【摘要】：中國大陸在新生代既承受著印度板塊的楔入作用,同時又受到太平洋板塊俯沖的影響。在兩大地球動力系統(tǒng)的控制下,中國大陸東部和西部的構(gòu)造變形樣式呈現(xiàn)出完全不同的面貌。青藏高原和華北地塊是中國大陸東、西部構(gòu)造的典型代表,研究二者在構(gòu)造變形方面的相互關(guān)系,是大陸動力學(xué)的一個重要課題。寧夏地區(qū)位于青藏高原東北緣和華北西緣,是研究上述課題的極佳窗口。在青藏、阿拉善、鄂爾多斯3大地塊的相互作用下,寧夏斷裂活動性質(zhì)多樣,在其南部和北部形成了兩類性質(zhì)截然不同的構(gòu)造:南部是數(shù)條左旋走滑斷裂與端部逆沖斷裂組合而成的弧形構(gòu)造帶,屬于青藏高原構(gòu)造域;而北部則為由數(shù)條正斷裂控制的銀川斷陷盆地和賀蘭山,形成了典型的盆山構(gòu)造,隸屬于華北構(gòu)造域。由3支次級斷裂組成的羅山-牛首山-賀蘭山西麓右行剪切帶分割了寧夏南部和北部的構(gòu)造。本論文以該斷裂帶的構(gòu)造變形為切入點(diǎn),通過研究晚新生代以來弧形構(gòu)造帶的擴(kuò)展與銀川盆地的演化,明確寧夏南北構(gòu)造之間的關(guān)聯(lián),為討論中國大陸構(gòu)造變形的動力學(xué)提供參考。主要獲得以下認(rèn)識:野外地質(zhì)調(diào)查和斷裂帶初步地質(zhì)填圖表明,賀蘭山西麓斷裂、三關(guān)口-牛首山斷裂以及羅山東麓斷裂首尾相接,具有相同的右旋走滑性質(zhì),晚第四紀(jì)以來活動強(qiáng)烈,共同組成了一條特殊的右旋剪切帶。與一般意義的斷裂構(gòu)造不同,這條斷裂帶在幾何上不連續(xù),產(chǎn)狀上有變化,各個次級斷裂又有著不同的邊界意義,分割了不同的地質(zhì)構(gòu)造單元,表現(xiàn)出不同性質(zhì)的垂直運(yùn)動。在斷裂帶內(nèi),賀蘭山西麓斷裂是阿拉善地塊和賀蘭山斷塊的分界,向東傾斜,剖面上為逆斷層;三關(guān)口斷裂斜切了賀蘭山斷塊,傾向西南,垂向?yàn)槟鏀鄬?柳木高斷裂是賀蘭山南部和銀川盆地的分界,傾向北東,垂向?yàn)檎龜鄬?關(guān)馬湖斷裂是青藏高原東北緣和銀川盆地的邊界,傾向北北東,剖面上為正斷層;羅山東麓斷裂則是鄂爾多斯地塊和青藏高原東北緣的界線,北段向東傾斜,南段傾向多變。這一復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)構(gòu)成了寧夏南部青藏高原東北緣弧形構(gòu)造和北部華北西緣盆山構(gòu)造的分界線。野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)三關(guān)口-牛首山斷裂具有明顯的右旋走滑特征,而非前人認(rèn)為的左旋走滑。在其北段三關(guān)口斷裂上表現(xiàn)最為明顯,形成于古生代、中生代、新生代的地質(zhì)界線均被右旋錯動,山脊、沖溝均發(fā)生了右旋扭動。斷裂的最大走滑位移約為961 m,由地貌測量和沉積物測年獲得的晚第四紀(jì)以來平均水平和垂直滑動速率為0.35 mm/a和0.09mm/a,由古地震研究獲得水平和垂直滑動速率為0.34mm/a和0.1mm/a。斷裂中段柳木高斷裂晚第四紀(jì)以來的平均水平和垂直滑動速率為0.59mm/a和0.03mm/a。晚第四紀(jì)以來,三關(guān)口斷裂上發(fā)生了3次古地震事件,第I次事件發(fā)生在距今25.11~27.63ka之間,第II次事件發(fā)生在距今17.34~18.09ka之間,第III次事件發(fā)生在距今8.18~8.32ka之間,三次事件間隔分別為8.65ka、9.47ka、8.25ka,平均復(fù)發(fā)周期為8.8ka,同震水平位移為3m,同震垂直位移為0.9m。三關(guān)口斷裂的古地震復(fù)發(fā)模型屬于特征地震類型,離逝時間已較接近平均復(fù)發(fā)周期,該斷裂未來的地震危險性值得關(guān)注。賀蘭山西麓斷裂是一條右旋走滑兼逆沖的全新世活動斷裂,最大走滑位移不小于800m,第四紀(jì)晚期的平均水平滑動速率為0.28mm/a,垂直滑動速率為0.11mm/a。斷裂中段的組合探槽揭示了3次古地震事件:第I次事件發(fā)生在距今30.54~30.6ka,第II次事件發(fā)生在距今10.15~11.24ka,第III次事件發(fā)生在距今6.16~4.83ka,古地震復(fù)發(fā)周期接近5000a,第I次事件和第II次事件之間事件記錄不完整,最新一次事件的離逝時間已接近復(fù)發(fā)周期,該斷裂未來的地震危險性值得關(guān)注。羅山東麓斷裂南段(廟山-西泉)向北并不和牛首山東麓斷裂相連接,而是以近南北向繼續(xù)向北延伸,直抵銀川盆地南部的雙吉溝一帶。羅山東麓斷裂北段(孫家灘-雙吉溝)同樣具有明顯的右旋走滑特征,一系列沖溝跨斷層發(fā)生同步扭動,晚第四紀(jì)的水平滑動速率在1.31~1.54mm/a之間,也即1.43±0.11mm/a。重新估算羅山東麓斷裂南段(廟山-西泉)晚第四紀(jì)的水平滑動速率大于且接近1.4mm/a。羅山東麓斷裂南段和北段的水平滑動速率值較接近。銀川盆地的沉積和演化受4條主要正斷層的控制。賀蘭山東麓斷裂中北段的晚第四紀(jì)垂直滑動速率為1.3mm/a,南段為0.1mm/a,光釋光樣品測試結(jié)果顯示賀蘭山東麓斷裂的最后一次破裂事件發(fā)生在距今600-700a以來,對長城夯層分析和錯動復(fù)原表明修筑于500a前的明長城確實(shí)被其錯斷。蘆花臺隱伏斷裂南段為中更新世末活動斷層,北段為全新世活動,其垂直滑動速率為0.18mm/a,于地下5km和賀蘭山東麓斷裂相交。銀川隱伏斷裂向北終止于姚伏鎮(zhèn),全新世活動段不超過36km,最后一次地表破裂事件發(fā)生在距今3400±78a之前不久,晚第四紀(jì)垂直速率為0.22mm/a,槽探、鉆探和淺層地震勘探結(jié)果顯示斷裂具有原地復(fù)發(fā)破裂的特征和顯著的生長特性,斷裂沒有發(fā)生斷錯被松散層吸收而未抵達(dá)地表的現(xiàn)象。黃河斷裂雖然在深部切割了下地殼,但在淺部活動并不強(qiáng)烈,調(diào)查表明其北段的紅崖子陡坎并非斷層陡坎,鉆探顯示該斷層在距今3625±35a以來沒有活動,3萬年以來的累計位移僅為0.96m,垂直滑動速率為0.04mm/a,南段活動相對較強(qiáng),垂直滑動速率為0.24mm/a。因此,賀蘭山東麓斷裂是銀川盆地內(nèi)活動規(guī)模最大的正斷層,也是1739年平羅8級地震的發(fā)震構(gòu)造。邊界斷裂帶在晚新生代經(jīng)歷了兩個階段的構(gòu)造變形過程:早期(上新世末,約2.7ma),以地層褶曲變形為主,表現(xiàn)為次級地塊的縮短和區(qū)域性的抬升,是青藏高原東北向擴(kuò)展推擠的結(jié)果;后期(第四紀(jì)初),則轉(zhuǎn)化為斷裂的右旋走滑活動,表現(xiàn)為次級地塊的側(cè)向擠出,是高原擴(kuò)展受阻側(cè)向擠出和鄂爾多斯地塊逆時針旋轉(zhuǎn)共同作用的結(jié)果。青藏高原東北緣弧形構(gòu)造帶的擴(kuò)展是以數(shù)個次級地塊分階段逐次向外推擠而實(shí)現(xiàn)的,高原擴(kuò)展抵達(dá)到海原斷裂、天景山斷裂以及三關(guān)口-牛首山斷裂附近的時間分別為10ma、5.4ma、2.7或2.6ma,次級地塊的運(yùn)動狀態(tài)控制了邊界斷裂的運(yùn)動性質(zhì),次級地塊受阻后側(cè)向擠出是導(dǎo)致邊界斷裂帶性質(zhì)轉(zhuǎn)變的根本原因。銀川盆地在地殼內(nèi)發(fā)生了雙層伸展,地殼深部的運(yùn)動控制了淺部構(gòu)造活動。在下地殼,兩條相向的韌性剪切帶將上地幔的水平伸展力轉(zhuǎn)化為向下的垂直運(yùn)動。韌性剪切帶所挾持下地殼的垂直運(yùn)動使得上下地殼解耦,并在c面上發(fā)生剪切滑脫。通過c面滑脫和賀蘭山斷裂面的共同調(diào)節(jié),下地殼的大部分垂向運(yùn)動在上地殼底部轉(zhuǎn)化為共軛的水平拉張力,引起銀川斷裂和賀蘭山斷裂之間塊體的垂向運(yùn)動,導(dǎo)致了上地殼數(shù)條脆性正斷層的活動。賀蘭山在晚新生代以來經(jīng)歷3個階段的隆升,分別是10-12ma向西南的快速掀斜隆升、上新世末中南段的區(qū)域性抬升、第四紀(jì)以來斷塊式的差異隆升。賀蘭山東側(cè)的掀斜隆升可能受控于下地殼韌性斷裂活動產(chǎn)生的抬升力,而賀蘭山西側(cè)則受到阿拉善地塊的上地殼斜向楔入的抬升力,在兩種構(gòu)造力的作用下賀蘭山整體發(fā)生斷塊式的差異性抬升。寧夏南、北部的構(gòu)造是兩個相對獨(dú)立的構(gòu)造體系,南部的構(gòu)造活動受控于青藏高原的推擠作用,而北部受控于華北巖石圈的伸展運(yùn)動,二者有著獨(dú)立的構(gòu)造演化過程,但在重要的構(gòu)造變形事件上卻趨于同步。在10-12ma,銀川盆地的斷陷收縮及賀蘭山快速掀斜隆升和高原擴(kuò)展到海原斷裂的時間同步;在5.4ma,銀川盆地的擴(kuò)展和高原擴(kuò)展抵達(dá)天景山斷裂的時間同步;第四紀(jì)初(2.6Ma),銀川盆地的再次收縮和高原擴(kuò)展抵達(dá)邊界斷裂帶同步。北部構(gòu)造的形成要早于南部,南部的構(gòu)造變形又對北部施以影響。這種影響在早期可能是通過對鄂爾多斯地塊深部的作用間接實(shí)現(xiàn),而在后期,則通過淺層的構(gòu)造變形直接擴(kuò)展和抵達(dá)北部構(gòu)造區(qū)域,并在局部予以改造和影響。第四紀(jì)以來,寧夏及鄰區(qū)的構(gòu)造變形以地塊運(yùn)動為主要特征,青藏、鄂爾多斯、阿拉善3大地塊的差異運(yùn)動引起了不同構(gòu)造部位不同性質(zhì)的斷裂活動,以實(shí)現(xiàn)對各塊體間的構(gòu)造轉(zhuǎn)換平衡。在寧夏南部,以左旋走滑斷裂和逆沖斷裂的組合來協(xié)調(diào)青藏高原相對阿拉善的左旋剪切和相對鄂爾多斯地塊擠壓推擠運(yùn)動,在寧夏北部,以右旋走滑斷裂和正斷裂的組合來協(xié)調(diào)鄂爾多斯地塊相對阿拉善地塊的右旋剪切運(yùn)動。對寧夏南、北部晚新生代構(gòu)造變形的研究結(jié)果表明,從淺表構(gòu)造變形的角度,青藏高原的擴(kuò)展對華北地塊的影響有限,二者的現(xiàn)今邊界仍位于華北的西緣地帶。華北西緣斷陷盆地的形成和演化主要受太平洋板塊俯沖動力系統(tǒng)的控制,青藏高原擴(kuò)展抵達(dá)華北西緣后才對其施加局部影響,早期可能通過地殼深部作用間接實(shí)現(xiàn),而后期則通過淺表構(gòu)造變形直接完成。
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【學(xué)位授予單位】：中國地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P542;P315.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2307029