岩石学报  2017, Vol. 33 Issue (12): 3942-3956   PDF    
西昆仑康西瓦断裂带西延特征及其构造意义
葛成隆1,2 , 刘栋梁1 , 王世广1,2 , 韩亮1 , 潘家伟1 , 白明坤1     
1. 中国地质科学院地质研究所, 国土资源部大陆动力学重点实验室, 北京 100037;
2. 中国地质大学, 北京 100083
摘要:青藏高原西北部康西瓦走滑断裂带(Karakax fault)为一条经过长期演化且现今仍在活动的重要大型断裂带,该断裂对该地区形成演化起到至关重要的控制作用。目前大多学者们认为该断裂在东段沿喀拉喀什河谷大致呈东西走向延伸,后在其西段麻扎地区向北西方向延伸。然而,通过详细的野外地质调查在该断裂带西段的麻扎地区新发现了一条NEE-SWW向的断裂,将之命名为麻塔断裂。实测地质剖面和显微构造分析发现麻塔断裂与康西瓦断裂具有相似的几何学和运动学特征,同样经历了早期右旋逆冲的韧性走滑变形和后期左旋脆性走滑变形,理应划分为一条断裂,前者是后者自麻扎向西的延伸部分。麻塔-康西瓦断裂共同参与调节了自古生代以来板块碰撞拼合在青藏高原西北部的构造变形,现今西昆仑-帕米尔地区的构造地貌格局正是康西瓦和喀喇昆仑等大型断裂新生代活动而形成的。
关键词: 西昆仑     康西瓦断裂     麻塔断裂     韧性变形     脆性变形     构造地貌    
The characteristics and tectonic implications of the western extension of the Karakax fault, West Kunlun
GE ChengLong1,2, LIU DongLiang1, WANG ShiGuang1,2, HAN Liang1, PAN JiaWei1, BAI MingKun1     
1. MLR Key Laboratory for Continental Dynamics, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: The Karakax strike-slip fault, located in the northwestern Tibet, is a long-lived evolution deformation belt, which is still active at present and plays an important role in controlling the evolution of this area. Most geologists suggest that the Karakax fault is generally east-west striking along the Karakax river valley, and northwest striking until to the Tashkorgan in the Mazar area. However, via the detailed field geological survey, an ENE-WSW fault, which named as the Matar fault, is identified at the Mazar area. Based on the measuring geological sections and analyzing microscopic structures, the similar geometry and kinematic characteristics were existed between the Karakax and Matar faults. Both the two faults have undergone the right-lateral and thrust ductile deformation in the early stage, and turned to left-lateral brittle deformation in the later stage. The Matar fault and the Karakax fault should belong to the same fault system, and the former is the westward extension of the latter. Both the two faults adjusted together the tectonic deformation of the northwestern Tibetan Plateau caused by the plate collision since Paleozoic, and the geomorphology characteristics of the West Kunlun-Pamir area were formed by the strong activity of the Karakax fault and the Karakarum fault and so on in Cenozoic.
Key words: West Kunlun     Karakax fault     Matar fault     Ductile deformation     Brittle deformation     Geomorphology    
1 引言

自早古生代以来,由于块体之间的碰撞、拼合在青藏高原内部及其边缘形成了一系列深切地壳的大型韧性剪切带或走滑断裂带,它们往往经历了早期韧性变形和后期脆性变形,存在多期次活动的特点(Xu et al., 2005; 许志琴等, 2006, 2007, 2011)。它们的形成与演化对青藏高原构造格局形成及印度-欧亚板块碰撞所导致的物质运移和应力分配有着重要的控制作用(Tapponnier and Molnar, 1976)。康西瓦走滑断裂带(图 1,国外学者多称之为Karakax fault)是青藏高原西北部一条经过长期演化、多期次变形、且现今仍在活动的大型走滑断裂带(Matte et al., 1996; 许志琴等, 2007; Li et al., 2012),它的形成演化与西昆仑造山带的隆起以及帕米尔弧形构造结的向北突出密切相关,是青藏高原多板块拼合作用在西昆仑地区所产生的构造响应。因此对其开展几何学和运动学等方面的研究有助于系统的了解青藏高原西北部构造格架的形成过程以及构造变形特征,对于理解新生代以来帕米尔地区的变形、隆升及其动力学机制具有重要的意义。

图 1 西昆仑-帕米尔地区地质简图 (a)西昆仑-帕米尔构造简图(据Cowgill, 2010修改;MPT:主帕米尔逆冲断裂;ATS:Akbaytal-Tanymas断裂;RPS:Rushan-Pshart断裂;JS:Jinsha断裂;AKS:Anyimaqen-Kunlun断裂;MMT:主地幔逆冲断裂;MKT:主喀喇昆仑逆冲断裂;MBT:主边界逆冲断裂;MPT:主帕米尔逆冲断裂;KYTS:喀什叶城转换带);(b)康西瓦断裂及其周边地质简图(据中国地质调查局, 2000);(c)麻扎地区地质简图(据陕西省地质调查院, 2004) Fig. 1 Geological sketch map of the West Kunlun-Pamir area

① 中国地质调查局.2000.中国1:50万数字地质图修改

② 陕西省地质调查院.2004. 1:25万麻扎幅区域地质调查报告修改

不少学者对康西瓦走滑断裂带的几何展布(李向东等, 1996; 李海兵等, 2008; 何哲峰等, 2009)、运动性质(Arnaud et al., 2003; 刘强等, 2003; 许志琴等, 2007; Li et al., 2012)、构造演化(刘训, 2001; Xu et al., 2005; 李博秦等, 2006, 2007)等方面做了大量的研究,也取得了卓有成效的成果。但断裂带西段地区由于地质构造复杂、遥感影像线性特征不明显,其具体的向西延伸形式还没有得到很好的限定。部分学者从缝合带的角度认为沿喀拉喀什河谷延伸的康西瓦断裂在麻扎地区发生了弧形弯曲,由近东西向延伸转变为北西向延伸(李博秦等, 2007; Zhang et al., 2007; Qu et al., 2007; 王建平, 2008)。何哲峰等(2009)通过遥感影像解译认为康西瓦断裂在麻扎地区分支成了三条北西至北北西向的断裂,但其缺乏实际的地质背景资料。近年在康西瓦断裂带西段的麻扎地区新发现了一条NEE-SWW向断裂(图 1),将之命名为麻塔断裂。本文旨在通过野外实测地质剖面、室内显微构造和构造地貌等研究揭示麻塔断裂的几何学和运动学特征,同时分析其与康西瓦断裂带的关系,最后探讨这些断裂对青藏高原西北部的构造演化的作用。

2 构造背景

受印度/欧亚板块碰撞所产生的强烈的地壳缩短和陆内造山运动的影响,位于青藏高原西北部的帕米尔构造结不断向北楔入并隆升(Matte et al., 1996; Burtman, 2000),在其内部及前方形成了一系列弧形分布的逆冲断裂体系,并在其两侧发育有多条走滑断裂和斜向逆冲断裂(图 1a),这些断裂共同构成了现今帕米尔构造结向北凸出的弧形构造体系(Cowgill, 2010)。

而位于西构造结东南部的康西瓦走滑断裂带,其东与阿尔金断裂相连,向西可延伸至帕米尔,总体呈NWW-SEE向,在中国境内延伸近1000km。作为一条从古缝合带基础上重新活化形成的断裂(Xu et al., 2005),康西瓦断裂受西昆仑块体拼合(Şengö and Natal'in, 1996; Xiao et al., 2002, 2003)和印度-欧亚碰撞造山作用影响(Jiang et al., 2013; Li et al., 2012),经历了早期韧性变形和后期脆性变形(刘强等, 2003; 许志琴等, 2007),记录了早古生代以来不同地质历史时期的演化过程(Xu et al., 2005; 许志琴等, 2007),

断裂带主体由多条近EW向平行排列的断裂组成,宽约3~5km,断层面高角度陡倾,沿断裂带发育有糜棱岩带、强片理化带和角砾岩带等,宏观糜棱面理和强片理面与断裂带平行,在断裂经过处还有黑色断层破碎带发育,宽约数百米,主要发育有断层泥、断层角砾以及碎裂岩等(李向东等, 1996; 刘强等, 2003)。

康西瓦断裂带北侧的西昆仑地体以库地-奥依塔格缝合带分为南、北两个亚地体,西昆仑南亚地体基底为一套古元古代强变质变形的花岗片麻岩穹窿(Matte et al., 1996; Yuan et al., 2002),上覆具绿片岩相的片岩、板岩等,古、中生代地层零星分布,新生代地层缺失。断裂带南侧为甜水海地体,底部为下元古界深变质基底,奥陶-志留纪以及中生代地层出露完整,局部出露有寒武纪和新生代地层。地层总体变质作用较弱,仅在断裂带及岩浆活动处附近发育有浅变质岩(许志琴等, 2007)。受西昆仑地体拼合的影响,断裂带北侧发育大量发育晚古生代到早中生代的中酸性岩浆弧,年龄集中在441~451Ma、377~381Ma和180~215Ma(许荣华等, 1994; Matte et al., 1996; 袁超等, 1999; Arnaud et al., 2003),而南侧甜水海地体的岩浆活动则以早中生代为主,年龄多集中在177~191Ma(Mattern and Schneider, 2000毕华等, 1999; Xiao et al., 2003),近年来也有少量早古生代早期岩体(498~532Ma)报道(Hu et al., 2016; 张辉善等, 2016)。新生代以来,康西瓦断裂强烈的左旋走滑变形在地貌和遥感影像形成了明显的线性构造特征,并发育了一系列大型线状构造地貌(Li et al., 2012)。

3 康西瓦断裂带构造学特征

现今关于康西瓦断裂带的研究多集中在三十里营房以东在遥感影像及构造地貌上具有明显线性特征的东段,而在三十里营房以西的地区,由于出露多为基岩,其线性特征并不明显,断裂带的规模、延伸形式及运动性质并没有得到很好的限定,因此为进一步了解断裂带在研究区内的产出情况及构造变形特征,我们在研究区内出露的康西瓦断裂带上选取了两条剖面(A-B,C-D,见图 1c),在断裂经过处进行了野外实测。

3.1 康西瓦断裂带几何学特征

剖面A-B(图 2A)共穿越六套岩石构造单元:志留纪变质岩(S)以砂质板岩为主,地层北倾;二叠纪变质岩(P)主要为砂质板岩,地层发生褶皱弯曲,呈背形;长城纪变质岩(Ch)以砂质石榴子石英片岩为主,地层北倾;下古生界地层成分复杂,含流纹岩、安山质凝灰岩、白云岩与大理岩等,地层北倾;侏罗纪变质岩(J)以绢云母石英板岩、石榴子石长石板岩和大理岩为主,地层北倾;石炭纪岩浆岩(C)为石英闪长岩。各岩石单元多以断层接触,其中岩浆岩与侏罗纪地层为侵入接触关系,康西瓦断裂为二叠纪变质岩和长城纪变质岩之间的分隔断裂,该处断层面北倾。

图 2 A-B、C-D地质剖面图(参考陕西省地质调查院,2004修改)及局部放大图 (A、B)为A-B地质剖面图及局部放大图;(C、D)为C-D地质剖面图及局部放大图; (a-h)剖面上的构造现象.1-石英长石砾岩;2-灰岩;3-白云岩;4-流纹岩;5-安山质凝灰岩;6-英安岩;7-石英闪长岩;8-黑云母花岗岩;9-二长花岗岩;10-片岩;11-绿泥石化绢云母片岩;12-石榴子石英片岩;13-砂质板岩;14-石榴子石英板岩;15-砂质石英板岩;16-砂质长石板岩;17-砂质绢云母板岩;18-粉砂质绢云母长石板岩;19-大理岩;20-断层破碎带 Fig. 2 The A-B, C-D geological section maps and their partial enlargement in the study area

图 2B为A-B剖面康西瓦断裂附近局部放大及野外照片,断裂带附近地层为二叠纪黄羊岭群(PH)和长城纪赛图拉岩群(ChSt),岩性以绿泥石化绢云母片岩为主,地层向北高角度陡倾。剖面上由南到北发育有两条断层破碎带,走向与岩层产状一致,近东西向发育,其中南侧破碎带宽度大(200~300m),破碎强烈(图 2a, c),断层泥发育(图 2d),根据区域断裂走向认为是主断裂。北侧断裂破碎带规模较小(图 2e),推测是分支断裂。

剖面C-D(图 2C)共穿越三套岩石构造单元:志留纪变质岩(S)主要为砂质板岩等,地层向北陡倾;麻扎构造混杂岩内部岩性差异明显,剖面上主要出露有黑云母花岗岩(Pγβ)、安山质凝灰岩(Pδα+ζ)、砂砾岩(Tsa+b)等,不同时代构造混杂岩大多以断层分隔,二叠纪安山质凝灰岩(Pδα+ζ)与三叠纪砂砾岩(Tsa+b)之间以角度不整合接触;岩浆岩主要为志留纪黑云母二长花岗岩和三叠纪二长花岗岩(两者为侵入接触关系)。三大岩石单元以断层接触,康西瓦断裂位于志留纪变质岩单元内,断层面与面理面近平行。

图 2D为C-D剖面康西瓦断裂附近局部放大图及其对应的野外照片,断裂带在志留纪温泉沟组(S1W)地层内发育,温泉沟组以片岩和板岩为主,夹杂少量大理岩和灰岩,岩层均高角度向北陡倾。在剖面南侧有近顺层侵入的英安岩脉体(图 2f),岩层变形强烈,由南向北发育有两条断层破碎带,走向与岩层产状一致,为近东西向,破碎带内断层泥发育(图 2g, h),宽度在90~150m。根据康西瓦断裂带在区域上的延伸方向以及断裂带破碎的程度和规模,笔者认为康西瓦断裂的主断裂位于南边的第一条断层破碎带处(图 2g, h),另外一条为其分支断裂(图 2i)。

综合剖面信息发现,康西瓦断裂带在研究区内总体呈近东西向延伸,断层面向北陡倾且顺层发育,除主断裂外还存在分支断裂。断裂带附近地层岩性以片岩为主,在断裂经过处有黑色断层破碎带发育,规模为90~300m,发育有大量黑色断层泥,且从东到西断层破碎带的规模有减小的趋势。

3.2 康西瓦断裂带运动学特征 3.2.1 康西瓦断裂韧性变形特征

判断断裂带韧性变形的性质,主要的方法是通过对剪切带内部出露的构造行迹、特征标志体变形等进行宏观和微观尺度的观察分析。

剪切带内部的岩石由于受构造作用的影响发生了不同程度的变形,形成了构造片岩、糜棱岩、构造片麻岩等构造岩,其内赋存了剪切带丰富的构造变形信息。研究区康西瓦剪切带内韧性变形行迹多赋存在构造片岩内,局部出露糜棱岩化片麻岩,强烈的构造剪切变形导致原岩成分发生分异,形成区域性透入性面理(图 3a),部分矿物或矿物集合体在应力作用下发生拉伸、定向排列形成拉伸线理(图 3b),统计后发现康西瓦断裂带的面理走向和线理倾伏方向均为NWW-SEE(图 3j, l)。部分顺层产出的同构造石英脉发生了不同程度的石香肠化,呈构造透镜体产出(图 4a),在垂直面理平行拉伸线理的XZ面上,剪切拉长的石英脉以及构造片麻岩中的σ型石英旋转碎斑均指示断裂为右旋剪切变形(图 4a, b),在垂直面理和拉伸线理的YZ面上,强烈布丁化的长英质脉及石英旋转碎斑等构造还指示康西瓦剪切带除具有右旋剪切的性质外还具有挤压性质(图 4c)。

图 3 研究区野外变形特征及面理与线理赤平投影图 (a、b)康西瓦断裂带内发育的透入性面理与拉伸线理(La);(c)康西瓦断裂带内发育的脆性断层面,擦痕和阶步指示断裂为左旋走滑断裂;(d、e)麻塔断裂带内部发育的透入性面理与拉伸线理(La);(f)麻塔断裂带内发育的脆性断层面,擦痕和阶步指示断裂为左旋走滑断裂;(g)康西瓦断裂面理的赤平投影;(h)麻塔断裂面理的赤平投影;(i)康西瓦断裂和麻塔断裂线理的赤平投影 Fig. 3 Deformation features in the field and the stereographic projection of foliation and lineation

图 4 康西瓦断裂韧性变形及显微构造特征 (a)垂直面理方向的XZ面上布丁化石英脉体(Qtz);(b) XZ面上σ型石英旋转碎斑(Qtz);(c)垂直面理方向(YZ面)的挤压作用,箭头代表应力方向,长英质脉体(Pl+Qtz)挤压呈布丁状;(d) XZ面上由须状石英(Qtz)、绢云母(Ser)和黄铁矿(Py)构成的不对称压力影;(e) XZ面上由黑云母(Bt)和方解石(Cal)构成的S-C组构;(f)亚颗粒旋转重结晶构成多晶石英条带;(g)钾长石(Kfs)内部形成的火焰状钠长石条纹;(h、i)钾长石(Kfs)内部发育的裂隙,石英(Qtz)存在波状消光 Fig. 4 Ductile deformation and micro-structure features in the Karakax fault

在显微尺度下,该区域构造岩造岩矿物以长石、石英和黑云母为主,整体变形较强,在这些强变形岩石内部的XZ面上可见须状石英和绢云母沿着黄铁矿两侧应力释放方向生长,形成不对称压力影(图 4d)。由黑云母和绢云母构成的暗色条带沿着方解石颗粒边缘发生弯曲变形,方解石颗粒顺剪切变形方向发生物质运移,两者构成了典型的S-C组构(图 4e),这些现象共同指示了构造岩所经历的右旋韧性剪切变形。同时石英发生亚颗粒旋转重结晶作用,形成由无数细小石英颗粒组成的多晶石英条带(图 4f)。钾长石残斑在其内部及其边缘高应变部位发生出溶现象,形成火焰状钠长石条纹(图 4g)。这些长石和石英的矿物变形特征显示构造岩很可能经历了中高温级别的构造变形作用。此外长石和石英内部还多发育裂隙,石英颗粒中普遍存在波状消光(图 4h, i),则说明构造岩后期很有可能经历了中低温级别的构造变形作用。

3.2.2 康西瓦断裂脆性变形特征

在研究区A-B剖面东侧还发现有具明显左旋地表位错的第四纪沉积物,图 5a位于三十里营房以西3km,喀拉喀什河北侧地区(N36°21′25″、E78°00′21″),由一系列S向N流的河流形成的冲积扇被康西瓦断裂所切割,显示明显的线性地貌特征,并产生一系列的左旋错开。通过实地考察及遥感影像对断裂南北两侧同级冲积扇进行了对比测量,位错达24m(图 5b),除此之外,研究区内康西瓦断裂经过处多为基岩,在其断层破碎带内可以观察到明显的脆性断层面(图 3c),断层擦痕近东西向发育,阶步陡坎西倾,这些也指示断裂为左旋的走滑断裂,此外在断层泥内带发育的一系列构造透镜体,布丁状长英质脉体(图 2c, g)等还指示康西瓦断裂的脆性变形还存在一定的逆冲分量。

图 5 三十里营房西侧康西瓦断裂野外特征及卫星影像(Google earth)测量的位错量 (a)三十里营房西侧康西瓦断裂野外发育特征(镜头向E),白色箭头指示地表破裂带位置;(b)为(a)图内星标位置的遥感影像特征,冲积扇边缘沿断裂带被左旋位错约24m Fig. 5 East view of the Karakax fault on the west of Sanshili and its offsets measured by satellite image
4 麻塔断裂构造学特征

在康西瓦断裂带麻扎以西的地方发现的一条断裂,大致沿麻扎-塔吐鲁沟公路延伸(图 1c),我们将之命名为麻塔断裂。下文介绍麻塔断裂的构造学特征,主要通过详细的野外地质调查揭示其几何学和运动学特征。

4.1 麻塔断裂几何学特征

剖面E-F(图 6A)共穿越两套岩石构造单元:石炭纪沉积岩(C)主要为长石石英砂岩等,地层向南陡倾;志留纪变质岩(S)主要为砂质板岩等,地层北倾。两单元间为断层接触,其中麻塔断裂位于志留纪变质岩内,断层面北倾。

图 6 E-F、G-H地质剖面图(参考陕西省地质调查院,2004修改)及局部放大图 (A、B)为E-F地质剖面图及局部放大图;(C、D)为G-H地质剖面图及局部放大图;(a-h)剖面上的构造现象.1-砂岩;2-石英砂岩;3-长石砂岩;4-灰岩;5-泥质灰岩;6-花岗岩;7-黑云母二长花岗岩;8-闪长岩;9-砂质片岩;10-绿泥石化绢云母片岩;11-粉砂质板岩;12-砂质板岩;13-石英质板岩;14-长英质板岩;15-断层破碎带 Fig. 6 The A-B, C-D geological section maps and their partial enlargement in the study area

图 6B为E-F剖面麻塔断裂附近局部放大及野外照片。断裂带经过的地层为志留纪温泉沟组(S1w),岩性以绿泥石化绢云母片岩为主,夹有少量砂质片岩和灰岩等,岩层向北陡倾。由南到北发育有两条断层破碎带,走向与岩层产状一致,其中南侧破碎带宽度大(100~160m),破碎强烈(图 6a, b),南北向第二条断层破碎带出有花岗岩脉体侵入(图 6c, d)。根据区域断裂走向及断层带破碎的程度和规模认为南北向第一条断裂是主断裂,另一条是分支断裂。

G-H剖面(图 6C)共穿越三套岩石构造单元:石炭纪沉积岩(C)主要为长石石英砂岩、灰岩等,地层向南陡倾;志留纪变质岩(S)主要为砂质板岩等,地层相向陡倾,南部单元朝南陡倾,北部单元向北陡倾;岩浆岩(T)为三叠纪黑云母二长花岗岩,与志留纪变质岩单元间为侵入接触。石炭纪沉积岩与志留纪变质岩之间为断层接触,麻塔断裂位于志留纪变质岩内,其断层面与面理面近平行,走向近东西且向南陡倾。

图 6D为G-H剖面麻塔断裂附近局部放大及其野外照片。断裂带附近地层为志留纪温泉沟组(S1w),岩性以绿泥石化绢云母片岩为主,夹杂少量砂质板岩,岩层均高角度向南陡倾。在剖面南侧有侵入的闪长岩脉体,与围岩的烘烤边明显(图 6e),岩层变形强烈,由南向北发育有两条断层破碎带,走向与岩层产状一致,破碎带内断层泥发育(图 6f-h),宽度分别为200~220m与20~30m,根据断裂带破碎的程度和规模认为南北向第一条断层破碎带为麻塔断裂主断裂经过的位置,另一条为分支断裂(图 6h)。

综合剖面信息发现,麻塔断裂带总体呈近东西向延伸,其中东侧E-F剖面断裂向北倾,西侧G-H剖面断裂向南倾,断层面倾角较大且顺层发育,且存在分支断裂。断裂带附近岩性以片岩为主,在断裂经过处还有黑色断层破碎带发育,规模为100~220m,发育有大量黑色断层泥,且自西向东断层破碎带规模变大。

4.2 麻塔断裂运动学特征 4.2.1 麻塔断裂韧性变形特征

受强烈的韧性剪切变形影响,麻塔断裂剪切带内的构造岩岩性同样以构造片岩为主,走向近东西向的透入性面理弥散在整个剪切带内,矿物拉伸线理发育(图 3d, e),其面理走向与线理倾伏向的优选方位均为NWW-SEE(图 3k, l)。由于变形温度较高,在垂直面理平行拉伸线理的XZ面上,同构造侵入的石英质脉体也由于强烈的韧性剪切变形发生物质的流动和重结晶,形成σ型旋转碎斑和构造透镜体(图 7a, b),指示麻塔断裂存在右旋韧性剪切变形。而在垂直面理和拉伸线理的YZ面上,夹于由黑云母、角闪石等暗色矿物组成的条带之间的长英质脉发生强烈弯曲,形成了一翼长、一翼短的不对称拖曳褶皱(图 7c)则指示麻塔断裂在早期除具有右旋走滑韧性变形外还兼具有逆冲性质的变形。

图 7 麻塔断裂韧性变形及显微构造特征 (a)垂直面理方向的XZ面上石英旋转碎斑(Qtz);(b) XZ面上σ型石英旋转碎斑(Qtz);(c)垂直面理方向的YZ面上,由长英质脉体(Pl+Qtz)构成不对称拖曳褶皱;(d、e) XZ面上拉长变形的钾长石(Kfs)和黑云母(Bt)组成的S-C组构;(f、g)弯曲的黑云母(Bt)颗粒及其条带,构成的S-C组构;(h)由石英亚颗粒(Qtz)构成的多晶石英条带,局部亚颗粒发生定向排列;(i)石英(Qtz)的亚颗粒化及波状消光 Fig. 7 Ductile deformation and micro-structure features in the Matar fault

在显微尺度下,以长石、石英和黑云母作为主要造岩矿物的构造岩具有明显的韧性变形特征。XZ面上拉长变形的钾长石碎斑及其边缘弧形分布的黑云母构成了典型的S-C组构(图 7d, e)。黑云母和石英亚颗粒构成的条带内云母经历了剪切作用后呈长条状或透镜体状,并沿剪切面定向分布,同样具有典型的S-C组构(图 7f, g)特征。这些S-C组构指示了岩石经历了右旋的韧性变形。石英作为变形信息的主要赋存矿物,以位错蠕变作为主要的变形机制,发生亚颗粒旋转重结晶和颗粒边界重结晶作用,形成明显的多晶石英条带,显示中高温级别的变形作用(图 7h)。另外,石英亚颗粒受剪切作用的影响形成了明显的定向排列,指示右旋的韧性剪切变形(图 7h)。此外部分石英显示明显的波状消光与亚颗粒化(图 7i),指示剪切带内岩石可能还经历了中低温级别的变质作用。

4.2.2 麻塔断裂脆性变形特征

在遥感影像上,麻塔断裂显示断续分布的线性特征,局部地区可见明显的地表位错(图 8a),图 8b位于麻扎以西36km处,热斯喀木村南部山谷内(N36°19′23″、E76°37′34″),沿着山坡发育的坡积物被断裂错开,显示明显的线性地貌特征和左旋位错,通过遥感影像对坡积物上的标志物进行了反向恢复,获得最大位错为12m。在麻塔断裂的断层破碎带内部的脆性断层面上可以观察到清晰的断层擦痕和阶步(图 3f),这些现象同样指示了麻塔断裂脆性变形为左旋走滑性质。此外,在麻塔断裂断层破碎带内强烈弯曲变形的劈理指示断裂还具有一定的逆冲分量。

图 8 麻塔断裂卫星影像解译及坡积物位错图 (a)麻塔断裂的遥感影像(Google earth)解译图,红色实线代表断裂出露位置,虚线为推测断裂位置;(b)麻塔断裂上坡积物的的左旋位错,通过(c)图反向恢复后得到坡积物的最大位错量为12m Fig. 8 Satellite image of the Matar fault and the offsets of the slope wash sheared by Matar fault
5 讨论 5.1 康西瓦断裂与麻塔断裂关系讨论 5.1.1 几何学特征对比

通过对研究区内布设的四条剖面可以发现,麻塔断裂正处于康西瓦断裂的西南方向,从形态上具有可延伸性,且两者在其断裂附近均发育有黑色的断层破碎带和分支断裂(图 2图 6),破碎带产状相似(近东西向延伸),规模上自东向西分别为200~300m、90~150m与100~160m、200~220m,总体上近乎一致,后者相对前者规模有一定变小,而且存在局部断裂带规模变化的情况,推测可能与走滑断裂不同部位应力分布不均衡有关。通过实测地质剖面发现两断裂的主断裂面几乎顺层发育,均呈高角度陡倾(>60°)。研究区内康西瓦断裂和麻塔断裂的断层面多向北倾,而四条剖面中的最西边的剖面显示麻塔断裂主断裂面向南倾(图 6C),推测产生这种差异的原因应与区域地层产状的改变有较大的关系,断层面高角度陡倾的大型走滑断裂随着局部地质环境的改变其断层面倾向也极易发生改变,而且两断裂的断层面的倾向虽然相反,但其走向和延伸方向仍保持相同,均为近东西向延伸。这些近似的构造几何学特征说明麻塔断裂与康西瓦断裂很可能经受了同种应力性质和程度的构造变形。

5.1.2 运动学特征对比

通过对研究区内出露的构造行迹进行系统的观察后发现,麻塔断裂与康西瓦断裂均是在早期韧性剪切变形的基础上叠加了后期脆性走滑变形,就早期的韧性变形来说,在这两条断裂带内部发育的σ型石英旋转碎斑、不对称拖曳褶皱、构造透镜体、不对称压力影、S-C组构等露头与显微尺度的构造变形(图 4图 7)显示康西瓦断裂与麻塔断裂早期的韧性变形为右旋走滑逆冲性质,这与前人对于康西瓦断裂带早期韧性变形性质的认识是一致的(李向东等, 1996; 刘强等, 2003)。许志琴等(2007)认为康西瓦断裂早期的韧性变形还存在一期较弱的左旋剪切变形,但我们在野外宏观构造现象以及显微构造分析中并没有识别出这期次构造,推测可能是该区域并没有遭受这其次构造变形的影响,或者变形太弱并没有置换掉早期右旋的韧性变形。通过对两断裂内部发育的拉伸线理和透入性面理进行统计后发现其均具有相似的优选方位(图 3g-i),透入性面理走向为NW-SE向,拉伸线理的优选方位也均为NW-SE,且倾伏角较低(多小于40°),推测该区域主要经历了NE-SW向的挤压作用,同时还伴随有NW-SE向的走滑剪切。刘强等(2003)许志琴等(2007)通过对该区域岩石进行组构分析同样得出了这种说法。

在脆性变形方面三十里营房西侧冲积扇的左行位错(图 5b)、黑卡达板处发育的断层擦痕和阶步(图 3c)以及黑卡达板东侧冰碛物的左行位错(另文发表)指示康西瓦断裂后期的脆性变形为左旋走滑性质,麻塔断裂上被左旋错开的坡积物(图 8b)以及断层擦痕和阶步(图 3f)也显示了同样性质的构造变形,这与在康西瓦断裂东段得到的运动性质保持一致(付碧宏等, 2006; 李海兵等, 2008)。但在研究区其他区域内康西瓦断裂并没有明显的线性走滑地貌,这可能与该区域第四纪沉积物较少,出露的多为基岩有关。而且在两条断裂的断层破碎带中我们还观察到具有逆冲性质的构造变形,但两断裂的断层擦痕的倾伏角均较小(<20°),说明康西瓦和麻塔断裂后期的脆性变形还是以左旋走滑为主存在一定的逆冲分量。

此外研究区内的康西瓦断裂和麻塔断裂显微尺度下长石的出溶现象、石英颗粒普遍存在的波状消光、亚颗粒、动态重结晶以及长石和石英内部存在的微破裂(图 4图 7),也反应了康西瓦断裂和麻塔断裂由早期深层次的韧性变形向后期浅表层次脆性变形转换的多期次复杂变形的特点。

5.1.3 康西瓦断裂西段延伸形式及意义

目前关于康西瓦断裂带西段的延伸形式主要有两种观点,部分学者通过变质特征、构造活动年龄等手段认为在塔什库尔干地区出露的高压麻粒岩(Qu et al., 2007)、构造混杂岩(王建平, 2008)、孔兹岩(Zhang et al., 2007),以及麻扎地区的构造混杂岩(李博秦等, 2007)等与东段的康西瓦孔兹岩系以及苏巴什蛇绿混杂岩等具有相似的构造演化特征,均是康西瓦缝合带的产物,以此确定康西瓦断裂带东接阿尔金断裂,后沿喀拉喀什河谷近EW向延伸,自麻扎弧形弯后转为NW向延伸。但也有不少学者通过遥感解译、地震分布等角度推测康西瓦断裂在麻扎弧形弯转处可能存在正西方向的分量(Li et al., 2012; 何哲峰等, 2009; 陈杰等, 2011)。那么康西瓦断裂在麻扎地区究竟存在怎样的延伸形式?是否存在正西方向的分量?在麻扎地区以西新发现的麻塔断裂恰好解决了这个问题。

从康西瓦断裂和麻塔断裂的构造变形特征上看,两条断裂均经历了早期韧性变形和后期脆性变形。在早期韧性变形阶段,两断裂均呈现右旋走滑逆冲的韧性变形特征(图 3图 7),面理和拉伸线理也具有相似的优选方位(图 4),显微构造现象也指示两条断裂存在深层次高温变形到浅表层次低温变形的转换的特征。在后期脆性变形阶段,在两断裂内部发育有一系列被错断的河流阶地、冲积扇、坡积物等,这些均指示康西瓦和麻塔断裂脆性变形为左旋走滑性质。Li et al. (2012)通过统计康西瓦断裂上的冲沟和阶地位错结合AMS14C测年认为康西瓦断裂特征地震的同震滑移量约为6m,地震间隔约为900~1000年。而测得麻塔断裂上被错开的坡积物最大位错为12m(图 8b),推测应该是两次同种特征地震作用的结果。这种相似的构造演化过程与目前关于康西瓦断裂带是在早期缝合带基础上重新活化,经历了温度递减和地壳抬升的演化过程的观点是一致的(刘训, 2001; 刘强等, 2003; 许志琴等, 2007)。

而且麻塔断裂与康西瓦断裂具有相似的断层带规模和延伸方向,且前者正处于后者麻扎弧形转弯处,根据处于同一构造线上的具有相同构造动力学背景、构造变形模式、运动学特征的两条断裂可以归为一个断裂系统的观点(崔军文等, 1999; 陈应涛等, 2010),麻塔断裂同康西瓦断裂无疑是在同一个动力学系统中形成的具有相似几何学与运动学特征的相关断裂,理应划分为同一个断裂系统。也即康西瓦断裂在麻扎地区存在分叉型的几何学形态。

许志琴院士团队对康西瓦断裂带内发育的孔兹岩系进行研究获得了644~873Ma的继承年龄和428~445Ma与250~210Ma的变质年龄,认为康西瓦断裂韧性变形的起始时间最早为加里东期(Xu et al., 2005; 许志琴等, 2007)。而在康西瓦断裂其它部位发育的高压麻粒岩、孔兹岩等也均发生了加里东期(430~456Ma)和海西-印支期(177~240Ma)的变质作用(Zhang et al., 2007; Qu et al., 2007; 王建平, 2008)。因此关于康西瓦断裂韧性变形起始时间最早为加里东期的观点是可信的。尽管目前我们没有获得麻塔早期韧性变形的年代学结果,但考虑到两条断裂已具备相当规模的主断裂带和韧性变形特点,我们推测麻塔断裂的早期右旋韧性时间也为加里东期。而现今沿麻塔断裂出露有12m的坡积物位错,结合康西瓦断裂特征地震6m的特征位错和900~1000年的发震间隔,推算麻塔断裂最新一次的活动时间应不晚于1800~2000a。

然而,大型走滑断裂往往在其末端发育一系列分叉断裂使其能量得以分解、消散和吸收(何哲峰等, 2009),康西瓦断裂在麻扎地区的分叉形态也表明了断裂能量正在逐渐消减,断裂开始步入末端。

5.2 康西瓦断裂对西昆仑-帕米尔地区构造地貌的影响

自60~50Ma以来,受印度/欧亚碰撞导致强烈地壳缩短变形的影响,西昆仑-帕米尔地区发生了轰轰烈烈的造山造貌运动(Yin and Harrison, 2000; Tiwari et al., 2015)。刘栋梁等(2011)通过高程、高程差以及坡度将西昆仑-帕米尔地区自盆地到高原划分为了三级构造地貌单元:塔里木盆地、褶皱逆冲带和山前地貌陡变带,尽管其对西昆仑-帕米尔地区构造地貌提出了运动学模式,但没有涉及到康西瓦断裂西段的麻塔断裂对整个地区构造地貌的影响。本文主要讨论康西瓦断裂,尤其是麻塔断裂,对帕米尔-西昆仑地区构造地貌的影响。

该地区物质运动的动力来源于印度/欧亚大陆碰撞,强烈的挤压作用导致该地区以康西瓦走滑断裂、喀喇昆仑断裂和铁克里克逆冲断裂为边界发生横向上(垂直走滑断裂带)的缩短,和垂向上的物质挤出,形成了陡峭的高山地貌,反映出典型的挤压转换下的变形构造(Krantz, 1995; 许志琴等, 2011)。

该区域的的水平运动主要受制于喀喇昆仑断裂、康西瓦断裂、龙木错-郭扎错断裂和铁克里克断裂,西部走向NW-SE的喀喇昆仑断裂新生代以来表现为强烈的右旋走滑性质(Chevalier et al., 2011)。南部的龙木错-郭扎错断裂和麻塔-康西瓦断裂在新生代特别是晚第四纪以来表现为强烈的左旋走滑变形(Li et al., 2012; Chevalier et al., 2017),位于西昆仑造山带北部边缘的铁克里克逆冲断裂则以逆冲为主,在局部的地区可能伴有右旋走滑运动(Fu et al., 2010)。

在以康西瓦断裂为南界,铁克里克断裂为北界的西昆仑地貌陡变带:在其北部边缘,大量物质沿铁克里克断裂上涌,逆冲于塔里木板块之上,造成了如今陡倾的高山地貌;而在其南部,强烈运动的康西瓦断裂和麻塔断裂构成了物质向西运移的通道,而呈右旋走滑性质的喀喇昆仑断裂则如一道隔板使相对运移的物质在麻塔断裂和喀喇昆仑断裂交接部位(1号区域)发生汇集,造成了现今西昆仑-帕米尔地区向西南凸出的弧形特征。而且康西瓦断裂两侧的山脉均与断裂走向平行或者呈一定角度斜交(图 9),这与现今其他大型走滑断裂附近山脉的特征一致(徐芹芹等, 2015),而在1号区域,可以看到原本呈直线走向的山脉同样发生了明显向西南凸出的弧形弯曲。

图 9 西昆仑-帕米尔地区主要活动断裂图 图中白色线条代表不同类型的断裂,红色箭头表示帕米尔及塔里木块体相对运动方向;绿色1、2号分别代表喀喇昆仑断裂与麻塔断裂和龙木错-郭扎错断裂的交汇区域;紫色虚线表示康西瓦断裂沿线的山脉走向 Fig. 9 Map of the major active faults of West Kunlun-Pamir area

在被康西瓦断裂、龙木错-郭扎错断裂和喀喇昆仑断裂围限的甜水海地体:在其北部和南部,物质沿左旋的麻塔-康西瓦断裂和龙木错-郭扎错断裂呈近顺时针的弧形运移,在块体西侧,受制于右旋的喀喇昆仑断裂的阻挡,物质在龙木错断裂与喀喇昆仑断裂交接部位(2号区域)发生汇集并隆升,造成了相对块体内部迥异的高耸地貌。

前人通过西昆仑-帕米尔地区磷灰石裂变径迹年龄、山前沉积物记录等方法认为该地区在晚新生代以来经历了25~16Ma、ca.11~7Ma以及ca.5Ma以来的多期次的构造抬升过程(Cowgill, 2010; Sobel et al., 2011; Liu et al., 2017),其中上新世(ca.5Ma)以来为青藏高原西北部抬升最为剧烈的阶段。何哲峰等(2009)通过平均走滑速率与总走滑量估计康西瓦断裂左旋脆性走滑运动最早开始于晚中新世(10~8Ma),在上新世与晚中更新世(2.8~0.2Ma)达到高潮,且康西瓦断裂向西的延伸—麻塔断裂至今也保持着活动性。龙木错-郭扎错断裂左旋走滑约从晚中新世(~8Ma)开始,并持续至今(Chevalier et al., 2017)。而右旋走滑的喀喇昆仑断裂的运动起始时间最早可以追溯到晚渐新世-早中新世(李海兵等, 2007; Leloup et al., 2011),且现今也仍保持一定的活动性(Chevalier et al., 2016),但DEM解译发现喀喇昆仑断裂在与麻塔断裂和龙木错断裂的交接处均发生了不同程度的弯曲变形(图 9),这表明喀喇昆仑断裂的运动受到了麻塔断裂和龙木错断裂的制约,并不是为该地区水平运动的主因。而麻塔-康西瓦断裂正位于西昆仑山前陡坡带和甜水海地体两大地貌单元之间且在上新世以来保持强烈的活动性,推测可能是造成西昆仑-帕米尔地区现今构造地貌特征的主要原因。

6 结论

(1) 麻塔断裂是康西瓦断裂自麻扎向西延伸的分量,自加里东期至今一直参与了康西瓦断裂的构造变形。

(2) 康西瓦断裂在麻扎地区的分叉形态表明其逐渐步入末端。

(3) 上新世以来麻塔-康西瓦断裂的强烈活动可能是形成西昆仑-帕米尔地区构造地貌的主要原因。

致谢 参加野外工作的还有韩帅、杨希寿、李俊等;写作过程中李海兵研究员和郑勇博士给予了很多指导;室内工作也得到了云琨和何祥丽的帮助;刘俊来教授和张建新研究员提出了许多有益的修改意见,对完善本文非常重要;作者在此一并表示衷心的感谢。
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