海原断裂带干盐池拉分盆地的磁性地层学研究及构造意义

发布时间：2020-08-13 08:25

【摘要】：~50-60Ma前,欧亚板块与印度次大陆板块发生碰撞,导致了青藏高原的崛起,成为新生代以来地球上最为醒目的构造事件,对东亚的构造和气候格局产生了非常深远的影响。在青藏高原的周缘及内部块体之间存在着一系列的大型走滑断裂带,其长度往往达数百至数千公里,深切下地壳乃至岩石圈地幔,且构造活动强烈(强震多发),研究这些大型走滑断裂带的形成演化历史对揭示青藏高原的生成扩展模式、陆内变形机制及强震机理研究等具有重要的意义。海原断裂带位于青藏高原的东北缘,为区域内一条重要的活动左旋走滑断裂,其调节着变形强烈的青藏地块与相对稳定的阿拉善地块和鄂尔多斯地块间的构造运动。在上世纪,沿海原断裂带曾发生过两次M8级的地震,分别为1920年海原8.5级地震和1927年古浪8级地震,数十万人的性命被无情夺去。自1920年海原大地震后,地球科学家们对海原断裂带展开了一系列深入细致的研究,关于海原断裂的构造演化、几何运动学、古地震研究及海原大地震考察等取得了大量卓著的成果与认识。现在,研究者普遍认为,自晚新生代以来海原断裂带主要经历了挤压逆冲和左旋走滑两个变形阶段。然而,一个重要的悬而未决的问题即是海原断裂运动学的转变时间是什么时候?即海原断裂是于什么时间由逆冲运动转变为左旋走滑运动的?拉分盆地与走滑断裂带的形成演化有着密切的关系,盆地内的沉积记载了边界断裂的运动变形信息,且拉分盆地通常具有沉积速率快、沉降厚度大等特点,因而有可能捕捉到更多的边界断裂信息。大比例尺地质填图结果表明,海原断裂带内含有大大小小多达8个拉分盆地,其中,以干盐池拉分盆地的面积规模为最大;同时,该盆地又处在东亚季风区与西北内陆干旱区的过渡地带,地貌上表现为一个完全封闭的内陆盐湖,生态的脆弱性与环境的临界性使得其对气候变化的反应十分敏感。在干盐池盆地及其周边地区,前人主要开展了区域地质填图和古地震研究方面的工作。但是,干盐池拉分盆地是什么时候形成的?经历了怎样的构造演化?又蕴含着哪些古气候与古环境变化信息?干盐池拉分盆地与海原断裂带存在怎样的演化关系?针对上述问题,我们对海原断裂带展开了研究,重点对断裂带内最大的拉分盆地——干盐池拉分盆地进行了沉积地层分析、古地磁测年、磁化率和粒度分析以及浅层人工地震勘探等工作,取得了如下几方面的认识:(1)深约328m的HY-C8钻孔剖面显示:干盐池盆地在约311.2m处到达基底,基底为前寒武系白云母片岩,沉积地层则以粉砂质粘土、粘土和细粉砂等细粒物质为主。盆地内的地层可以划分为三段6层,自下而上分别为:残积相的前寒武系白云母片岩基底——扇根相的灰色泥质细粉砂——扇中相的浅砖红色厚层块状粘土质细粉砂——湖相(或盐湖相)的粉砂质粘土与粉砂韵律层。三段地层分别约于2.76、2.33和1.78Ma开始堆积。整个钻孔剖面的粒度呈现出“向上逐渐变细”的趋势,表现为一个典型的水进源退的“退积型”沉积序列;(2)干盐池拉分盆地内的所有新生地层皆向北倾斜并强烈下陷,表明其确实为一拉分盆地,盆地的沉降中心位于盆地的北侧,介于盆地北边界断裂与中央断层之间,与现今的湖水范围大体一致,最深处可能超过了500多米;(3)干盐池钻孔剖面共分离出13个正极性带和12个负极性带,由于缺乏独立的年龄控制及钻孔下半段的退磁数据比较复杂,我们建立了“年轻”与“年老”两种对比模型。由上覆地层的沉积速率外推,得到“年轻模式”下干盐池盆地的年龄为2.76±0.03Ma,而“年老模式”下的年龄则为5.12±0.04Ma。综合考虑盆地底部地层尚未固结成岩、盆地处于活动的海原断裂带内、与GPTS对比的契合度及相对较高的沉积速率,我们选择“年轻模式”作为最终解释,即认为干盐池拉分盆地的B/M、M/G界线分别位于181.35m和302.55m深度处,而盆地的形成年龄则为2.76±0.03Ma,这表明干盐池盆地早在上新世末期就已经形成,而非前人推测的中更新世时期;(4)受控于最大的次级断层、东海原断裂带规模最大的拉分盆地、厚达500m以上的松散沉积层,再加上盆地北侧最古老的左旋位错证据,干盐池盆地有可能是东海原断裂最先活动的地方。但是,东海原断裂左旋运动的开始时间可能要稍稍“早”于干盐池拉分盆地的形成,二者之间有一段“滞后期”,该滞后期大约为0.2-0.7Myr。干盐池盆地的形成年龄(~2.8Ma)加上此滞后期,得到东海原断裂左旋运动的开始时间大约为3.0-3.5Ma,或者为3.5Ma左右,该年龄应为东海原断裂初始活动的最小年龄约束,比Burchfiel等(1991)认为的~1.8±0.3Ma至少早了近1.7Ma;(5)干盐池盆地自~2.8Ma形成以来,其平均沉积速率出现了两段快速堆积时期:~1.92-1.78Ma和0.77Ma-现在,这有可能是因新生代晚期北半球变冷变干及海原断裂带构造运动的共同影响所致,并且气候变化可能占主导作用,而构造运动可能只是为沉积物提供了容纳空间;(6)磁化率结果显示:大约自220m深度起,磁化率突然急剧增高,并出现多次的高值波动,其有可能是因为当时的湖水面较高且富含有机质,沉积环境变得相对还原而自生生成了硫化铁矿物所致(胶黄铁矿?)。而磁化率曲线多次的高(低)值波动,有可能指示当时的湖面高(低)及气候的湿润(干旱);(7)结合前人的研究成果,左旋走滑运动沿整个海原断裂带的开始时间,呈现出“自西向东”传播的特征,即自西向东逐渐变得年轻化:西段开始得最早,大约于中新世中期(Duvall et al.,2013);中段次之,大约于中新世中晚期(Ding et al.,2004;Gaudemer et al.,1995);而东段最晚,一直到上新世才开始。海原左旋走滑断裂带自中新世以来便以较低的速率在滑动,这可能意味着海原断裂的应力积累与释放都是以相对比较稳定的状态在进行。
【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P539.3;P548
【图文】：

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连活动地块（张培震等，2003），该区晚新生代以来的构造变形十分强烈，为青藏高原向北东方向扩展的最前缘区域，被认为是青藏高原最新的和正在形成的部分（Molnar and Tapponnier, 1975; Tapponnier et al., 2001）。柴达木-祁连地块的以北、以东分别为相对稳定的阿拉善和鄂尔多斯地块（图 2.1）。本章中，首先简要概述青藏高原及其东北缘的研究概况，随后重点介绍海原断裂带的研究现状

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图 2.2 印度与欧亚板块碰撞卡通图(构造地质学家 M. Mattauer 遗作) (引自许志琴等，2011)青藏高原的主要构造单元（图 2.3）自北向南，分别是：柴达木-祁连山块体、巴颜喀拉块体（亦称松潘-甘孜-可可西里块体）、羌塘块体、拉萨块体和喜马拉

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【参考文献】