Genetic analysis of typical strike-slip faults and related basins in China

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.8.6

Abstract

Abstract:

Strike-slip faults and strike-slip pull-apart basins are widely distributed in China. At present, few researches are concerned with the large variety patterns of strike-slip faults related to the different rheological structures of the lithosphere. There is no doubt that the lithosphere is the subject of the tectonic movement driven by regional stress field, hence, the stress field determines the way of movement, such as strike-slipping, stretching etc., whilst the nature of a lithosphere determines the movement scale and its specific form. Study of the large quantity and variety forms of strike-slip faults and basins show: many small strike-slip faults are distributed widely in the ancient craton, e.g., the strike-slip fault systems of Paleozoic strata in the Tarim Basin; a “destroyed craton” develops multiple strike-slip fault belts, e.g., the Tan-Lu fault belt, Lanliao-Yanshan fault belt and the eastern piedmont fault zone of Taihang Mountain in the eastern part of the North China Craton, and it can couple with the regional extensional stress field to form an echelon grabens (like the Bohai Bay Basin); large strike-slip faults (such as the northeastern segment of the Tan-Lu fault) develop on the relatively weak Paleozoic lithosphere, and its related independent strike-slip pull-apart basins. In the Meso-Cenozoic orogenic belt with poor consolidation, a linear large strike-slip fault is often formed, e.g., the Altyn and Haiyuan faults. Based on the strike-slip stress field and the strength and rheological characteristics of the lithosphere, we establish the coupling mechanism between the lower ductile-layer and the top brittle-layer of lithosphere properties. On this basis, the formation and evolutionary models of strike-slip faults with different lithosphere properties are established to better explain the genetic mechanisms of typical strike-slip faults and related basins developed in China.

Key words: strike-slip fault, strike-slip basin, pull-apart basin, lithosphere property, lithosphere strength, brittle layer, ductile layer, ductile deformation

CLC Number:

P541
P542

FENG Zhiqiang, LI Meng, GUO Yuanling, LIU Guangxiang. Genetic analysis of typical strike-slip faults and related basins in China[J]. Earth Science Frontiers, 2022, 29(6): 206-223.

Figures/Tables 18

Fig.1 (a) Sketch map showing the tectonic geological units of East and Central Asia (adapted from [6]), and (b) distribution map of plate basement types and typical strike-slip faults in China (modified after [7])

Fig.2 Plane distribution characteristics of the northeastern segment of the Tan-Lu fault and fault pattern of each related basin. Adapted from [44].

Fig.3 Distribution map of strike-slip fault systems and related basins in northern China

Fig.4 Geometric structural model of the Tan-Lu fault, Bohai Sea area. Adapted from [49].

Fig.5 Typical geological section of the Hefei Basin. Adapted from [73].

Fig.6 Structural sketch of the northern Qinghai-Tibet Plateau. Modified after [90].

Fig.7 Tectonic profile across the southeastern Tarim Basin, Altyn fault system and northern Tibetan Plateau. Modified after [92].

Fig.8 The Haiyuan fault and related pull-apart basins. Adapted from [23].

Fig.9 Evolution of left-order arrangement and left-lateral strike-slip fault group. Adapted from [99].

Fig.10 (a) Distribution of lower Paleozoic faults in the Tarim Basin, and (b) typical seismic interpretation section of strike-slip faults in the Shuntuoguole low uplift. Adapted from [10].

Fig.11 Plane segmentation styles of strike-slip fault zones of the Shunbei area (uppermost Middle Ordovician). Adapted from [107].

Fig.12 (a) Planar distribution of strike-slip faults in the central Sichuan Basin, and (b) seismic interpretation section of strike-slip faults. Adapted from [34].

Fig.13 Seismic profile across well Binshen 1, Ordos Basin

Fig.14 Distribution map of Cretaceous strike-slip faults in the Songliao Basin

Table 1 Lithosphere types in typical large strike-slip faults and their corresponding characteristic parameters

类型	克拉通			破坏克拉通		古生代基底地块	古生代以来造山带
构造单元	塔里木盆地	四川盆地	鄂尔多斯盆地	渤海湾盆地	山西地堑系	佳木斯地块	阿尔金造山带	海原断裂带
岩石圈类型	克拉通	克拉通	克拉通	破坏克拉通	破坏克拉通	古生代基底地块	造山带	造山带
基底岩性	太古宙、早元古代基底	早元古代、晚元古代基底	太古宙、早元古代基底	太古宙基底	早元古代基底	晚古生代	晚古生代	中生代
地壳厚度/km	40~50^[2]	40~44^[2]	40~48^[2]	28~34^[2]	35~40^[2]	39^[126]	50~60^[2]	40~45^[2]
岩石圈厚度/km	200~250^[114]	200~240^[115]	>200^[116]	100~120^[116]	130~150^[116]	75~80^[126]	150~200^[2]	150~180^[2]
岩石圈有效弹性厚度/km	66±7^[114]	50~80^[117]	80±20^[118]	35±10^[122]	40±10^[122]	15~20^[128]	25~35^[129]	25~35^[129]
岩石圈强度/ (N·m^-1)	1.6×10¹³~ 7.8×10^13[119]	2.49×10^13[119]	1×10¹³~ 2.5×10^13[116]	3×10¹²~ 15×10^12[116]	8×10^12[116]	7.4×10^12[127]	<2×10^12[120]	约2×10^12[120]
幔-壳强度比 (Sm/Sc)	>1^[120]	>1^[120]	>1^[116]	0.3~0.6^[116]	0.5~1^[116]	<0.3^[120]	<0.3^[120]	<0.3^[120]
莫霍面温度/℃	495~545^[114]	<600^[120]	<600^[116]	650~800^[123]	<600^[116]	>700^[123]	>750^[120]	700~800^[116]

Fig.15 (a) Large strike-slip faults and related basin characteristics under different lithosphere types,and rheological profiles for the lithosphere beneath the (b) Tarim Basin (adapted from [119]), (c) Bohai Bay Basin (adapted from [116]), (d) northern Liaoning area and southern Songliao Basin (adapted from [130]) and (e) Tianshan Orogenic Belt (adapted from [119]).

Fig.16 Cross-sections of the Weiyuanbao-Yehe shear zones. Adapted from [131].

Fig.17 Tectonic system of the Late-Jurassic Cathaysia block (provided by ZHU Guang)

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