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南北地震带中段地震活动的板块动力学研究.pdf

南北地震带中段地震活动的板块动力学研究.pdf

上传者: zhuliang 2012-07-17 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《南北地震带中段地震活动的板块动力学研究pdf》,可适用于人文社科领域,主题内容包含第卷第期年月华北地震科学N()RTHCHINAEARTIJQUAKESCIENCESVol,NoDee,南北地震带中段地震活动的板块动力学研究‘张先符等。

第卷第期年月华北地震科学N()RTHCHINAEARTIJQUAKESCIENCESVol,NoDee,南北地震带中段地震活动的板块动力学研究‘张先赵丽刘敏沈京秀陈秀文)虎喜风(国家地震局地球物理勘探中心,郑州摘要在大陆造山带研究的最新成果基础上论述了南北地震带中段地壳的动力演变过程,结合造山带内部的高温韧性滑脱构造及地球物理深部探测成果和新生代以来的板块运动探讨了南北地震带中段地震的地壳动力学过程及成因机制。论述了在印度洋板块与欧亚板块碰撞所产生的大区域一级构造应力场及陆块与扬子板块碰撞所产生的二级构造应力场的作用下,南北地震带中段地区不同的陆块缓慢地相对运动,地震活动乃是地壳形变达到临界时不同陆块间相对运动的动力作用的反映。主题词:南北向构造带板块构造地震孕育地艘活动性O引言近年来,随着对青藏高原研究热潮的兴起,对其东缘受劳亚大陆、羌塘一昌都陆块及扬子克拉通共同作用和影响的松潘一甘孜造山带,也随之成为地球科学家们竞相探索的对象。人们相继进入该区,开展了新的考察、探索和研究,并应用板块构造学说,对其复杂多样的物质组成、结构构造、形成演化历史及成因等基本地质问题进行了探讨,取得了一批丰硕的科研成果,提出了新的解释和推断。这些成果对于我们研究南北地震带中段地震活动的板块动力学过程提供了极其宝贵的基础资料。南北地震带中段位于四川盆地以西,青藏高原东部边缘的川西高原地区,一般认为其范围为东经。一,北纬一’之间的地带l。以川西高原和巴颜喀拉山为主体的松潘一甘孜造山带是一个中生代以来长期演化的造山带。其北侧以阿尼玛卿缝合带与劳亚古陆相隔,西侧以金沙江缝合带与青藏高原外围的羌塘一昌都地体拼贴,东部以龙门山一锦屏山与扬子克拉通相连,它东北部的摩天岭又与中国的脊梁一秦岭造山带相接。它是三个不同方位的板块一北部的劳亚板块(昆仑地体),东部的扬子板块及西部的昌都一羌塘微板块之间俯冲、碰撞及陆内会聚的结果z。南北地震带中段的地域范围实际上是同除巴颜喀拉山以外的松潘一甘孜造山带的主体范围大体一致的。它属于松潘一甘孜造山带主体内部的重要的一部分,是不同构造块体的结合带。它经历了古特提斯及新特提斯两个连续的造山事件,使,本研究得到国家地震局地震科学联合基金会的资助。华北地震科学卷得该地区的深部构造、演化历史及板块动力学机制与其它地区大不相同。它那奇特的地质构造、陡峭险峻的山川地势、复杂的地球物理场分布及频繁的地震活动,素有中国“地质百慕大”的称号。它的内部被龙门山断裂带、鲜水河断裂带、金沙江断裂带、安宁河断裂带、舒尔干一花石峡断裂带等活动断裂带切割围限,围绕着活动断裂带发生了一系列强烈地震,其中有记载七级以上地震次,一级地震有肠次,该区频繁的她震活动引起了世人的强烈关注。本文在造山带最新研究成果的基础匕结合地球物理探测成果,对南北地震带中段地区地震活动的动力学机制进行了探讨和研究,以期将这一研究工作推向一个新的深化提高阶段。l南北地震带中段地壳的演化过程及构造特征早占生代时期扬子陆块与其西部的羌塘一昌都陆块,均为“泛扬子陆块”的一部分。沉积建造岩浆建造发育特点,均显示泛大陆内部具盆一岭相间的古构造格局。泥盆纪开始,泛场子陆块与华北陆块碰撞拼合。晚古生代一三迭纪广泛的引张活动,使羌塘一昌都块体与扬子陆块因裂张解体而分裂,其间形成二迭纪一三迭纪洋盆,即南古特提斯洋盆。早二迭世末至三迭纪时期,由于南古特提斯洋壳不断向西俯冲,形成了多重的“火山弧复理石增生楔十俯冲杂岩”组合。上述组合随时间的延续不断自西向东迁移,形成了完整的占特提斯俯冲体系并使“羌塘一昌都”陆块不断向东增生,随着海沟往东后退,南古特提斯洋盆闭合,扬子板块向西俯冲于羌塘一昌都陆块之下,同时向北俯冲于昆仑地体之一下,其间陆内碰撞、会聚、褶皱成山(图)。所以松潘一甘孜造山带实际L是三个不同的陆内板块一北部的劳亚板块(昆仑地体),东部的扬子板块及西部的昌都一羌塘微板块之问俯冲、碰撞及陆内会聚的结果阁。南北地震带中段地区是松潘一甘孜造QCI亏一羌墉昌都陆块Y习,一扬子陆块KLB一昆仑地体(QB一川青块体龙门山断裂带º鲜水河断裂带(函金沙江断裂带图双向俯冲的板块动力学山带重要的一部分,它实际上位于陆内不同板块的拼接带上。自三迭纪晚期以来,该区域上升隆起并由张性环境变为挤压环境。燕山运动时期在该地区进行了继承性演化。自始新世以来,随着印度洋板块与欧亚板块的碰撞,青藏块体受到北面塔里木地块、柴达木地块、阿拉善地块和鄂尔多斯地块的阻挡,整个青藏地块强烈地上升隆起并向周缘扩展,在东部受到扬子板块俯冲构造及四川盆地莫霍面上隆区的强烈阻挡,在扬子板块的西缘形成了连续的褶皱及逆冲推覆构造,川西高原进一步匕升隆起。随着印度洋板块的进一步俯冲,松潘一甘孜造山带主体发生了强大的扭转。在东西向挤压应力的作用「,松潘一甘孜造山带于第三纪开始发生了巨大的期张先等:南北地震带中段地震活动的板块动力学研究平移作用。横穿造山带中部的NW一SE向的鲜水河断裂带将造山带主体一分为二,其早期(Ma)为大型左型平移韧性剪切带,平移距离一km,自Ma以来具多期活动,它对南北地震带中段地区构造格局的重塑及改造起了重要作用。鲜水河断裂带同龙门山断裂带、舒尔干一花石峡断裂带及金沙江断裂带、安宁河断裂带将南北地震带巾段地区切割围限成川青块体和川滇菱形块体。所以南北地震带中段地区的构造格局是诺利克一瑞替克期(,ri一T)以来,劳亚陆块、羌塘一昌都陆块及扬子陆块碰撞拼贴及长期陆内会聚作用的结果它经历了岩石圈的收缩作用、伸展作用、平移作用及其相伴随的岩浆、变质事件的全过程。新生代以来,新特提斯在冈底斯一念青唐古拉地块之南部打开,继而新特提斯洋底向北俯冲,印度板块和欧亚板块于Ma期间碰撞以及大规模陆内俯冲的继续,致使作为喜马拉雅碰撞带后陆东侧的松潘一甘孜造山带发生了强大的扭转,并深深地打上了新特提斯的烙印。因此南北地震带中段地区,作为松潘一甘孜造山带重要的一部分,它保存了古特提斯及新特提斯连续造山事件的极为复杂的构造体制,是一个复合造山带和陆内板块的碰撞拼贴带。南北地震带中段地区构造运动的动力机制的讨论现有资料表明,上新世末青藏高原的海拔高程只有IOom,高原尚未形成。早更新世以来,由于印度板块一与欧亚板块的碰撞,青藏高原急剧抬升,地壳厚度也迅速增大。目前青藏高原已成为世界的屋脊,地壳最厚处达km以上。有的学者认为习:青藏高原巨厚的地壳区的剩余质量中贮存着巨额的位能,经计算其数值可达J约与一百万年全球地震活动释放的总能量相当。岩石属弹塑性体,在常应力长时间的作用下能表现出流变运动特征。因此不论重力均衡状态如何,处于厚地壳区域具有剩余质量的高位能的地壳物质,总是向四周较稳定的低位能区域扩展流变,由此而产生的壳内水平哎力高达osPa,所以青藏高原厚地壳本身就构成了引发地震活动的构造运动的动力源。但据某些学者对青藏高原及邻区岩石圈三维密度结构的研究闭,青藏高原的隆起主要来自巨厚较轻的沉积岩和大量的花岗岩侵入,地表以下从一km都表现出低密度特征,一okm深度上青藏高原的低密度值与周缘块体有cm的密度差。因之,青藏高原不是一个高位能区,而是一个低位能区。地球物理探测结果证实,青藏高原的上部地壳叠置在周缘的克拉通之上,整个青藏高原岩石圈呈下部收缩,上部向四周扩展的“盆式”结构图,而且目前青藏高原的隆升及向周缘的扩展还在继续。我们认为无论青藏高原的隆升及向周缘扩展的动力机制如何,青藏高原的隆升及向东部的扩展是南北地震带中段地区构造运动的动力源是肯定无疑的。所以南北地震带中段的川青块体和川滇菱形成块体受到了来自青藏高原的庞大推挤力。川青块体和川滇菱形块体属于松潘一甘孜造山带的一部分。根据造山带的研究表明,在该造山带的主体内部存在着多层次的高温深层韧性滑脱构造:最深的滑脱层位于R变质火山岩基底与盖层之间,为一条典型的高温韧性滑脱剪切带,中层次的滑脱层主要位于志留系上泥盆系之间以及三叠系复理石被动楔的底部川。这些高温韧性滑脱层在地球物理上表现为低速低阻层,它对该区的构造运动起了重要作用。根据横穿龙门山的黑水一重庆一秀水深部岩石圈断面资料,川青块体内部龙门山前陆构造的深部,在龙门山华北地震科学卷西侧km深处中地壳之上存在一skm厚的低速低阻层(水平熔融花岗质层),为深部滑脱层此滑脱层自西往东滑移并转化为龙门山的脆性逆冲断层(图)。康滇地轴深部构造资料表明,川滇菱形块体东部的盐源一西昌地壳结构显示了与龙门山前陆相似的构了但月刊Œ饰曰州mlll一厂匕一一一一一爪公凡含一一乙l名图一Ž乙厅匕门坦乍卜匕厂匕仁匕尺匕仑丫一件匡匕刷DBTs一一‘侧LM经嘿!议寺景n一T钾IArf二小币一三鱼二旦一一一乙‘二彝笋矛乓双工弄赶蚤跳门日日己吞门J门二日se日一日曰川卜曰”丝些堑园牢奎美l()l缪鉴李注一套居畜艺km豁r一上地授软流圈:一上地授一异常上地授一硅镁层一硅铝层一结晶基底一高阻层一混合岩一花岗岩DBTS一丹巴岩片YZB一杨子陆块一低速低阻层(花岗质熔融层)LMSTS一龙门山前陆逆冲楔图黑水一重庆一秀水地学断面西段(据四川省地矿局物探队,年稍加改编)造,在krn左右也有一低速低阻滑脱层,滑脱逆冲方向自西往东。四川省地震局与成都地质学院合作利用渡口及会车矿山爆破进行的人工地壳测深观测,获得了川西地区的地壳模型和结构分层,如表所列。川西一藏东人工地震测深结果亦表明,上地壳和下地表川西地区的地壳模型和结构分层地壳层次界面深度(km)物质分层为中新代沉积岩或松散沉积物为复理石建造或古老变质岩系构成的褶皱群表层仁第二层层强震发生在低速层当中或以上为花岗岩层低速层中第三层层第四层康腊界面玄武岩质层下层期张先等:南北地震带中段地震活动的板块动力学研究壳之间存在着厚~km的低速层,其深度在’km左右。这一低速层的存在使上地壳如同漂浮在塑性层上,随着青藏高原隆升及向周缘扩展所产生的水平推挤力的作用,川青块体和川滇菱形块体的上地壳相对于下地壳分别向南东和南南东方向滑移s。另外根岔GMt(Mgl)l(OM)‘A,!嚣:O门门门门门门门巨习‘匡习巨习公亚习压D任三〕t三日巨刁一低速层一速度界面及地展速度一地壳一青藏岩石圈一杨子岩石圈一低速度阻层一莫霍面一软流圈顶界面图康滇构造带综合地球物理剖面及动力模型图(袁学诚,)据康滇地轴资料提供的西昌以东的扬子陆块西部的深部构造信息,西昌以东的扬子陆块岩石圈中一km深度附近存在着波状起伏的低速低阻滑脱层(图),滑脱方向自东往西。应力测量结果表明,川滇块体以东的广大地域构造应力场方向与扬子板块在晚三叠纪以来发生的双向俯冲方向是一致的。上述川青块体与川滇菱形块体向南东方向滑移势必与扬子板块北西向的双向俯冲构造相碰撞,滑脱构造之前缘部位是应力最集中的地区,亦是地震活动频繁的地区。综上所述笔者认为,南北地震带中段,包括南段的地震活动主要是由于两个不同级别的现代构造应力场所造成的。一个是由印度板块对欧亚板块的碰撞、俯冲所产生的大区域一级构造应力场另一个是青藏高原的隆升及向东部的扩展造成川青块体、川滇菱形块体与扬子陆块碰撞所产生的二级构造应力场。南北地震带中南段的地震活动是我国西南地区不同陆块间构造运动的动力作用的反映(图)。南北地震带中段地震活动的分析从地球物理场的分布及深部构造特征来看,南北地震带中段正处在地壳厚度剧烈变化的天水一滇西重力梯级带上,西部的青藏高原是世界上地壳最厚的地区,平均地壳厚度达~km,最厚处达km以上。东部是四川盆地莫霍界面上隆区,平均地壳厚度仅一km。天水一滇西重力梯级带正是东西两大陆块扬子陆块与青藏高原碰撞拼贴带的反映。据四川次级以上地震统计,其中有次发生在重力梯级带上,占总数的,据次。一级强震统计,其中次处在重力梯级带上,占总数的说明大部分中强震的发生同青藏高原与扬子陆块的碰撞有着直接的关系。华北地震科学卷松潘平武震区的地震活动:现代地壳运动和形变研究结果表明,川青块体沿着舒尔干一花石峡断裂带相对于甘青块体以一smma速率向南“东方向滑移川,在龙门山断裂带附近与扬子板块相碰撞。位于龙门山断裂带西侧的松潘一平武震区,处于川青块体滑移的前缘部位,同时又是扬子板块的双向俯冲地区。震区东北角的摩天岭地区属西秦岭的一部分,是扬子板块与华北板块的拼接带。所以松潘一平武地区既是应力集中的地区,又是陆内多个块体交汇、区域构造应力易于调整和释放的地区。正因为如此,造成了松潘、平武间东西宽look执,茂汉、迭溪一松潘、漳腊间南北长IOkm的范围内曾发生一令级地震次,一令级地震次,一誉级地震次。突出者如“年迭溪级地震,年松潘一平武次级地震和次级地震,”年漳腊令级地震及年黄龙级地震而其余的一级弱震达数百次之多。年叠溪级地震震源深度为km,年黄龙级地震震源深度亦是km,年松潘一平武两次级地震的深源深度分别为km和km叼,均位于高温韧性滑脱层内及其上部。据分析地震是在近东西向的主压应力场的作用下,断裂附近岩体裂错,沿着造山带主体内部的高温韧性滑脱层作突然粘滑运动的结果。凉山断块的地震活动:川滇扩‘、东京。又夕‘乡)、板内构造应力场方向、板内断块运动方向、板块推挤方向图印度洋板块与欧亚板块的顶撞及川滇断块、川青断块的运动菱形块体相对于四川块体以平均~mma的速率向南。东方向滑动川,并与扬子板块的俯冲构造相碰撞。安宁河断裂带是南北地震带中段扬子板块与川滇菱形块体碰撞的前沿地带,是构造应力集中的地带。四川盆地西部的荣经一马边一盐津断裂带是扬子地台的西部边界,它是由条规模不等的断裂组成的一个宽~km的北西向断裂带。全长余公里,总体方向为北一西,该带单条断裂以北西向为主,还有南北向断裂和北东向断裂成分。安宁河断裂带与荣经一马边一盐津断裂带所围限的地区是凉山断块,是夹持于川滇菱形块体与四川盆地之间的过渡区(图),内部发育有靛兰坝断裂。荣经一马边一盐津断裂带处于以大足为中心的相对重力高的西南侧的北西向的重力梯级带上。根据天然地震转换波反演的地壳厚度,四川盆地西南的自贡地区地壳厚度为km,这一莫霍界面隆起造成了对川滇菱形块体向南南东方向滑移的强烈阻挡。夹持于川滇菱形块体和扬子地台之间的凉山断块成了川滇菱形块体与扬子陆块碰撞造成的应力积累的地区,沿着凉山断块两侧及内部深断裂,地下热流的上涌,为岩体的裂错、应力的释放提供了调整单元。因此沿着安宁河断裂带先后发生M)级地震次,最大的地震为年西昌北新华级地震和年西昌、普格间级地震。在凉山断块的东部边界,期张先等:南北地震带中段地震活动的板块动力学研究年峨边南发生过级地震,年雷波发生过级地震,年马边附近发生过次。~级地震,沿玛瑙断裂年发生过。级地震,年发生过令级地震及级地震沿荣经一马边一盐津断裂带还发生过多次一O级地震。这些地震活动均是扬子陆块与川滇菱形块体相互碰撞的动力作用的反映。鲜水河断裂带的地震活产一、、图南北地震带中段地区构造分区简图动:鲜水河断裂带纵贯松潘一甘孜造山带主体,全长多公里是一条Ma期间产生的NW一SE向平移剪切带,是川青块体与川滇菱形块体的分界。自ZOMa以来具多期活动,由韧性应变向脆性应变转化,左行平移的总距离可达一IOOkm。自更新世以来,东西向压应力明显加强,鲜水河断裂带发生剪切破裂,并作反时针扭转。根据地壳运动与形变研究结果表明,川滇菱形块体相对于川青块体以~smma的速率向南东方向滑移,由于受到扬子板块的碰撞,鲜水河断裂带南段速率减弱为一mma。自公元年至今,口因回沿川青块体与川滇块体的边界一鲜水河断带共发生级以上地震次,其中级以上地震次,最大的是年炉霍一道孚地区级地震v。这些地震是印度板块向北持续俯冲,造成喜马拉雅山后陆东侧的松潘一甘孜造山带发生扭转平移的结果。川青块体与川滇菱形块体缓慢地相对运动,沿其边界推挤碰撞造成应力积累并产生复杂的地壳形变,以致达到弹性形变临界后岩体发生裂错而发生地震。金沙江断裂带的地震活动:金沙江断裂带是南北地震带中段西部的二条重要的地震活动带。沿断裂带分布的蛇绿混杂岩带是古特提斯洋闭合的缝合带的标志。义敦火山岛弧带是洋壳往西俯冲的产物。沿断裂带存在着广泛的地热活动,如义敦温泉、巴塘县城南温泉、扎柔温泉、日雨温泉等。这些温泉中有相当部分属高温温泉,如义敦温泉和热勇温泉,温泉水温最高可达~以上,说明沿着古板块的缝合带至今仍蕴藏着丰富的热能。在青藏高原隆升及向周缘扩展所产生的强大水平应力的作用下,金沙江断裂带进一步活化,沿板块缝合带的深部通道的地热活动,加强了岩体的滑移并为在应力作用下岩体的裂错提供了调整单元。所以金沙江断裂带曾多次发生过强烈地震。如年M)级地震、年令级地震、年令级地震及年级强震群。综上所述,南北地震带中段的构造运动是在青藏高原隆升及向东部扩展的动力驱使华北地震科学卷下发生的,地震活动基本上是沿着断裂带发生。断裂带是不同陆块的边界,所谓断裂的活动乃是不同陆地的相对运动。在印度板块与欧亚板块碰撞所产生的大区域一级构造应力场青藏高原与扬子板块碰撞所产生的二级构造应力场的作用下,南北地震带中段地区不同陆块缓慢地相对运动并产生复杂的地壳形变,松潘一甘孜造山带主体内部存在的高温韧性滑脱构造为上地壳的滑移提供了条件。地震活动乃是在地壳形变达到临界时不同陆块间相对运动的动力作用的反映。(年月日收到初稿)参考文献闰志德,等论中国南北地震带近期强震危险性研究,北京:地震出版社,许志琴,等中国松潘一甘孜造山带的造山过程,北京:地质出版社,马杏垣,等重力作用与构造运动,北京:地震出版社,,一方剑,等青藏高原及邻区岩石圈三维密度结构中国地球物理学会年刊北京:石油工业出版社,唐荣昌,等四川活动断裂与地震北京:地震出版社,四川省地震局松潘地震预振学术讨沦会文集,北京:地震出版杜,四川省地震局鲜水河断裂带地震学术讨论会文集,北京:地震出版社STUDYONPLATEDYNAMICSOFSEISMICITYATCENTRALSEGMENTOFN一EARTHQUAKEBELTZhangXianZhaoLiLiuMinShenJingxiuCI、enXiuwenHuXifeng(CentreforGeophysiealExplorationofStateSeismologiealBureau,ZhengZhow)Abstraet()nthebasisofreeentresearthresultsaboutorogeniezone,thedynamieevolutionprocessoftheerustoftheeentralsegmentofN一earthquakebeltdiseussedinthispaperIneombinationofhighternperatureduetiledeeollementoftheorogeniczoueinteirorwithdeepgeophysialexploratiunres,iltsandplatemovementssinceNeozoieera,theerustaldynamieproeessandgenetiemechanismforearthquakebeltareapproaehedInthepresentpapertheauthorsalsodiseusstherelativemovementsofdifferentlandmassesalongN一earthquakebelt,whiehwereeausedundertheaetionsofthefirst一orderregionalteetoniestresseausedbycollisionofIndianPlatewithEurasiaplate,andoftheseeondaryteetoniestresseausedbyeollisionofQir一g一ZangPlateauwithYangtziPlateEarth(luakeaetivitiesarethemirrorofdynamieeffeetfromarelativemovementoofdifferent!andmasseswhentheerustaldeformationreaeheseritiealvalueSubjeetwords:CentralsegmentofN一earthquakebeltPla之edynamicsSeismogenicProeess

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