雅砻逆冲带是青藏高原东部重要的构造地貌及地球物理特性过渡带,是龙门山逆冲带的西南段(图1)。相比北段龙门山地区,由于该断裂带空间展布较宽,地形梯度变化并不如龙门山地区显著,因此,其新生代以来的构造活动历史以及在高原扩展中的作用并未得到很好的约束。尽管国内外学者对青藏高原东部新生代以来的变形过程开展了大量的多方法研究,但对高原的扩展模式的论证依旧不一。基于此,地震动力学国家重点实验室博士后陶亚玲、张会平研究员及团队成员分别在雅砻江逆冲带腹地的玉农希断裂、前缘的木里断裂和金河-箐河断裂地区开展了系统的低温热年代学研究(图1,2)。
图1 青藏高原东南缘地质地貌图和研究区位置
在雅砻逆冲带腹地,基于Zhang 等(2016)在玉农希断裂上盘(九龙剖面)的工作,团队在下盘采集了一个垂直高程剖面(图2a),对该断裂新生代的活动特征开展了进一步的约束。新的磷灰石和锆石(U-Th)/He、磷灰石裂变径迹(FT)年龄-高程关系及热历史模拟结果(图2b-e)揭示了上下盘剥露过程的显著差异。下盘记录了较长的缓慢的剥露过程,在晚白垩纪(70-65 Ma)和晚始新世-早渐新世(40-30 Ma)经历了两期加速剥露过程。其中晚始新世-早渐新世的加速剥露事件在上下盘表现为同期不同步(速率差异大)的过程,表明该断裂在此时开始活动,并与龙门山逆冲带(30-25 Ma)共同调节了早期的高原向东扩展变形量。这是高原东部对印度与欧亚大陆碰撞的第一阶段的断层活动响应过程。
图2 雅砻逆冲带腹地玉农希断裂上下盘磷灰石和锆石(U-Th)/He、磷灰石FT年龄-高程剖面及热历史QTQt模拟结果
在雅砻逆冲带前缘地区,我们跨木里断裂和金河-箐河断裂采集了三个垂直高程剖面(图3a),即文家坪(WJP)、哈哈村(HH)和宫娥山(GES)剖面。磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄-高程关系及热历史模拟结果(图3b-g)揭示了该地区晚渐新世以来的阶段性剥露过程。其中,高差较大的文家坪剖面记录了晚渐新世(~25 Ma)和中中新世(17-14 Ma)两期快速剥露,这两期事件分别在哈哈村剖面和宫娥山剖面得到了印证。另外,值得注意的是,该地区在空间上显示了明显的剥露差异,哈哈村地区经历最快速的剥露过程,中中新世以来的剥露量可达~6-7 km。这种显著的差异表明该地区晚渐新世以来的阶段性剥露过程是断裂活动所致,横跨雅砻江逆冲带的高起伏地形自此开始形成,这一结果比前人的认知(20-16 Ma, Zhu et al., 2020)更早。
图3 雅砻逆冲带前缘地区文家坪(WJP)、哈哈村(HH)和宫娥山(GES)剖面磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄-高程剖面及热历史QTQt模拟结果
多方面的地质证据显示,青藏高原东部地区自晚始新世就开始了显著的隆升变形,且在中-晚中新世时期经历了显著的变形模式转变。早期(40-30 Ma)变形以沿着大型剪切带如崇山-高黎贡和哀牢山剪切带的挤出和大型逆冲带如雅砻逆冲带的增厚为主,随后(30-25 Ma)向北传递到龙门山一带。此后,青藏高原东部地区变形进入东南向扩展阶段(图4)。雅砻-龙门山逆冲带自腹地断裂至前缘断裂活动的时间序列指示了阶梯式的变形过程。在中-晚中新世以来(~15 Ma),随着鲜水河-小江断裂的逐步开启以及哀牢山-红河剪切带性质的转换,高原东部地区进入了广泛的快速变形阶段。显然,这一变形模式并不能够用单一的驱动机制合理解释,而早期东构造结北向的嵌入和晚中新世下地壳流的启动能够为这一变形模式转化提供更加合理的解释机制。
图4 中-晚新生代以来青藏高原东缘东-南向阶梯式扩展的变形模式
青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程。高原东部在新生代早期(40-30 Ma)就已经扩展到雅砻-龙门山逆冲带,晚新生代进一步向南生长。雅砻逆冲带在新生代时期显著的阶段性逆冲缩短过程揭示了断裂活动在高原东部地区扩展变形中的重要调节作用。
图5 青藏高原主要的逆冲带及走滑断裂的活动时间,指示了高原的东部边界在晚始新世-早渐新世时期就已经扩展到了雅砻-龙门山一带
相关研究发表在国际期刊Geophysical Research Letters、Global and Planetary Change和地球物理学报上。本研究受到了地震局行业专项(IGCEA2003,IGCEA2217)、国家自然基金委(41888101)和第二次青藏高原科学考察项目(2019QZKK0704)的支持。
Tao, Y.L., Zhang, H.P. *, Zhao, X.D., Wang Y., Ma, Z.F. (2023). Middle–Late Cenozoic stepwise deformation propagation in eastern Tibet. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL100859. https://doi.org/10.1029/2022GL100859
Tao, Y.L., Zhang, H.P. *, Zhang, J.W., Pang, J.Z., Wang, Y., Wu, Y., et al. (2022). Late Cretaceous–Early Cenozoic exhumation across the Yalong thrust belt in eastern Tibet and its implications for outward plateau growth. Global and Planetary Change, 216, 103897. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2022.103897
陶亚玲, 张会平*,庞建章, 俞晶星等. 青藏高原东缘中-晚新生代断裂活动与地表剥露的低温热年代学, 地球物理学报, 2020, 63(11) :4154-4167.