云南西南部黑河斷裂晚第四紀分段活動特征*

方良好，袁道陽，邵延秀，何文貴，劉興旺，王愛國

(1.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅蘭州730000;2.安徽省地震局，安徽合肥230031;3.蘭州地球物理國家野外科學觀測研究站，甘肅蘭州730000)

0 前言

1988年11月6日，云南省西南部的瀾滄縣附近發(fā)生了一次7.6級地震，根據(jù)震后災害損失評估和科學考察結果，該區(qū)的黑河斷裂 (也稱木戛斷裂)是本次地震的發(fā)震構造之一，與北北西向的瀾滄斷裂共同導致了地震的發(fā)生 (毛玉平，張俊昌，1991;王凱等，1991;王輝等，1991;俞維賢等，1994)。黑河斷裂是滇西南地區(qū)一條規(guī)模較大的晚第四紀活動斷裂，在衛(wèi)星影像上線性特征清晰，新活動性強，前人曾對該斷裂沿線1988年瀾滄7.6級地震地表形變帶及震害特征進行過調查(谷一山等，1990;王輝等，1991;俞維賢等，1991)，對黑河斷裂中西段最新構造活動初步研究結果進行過介紹 (方良好等，2013)，對1988年瀾滄7.6級地震前震源區(qū)的應力狀態(tài)進行過分析(易桂喜等，2014)。本文在對黑河斷裂1:5萬地質填圖與綜合研究的基礎上，根據(jù)全段斷裂所獲得的幾何學特征、斷錯地質地貌特征及滑動速率的差異等，探討其分段活動特征。

1 斷裂的幾何分段特征

云南西南部發(fā)育了北西向的紅河斷裂、北北西向的騰沖—瀾滄新生斷裂帶和近南北向的石皆斷裂等多條規(guī)模較大的右旋走滑活動斷裂帶。其中，騰沖—瀾滄新生斷裂帶的最新構造活動切割了一系列北東向的左旋走滑斷裂，如大盈江斷裂、龍陵—瑞麗斷裂、南汀河斷裂、孟連斷裂、打洛斷裂等 (虢順民等，2000;向宏發(fā)等，2000;徐錫偉等，2003;程佳等，2012)(圖1a)。本文所研究的北西向黑河斷裂與北北西向的騰沖—瀾滄新生斷裂帶以小角度相交 (圖1b)，處在保山—普洱塊體和密支那—西盟塊體的交接部位，共同構成這兩個塊體的邊界斷裂 (徐錫偉等，2003;程佳等，2012;駱佳驥等，2012)。

根據(jù)衛(wèi)星影像解譯和野外地質填圖，黑河斷裂西起滄源附近，沿雪林大寨、木戛、戰(zhàn)馬坡、芒弄、南嶺、麻栗壩、糯扎渡、三道河一線，東南端止于瀾滄江斷裂附近，全長約168 km，性質以右旋走滑為主，走向280°～310°，傾向南西或北東，傾角60°～75°，在戰(zhàn)馬坡村哈卜媽附近與北北西向的瀾滄斷裂 (區(qū)域上稱為騰沖—瀾滄新生斷裂帶)相交 (圖1b)。黑河斷裂的幾何結構較為清晰，分段特征明顯，由多條不連續(xù)的次級走滑斷裂段組成，在不連續(xù)段之間往往形成相應層次的階區(qū)或其它分段標志，主要有梭狀構造、擠壓隆起、斷裂分叉、拐彎和交匯等結構特征。其中斷裂拐彎以及1988年瀾滄7.6級地震分段破裂特征構成黑河斷裂帶分段的主要依據(jù)。據(jù)此可將該斷裂劃分為滄源—木戛 (F1-1)、木戛—南代(F1-2)、南代—勐往 (F1-3)西、中、東3條次級斷裂段 (圖1b)。

滄源—木戛段 (F1-1)西起滄源以南，經(jīng)雪林大寨，止于木戛盆地北側;在雪林大寨附近，斷裂呈長約9 km、寬約1 km的梭狀，該段斷裂長約43 km，走向280°～300°，其線性影像極為清晰，連續(xù)性好，錯斷了一系列山脊、沖溝、階地和臺地等，形成延伸性好的斷裂溝槽、坡中谷和斷層陡坎等 (方良好等，2013)。

木戛—南代段 (F1-2)西起木戛盆地以南，向南東經(jīng)哈卜媽、戰(zhàn)馬坡、賽罕、芒弄，止于南代以西，全長約45 km，走向300°～310°;該段斷裂雖為1988年瀾滄7.6級地震的主地表破裂帶，但是斷裂連續(xù)性較差，多為斷續(xù)分布。該段斷裂與東段的南代—勐往段 (F1-3)之間走向發(fā)生了較大變化 (斷裂拐彎)，由310°左右變成285°左右，在南代形成一長約1 km、寬約300 m的北西西向擠壓隆起。

南代—勐往段 (F1-3)西起南代以西，向東經(jīng)南嶺、麻栗壩、糯扎渡、三道河一線，東南止于瀾滄江斷裂，全長約80 km，走向285°～305°。該段斷裂晚第四紀新活動性有所減弱，主要表現(xiàn)為較寬闊的斷裂谷地、斷層埡口和一系列山脊、沖溝右旋位錯等。

2 分段活動的地質地貌特征

黑河斷裂晚第四紀以來的走滑活動形成了豐富的斷錯地貌現(xiàn)象，不但使山脊、沖溝和階地等產(chǎn)生右旋錯動，還形成斷層谷地、斷層溝槽、斷層埡口、斷層陡坎等斷錯地貌。黑河斷裂晚第四紀的新活動性具有明顯的分段性。地貌上北西段較清晰，新活動性強，可見較新鮮的斷層溝槽、低矮的斷層陡坎、較小的斷層埡口、小沖溝位錯等，而往南東方向地貌表現(xiàn)則較差，新活動性減弱，主要表現(xiàn)為較寬緩的斷層埡口、斷層溝谷及較大的山脊、沖溝右旋等地貌。

2.1 滄源—木戛段

該段斷裂線性影像非常清晰，斷裂新活動錯斷了一系列山脊和沖溝，使之發(fā)生同步右旋位錯，斷距達十余米至數(shù)十米。同時，沿斷裂還可見多條反向斷層陡坎、溝槽等斷錯地貌現(xiàn)象 (方良好等，2013)。其中在雪林大寨—木戛長約15 km的斷裂段，至今還斷續(xù)可見較新鮮的斷錯形跡，主要表現(xiàn)為基巖裂縫、田埂和山坡地邊緣順陡坎發(fā)生右旋扭動位錯，水平斷錯量0.5～2 m，而斷層陡坎高約0.5～1 m。造成田埂邊緣右旋扭錯的過程有兩種情況:一種是斷裂活動在先，形成了斷層陡坎，后期人工修建梯田時順陡坎而建，而造成田埂被斷錯的假象;另一種是田埂已經(jīng)存在，后因地震活動而造成其水平和垂直位錯。經(jīng)訪問當?shù)卮迕窈驼鸷蟮綄嵉剡M行考察的云南省地震局俞維賢研究員證實，上述新陡坎和田埂位錯并不是1988年瀾滄7.6級地震形成的，應為時間早一些的古地震地表形變帶，即屬于右旋位錯和陡坎形成在先，后期田埂順勢而建。如在雪林大寨附近，其最新活動使田埂邊緣發(fā)生同步右旋位錯1～2 m，并保存了兩條長約200 m，NW 向、高0.6～1.2 m的斷層陡坎。垂直該斷層陡坎開挖探槽揭露出了斷層剖面 (圖2，位置見圖1b)，其最新活動斷錯了近地表的晚更新統(tǒng)—全新統(tǒng)坡積物和淤積物。斷層具右旋兼正斷分量，斷裂切穿了黃至黃綠色粘土層 (圖2中④層)，垂直錯距大于0.5 m，僅其上覆厚約0.4 m的褐色砂土層 (圖2中②層)及表土層 (圖2中①層)未被錯動，表明其最新活動時代介于層②和層③之間，二者的14C樹輪校正年齡分別為 (242±44)a.B.P.和(1714±49)a.B.P.，為時間早于1988年的另外一次地震地表破裂事件。實際上，在該斷層剖面上還隱約可見1988年瀾滄7.6級地震形成的地裂縫，但是并無位錯顯示。

2.2 木戛—南代段

該段斷裂的地貌表現(xiàn)形式主要有:斷層溝槽、斷層埡口、斷層陡坎以及山脊、沖溝右旋等斷錯地貌現(xiàn)象。如在戰(zhàn)馬坡村白水井一帶，由于斷層的右旋錯動，使得小上河南岸山坡上的小沖溝發(fā)生右旋位錯，位錯量約9～14 m。這些小沖溝規(guī)模相當，長約300 m，因形成時間較晚，尚未發(fā)育階地等伴生地貌，屬于紋溝級別的小沖溝 (圖3a、b)。緊鄰其東側還發(fā)育了一條較新鮮的斷裂溝槽，走向305°，長約60 m，寬約10 m，溝槽兩壁較陡，內有斷層泉 (圖3c)。

本段斷裂也是1988年瀾滄7.6級地震的主破裂帶之一。如在小上河南岸就殘留了多條1988年瀾滄7.6級地震的破裂帶，其中一條破裂帶走向約325°、長約40 m，斷錯了田埂，形成高約0.8 m的斷層陡坎，陡坎傾向北東;另一條破裂帶走向320°左右，長約30 m，致使多條田埂被一致性地右旋斷錯，最大右旋斷錯量1.5 m左右，垂直斷錯量0.3 m左右，陡坎傾向南西 (圖4)。

由上述斷錯地貌可見，黑河斷裂中段 (木戛—南代段)晚第四紀，尤其是全新世新活動明顯，除了1988年瀾滄7.6級地震形變帶外，最小的位錯值約10 m，并形成低矮的斷層陡坎。

2.3 南代—勐往

該段斷裂在地貌上主要表現(xiàn)為:基巖山與山前緩坡的分界線、寬緩的斷層溝谷、溝槽、斷層埡口以及位錯量較大的山脊和沖溝右旋等斷錯地貌。如在石獅子以東的盧山老寨附近，就表現(xiàn)為一系列較寬闊的斷層埡口以及中高山與山前臺地的分界線，斷裂從兩套不同巖性地層的分界線處通過，北側為土灰色砂土，南側為紅色粘土、砂土 (圖5a)。同時，斷裂通過處使兩個山脊發(fā)生同步右旋，右旋量分別為 (70±5)m(圖5b)和(22±2)m(圖5c)。

在糯扎渡東省道309公路邊一小飯店 (孟連飯店)對面斷層切過一小山坡，造成明顯的右旋斷錯地貌和斷層溝槽 (圖6)，橫跨斷層溝槽開挖了一個探槽 (圖7，位置見圖1b)。

在探槽剖面上，沿斷面可見清晰的斷層泥，呈土黃色、灰紅色，新鮮、松軟，厚約0.3 m，如圖7所示;斷層性質表現(xiàn)出一定的正斷分量，斷裂切穿深灰綠色砂、碎石層 (④層)，垂直錯距大于0.5 m，其上覆土褐色粘土層 (⑤層)及土灰色至深灰色殘坡積層 (⑥層)未被錯動，表明其最新斷錯的活動時代介于層④和層⑤之間。經(jīng)采樣測試，層③的光釋光樣品測年結果為 (2.3±1.5)ka B.P.，層④和層⑤的14C樹輪校正年齡分別為(1290±30)a B.P.和 (550±30)a B.P.，表明該段斷層全新世晚期以來有過活動。

3 斷裂右旋走滑活動特征分析

3.1 斷裂沿線右旋走滑特征

黑河斷裂的右旋走滑活動造成了斷裂沿線一系列沖溝、山脊、階地等右旋位錯。根據(jù)斷裂沿線衛(wèi)片解譯和實地測量得到了不同地貌單元的水平斷錯值，其量值從1 m左右到幾百米不等。通過實測和對比分析發(fā)現(xiàn)，本區(qū)沖溝的位錯量與跨過斷裂后沖溝上游的長度呈正相關。該地區(qū)的沖溝大致可劃分為3個級別，即長度2.5～5 km沖溝、1.5～2.5 km沖溝、小于1 km紋溝。

圖8為黑河斷裂沿線水平位錯值分布圖，從圖中可見，沿斷裂沖溝的水平位錯量具有明顯的分組和分段現(xiàn)象。不同規(guī)模的沖溝在相同斷裂段內位錯量不同，總體來說沖溝越長位錯量越大;同一級別的沖溝在不同斷裂段之間位錯量具有一定的差異，總體表現(xiàn)為北西段位錯量較大、南東段位錯量較小的趨勢，這與地貌上北西段最清晰、構造活動強，向南東斷錯地貌變差、構造活動減弱的現(xiàn)象相吻合。其中，在滄源—木戛段內最小級別的斷錯量為雪林大寨附近1 m左右的田埂位錯(圖8中方形)，這與中段1988年瀾滄7.6級地震在震中戰(zhàn)馬坡附近形成的1 m左右田埂右旋位錯量(圖8中星形)相當 (俞維賢等，1991)。

3.2 斷裂右旋滑動速率

研究區(qū)由于受人類耕種活動、降雨侵蝕等影響，地貌改造極為嚴重，加之紅土發(fā)育，年代樣品測試困難，給斷裂滑動速率研究帶來了極大困難，難以獲得地貌既典型而樣品又滿足要求的理想地點。為了確定黑河斷裂較可靠的右旋走滑速率，我們選擇了勐糯村采石場南和戰(zhàn)馬坡村白水井兩處相對較典型階地斷錯地貌進行差分GPS測量 (位置見圖1b)，并在相應的地貌面上采集了年代樣品，進而分析確定其右旋走滑速率。

(1)勐糯村采石場南

在滄源—木戛段 (F1-1)的勐糯村采石場南，黑河斷裂在地貌上較為清晰，斷裂活動造成山前一條較大沖溝發(fā)生右旋位錯，致使沖溝兩側發(fā)育不對稱的階地 (或臺地)，盡管有耕種活動影響，但其地貌輪廓仍可分辨，可劃分出T1、T2兩級。其中沖溝西側因斷裂右旋走滑使其下游階地陡坎被錯離河道而免遭后期侵蝕 (或相對較弱)，其階地發(fā)育較為典型，位錯標志明顯，可滿足確定斷裂滑動速率的要求;而溝的東側下游階地陡坎被錯入河道而遭受強烈的侵蝕和改造，致使階地面變狹窄，位錯標志存在較大的不確定性 (圖9)。張培震等 (2008)通過眾多實例對比分析了河流階地發(fā)育與斷裂走滑活動之間的關系，認為山前被錯離河道一側階地陡坎的位移在上階地形成時就已開始積累，因此，該階地面的暴露年齡相當于位移累積的起始年代。另外，被錯離河道一側的階地陡坎在下階地停止側蝕時也已開始累積位移，因此下階地的初始沉積年代也代表階地陡坎位移開始累積的時間。進而提出了3種利用河流階地確定山前走滑斷裂滑動速率的方法:①利用上下階地年齡限定;②利用上階地廢棄年代限定錯離河道一側陡坎位移的起始年齡;③是利用下階地初始沉積年齡限定錯離河道一側陡坎位移的起始年齡。Zhang等 (2007)重新分析了阿爾金斷裂車爾臣河的階地演化和左旋位移的關系，提出應該用高階地T2的廢棄年代作為陡坎T1/T2的起始年齡，得到了滑動速率為 (10.0±2.4)mm/a。根據(jù)對河流階地演化的分析，Eric(2007)提出，如果階地陡坎的位移量大于河道位移量，位移的起始時間就應該相當于陡坎之上階地的廢棄時間。利用這一判據(jù)，并重新分析了車爾臣河階地陡坎T1/T2的位移量，Eric(2007)給出的滑動速率是(9.4±2.3)mm/a，與 Zhang等 (2007)利用 T2階地暴露年齡得到的速率一致，上述結果與跨阿爾金斷裂的GPS觀測結果非常吻合。因此。上述方法②應是最接近斷裂真實滑動速率的可選方法。

經(jīng)過差分GPS測量和位錯標志對比，得到采石場南沖溝西側 (被錯離一側)T2階地前緣右旋斷錯 (48±5)m，T1階地前緣右旋斷錯(21±3)m，同時，在溝底還可見 (7±3)m的右旋斷錯值 (圖10)。與此同時，我們選擇該沖溝西側階地面較完整寬闊的T2階地，在其前緣距頂約0.7 m處，巖性為含較多炭質的黑褐色粉土(該層屬于階地被廢棄后上部新的堆積物，而下部沉積的土黃色粉砂土，才真正屬于T2階地自身的堆積物)中采集了14C樣品，其樹輪校正年齡為(11 370±50)a B.P.，該年代代表了T2階地形成后因斷裂走滑活動被錯離而逐漸廢棄的暴露年代;同時，在T1階地前緣距頂約0.6 m處呈磚紅色細砂層 (該層屬T1階地形成過程中的堆積物)中采集了光釋光樣品，其年齡為 (5.7±0.5)ka B.P.，該年代代表了T1階地開始堆積的初始年代。本區(qū)地貌發(fā)育過程及其與走滑斷裂的關系類似于阿爾金斷裂及其山前沖溝的發(fā)育過程，因此，我們采用張培震等 (2008)提出的利用上階地廢棄年代作為限定錯離河道一側陡坎位移的起始年齡的方法 (方法②)。即采用T2/T1階地前緣的位錯量 (48±5)m和T2階地廢棄后的暴露年代(11 370±50)a B.P.，得到其走滑速率為 (4.22±0.45)mm/a，該結果應接近其真實值;同樣，我們采用T1/T0階地前緣的位錯量(21±3)m和T1階地堆積的初始年代 (5.7±0.5)ka B.P.(未獲得T1階地上部的暴露年代)，得到走滑速率為(3.76±0.86)mm/a，該結果可能略小于其真實值;綜合分析可以得到其全新世以來右旋滑動速率為 (4.0±0.7)mm/a。

(2)戰(zhàn)馬坡白水井

在木戛—南代段 (F1-2)戰(zhàn)馬坡村白水井一帶斷錯地貌較清晰，由于斷層的右旋走滑活動，使得該區(qū)的小上河南岸東側山坡上4條小沖溝發(fā)生同步右旋位錯，位錯量9～14 m左右。我們選擇其中一條右旋位錯較典型的小沖溝進行了差分GPS測圖 (圖3b)，結合14C年齡數(shù)據(jù)，可以綜合得到全新世以來右旋走滑速率為 (3.5±0.8)mm/a(方良好等，2013)。該滑動速率與勐糯村采石場南利用沖溝階地位錯得到的滑動速率大體相當。

(3)斷裂滑動速率分析

根據(jù)上述2處較為典型斷錯地貌的研究，得到滄源—木戛段 (F1-1)勐糯村采石場南右旋滑動速率為 (4.0±0.7)mm/a，而木戛—南代段(F1-2)戰(zhàn)馬坡村白水井的右旋滑動速率大致為(3.5±0.8)mm/a，具有從西向東衰減的特征，這與斷裂沿線從西向東位錯幅度 (圖8)逐漸遞減的特征相一致。在區(qū)域上，黑河斷裂位于紅河斷裂以西的滇西南地區(qū)，該區(qū)內發(fā)育有NE-NEE和NW-NNW向兩組活動斷裂帶，在SW-NE向擠壓構造應力作用下 (崔效鋒等，2006;錢曉東等;2011)，這些NE-NEE向的走滑斷裂均以左旋水平滑動為主 (Anne，Manuel，2005;Morley，2007)，而NW-NNW向的斷裂則以右旋水平滑動為主。該區(qū)內的NE向斷裂多為繼承性活動斷裂，相對區(qū)內NW、NNW向活動斷裂的晚第四紀活動速率偏小 (杜義等，2012)，如NE向大盈江斷裂晚更新世以來北東段左旋滑動速率為1.5～2.5 mm/a，南西段左旋滑動速率為1.2～1.6 mm/a(常祖峰等，2011;安曉文等，2009)，NE向的龍陵—瑞麗斷裂 (南支)北段晚更新世以來左旋滑動速率為2.2 mm/a，全新世以來左旋滑動速率為 1.8～3.0 mm/a(杜義等，2012)，而NW向的紅河斷裂晚更新世以來右旋滑動速率為3.3 mm/a(虢順民等，2001)，NW向騰沖—瀾滄斷裂帶晚更新世以來右旋滑動速率為4～6 mm/a(向宏發(fā)等，1999;徐錫偉等;2003)。對比發(fā)現(xiàn)，本文所得到的黑河斷裂滄源—木戛段和木戛—南代段全新世以來的右旋滑動速率3.5～4.0 mm/a，與該區(qū)域NW向主要斷裂的滑動速率大致吻合，反映了其區(qū)域構造活動的整體性和協(xié)調性。

4 結論

(1)黑河斷裂總體走向280°～310°，性質以右旋走滑為主，兼少量傾滑分量，傾向南西或北東，傾角60°～75°，總長度約168 km，根據(jù)斷層幾何特征可將該斷裂分為滄源—木戛 (F1-1)、木戛—南代 (F1-2)、南代—勐往 (F1-3)3條次級斷裂段。

(2)由斷層剖面及斷錯地貌特征分析，黑河斷裂全新世具分段破裂特征，其中滄源—木戛段存在古地震地表破裂帶，其年代介于(242±44)a B.P.和 (1 714±49)a B.P.之間;木戛—南代段是1988年瀾滄7.6級地震的主破裂帶之一;南代—勐往段全新世晚期有過活動，最晚離逝時間介于(550±30)a B.P.和 (1 290±30)a B.P.之間。

(3)黑河斷裂是一條晚第四紀以來較活躍的斷裂，其各段滑動速率有一定差異，總體表現(xiàn)出北西段滑動速率較大，南東段減小的特點，這與地貌上北西段清晰，向南東斷錯地貌變差的現(xiàn)象相吻合。其中，滄源—木戛段全新世以來右旋滑動速率為 (4.0±0.7)mm/a;木戛—南代段全新世以來綜合右旋滑動速率大致為(3.5±0.8)mm/a。

文中14C樣品由美國BETA放射性碳實驗室和北京大學第四紀年代實驗室測定，OSL樣品由山東省土力學及年代學試驗室測定，在此一并感謝。

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