龙门山北段重力滑覆构造物理模拟

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龙门山构造带是位于我国西南部的一条重要的构造带,构造区划上属于扬子地台的一部分,位于扬子地台西北缘,西与松潘甘孜构造带相接,东与四川盆地相邻,呈NE走向。龙门山构造带自SE至NW主要分布有三条NE向的区域主干深大断裂:双石—彭灌—安县—朝天断裂(也称彭灌-安县断裂)、小关子—映秀—北川—关庄断裂(也称映秀-北川断裂)、陇东—茂汶—汶川—青川断裂(也称茂汶—汶川断裂)。与龙门山构造带紧邻或相接的有六个大地构造单元,它们分别是扬子地台、川西前陆盆地、松潘—甘孜褶皱带、勉略—秦岭构造带、三江构造带、康滇南北构造带。龙门山构造带受扬子地台、华北地块、松潘-甘孜地块等构造单元在加里东运动、华力西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动的构造应力场作用,经历了的多期次的构造改造,形成现今既有自己特色也有相互联系的构造变形特征。龙门山构造带也是一条重要的构造分界线,该构造带北西方向为松潘—甘孜褶皱带,南东方向为现今的川西前陆盆地。龙门山构造带的形成历经了复杂的构造动力学过程,构造组合复杂多变,且后期构造作用对于前期已形成的构造样式改造强烈,使得在龙门山构造带表现为多期次的叠合性特征。本文以构造地质学为基础,依靠构造动力学,构造几何学以及沉积地质学等学科,对于龙门山构造带的形成过程进行了讨论和分析,其中重点是龙门山构造带在印支期,尤其是印支期晚期的构造演化过程和模式。龙门山构造带北段内的构造格架由基底和沉积盖层两部分组成,构造带内岩层组合类型复杂多样,在构造带的不同位置和深度存在分别有陆相沉积、海相沉积以及海陆交互相沉积,且构造带内亦存在多个不整合面,从另一方面说明了上述地区确实曾经历过多期次的构造运动改造。龙门山构造带北段地区也存在有多层次的滑脱层系统,其中主要的滑脱层系由深至浅至少可以分为三套,分别是深层次滑脱层系、中层次滑脱层系以及浅层次滑脱层系。其中,在印支期期间,中层次滑脱层系对于龙门山构造带的形成演化可能起到了十分重要的作用。龙门山构造带北段其主体大致由一系列平行次级叠瓦构造带构成,表现为推挤—滑覆式构造特征,并出露了若干大型的岩体和构造单元,比如轿子顶杂岩和唐王寨向斜等。本文通过对于研究区内广元矿山梁一带的野外地质调查以及室内的构造物理模拟实验,对于龙门山构造带的晚三叠世早期形成构造动力学过程进行了分析和正演,并取得了若干新认识。重力滑覆作用是一种在实际地质条件下广泛发生的构造作用,当岩体受重力作用,在岩体所具的重力势能转化为岩体动能的过程中,岩体本身发生构造变形变位,并被保存下来形成重力滑覆构造。根据前人的研究表明,在考虑到岩石性质、岩层中的孔隙流体以及其他各种相干因素的前提下,重力滑覆作用的发生实际所需要的坡度角一般小于理论值。在龙门山构造带前山带地区,广泛分布着在局部挤压性构造环境下形成的各种构造样式,其中包括了断层传播褶皱、断层转折褶皱以及飞来峰等。根据前人在龙门山构造带中的冲断带的勘探研究中所取得成果得知,龙门山构造带的深部壳幔耦合处,存在着标志古断裂系统存在的高阻值域。该高阻值域深度涉及地表下20~100km,在剖面上,呈现为的上半部倾向NW,下半部倾向为SE。根据多期次逆冲推覆的构造带形成模式,该高阻值带的倾向应与前陆盆地冲断带的NW倾向一致,而实际该高阻值域所呈现的上部倾向NW而下部倾向SE的形态特征很难用单一的(即使是多期次的)逆冲推覆机制理解,这似乎提示存在另外的构造带形成机制。重力滑覆作用和龙门山构造带北段地区的构造演化有着重要的关联。而且龙门山构造带的构造演化又对于川西前陆盆地的形成起到了至关重要的作用。所以对于龙门山构造带北段地区重力滑覆作用研究的实质和关键是研究区的盆山—盆岭耦合关系。构造物理模拟实验是一种在构造地质学领域十分有效的研究手段,其实质是几何变形法,通过使用各种模拟材料,诸如石英砂、石膏等搭建模型,对于研究区的大地构造形态以及岩石性质进行模拟,并对模型使用外力进行加载,观察模型中各模拟层的变形特征,从而对于所提出的理论观点进行验证。对于龙门山构造带而言,在印支期早期的早三叠世以及中三叠世的早期和中期(包含了飞仙关组、嘉陵江组和雷口坡组),其构造动力学背景为稳定的被动大陆边缘。在此之后,龙门山构造带地区可能经历了由差异隆升所导致的、以拉张为主要特征的构造活动;松潘—甘孜高原的隆升幅度大于四川盆地的隆升幅度,形成了一期断陷带,从而造成了高阻值带的深部异常倾向;这一时期可能开始于中三叠世末期—晚三叠世初期。通过以重力为主要动力的构造物理模拟实验研究,表明在板内的差异隆升背景下可以导致重力滑脱作用发生,在重力滑脱作用下在滑脱体前缘形成挤压性构造变形可能性是存在的;结合龙门山构造带前人的勘探资料和国内外近年相关研究成果,龙门山构造带北段的形成过程可能是在晚印支早期历经了拉张性构造环境后叠加逆冲推覆过程,从而形成现今的构造格局。
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