Front. Earth Sci: 利用变形阶地面和地震反射剖面数据限定西昆仑前陆冲断带固满褶皱生长机制及变形速率

盲逆断层活动会引起上覆地层与地貌面的褶皱变形,褶皱与下伏盲逆断层之间几何上是关联的。尽管前人提出了很多模型来建立褶皱和下伏盲逆断层之间的关系,但针对一个具体的活动褶皱,如何合理确定其生长机制及下伏逆断层的几何学与运动学模型仍是一挑战。例如发生2015年皮山Mw6.4地震的固满褶皱(图1),不同学者将其分别解译为断展褶皱、断弯褶皱或挤压构造楔褶皱。不同生长机制、不同类型的断层相关褶皱具有不同的生长地层结构和阶地面变形特征,结合地震反射剖面揭示的褶皱及盲逆断层的地下结构,使得我们有可能更好地限定褶皱与下伏盲逆断层生长机制与变形速率。

在国家自然科学基金项目、青藏高原第二次科考项目等的资助下,国家动力学重点实验室博士研究生许建红等,在陈杰研究员指导下,选择发育多级变形河流阶地的西昆仑山前固满褶皱带为研究点,通过对变形河流阶地的地质地貌填图与差分GPS测量、地震反射剖面重新解译与生长地层分析,结合阶地测年结果,基于断层相关褶皱理论,研究了固满背斜及下伏逆断裂的变形特征、生长机制与滑动量以及速率,获得了如下新认识:

(1)所有横穿固满背斜的阶地面均发生了褶皱变形,在背形断弯处均形成褶皱陡坎。阶地变形特征与下伏具下断坪-断坡-上断坪结构的盲逆断层的活动相协调,表明固满背斜应是一膝折带迁移生长机制下的断弯褶皱(图2),而非构造楔作用所致。

(2)对于上断坪深埋于地下的断弯褶皱,部分滑动量会沿上断坪传出褶皱,因而Guilbaud等(2017)采用盈余面积守恒计算缩短量的方法是不适用的。基于断弯褶皱理论计算固满背斜下伏断层自250 ka以来沿断坡的滑动速率约为2.6+1.3/−0.4 mm/yr,自褶皱起始(2.1-1.8 Ma)以来沿断坡的滑动速率约为1.7+0.6/−0.2 mm/yr。

(3)根据断弯褶皱理论,当断坡为20°时,只有13%的滑动量被断坡之上的固满褶皱所吸收,剩余87%的滑动量则继续沿上断坪向前陆方向传递。这一结果与固满褶皱南北两侧现今GPS观测的缩短速率极低(图1C)是一致的。

这一研究表明,西昆仑山前大部分的地壳缩短量沿着浅部滑脱层向盆地方向传播,可能向北传播近200 km后被玛扎塔格冲断带所吸收(图1B)。西昆仑前陆冲断带这一构造特征与喜玛拉雅前陆冲断带很类似,尽管西昆仑地壳缩短速率要比喜马拉雅低一个数量级,但仍存在发生大震的构造条件。这一研究结果将有助于理解西昆仑前陆冲断带的构造变形及地震构造。


研究成果2020年10月在线发表于《Front. Earth Sci.》:Xu J, Chen J, Arrowsmith J R, Li T, Zhang B, Di N and Pang W (2020) Growth Model and Tectonic Significance of the Guman Fold Along the Western Kunlun Mountain Front (Xinjiang, China) Derived From Terrace Deformation and Seismic Data. Front. Earth Sci. 8:590043. doi: 10.3389/feart.2020.590043

原文链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2020.590043/full

图1 (A)西昆仑前陆盆地构造简图及固满(GM)背斜位置;(B)穿过固满褶皱和玛扎塔格冲断带的构造剖面;(C1和C2)垂直于西昆仑前陆冲断带的GPS速度剖面(GPS数据来自Zhang et al., 2017)。

图2(A)横穿固满背斜的阶地实测地形剖面,右上角为经典断弯褶皱模型;(B)重新解译的地震反射剖面。盲断坡之上各级阶地面大体平行产出,表明固满褶皱的生长机制是膝折带迁移。所有阶地面在背形断弯处均发生褶皱变形,形成褶皱陡坎,指示了背形断弯处是活动轴面。结合地震反射剖面揭示的下断坪-断坡-上断坪的盲逆断层地下结构,固满背斜应是膝折带迁移生长机制下的断弯褶皱,而非构造楔作用所致。