川滇地块东部主要活动断裂新生代精确构造年代格架及其对青藏高原东缘新生代动力学过程的启示

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青藏高原东缘的川滇地块属于青藏高原腹地同扬子陆块的构造地貌过渡地带,新生代以来响应印度板块同欧亚板块的碰撞挤压,发生的地壳缩短增厚及其构造演化最终形成了现今川滇地块的高原边缘地貌。对川滇地块东部新生代以来构造带变形时序、岩石冷却剥露及其构造隆升过程的研究,不仅可以为建立川滇地块新生代构造演化的时空格架提供关键的年代学记录,进而为揭示青藏高原东缘新生代隆升的动力学机制提供重要信息。然而相对于川滇地块东部对于极为复杂的拓展生长过程,目前的研究仍然十分有限,极大制约了上述科学问题的认识。论文选取川滇地块东部鲜水河断裂带和理塘断裂带这两个典型的构造带为研究对象开展新生代精确构造年代格架研究,结合邻近地区的新生代地质和构造地貌发育对青藏高原东缘新生代动力学过程进行了探讨和分析。论文基于川滇地块东部野外地质考察,对主要断裂重点剖面的几何学和运动学解析,揭示构造带地表构造变形、活动期次等的基本特征的基础上,通过对关键剖面的基岩锆石U-Pb年代学和系统的(U-Th)/He以及裂变径迹等低温热年代学样品高程剖面的采集、测试和分析以及三维热动力数值模拟,精确的约束构造带及相邻区域的冷却剥露的时空演化历史,结合重点剖面的数字高程模型的提取,分析构造剥露与地表剥蚀过程的影响因素,从而确定断裂带演化的时空路径。综合前人的研究,建立了川滇地块东部主要断裂构造新生代以来的时空格架,讨论了青藏高原东缘新生代构造演化的动力学机制。通过与断裂活动相关的折多岩体构造变形期次的分析和锆石U-Pb定年表明,揭示了鲜水河断裂长期复杂的构造活动历史。根据侵入糜棱岩化粗粒似斑状二长花岗岩的弱定向面理化伟晶岩~155Ma的锆石U-Pb年龄,识别出与鲜水河断裂无关的侏罗纪变形花岗岩。鲜水河断裂新生代以来的活动始于渐新世32-27Ma,通过对折多山岩体东缘混合岩化带同构造韧性变形剪切运动学的观测,确定同构造混合岩形成与鲜水河断裂该期的挤压性右旋剪切活动有关,而非传统的左旋剪切控制。中新世~19-15Ma的折多山花岗岩主体为一套未变形块状结构岩性均匀的中细粒黑云母二长花岗岩,与早期韧性变形的岩体呈侵入接触关系,并非前人通常所认为的同构造花岗岩,岩体先于南部侵位后以幕式或者脉动式侵位至北部。最新磷灰石和锆石裂变径迹年龄,结合前人的39Ar/40Ar年代学研究,通过三位数值模拟精确约束了折多山地区自中新世早期花岗岩大规模侵位以来经历了三个阶段的冷却剥露演化阶段。第一个阶段为后侵位时期~15-9Ma,经历了缓慢的冷却剥露,剥露速率介于0.01.0.11km/Ma;第二个阶段一9 Ma以来的鲜水河断裂左旋走滑的主要活动时代,造成与鲜水河断裂挤压性运动调节有关的介于9-4Ma的主构造剥露期,通过构造地貌与构造热年代学的联合约束,精细限定了断裂发育及其控制的断块极其快速的冷却剥露具有从南向北逐渐迁移的规律,总剥露量为~9 km,折多山岩体与川滇地块内部的高原面间存在显著差异性隆升,断裂垂直位错达~7 km,说明主构造剥露期折多山为转换挤压区;第三个阶段在上新世早期~4Ma开始,鲜水河断裂造成的构造剥露作用在三个剖面均出现的明显减弱,同时减压熔融造成混合岩化带中的侵位事件,伴随~330。C/Ma的剧烈冷却,代表鲜水河断裂向南同拓展至安宁河—小江断裂带时代。折多山岩体累积位错总量达到~52 km,水平左旋走滑速率为~4.3-5.7 mm/yr。通过对川滇地块中部理塘断裂带的野外追索,断裂几何学的观测、露头尺度的构造变形、运动学性质、构造形迹与系列拉分盆地关系的剖析以及复杂断裂形迹的遥感分析,揭示其规模大于先前认识,刻画了断裂的精细结构和行迹组合,为一条新生的转换伸展断裂带,在区域上起到调节川滇地块的向东挤出的作用。结合磷灰石(U-Th)/He、磷灰石和锆石裂变径迹数据和三维数值模拟,精确限定了理塘断裂系统7-5Ma的初始活动以来下盘基岩的冷却剥露历史,总剥露量为~3.7-5.2 km,水平位错达到6-14 km,水平左旋走滑速率-0.9-2.8 mm/yr。进一步提出~7-4Ma代表了区域大规模构造重组阶段,川滇地块所在的青藏高原东南缘的走滑断裂及相关的转换伸展构造形成具有同期性,正断分量控因下形成大量拉分区。综合相关成果,川滇地块的新生代的构造和地貌演化大致分为37-20Ma、17-9Ma和7-4Ma三个主要阶段。37-20 Ma,川滇地块的主要边界断裂开始新生代以来的初始活动,挤压性右旋走滑的鲜水河断裂带和嘉黎—红河断裂带,构成了川滇地块早期发生有限挤出的边界,川滇地块内部的高原面隆升缓慢。17-9 Ma,川滇地块东缘以强烈逆冲的金河—箐河断裂带和随即的挤压性左旋走滑的鲜水河断裂的分布式变形为主,共同构成了川滇地块东缘地貌边界,青藏高原地壳的缩短增厚伴随着长江支流的下切侵蚀作用和局部的沉积响应。7-4 Ma,印度板块俯冲碰撞的挤压持续向北迁移,川滇地块的断裂带发生了大规模重组过程,川滇地块所在的青藏高原东南缘的走滑断裂及其相关的转换伸展构造形成具有同期性,正断分量控因下形成大量拉分区,后两个阶段形成现今川滇地块的基本构造格架。建立了川滇地块东部主要断裂构造新生代以来的时空格架和动力学机制,通过年代学约束的高原东缘断裂运动格式的对比,提出在走滑断裂的引导和调节下发生的多阶段变形和总体的向东滑动的“陆内板块构造”模型。
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