元謀斷裂帶（晚）新生代構造應力場淺析

盧海峰1, 2） 張 路1）

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元謀斷裂帶（晚）新生代構造應力場淺析

盧海峰張 路

1）中國地震局地殼應力研究所（地殼動力學重點實驗室），北京 100085 2）中國地質大學地球科學與資源學院，北京 100083

活動斷裂帶是形跡組合、構造地貌特征及力學性質相呼應的構造體系。以元謀斷裂帶（晚）新生代地層內發育的構造透鏡體、剪節理、張性裂隙等形跡組合及其發育序列為研究對象，通過吳氏網下半球赤平投影、節理玫瑰花圖及張性裂隙性質分析等研究方法，推測元謀斷裂帶自（晚）新生代以來主要受早期的北北東-南南西向和晚期（元謀運動之后，約80萬年）的北北西-北西西向水平主壓應力場作用，改變了構造活動性質并確立了現在的構造形跡、地貌。

活動斷裂帶 形跡組合 新生代地層 發育序列 水平主壓應力場

引言

新生代以來，印度板塊與歐亞板塊的匯聚、俯沖、碰撞、造山引起青藏高原的快速隆升，并在高原腹地及周緣產生大量的走滑斷裂帶（許志琴，1984；盧海峰等，2009a）。尤其新構造期（中更新世）以來，因構造逸脫（許志琴等，2006）而形成的川滇塊體內部的元謀斷裂帶的晚第四紀活動特征，對認識該構造帶在塊體中的協調作用及其力學機制成因意義明顯。本文主要通過對元謀斷裂帶新生代地層內發育的構造形跡組合序列分析、應力場恢復及其演化，以獲取元謀斷裂帶力學機制，探討構造帶活動特征及未來運動趨勢。

1 元謀斷裂帶地貌特征

元謀斷裂帶，前人稱之為元謀-綠汁江斷裂帶或元謀-昔格達斷裂帶，是一條橫貫于中國南北地震帶南西緣的左行走滑構造帶（圖1）（申旭輝等，1996；盧海峰等，2009b）。自南而北，斷裂帶大致以南-北向呈緩波狀展布于易門三家廠、羅川、一平浪、元謀、江邊、昔格達、米易西、普威一帶（圖1），南與楚雄斷裂帶相交，北延與磨盤山斷裂帶銜接，總長度約270km，為川滇塊體內部次級地塊的邊界活動構造帶（徐錫偉等，2003a；2003b），并控制了沿線羅川、舍資、化同、羊街、元謀、昔格達等多個盆地的演化（李慶晨等，1993；盧海峰等，2008；2009b）。元謀斷裂帶地表破裂構造樣式表現為左行左階式（圖1）。依據構造平面展布特征及其晚第四紀活動性質，可將斷層劃分為易門西—秧田井、化同—魚蚱和魚蚱以北3個段落。其中，易門西—秧田井段和化同—魚蚱段平面上呈舒緩波狀，魚蚱以北段則表現為近直線形，這種破裂的展布形式是與構造運動特性及區域動力學機制密不可分的。高精度衛星遙感影像能夠清晰地展現這一復雜關系，并揭示出斷裂帶以左行斜列式或兩支平行構造線展布。自一平浪以北，斷層兩側的沖溝、山脊地貌呈“S”形或以多個首尾連接的“S”形雁列式排列，沿構造線除保存典型的溝槽谷地、斷層陡坎以外，張性裂隙、單側微型褶系也普遍發育；舍資至蘇家莊一帶，山脊、沖溝、河流等地貌呈現“S”形的中間主軸線基本表現為平行的2條線，走向約為北東10o，且斷層西側發育小型褶皺，褶皺軸面產狀為270o∠10o，表明斷層在走滑的同時，可能局部受到來自近東西方向主壓應力的作用。蘇家村至大岔路一帶，構造帶處的沖溝、山脊地貌明顯表現為“S”形，且多個首尾相連的“S”形形變主軸以與主構造剪裂面呈約30o的交角斜列，揭示出構造走滑的運動幅度更為突出?；璧啬蟼炔贿h處的秧田井附近，則發育了長約3km近南東走向的張性裂隙，與主斷裂剪裂面呈40o夾角，張性裂隙北側山脊、沖溝等地貌平面幾何形態上表現為雙重逆沖構造，為走滑斷裂帶簡單剪切的幾何典型特征，揭示出斷裂走滑兼擠壓的特性。而羊街、化同兩盆地間，發育一近東-西向張性裂隙，該構造裂隙西側發育了一個相當規模且褶皺軸呈北北東向的褶曲，褶曲西側的龍川江流域地貌形態呈向東突出的弧型樣式，這些構造地貌特征表明，此處近期受到了北西西-南東東向水平主壓應力作用的影響。元謀盆地及北側地表上，發育許多北北西向小規模張性裂隙（盧海峰等，2009b），而斷裂左行走滑特征地貌并不十分突出，可能與北北西-南南東向作用力作用造成斷層較強傾滑活動的結果。魚蚱以北，斷層平面上以直線性展布為特征。

另外，在一平浪以南，衛星影像所揭示出的構造活動特性盡管不典型，但在羅川盆地一帶，斷層地貌線呈東向弧型展布，表明新構造期存在局部的近東西向最大主應力方向。

2 元謀斷裂帶及其附近晚新生代構造形跡組合特點及應力場分析

依據新生帶地層內發育的各種構造形跡，包括大、中、小型及顯微構造，尤其是地層序列中不同層位的構造形跡變化，如：發育在中生代末期地層內、新生代地層內的應變橢球體、共軛節理等構造形跡，若反演出多期明顯不同方向的構造應力場，即可對代表不同期序列地層內所發育的構造形跡進行古應力場方向的恢復和演變過程，探索研究區新生代構造應力場變化趨勢，是進一步分析研究區第四紀地質地貌特征與新生代應力場變化趨勢的關系，進行斷裂活動趨勢及地震危險性預測。本文在對節理配套與分期、褶皺形態特征等基礎理論掌握的基礎上，以不同序列地層中發育的小型構造形跡能夠明顯反映出不同期的古構造應力場為物質基礎，開展了以下工作。

元謀斷裂帶沿線發育的地層年代跨度大，既有元古代、古生代的變質巖、巖漿巖，也有中生代形成的沉積巖系，尤其是控制的新生代盆地內，發育了古近紀、新近紀和第四紀地層，這對研究該區新生代以來的應力場特征提供了豐富的寄宿空間。

蒼山西露頭發育的斷層溝槽寬0.7—3m，破碎帶由多支次級構造組成，構造面均傾向西，傾角陡，走向約5o，切錯了古近紀紫色泥層（E），露頭東側泥層中發育了由擠壓走滑作用形成的似“正花狀”構造（圖2），這可能與構造擠壓作用有關。在附近斷裂西側保存小型褶皺，褶皺軸面產狀為270o∠10o，可能受斷裂左旋運動所致。沿斷裂發育并錯開的中軸長50—60m、扇緣寬10—15m的二期坡洪積物底部細砂層熱釋光樣品的年齡為（85.99±7.31）ka B.P.（盧海峰等，2008）。這可能與晚更新世因來自北西方向的主壓應力作用有關，使得斷層產生了左行兼逆沖運動，并伴隨發育了次級似“花狀構造”。

而蒼山北不遠處的斷層破碎帶內發育一構造透鏡體，經實地測量，a、b、c軸比例關系為1.6：1：0.55，且ab面走向北東10o—12o，向東傾斜，傾角平均85o，ac面向西傾斜，傾角約25o。同時巖性內（K）發育的張性節理走向為北北東-南南西向（圖3），這種剪切應變橢球體的形態反映了主壓應力水平方向或形變水平縮短方向應在10o—35o。同時，斷面上發育斜向上的擦痕，其傾向190o，視傾角20o。上述特征表明，這些構造性質是由斷層較早期右行逆沖運動所致。

在蘇家莊一帶，晚侏羅紀泥質板巖中發育由節理組成的近似透鏡體或菱形結環（圖4a），a、b、c軸平均長度分別為40cm、30cm、15cm，b軸近直立且具垂向擦痕，bc面走向330o（傾角70o），并切割區域節理，ab面略向北西傾斜。露頭菱形結環內部及附近發育了多條總體走向為35o—30o的張性節理，此處地層產狀235o∠80o，區域節理面產狀分別為278o∠80o、260o∠75o。依據張、剪性節理發育特征與區域節面的交切關系及a、b、c三應變軸的幾何特征，暗示了早期的南南西-北北東向水平主壓應力作用使斷層發生逆沖活動。

在阿卡拉一帶，斷層走向355o，傾向西，近直立，斷層面上發育大量擠壓橢球體，隨機測量了三個橢球體（圖4b）：① a、b、c軸長度分別為4.3cm、3.3cm、2.8cm，ab面傾向北，a軸傾向65o，b軸傾向15o，c軸傾向215o；② a、b、c軸長度分別為6cm、5cm、4cm，ab面近水平；③ a、b、c軸長度分別為9cm、6.5cm、4cm，產狀類似①。由此分析，斷層表現為左行壓扭活動。這說明區域近現代最大主壓應力水平方向位于bc軸面與斷面走向之間，即大致北西向。

上述透鏡體附近，斷層走向25o，傾向東，傾角50o，上陡下緩，將東-北向砂巖、泥質板巖切開，西側為泥質板巖，強烈揉皺，上部呈弧形向上，表現為逆沖的性質，寬約4—5m。斷面東側砂巖產狀為108o∠55o，巖層內發育了多組節理，從中能夠發現一組走向為335o的節理與走向0o的節理互相限制和交切，應為共軛節理，結合節理走向（表1，圖5）推斷，應力方向為北北西-南南東向。在其北100m處的白堊紀地層內，同樣發育了兩組方向的共軛節理，其平均產狀分別為285o∠85o—90o和140o∠70o—90o，表明較早期的水平主壓應力方向為北北東-南南西向（圖6）。

表1 觀測點節理走向統計表

在和尚莊東側的次級斷層西側現代亞粘土內，發育大量近南北走向張性裂隙，近直立。而馬尿灣斷層西側附近，發育大量各具形態的張性裂隙，其走向均為350o。表明此處現代主壓應力水平方向為北北西-南南東向。

在向家灣附近，產狀為300o∠40o的紫紅色泥巖（K）內發育產狀分別為290o∠60o—65o、70o∠70o—80o的共軛剪節理面（圖7），表明主壓應力方向近北-南向，且并無其他方向節理發育。

在該點東側，泥巖明顯片理化，揉皺變形，巖層走向10o，傾向西，傾角陡，近斷層處強烈褶曲，因構造強烈和走滑作用，致使斷層附近巖層產狀與其西側的較穩定地層發生了變化，體現出斷層左旋逆沖的活動方式。另外，揉皺變形的紅褐色泥巖及頂層泥質粘土內因剪切作用，也表現出清晰的共軛剪節理構造形跡，產狀分別為85o∠70o—80o、25o∠40o，所揭示的主壓應力方向應為北北西-南南東向，為最新構造主壓應力場方向。此處在構造地貌上，斷層兩側T階地高差并無明顯的變化，T階地西低東高，高差約2m，T階地西低東高，高差4—5m。T階地內礫石層頂部細砂樣品時代不早于晚更新世中晚期（申旭輝等，2003）。

在杞哉一帶，Q—Q地層內普遍發育南-北向張性裂隙。

在化同盆地西南-東西向河溝拐彎處，斷層走向45o，傾向西北，傾角50o，斷層泥寬約2cm，斷面擦痕大量發育，兩組擦痕所在的節理面產狀分別為230o∠70o、近東-西向直立，為共軛節面。由此推測主壓應力方向北西西（圖8），為現代主壓應力場方向。

在老悟村東棕黃色砂質泥巖（巖性時代K-E）中，發育走向60o的張性節理，近豎直，其上部分的棕紅色砂層上段厚約1m的淺棕褐色砂層內（巖性時代N—Q）張性節理走向為20o—40o。而附近的Q—Q地層中，節理走向為310o—320o，Q地層中張性裂隙走向355o。由此可以推測，此處的主壓應力方向是由早期的北北東向轉變為中期的北西-南東向及晚期的北西西-北北西方向（圖9）。

通過野外大量節理產狀數據的觀測結果，獲取了元謀縣城東南上那蚌一帶的節理走向的玫瑰花圖（圖10），而元謀縣城東灣云一帶，斷層走向350o，傾向北東，傾角40o，斷層帶寬約1m，呈紫紅色碎裂帶，巖石為泥質，產狀98o∠40o—50o；斷層東側附近地層為紫色礫巖（E，主要為泥巖，含鈣質、硅質），斷層西側為灰色的Ca質泥層（產狀：92o∠50o—60o)，表現為逆沖性質。斷層上斷點被現代礫石層覆蓋，此處上盤內節理產狀分別為350o∠70o、70o∠80o（圖11），表明為較早期北北東向應力場所致。縣城東北方向下雷弄一帶，由節理傾向、傾角玫瑰花圖（圖12A）表明，晚新生代主壓應力水平方向為北北西-南南東向。

在紅格一帶的昔格達組地層中，灰黑色泥巖地層（早更新統）呈平行層理，其產狀為160°∠35°，其內發育的兩組共軛節理，走向分別為280o和50o，由此獲取該套節理所揭示的構造應力場方向為近北北西-南南東向。而斷層北段米易西N—Q地層中所測量的節理傾向、傾角所反映的玫瑰花圖（圖12B）表明，此處附近近現代主壓應力場方向近南-北向。

綜合上述特征，獲得元謀斷裂帶（晚）新生代地層中構造應力場一覽表（表2）。因滇中次級塊體漸新世晚期或中新世早期以來發生過大規模的順時針轉動，累計轉動量達30o—48o（徐錫偉等，2003a；2003b），這種轉動應與新生代早期印度板塊向北運動，并與歐亞大陸匯聚、碰撞密不可分，同時使得位于碰撞帶東北方向的研究區域早期應力場水平方向呈北北東-南南東向。隨著碰撞的加劇和青藏高原的快速隆升，喜馬拉雅造山帶形成以后，印度板塊與歐亞大陸之間的“硬碰撞”趨于相對平衡（盧海峰等，2008）。青藏高原薄皮構造內部物質沿滑脫層四周滑逸，這可能是青藏高原下地幔對流應力場導致高原地殼破裂的結果（熊熊等，2007），并在青藏高原東緣形成多個活動塊體和斷裂構造帶（盧海峰等，2008）。青藏高原物質對川滇塊體的東向擠出，導致研究區域在早更新世晚期（元謀運動之后，約80萬年）或新構造期（中更新世以來）表現為北北西-北西向構造應力場，與川滇塊體現代擴張方向北東-南西66.9o基本一致（李延興等，2003）。

表2 元謀斷裂帶（南→北）新生代地層構造主壓應力場方向（粗略分為早期和晚期（元謀運動之后）兩期）

3 結論

通過對元謀斷裂帶發育的構造形跡采取吳氏赤平投影（下半球）、節理玫瑰花圖及張性節理性質研究分析，并結合斷錯地貌、小型褶曲構造特征和前人研究成果（申旭輝等，1996；2001；盧海峰等，2008；2009b；2011），獲取了元謀斷裂帶（晚）新生代以來主要受早期的北北東-南南西向構造應力場和晚期（元謀運動后）的北北西-北西西向構造應力場作用，并確立了現在的地貌、構造形跡。

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Tectonic Stress Field on the Yuanmou Fault Zone during the (Late) Cenozoic

Lu Haifengand Zhang Lu

1）Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China 2）School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

The feature of active fault zone is generally characterized by echoing each other among structure assemblages, landform and mechanical properties. In this study we measured the tectonic lenticularbodies, shear joints and tensional fracture developed in the fault zone in the field, and then we projected the measurements into Wulff Net with lower hemisphere, and made rose diagram of joint and tensional fracture. The studied results show that horizontal principal stress is in the NNE-SSE direction during early period and horizontal principal stress is in the NNW-NWW direction during late period (after Yuanmou Motion, about 0.8Ma ago). Such stress field has the great effect on not only the activity of Yuanmou fault, but also the current characteristics of tectonics and landform.

Active fault zone；Structure assemblages；Cenozoic stratigraphic；Developing sequence；Horizontal principal stress field

中國地震局公益性科研院所基本科研業務專項（ZDJ2011-04），青年科學基金（41002074），元謀斷裂1:5萬地質填圖共同資助

2012-12-29

盧海峰，男，生于1975年。副研究員。主要從事構造地質、地震地質研究。E-mail: luhf_0_0@sohu.com