第四纪研究  2018, Vol.38 Issue (1): 247-260   PDF    
龙门山北东段山前断裂第四纪构造活动性与构造地貌特征
谢小平1, 白毛伟1, 陈芝聪1, 柳伟波2, 席书娜3     
(1 曲阜师范大学地理与旅游学院, 山东 日照 276826;
2 四川省地质矿产勘查开发局化探队, 四川 德阳 618000;
3 四川省煤田地质局一三七队地质遗迹研究院, 四川 成都 610000)
摘要:在Landsat遥感图像解译、ASTER GDEM数据处理、地形图分析、地质图分析和地貌剖面制作的基础之上,结合野外构造地貌考察与观测,对龙门山北东段山前区域内的构造地貌进行了定量、半定量分析,研究发现沿山前发育的水系及其演化、河道形态、河床高程、冲积扇展布均与大规模逆冲断裂有关,河流阶地不对称分布说明龙门山北东段山前断裂在扩展过程中存在着由北东向南西迁移的特征。通过宇宙核素成因埋藏年龄测试技术测定了古冲积扇的形成年龄,并利用古冲积扇的高程差异及扇根间距计算了龙门山北东段的第四纪活动速率,表明自1.73 Ma、0.54 Ma以来,龙门山北东段山前逆冲断裂的隆升速率分别为0.06 mm/a、0.09 mm/a;右旋走滑速率分别约为2.31 mm/a、1.48 mm/a。
主题词青藏高原东缘     龙门山北东段     构造地貌     活动断裂     第四纪    
中图分类号     P534.63;P542;P931.2                     文献标识码    A

0 前言

青藏高原构造地貌特征的形成主要是新生代以来印度板块和欧亚板块碰撞的构造响应结果[1~5]。青藏高原的隆升对周边地区的地貌格局产生重大影响,青藏高原东缘自新生代以来构造变形强烈、构造样式复杂多样[6~11]。青藏高原不同部位的构造形成、演化与隆升时间是当前地球科学界普遍关心的科学问题[12~17]。其中,走滑构造变形是重要变形方式之一[18]。青藏高原东缘龙门山断裂带为一大型走滑断裂带,这些走滑断裂带新生代以来的位移量及平均走滑速率,在很大程度上能够折射出青藏高原新生代的阶段性隆升历史,是衡量新生代构造变形的重要标尺[19~21]。许多地学工作者围绕龙门山断裂带的地质演化过程与深部地质背景、断裂活动与山脉隆升的动力学机制、活动断裂与区域地震发生的关系以及未来地震发生的危险性等内容都曾不同程度地进行过研究[22~24]。近年来的一些研究表明龙门山具有明显的右行走滑特征,并控制着山前盆地发育[24~26]。前人利用遥感影像,结合野外科学地质考察,研究表明龙门山断裂带呈不连续展布,变形特征以逆冲挤压为主兼具右旋走滑,且受多期构造作用影响的龙门山断裂带地质构造景观复杂[27~33]。然而,对山前断裂带结构构造特征的研究却缺乏地表的构造地貌学证据。龙门山构造带形成的年代较晚,构造地貌的保存最为完整[34~35]。因此,龙门山前山断裂第四纪地质地貌可以反映断裂的活动性。

为了理解龙门山北东段山前断裂的构造地貌特征及第四纪的活动性,本文通过Landsat遥感图像解译、ASTER GDEM数据处理、地形图分析、地质图分析和地貌剖面制作,结合野外构造地貌考察,对研究区山前断裂带构造地貌特征、断裂走滑、隆升速率进行了定量、半定量研究,初步探讨了研究区内断裂的隆升、走滑过程。

1 地质背景

龙门山位于青藏高原东缘,是四川盆地与青藏高原的地貌分界线(图 1),北东接秦岭,南西联横断山脉。龙门山造山带在平面展布上呈NE-SW向(图 1),区内断裂带具有分带性和分段性,自西向东分别为龙门山后山断裂带、龙门山中央断裂带及龙门山山前断裂带;自北向南分别为北段、中段及南段[28, 36]。龙门山北东段山前断裂带的江油断裂带(见图 1),是一条右旋走滑断裂带,由大致平行的断裂组成,各断裂均倾向北西,倾角30°~60°,具有逆冲特征[18, 37](图 2)。断裂带中的岩片主要是由泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系组成[38]。在江油断裂以东地表露头主要由中生代侏罗系、白垩系地层及新生代第四系地层组成。在地层发生褶皱的局部地区可见中生代三叠统地层。断裂带内揉皱与拖曳现象明显,形成叠瓦式断裂构造[38~40]。在该断裂构造活动十分明显,线性清楚,活动构造地貌发育,自第四纪以来构造活动强烈,期次明显。

图 1 青藏高原东部地区Landsat DEM卫星影像及构造略图 F1——北川-映秀断裂(Beichuan-Yingxiu Fault);F2——江油断裂(Jiangyou Fault);F3——广元断裂(Guangyuan Fault) Fig. 1 Landsat DEM satellite image and tectonic sketch map of the eastern Qinghai-Tibet Plateau

图 2 龙门山北东段山前地区Landsat卫星影像及构造略图 Fig. 2 Landsat satellite image of the front of the northeastern Longmen Mountains and its tectonic sketch map
2 研究方法和测年

将传统的地质学、地貌学研究方法与现代技术应用相结合,对龙门山北东段山前断裂带的地貌特征进行分析。传统的地质学、地貌学研究方法包括:野外地质调查、大比例尺(1:200000)地质图分析及地形剖面图的制作。现代技术主要是利用完整的遥感图像处理平台(The Environment for Visualizing Images,简称ENVI)与地理信息系统ArcGIS软件对Landsat卫星遥感影像及ASTER GDEM数据进行分析、解译及处理。其中,Landsat卫星遥感影像的空间分辨率为15~30 m;ASTER GDEM数据为数字高程DEM,其全球空间分辨率为30 m,这些数据均由地理空间数据云免费提供。ENVI与ArcGIS软件都是当今世界上应用最为广泛、应用功能最为齐全的技术软件[41~42],为研究区活动构造地貌分析提供了有效的技术支持。

宇宙成因核素埋藏年龄法的原理是:具有不同半衰期的成对宇宙成因核素浓度及比值会随着时间的推移而发生变化[43]。暴露在地表的岩石遭到宇宙射线的轰击,形成宇宙成因核素,这些含有宇宙成因核素的岩石在流水作用之后被埋藏,随着埋藏时间的增加,宇宙成因核素对的比值发生变化[43],因此,利用26Al/10Be比值变化,可以计算出样品的沉积年龄。另外,26Al/10Be的测年范围为0.3~5.0 Ma,涵盖了整个第四纪,在新近纪和第四纪的沉积环境和定年研究中得到广泛的应用[44~45]。一般采样地点宜选取在采砂场、砖瓦厂和洞穴等地;取样的埋深最好超过20 m,选取石英含量较高的土层,沉积物粒径大,提纯石英比较容易。取样时,注意记录样本的经纬度、海拔及深度。我们沿江油断裂分布的涪江流域古冲积扇1)[46]采取了两个样本进行26Al/10Be的测年,采样位置位于四川省江油市永胜镇砖瓦厂和砖瓦厂南西向3.5 km处(采样位置见图 2)。

1) 据1:200000绵阳幅地质图.四川省地质局第二区域地质测量队. 1971

10XLM01采集于涪江流域古冲积扇Ⅰ1)[46]上江油市永胜镇砖瓦厂(31°53.733′N,104°54.767′E),海拔约649 m,取样埋深大于20 m。该层砾石成分以石英岩、闪长岩为主;砾石磨圆度好,分选性较差;砾石排列具定向性,具叠瓦状构造;砾石间填隙物为砂、泥、钙泥质胶结。10XLM02采集于涪江流域古冲积扇Ⅱ1)[46]上江油市永胜镇砖瓦厂南西向3.5 km处(31°53.667′N,104°52.617′E),海拔669 m,取样埋深3 m。该层砾石成分以石英岩、石英砂岩、花岗岩为主;砾石磨圆度较好,分选性差,分布不均匀;砾石排列具定向性,具叠瓦状构造。

每个样品均由一定数量的砾石混合而成,混合样品由大小相近的石英卵石构成。样品送至中国科学院地质与地球物理研究所地球深部重点实验室进行化学预处理,经清洗、研磨及过筛后,并由该实验室孔屏研究员负责进行了样品的送样及26Al和10Be核素浓度的分析检测。首先,要从样品中分离出纯石英;然后在石英中加入9Be载体,溶解石英,从中分离出Al和Be;最后把分离出的Al和Be用于加速器质谱测定10Be/9Be和26Al/27Al的含量比值;最终,计算得出26Al/10Be的比值,继而获得沉积物埋藏年龄(表 1)。

表 1 涪江古冲积扇样品的宇宙成因核素埋藏年龄 Table 1 Cosmogenic nuclide burial dating of samples from the ancient alluvial fan of Fujiang River
3 构造地貌特征

构造地貌是指受构造内动力作用控制,通过内外地质动力的相互作用所奠定的能够反映一定构造特征的地貌形式[47~51]。构造地貌学以地貌与构造的关系、构造地貌发生和发展过程以及构造地貌过程所揭示的地球内部构造动力过程为主要研究内容;以构造地貌格局分析法、构造地貌形态分析法、构造地貌相关沉积分析法和构造地貌年代分析法为主要分析方法。不同的地貌形态反映了不同的构造演化过程[52~53],因此对龙门山北东段山前断裂构造地貌特征的研究对于初步探讨研究区构造演化过程具有重要意义。结合Landsat卫星遥感影像及ASTER GDEM数据可以看出龙门山北东段山前断裂带呈北东-南西向延伸、山前水系发生系统变化、山前冲积扇不对称分布、大规模逆断层、不对称河流阶地等典型构造地貌,因此,我们从东到西选取了7条横切龙门山北东段的西北-东南向地形条带剖面(A-A′到G-G′)和一条几乎东西向横切涪江山前冲积扇的条带剖面(H-H′)进行研究(位置见图 2)。

3.1 区域地貌特征

从区域地形条带剖面图(图 3)上可以明确地看出,在横向上,研究区地形可以划分为三部分:西部高山区、中部盆地区及东部低山丘陵区。西部高山区高程维持在1700~2000 m左右,中部盆地区高程一般为600~700 m左右,东部低山丘陵区高程在600~800 m上下。龙门山北东段山前断裂江油断裂上下盘高差明显,北西侧高程近1400~2200 m,南东侧高程约700~1200 m,高差范围为700~1000 m之间,且北东部及南西部高差大,而中部高差小。龙门山北东段构造地貌的海拔在经过山前断裂之前,高程变化剧烈,高程由1400~2200 m骤然降为600~700 m左右,在地貌形态上表现为高山向台地过渡。在向南东进入低山丘陵地区,高程维持在600~800 m之间。研究区剖面线在横向上有明显的高程变化。在纵向上,中部盆地表现为阶梯式台地地貌,其高程自北东向南西有逐渐降低的趋势。其中,存在着3个较为平坦的高程面,分别为:557 m、607 m和657 m(图 3中H-H′),显然这些高程面代表了不同期次的夷平面。

图 3 龙门山北东段山前地形剖面 Fig. 3 Topographic profiles of the front of the northeastern Longmen Mountains

综上可以看出,龙门山北东段山前断裂主要经历了至少两次的构造隆升事件,第一次隆升事件发生在上新世晚期至早更新世期早期;第二次隆升事件发生在早更新世晚期和中更新世[54~57]。横向上,西部地貌向中部地貌过渡时高程的巨大差异,表明这一时期的构造活动较为强烈;中部地貌向东部地貌过渡时高程的变化幅度较小,表明这一时期的构造活动较为微弱。而在纵向上,由北向南中部地貌高程呈阶梯式下降,且高差较为一致,表现为较为缓慢的阶段性的地质隆升时间。

3.2 河流地貌特征

在构造地貌学的研究中,针对河流地貌的研究是必不可少的[58~59]。构造活动对山前沉积地貌及河流的演化有重要的影响,如河流的改道与袭夺、河流阶地及河床剖面的变形、河流冲积扇侧叠、埋藏及几何不对称展布和水系形态的改变等[60]。因此,河流流向、河流阶地、河床剖面、水系特征及河流冲积扇等特征均可以反映出研究区的构造状况和构造活动过程。

3.2.1 山前冲积扇特征

龙门山北东段山前涪江冲积扇较为发育,整个区域基本上被第四纪冲洪积物覆盖。在卫星遥感影像上可以清晰地看到涪江山前冲积扇的形状,与前人野外观察一致[46];平面上呈纺锤形,面积约为25 km2,扇面坡度为1°~2°,扇角约45°。

江油盆地上游的涪江、东坪河等河道流经断裂时均表现为明显的右旋拐弯特征[46, 61](图 4a);此外,龙门山北东段山前涪江流域发育了3个小型冲积扇体Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ(图 4),自北东向南西年代依次由老变新,其形成年代分别为早更新世、中更新世和全新世1)[46](图 4)。

图 4 龙门山北东段活动构造分布图(a)及沿断裂分布的涪江冲积扇(b)(据贾营营等[46]修改) Fig. 4 Active tectonics in the northeastern Longmen Mountains and alluvial fans of the Fujiang River along the fault zone, modified by Jia et al.[46]

1) 据1:200000绵阳幅地质图.四川省地质局第二区域地质测量队. 1971

测年结果表明,10XLM01样本的埋藏年龄为1.73 Ma,10XLM02样本的埋藏年龄为0.54 Ma(表 1)。因此推测,冲积扇Ⅰ的形成时间在1.73 Ma,属于早更新世冲积扇;冲积扇Ⅱ的形成时间在0.54 Ma,属于中更新世冲积扇;冲积扇Ⅲ则属于全新世冲积扇(图 5)。

图 5 沿江油断裂分布的涪江流域古冲积扇与现代冲积扇 Fig. 5 Abandoned and modern alluvial fans of the Fujiang River along the Jiangyou fault zone

涪江早、中更新世冲积扇的几何形态大体可分为三部分:扇根呈“管状”,表现为北西-南东向延伸;扇中呈矩形;扇缘则向北东向延伸(图 5)。就整体而言,涪江早、中更新世冲积扇表现为几何不对称:涪江古、今冲积扇古河道沿江油断裂北东-南西向展布,依次为早更新世冲积扇、中更新世冲积扇及全新世冲积扇。按照正常的沉积年代,涪江山前冲积扇应依次为早、中、晚更新世冲积扇,但这里却缺失晚更新世冲积扇。一个合理的解释就是,晚更新世以后江油断裂基本停止活动,全新世沉积覆盖在晚更新世冲积扇上,导致晚更新世冲积扇可能成为埋藏扇。沿江油断裂带,涪江发生明显的“Z”字形弯曲,涪江水系发生明显的右旋错位,早更新世冲积扇扇顶距全新世冲积扇扇顶4 km,中更新世冲积扇扇顶距现代冲积扇扇顶0.8 km[46, 60]。在武都盆地,我们对武都镇到新春乡横贯了涪江冲积扇的一条横切条带剖面(H-H′)进行分析,从图 3中H-H′地形剖面可以看出,早、中更新世冲积扇废弃后都经历了明显的构造抬升过程,数据显示早更新世冲积扇高出全新世更新世冲积扇约100 m,中更新世冲积扇高出全新世更新世冲积扇50 m。上述说明,第四纪以来,龙门山北东段山前断裂的江油断裂具右旋走滑和逆冲活动,涪江上游河道发生了显著的右旋错位,其下游冲积扇不断废弃和抬升,自北东向南西依次变新,高度逐渐降低,受活动断裂的右旋错动,均表现为北侧较长的不对称扇形(图 4图 5)。

3.2.2 河流阶地及水系特征

研究区内发育多条河流,自北向南流的大型河流主要有涪江、梓潼江等。这两条河流均源自龙门山,向南穿过龙门山流入四川盆地,汇入嘉陵江。

通过ArcGIS提取了研究区地形及水系特征(图 6)发现,研究区内几乎所有的河流均在龙门山北东段山前断裂的江油断裂前系统地向南西向发生弧形弯曲,连接这些曲率最大的弧形弯曲中点亦为南西向,基本上与江油断裂的走向一致;同时,河流弯曲方向说明江油断裂的活动性质为右旋走滑性质。传统的河流阶地数据获取方法主要是通过实地考察、现场测量获得,绘制河流阶地剖面图以及处理数据工作量大且河流阶地数据分析依赖实测数据的完整性。本文的河流阶地数据是通过实地测量并结合ArcGIS平台,利用DEM数据进行了综合分析,所获得的阶地数据高度约有2 m的误差[62~63]

图 6 龙门山北东段山前地形及水系图 Fig. 6 Topography and drainage in the front of the north-eastern Longmen Mountains

通过解译Landsat卫星遥感影像发现,在龙门山北东段山前梓潼江上游支流两岸发育有不对称的河流阶地(图 7)。依据上述获得的河流阶地数据,绘制河流阶地剖面图并进行形态分析(图 8)。结果显示,梓潼江各支流西岸发育了3级阶地,T1、T2和T3平均高度分别为8 m、15 m和32 m:在剖面a-a′、b-b′中河流阶地保存完整,在剖面c-c′、d-d′中则缺失了T2,而在剖面e-e′、f-f′中河流仅发育了T2阶地;而梓潼江各支流的东岸发育的阶地有T1~T5,保存较为完好:在剖面a-a′、b-b′、d-d′和f-f′中河流阶地保存完整,在剖面c-c′中缺失T1,在剖面e-e′中则缺失T1和T2。在断层右旋走滑作用的大构造地质背景下,梓潼江各支流西岸阶地缺失,主要是因为断层右旋走滑导致河流出山后向西转弯,河流西侧遭受侵蚀。因此,认为龙门山北段山前发育系统的水系变化及河流阶地西岸缺失、东岸完整,表明龙门山北段山前断裂除了具有较强的逆冲活动同时还兼有右旋走滑特征。

图 7 龙门山北东段山前典型河流地貌的Landsat卫星遥感影像特征 Fig. 7 Landsat satellite image features of typical river landform of the front of the north-eastern Longmen Mountains

图 8 龙门山北东段山前河流阶地剖面(剖面位置见图 7) Fig. 8 River terrace profiles of the front of the northeastern Longmen Mountains
3.2.3 河床剖面特征

同样,传统河床演变分析方法中也存在与河流阶地分析的问题,但基于ArcGIS Engine的河道断面生成与数据获取解决了传统河床演变断面分析必须立足固定断面的局限。以河道地形测量数据为基础,利用GIS空间分析,可根据需求任意布设河道断面,河床演变的断面分析不再受到实测固定断面资料的局限[64~66]

较地形剖面,河床纵剖面在构造痕迹的保存方面因其受外力影响较小,构造痕迹更为完整,观察更为简易、直观。因此,龙门山北东段山前河床纵剖面的研究信息能够更加完善龙门山北东段构造隆升数据。本文按北东向南西依次选择梓潼江上游5条支流(图 7)和涪江出山口段的河床纵剖面进行分析。结果显示(图 9),在龙门山北东段山前断裂的江油断裂处,梓潼江支流1、4和5(图 9-ADE)的河床纵剖面线斜率发生明显的变化,且斜率约为0.056、0.077和0.059,上下游之间的高差约为71 m、37 m和23 m;梓潼江支流2(图 9-B)的河床纵剖面线斜率的变化最为明显,且斜率最大,约为0.19,上下游之间的高差约为68 m;梓潼江支流3(图 9-C)的河床纵剖面线斜率发生的变化不明显,且斜率最小,为0.032,上下游之间的高差约为32 m;涪江出山口段的河床纵剖面显示(图 9-F),涪江上下游之间的高差约为17 m,斜率为0.026。

图 9 龙门山北东段山前河床纵剖面图(剖面位置见图 6中A~F) Fig. 9 The northeastern Longmen Mountains piedmont longitudinal valley profiles

图 9-A~E剖面可以看出,梓潼江5条支流的河床纵剖面至少记录了龙门山两次构造隆升事件,这两次构造隆升事件与山前断裂的逆冲运动密切相关;而从图 9-F可以看出,由于现代涪江河流流量大,涪江出山口处河床落差大,涪江对河床侵蚀强烈,破坏了龙门山构造隆升事件的地质记录。

综合区域地貌特征、山前水系的系统变化、河床高程变化、冲积扇展布变化、不对称河流阶地变化等典型构造地貌特征,表明龙门山北东段山前构造深受山前断裂右旋走滑兼逆冲构造活动的影响。

4 第四纪构造活动性分析 4.1 构造地貌生长与江油断裂走滑活动的关系

研究区内的河流在山前统一向南西弯曲,这一河流曲向特征与研究区的构造运动有一定的联系。如果龙门山北东段山前不存在任何构造运动,则研究区内山前的河流将会自北向南、由高到低顺势而下。而现实情况是,研究区内山前所有的河流在同一位置发生同向弯曲,这一特征与江油断裂的走滑、隆升、扩张有关。此外,联系龙门山北东段山前河流阶地的不对称分布现象,可以推测出龙门山北东段山前河流地貌的发育模式:龙门山北东段山前断裂由北西向南东的逆冲作用使下部岩石向南东插入,造成地表隆升,由于隆升地貌的阻挡作用,在其北西向发生构造沉积;山前河床二级阶梯式递进,表明龙门山北东段山前地貌至少经历过两次构造生长作用;加之山前断裂的右旋走滑运动,造成河流向南西弯曲,在河流弯曲处,由于河流的侧向侵蚀作用,导致梓潼江南西岸侵蚀作用较为强烈,河流阶地不易于保存,阶地缺失,梓潼江北东岸侵蚀作用弱,河流阶地易于保存,较为完善,因此造成山前河流阶地的不对称发育。这种山前河流流向的系统弯曲以及不对称河流阶地的构造地貌生长与龙门山北东段山前断裂的逆冲作用有着紧密的成因联系。

涪江、梓潼江及其支流流经龙门山北东段山前断裂带后一致地向南西侧偏移的现象,表现为:1)涪江及其支流一致地向南西侧弯曲迁移;2)涪江古冲积扇Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ依次向南西迁移,扇面高程依次降低;3)梓潼江支流在断裂带南盘形成了西岸遭受侵蚀、不发育阶地,而东岸发育阶地的不对称谷地现象。说明研究区南西侧盆地有更强的沉降作用,河流出山后自然地向南西侧迁移,原因最可能是山前断裂的西南段有较强的逆冲活动,由此造成了更大的构造负荷[67],导致龙门山山前以成都为沉降中心、龙门山中段逆冲活动较强[68~69],也与2008年汶川地震地表破裂带的表现是一致的[70]

4.2 龙门山北东段山前构造活动作用及速率

龙门山北东段第四纪以来发生的右旋走滑兼逆冲作用,在构造地貌上表现为强烈的地貌隆升及水系错断现象,该构造活动影响并控制了研究区地形地貌的演化、河流水系的分布,同时对地震活动也有着重要的影响[18, 25, 36, 46, 60]

李勇等[25]计算了龙门山构造带中段晚新生代以来主干活动断裂走滑分量,表明在龙门山构造带中段中各主干断裂走滑分量的滑动速率具有自北西向南东逐渐变大的趋势。此外,主干活动断裂走滑分量与逆冲分量的比率为6:1~1.3:1,表明晚新生代时期龙门山构造带中段以右行走滑作用为主,以逆冲作用为辅[25]。陈长云等[71]计算了龙门山北东段晚更新世以来中央主干断裂即茶坝-林庵寺断裂的右旋走滑速率为0.3 mm/a。

在本研究中,我们通过冲积扇高程、扇根间距的测量数据、测年数据及涪江古冲积扇特征,早更新世冲积扇高出全新世更新世冲积扇约100 m,中更新世冲积扇高出全新世更新世冲积扇50 m等地貌特征分析,综合得到,在1.73~0.54 Ma期间,龙门山北东段山前断裂的逆冲速率约为0.06 mm/a;0.54 Ma以来断裂的逆冲速率约为0.09 mm/a,说明早更新世以来龙门山北东段山前断裂的逆冲幅度有所增强。早更新世涪江冲积扇扇根距全新世冲积扇扇根4 km,中更新世涪江冲积扇扇根距全新世冲积扇扇根0.8 km,由此得到,1.73~0.54 Ma间,龙门山北东段山前断裂的右旋走滑速率约为2.31 mm/a;0.54 Ma以来断裂的右旋走滑速率约为1.48 mm/a,其逆冲速率远小于走滑速率,表明晚新生代时期龙门山构造带北东段活动断裂以右行走滑作用为主,以逆冲作用为辅,且早更新世以来龙门山北东段山前断裂的右旋走滑幅度在减弱。

晚三叠世中晚期的印支运动,松潘-甘孜造山带全面褶皱隆升,并由北向南往扬子陆块逆冲推覆,龙门山断裂带形成,同时控制了前陆盆地的形成和发展[72]。龙门山构造带继承了印支期与燕山期的构造格局,晚新生代以来,受青藏高原强烈隆升的影响,龙门山地区开始经历了强烈的构造活动历史[73~74]。通过龙门山山前地带地层记录[26]和裂变径迹年龄及U-Tu/He测年数据[54~56],表明晚新生代以来,龙门山构造带至少经历了两次重要的挤压变形事件。第一次挤压事件发生在中新世晚期至上新世早期期间,时代大致在10~3 Ma,这一时期,岷江断裂带构造活动强烈和岷江隆起带快速隆起龙门山中南段山前堆积了一套冲积扇——大邑砾岩[75~77];第二次挤压事件发生在早更新世和中更新世,时代在1.8~0.1 Ma,这一挤压事件使岷江上游漳腊盆地中更新世观音山组冲积扇沉积与下伏早更新世红色沉积之间角度不整合接触[57]。而形成于1.73 Ma与0.54 Ma的龙门山北东段山前涪江冲积扇侧向叠置,且冲积扇之间角度不整合接触,正处于第二次挤压事件期间。说明龙门山北东段山前地貌的形成演化可能受到第二次挤压事件影响。

目前,青藏高原东缘的成因模式有两种:一种是Avouac和Tapponnier[21]的向东逃逸模式;另一种是Englang和Molnar[78]的右旋剪切模式。通过地表断距的精确测量和测年数据,定量计算了龙门山北东段活动断裂的走滑速率与逆冲速率。研究结果表明,晚新生代时期龙门山构造带北东段活动断裂以右行走滑作用为主,以逆冲作用为辅,这与Englang和Molnar提出的地壳增厚构造模式与青藏高原东缘大尺度右行剪切作用的表现一致[78]。而Avouac和Tapponnier提出的侧向挤出模式[21]认为青藏高原东缘以逆冲作用为主的论断无法解释上述现象。

5 结论

(1) 龙门山北东段山前发育的典型构造生长地貌特征表明构造地貌的发育受到山前断裂右旋走滑兼逆冲运动的控制。龙门山北东段山前断裂在隆升及右旋走滑过程中,造成山前涪江河道沿断裂发生走滑、河流阶地不对称发育及冲积扇的北东-南西向的展布等构造地貌。

(2) 据龙门山北东段山前区域的地形条带剖面显示,断江油断裂上下盘高差明显,北西侧高程近1400~2200 m,南东侧高程约700~1200 m,高差范围为700~1000 m之间。该区域内西部地貌向中部地貌过渡时高程的巨大差异,表明这一时期的构造隆升活动较为强烈;中部地貌向东部地貌过渡时高程的变化幅度较小,表明这一时期的构造隆升活动较为微弱。

(3) 通过ArcGIS提取了研究区的水系发现:研究区内几乎所有的河流均在龙门山北东段山前断裂-江油断裂前系统的向南西向发生弧形弯曲,弧顶连线基本上与江油断裂的走向一致。同时,河流弯曲方向揭示江油断裂的活动性质为右旋走滑性质。

(4) 据龙门山北东段山前河流阶地剖面图分析表明:龙门山北东段山前梓潼江上游支流有不对称的河流阶地发育。梓潼江各支流东岸发育的河流阶地保存较为完整,而西岸发育的河流阶地缺失,主要是因为断层的右旋走滑运动导致河流出山后向西转弯,西侧遭受侵蚀。龙门山北东段山前发育的构造地貌特征表明构造地貌的发育受到山前断裂右旋走滑兼逆冲运动的控制。

(5) 自早、中更新世以来,龙门山北东段山前断裂的隆升速率分别为0.06 mm/a、0.09 mm/a;龙门山北东段山前断裂的右旋走滑速率分别为2.31 mm/a、1.48 mm/a。晚更新世以来,龙门山构造带北东段山前断裂的右旋走滑速率远大于隆升速率,表明龙门山构造带北东段山前断裂以右旋走滑作用为主,以逆冲作用为辅。

致谢 感谢同行评审专家和编辑部杨美芳老师提出的宝贵修改意见!

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Quaternary tectonic activity and tectono-geomorphic in the northeastern Longmen Mountains foreland faults zone
Xie Xiaoping1, Bai Maowei1, Chen Zhicong1, Liu Weibo2, Xi Shuna3     
(1 School of Geography and Tourism, Qufu Normal University, Rizhao 276826, Shandong;
2 Geochemistry Exploration Brigade of Sichuan Bureau of Exploration and Development of Geology and Minerals Resources, Deyang 618000, Sichuan;
3 Institute of Geological Relics, No. 137 Geological Team of Sichuan Coalfield Geological Bureau, Chengdu 610000, Sichuan)

Abstract

There is a close relationship between the evolution of landforms and tectonic activities. In this paper, the authors selected north east sections of Longmen Mountains foreland faults at the eastern margin of the Tibetan Plateau as a place to study the morphotectonic features. Based on the Landsat ETM Satellite images, ASTER DEM data, topographic and geologic maps, the river channel and terraces sections by using GIS spatial analysis combined with field morphotectonics investigations and observations, the characteristics of Fujiang River alluvial fans in Wudu Basin of Jiangyou County can be quantitatively and semi-quantitatively studied based on the river channel elevations, dating data of samples, fluvial system characteristics, and distance between the fan root is measured and studied in the study area. The results show that:(1)Typical tectonic geomorphologic features such as the drainage system, river channel, river bed elevation, alluvial fan root, large-scale thrust fault, asymmetric riverine terraces along the piedmont indicate that this thrust fault migrated from northeastern to southwestern. (2)Based on the elevation difference of alluvial fan data, cosmogenic nuclide burial ages data of alluvial fan and the distance between the fan root data, activity rates of the fault have been estimated:since 1.73 Ma and 0.54 Ma, in Early Pleistocene and Middle Pleistocene, the Longmen Mountains in north-eastern piedmont thrust fault uplift rates is about 0.06 mm/a and 0.09 mm/a respectively; the fault right-lateral strike-slip rates is about 2.31 mm/a and 1.48 mm/a respectively. (3)The Longmen Mountains in north-eastern piedmont fault right-lateral strike-slip rates are larger than that uplift rates since Late Pleistocene, indicate that the north east Longmen Mountains tectonic belt is given priority to the right-lateral strike-slips, and supplemented by thrust fault.
Key words: eastern margin of Qinghai-Tibet Plateau     northeastern section of Longmen Mountains     morphotectonics     active fault     Quaternary