转换断层及其地质意义

转换断层及其地质意义以阿尔金转换断层为例 1 转换断层的概念Wilson( 1 965) ,Atwater( 1 972 )最早认为 :转换断层 ( Transform Fault)是大型的平移断层 ,其终端是一些其他类型的构造 ,例如中脊、海沟或三联结合点 1 ,2 。传统转换断层都以平移断层被大洋中的中脊、海沟及三联结合点“调节”为特征 ,这在板块运动的解释中起了无法估价之作用。当中脊和海沟分别代表扩张和消耗的位置时 ,伴生的转换断层揭示了扩张和消耗方向 ,绝大多数转换断层趋向垂直于中脊、海沟。这种转换断层的内涵过分狭义 ,使人误入歧途 ,将转换断层理解成为大洋中的产物。平移断层终端为其他类型的构造所“调节”的现象 ,在自然界非常普遍。平移断层终端除了大洋内中脊、海沟“调节”外 ,还可见到大陆内褶皱 -逆冲断裂、拉伸正断等构造类型“调节”现象。因此 ,转换断层实质是指大型平移断层的终端为其他构造类型所调节、平移断层之位移为终端与之垂直或高角度相交的其他构造所“吸收”。转换断层主要组成要素为陡倾“平移”断层及与之终端高角度相交的“调节”构造类型。转换断层的“平移”断层与平移断层具明显的区别 ,主要表现为 :前者走滑运动只发生于断层相对平直地段 ,而后者沿整个断层发生走滑运动 ;前者两终端构造带的水平错动随断裂活动时间延长可以不变、增加或减少 ,而后者错距随断层活动时间的延长而增加。但是两者特征都具相对平直的延伸和陡倾的倾角。因此 ,两者易混淆。2 .1 转换断层的类型根据转换断层的“平移”断层运动方向和“平移”断层末端“调节”走滑位移构造类型的组合特征进行分类。按“平移”断层的平移运动方向分为左旋与右旋两类 ;按“平移”断层末端“调节”走滑位移的构造类型的组合特征 ,每种旋向均可分为三种基本类型 :伸展 (正断 )调节型转换断层 (图 1 a)、挤压 (褶皱 -冲断 )调节型转换断层 (图 1 b)、复合型转换断层 (图1 c)。2 .1伸展型转换断层转换断层“平移”断层终端为拉伸环境的构造类型“调节”,如扩张的大洋中脊、裂谷及断陷盆地等 ,其基本构造组成为正断层。此类转换断层以“平移”断层和终端伸展构造所分割的块体整体作背离运动为特征 ,实质上“平移”断层是“调节”整体背离的“转换”地段。2.2挤压型转换断层“平移”断层终端为挤压构造环境下的构造类型图 1转换断层的分类Fig.1 Classification m ap of transform faultsa.伸展型转换断层 ;b.挤压型转换断层 ;c.复合型转换断层“调节”,如海沟、造山带等 ,其基本构造组成为逆断层或褶皱 -冲断构造。此类转换断层以“平移”断层和其终端挤压构造所分割的块体整体作聚合运动为特征 ,“平移”断层是聚合体制下的一种“调节”构造。此类转换断层自然界非常普遍。因此 ,本文以此类构造为重点 ,结合阿尔金转换断层探讨之。2.3 复合型转换断层复合型转换断层特点为“平移”断层两末端的构造性质不同 ,一端为伸展体制的构造组合 ,另一端为挤压体制下的褶皱 -冲断构造组合。此类转换断层以恰慢左行复合转换断层为典型例证。恰慢“平移”断层北东端转换为帕米尔挤压构造 ,而南西端转换为亚丁海伸展构造体制。转换断层在自然界非常普遍 ,任何尺度下都有发育。按形成的尺度可将其归为巨型转换断层 ( 1 0 3km ) ,大型转换断层 ( 1 0 2 km) ,中、小型转换断层 ( 1 0km) ,微观型转换断层 ( 1 0 -3 km)。阿尔金新生代陆内挤压“调节”型转换断层阿尔金新生代陆内挤压“调节”型转换断层是由阿尔金“平移”断层、西昆仑北缘逆冲构造及祁连山逆冲构造组成。3.1 阿尔金“平移”断层阿尔金断裂位于青藏高原北侧 ,分割塔里木盆地和柴达木盆地。该断裂作北东 -南西方向延伸 ,长逾 1 0 0 0 km,在卫星照片上清晰可现 ;而且规模宏大 ,断裂倾角较陡 ,多在 70以上。沿断裂有元古代及华力西期蛇绿岩分布。据物探资料认为是切过岩石圈达上地幔的深断裂 (腾吉文 ,1 974)。断裂切割侏罗系 ,并控制第三纪的沉积。地貌上为一第四纪狭长带状谷地 ,可见断层三角面 5 。过去人们一直将阿尔金断裂归为大型走滑断裂 ,并对其延伸特征、走滑量及演化等争论不休。张文佑 ( 1 978)认为 ,在晚元古代和早古生代 ,北祁连和西昆仑都是拉张构造带 ,阿尔金断裂表现为右旋性质 ;在早古生代末期 ,北祁连和西昆仑都转变为挤压构造带 ,阿尔金断裂表现为左旋性质 5。因此 ,从上述的资料可认为 ,在晚元古代和早古生代表现为拉伸正断“调节”型转换断层 ;在早古生代末期表现为挤压褶皱 -冲断“调节”型转换断层。阿尔金断裂的新生代左行走滑已广为认可 ,但是对该断裂左行走滑量则众说纷纭。根据陆地卫星影像和地震资料 ,Tapponnier等 ( 1 977)认为阿尔金断裂左行平移 40 0 km6 ;Tapponnier等 ( 1 986)认为阿尔金断裂左行平移 70 0 km7。侯珍清 ( 1 981 )根据地质和地震资料 ,认为阿尔金断裂左行平移 1 2 0km。姜春发 ( 1 992 )根据三叠系分布情况 ,认为三叠纪以来阿尔金断裂相对横推 2 0 0 30 0 km8 。Dewey等 ( 1 988)估算阿尔金断裂新生代左行走滑速率为 1 1 .7mm/a。Peltzer等 ( 1 989)认为全新世以来阿尔金断裂平移速率为 30 mm/a9。研究证明 :由于阿尔金断裂左行平移而引起的反“S”型沉积构造从始新世晚期才开始出现 ,因而证明阿尔金断裂并非以往所认为的“长期发育的深断裂”,其左行平移的发生是由于印度板块与欧亚板块的碰撞所引起 ,从始新世末一直延续至今 10 。全新世以来 ,阿尔金断裂平移速率为 30 mm/a9 ,该断裂北东端为北祁连“调节”;南西端为为西昆仑“调节”(图 2 )。3.2 西昆仑北缘逆冲构造西昆仑北缘逆冲构造位于阿尔金“平移”断层之西南端 ,地处西昆仑山与塔里木盆地的接壤处。研究表明 :新生代阿尔金左行“平移”断层在西南端转换为与之高角度相交的西昆仑北缘挤压逆冲断裂带 ,该断裂带主要发育于西昆仑造山带外侧及塔里木盆地过渡带。主断裂呈铲式、倾向南西 ,多级逆冲断层组合成叠瓦状 ,并向盆地内逆冲 ,其特征具有为前陆冲断性。由于前陆逆冲作用 ,在塔里木西南缘形成相应的巨大新生代凹陷沉降带 ,并可见逆冲推覆体逆冲到塔西南凹陷第三纪沉积岩系之上。因此 ,笔者认为该逆冲断裂带形成于新生代 ,是新生代阿尔金左行“平移”断层西南端之转换构造 ,亦即“平移”断层左行位移在此为逆冲推覆构造“吸收”图 2阿尔金转换断层构造略图Fig.2 Tectonic sketch map of the Altyn Tagh transform faultF1 .西昆仑北缘新生代逆冲断层 ;F2 .阿尔金新生代“平移”断层 ;F3.北祁连北缘新生代逆冲断层 ;F4.南祁连南缘新生代逆冲断层3.3 祁连山南、北缘逆冲构造研究证明 :祁连山造山带更新世受到挤压构造变形向南、北分别逆冲到柴达木、酒泉盆地新生代地层之上 ,形成扇状的构造变形带。全新世以来 ,阿尔金“平移”断层的北东端在北祁连转换为聚敛体制下的褶皱 -逆冲作用 ,其聚敛速率为 1 5mm/a9。在柴达木盆地北部 ,赛什腾、绿梁山、锡铁山呈“岛链状”低山分布于盆地北缘。赛什腾、绿梁山、锡铁山为无根推覆体向南逆冲推覆于新第三纪沉积岩之上 (图3) ,平面上具斜列式分布特征 ,即赛什腾 -锡铁山逆冲推覆构造。赛什腾 -锡铁山逆冲断裂呈北西向展布 ,往西逐渐转换为阿尔金断裂系 ,这说明该逆冲构造无论是形成时间 ,还是大地构造背景都与阿尔金断裂系密切相关。始新世印度板块 -欧亚板块陆 -陆碰撞作用 ,其远距离构造效应一直影响到青藏高原北部。中新世以来青藏高原北缘受到南 -北向挤压作用 ,使得西昆仑、北祁连造山带形成褶皱 -冲断构造 ,阿尔金形成左行“平移”断层。其中 ,阿尔金“平移”断层为调节挤压体制下的转换构造 ,加之“平移”断层的位移又为其终端挤压构造所“吸收”,因此 ,将其称为新生带左行挤压“调节”型转换断层。4转换断层研究意义从更大尺度看 ,任何大型的平移断层、逆冲推覆构造、伸展剥离构造在自然界中都不是孤立产出的 ,它们都存在着转换、调节问题。对大型平移断层的规模、位移量、延伸等问题一直争论不休 ,其根本问题就是把平移断层孤立看待。在逆冲推覆构造中与逆冲方向平行的小型平移断层命名为侧向断坡 ,是一个调节逆冲推覆的小型转换构造 ,实质上更大尺度上仍然存在转换 ;因此 ,对转换断层的认识是一个地质思维的问题 ,是一个系统、全面思考还是孤立认识地质现象的问题。下面结合阿尔金转换断层的认识对转换断层的地质意义简述之。a.众所周知 ,中国西部阿尔金断裂延伸问题一直没有定论 ,不过用转换断层对其解释较为合理。阿尔金“平移”断层两终端分别延伸到西昆仑、北祁连。同样 ,郯庐断裂、“三江”横断山“平移”断裂等存在同样的问题。因此 ,转换断层的研究对于长期以来争论不休的陆内大型“平移”断层的延伸的认识有了合理的解释。图 3赛什腾逆冲推覆构造剖面图Fig.3 The cross- section of the Saishiteng thrust- nappeN2 .上新世砂砾岩 ;Pt.元古界变质岩系b.转换断层不同于平移断层 ,前者两终端构造带的水平错动随断裂活动时间延长可以不变、增加或减少 ,而后者错距随断层活动时间的延长而增加。因此 ,转换断层的研究对于认识长期争论的大型“平移”断层位移量具有重要意义。c.阿尔金新生代陆内挤压“调节”型转换断层的认识 ,对于研究印度板块 -欧亚板块碰撞以来青藏高原北缘的变形格局具重要意义。 本文是在宋鸿林教授和吴正文教授的启发、指导下完成 ,在此表示感谢 !转换断层及其地质意义以阿尔金转换断层为例王根厚$中国地质大学地球科学与资源学院!北京 李明$河南焦作煤业集团公司