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        德欽—中甸—大具斷裂晚第四紀活動的地質(zhì)與地貌表現(xiàn)*

        2014-07-05 10:12:46常祖峰張艷鳳李鑒林
        地震研究 2014年1期
        關(guān)鍵詞:德欽中甸哈巴

        常祖峰,張艷鳳,李鑒林,臧 陽

        (1.云南省地震局,云南昆明650224;2.云南大學(xué),云南昆明650091)

        0 引言

        德欽—中甸—大具斷裂位于青藏高原東南隅橫斷山脈的三江地區(qū),處于川滇菱形塊體的西北邊界,走向北西,橫切近南北向的金沙江斷裂帶。

        青藏高原自形成以來始終受到近南北向的擠壓作用,表現(xiàn)為向北推移、縮短加厚和向東擠出三種主要的運動形式。已有研究表明,青藏高原向東擠出導(dǎo)致了川滇菱形塊體的形成和南東方向逃逸(馬宗晉等,2001)。川滇菱形塊體的東北邊界是鮮水河—小江斷裂帶,西南邊界是紅河斷裂帶,西北邊界是金沙江斷裂帶(李坪,汪良謀,1975)。鮮水河—小江斷裂帶以左旋走滑為特征,滑動速率可達10~15 mm/a(Allen et al,1989;聞學(xué)澤,1990)。紅河斷裂帶是一條右旋走滑斷裂,其晚第四紀滑動速率可達7~8 mm/a(虢順民等,2001;陳文寄等,1996;向宏發(fā)等,2004;Leloup etal, 1995, 1993;Tapponnieretal,1990)。金沙江斷裂曾是一條多期活動的縫合線構(gòu)造,具有明顯的擠壓性質(zhì)(許志琴等,1992),因受到青藏高原向東擠出運動的影響,又表現(xiàn)出明顯的走滑運動,但在上新世期間(4.7 Ma)其位移性質(zhì)發(fā)生了從早期的左旋運動變?yōu)橛倚\動的轉(zhuǎn)變(許志琴,崔軍文,1997),斷裂北段的第四紀右旋走滑速率為5 mm/a(唐榮昌,韓渭濱,1993)。上述研究更多地注重了歷史上發(fā)生過大震的邊界斷裂的活動特征,從大的區(qū)域構(gòu)造格局探討了斷裂帶的演化歷史和構(gòu)造變形機制,但對同樣位于西北邊界附近的德欽—中甸—大具斷裂的研究較少,關(guān)于該斷裂的運動性質(zhì)也存在著左旋和右旋的爭議。沈軍等(2001)曾分析研究了該斷裂的第四紀右旋走滑運動特征和滑動速率,但缺乏更多直接的測年數(shù)據(jù)。本文根據(jù)野外地質(zhì)、地貌和第四紀盆地等調(diào)查結(jié)果,重點分析研究該斷裂晚第四紀活動的地質(zhì)和地貌證據(jù),結(jié)合年代學(xué)測年數(shù)據(jù),估算其滑動速率,進而探討其在區(qū)域構(gòu)造運動中的地位和作用。

        1 地質(zhì)背景

        德欽—中甸—大具斷裂北西起于德欽以西的熱水塘一帶,向東經(jīng)由德欽、奔子欄、尼西、中甸、哈巴—玉龍雪山北麓,止于大東一帶,長約220 km,總體走向310°~330°,主體傾向北東,局部傾向南西(圖1)。斷裂附近發(fā)生過1966年小中甸6.4級地震和2013年奔子欄5.9級地震等多次中強地震。

        斷裂所處的大地構(gòu)造部位為松潘—甘孜褶皺帶。該地槽褶皺帶古生代為穩(wěn)定的地臺型沉積環(huán)境,晚二疊世至三疊紀表現(xiàn)為強烈坳陷,以優(yōu)地槽型沉積建造為主,并伴隨發(fā)生強烈基性火山噴發(fā)活動。晚三疊世全面褶皺回返,轉(zhuǎn)化為印支褶皺系。喜馬拉雅運動主要表現(xiàn)為擠壓褶皺和隆起。本區(qū)新構(gòu)造運動強烈,主要表現(xiàn)為強烈的升降運動和塊斷運動。區(qū)域內(nèi)平均海拔在4 000 m以上,由近南北走向的高山、高原組成,為整體抬升背景下差異運動強烈的地區(qū),如哈巴雪山海拔5 396 m,玉龍雪山海拔5 596 m,巴拉格宗雪山海拔5 545 m,而金沙江海拔僅1 800 m左右,垂直高差達3 500 m以上,沿金沙江發(fā)育而成深切峽谷,形成虎跳峽等著名高山峽谷地貌。

        斷裂西北與瀾滄江斷裂帶相接,東南毗鄰麗江—小金河斷裂和麗江—大具斷裂,中段與金沙江斷裂、格咱—鄉(xiāng)城斷裂等相交。斷裂形成于加里東期之后經(jīng)歷多次構(gòu)造運動。從該地區(qū)斷裂交切關(guān)系判斷,在新構(gòu)造運動時期前,斷裂表現(xiàn)為明顯的左旋走滑運動形跡,切錯了金沙江斷裂、格咱—鄉(xiāng)城等若干南北向斷裂和地層界線,而新構(gòu)造活動特征顯示,斷裂表現(xiàn)出明顯的右旋走滑兼張性正斷性質(zhì)。該斷裂是川滇菱形塊體西北邊緣的一條重要的NW向走滑斷裂,起著調(diào)節(jié)高原物質(zhì)向南東運動的作用。

        2 斷裂晚第四紀活動的地質(zhì)、地貌證據(jù)

        2.1 斷裂對第四紀盆地的控制

        德欽—中甸—大具斷裂位于高山地區(qū),第四系發(fā)育零星,但沿斷裂仍發(fā)育有串珠狀的第四紀盆地,斷裂控制著奔子欄、中甸、哈巴、大具等第四紀盆地的邊界(圖1)。根據(jù)古學(xué)幅1∶20萬地質(zhì)圖和野外第四紀調(diào)查結(jié)果,斷裂控制了拱卡西中更新世地層的發(fā)育(圖2),并將拱卡東中更新世地層右旋位錯80 m。三家村西斷裂將金沙江支流右旋位錯1 200 m,同時將第四紀盆地中的中更新世地層右旋位錯400 m。頁卡盆地為上新世以來沿斷裂形成的晚新生代斷陷盆地,上新世以來的地層呈長條狀沿斷裂走向分布,嚴格受制于斷裂展布,中更新世地層被斷層右旋位錯約530 m。

        圖1 德欽—中甸—大具斷裂及鄰區(qū)地震構(gòu)造圖Fig.1 Seismotectontic map of the Deqin-Zhongdian-Daju Fault and its adjcant area

        圖2 奔子欄—尼西段斷裂與盆地分布圖Fig.2 Geometry of fault and basins from Benzilan to Nixi

        2.2 第四系斷錯剖面

        2.2.1 通對水北西3 km斷層剖面

        通對水北西3 km斷層剖面圖顯示(圖3),有2條斷層發(fā)育于二疊紀火山角礫巖和安山巖中,產(chǎn)狀分別為330°/SW∠83°和330°/NE∠80°,上部為上更新統(tǒng)灰綠色松散狀洪積相含礫粘土、灰綠色粘土以及全新統(tǒng)灰黃色松散坡積層,斷層斷錯了上部上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)地層,表明斷層在晚更新世至全新世有過活動。

        圖3 通對水北西3 km斷層剖面圖Fig.3 Cross section of the fault in 3 km from northwest of Tongduishui

        2.2.2 奔子欄金沙江Ⅱ級階地斷層剖面

        在奔子欄金沙江Ⅱ級階地上發(fā)育有第四紀斷層(圖4)。剖面上可見5條斷層發(fā)育,F(xiàn)1~F5產(chǎn)狀分別為 10°/SE∠54°、325°/SW∠66°、350°/NE∠58°、310°/SW∠71°和 310°/SW∠76°,斷錯了Ⅱ級階地礫石和中細砂層,砂層熱釋光年齡為(21.10±3.20)kaB.P.,為晚更新世晚期堆積。F3和F4表現(xiàn)為明顯的正斷層性質(zhì),錯距分別為0.6 m和0.25 m。

        圖4 奔子欄加油站斷層剖面圖Fig.4 Cross section of the fault at Gas station near Benzilan

        2.2.3 中甸盆地東南緣斷層剖面

        在中甸盆地東南邊緣見斷層發(fā)育于三疊紀灰?guī)r之中,斷層上部全新統(tǒng)坡積層與灰?guī)r呈正斷層接觸,斷層面清晰,有新鮮的斜向擦痕和斷層泥發(fā)育,坡積層中灰黑色炭粒經(jīng)14C測年,形成年齡為(1930±30)aB.P.,屬于全新世堆積,表明在全新世斷層有過活動。

        2.2.4 永殼村附近斷層剖面

        在大具盆地西部的永殼村附近發(fā)育多個斷層剖面。圖6為永殼村東南500 m第四紀斷層剖面,斷層上盤為中更新統(tǒng)含礫石砂層,下盤為上更新統(tǒng)含砂礫石層(含貝殼),貝殼14C年齡為(25 620±110)aB.P.,屬晚更新世堆積,表明斷裂在晚更新世晚期曾有明顯活動。

        圖5 中甸盆地東南緣第四紀斷層剖面Fig.5 Cross section of the Quaternary fault at southeast margin of Zhongdian basin

        圖6 永殼村南東500 m斷層剖面Fig.6 Cross section of the fault in 500 m from southeast of Yongqiao Village

        永殼村南1 000 m剖面上發(fā)育多條斷層,斷錯了金沙江Ⅲ級階地沉積,下部為中更新統(tǒng)河流相堆積,上部為全新統(tǒng)湖相粘土層和現(xiàn)代壤土層,斷層斷錯了下部河流相堆積和上部湖相粘土層,但頂部壤土層未斷錯。湖相粘土層中采集的炭粒經(jīng)美國 Beta試驗室14C測試,年齡為(7 040±40)aB.P.,屬于全新世。下部中更新統(tǒng)粘土位錯1.2 m左右,表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)(圖7)。

        2.3 斷錯地貌與晚第四紀活動性質(zhì)

        圖7 永殼村南1000 m斷層剖面Fig.7 Cross section of the fault in 1 000 m from south of Yongqiao Village

        在地貌上,斷裂新活動特征顯著。沿斷裂表現(xiàn)為定向排列的斷層三角面,單薄的線性山脊,平直的斷層槽地等。在斷裂沿線恩努、湯堆(圖8a)、哈巴村、白芒雪山埡口等地,表現(xiàn)為平直的斷層槽地;共比村附近發(fā)育一系列定向排列的三角面(圖8b);書松北西線性山脊發(fā)育。

        在奔子欄—拱卡一帶,斷裂將多個第四紀盆地位錯80~530 m(圖2),充分說明了斷裂的右旋走滑特征。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),拱卡一帶有多條沖溝右旋位錯10~20 m(圖8c),哈巴村附近金沙江支流被斷層右旋位錯約(440±20)m(圖8d),大具盆地金沙江被右旋斷錯(100±5)m。哈巴雪山北麓恩努村一帶發(fā)育有多個冰水扇(圖9),扇體下部物質(zhì)主要為棱角狀、次棱角狀礫石和亞粘土組成,膠結(jié)緊密(俗稱“類混凝土”),上部為現(xiàn)代洪積層覆蓋。這些冰水扇上發(fā)育有高14~18 m、連通性很好的斷層陡崖,同時沿斷層走向多個冰水扇被右旋位錯200~230 m。這些冰水扇位于金沙江Ⅳ級階地以上,從地貌部位和組成物質(zhì)膠結(jié)程度分析,其堆積時代與Ⅴ級階地形成年代相當,估計為中更新世。

        此外,據(jù)中甸盆地東南緣、尼西、奔子欄等地野外調(diào)查結(jié)果,斷層面上新鮮的擦痕側(cè)伏角50°左右,大多表現(xiàn)為正—傾滑運動性質(zhì)。結(jié)合第四紀斷層露頭剖面的正斷特征,認為該斷裂右旋走滑為主兼有正斷分量。1966年小中甸6.4級地震(宏觀震中位于哈巴村北告灣一帶)和2013年奔子欄5.9級地震的震源機制解也顯示該斷裂具有走滑兼正斷性質(zhì)。

        圖8 斷層地貌(a)拱卡村沖溝位錯;(b)哈巴村水系位錯;(c)共比村定向排列的三角面;(d)湯堆附近斷層槽地Fig.8 The fault landforms along the fault zone(a)gully dislocation of Gongka Village;(b)river dislocation of Haba Village;(c)fault facet in direction aggangement of Gongbi Village;(d)fault trongh nearby Tangdui

        圖9 恩努村冰水扇右旋位錯Fig.9 The dextral dislocation of aqueoglacial fans along the fault at Ennu Village

        哈巴盆地金沙江二級支流階地有明顯的位錯跡象(圖10),其中,Ⅰ級階地水平位錯不甚明顯,Ⅱ級階地水平位錯10 m,垂直位錯3.5 m;Ⅲ級階地水平位錯15 m,垂直位錯約5 m。Ⅱ級階地上部1 m左右采集到14C樣品,Beta試驗室測試結(jié)果為(4 850±60)aB.P.,此年齡為階地面形成年齡,據(jù)此估計階地形成年齡為5 000~6 000 aB.P.。依據(jù)階地形成年齡和位錯量估算,全新世以來斷裂的水平右旋滑動速率為1.7~2.0 mm/a,垂直滑動速率為0.6~0.7 mm/a。

        圖10 哈巴村小河階地右旋位錯Fig.10 The dextral dislocation of riverterrace at Haba Village

        3 討論

        對比區(qū)域新構(gòu)造運動歷史、斷裂與新生代盆地之間的關(guān)系,德欽—中甸—大具斷裂的新構(gòu)造活動經(jīng)歷了3個階段:

        (1)上新世,整個滇西北地區(qū)爆發(fā)了一幕塊斷運動(趙國光,1965),以差異斷陷運動為主要特征。上新世期間,德欽—中甸—大具斷裂活動強烈,對頁卡等上新世地層有著明顯的控制作用,沿斷裂形成了晚新生代盆地。

        (2)中更新世早期,新的一輪以水平運動為主的構(gòu)造運動開始,大型走滑斷裂基本形成,新的與走滑運動伴生的盆地開始重新活動(沈軍等,2001)。德欽—中甸—大具斷裂在供卡、三家村等地多處斷錯了第四紀盆地的中更新世地層,水平位錯量達數(shù)百米。此外,在尼西一帶斷裂附近中更新世地層發(fā)生強烈褶曲,翼部傾角最大約50°。這些現(xiàn)象充分表明斷裂在此期間活動強烈。根據(jù)盆地組成物質(zhì)形成時代推測,大具盆地也是在此活動期形成。

        (3)晚更新世末期至全新世期間,隨著晚更新世晚期最后一次冰期結(jié)束(大理冰期,距今1.8~2.0萬年)(李鼎容等,2012),全新世進入了冰后期時代,由于釋壓效應(yīng)使得地殼升降運動加劇。在青藏高原東西向伸展和地殼上升、重力勢能增強的雙重作用下,該地區(qū)地殼上部的垂直應(yīng)力增加,斷裂在右旋走滑運動的同時,表現(xiàn)出較強的張性運動性質(zhì)。

        在哈巴山、玉龍山地區(qū)以及青藏高原東部邊緣,如2012年6月24日寧蒗—鹽源5.7級地震、2013年8月31日奔子欄5.9級地震、1966年9月28日小中甸6.4級地震等,均表現(xiàn)出正斷型或走滑正斷型破裂性質(zhì),這些正斷層型破裂地震與該地區(qū)地殼持續(xù)隆升不無關(guān)系,反映出該地區(qū)上地殼破裂地震形成的動力學(xué)背景。

        4 結(jié)論

        德欽—中甸—大具斷裂北西起于德欽以西的熱水塘一帶,向東經(jīng)由德欽、奔子欄、尼西、中甸、哈巴—玉龍雪山北麓,止于大東一帶,長約220 km,總體走向310°~330°。斷裂控制發(fā)育第四紀盆地串珠狀發(fā)育,斷錯地貌清晰,多處見直接斷錯晚更新世至全新世地層,屬晚更新世以來活動斷裂,具明顯的右旋走滑兼正斷性質(zhì)。根據(jù)階地形成年齡和位錯量推算,全新世以來斷裂的水平右旋滑動速率為1.7~2.0 mm/a,垂直滑動速率為0.6~0.7 mm/a。

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