喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)周邊地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今運動特征與數(shù)值模擬研究

宋 鍵

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)周邊地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今運動特征與數(shù)值模擬研究

宋 鍵

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)（簡稱東構(gòu)造結(jié)）周圍地區(qū)是青藏高原構(gòu)造應(yīng)力作用和構(gòu)造變形最強的地區(qū)，也是地球上變化劇烈、構(gòu)造類型復(fù)雜、保存完整的地區(qū)。該地區(qū)匯集了喜馬拉雅、拉薩、羌塘、川滇地塊和印度板塊及主邊界斷裂、主中央斷裂、雅魯藏布江斷裂、嘉黎斷裂、怒江斷裂、墨脫斷裂、阿帕龍斷裂等，可以說東構(gòu)造結(jié)周圍地區(qū)是檢驗青藏高原晚新生代構(gòu)造變形機制不同理論和學(xué)說的關(guān)鍵地區(qū)之一。由于本區(qū)主要是由海拔4 000m以上高山和雅魯藏布江、怒江、瀾滄江和金沙江等構(gòu)成的高山峽谷地貌，工作環(huán)境惡劣，而且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等多種原因，在短時間內(nèi)很難利用單一手段確定其構(gòu)造變形的運動場和對不同構(gòu)造部位、不同性質(zhì)、不同活動方式的斷裂的現(xiàn)今運動進行定量研究。因此，本文主要采用了多種方法綜合分析來研究東構(gòu)造結(jié)周邊地區(qū)的構(gòu)造變形和主要斷裂的運動特征：通過野外地質(zhì)調(diào)查獲取研究區(qū)構(gòu)造地塊和邊界斷裂的幾何特征和活動性質(zhì)；通過高精度GPS觀測技術(shù)的應(yīng)用，在關(guān)鍵構(gòu)造部位加密觀測，獲取研究區(qū)現(xiàn)今地殼變形速度場和主要斷裂運動方式；通過地球物理探測資料的綜合研究，分析地殼介質(zhì)的物理參數(shù)和深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)；通過大型數(shù)值模擬分析，探討主要斷裂的運動特征和區(qū)域構(gòu)造變形的動力學(xué)機理。

1 研究方法

本文主要通過3種方法來研究本區(qū)的地殼變形速度場和主要斷裂的運動方式。

（1）傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)研究。野外實地調(diào)查是地質(zhì)研究中不可缺少的方法，可以直接反映主要斷裂帶在歷史時期的活動特征。通過對前人野外調(diào)查及GPS資料的分析，我們選擇性地對雅魯藏布江斷裂、嘉黎斷裂及怒江斷裂的關(guān)鍵構(gòu)造部位及前人研究工作存在分歧的地區(qū)進行了實地地質(zhì)調(diào)查。在調(diào)查過程中，重點對各主要斷裂晚第四紀(jì)以來運動的地質(zhì)剖面進行了研究，獲取了更多本區(qū)主要斷裂晚第四紀(jì)以來運動特征的地質(zhì)學(xué)證據(jù)。

（2）GPS觀測與分析。為了深入研究東構(gòu)造結(jié)及其周邊地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造變形特征，作者系統(tǒng)分析了研究區(qū)內(nèi)“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)工程”GPS站點多年觀測數(shù)據(jù)，并在原有GPS站點缺少的地區(qū)，與唐方頭老師等一起新建了12個GPS觀測點，現(xiàn)已進行了兩期觀測，獲得了最新觀測數(shù)據(jù)。本文采用跨斷層GPS速度剖面和斷層位錯模型對不同構(gòu)造部位主要斷裂的運動特征進行研究。前者是將斷層帶兩側(cè)的 GPS測點的速度矢量分解成垂直剖面的速度分量和平行剖面的速度分量，其中垂直剖面的速度分量反映斷裂帶的傾滑運動特征，平行剖面的速度分量則反映斷裂帶的走滑運動特征，斷裂帶兩側(cè)之間的差異運動代表其運動特征；后者是采用OKADA斷層位錯模型來對斷層的運動速率及特征進行反演。

（3）有限元數(shù)值模擬。有限元方法可以很好地對地質(zhì)過程進行恢復(fù)再現(xiàn)和活動預(yù)測，基于三維有限元分析方法，以主要斷裂為邊界，通過已有的地質(zhì)和地球物理資料對青藏高原不同區(qū)域巖石圈介質(zhì)參數(shù)進行反演，建立東構(gòu)造結(jié)地區(qū)的構(gòu)造變形模型，以“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)工程”和“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)工程”最新GPS觀測資料，及國家自然科學(xué)基金資助的“喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)周邊地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今運動的GPS觀測研究”項目所布設(shè)的GPS觀測點的最新觀測數(shù)據(jù)，作為邊界約束位移和運動速率檢驗參考對象，對本區(qū)主要斷裂的運動學(xué)特征進行模擬研究。

2 研究內(nèi)容及結(jié)果

（1）主要斷裂的晚第四紀(jì)運動特征。通過野外實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)雅魯藏布江斷裂自朗縣以東段活動明顯，多處出現(xiàn)斷裂錯斷了晚第四紀(jì)地層。嘉黎斷裂以東構(gòu)造結(jié)為界分為了3段；西北段（那曲—通麥）右旋走滑運動明顯，右旋走滑速率3.2～3.7mm／a；東構(gòu)造結(jié)地區(qū)（通麥段）為右旋走滑運動，相對嘉黎斷裂西北段來說弱些；嘉黎斷裂的東南段（通麥—察隅），嘉黎斷裂的運動性質(zhì)發(fā)生了改變，在嘎龍寺附近的冰磧壟被嘉黎斷裂左旋位錯，走滑速率為3.8mm／a左右。怒江斷裂在郭慶至田妥段，斷層主要表現(xiàn)為擠壓性質(zhì)，顯示晚第四紀(jì)以來活動不明顯；東南段晚第四紀(jì)以來活動明顯，多處可見斷層錯斷了晚第四紀(jì)以來的地層。金沙江斷裂西北段，地貌顯示斷裂影響了一系列沖溝水系的流向，造成沖溝水系左旋扭動，左旋運動明顯；中段，沒有發(fā)現(xiàn)錯斷晚第四紀(jì)堆積物和地貌面的地質(zhì)剖面，顯示晚第四紀(jì)以來活動不明顯；南段顯示金沙江斷裂晚第四紀(jì)以來影響了沖溝水系的發(fā)育，造成沖溝水系的右旋扭動，多處出現(xiàn)晚第四紀(jì)地層被錯斷現(xiàn)象。

（2）GPS觀測與分析。通過跨過斷層帶的GPS剖面及位錯模型研究，揭示了各斷裂的活動性質(zhì)和運動速率：①雅魯藏布江斷裂右旋走滑特征明顯，拉薩段右旋走滑速率2.4～3.9mm／a，擠壓速率1.3～4.7mm／a左右；林芝段右旋擠壓運動，其走滑速率為6.2～6.8mm／a，擠壓速率為0.6～6.0mm／a左右。②嘉黎斷裂西北那曲附近地區(qū)表現(xiàn)為右旋擠壓運動，走滑速率為4～5.8mm／a，擠壓速率約為4.6mm／a；通麥附近表現(xiàn)為弱右旋擠壓運動，走滑速率為1.3～2.0mm／a，擠壓速率約為2.5mm／a；東南察隅附近地區(qū)表現(xiàn)為左旋擠壓運動，其走滑速率為3.7～4.0mm／a，擠壓速率約為6.2mm／a。③怒江斷裂帶在西北那曲附近地區(qū)，主要表現(xiàn)為擠壓運動，擠壓速率為1.2～2.0mm／a；中段主要表現(xiàn)為右旋走滑運動，走滑速率約2.1mm／a；南段同樣主要表現(xiàn)為右旋走滑運動，走滑速率約3.2mm／a。走滑速率自北向南逐漸增大。④金沙江斷裂在青藏公路附近地區(qū)表現(xiàn)為左旋擠壓運動，走滑速率3.0～4.0mm／a，擠壓速率約3.5mm／a；昌都、江達、白玉附近地區(qū)主要表現(xiàn)為右旋擠壓運動，走滑速率3.4～4.3mm／a，擠壓速率約1.8～2.9mm／a；在巴塘、得榮附近地區(qū)主要表現(xiàn)為右旋擠壓運動，走滑速率約3.0～3.1mm／a，擠壓速率約0.4～2.0mm／a。

（3）有限元數(shù)值模擬結(jié)果。通過數(shù)值模擬研究取得以下幾點認(rèn)識：①東構(gòu)造結(jié)北側(cè)和東側(cè)地塊總體上圍繞構(gòu)造結(jié)發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)。右旋走滑的東南邊界斷裂不是嘉黎斷裂，可能是阿帕龍斷裂。②嘉黎斷裂不是整體右旋走滑斷層，其西北段和東構(gòu)造結(jié)頂端的通麥段為右旋擠壓性質(zhì)，東構(gòu)造結(jié)以東的東南段運動性質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由右旋走滑運動轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮呋\動；如果嘉黎斷裂東南支與實皆斷裂不相通，阿帕龍斷裂與實皆斷裂相連時，模擬結(jié)果與GPS觀測值有更好的擬合效果，這一結(jié)果間接地證明嘉黎斷裂與實皆斷裂目前可能是不相連的，至少不是簡單連通的；而阿帕龍斷裂和實皆斷裂可能是相連的。③東構(gòu)造結(jié)目前依然起著一定的作用，它與阿薩姆角共同影響著現(xiàn)今區(qū)域構(gòu)造變形，許多斷裂活動轉(zhuǎn)換和重要構(gòu)造事件都發(fā)生在它們之間或很近的區(qū)域。雅魯藏布江斷裂、怒江斷裂、嘉黎斷裂運動速率的變化、活動性質(zhì)的轉(zhuǎn)變和嘉黎斷裂在阿薩姆角附近延伸終止，阿帕龍斷裂活動強烈，并發(fā)生了1950年察隅8.6級地震，這些都可能與東構(gòu)造結(jié)和阿薩姆角的共同作用有關(guān)。

3 主要結(jié)論

通過綜合分析研究，主要取得如下幾點初步認(rèn)識：

（1）雅魯藏布江斷裂晚第四紀(jì)以來右旋走滑運動明顯，自西向東活動性增強。拉薩段右旋走滑速率2.4～3.9mm／a，林芝段右旋走滑速率6.2～6.8mm／a。

（2）嘉黎斷裂不是整體右旋走滑斷層，其在不同的構(gòu)造部位運動性質(zhì)和速率具有分段差異特征，大致以東構(gòu)造結(jié)為界分為3段：東構(gòu)造結(jié)以西為嘉黎斷裂西北段；東構(gòu)造結(jié)頂端通麥段為嘉黎斷裂中段；東構(gòu)造結(jié)東南部分為嘉黎斷裂的東南段。其西北段為右旋擠壓運動，走滑速率3.2～5.8mm／a；中段弱右旋擠壓運動，走滑速率1.3～2.0mm／a；東南段為左旋擠壓運動，走滑速率3.7～4.0mm／a。

（3）怒江斷裂在不同的構(gòu)造部位其晚第四紀(jì)以來活動性是不同的。西北段以擠壓運動為主；中段，地質(zhì)結(jié)果表明晚第四紀(jì)以來活動不明顯，GPS結(jié)果顯示右旋走滑速率約2mm／a；南段晚第四紀(jì)以來活動相對明顯，在多處出現(xiàn)的斷層剖面可見斷層錯斷了晚第四紀(jì)以來的地層，右旋走滑速率2.3～3.2mm／a。

（4）金沙江斷裂在不同的構(gòu)造部位其晚第四紀(jì)以來運動性質(zhì)不同。西北段，斷裂影響了一系列沖溝水系的流向，造成沖溝水系左旋扭動，左旋運動明顯，左旋走滑速率約3.0～4.0mm／a；中段，地質(zhì)結(jié)果顯示晚第四紀(jì)以來活動不明顯，GPS結(jié)果顯示為右旋走滑，走滑速率3.4～4.3mm／a；南段斷裂晚第四紀(jì)以來影響了沖溝水系的發(fā)育，造成沖溝水系的右旋扭動，右旋運動明顯，速率約3mm／a。

（5）東構(gòu)造結(jié)北側(cè)和東側(cè)地塊總體上圍繞構(gòu)造結(jié)發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)，右旋走滑的東南邊界斷裂不是嘉黎斷裂，而可能是阿帕龍斷裂；

（6）數(shù)值模擬結(jié)果表明，嘉黎斷裂與實皆斷裂目前可能是不相連的，至少不是簡單連通的；阿帕龍斷裂和實皆斷裂可能是相連的；

（7）東構(gòu)造結(jié)目前依然起著一定的作用，它與阿薩姆角共同影響著現(xiàn)今區(qū)域構(gòu)造變形，許多斷裂活動轉(zhuǎn)換和重要構(gòu)造事件都發(fā)生在它們之間或很近的區(qū)域。

（作者電子信箱，宋鍵：songjian04＠163.com）

P315.2；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.09.010

喜馬拉雅；東構(gòu)造結(jié)；嘉黎斷裂；有限元數(shù)值模擬；GPS觀測