动 及其滑动速率值的差异 ,反映出新生代时期各次级块体作向 SE 的水平滑移叠加绕垂直轴顺时针转动 的复合运动 。其中 ,川西北次级块体 SE 向的水平滑移速率 5mm/ a ,顺时针转动角速度 114/? Ma ;滇中 次级块体 SE 向的水平滑移速率 315mm/ a ,顺时针转动角速度约 115?/ Ma 。在滇中次级块体内部姚 安 、大姚 、永仁 、昆明北马街等地采集到约 90 个古新世地层的定向样品 ,通过交变退磁和热退磁获得 () 了它们各自的剩磁矢量 实验磁偏角和磁倾角,由实测磁偏角与期望磁偏角相比可知川滇地区滇中 次级块体中新世早期以来的顺时针转动累积量可达 30,?48。?次级块体的整体转动与块边活动断裂 的左旋滑动符合左旋走滑断裂作用区块体作顺时针转动的运动学模式 。 活动断裂 活动块体 块体转动 磁偏角期望值 磁偏角实测值 川滇地区 关键词 () 文章编号 : 0253 - 4967 200301 - 0061 - 10 中图分类号 : P31814 文献标识码 : A 0 引言 川滇菱形块体是被走滑活动断裂围限的地区 ,许多研究者依据区域新构造运动特征 ,论述 ( 了川滇菱形块体存在着向 SE 的滑移现象 , 滑移速率约 3 , 5 mm/ a 李 等 , 1975 ; 阚荣举等 , ) 1983 ;丁国瑜 ,1990 ;邓起东等 ,1994 ;L ee et al . ,1995 ; Xu et al . , 1996;白垩纪的古地磁测量资 料也表明 ,红河断裂以西的滇西南地区新生代时期曾发生过大规模的顺时针转动 ,它们是青藏 ( 高原物质 向 东 逃 逸 、受 阻 而 转 向 SE 滑 移 的 应 变 响 应 Avo uac et al . , 1993 ; Ar mijo et al . , ) 1993 ; Funahara et al . , 1993 ; Huang et al . , 1993 ; Xu et al . , 1996。本文在分析川滇菱形块 体块边活动断裂运动学特征的基础上 ,通过滇中地区古新世地层古地磁磁偏角的测量 ,定量论 〔收稿日期〕 2001 - 08 - 14 收稿 ,2002 - 04 - 23 改回 。 ( ) 〔基金项目〕 国家重点基础研究发展 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 项目 G1998040701资助 。 中国地震局地质研究所论著 2003B0003 。 证受 N W ,N E 和近 SN 向走滑活动断裂围限的川滇菱形块体绕垂直轴的转动属性 ,这对认识川 滇地区现今地壳变形特征 ,探讨块体运动的动力作用过程 、地表破裂型地震的空间迁移规律等 都具有十分重要的科学意义 。 1 菱形块体的运动学特征 川滇菱形块体位于青藏高原的东南隅 ,是受甘孜 - 玉树断裂带 、鲜水河断裂带 、安宁河断裂 带 、则木河断裂带 、小江断裂带 、红河断裂带和金沙江断裂带等 N W 和近 SN 向活动断裂围限的 最新构造变动单元 ,N E 向的丽江 - 小金河断裂带又将川滇菱形块体切割成南 、北 2 个部分 ,分 ( ) 别称为滇中次级块体和川西北次级块体 图 1。滇中和川西北 2 个次级块体具有相似的块边 活动断裂类型和运动学特征 。 川西北次级块体从北边界甘孜 - 玉树断裂带 ,东北边界鲜水河断裂带 ,东边界安宁河断裂 带北段 ,到南边界丽江 - 小金河断裂带 ,在空间上表现出连续的左旋走滑运动 ,且晚第四纪以来 ( ) 的左旋走滑速率依次减少 : N W 向甘孜 - 玉树断裂带和鲜水河断裂带左旋滑动速率约 13 ?5 (( ) ) mm/ a 李天绍等 , 1997,安宁河断裂带近 SN 向左旋滑动速率 416 ?2mm/ a ,大凉山断裂近 (( ) ) SN 向左旋滑动速率 311 ?012mm/ a ,丽江 - 小金河断裂带 N E 向左旋滑动速率仅 316 ?012mm/ a 左右 。但西边界近 SN 向金沙江断裂带的滑动性质发生了转变 ,不仅作右旋走滑运动 ,滑 () ( ) 动速率约 5 mm/ a ,而且还带有一定的垂直 逆运动分量 唐荣昌等 ,1993。川西北次级块体东 西两侧块边活动断裂走滑运动性质的转变表明 ,至少晚第四纪以来次级块体发生过向 SE 的水 平滑移 ,滑移速率 5 mm/ a ,滑移方向 135,?140;?东西两侧块边活动断裂滑移矢量的差异 ,特别是东边界滑动速率值明显地大于西边界的滑移速率值 ,反映出川西北次级块体还存在着绕垂直 轴的顺时针转动 。假定次级块体绕其几何中心转动 ,依据丽江 - 小金河断裂带 、甘孜 - 玉树断 裂带和鲜水河断裂带的晚第四纪左旋滑动速率 ,可计算得到川西北次级块体的顺时针转动角速 度为 114?/ Ma 。 滇中次级块体从北界丽江 - 小金河断裂带 、东界安宁河断裂带南段和大凉山断裂 、则木河 ( 断裂带到小江断裂带也表现出近乎连续的左旋走滑运动 ,其中小江断裂带的左旋滑动速率 10 ) () ?2mm/ a 宋方敏等 ,1998,而次级块体西边界 N W 向红河断裂带和乔后 - 维西断裂带则作 ( ) 右旋走滑运动 ,红河断裂带的右旋滑动速率约 315 mm/ a Allen et al . , 1984。同样可以推断 , 滇中次级块体存在着向 SE 的水平滑移和绕垂直轴的顺时针转动 ,水平滑移速率约 315 mm/ a , 滑移方向 135?左右 ,次级块体顺时针转动角速度为 115/? Ma 。 非常有意义的是 ,N E 向丽江 - 小金河断裂带分隔的川西北和滇中 2 个次级块体向 SE 方向的 滑移速率存在着较大的量值差异 ,即川西北次级块体向 SE 的水平滑移速率值较滇中次级块体高 2mm/ a ,这一差值代表沿 N E 向丽江 - 小金河断裂带存在着 NW —SE 向地壳缩短 ,并转换成为川 () 西北与滇中 2 个次级块体之间的差异升降 逆运动 。野外考察表明 ,丽江 - 小金河断裂带西北侧 中三叠统灰岩风化剥蚀形成的夷平面海拔标高 3 000,3 100m ,东南侧相同夷平面标高仅2 500m , 4 () 相对高差达 500,600m 。按鹤庆赵屯风化壳之上砂层 TL 年龄 5814,3811×10a B. P. 计算 ,推 () 测丽江 - 小金河断裂带两侧晚第四纪以来的平均差异升降运动 逆速率达 110,113mm/ a ,这一 速率值代表了上述 2 个次级块体之间的丽江 - 小金河断裂带对川西北次级块体 SE 向滑移的吸 收 ,并转换为川西北较滇中次级块体更高的隆升运动和地壳 NW - SE 向的缩短 。 1 期 徐锡伟等 :川滇菱形块体顺时针转动的构造学与古地磁学证据 63 图 1 川滇菱形块体活动断裂分布与次级块体划分图 Fig. 1 Dist ributio n of active fault s and sub2block divisio n in t he Sichuan2Yunnan Rho mbic Block. 1 主干活动断裂 ; 2 次级活动断裂 ; 3 逆断裂 ; 4 正断裂 ; 5 走滑断裂 ; 6 新生断裂 ; 7 块体转动方向 ; 8 块体平移方向 ; 9 块体运动动力源 ; ? 川西北次级块体 ; ? 滇中次级块体 ; 黑虚线代表期望磁偏角量值和方向 ; 实线代表实测古地磁磁偏角 ; 数值代表转动角 2 滇中次级块体顺时针转动的古地磁学证据 211 野外样品采集 (在滇中次级块体内部元谋断裂以西的姚安 、大姚 、永仁等县 北纬 25?20′,255?1′,东经 101? ) ( ) 15′,1012?6′和块体东缘小江断裂与普渡河断裂间的马街 北纬 254?5′,东经 1025?5′等地 ,用 手持采样钻机采集了 7 个地点地表出露的晚白垩世 、始新世和古新世地层的古地磁定向标本 () () () 90 块 表 1,除 S Y01 —15和 SW 01 —11分别为火山岩和泥岩外 ,其余均为粉砂岩 。所有标 本在野外用太阳罗盘和普通地质罗盘定向 ,并测定了其各自的地层产状 ; 姚安文化村附近的火 ( ) 山岩标本 S Y 01 —15 用上覆上新世地层的产状作为其实际产状 。野 外 采 样 定 向 精 度 误 差 ?2;?采样位置用标准 GPS 接收仪和 1/ 5 万地形图联合定位 。 表 1 滇中次级块体内部采样点平均古地磁高温分量方向数据一览表 Table 1 Site2mean directio ns for high2temperat ure magnetic co mpo nent s in t he Cent ral Yunnan Sub2block 实测磁 实测 磁置信度 样品数 岩石 地质 地层 磁偏角 磁倾 角(φ λ)位置 , E倾角 偏角 编 号 地 点 N ( α) N 类型时代产状校正值 校正值95) ) ((/ ?/ ? S Y01215 姚安文化村 25?40′,101?17′ 火山岩 始新 世40/? 250? 38 . 1 15 - 35 . 4 46 . 4 - 44 6 . 3 姚安仓街北 大25?40′,101?17′ 粉砂岩 白垩纪41 /? 250? 66 . 7 N Y11225 18 . 4 63 . 8 59 . 3 8 . 9 15 姚 粉砂岩 古新世 - 永仁间 大25?40′,101?22′ 31/? 015? 351 . 1 N Y26239 72 . 4 5 . 6 42 . 6 5 . 6 14 粉砂岩 古新世 姚 - 永仁间 大25?45′,101?22′ 46/? 038? 200 . 6 N Y40247 8 77 . 8 44 . 4 55 . 6 21 . 3 姚 - 永仁间 通25?45′,101?22′ 粉砂岩 古新世 N Y48256 9 42 - 29 . 1 42 . 7 26 . 5 17 . 1 62/? 251? 过褶皱检验 永Kg = 1 . 4 ; ks = 12 . 1 仁江底梁子 昆N Y40256 48 . 8 34 . 7 43 . 3 41 16 . 4 25?51′,101?30′ 明北马街 25?11′,100?21′ YO01218 粉砂岩 古新 世13/? 249? 52 . 4 27 . 5 49 . 9 40 . 3 16 18 泥 岩 古新世 66 . 9 11 76 . 2 36 . 2 6 . 9 SW01211 41/? 050? 116 . 9 ( )48 . 8 42 12 . 9 平均值 N Y & YO 白垩纪 —早新生 代地层产状校正 前) 1古地磁期望值14 . 2 38 . 3 华南地块 白垩纪K u V GP :76. 5N? ,203E? 4 . 4 ) 2华南地块 华南地块白垩 纪K m 古地磁期望值16 . 8 44 . 9 ) 3()白垩纪K u —早新生代E 华南地块 四川盆地 古地磁实测值30 . 6 37 8 . 6 )4白垩纪K u - 早新生代E 古地磁期望值 14 . 8 48 . 0 3 . 7 ) ) ) )注 1Halim et al . , 1998 ; 2Huang et al . , 1993 ; 3Gilder et al . , 1993 ; 4 Yang et al . , 2001 。 212 实验室测试方法 古地磁样品制成 215cm ×215cm 的圆柱体 ,在以色列地球物理研究所古地磁实验室用灵敏 - 6( ) 度 10 A/ m 的三轴超导磁测仪 2 G测量样品的剩余磁化强度 ,用 2 个正交的交变退磁装置 () 最高磁场达 200 m T对样品进行退磁 。S Y 采样点的火山岩样品在交流磁场中以 5 m T 作为增 量逐步退磁 ,直到 90 m T 时样品的剩磁强度被去除约 90 %或更多 ;其他粉砂岩和泥岩样品则在 γ残余磁场小于 4、温控误差 ?1 ?的 TD48 双腔热容器中进行热退磁 ; 在 100,500 ?温度范围 内温度增量为 50 ?;525,600 ?范围为 25 ?;610,690 ?范围为 10 ?。最后用正交矢量图 、主 ( ) 分量分析和费歇尔统计法对测量结果进行了统计 Fisher et al . , 1953 ; Kirschvink , 1980。 213 古地磁测试结果 - 1 S Y 采样点的火山岩样品具有稳定单一剩磁矢量 ,其天然剩磁强度约 10 A/ m ,矫顽磁力 1 期 徐锡伟等 :川滇菱形块体顺时针转动的构造学与古地磁学证据 65 ( ) 具有钛磁铁矿的磁性特征 图 2; 15 个样品 的平均磁偏角逆时针偏离期望值约 120?; 与 其它邻近粉砂岩测试结果相矛盾 ,这不太可 能是样品所在地绕垂直轴逆时针转动的结 果 ,而很可能是被测样品 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 了地磁场转换 时期的磁场方向 。 N Y , YO 和 SW 等采样点的粉砂岩样品 具有非常稳定的剩磁矢量 ,系统热退磁结果 表明 ,赤铁矿是剩磁的载体 , 天然 剩 磁 强 度 - 2() 10 A/ m 图 3。对所有样品经过热退磁处 ( ) 理分离出的高温分量 H TC或特征剩磁再 ( ) 作进一步的统计分析 。采样点 N Y 40 —47 () 和 N Y48 —56样品的费歇尔平均方向通过 图 2 姚安文化村典型火山岩样品退磁矢量投影图 了褶皱检验 ,意味着褶皱作用发生在磁化作 () ( )a与归一化退磁强度图 b () 用之后 图 4;其余各采样点的平均值 ,特别 Fig. 2 Ort hogo nal vector p rojectio n 是磁倾角与相同地点同时代岩石的期望磁 () ( ) aand normalized intensity plot bof ( 倾角 吻 合 Gilder et al . , 1993 ; Huang et alternating demagnetizatio n for rep resentative al . , 1993 ; Halim et al . , 1998 ; Yang et ( ) specimen S Y04f ro m Wenhuacun Village. ( ) al . , 2001,但磁偏角明显地偏离期望值 表 ) 1,表明这些采样点所在的块体与华南稳定地块相比曾发生过绕垂直轴的顺时针转动 。同样 , 通过野外采样点地层产状对各采样点的平均古地磁实测值进行校正 ,可得到相对集中的古地磁 () 取向 图 5,说明校正后的数据是可靠的 。 假定新生代时期华南地块是相对稳定的地区 ,可作为分析川滇地区相对运动或变形的参考点 。据已有古地磁研究可知 ,华南地块晚白垩纪 —新生代早期的虚地磁极坐标位于北纬 7615? ( ) N ,东经 203?E Huang et al . , 1993 ; Halim et al . , 1998 ; Yang et al . , 2001,计算得到滇中次 (级块体采样点附 近 的 期 望 磁 偏 角 1412?, 1618,? 期 望 磁 倾 角 38,? 45。?因 此 , 除 采 样 点 N Y 26 ) —39外 ,样品 N Y 和 SW 所在地的磁偏角均反映出滇中次级块体发生过绕垂直轴的顺时针 转() () 动 表 1。取磁编角期望值为 15,?则采样点 N Y11 —25所在地的顺时针转动量达 48,?采样 点 N () () ( ) Y40 —47、N Y48 —56、YO 1 —18等所在地绕垂直轴转动了约 30。?上述 2 个数据与 ( 永平和楚雄下白垩世采样点古地磁实测值推断的红河断裂带的顺时针转动量 25??16?或 44? ) ( ) ?16?基本一致 Fuuahara et al . , 1992 ; 1993。普渡河断裂带与小江断裂带之间昆明北马街 () 村古近系灰绿色泥岩 SW 1 —11的校正磁偏角 7612,?仍以华南地块作参考点 ,则采样点所在 地顺时针转动了 60,?大于滇中次级块体中部的转动量 ,其原因可能是马街采样点靠近滇中次级 活动块体的东边界小江断裂带和块体内部的普渡河断裂带 ,经受了较块体中部更大的变形量 。 () 此外 ,如果采样点 N Y26 —39也存在转动 ,应为 10左右的逆时针?转动 ,与其它采样点相矛盾 () 表 1,其构造含义不清 ,需要作进一步的研究 。 块体的转动量与块边活动断裂的走滑位移量 ( 是同一种变形的 2 个不同的特征量 徐锡伟 , ) 1988,假定边界活动断裂的滑动速率是稳定的 ,则滇中次级块体 30,?48的转动量需要经?历 图 3 姚安 、大姚 、永仁等地典型粉砂岩样品热退磁矢量投影与归一化退磁强度图 a N Y32 ; b N T35 ; c N Y43 ; d N Y44 ; e N Y46 () ( ) Fig. 3 Ort hogo nal vextor p rojestio ns aand normalized intensity plot s bof t hermal demagnetizatio n for rep resentative specimens f ro m Yaoan Dayao and Yo ngren coumties. 20,30Ma 持续转动 ,应该为渐新世晚期或中新世早期以来构造变动的产物 。 3 结论 () 1川滇菱形块体地区的川西北和滇中 2 个次级块体 ,晚第四纪以来作向 SE 向的水平滑 移叠加绕垂直轴顺时针转动的复合运动 。川西北次级块体向 SE 的滑移速率达 5 mm/ a ,滑移方 向为 135?,140,?顺时针转动角速度 114/? Ma ;滇中次级块体向 SE 的滑移速率约 315 mm/ a ,滑 移方向 115,?150,?顺时针转动角速度 115/? Ma ;川西北和滇中 2 个次级块体间 N E 向的丽江 - 小金 () 河断裂垂直 逆运动分量引起的 N W - SE 向地壳缩短率约 2 mm/ a 。 () 2滇中次级块体渐新世晚期或中新世早期以来发生过大规模的顺时针转动 ,累积转动量 达 30,?48;?次级块体整体转动与块边活动断裂的左旋滑动符合左旋走滑断裂作用区块体作顺 () 时针转动的运动学模型 徐锡伟 ,1988 ; Ro n et al . , 1993。 1 期 徐锡伟等 :川滇菱形块体顺时针转动的构造学与古地磁学证据 67 图 4 云南大姚至永仁间古新世背斜 图 5 采样点古地磁平均值与期望值下半球投影图 () 两翼稳定性褶皱校正投影图 下半球Fig. 5 Lower hemisp here p rojectio n of site2mean Fig. 4 Lower hemisp here p rojectio n of fold directio ns and t he expected directio ns of magnetizatio n. test for t he stability of bot h limbs of 空心圈为平均方向 95 %置信圆锥半顶角 a 实测值 ; b 校正值 Paleocene anticline f ro m Dayao to Yo ngren. a 实测值 ; b 校正值 参考 文 献 邓起东 , 徐锡伟 , 于贵华 . 1994 . 中国大陆活动断裂的分区特征及其成因〔A〕. 见 :中国活动断层研究. 北京 : 地 震出版社 . 1 —14 . D EN G Qi2do ng , XU Xi2wei , YU Gui2hua . 1994 . Regio nal characteristics and genesis of active fault s in China’s co n2 () tinent 〔A〕. In :Active Fault Research in China . 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TECTO NIC A ND PAL EOMA GNETIC EVID ENCE FO R THE CLOC KWISE ROTATIO N OF THE SIC HUA N2 Y UNNA N RHOMBIC BLOC K ))) )1111XU Xi2wei CH EN G Guo2liang YU Gui2huaSON G Fang2min ))11)2 XIAN G Ho ng2f aZHAN G L an2fengHagai Ro n ))34 WAN G Yang2lo ngW EN Xue2ze )I nst i t ute of Geology , Chi n a S eis m ological B u reau , Bei ji ng 100029 , Chi n a 1 )2 I nst i t ute of Geop hysics , Is rael , P. O . B ox 182 )3 S eis m ological B u reau of Y u n n an Prov i nce , Ku n m i n g 650204 , Chi n a )S eis m ological B u reau of S ich u an Prov i nce , Cheng d u 610041 , Chi n a 4 Abstract The inner part of t he Sichuan2Yunnan r ho mbic block is dissected by t he Lijiang2Xiaojinhe Fault , and hence can be subdivided into No rt hwest Sichuan sub2block in t he no rt h and Cent ral Yunnan sub2block in t he so ut h . The easter n bo undary f ault s of t hese t wo sub2blocks are regularly characterized by lef t2lateral st rike2slip , w hile t he wester n bo undary f ault s are characterized by right2lateral st rike2slip . The slip rate of bot h t he easter n and wester n bo undary f ault s are signifi2 cantly different . All t hese p heno mena may indicate t he co mpo site movement of t hese sub2blocks characterized by so ut heast ward ho rizo ntal slipping associated wit h clockwise rotatio n aro und a verti2 cal axis during t he Cenozoic time . Amo ng t hem , t he ho rizo ntal slip rate of t he So ut hwest Sichuan sub2block is 5 mm/ a , and t he angular velocit y of clockwise rotatio n is abo ut 114?/ Ma , w hile t ho se of t he Cent ral Yunnan sub2block are 3 . 5 mm/ a and 115?/ Ma , respectively. Abo ut 90 o riented sam2 ples have been collected f ro m Paleogene st rata in Yaoan , Dayao , Yo ngren and Beimajie of Kunming ( wit hin t he Cent ral Yunnan sub2block . The vecto rs of remanent magnetism of each sample mea2 ) sured magnetic declinatio n and inclinatio nhave been o btained t hro ugh alter nating field demagneti2 zatio n and t her mal demagnetizatio n . The co mpariso n bet ween t he measured magnetic declinatio n and t he expected value show s t hat t he accumulated clockwise rotatio n of t he Cent ral Yunnan sub2 block of t he Sichuan2Yunnan r ho mbic block since early Miocene has reached up to 30?,48. ? The feat ure rep resented by t he entire rotatio n of t he sub2blocks acco mpanied by lef t2lateral slipping a2 lo ng t he bo undary active f ault s is co nsistent wit h t he kinetic mo del of clockwise rotatio n of t he block in lef t2lateral st rike2slip f aulting regio n . Key words active f ault , active block , block rotatio n , expected magnetic declinatio n , measured magnetic declinatio n , Sichuan2Yunnan regio n ( ) 〔作者简介〕 徐锡伟 ,男 ,1962 年生 ,1989 年在国家地震局地质研究所 中国科技大学研究生院获得博士学 位 ,研究员 ,中国地震局活动构造探测研究中心主任 ,活动构造室主任 ,主要从事构造地质学 、活 动构造学和地震灾害等研究 ,电话 : 010 - 62009025 , E - mail : xiweixu @vip . sin. co m 或 xxiwei @ p ublic3 . bta . net . cn 。