红河断裂带大型右旋走滑运动定量研究的若干问题.pdf

第19卷 增刊 2004 年6月 地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Vol.19 Suppl. J un.，2004 文章编号1001- 8166 （2004 ）增-0056- 04 红河断裂带大型右旋走滑运动定量研究的若干问题 向宏发， 韩竹军， 虢顺民， 陈立春， 张晚霞 （中国地震局地质研究所， 北京 100029 ） 摘 要 通过卫航片解释、 野外地质调查和相关年代学研究与综合前人已有资料分析， 阐明了红河 断裂带作为一个整体自中新世以来大规模右旋位错的地质依据， 论述红河断裂带在几何学、 运动学 和年代学等方面的基本特征， 探讨了红河断裂带后期大规模右旋走滑运动与青藏高原隆升间的某 些相关性。研究表明 中新世以来， 红河断裂带大规模右旋走滑运动在北段区主要表现为尾端拉张 伸展 构成典型的滇西北裂陷盆地区， 且自中新世经上新世至第四纪， 伸展型盆地由西北向东南 扩展； 中段区为典型的右旋走滑变形区， 燕山晚期花岗岩体、 上新世煤盆及礼社江水系均显示为同 步右旋位错。上新世以来右旋位错量达30 ～32 km ； 南段带内由山前水系右旋位错和断裂谷内右旋 “撕裂 ” 变形为主要特征。从中新世经上新世至第四纪， 与山体快速隆起相伴的断陷盆地有从东南 向西北扩展的趋势。根据地质研究结果， 并结合区内 K- Ar 、FT和 SEM 测年资料分析， 可以初步认 为， 红河断裂带大型右旋走滑运动开始于8～7 Ma ， 强烈活动于5 Ma 。 关 键 词 定量研究； 右旋走滑运动； 红河断裂 中图分类号 P54 文献标识码A 0 前 言 红河断裂带后期大型右旋走滑运动发生时代与 位错量的定量研究是国内外地球科学家十分关注的 一个热点问题。过去有关这一问题的研究， 主要局 限在第四纪以来， 地点上多限于红河断裂中南段， 时 代的研究仅在点苍山和哀牢山等有一些热年代学研 究成果 ［1～3 ］。 因此， 也可以说， 至今尚未找到红河断裂大规模 右旋位错的地质证据。正鉴于此， 本文将研究的时 间域前推到中新世， 将研究的范围扩展到涵盖整个 红河断裂带及其旁侧相关地区， 并主要根据近几年 在区内的研究资料， 尤其是在国家自然科学基金资 助下， 对红河断裂调查研究取得的新的初步工作结 果， 紧紧抓住红河断裂右旋位错的地质依据这一中 心问题， 定量地分析和探讨红河断裂带右旋走滑运 动的发生时代与位移量。 1 红河断裂带大型右旋位移的地质依据 自20世纪80年代初以来， 随着活动构造研究 的扩展， 人们较早地注意到红河断裂带中南段存在 一系列同步右旋位错断错水系的现象 ［4］。80 年代 后期至90年代初， 国内外一批学者从大区域和区域 的角度研究了这一巨型断裂带的大型左旋剪切运动 问题， 并将之与印度洋欧亚板块碰撞、 青藏高原隆 升、 地块 “挤出 ”联系起来 ［5，6］； 与此同时， 一些学者 通过热年代学方法研究指出红河断裂经历过早期大 型左旋剪切和后期右旋剪切运动的历史， 并指出15 ～5 Ma 是红河断裂从左旋剪切到右旋剪切的转化时 间 ［1～3 ，6］。但上述研究均未找到甚至很少涉及红河 断裂右旋走滑运动的直接地质证据这一关键问题。 这正是本文下面将要重点研究和探讨的问题。 1.1 红河断裂带右旋走滑运动的总体特征 研究资料表明， 红河断裂带作为一个整体， 其右 旋走滑运动不仅仅局限在简单的单体断裂带内部， 收稿日期 2004- 04- 09. 基金项目 国家自然科学基金项目 “红河断裂带右旋走滑运动起始年代与位移量研究 ” （编号 40272087 ）资助. 作者简介 向宏发（1943 －）， 男， 湖南辰溪人， 研究员， 主要从事活动构造与地震地质的研究. E - m ail xianghfa ＠ yahoo. com . cn 而是影响涉及到它周边两侧的一个宽达30 ～50 km 的空间域。总体上， 可将这一右旋走滑断裂系分为 北、 中、 南3个区段。中段是右旋走滑变形区段， 北 区段和南区段分别为由断裂右旋走滑运动引起的相 互对应的尾端拉张区和前方压缩变形区， 即藤条河 上新世裂陷区 （堆积厚2 159 m 的上新世碎屑岩类 物质 ） 和滇西北裂陷区分别为红河断裂两侧盘的尾 端拉伸区。兰坪云龙第三纪压缩盆地可能为断裂 西南侧盘北向运动的推挤区。断裂东北盘的早期推 挤区可能延伸到图幅外的越南境内， 后期 （N2- Q1） 的压缩变形可能在滇东的玉溪、 通海一带。 这里， 我们将重点对断裂东北盘的滇西北裂陷 区、 中段走滑变形区和南段条形断陷盆地区的右旋 位错特征加以论述。 1.2 北段的尾端拉张区 滇西北裂陷区 北部伸展变形区是滇西北断陷盆地区。这些断 陷盆地长轴为北北西、 北北东或近南北向， 边控断裂 为高角度正断裂。这些盆地有的形成于中新世 （剑 川、 洱源三营等盆地 ） ， 有的形成于第四纪 （如大理、 永胜、 丽江等盆地 ）， 但均为第四纪以来张性裂陷型 盆地。第四纪堆积物厚一般在500 m 以上， 不乏达 到厚1 000 m 或 ＞1 000 m 者 （如大理盆地2 000 m ， 程海盆地1 800 m ， 丽江盆地1 100 m ， 宾川盆地 1 000 m 等 ）。再从断陷盆地的时空分布上看， 中新 世期间盆地位于剑川以西， 堆积有厚达450 m 的双 河组砂、 泥岩含煤地层； 上新世盆地则向东南扩展到 剑川东部及洱源三营一带。在剑川盆地周边堆积有 上上新世未粗面岩和粗面质玄武岩， 在三营盆地堆 积有砂、 泥岩含煤岩系； 第四纪以后， 盆地继续向东 部和东南部扩展， 形成滇西北现今星罗棋布的断陷 盆地面貌。也即， 中新世以来盆地的扩展方向， 总体 上由西北向东南， 这与青藏高原物质南向流动方向 以及红河断裂尾端拉张扩展方向是一致的。 由此看来， 局限于红河主断裂东北一侧， 生成于 中新世经上新世至第四纪且不断向东南扩展的滇西 北裂陷型伸展变形区应该是红河断裂带右旋走滑运 动的尾端拉张区或尾折变形区 ［7］。资料表明第四 纪以来的伸展量达5.6 km 。 1.3 中段的右旋剪切变形特征 红河断裂南段 （者龙以南 ）有一系列断裂同步 切错水系的右旋位错形迹， 位错量大的达7.4 km ， 但位错的水系均为红河的I、II级支流水系， 即为红 河主河道形成 （约早更新世 ）以后发生的位错变动， 对早更新世及其以前的右旋位错设有研究。走滑型 活动断裂的位错空间分布资料表明 断裂水平位移 量有中间大、 两头小的基本特点。因此， 从理论上讲 红河断裂右旋位移量最大处应在它的中段， 即弥渡 者龙一段。最近的调查表明， 从弥渡、 金宝山至者 龙以北， 红河断裂右旋位移形迹多有表现， 其中主要 有燕山晚期花岗岩体 （γ 3 5）的右旋位错， 上新世煤盆 的右旋位错和穿经断裂带的红河上游 （礼社江 ）的 右旋扭动等， 得到的右旋位移量有30 ～32 km 和18 km两组数据， 前者是花岗岩体和上新世煤盆位移 量， 后者是礼社江右旋位移量。根据花岗岩体右旋 张破裂带中构造岩的 SEM 和FT测年，30 ～32 km 的位移量是上新世以来 （约5 Ma ） 的位移量， 红河上 游礼社江似应是早更新世早期形成， 即18 km 的右 旋位移应视为早第四纪 （3 Ma ） 以来的位移量。 1.4 红河断裂南段的右旋位错变形 近来调查研究还表明， 红河断裂南段 （者龙 元阳段 ） 存在着断裂右旋切错中新统 （N1） 及上新统 （N2） 的诸多地质形迹 （另文发表 ）， 且于断裂谷地中 发育有从早第三纪至第四纪的断陷盆地。这些断盆 均属与哀牢山后期块速隆升相应的裂陷盆地。盆内 堆积有碎屑类砂、 泥质沉积物， 且中新世 （N1）沉积 物砾度大， 磨圆、 分选差， 属山体块速抬升的山前磨 拉石堆积。似乎表明早第三纪未区段内有一次较强 烈的构造隆起事件。而最近围绕哀牢山的热年代研 究结果得到5～7 Ma 的山体快速冷却事件 ［8］。特别 引起我们注意的是 早第三纪 （E）盆地主要发育在 元阳的北部和东部； 中新世 （N1）盆地主要分布在元 阳红河县间； 上新世 （N2）盆地则主要分布在红河 县西北至元江、 漠沙一带； 第四纪 （Q）盆地位置则集 中分布在其西北的漠沙一带。即从早第三纪经中、 上新世至第四纪， 红河断裂带南段的断陷盆地有从 东南向西北迁移扩展的特点， 有人形象地称之为从 东南向西北的 “撕裂 ”作用 ［9］。非常有意思的是， 热 年代学的研究结果同样表明， 从元阳向西北经元江 至嘎洒的FT年龄， 由10.6 Ma 经7.36 Ma 、6.59 Ma 减至5.61 Ma ［8］。即哀牢山抬升， 磷灰石冷却年龄 东南段早、 西北段晚， 或者说山体的块速抬升事件的 时间顺序是从东南向西北逐渐发展迁移的， 这与盆 地裂陷自东南向西北扩展迁移在路径和时间上十分 吻合。由此可见， 红河断裂南段存在着中新世以来 的右旋正断裂陷的地质形迹。 75增刊 向宏发等 红河断裂带大型右旋走滑运动定量研究的若干问题 2 右旋位移发生时代的定量研究 如前所述， 红河断裂带北、 中、 南段是作为一个 大型右旋走滑运动的整体而展开， 因而研究红河断 裂右旋走滑运动的发生时代也应该在红河断裂的各 个不同断裂部位去进行， 并应采取地质方法和同位 素测年研究相结合的研究方法。对北段滇西北裂 陷伸展区如前所述裂陷型盆地自中新世始， 经上新 世至第四纪， 因而定量确定区内盆山耦合时代， 研究 确定盆边断裂从挤压剪切到伸展滑脱的转换时代也 许是求解该问题的一个可能途径， 在剑川盆地西部 可见上新世三营组 （N2s）不整合于遭受褶皱变形的 中新世剑川组 （N1j）之上， 且三营组 （N2s）产状平缓 稳定， 底部有底砾岩， 预示中新世末有过强烈的轴向 近南北向的挤压褶皱隆升运动。上新世以后则以差 异升降为主， 与之相伴， 断裂活动性质从挤压逆推逐 渐转为伸展滑脱。据FT测年研究， 玉龙雪山背斜 为一组近东西北西西向高角度断层切割， 上盘岩 石在5.3 Ma 前后发生向南南东的同挤压伸展构造 变形 ［10］， 这从一个侧面反映出滇西北地区在 5.3 Ma左右， 从挤压褶返转为延伸滑脱， 它大体上相当 于滇西北裂陷型盆地伸展变形的开始时代。 在断裂中段的点苍山一带， 据 Leloup 等 ［1］、 陈 文寄等 ［2，3］对 6个钾长石样品的 40 Ar / 39Ar年龄谱及 冷却历史分析， 其结果表明 在22 ～17 Ma 期间存在 着快速冷却事件， 它可能对应于红河断裂早期大规 模左旋剪切走滑运动；15 ～5 Ma 期间所有样品均存 在一个 “等温坪 ”， 即在此期间， 没有明显的构造去 顶， 地壳处在相对稳定的状态；4.7 Ma 又出现一个 快速冷却事件， 并认为它是红河断裂正断活动的开 始。在中南段弥渡金宝山一带， 由 SEM 测年得到 燕山晚期花岗岩体的右旋错动发生在上新世以后。 在断裂带南段的哀牢山地区， 所测4个磷灰石样品 的裂变径迹年龄介于10.6 ～5.61 Ma 间， 均值为 7.5 Ma 。 表明红河断裂南段与断裂右旋剪切运动相 伴的山体快速隆升时间可能稍早一些 （7 Ma ）。 如前文所述， 南段第三纪以来盆地从中新世经上新 世至第四纪的扩展方向与山体隆升时空分布均有由 东南向西北发展迁移之势， 表明南段右旋走滑运动 也是自东南开始向西北节节扩展开的。 综合分析上述资料， 可以初步认为红河断裂带 大型右旋走滑运动可能开始于7～8 Ma ， 强烈活动 于5.3 ～4.7 Ma 。至今仍处在这一右旋走滑活动状 态之中。 3 主要结论与问题讨论 综合上述资料分析， 可对红河断裂右旋走滑运 动起始年代与位移量问题做如下初步结论和讨论 （1）断裂带大型走滑运动应视为一个大的断裂 体系的运动， 北、 中、 南三段区各有其几何结构与运 动学特征。仅就主断裂东盘而言， 北段以伸展裂陷 为主， 构成滇西北拉张型断陷盆地区； 中段以简单走 滑运动为主， 构成线性断层谷、 断层陡崖和地质体的 同步右旋位错； 南段带内以右旋 “撕裂 ”条形断陷盆 地为特征， 山前的水系右旋位移和断谷盆内的碎屑 质堆积相伴发生。 （2）现有的地质资料表明， 红河断裂大型右旋 走滑运动可能开始于中新世。与断裂右旋位错活动 相伴的热年代学研究资料表明， 北段 （玉龙雪山 ）后 期伸展滑脱年龄为5.3 Ma ； 中段 （点苍山 ）后期山体 快速抬升发生在4.7 1 Ma ； 南段 （者龙元阳段 ） 后期快速抬升时间为7～5 Ma 。联系到红河断裂带 两侧山体隆升过程的整个热演化历史分析，8～7 Ma 可能是红河断裂大型右旋走滑运动的初始年代， 而 5 Ma 可能是右旋走滑运动强烈活动期。 （3）关于红河断裂带中新世以来的右旋位移还 是一项尚待深入研究的问题。目前仅有的资料表 明 红河断裂南段红河I级支流 最大位错量约 7.4 km ， 中南段礼社江右旋位移量18 km ； 中南段燕 山晚期花岗岩体 （γ 3 5）后期右旋位错总量30 ～32 km。前两个数据应分别代表早更新世早期 （约1.5 ～2.0 Ma ）和上新世未早更新世初 （3 Ma ）的位 移量。后者据 SEM 研究应为上新世 （5～6 Ma ）以 来的位移量。应该说这些数据还不够翔实， 有待进 一步补充和完善， 尤其是至今尚未找到中新世 （15 Ma ） 以来右旋位移的直接地质证据。 （4）红河断裂后期大型右旋走滑运动的主体发 生时代 （5 Ma ）虽然与青藏高原后期快速隆升时 代 （5.3 Ma 、3.6 Ma ） ［11，12］大体相当， 即大体可将之 与青藏高原隆升， 地体南向 “挤出 ”的动力机制相联 系， 但红河断裂右旋位移量和相应的位移速率 （上 新世以来约6 m m / a ， 第四纪以来约4～5 m m / a ）并 不支持简单的地块 “挤出 ”和块间大平移走滑运动。 此外， 红河断裂带大规模右旋走滑运动可能早期开 始于中南段 （7～8 Ma ）， 并有从东南向西北扩展 之势 （N1－Q1期间 ）； 而仅仅在后期 （Q1）以来尤其 是晚更新世 （Q3）才有从西北向东南大规模流展势 态 （这种南向流展可能还伴有区内深部背景 ） 。因 85 地球科学进展 第19卷 此， 也不好用简单的地块滑移来解释红河断裂右旋 位错的全部问题。看来， 包括青藏高原隆升过程在 内的区内地壳运动的样式是极其复杂的， 即整个地 壳运动的变形过程既有块间的滑移， 也有块内的复 杂地壳变形。 参考文献 （ References ） ［1］ Leloup P H ， et al . 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PROCESSIN G ABOUTQUANTIT ATIV ESTUDY OFLARGE －SCALE STRIK E - SLIP MOVEMENTONRED RIV ER FAULT ZONE XIA NG Hong- fa ， HAN Zhu- ju n ， GUO Shun- min ， CHENG Li - chun ， ZHANG Wan- xia （ Instituteof Geology ， China Seismological Bureau ， Bei jing 100029 ， China ） Abstract Based on the interpretation ofrem ote- sensin gimages ， geologicalsurvey ， related chronologicalstudy and the previousdataanalysis ， the geologicalevidences on the large- scale d extraldisplacem entsalong the Red Riv- er faultzone as a wholeareilluminated. The ba sic features aboutgeom etry ， dynam ics and chronology of the Red River faultzone areinvolved. W ealso discuss the co- relation between the latelarge- scale dextralstrike- slip move- mentand the lift - up of Tibetan plateau. Ourwo rkshowsthat ， because ofthe large- scale dextralslip along the Red River faultzone ， the northwest Yunnan rift - basin region ， the extensive tectonics ， areed on the end since Mio- cene. The extensive basins have spread southe astwardlyfrom the Miocene tothe Quaternary. Typicalstrike- slip de- ation appearsatthe centersegm entoffau ltzone. The granitic body inthe late- Yanshan period ， the coal - basins and the drainage of Lishe Riverare dextrally o ffsetin- phase. The dextraldisplacem entsin ce the Pliocene can be 30 ～32 km . The dextraloffsetofpiedmontdrainag eand the dextral “ rift - into ” deation in the faultvalley arethe m a jor features in the southernsegm ent . The fa ult - depressed basins related with the rapid l ift - up of ranges spread northwestwardlyfrom the Miocene tothe Quate rnary. According tothe geologicalstudy and t he chronologicalanaly- sisof K Ar， FT and SEM in the region ， itcan be primarilyconcluded thatthe m a jorde xtralstrike- slip movem ent along the Red- River faultzone began in 8～7 Ma a nd arrived atthe peak about 5 Ma. Key w ords Quantitative study ； The m a jor dextralstrike － slip movem ent ； The Red- River faultzone. 95增刊 向宏发等 红河断裂带大型右旋走滑运动定量研究的若干问题