喀喇昆仑断裂北段晚第四纪活动特征及其构造意义

日期:2019.12.24 阅读数:9

【类型】期刊

【作者】赵一霖,刘健,姜科庆,祝明伟(中国地质科学院地质力学研究所;新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第十一地质大队;中国地质大学(北京))

【作者单位】中国地质科学院地质力学研究所;新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第十一地质大队;中国地质大学(北京)

【刊名】地球学报

【关键词】 全新世;喀喇昆仑断裂;活动断裂;走滑速率;浅冰湖沉积

【资助项】中国地质调查局项目(编号:DD20160060)资助

【ISSN号】1006-3021

【页码】P601-613

【年份】2019

【期号】第4期

【期刊卷】1;|6;|7;|8;|4;|5;|2

【摘要】右旋走滑的喀喇昆仑断裂(KKF)作为青藏高原的西部边界,在印度板块与欧亚板块碰撞引起的陆内变形过程中扮演了重要的角色。近年来KKF北段全新世以来的活动特征存在争议。通过遥感解译和野外观测,在喀喇昆仑断裂(KKF)的北段——新疆卡拉苏地区,对KK F及其两条分支断裂的几何学、运动学进行了研究,获得了现今发育的冰水扇被右旋错断和冰水扇上分布羽列式T张破裂等指示KKF右旋走滑的证据。采集了KKF控制的浅冰水湖相沉积中贝壳的AMS14C样品,获得年龄分别为(5.20±0.03) ka、(5.61±0.03) ka和(9.95±0.04) ka。表明KKF北段晚全新世以来仍在活动,其右旋走滑速率约为3.7 mm/a,累计垂向滑移速率约为1.7 mm/a。据前人在KK F中部的研究成果,推测KKF北段在卡拉苏地区由南东往北西右旋走滑速率有增大的趋势。

【全文文献传递

喀喇昆仑断裂北段晚第四纪活动特征及其构造意义

喀喇昆仑断裂北段晚第四纪活动特征及其构造意义

赵一霖1), 刘 健1)*, 姜科庆2), 祝明伟3)

1)中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;2)新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第十一地质大队, 新疆昌吉 831100;3)中国地质大学(北京), 北京 100083

摘 要: 右旋走滑的喀喇昆仑断裂(KK F)作为青藏高原的西部边界, 在印度板块与欧亚板块碰撞引起的陆内变形过程中扮演了重要的角色。近年来KK F北段全新世以来的活动特征存在争议。通过遥感解译和野外观测, 在喀喇昆仑断裂(KK F)的北段——新疆卡拉苏地区, 对KK F及其两条分支断裂的几何学、运动学进行了研究, 获得了现今发育的冰水扇被右旋错断和冰水扇上分布羽列式T张破裂等指示KK F右旋走滑的证据。采集了KK F控制的浅冰水湖相沉积中贝壳的AMS 14C样品, 获得年龄分别为(5.20±0.03) ka、(5.61±0.03) ka和(9.95±0.04) ka。表明KK F北段晚全新世以来仍在活动, 其右旋走滑速率约为3.7 mm/a, 累计垂向滑移速率约为1.7 mm/a。据前人在KK F中部的研究成果, 推测KK F北段在卡拉苏地区由南东往北西右旋走滑速率有增大的趋势。

关键词: 全新世; 喀喇昆仑断裂; 活动断裂; 走滑速率; 浅冰湖沉积

中图分类号: P548

文献标志码: A

doi: 10.3975/cagsb.2019.010701

www.cagsbulletin.com

本文由中国地质调查局项目(编号:DD20160060)资助。

收稿日期: 2018-10-23;

改回日期:2018-12-19;

网络首发日期:2019-01-07。

责任编辑:闫立娟。

第一作者简介: 赵一霖, 男, 1994年生。硕士研究生。构造地质学专业。E-mail:943799626@qq.com。

*通讯作者: 刘健, 男, 1970年生。教授级高工。构造地质学专业。E-mail:jianliu686@163.com。

Late Quaternary Activity Characteristics and Tectonic Significance of the Northern Karakorum Fault

ZHAO Yi-lin1), LIU Jian1)*, JIANG Ke-qing2), ZHU Ming-wei3)
1) Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081;2) No.11 Geological Party, Bureau of Geology and Mineral Resources, Changji, Xinjiang 831100;3) China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083

Abstract: The right-lateral strike-slip Karakoram fault (KK F), as the western boundary of the Tibetan Plateau,plays an important role in the intracontinental deformation caused by the collision of the Indian plate and the Eurasian plate.In recent years, the activity characteristics of KK F since the Holocene have been controversial.Through remote sensing and field observation in the northern Karakoram fault (KK F) - Karasu region in Xinjiang,geometrical, kinematic characteristics of KK F and its two branch faults were studied, and the evidence that the developed ice water fan is broken by right-lateral strike-slip and that the distribution of plume T fracture on the ice water fan indicates the right-lateral strike-slip of KK F was obtained.AMS 14C samples of shells in the lacustrine deposits controlled by KK F were collected, and the ages are (5.20±0.03) ka, (5.61±0.03) ka and(9.95±0.04) ka, respectively.It indicates that the northern KK F is still active since late Holocene, with a right-lateral slip rate of about 3.7 mm/a and cumulative vertical slip rate of about 1.7 mm/a.According to the previous research results in the central part of KK F, it is inferred that the right-lateral strike-slip rate of the northern section of KK F in Karasu region tends to increase from southeast to northwest.

Key words: Holocene; Karakorum fault; active fault; strike-slip rate; shallow glacial lacustrine sedimentary facies

自印度板块与欧亚板块于距今约50 Ma碰撞以 来, 印度板块向北运动了约2 500 km, 欧亚大陆发生强烈变形, 青藏高原经历了复杂的构造演化和变形过程(李海兵等, 2006)。在青藏高原的构造演化、变形过程中, 喀喇昆仑断裂(KK F)与阿尔金断裂(AT F)、东昆仑断裂(KL F)、鲜水河断裂(XSH F)、红河断裂(RR F)等一系列走滑断裂一起, 起到了调节各地块之间相对运动以及构造转换的重要作用(许志琴等, 2011, 2016a, b)。KK F作为青藏高原与帕米尔的分界断裂, 其对青藏—喜马拉雅造山带和帕米尔造山带的构造演化及变形起到了重要调节作用(Replumaz and Tapponnier, 2003; 张培震等, 2004;李海兵等, 2006, 2007, 2008; Fu et al., 2010; 陈杰等,2011, 2016; 许志琴等, 2011, 2016a; Wang et al.,2012; 陈汉林等, 2014; Robinson et al., 2015;Chevalier et al., 2016; 王世锋等, 2016)。对KK F第四纪活动性的研究有助于理解KK F在青藏高原第四纪构造演化、变形过程中扮演的角色, 从而更好地分析印度板块与欧亚板块碰撞引起的陆内变形在第四纪的发展演化情况。近年来, 国内外地质学家们对KK F第四纪的活动性展开了研究(Brown et al.,2002; Banerjee and Burgmann, 2002; Brown et al.,2002; Chevalier et al., 2005, 2012, 2016, 2018; 李海兵等, 2008; Robinson, 2009; 李文巧, 2014;Murphy et al., 2014; Robinson et al., 2015; 王世锋等,2016)。然而, 关于KK F北段晚第四纪以来是否仍然保持右旋走滑活动的问题存在很大争议, 主要表现为两种主流观点:(1)认为KK F北段至少从晚第四纪以来不存在明显的右旋走滑活动(Robinson 2009; Robinson et al., 2015); (2)认为整个KK F长期以来(包括晚第四纪)都在右旋走滑活动, 只是其在不同部位的活动性有差异(Chevalier et al., 2005,2011, 2016)。这些争论主要是由KK F在北段处于高山峡谷区, 积雪覆盖严重, 难以获得指示 KK F运动特征的地质地貌证据引起的。

图1 喀喇昆仑断裂空间展布特征(据陈正乐等, 2002; 耿涛等, 2008; 陈应涛等, 2010; 刘栋梁等, 2011; 许志琴等,2011, 2016b; 陈杰等, 2011, 2016; Qiao et al., 2015; 葛成隆等, 2017; 林旭等, 2018; 影像数据来源于谷歌地势图)
Fig.1 Spatial distribution characteristics of Karakoram fault (after CHEN et al., 2002; GENG et al., 2008;CHEN et al., 2010; LIU et al., 2011; XU et al., 2011, 2016b; CHEN et al., 2011, 2016; Qiao et al., 2015; GE et al., 2017;LIN et al., 2018; the image data comes from Google topography)

KK F-喀喇昆仑断裂; AT F-阿尔金断裂; JL F-嘉黎断裂; RR F-红河断裂; GLG F-高黎贡断裂; KL F-昆仑断裂; XSH F-鲜水河断裂;HY F-海源断裂; KES-公格尔拉张系; LGFS-龙木错-郭扎错断裂系; TK F-铁克里克断裂; PF T-帕米尔前缘逆冲断裂系;MP T-主帕米尔逆冲断裂; TF F-塔拉斯-费尔干纳断裂; KX F-康西瓦断裂; MT F-麻塔断裂; TS F-塔什库尔干断裂; KG F-公格尔断裂;MS F-慕士塔格断裂; MJ F-木吉断裂; AM F-阿克苏-穆尔加布断裂; MM T-主地幔逆冲断裂; MK T-主喀喇昆仑逆冲断裂;KLK F-卡拉库断裂; 蓝色虚线框为KK F空间展布范围; 黄色虚线框为图2的范围
KK F-Karakoram fault; AT F-Altun fault; JL F-Jiali fault; RR F-Red River fault; GLG F-Gaoligong fault; KL F-Kunlun fault;XSH F-Xianshuihe fault; HY F-Haiyuan fault; KES-Kongur Extensional System; LGFS-Longmu Tso-Guozha Tso fault System;TK F-Tiekelike fault; PF T-Pamir Frontal Overthrust System; MP T-Main Pamir thrust fault; TF F-Talas-Ferghana fault;KX F-Kangxiwa fault; MT F-Mata fault; TS F-Tashkurghan fault; KG F-Kongur fault; MS F-Muztag fault; MJ F-Muji fault;AM F-Aksu-Murgab fault; MM T-Main Mantle thrust fault; MK T-Main Karakoram thrust fault; KLK F-Karakul fault; the blue dotted line box represents the KK F spatial distribution range; the yellow dotted line box is the range shown in Fig.2

为了查明KK F北段在晚第四纪以来的活动特征, 我们在 KK F北段的喀喇苏沟地区进行了遥感解译、地质剖面测量、地表破裂调查和冰湖相年代学等研究, 认为 KK F北段晚第四纪以来仍存在右旋走滑活动且带有垂向走滑分量, 算出了其右旋走滑速率、垂向滑移速率。

1 地质背景

1.1 KK F右旋走滑活动地质背景

KK F在卫星影像上清晰地表现为一条长约1 200 km的NW—SE向展布的狭窄负地形(李海兵等, 2006), 是一条右旋走滑的大型活动断裂(Lacassin et al., 2004; 李海兵等, 2006, 2007, 2008;Valli et al., 2007, 2008)。KK F主断裂从穆尔加布南侧地区, 经吾甫浪、班公山、扎西岗、门士, 延伸至冈仁波齐峰一带(图1, 7a)。沿着KK F, 活动构造痕迹明显, 在多处发育温泉(Searle, 1996; 李海兵等,2006), 并时有地震发生(陈杰等, 2011, 2016), 显示出一条大型的活动断裂特征。宏观上, KK F使乔戈里峰南侧和狮泉河一带的早古生代沉积岩发生右旋错断(郑剑东, 1993), 使阿伊拉日居山地区废弃的冰碛扇形体发生右旋错位(Chevalier et al., 2005), 以及在霍尔附近使得山脊发生右旋错断(王世锋等,2016); 显微构造研究也表明KK F存在高温右旋剪切变形特征(李海兵等, 2006, 2008)。

喀喇昆仑断裂(KK F)作为青藏高原的西部边界断裂, 自19~25 Ma前发生右旋走滑活动以来, 其累积位移量至少为 215~280 km(Murphy et al., 2000;李海兵等, 2006, 2007, 2008; Wang et al., 2012; Robinson et al., 2015), 其长期平均右旋走滑速率约为8~10 mm/a(李海兵等, 2008)或 7~12 mm/a(Chevalier et al., 2005, 2011, 2012), 长期平均垂向滑移速率约为1 mm/a(李海兵等, 2008)。

据InSAR数据(Wang and Wright, 2012), KK F的右旋走滑速率存在三次下降。第一次为大约77°10′ E对应的位置下降到约1 mm/a并且往北仍有下降的趋势, 通过遥感影像(图 1)可以清楚地发现左旋走滑的KX F的分支断裂在此处与KK F相交。第二次为大约78° E对应的地方, KK F右旋走滑速率下降到了3.4 mm/a, 通过遥感影像(图1)同样可以看到龙木错—郭扎错断裂在此处与KK F相交。第三次为80° E与KK F对应的地方, KK F右旋走滑速率下降到 0.5 mm/a左右, 从遥感影像(图 1)上可以清楚看到KK F发生了由NW-SE向右旋走滑运动向近 E-W 向的伸展运动的构造转换, 并在此处形成了断陷盆地(图 1)。而在 77°10′ E-77°30′ E 之间,KK F受KX F分支断裂的干扰较小(图1), 所以其右旋走滑速率有所回升, 并在77°30′ E对应的位置右旋走滑速率达到最大, 然后往南随着受龙木错—郭扎错断裂的截切作用(图 1), 其右旋走滑速率再次逐渐下降。KK F与78° E-79° E对应的部分基本不受其他断裂的干扰(图 1), 其右旋走滑速率迅速回升, 到79° E开始呈马尾状散开的位置(图1)达到最大, 这是一个走滑增压的过程, KK F由NW-SE向的右旋走滑运动开始向近 S-N向的挤压运动转换(图 1), 因此 KK F 右旋走滑速度在 79° E~80° E 之间逐渐下降。而据王世峰等(2016)给出霍尔地区(图1)KK F右旋走滑速率(4±0.3) mm/a, 推测KK F至少在81° E-82° E对应的区间段内其右旋走滑速率是回升的, 这可能与 KK F这个区间段内不受其他断裂的影响有关。

1.2 卡拉苏地区KK F地质背景

研究区内3~5 Ma发育的NNW-SSE方向的右行走滑断层(Cowgill, 2010; Fu et al., 2010; Sobel et al., 2011; 刘栋梁等, 2011)错断了新生代前发育的E-W 向展布的逆冲断裂、地层(包括前寒武系、志留系、石炭系、二叠系、白垩系)和白垩纪花岗质侵入岩体。这些 NNW-SSE方向右行走滑断层又被KK F错断(图2), 最小右旋走滑断距约为671 m。

KK F形成于印度板块与欧亚大陆碰撞导致的挤压环境中(许志琴等, 2011)。其走向在卡拉苏地区由NW-SE开始向 NNW-SSE偏转, 并且被分为三支, 其中从吾甫浪沟通过的为 KK F主断裂, 第二条从卡拉苏沟经过, 称为卡拉苏断裂(KLS F1), 第三条发育在前两者之间, 称其为卡拉苏次级断裂(KLS F2), 后两者都是KK F的次级断裂。三条断裂在平面上围成透镜体的形状, 很好地指示了 KK F断裂带右旋走滑的性质, 这种断裂平面几何形态对应着大型走滑断裂中走滑-伸展双重构造模式(Woodcock and Fischer, 1986; Cabrera et al., 1988;Dooley and Mcclay, 1997; Montenat et al., 1999; Mitra and Paul, 2011; Dooley and Schreurs, 2012)。KK F与 KLS F1或 KLS F2之间的锐夹角为 15°~17°,据Lisa and Cesare(1997)给出的走滑释压叠接模型,该角度属于 10°~65°范围之内, 该种走滑释压叠接模式使得三条断裂通过的卡拉苏地区在NW-SE向右旋走滑剪切作用下处于 NE-SW 向的伸展环境中。卡拉苏地区都可以看作KK F走滑拉分作用控制下形成的断陷盆地。

研究区内的冰碛物大致上分为两期(图 3):(1)晚更新世冰碛物; (2)全新世冰碛物(叠盖于晚更新世冰碛物之上)。冰碛物组成主要为混杂堆积的的棱角状-次棱角状冰碛砾石, 冰碛砾石直径10~140 cm, 形态各异, 成分主要为花岗岩。冰碛砾石缝隙中夹有直径1~10 cm的角砾, 成份以板岩和花岗岩为主, 含少量的砂和黏土。塔什库尔干谷地南部的冰碛物宇宙核素10Be测年结果表明, 两期冰碛物对应的年龄分别为(54±8) ka和(24±9) ka (Owen et al., 2012)。此外, 在这些冰碛物上还发育全新世的冰水扇, 后者叠盖在冰碛物之上。

图2 研究区地质概况(据河南地质调查院, 2004和野外地质调查资料; 深蓝色虚线框代表图3的范围)
Fig.2 Geological profile of the study area (after 1:250 000 Tashkurghan Geological Map and the authors’ field geological survey data; the dark blue dotted line box represents the range shown in Fig.3)

2 卡拉苏地区KK F控制浅冰湖相沉积物年代学研究

2.1 样品采集及实验方法

在塔敦巴什河两侧分布一系列受KK F及其次级断裂走滑拉分作用控制而活动的正断裂, 这些正断裂切割了晚更新世以来的冰碛物以及冰水扇, 在地貌上形成阶梯状断坎, 这些断坎在影像上具有良好的线性。在断坎前的洼地中发育浅冰水湖相沉积(图 4a)。

图3 第四系划分和活动断裂展布(a)和A-A’地质剖面简图(b)(资料来源于Owen et al., 2012和野外地质调查)
Fig.3 Quaternary division and active fault distribution (a)and simplified A-A’ geological profile (b) (after Owen et al.,2012 and the authors’ field geological survey)

浅冰水湖相沉积物主要为粉砂质黏土, 底部为直径 20~80 cm的冰碛砾石和角砾。粉砂质黏土中含肺螺类贝壳化石(图4b, c)。样品分别采自f2, f3和f4控制的浅冰湖相沉积中。在靠近浅冰水湖相底部的粉砂质黏土中采集贝壳化石的AMS 14C样品(图4a), 送至美国BETA实验室进行有机碳测年。

除f2, f3和f4以外, 由于覆盖严重, 在其他活动断裂控制的沉积物中未能发现合适的能够限定活动断裂年龄的样品。因此, 无法限制f2, f3和f4以外的活动断裂年龄。

图4 在浅冰湖相粉砂质黏土的下部采集贝壳化石作为AMS 14C样品(a)、产出在浅冰湖相底部的巴蜗牛科贝壳化石(b)和浅冰湖相粉砂质黏土中发育椎实螺科贝壳化石和虫迹(c)
Fig.4 Shell fossils collected from the lower part of the shallow glacial lacustrine silty clay as AMS 14C samples (a), fossil of Bradybaenidae shells produced at the bottom of the shallow glacial lake facies(b) and fossils of Lymnaeidae and insect tracks developed in shallow glacial lacustrine silty clay (c)

①-土壤; ②-冰湖相黏土; ③-晚更新世第Ⅱ期冰碛物((24±9) ka; Owen et al., 2012); ④-全新世坡积物; ⑤-巴蜗牛贝壳;⑥-椎实螺科贝壳; ⑦-虫迹
①-soil; ②-shallow glacial lacustrine clay; ③-Late Pleistocene moraine of phase Ⅱ ((24±9) ka, after Owen et al., 2012);④-Holocene diluvium; ⑤-Bradybaenidae shell; ⑥-Lymnaeidae shells; ⑦-worm trail

表1 南塔什库尔干谷地西侧冰湖相地层贝壳的AMS 14C测年结果
Table 1 AMS 14C dating results of shells in the glacial lacustrine stratum on the west side of south Tashkurgan Valley

样品编号 取样深度/cm 测试材料 测试放射性碳年龄/ka B.P.校正年龄/Cal ka B.P.BH15-1 48 贝壳 5.30±0.03 5.61±0.03 BH21-1 52 贝壳 4.90±0.03 5.22±0.03 BH33 95 贝壳 9.62±0.04 9.95±0.04

图5 f7卫星影像图(a)和f7卫星影像解译图(b)(f7将冰水扇错断; 黄色虚划线为冰水扇边界; 影像来源于Bing卫星图)
Fig.5 Satellite image of f7 (a) and interpretation of satellite image of f7 (b) (the ice water fan is dislocated by f7; the yellow dotted line represents the fan boundary; Fig.5 after Bing satellite image)

2.2 测试结果

来自美国BETA实验室的AMS 14C测年结果显示三期对应的浅冰水湖相沉积的年龄分别为9.9 ka B.P., 5.6 ka B.P., 5.2 ka B.P.(图 3b, 表 1)。

3 KKF在卡拉苏地区晚第四纪右旋走滑特征

3.1 冰水扇错断特征

据遥感解译和野外观测, 活动断裂 f7(图 3a和5)北段为NNW—SSE走向, 南段向SE方向发生偏转且与KK F次级断裂(图2和图3a)近平行, 表明其受到KK F次级断裂的控制。f7具有右旋走滑性质,将全新世冰川融水形成的冰水扇错断, 错断距离约22 m(图 5)。

在冰川融水形成的两期冰水扇上, 分布着由KK F次级断裂控制的f8, f9, f10和f11四条NW—SE向活动断裂(图2, 3和6), 在这四条断裂的单剪切作用下, 形成一系列NWW—SEE向, S—N向地表破裂(图 6)。f8和 f9(图 6)起主要作用使得两期冰水扇轴线(图6中白色虚划线)向右偏移了约60 m。f9与其次级断裂组成的锐夹角同样指示剪切带为右旋走滑(图6)。同时, 这些活动断裂和地表破裂对两期冰水扇的边界也起到了一定的控制作用(图 6), 甚至局部边界被右旋走滑的活动断裂错断(图6)。

3.2 羽列式T张破裂和全新世冰碛物错断

在塔敦巴什河西岸的山坡上, 活动断裂 f1及其分支(图3)紧贴KK F形成的断层三角面发育(图7a),线性地表破裂显著, 是全新世以来的活动断裂。在f1两侧羽列式展布一系列与 f1成 70°~90°夹角的张破裂(图7a和图8a), 这些羽列式张破裂属于T张破裂(Naylor et al., 1986; 周春景等, 2014; 许顺山等,2017), 其与f1所成锐夹角指示f1为右旋走滑, 但并没有发现明显的冲沟错断, 仅局部被干扰向右发生偏转(图 8b), 有可能是 f1的形成时间较晚, 虽然具有右旋走滑速率但还不足以产生明显的右旋走滑位移, 仅在右旋剪切作用力下在地表产生破裂形变(图7a和图8c)或者是这些冲沟形成时间较短。

活动断裂f4(图3和7b)在塔敦巴什河西岸的山坡上呈 NNW-SSE方向展布, 长约 7 km。从图 7b中可以看出冰碛物被f4右旋走滑错断了37 m, 一些较深较老的冲沟发生了向右的错位或偏转。从叠盖关系来看, 被错断的冰碛物形态完整地覆盖在年龄为24 ka的冰碛物之上(Owen et al., 2012, 图7b), 表明其形成要比其他冰碛物略晚, 通过遥感影像可以看出其根部被 f4错断, f4控制的浅冰湖相沉积物的起始年龄约为 9.9 ka, f4开始活动的时间下限约为9.9 ka(哈广浩等, 2018), 算出f4的右旋走滑速率约为3.7 mm/a。在f4右旋剪切作用下, 局部地区还发育里德尔R剪切破裂, 随着主剪切位移的不断增加,其张开幅度也不断增大(图8d)。

4 讨论

4.1 卡拉苏地区 KK F控制的浅冰水湖相沉积物时代

图6 f8, f9, f10, f11的卫星影像图(a)和f8, f9, f10, f11的卫星影像解译图(b)(在f8, f9, f10, f11的右旋剪切作用下, 冰水扇上发育里德尔剪破裂; 白色虚划线代表冰水扇轴线; 黄色虚线代表冰水扇边界; 影像来源于Googleearth卫星图)
Fig.6 Satellite image of f8, f9, f10 and f11 (a) and interpretation of satellite image of f8, f9, f10 and f11 (b)(under the right-handed shear of f8, f9, f10 and f11, the riedel shear fracture was developed on the ice-water fan;the white dotted line represents the axis of the ice water fan;the yellow dotted line represents the fan boundary;image after Googleearth satellite image)

图7 在f1和f2的右旋剪切作用下, 地表发育羽列式T张破裂(a)和f4将晚更新世的冰碛物堆积形成的扇体错断(b)(白色虚划线代表晚更新世冰碛物和全新世残坡积物的界线; a, b影像来源于Googleearth卫星图)
Fig.7 Pinniform T fractures developed on the surface under the right-handed shear of f1 and f2 (a); fan formed by accumulation of moraine in late Pleistocene dislocated by f4 (b) (the white dotted line represents the boundary between Late Pleistocene moraine and Holocene debris and slope deposits; Fig.7a and 7b are after Googleearth satellite image)

图8 在f1, f2和f3的右旋剪切作用下, 地表发育一条张开幅度较大的T破裂(a); 受活动断裂干扰, 冰碛物上的冲沟向右发生偏转(b; 蓝色点线代表冲沟走向); 在f1右旋剪切作用下, 地表破裂局部发育纵向松弛区(c; 据许顺山等, 2017);在f4右旋剪切作用下, R破裂张开幅度随主剪切位移增加而增大(d; 据许顺山等, 2017)
Fig.8 A T fracture with a large opening developed on the surface under dextral shear of f1, f2 and f3 (a); disturbed by f1, the gully on the moraine deflected to the rightx, the blue dotted line represents the direction of the gully (b); longitudinal relaxation zone developed locally in surface fracture under dextral shear of f1 (c; after XU et al., 2017);the opening amplitude of R fracture increasing with the increase of the main shear displacement under dextral shear of f4(d; after XU et al., 2017)

KK F控制的浅冰水湖相沉积物中发育的贝壳类化石属于肺螺类亚纲(吴岷, 2002; 张卫红等,2014), 其中包括巴蜗牛科(图 4b)和椎实螺科(图4c)。肺螺类生存适应能力极强, 其生存环境广泛分布(陈德牛, 1993)。获得的贝壳年龄主要集中在9.9 ka和5.2~5.6 ka之间, 这可能与这些时间段内印度季风增强有关(郭超等, 2014), 青藏高原地区全新世以来的温暖湿润时期在不同地区是不同的, 但是主要发生在全新世的早期和中期。全新世早期(11.89~8.4 ka B.P.), 青藏高原地区处于温暖湿润时期, 气温波动上升(李世杰等, 2012; 马庆峰等, 2014;韩建恩等, 2017)。全新世中期(8.4~4.4 ka B.P.), 青藏高原地区处于全新世大暖期, 气候波动且有变干趋势, 但仍偏湿润, 大暖期的鼎盛期出现在 8.0~6.1 ka B.P., 在 6.0~4.7 ka B.P.气候相对稳定(李世杰等, 2012; 马庆峰等, 2014; 李凡等, 2015; 韩建恩等,2017)。卡拉苏地区位于青藏高原的西北部, 该地区的气候变化与整个青藏高原地区的气候变化应该是相似的。

AMS 14C测年结果分布在青藏高原全新世气候变 暖 的 两 个 时 间 段 (11.89~8.4 ka B.P.和8.4~4.4 ka B.P.)内。表明KK F构造活动切割了冰碛物, 并在其上盘形成了高度不一的陡坎, 在陡坎前发育大小和深度不一的洼地, 在气候变暖的时期,冰川融水在这些洼地处汇聚成浅冰水湖, 并且在沉积物中发育肺螺类贝壳生物。浅冰湖相沉积物的形成受控于活动断裂, 滞后于控盆断裂的活动, 即浅冰湖相沉积的年龄略晚于活动断裂的初始年龄, 并且AMS 14C样品采自浅冰湖相沉积的底部, 其测年结果可以限定KK F的活动下限(哈广浩等, 2018)。

通过地质剖面对塔敦巴什河西侧山坡上的构造地貌和地势变化进行了控制, 并测量了f2, f3和f4控制的浅冰湖相沉积物厚度分别约为 0.46 m、0.30 m和0.36 m, 该厚度可近似看作活动断裂的垂向断距。算出f2的最小垂向滑移速率约为0.09 mm/a,f3的最小垂向滑移速率约为0.75 mm/a, f4的最小垂向滑移速率约为0.83 mm/a, 因此, f2, f3和f4垂直累计速率约为1.7 mm/a。

4.2 晚第四纪KK F北段活动性

Robinson et al.(2015)在KKF北段没有观察到水系被明显右旋错断的证据, 所以认为 KK F北段晚第四纪以来并没有发生明显的右旋走滑活动。然而,并不是所有沿着活动断裂发育的冲沟或水系都会被错断或扰动(Chevalier et al., 2015)。而且在冰川融水较多的地区, 被活动断裂扰动过的小型水系或冲沟很容易被后期的沉积物覆盖或被后期流水侵蚀改造,以致不能够观察到明显的走滑位移。如f1这种现代形成的活动断裂。然而, 整个冰水扇(图5和6)以及冰碛物堆积成的大型扇体的错断(图 7b)以及沿 KK F控制的活动断裂分布的羽列式T张破裂(图7a)可以指示 KK F晚第四纪以来仍在右旋走滑活动, 在f4错断冰碛物(图 7b)的地方测得 KK F右旋走滑速率约为3.7 mm/a。

垂直累计速率为1.7 mm/a。这与KK F长期平均垂向滑移速率1 mm/a(李海兵等, 2008)地质背景基本相符, 并且自9.9 ka以来, KK F在卡拉苏地区的垂向滑移速率明显是逐渐变慢的, 这可能与晚中新世或上新世以来帕米尔与塔里木板块间的相对运动量在不断减少并且二者近乎成为一个整体一起向北运动有关(Sobel et al., 2011)。因此, KK F北段晚第四纪仍在活动, 且在卡拉苏地区主要表现为具有右旋走滑分量的正断层。这支持了整个KK F长期以来都在右旋走滑活动的结论(Chevalier, 2005,2011, 2012)。

4.3 晚第四纪KK F活动特征

KK F作为大型的右旋走滑断裂, 适应大型走滑断裂所具备的空间几何特征(Woodcock and Fischer, 1986; Cabrera et al., 1988; Dooley and Mcclay, 1997; Lisa and Cesare, 1997; Montenat et al.,1999; Mitra and Paul, 2011; Dooley and Schreurs,2012), 即其两端在平面上呈马尾状散开, 属于走滑增压的过程, 中间会发生弯曲引起构造转换, 发育走滑释压叠接(卡拉苏地区)以及增压叠接(穆尔加布南东侧地区以及阿里地区)。此外KK F还会受到青藏高原内部其他走滑断裂(例如:左行走滑的KX F和 LGFS)的影响(Wang and Wright, 2012;Robinson et al., 2015), 因此KK F的右旋走滑速率在不同部位是有差异的。

根据 KK F的累积位移量至少为 215~280 km(Chevalier et al., 2005, 2011, 2012; 李海兵等, 2006,2007; Robinson, 2009; Robinson et al., 2015)算出的平均滑移速率 8~10 mm/a(李海兵等, 2008)或 7~12 mm/a(Chevalier et al., 2005), 只能作为其长期平均滑移速率(许志琴等, 2011)。目前整个KK F晚第四纪可能大部分都是在以(4±1) mm/a左右的速率右旋走滑活动, 而在局部, 其右旋走滑速率各有不同(Brown et al., 2002; Jade et al., 2002; Wright et al.,2004; Lacassin et al., 2004; Chevalier et al., 2005,2018; Phillips and Searle, 2007; Valli et al., 2008;Wang and Wright, 2012; Kundu et al., 2014; 王世锋等, 2016)(图 7a, b)。

KK F断裂(图9a)从穆尔加布南侧地区, 经卡拉苏、班公错、扎西岗、门士, 延伸至冈仁波齐峰、霍尔一带, 甚至 KK F北端可能延伸到了卡拉库尔地区(陈杰等, 2011, 2016)。从KK F北段与76°E的位置向北西, KK F的右旋走滑速率逐渐回升, 在卡拉苏地区回升至3.7 mm/a(图9b), 并在KK F与大约76°40′E对应的位置达到最大(6 mm/a左右, 图9b),之后其右旋走滑速率可能会逐渐降低。这与帕米尔呈弧形向北楔入(陈汉林等, 2014), KK F发生弧形吕德尔走滑剪切(邓宾等, 2018)有关, 其右旋走滑速率会向垂向走滑速率转变, 即由右旋走滑剪切变形向挤压变形转变。根据Sangha et al.(2017)以及陈杰等(2011, 2016)的地震研究工作, KK F在卡拉库尔地区可能还在右旋走滑活动, 但是, 由于KLK F的截切原因, 可能导致走滑速率较低, 与龙木错—郭扎错断裂截切KK F造成其滑动速率降低的原因相似。

图9 KK F主断裂空间展布(a)和KK F沿其主断裂右旋走滑速率变化(b)(InSAR数据来源于Wang and Wright, 2012; 影像来源于GoogleEarth地势图)
Fig.9 Spatial distribution of main KK F faults (a) and the change of the dextral-strike slip rate of KK F along its main fault(b) (InSAR data after Wang and Wright, 2012; image after Googleearth topography)

5 结论

(1)卡拉苏地区, KK F控制的浅冰湖相沉积年龄为5.2~5.6 ka和9.9 ka, 该时间限定了KK F构造活动上限。

(2)KK F全新世以来的活动在卡拉苏地区主要通过带有右旋走滑分量的正断层表现出来, 其右旋走滑速率大致为3.7 mm/a, 累计垂向滑移速率约为1.7 mm/a。

(3)全新世以来, KK F的右旋走滑速率曲线沿其主断裂走向呈波动形态展布, KK F开始呈马尾状散开的位置右旋走滑速率最大, 在发生构造转换的部位以及KK F被其它断裂截切的部位右旋走滑速率会降低。

致谢:中国地质科学院地质力学研究所王世锋研究员给本文提出了宝贵建议, 中国地质科学院地质力学研究所的李钦和付自波以及长安大学的朱文峰在野外给予协助, 再次一并致谢。

Acknowledgements:

This study was supported by Chinese Geological Survey (No.DD20160060).

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