转换断层及其地质意义

转换断层及其地质意义一一以阿尔金转换断层为例1转换断层的概念Wilson(1965),Atwater(1972)最早认为：转换断层 (TransformFault)是大型的平移断层，其终端是一些其他类型的构造，例如中脊、海沟或三联结合点[1],[2]。传统转换断层都以平移断层被大洋中的中脊、海沟及三联结合点“调节”为特征，这在板块运动的解释中起了无法估价之作用。当中脊与海沟分别代表扩张与消耗的位置时，伴生的转换断层揭示了扩张与消耗方向，绝大多数转换断层趋向垂直于中脊、海沟。这种转换断层的内涵过分狭义，使人误入歧途，将转换断层理解成为大洋中的产物。平移断层终端为其他类型的构造所“调节”的现象，在自然界非常普遍。平移断层终端除了大洋内中脊、海沟“调节”外，还可见到大陆内褶皱-逆冲断裂、拉伸正断等构造类型“调节”现象。因此，转换断层实质是指大型平移断层的终端为其他构造类型所调节、平移断层之位移为终端与之垂直或高角度相交的其他构造所“吸收”。转换断层主要组成要素为陡倾“平移”断层及与之终端高角度相交的“调节”构造类型。转换断层的“平移”断层与平移断层具明显的区别，主要表现为：前者走滑运动只发生于断层相对平直地段，而后者沿整个断层发生走滑运动；前者两终端构造带的水平错动随断裂活动时间延长可以不变、增加或减少，而后者错距随断层活动时间的延长而增加。但是两者特征都具相对平直的延伸与陡倾的倾角。因此，两者易混淆。2.1转换断层的类型根据转换断层的“平移”断层运动方向与“平移”断层末端“调节”走滑位移构造类型的组合特征进行分类。按“平移”断层的平移运动方向分为左旋与右旋两类；按“平移”断层末端“调节”走滑位移的构造类型的组合特征，每种旋向均可分为三种基本类型：伸展（正断）调节型转换断层（图1a）、挤压（褶皱-冲断）调节型转换断层（图1b）、复合型转换断层（图1c）。2.1伸展型转换断层转换断层“平移”断层终端为拉伸环境的构造类型“调节”，如扩张的大洋中脊、裂谷及断陷盆地等，其基本构造组成为正断层。此类转换断层以“平移”断层与终端伸展构造所分割的块体整体作背离运动为特征，实质上“平移”断层是“调节”整体背离的“转换”地段。2.2挤压型转换断层“平移”断层终端为挤压构造环境下的构造类型图1转换断层的分类Fig.1Classificationmapoftransformfaultsa.伸展型转换断层；b・挤压型转换断层；c.复合型转换断层“调节”，如海沟、造山带等，其基本构造组成为逆断层或褶皱-冲断构造。此类转换断层以“平移”断层与其终端挤压构造所分割的块体整体作聚合运动为特征，“平移”断层是聚合体制下的一种“调节”构造。此类转换断层自然界非常普遍。因此，本文以此类构造为重点，结合阿尔金转换断层探讨之。2.3复合型转换断层复合型转换断层特点为“平移”断层两末端的构造性质不同，一端为伸展体制的构造组合，另一端为挤压体制下的褶皱-冲断构造组合。此类转换断层以恰慢左行复合转换断层为典型例证。恰慢“平移”断层北东端转换为帕米尔挤压构造，而南西端转换为亚丁海伸展构造体制。转换断层在自然界非常普遍，任何尺度下都有发育。按形成的尺度可将其归为巨型转换断层（103km）,大型转换断层（102km），中、小型转换断层（10km），微观型转换断层（10-3km）。阿尔金新生代陆内挤压“调节”型转换断层阿尔金新生代陆内挤压“调节”型转换断层是由阿尔金“平移”断层、西昆仑北缘逆冲构造及祁连山逆冲构造组成。阿尔金“平移”断层阿尔金断裂位于青藏高原北侧，分割塔里木盆地与柴达木盆地。该断裂作北东-南西方向延伸，长逾1000km,在卫星照片上清晰可现；而且规模宏大，断裂倾角较陡，多在70°以上。沿断裂有元古代及华力西期蛇绿岩分布。据物探资料认为是切过岩石圈达上地幔的深断裂（腾吉文,1974）。断裂切割侏罗系，并控制第三纪的沉积。地貌上为一第四纪狭长带状谷地，可见断层三角面［5］。过去人们一直将阿尔金断裂归为大型走滑断裂，并对其延伸特征、走滑量及演化等争论不休。张文佑（1978）认为，在晚元古代与早古生代，北祁连与西昆仑都是拉张构造带，阿尔金断裂表现为右旋性质；在早古生代末期，北祁连与西昆仑都转变为挤压构造带，阿尔金断裂表现为左旋性质［5］。因此，从上述的资料可认为，在晚元古代与早古生代表现为拉伸正断“调节”型转换断层；在早古生代末期表现为挤压褶皱-冲断“调节”型转换断层。阿尔金断裂的新生代左行走滑已广为认可，但是对该断裂左行走滑量则众说纷纭。根据陆地卫星影像与地震资料，Tapponnier等（1977）认为阿尔金断裂左行平移400km[6];Tapponnier等（1986）认为阿尔金断裂左行平移700km[7]。侯珍清（1981）根据地质与地震资料，认为阿尔金断裂左行平移120km。姜春发（1992）根据三叠系分布情况，认为三叠纪以来阿尔金断裂相对横推200〜300km[8]oDewey等（1988）估算阿尔金断裂新生代左行走滑速率为11・7mm/a。Peltzer等（1989）认为全新世以来阿尔金断裂平移速率为30mm/a[9]o研究证明：由于阿尔金断裂左行平移而引起的反“S”型沉积构造从始新世晚期才开始出现，因而证明阿尔金断裂并非以往所认为的“长期发育的深断裂”，其左行平移的发生是由于印度板块与欧亚板块的碰撞所引起，从始新世末一直延续至今[10]。全新世以来，阿尔金断裂平移速率为30mm/a[9],该断裂北东端为北祁连“调节”；南西端为为西昆仑“调节”（图2）o西昆仑北缘逆冲构造西昆仑北缘逆冲构造位于阿尔金“平移”断层之西南端，地处西昆仑山与塔里木盆地的接壤处。研究表明：新生代阿尔金左行“平移”断层在西南端转换为与之高角度相交的西昆仑北缘挤压逆冲断裂带，该断裂带主要发育于西昆仑造山带外侧及塔里木盆地过渡带。主断裂呈铲式、倾向南西，多级逆冲断层组合成叠瓦状，并向盆地内逆冲，其特征具有为前陆冲断性。由于前陆逆冲作用，在塔里木西南缘形成相应的巨大新生代凹陷沉降带，并可见逆冲推覆体逆冲到塔西南凹陷第三纪沉积岩系之上。因此，笔者认为该逆冲断裂带形成于新生代，是新生代阿尔金左行“平移”断层西南端之转换构造，亦即“平移”断层左行位移在此为逆冲推覆构造“吸收”图2阿尔金转换断层构造略图Fig.2TectonicsketchmapoftheAltynTaghtransformfaultF1.西昆仑北缘新生代逆冲断层;F2.阿尔金新生代“平移”断层;F3.北祁连北缘新生代逆冲断层;F4.南祁连南缘新生代逆冲断层祁连山南、北缘逆冲构造研究证明：祁连山造山带更新世受到挤压构造变形向南、北分别逆冲到柴达木、酒泉盆地新生代地层之上，形成扇状的构造变形带。全新世以来，阿尔金“平移”断层的北东端在北祁连转换为聚敛体制下的褶皱-逆冲作用，其聚敛速率为15mm/a[9]。在柴达木盆地北部，赛什腾、绿梁山、锡铁山呈“岛链状”低山分布于盆地北缘。赛什腾、绿梁山、锡铁山为无根推覆体向南逆冲推覆于新第三纪沉积岩之上（图3），平面上具斜列式分布特征，即赛什腾-锡铁山逆冲推覆构造。赛什腾-锡铁山逆冲断裂呈北西向展布，往西逐渐转换为阿尔金断裂系，这说明该逆冲构造无论是形成时间，还是大地构造背景都与阿尔金断裂系密切相关。始新世印度板块-欧亚板块陆-陆碰撞作用，其远距离构造效应一直影响到青藏高原北部。中新世以来青藏高原北缘受到南-北向挤压作用，使得西昆仑、北祁连造山带形成褶皱-冲断构造，阿尔金形成左行“平移”断层。其中，阿尔金“平移”断层为调节挤压体制下的转换构造，加之“平移”断层的位移又为其终端挤压构造所“吸收”，因此，将其称为新生带左行挤压“调节”型转换断层。4转换断层研究意义从更大尺度看，任何大型的平移断层、逆冲推覆构造、伸展剥离构造在自然界中都不是孤立产出的，它们都存在着转换、调节问题。对大型平移断层的规模、位移量、延伸等问题一直争论不休，其根本问题就是把平移断层孤立看待。在逆冲推覆构造中与逆冲方向平行的小型平移断层命名为侧向断坡，是一个调节逆冲推覆的小型转换构造，实质上更大尺度上仍然存在转换；因此，对转换断层的认识是一个地质思维的问题，是一个系统、全面思考还是孤立认识地质现象的问题。下面结合阿尔金转换断层的认识对转换断层的地质意义简述之。a.众所周知，中国西部阿尔金断裂延伸问题一直没有定论，不过用转换断层对其解释较为合理。阿尔金“平移”断层两终端分别延伸到西昆仑、北祁连。同样，郯庐断裂、“三江”横断山“平移”断裂等存在同样的问题。因此，转换断层的研究对于长期以来争论不休的陆内大型“平移”断层的延伸的认识有了合理的解释。图3赛什腾逆冲推覆构造剖面图Fig.3Thecross-sectionoftheSaishitengthrust-nappeN2.上新世砂砾岩；Pt・元古界变质岩系b.转换断层不同于平移断层，前者两终端构造带的水平错动随断裂活动时间延长可以不变、增加或减少，而后者错距随断层活动时间的延长而增加。因此，转换断层的研究对于认识长期争论的大型“平移”断层位移量具有重要意义。c・阿尔金新生代陆内挤压“调节”型转换断层的认识，对于研究印度板块-欧亚板块碰撞以来青藏高原北缘的变形格局具重要意义。本文是在宋鸿林教授与吴正文教授的启发、指导下完成，在此表示感谢！转换断层及其地质意义一一以阿尔金转换断层为例@王根厚$中国地质大学地球科学与资源学院！北京100083@李明$河南焦作煤业集团公司演马电厂@冉书明$中国地质大学地球科学与资