斜交汇聚边缘中块体旋转与转换旋转盆地发育机制:来自台湾纵谷的启示

《Journal of Structural Geology》:Mechanisms of block rotation and transrotational basin development in oblique convergent margins: Insights from the Longitudinal Valley, Taiwan

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Journal of Structural Geology 3.0

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  尽管走滑断层作为主要发震构造的作用已被确立,但活跃汇聚造山带内局部化张扭性(transtensional)盆地的力学演化仍是构造地质学的基本难题。台湾的斜向板块边界为研究主导挤压背景下局部伸展如何被调节提供了理想场所。研究人员通过整合2018至2022年间的4

  
尽管走滑断层作为主要发震构造的作用已被确立,但活跃汇聚造山带内局部化张扭性(transtensional)盆地的力学演化仍是构造地质学的基本难题。台湾的斜向板块边界为研究主导挤压背景下局部伸展如何被调节提供了理想场所。研究人员通过整合2018至2022年间的4条地震剖面、33个钻孔记录与5次水准测量,重建了由扫埔(Saoba)断层与玉里(Yuli)北段断层组成的主要断层分支系统的三维架构。分析表明,先存基底-盖层不整合作为机械界面,促进断层尖端沿岩性不连续面迁移。研究人员识别出一种由继承地壳块体顺时针旋转驱动的转换旋转(transrotational)盆地,而非简单断层迹几何所致。该过程揭示了一条机械路径:次生张扭性伸展通过构造继承性而与区域缩短解耦。这些发现为解读全球斜向板块边界处的块体旋转与拆离控断层作用提供了通用框架。
论文解读:《Journal of Structural Geology》刊载的台湾纵谷块体旋转与转换旋转盆地研究
研究背景方面,走滑断层系统常伴生张扭性(transtensional)或压扭性次生构造,其中张扭性盆地多被认为受主走滑带弯曲或阶区控制。台湾位于欧亚板块与菲律宾海板块斜向边界,纵谷(Longitudinal Valley,LV)是狭窄的板块缝合带与活动碰撞盆地。其西缘1至2千米浅地表次级断层架构和应变分配长期存在争议:玉里北段断层与扫埔(Saoba)断层曾被归入中央山脉断层(Central Range Fault,CRF)、纵谷断层(Longitudinal Valley Fault,LVF)或独立系统,导致斜向汇聚边界应变调节模型根本不同。瑞穗(Rueyshui)盆地西缘持续沉降、2022年长滨(Changbin)地震后红叶溪上下游升降反常,都说明浅部结构-地貌耦合未明,亟需用地下数据重构。
研究人员开展的研究为:整合已发表与新获地质-地貌关系、三条浅层反射地震剖面、33个武河(Wuhe)台地工程钻孔与玉里二号钻孔、2018至2022年瑞穗水准线数据,修正纵谷中段主要活动断层位置与几何,提出构造运动学模型。结论为:玉里北段与扫埔断层属LVF系统,扫埔断层沿基底-盖层不整合作拆离(décollement);武河台地顺时针旋转引发瑞穗盆地沉降,代表转换旋转(transrotational)构造体制;该模式说明先存岩性反差与不整合可让浅部张扭变形从深部挤压缩短中解耦。意义在于为斜向汇聚边缘的走滑-块体旋转-盆地发育关系提供非经典拉分(pull-apart)的新端元。
关键技术方法上,研究人员使用瑞穗水准线2018年10月至2022年4月高精度重复水准数据约束垂向同震变形;利用33个武河台地工程钻孔与402米玉里二号岩心刻画浅部变质基底与盖层分布;采集并处理D1、D2、D3三条反射地震剖面,其中D1、D2为东西向、D3为北东-南西向,用共中点(CMP)观测与叠前叠后时间偏移成像;另用已发表04P-YLI-RS04剖面作横向对比。样本方面,钻孔来自武河台地与瑞穗盆地工程地质数据库,无培养或质粒类操作。
研究结果如下。
4.1 水准观测与2022年事件垂向变形:通过2018至2022年水准点位移,研究人员发现震前年变量毫米级,2022年长滨地震在GA34至GA32间出现明显隆起梯度,扫埔段GA28至GA27跨断层差5.78毫米,说明LVF西缘活动分段强、震间-同震运动学反转。
4.2 钻孔观测与浅部基底分布:4.2.1 扫埔断层迹浅部约束:用6米内遇变质岩作阈值,结合BH-6、BH-69a–c等孔剪切带,将扫埔断层迹西移500至1000米,确认其界定武河台地西界。4.2.2 玉里二号钻孔描述:0至186米以砾岩夹砂泥岩、产状40至60度为主;186至400米以粉砂岩、泥岩与两层砾岩为主,见顺层与反向共轭剪带,指示强烈变形。
4.3 浅层地震反射结果:4.3.1 D1与玉里二号:玉里断层陡东倾,上盘东倾平行反射、下盘开阔向斜、更西为宽向斜-背斜组合。4.3.2 D2解释:玉里断层约1.2千米处低幅紊乱反射,东为凹陷向下反射(背斜)、西近水平,与武河台地西北缘野外一致。4.3.3 D3解释:北东-南西向剖面在CDP 574见正断层切穿不整合,上盘向东北生长地层加厚,记录同沉积伸展。4.3.4 剖面总体:中北段以挤压缩短为主,西南段D3保存正断层与生长地层,构成三维压缩-伸展并存框架。
讨论部分总结:玉里北段归LVF而非CRF,扫埔为西冲分支并沿不整合拆离,是LVF一级组分;武河台地顺时针旋转使块体边界产生NW–SE向正断层,符合左行走滑标准应变椭圆;瑞穗盆地无主走滑释放弯,却因台地旋转与扫埔拆离持续沉降,属块体旋转控盆地端元;基底-盖层不整合作为弱面让浅部张扭与深部缩短解耦,说明年轻造山带中岩性继承与拆离架构可形成被低估的转换旋转盆地。
结论部分翻译:研究证明玉里北段与扫埔断层是纵谷断层(LVF)系统的组成部分,扫埔断层作为不整合面上的拆离(décollement)发挥作用。通过整合地层与大地测量数据,研究人员证明武河台地的旋转控制了局部变形并诱发瑞穗盆地沉降,是转换旋转(transrotational)构造作用的实例。该认识促使重新检视台湾东部纵谷内断层相互作用、应变分布与区域应力场变化,及其与先存构造控制和运动学演化的联系。因而,该框架为理解全球汇聚板块边界处类似断层系统提供了有价值基础。
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