南汀河斷裂帶構(gòu)造地貌研究

石 峰

（中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029）

青藏高原是世界上面積最大、最年輕、最活動(dòng)的高原，高原范圍內(nèi)發(fā)育的大量延伸規(guī)模達(dá)數(shù)百千米乃至上千千米的大型走滑斷裂帶是青藏高原活動(dòng)構(gòu)造最顯著的特征之一。這些大型走滑斷裂帶都是距今60～50Ma以來(lái)印度板塊和歐亞板塊碰撞及后期印度板塊向歐亞板塊推擠作用的結(jié)果，它們對(duì)于調(diào)節(jié)兩大板塊碰撞后陸內(nèi)構(gòu)造變形起著非常重要的作用。眾多研究者已經(jīng)或正在對(duì)這些大型走滑斷裂從構(gòu)造、地貌、年代、地球物理等方面進(jìn)行研究，取得了豐碩成果，并提出了青藏高原的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。無(wú)論是最初的滑移線場(chǎng)理論模型、塊體模型還是后來(lái)的下地殼流模型和微塊體模型，都能比較好地揭示這些大型走滑斷裂帶和其他塊體邊界斷裂帶。但是前人的研究都集中在這些塊體邊界斷裂帶，對(duì)塊體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)關(guān)注較少，各種模型也很少涉及到塊體內(nèi)的斷層。

以紅河斷裂帶為界，青藏高原東南緣分為2個(gè)塊體：川滇菱形塊體和滇西南塊體。滇西南塊體內(nèi)部發(fā)育2組主要的活動(dòng)斷裂帶，一組為北東向的弧形左旋斷裂，包括了主要的瑞麗—龍陵斷裂、南汀河斷裂帶、孟連斷裂和打洛斷裂，它們表現(xiàn)為以喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)為圓心的等間距同心圓弧，大約間距150km；另一組為北西—北北西向右旋斷裂，它們與北東向的弧形斷裂垂直相交，包括了主要的臨滄斷裂和漢母壩斷裂。這2組斷裂帶都是強(qiáng)震發(fā)震構(gòu)造，地震活動(dòng)強(qiáng)，地貌上將紅河斷裂帶和石階斷裂帶之間的滇西南塊體刻畫(huà)成向南的擴(kuò)展扇，與GPS數(shù)據(jù)限定了地表的速度場(chǎng)所展示的活動(dòng)方式基本一致。根據(jù)GPS和地震數(shù)據(jù)、宏觀地貌幾何結(jié)構(gòu)，我們很好地把握了滇西南塊體現(xiàn)代整體的運(yùn)動(dòng)方式，但是僅僅根據(jù)塊體內(nèi)部有限的斷層研究資料，我們難以獲得對(duì)該塊體內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，以及構(gòu)造演化與地震活動(dòng)的合理認(rèn)識(shí)。

基于此，本論文選取北東向弧形構(gòu)造體系中規(guī)模最大、特征最明顯的南汀河斷裂帶作為目標(biāo)斷層，以該目標(biāo)斷層及其周邊區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)研究區(qū)，開(kāi)展定量和數(shù)值構(gòu)造地貌研究，并試圖以南汀河斷裂帶為切入點(diǎn)，分析北東向弧形斷裂體系的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和動(dòng)力學(xué)機(jī)制，及其在青藏高原構(gòu)造變形演化過(guò)程中的作用和意義。

對(duì)于南汀河斷裂帶的研究，早期主要是為了瀾滄江漫灣水電站工程地震地質(zhì)研究的需要。云南省地震局于1981年做了一些工作，得出了如下結(jié)論：南汀河斷裂帶是滇西南地區(qū)北東向現(xiàn)代最為活動(dòng)的斷裂帶，其北東段切臨滄—勐?；◢弾r體，并斜切瀾滄江斷裂。而朱玉新（1989）的工作則認(rèn)為南汀河斷裂帶的北東端未切穿瀾滄江斷裂，而是終止于斷裂帶西側(cè)的臨滄—勐?；◢弾r體中。對(duì)于斷裂帶的幾何展布沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性研究，僅僅通過(guò)大尺度地貌現(xiàn)象粗略分為3段（王晉南等，2006）。對(duì)于斷裂帶南、北段的活動(dòng)性差異也存在爭(zhēng)論，通過(guò)分析沿?cái)嗔褞Х植嫉牡谒募o(jì)盆地的厚度和古地震剖面，朱玉新（1989）認(rèn)為雖然北段的活動(dòng)性要弱于南段，但是北段的晚第四紀(jì)活動(dòng)性依然很強(qiáng)。而王晉南等（2006）通過(guò)分析斷裂的活動(dòng)表現(xiàn)、斷裂活動(dòng)環(huán)境及地震活動(dòng)表現(xiàn)，則認(rèn)為北段最新活動(dòng)大致在中更新世—晚更新世，晚第四紀(jì)活動(dòng)較弱。南汀河斷裂的研究不僅存在上述爭(zhēng)論，對(duì)于活動(dòng)斷裂定量研究重要的活動(dòng)參數(shù)如滑動(dòng)速率、古地震事件等，也沒(méi)有很好的約束。而這些參數(shù)是我們認(rèn)識(shí)斷層活動(dòng)特征的基礎(chǔ)，也是我們認(rèn)識(shí)區(qū)域運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)。

自20世紀(jì)70年代末以來(lái)，活動(dòng)構(gòu)造研究已從描述性和定性研究階段進(jìn)展到定量研究階段。對(duì)需要獲得哪些活動(dòng)特征定量參數(shù)和如何獲得這些定量參數(shù)也都進(jìn)行了大量的研究工作?；顒?dòng)構(gòu)造定量研究應(yīng)當(dāng)獲取的基本參數(shù)包括：斷裂長(zhǎng)度和分段長(zhǎng)度、累積位移量和同震位移量、滑動(dòng)速率、古地震、離逝時(shí)間等。但是由于問(wèn)題的復(fù)雜性和人類認(rèn)識(shí)能力的局限性，在活動(dòng)構(gòu)造定量研究過(guò)程中，無(wú)論是各種定量參數(shù)的獲取，還是這些參數(shù)的應(yīng)用，都還存在較大的誤差和不確定性。對(duì)于南汀河斷裂帶，這些定量參數(shù)的研究工作還比較薄弱，這可能歸于以下3方面原因：①由于降雨豐富，地表剝蝕作用較強(qiáng)，存在斷錯(cuò)地貌被破壞的可能性和古地震事件記錄缺失的可能；②早期由于測(cè)年技術(shù)的制約，獲得的滑動(dòng)速率和古地震事件年代不確定性可能較大；③斷層分段和古地震事件的識(shí)別可能存在著不確定性。上述原因制約著南汀河斷裂帶定量參數(shù)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因此提出一套能獲得高質(zhì)量定量參數(shù)并可以對(duì)這些參數(shù)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的方法就很有必要。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響著地形地貌的發(fā)育形態(tài)，這種影響作用通常是十分漫長(zhǎng)和緩慢的，這種漫長(zhǎng)和緩慢的影響效果是人類歷史以及精密的測(cè)量?jī)x器都無(wú)法記錄到的。而構(gòu)造地貌是唯一能夠記錄這種效果，并能通過(guò)相關(guān)參數(shù)定量表達(dá)的天然元素。隨著數(shù)字高程技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，地貌參數(shù)研究成為目前構(gòu)造地貌研究的全新領(lǐng)域，并顯示出了十分強(qiáng)大的生命力。早期的地貌參數(shù)研究主要是通過(guò)一兩種地貌參數(shù)來(lái)研究區(qū)域的構(gòu)造地貌特征以及構(gòu)造活動(dòng)性，近年來(lái)則發(fā)展為通過(guò)多種參數(shù)綜合探討區(qū)域的構(gòu)造活動(dòng)性。但這些研究都是在大空間尺度上進(jìn)行的，或者是探討不同構(gòu)造區(qū)的相對(duì)構(gòu)造活動(dòng)性，而在小空間尺度上，或?qū)我粩嗔训牡孛矃?shù)研究則較少。而且對(duì)單一段落的地貌參數(shù)研究也主要集中在以垂直運(yùn)動(dòng)為主的正斷層或逆斷層區(qū)域。

本文通過(guò)獲得構(gòu)造定量參數(shù)研究和數(shù)值構(gòu)造地貌參數(shù)研究相結(jié)合的方法，對(duì)南汀河斷裂帶的活動(dòng)特征進(jìn)行分析，取得了一些進(jìn)展：

（1）滇西南地區(qū)分形參數(shù)與構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系。選擇構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜、地貌類型復(fù)雜多樣的滇西南地區(qū)為研究區(qū)，利用水平分辨率為90m的SRTM數(shù)據(jù)，采用元分維模型通過(guò)變差函數(shù)法計(jì)算了滇西南地區(qū)的二維分形參數(shù)?；诘乇矸志S值和截距值的分布，分析了巖性、氣候、構(gòu)造與這些參數(shù)的關(guān)系。得出以下結(jié)論：①巖性、氣候因素對(duì)二維分形參數(shù)影響不大，尤其是對(duì)分維值影響甚小。②分維值對(duì)構(gòu)造活動(dòng)反應(yīng)比較敏感，在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)域分維值較低，在構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)烈地區(qū)分維值較高；③截距值對(duì)構(gòu)造活動(dòng)反應(yīng)不敏感，在構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)烈與不強(qiáng)烈區(qū)域分布特征比較一致；④分維值分布圖顯示該區(qū)域一系列平行的北東向斷層存在不同的特征，暗示其運(yùn)動(dòng)參數(shù)可能存在差異。

（2）南汀河斷裂帶的幾何結(jié)構(gòu)特征。利用高分辨率的ALOS衛(wèi)星影像和航空照片立體像對(duì)數(shù)據(jù)，對(duì)南汀河斷裂帶進(jìn)行了綜合遙感解譯，并開(kāi)展了詳細(xì)的野外調(diào)查驗(yàn)證。斷裂帶北東端止于瀾滄江斷裂帶西側(cè)分布的臨滄—勐?；◢弾r中，沒(méi)有切錯(cuò)瀾滄江斷裂帶。斷裂作北40°～60°東延伸，自云縣盆地西側(cè)沿南橋河向南經(jīng)勐底、勐旨，然后順南汀河過(guò)勐簡(jiǎn)的西北側(cè)，逐漸轉(zhuǎn)為北60°東，再經(jīng)孟定的清水河出境延入緬甸，全長(zhǎng)200余千米。

根據(jù)南汀河斷裂帶的幾何展布特征，將斷裂帶以大雪山鎮(zhèn)附近為界分為北段和南段2個(gè)大的段落，各段內(nèi)又可根據(jù)其幾何特征分為3個(gè)次級(jí)段落，即共6個(gè)次級(jí)段落（A—F）：A次級(jí)段主要表現(xiàn)為一系列大型沖溝的左旋位錯(cuò)和線性峽谷，在南端有長(zhǎng)約2km的反向陡坎。B次級(jí)段在北段主要表現(xiàn)為南橋河階地的水平位錯(cuò)和兩側(cè)階地的高差，中段主要沿南橋河展布，南段表現(xiàn)為一系列斷層三角面和深切峽谷。C次級(jí)段主要表現(xiàn)為一系列大型沖溝的左旋位錯(cuò)和深切線性峽谷。D次級(jí)段在影像上北段線性特征明顯，向南逐漸不清晰。在北段表現(xiàn)為斷層槽谷和線性峽谷；南段主要表現(xiàn)為深切峽谷。E次級(jí)段在影像上表現(xiàn)為大型沖溝的位錯(cuò)和線性峽谷。在該段支流小階地和小的沖積扇上均發(fā)現(xiàn)斷層活動(dòng)留下的遺跡，也有河流百米級(jí)別左旋位錯(cuò)的長(zhǎng)期活動(dòng)證據(jù)，這些都表明了其長(zhǎng)期和近期的活動(dòng)性。F次級(jí)段在影像上中段線性特征明顯，南段和北段都不太清晰。北段主要表現(xiàn)為孟定盆地與山脈的分界線，中段有長(zhǎng)約10km的線性山脊，南段近清水河附近斷層遺跡不明顯。

（3）南汀河斷裂帶的晚第四紀(jì)活動(dòng)性。通過(guò)階地位錯(cuò)和C14測(cè)年，我們得到了斷裂左旋走滑速率為（3.6±0.4）mm／a，垂直滑動(dòng)速率為（1.1±0.3）mm／a。通過(guò)探槽研究確定了斷層在全新世活動(dòng)劇烈，1 000年以來(lái)發(fā)生過(guò)2次斷錯(cuò)地表的地震事件。

（4）基于高分辨率DEM的水系特征與構(gòu)造活動(dòng)關(guān)系。本論文通過(guò)ALOS衛(wèi)星立體影像提取的高精度DEM作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，提取了南汀河斷裂帶沿線的水系偏轉(zhuǎn)角、陡峭指數(shù)和面積高度積分等構(gòu)造地貌參數(shù)。其中陡峭指數(shù)和面積高度積分前人做過(guò)大量研究，主要用來(lái)反映斷層抬升速率；而水系偏轉(zhuǎn)角是首次提出并應(yīng)用到實(shí)際研究中，該參數(shù)主要是對(duì)斷層走滑位移量的反映。通過(guò)這些參數(shù)，我們分析了南汀河斷裂帶流水地貌對(duì)斷層活動(dòng)的響應(yīng)特征，并且用這些參數(shù)對(duì)先前工作得到的斷裂空間展布和活動(dòng)性進(jìn)行了驗(yàn)證，分析斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)與幾何學(xué)特征，為探討活動(dòng)斷層與地貌響應(yīng)之間的關(guān)系提供了良好范例。

（5）滇西南地區(qū)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)機(jī)制。根據(jù)前人研究結(jié)果及與南汀河斷裂帶平行的斷裂左旋走滑速率對(duì)比，給出了該區(qū)域的動(dòng)力學(xué)模型。認(rèn)為滇西南地區(qū)這一系列北東向平行斷層，是受到青藏高原物質(zhì)向東南輸送過(guò)程中發(fā)生的扇形展開(kāi)而導(dǎo)致的左旋走滑運(yùn)動(dòng)。

青藏高原東南緣；南汀河斷裂帶；晚第四紀(jì)活動(dòng)性；構(gòu)造地貌參數(shù)