川西理塘断裂带木里段断层泥石英微形貌特征及其地质意义

罗绍强，肖进，胡林

川西理塘断裂带木里段断层泥石英微形貌特征及其地质意义

罗绍强，肖进，胡林

（四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，四川 绵阳 621000）

断层中的断层泥是断层活动的信息载体。在木里地区，理塘断裂带表现出多期次活动特征，早期以韧性剪切为主，晚期表现出高角度张性左行走滑特征。通过对理塘断裂带断层泥石英表面微形貌特征观察、统计及分析，结果表明：石英表面形貌结构以次贝壳状和桔皮状为主，表明断裂的最新活动期在早-晚更新世（Qp1-Qp3），与电子磁旋共振（ESR）测年结果（0.7±0.1Ma）基本吻合。断层存在多期次运动，运动方式以粘滑为主，兼有蠕滑，且粘滑运动表现更晚。

石英微形貌；地质意义；理塘断裂带；木里

断层中的断层泥记录着大量断层活动的信息（Masuda A&Sugino K,1995；申俊峰等，2007），断层活动产生的应力可能导致颗粒之间发生刻划、撞击、压裂等作用而在颗粒表面留下擦线、刻槽、碎裂痕、压裂纹等痕迹（汪明武等，2002）。石英是一种极稳定的矿物，其溶解速度相当低，抗风化能力极强，当断层活动停止后，断层泥中的石英颗粒表面遭受来自物理、化学甚至生物的溶蚀风化（Pedersen,1997），进而使断层活动过程中由应力作用塑造形成的应力痕迹微形貌随着时间逐渐弱化乃至消失。遭受溶蚀的时间不同，溶蚀微形貌特征明显不同，多表现为起伏凹凸（张秉良等，1996a；Chen Y et al.,1997）。因此在断层泥中的石英颗粒表面存在两种成因完全不同的微形貌特征：一种称作应力痕迹微形貌，是反映断层活动过程中应力特征的痕迹微形貌，记录了断层活动方式和活动期次的信息（朱学强和吴德超，2010）；另一种称作溶蚀微形貌，由于溶蚀风化作用形成，是反映断层活动之后溶蚀风化时间的微形貌，记录了断层活动的年代信息（唐荣昌和韩渭，1993）。

本文利用扫描电子显微镜，通过观察、统计分析理塘断裂带木里段断层泥中的石英应力痕迹微形貌，初步判断出断层活动的运动方式及相对年代情况，讨论理塘断裂带木里段的活动性。

图1 理塘断裂带及采样位置图

1 理塘断裂带特征

1.1 理塘断裂带基本特征

理塘活动断裂带西北端起于四川省白玉县蒙巴西北，向SE经理塘县的毛垭坝、理塘、甲洼、德巫，至木里县北部，全长近400km，是川西高原重要的走滑断裂之一（唐荣昌和韩渭，1993；徐锡伟等，2005；马丹等，2014；张克旗等，2020）。断裂走向N40°～50°W，总体倾向NE，倾角较陡，第四纪以来以左旋走滑为主，控制了毛垭坝、理塘、甲洼及德巫等古近纪-第四纪盆地的形成和发展（图1），并使古近纪-第四纪地层普遍遭受了褶皱或断错作用。沿断裂不仅有温泉线性分布，而且水系、山脊错动现象明显（徐锡伟等，2005；马丹等，2014），该断裂分段活动性明显，主要由3条分支断裂组成，即：毛垭坝盆地北缘断裂、理塘断裂和康嘎-德巫断裂，它们均具有明显的新活动特征。

理塘断裂属于中等强度的全新世活断层，据前人研究，其左旋走滑速率约为2～4mm/a（徐锡伟等，2005；周荣军等，2005，2007）。已有记录表明，理塘断裂中南段发生过1948年7.3级破坏性地震（四川地震资料汇编编辑组，1980），由于地处高原牧区，环境恶劣，研究程度较低，没有更早的地震记录。目前关于理塘断裂带中理塘段和德巫段的研究程度相对较高，但关于该断裂带向北西、东南两侧延伸情况及活动性仍不够清楚。

图2 理塘断裂破碎带特征（唐央乡）

a. 破碎带中的构造角砾岩；b. 石英脉强烈变形

图3 理塘断裂的遥感影像特征（桐翁村）

1.2 理塘断裂带木里段地质特征

理塘断裂带往南延伸进入木里境内，笔者在野外调查中发现：在木里地区，理塘断裂带走向130°～160°，普遍发育构造角砾岩（图2a），构造岩表面局部可见镜面擦痕，破碎带中发育与断层平行的张性裂隙，并多数充填石英脉，石英脉变形强烈（图2b）。断裂切割无量河河谷，表现出水系错动现象，顺断裂带发育小型拉分盆地（图3）。总体看来，该断裂带早期属韧性，倾向北东，倾角较缓，约40°～60°，多以逆断层为主，而晚期表现出张性走滑性质，倾向东，倾角较陡，约80°～85°，以左行走滑为特征。

2 样品采集及实验方法

2.1 样品采集及处理

样品为理塘断裂木里段不同部位破碎带中的断层泥，采样时除去表层风化层，尽量采集新鲜的断层泥，采样位置如图1所示。样品的处理及测试在“成都理工大学环境与土木工程学院地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室”完成，采集后的样品通过浸泡、清洗，除去样品中的粘土矿物，然后对沉淀的松散颗粒采用稀盐酸浸泡以除去其中的碳酸盐物质，采用蒸馏水清洗、烘干。在显微镜下筛选出小于200目的石英颗粒以备进行扫描电镜观察，测试设备采用HITACHI S-3000N扫描电子显微镜及E-1010离子溅射仪。在实验前，为了确保观测颗粒为石英，需对颗粒进行能谱确认。

图4 断层泥石英表面形貌特征与年代对应关系图（Kanaori Y&Miyakoshi K,1981）

2.2 实验原理

石英是一种极稳定的矿物，其溶解速度相当低，抗风化能力极强，其风化溶解的数量级可与地质年代相比拟。断层活动使石英颗粒表面留下各种应力痕迹微形貌。当断层活动停止后，断层泥中的石英颗粒表面由于溶蚀而出现各种各样溶蚀微形貌（申俊峰等，2007）。利用扫描电子显微镜，对选取的断层泥样品中石英颗粒进行溶蚀微形貌观察和统计分析及应力痕迹微形貌观察，根据石英颗粒表面形貌特征，进行电镜扫描分析，典型的对比研究表明，石英的9种表面溶蚀结构形貌特征与地质年代（溶蚀经历时间）有如下对比关系：外观结构形态呈贝壳状者为全新世断层破裂产物；次贝壳状者为晚更新世以来形成；桔皮状外观为早至中更新世产物；鱼鳞状和苔藓状者形成于上新世至早更新世；钟乳状与虫蛀状外观形态年龄为上新世；锅穴状和珊瑚状外形地质年为中新世（申俊峰等，2007；Kanaori Y，1985a,1985b；张芹贵等，2019）（表1、图4）。据此，可以初步判断断层带中石英颗粒外形溶蚀形成时间，借以判断该断层的活动年代。

表1 石英颗粒表面形貌类型及特征

3 实验结果及讨论

对5组样品中的石英颗粒随机进行扫描，以满足形貌类型观察、统计及分析，测试结果采用直方图形式进行统计，并依据其特征进行综合分析研究。

断层泥（碎屑）石英形貌结构类型见表2，各样品石英形貌结构类型及分布统计直方图见图5。断层泥石英颗粒表面形貌结构以Ia（次贝壳状）和Ib类型（桔皮状）为主，Ⅱ类型为次，未见到I0和Ⅲ类型，表明断裂的最新活动期在早-晚更新世（Qp1-Qp3），与电子磁旋共振（ESR）测年结果（0.7±0.1Ma）基本吻合（四川省地矿局川西北地质队，2016）。

图5 石英形貌结构类型分布直方图

表2 断层泥石英形貌结构类型统计表

一般认为：石英颗粒表面的各种撞击锲入、直线状擦痕、放射状断口等代表粘滑运动；而弯曲擦痕、研磨坑和晶内微裂隙等代表蠕滑运动（申俊峰等，2007；张秉良，1996c）。5组样品石英形貌典型扫描电镜图片见图6，撞击坑、V型坑、三角坑及直线状擦痕等微形貌，说明断层曾经历以粘滑为主的快速运动；而阶步状刻痕、研磨坑等微形貌说明断层也曾经历过蠕滑滑动方式。在象征粘滑运动的撞击坑更多，坑面更新鲜，无溶蚀现象或溶蚀现象更弱，说明断层运动方式以粘滑为主，兼有蠕滑，且粘滑运动应更晚于蠕滑运动。个别样品（图6i）中可见两组近于垂直的滑动擦痕，表明该断层至少有过两次快速滑动。综上所述，从这5组样品石英微形貌观察发现：断层存在多期次运动，断层运动方式以粘滑为主，兼有蠕滑，且粘滑运动表现更晚。

4 结论

（1）在木里地区，理塘断裂带走向130°～160°，倾向北东，早期属韧性，晚期表现出张性左行走滑特征。

（2）断层泥石英微形貌特征以次贝壳状与桔皮状为主，表明断裂的最新活动期在早-晚更新世（Qp1-Qp3）。

（3）石英表面发育撞击坑、V型坑、三角坑、直线状擦痕、阶步状刻痕、研磨坑等微形貌，反映断层曾经历多期次运动，断层运动方式以粘滑为主，兼有蠕滑，且粘滑运动表现更晚。

a. 次贝壳状(Pm26-1-3)a. 桔皮状(Pm26-1-3) c. 次贝壳状(Pm26-7)d. 桔皮状(Pm26-7) e. 桔皮状(D8505)f. 次贝壳状(D8505) g. 桔皮状(D6729)h. 次贝壳状(D6729) i. 次贝壳状(D1980)j. 桔皮状(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

中国地质调查局区域地质矿产调查项目：四川1∶5万东朗乡等6幅区域地质矿产调查（1212011220384）

罗绍强（1985—），男，四川广元人，高级工程师，主要从事基础地质与构造地质研究