川西理塘斷裂帶木里段斷層泥石英微形貌特征及其地質(zhì)意義

羅紹強，肖進，胡林

川西理塘斷裂帶木里段斷層泥石英微形貌特征及其地質(zhì)意義

羅紹強，肖進，胡林

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊，四川 綿陽 621000）

斷層中的斷層泥是斷層活動的信息載體。在木里地區(qū)，理塘斷裂帶表現(xiàn)出多期次活動特征，早期以韌性剪切為主，晚期表現(xiàn)出高角度張性左行走滑特征。通過對理塘斷裂帶斷層泥石英表面微形貌特征觀察、統(tǒng)計及分析，結(jié)果表明：石英表面形貌結(jié)構(gòu)以次貝殼狀和桔皮狀為主，表明斷裂的最新活動期在早-晚更新世（Qp1-Qp3），與電子磁旋共振（ESR）測年結(jié)果（0.7±0.1Ma）基本吻合。斷層存在多期次運動，運動方式以粘滑為主，兼有蠕滑，且粘滑運動表現(xiàn)更晚。

石英微形貌；地質(zhì)意義；理塘斷裂帶；木里

斷層中的斷層泥記錄著大量斷層活動的信息（Masuda A&Sugino K,1995；申俊峰等，2007），斷層活動產(chǎn)生的應力可能導致顆粒之間發(fā)生刻劃、撞擊、壓裂等作用而在顆粒表面留下擦線、刻槽、碎裂痕、壓裂紋等痕跡（汪明武等，2002）。石英是一種極穩(wěn)定的礦物，其溶解速度相當?shù)?，抗風化能力極強，當斷層活動停止后，斷層泥中的石英顆粒表面遭受來自物理、化學甚至生物的溶蝕風化（Pedersen,1997），進而使斷層活動過程中由應力作用塑造形成的應力痕跡微形貌隨著時間逐漸弱化乃至消失。遭受溶蝕的時間不同，溶蝕微形貌特征明顯不同，多表現(xiàn)為起伏凹凸（張秉良等，1996a；Chen Y et al.,1997）。因此在斷層泥中的石英顆粒表面存在兩種成因完全不同的微形貌特征：一種稱作應力痕跡微形貌，是反映斷層活動過程中應力特征的痕跡微形貌，記錄了斷層活動方式和活動期次的信息（朱學強和吳德超，2010）；另一種稱作溶蝕微形貌，由于溶蝕風化作用形成，是反映斷層活動之后溶蝕風化時間的微形貌，記錄了斷層活動的年代信息（唐榮昌和韓渭，1993）。

本文利用掃描電子顯微鏡，通過觀察、統(tǒng)計分析理塘斷裂帶木里段斷層泥中的石英應力痕跡微形貌，初步判斷出斷層活動的運動方式及相對年代情況，討論理塘斷裂帶木里段的活動性。

圖1 理塘斷裂帶及采樣位置圖

1 理塘斷裂帶特征

1.1 理塘斷裂帶基本特征

理塘活動斷裂帶西北端起于四川省白玉縣蒙巴西北，向SE經(jīng)理塘縣的毛埡壩、理塘、甲洼、德巫，至木里縣北部，全長近400km，是川西高原重要的走滑斷裂之一（唐榮昌和韓渭，1993；徐錫偉等，2005；馬丹等，2014；張克旗等，2020）。斷裂走向N40°～50°W，總體傾向NE，傾角較陡，第四紀以來以左旋走滑為主，控制了毛埡壩、理塘、甲洼及德巫等古近紀-第四紀盆地的形成和發(fā)展（圖1），并使古近紀-第四紀地層普遍遭受了褶皺或斷錯作用。沿斷裂不僅有溫泉線性分布，而且水系、山脊錯動現(xiàn)象明顯（徐錫偉等，2005；馬丹等，2014），該斷裂分段活動性明顯，主要由3條分支斷裂組成，即：毛埡壩盆地北緣斷裂、理塘斷裂和康嘎-德巫斷裂，它們均具有明顯的新活動特征。

理塘斷裂屬于中等強度的全新世活斷層，據(jù)前人研究，其左旋走滑速率約為2～4mm/a（徐錫偉等，2005；周榮軍等，2005，2007）。已有記錄表明，理塘斷裂中南段發(fā)生過1948年7.3級破壞性地震（四川地震資料匯編編輯組，1980），由于地處高原牧區(qū)，環(huán)境惡劣，研究程度較低，沒有更早的地震記錄。目前關于理塘斷裂帶中理塘段和德巫段的研究程度相對較高，但關于該斷裂帶向北西、東南兩側(cè)延伸情況及活動性仍不夠清楚。

圖2 理塘斷裂破碎帶特征（唐央鄉(xiāng)）

a. 破碎帶中的構(gòu)造角礫巖；b. 石英脈強烈變形

圖3 理塘斷裂的遙感影像特征（桐翁村）

1.2 理塘斷裂帶木里段地質(zhì)特征

理塘斷裂帶往南延伸進入木里境內(nèi)，筆者在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：在木里地區(qū)，理塘斷裂帶走向130°～160°，普遍發(fā)育構(gòu)造角礫巖（圖2a），構(gòu)造巖表面局部可見鏡面擦痕，破碎帶中發(fā)育與斷層平行的張性裂隙，并多數(shù)充填石英脈，石英脈變形強烈（圖2b）。斷裂切割無量河河谷，表現(xiàn)出水系錯動現(xiàn)象，順斷裂帶發(fā)育小型拉分盆地（圖3）?？傮w看來，該斷裂帶早期屬韌性，傾向北東，傾角較緩，約40°～60°，多以逆斷層為主，而晚期表現(xiàn)出張性走滑性質(zhì)，傾向東，傾角較陡，約80°～85°，以左行走滑為特征。

2 樣品采集及實驗方法

2.1 樣品采集及處理

樣品為理塘斷裂木里段不同部位破碎帶中的斷層泥，采樣時除去表層風化層，盡量采集新鮮的斷層泥，采樣位置如圖1所示。樣品的處理及測試在“成都理工大學環(huán)境與土木工程學院地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室”完成，采集后的樣品通過浸泡、清洗，除去樣品中的粘土礦物，然后對沉淀的松散顆粒采用稀鹽酸浸泡以除去其中的碳酸鹽物質(zhì)，采用蒸餾水清洗、烘干。在顯微鏡下篩選出小于200目的石英顆粒以備進行掃描電鏡觀察，測試設備采用HITACHI S-3000N掃描電子顯微鏡及E-1010離子濺射儀。在實驗前，為了確保觀測顆粒為石英，需對顆粒進行能譜確認。

圖4 斷層泥石英表面形貌特征與年代對應關系圖（Kanaori Y&Miyakoshi K,1981）

2.2 實驗原理

石英是一種極穩(wěn)定的礦物，其溶解速度相當?shù)?，抗風化能力極強，其風化溶解的數(shù)量級可與地質(zhì)年代相比擬。斷層活動使石英顆粒表面留下各種應力痕跡微形貌。當斷層活動停止后，斷層泥中的石英顆粒表面由于溶蝕而出現(xiàn)各種各樣溶蝕微形貌（申俊峰等，2007）。利用掃描電子顯微鏡，對選取的斷層泥樣品中石英顆粒進行溶蝕微形貌觀察和統(tǒng)計分析及應力痕跡微形貌觀察，根據(jù)石英顆粒表面形貌特征，進行電鏡掃描分析，典型的對比研究表明，石英的9種表面溶蝕結(jié)構(gòu)形貌特征與地質(zhì)年代（溶蝕經(jīng)歷時間）有如下對比關系：外觀結(jié)構(gòu)形態(tài)呈貝殼狀者為全新世斷層破裂產(chǎn)物；次貝殼狀者為晚更新世以來形成；桔皮狀外觀為早至中更新世產(chǎn)物；魚鱗狀和苔蘚狀者形成于上新世至早更新世；鐘乳狀與蟲蛀狀外觀形態(tài)年齡為上新世；鍋穴狀和珊瑚狀外形地質(zhì)年為中新世（申俊峰等，2007；Kanaori Y，1985a,1985b；張芹貴等，2019）（表1、圖4）。據(jù)此，可以初步判斷斷層帶中石英顆粒外形溶蝕形成時間，借以判斷該斷層的活動年代。

表1 石英顆粒表面形貌類型及特征

3 實驗結(jié)果及討論

對5組樣品中的石英顆粒隨機進行掃描，以滿足形貌類型觀察、統(tǒng)計及分析，測試結(jié)果采用直方圖形式進行統(tǒng)計，并依據(jù)其特征進行綜合分析研究。

斷層泥（碎屑）石英形貌結(jié)構(gòu)類型見表2，各樣品石英形貌結(jié)構(gòu)類型及分布統(tǒng)計直方圖見圖5。斷層泥石英顆粒表面形貌結(jié)構(gòu)以Ia（次貝殼狀）和Ib類型（桔皮狀）為主，Ⅱ類型為次，未見到I0和Ⅲ類型，表明斷裂的最新活動期在早-晚更新世（Qp1-Qp3），與電子磁旋共振（ESR）測年結(jié)果（0.7±0.1Ma）基本吻合（四川省地礦局川西北地質(zhì)隊，2016）。

圖5 石英形貌結(jié)構(gòu)類型分布直方圖

表2 斷層泥石英形貌結(jié)構(gòu)類型統(tǒng)計表

一般認為：石英顆粒表面的各種撞擊鍥入、直線狀擦痕、放射狀斷口等代表粘滑運動；而彎曲擦痕、研磨坑和晶內(nèi)微裂隙等代表蠕滑運動（申俊峰等，2007；張秉良，1996c）。5組樣品石英形貌典型掃描電鏡圖片見圖6，撞擊坑、V型坑、三角坑及直線狀擦痕等微形貌，說明斷層曾經(jīng)歷以粘滑為主的快速運動；而階步狀刻痕、研磨坑等微形貌說明斷層也曾經(jīng)歷過蠕滑滑動方式。在象征粘滑運動的撞擊坑更多，坑面更新鮮，無溶蝕現(xiàn)象或溶蝕現(xiàn)象更弱，說明斷層運動方式以粘滑為主，兼有蠕滑，且粘滑運動應更晚于蠕滑運動。個別樣品（圖6i）中可見兩組近于垂直的滑動擦痕，表明該斷層至少有過兩次快速滑動。綜上所述，從這5組樣品石英微形貌觀察發(fā)現(xiàn)：斷層存在多期次運動，斷層運動方式以粘滑為主，兼有蠕滑，且粘滑運動表現(xiàn)更晚。

4 結(jié)論

（1）在木里地區(qū)，理塘斷裂帶走向130°～160°，傾向北東，早期屬韌性，晚期表現(xiàn)出張性左行走滑特征。

（2）斷層泥石英微形貌特征以次貝殼狀與桔皮狀為主，表明斷裂的最新活動期在早-晚更新世（Qp1-Qp3）。

（3）石英表面發(fā)育撞擊坑、V型坑、三角坑、直線狀擦痕、階步狀刻痕、研磨坑等微形貌，反映斷層曾經(jīng)歷多期次運動，斷層運動方式以粘滑為主，兼有蠕滑，且粘滑運動表現(xiàn)更晚。

a. 次貝殼狀(Pm26-1-3)a. 桔皮狀(Pm26-1-3) c. 次貝殼狀(Pm26-7)d. 桔皮狀(Pm26-7) e. 桔皮狀(D8505)f. 次貝殼狀(D8505) g. 桔皮狀(D6729)h. 次貝殼狀(D6729) i. 次貝殼狀(D1980)j. 桔皮狀(D1980)

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Micromorphological Characteristics of Quartz in Fault Gouge in the Muli Section of the Litang Fault Zone and Their Geological Significance

LUO Shao-qiang XIAO Jin HU Lin

(Northwest Sichuan Geological Party, BGEEMRSP, Mianyang, Sichuan 621000)

The Muli section of the Litang fault zone is characterized by ductile shear in the early stage and high angle tensional left strike-slip in the late stage. Micromorphological characteristics in sub-shell-shaped and orange peel-shaped form of quartz in fault gouge indicate that the last fault activity occurred in the Early-Late Pleistocene Epoch (Qp1-Qp3), being consistent with the dating results of electron magnetic resonance (ESR) of 0.7±0.1Ma. The fault is characterized by multiphase activity with stick slipping in the early stage and creep slipping in the late stage.

micromorphology of quartz; fault gouge; geological significance; Litang fault zone; Muli

P546；P542；P553

A

1006-0995（2022）01-0012-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.003

2021-03-24

中國地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項目：四川1∶5萬東朗鄉(xiāng)等6幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查（1212011220384）

羅紹強（1985—），男，四川廣元人，高級工程師，主要從事基礎地質(zhì)與構(gòu)造地質(zhì)研究