東喜馬拉雅構造結墨脫斷裂晚第四紀活動地質證據(jù)的發(fā)現(xiàn)

謝 超 楊曉平 黃雄南 王 萍 李正芳 周本剛*

1)中國地震局地質研究所，活動構造與火山重點實驗室，北京 100029 2)中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029

東喜馬拉雅構造結墨脫斷裂晚第四紀活動地質證據(jù)的發(fā)現(xiàn)

謝 超1)楊曉平1)黃雄南1)王 萍2)李正芳1)周本剛1)*

1)中國地震局地質研究所，活動構造與火山重點實驗室，北京 100029 2)中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029

墨脫斷裂位于東喜馬拉雅構造結南迦巴瓦峰的東側。在遙感信息解譯的基礎上，結合前人的研究成果，通過詳細的野外調查，獲得了墨脫斷裂在中國境內的空間展布、 運動性質和斷錯晚第四紀以來地層的證據(jù)。在雅魯藏布江大峽谷內的墨脫村和地東村開挖的探槽均揭示出墨脫斷裂斷錯了晚第四紀地層，其中墨脫村探槽地質剖面上顯示出斷裂最新活動具有逆沖性質，地東村探槽剖面上表現(xiàn)出的最新活動則為正斷性質。結合斷裂沿線典型的斷錯地貌分析，認為墨脫斷裂晚第四紀以來以左旋走滑運動為主，不同段表現(xiàn)出逆斷或正斷的傾滑分量。地東村探槽揭示斷裂斷錯的最新地層14C年代約為(2 780±30)a,BP，表明墨脫斷裂全新世晚期發(fā)生過斷錯地表的事件。墨脫斷裂的左旋走滑運動與阿薩姆構造結的向N推擠相關。

墨脫斷裂 運動性質 晚第四紀 地質證據(jù) 東喜馬拉雅構造結

0 引言

喜馬拉雅東構造結指喜馬拉雅弧形山系東部弧頂部位，即位于青藏高原東南段、 印度次大陸的東北和緬甸西北角的地帶，是歐亞板塊與印度洋板塊碰撞、 匯聚的南緣地帶(騰吉文等，2006)，其內部的南迦巴瓦峰(海拔7,782m)地區(qū)在3Ma BP隆升速率大于周邊區(qū)域，被認為是東構造結的核心部位(隆升中心)，即東喜馬拉雅南迦巴瓦構造結(丁林等，1995)。

墨脫斷裂展布于南迦巴瓦構造結東側，為1條規(guī)模較大的區(qū)域性斷裂。1974—2014年期間，墨脫斷裂附近雖然發(fā)生過多次3.0級以上的地震，而且1950年察隅8.6級大地震之后的部分余震也沿墨脫斷裂分布(李保昆等，2015)，這些地震活動特征可能顯示墨脫斷裂晚第四紀以來構造活動非常劇烈。 但由于墨脫斷裂展布在雅魯藏布江大峽谷內，屬于亞熱帶濕潤氣候區(qū)，并分布有茂密的熱帶雨林，高山峽谷的地形地貌特征決定了該區(qū)地表剝蝕強烈，目前尚未發(fā)現(xiàn)墨脫斷裂斷錯晚第四紀地層的證據(jù)。

以遙感解譯為基礎，結合已有的資料(西藏自治區(qū)科學技術委員會，1988； 成都地質礦產(chǎn)研究所，2003)，經(jīng)過詳細的野外調查，獲得了墨脫斷裂的空間展布(中國境內)，并在地東村和墨脫村附近分別進行了槽探開挖，初步研究了墨脫斷裂晚第四紀的活動性質。該研究對于認識喜馬拉雅東構造結的演化和南迦巴瓦地區(qū)雅魯藏布江河段的地震危險性評價有著重要的科學和應用價值。本文為我們的初步研究結果，更深入的科學問題需要做進一步細致的工作。

1 構造地質背景

東喜馬拉雅區(qū)域碰撞以來的變形以EW向的推覆為主，形成了主中央斷裂(MCT)、 主邊界斷裂(MBT)、 岡底斯逆沖帶(GT)及仁布-澤當逆沖帶(RZT)(圖1)(Burgetal.，1984； Yinetal.，1994)，同時發(fā)育了一系列的大型走滑斷裂，如阿尼橋-圖定-因哥右行走滑斷裂(T-ISZ)及嘉黎右行走滑斷裂帶(JSZ)。

阿尼橋-圖定-因哥走滑斷裂為喜馬拉雅山脈的東界，其西部的山脈及構造線為NE向，而東部的米什米山為NW向； 在阿尼橋及圖定之間，斷裂走向為N40°E，圖定的南部，斷裂反時針彎曲為SN走向(Singh，1993)； 阿尼橋斷裂錯斷了雅魯藏布江縫合帶(IYS)及主中央斷裂(MCT)(Dingetal.，2001)。嘉黎斷裂帶切穿了察隅島弧，被認為是高原E向擠出的南邊界，其滑動速率可以達到 20mm/a(Armijoetal.，1989)。

東喜馬拉雅發(fā)育了3個不同方向，依次向S遷移的構造結，它們分別為南迦巴瓦構造結(NBS)、 桑構造結(SS)及阿薩姆構造結(AS)(圖1)(Dingetal.，2001)。南迦巴瓦構造結位于派鎮(zhèn)與圖定之間，為南迦巴瓦地塊向NE方向傾伏到岡底斯島弧地塊之下的過程中形成的大型背形構造(Burgetal.，1998; Dingetal.，2001)。南迦巴瓦構造結東、 西兩翼分別為派鎮(zhèn)左行走滑斷裂及阿尼橋右行走滑斷裂，南迦巴瓦構造結在7～6Ma,BP以來發(fā)生快速的隆升，同時形成了以南迦巴瓦峰為中心的外傾同心狀脆韌性正斷層體系(Tapponnieretal.，1990； Anetal.，2001)； 桑構造結夾持在阿尼橋-圖定-因哥走滑斷裂與米什米逆沖斷裂(MST)之間，為1個NW-SE向的向形構造，由MCT及MBT擠壓褶皺形成(丁林等，2013)； 阿薩姆構造結由北部的主邊界斷裂、 東北部的米什米斷裂以及東南部的那加山逆沖斷裂(NJF)所圍限。

2 墨脫斷裂的空間展布

墨脫斷裂展布于阿尼橋右行走滑斷裂的東側(圖1)。通過詳細的遙感影像解譯和野外調查，并結合已有的資料(西藏自治區(qū)科學技術委員會，1988； 成都地質礦產(chǎn)研究所，2003)獲得了達木到地東之間晚第四紀以來可能發(fā)生過活動的墨脫斷裂的空間展布(圖2)。斷裂由3條次級斷層斜列而成，展布于雅魯藏布江東、 西兩側，達木斷層自達木，向西南經(jīng)卡布、 墨脫，終止于背崩附近； 西側文浪斷層自文浪村東北，向西南在荷扎與達木斷層相交； 地東斷層出露于月爾東與地東之間。另外，斷層的定位充分參考了成都勘探設計研究院針對墨脫斷裂調查的相關成果，如在墨脫縣附近、 荷扎村及背崩鄉(xiāng)附近等多處發(fā)現(xiàn)的基巖中的斷層破碎帶(圖2)。圖2 中墨脫斷裂長約60km。

圖2 墨脫斷裂帶在中國境內的展布Fig. 2 Distribution of Motuo Fault in China.黃色框a、 b分別為圖3a、 3b的區(qū)域

3 墨脫斷裂晚第四紀活動的地質地貌證據(jù)

3.1 斷裂活動的地貌證據(jù)

墨脫斷裂分布區(qū)線性構造明顯，坡中槽發(fā)育，沿斷裂多處河流出現(xiàn)水平位錯(圖3)。這些地貌特征暗示了墨脫斷裂晚第四紀以來具有左旋走滑的運動學性質。

圖3 墨脫斷裂地貌解譯Fig. 3 Geomorphic interpretation of Motuo Fault.a 文浪村附近斷層地貌解譯； b 地東村東北側斷層地貌解譯

文浪村至德興鄉(xiāng)段發(fā)育明顯的坡中槽，由于斷裂的水平運動，多條沖溝出現(xiàn)同步左旋位錯，最大位錯量到達400m，同時區(qū)域發(fā)育了1條斷頭溝(圖3a)。在地東村東北側，陡峭的山坡上2條小型沖溝出現(xiàn)同步左旋位錯，位錯量分別為22m和45m(圖3b)。

3.2 斷裂活動的地質證據(jù)

通過遙感影像解譯，墨脫村和地東村附近發(fā)現(xiàn)坡中槽等斷錯地貌，分別對這2個點進行了探槽開挖和研究。

3.2.1 墨脫村探槽

墨脫村西南的山脊被水平斷錯，形成走向約40°的斷層眉脊，眉脊高約40m，長65m(圖4)。探槽布置在眉脊的底部，探槽走向335°，長20m，上寬3m，下寬2m，深3～4m。探槽剖面如圖5 所示。

圖4 墨脫村探槽位置Fig. 4 The site of the trench at Motuo village.

圖5 墨脫村探槽剖面照片(a)及其素描圖(b)Fig. 5 Photograph(a)and sketch(b)of the trench at Motuo village.黃色框內為圖6 所示

探槽剖面上主要出露了1套晚第四紀坡積相沉積層序和2條逆沖斷層。探槽中揭露出的地層和斷層特征描述如下：

(1)黑色砂質黏土層，為耕植土層，富含植物根系；

(2)棕紅色砂質黏土，含少量直徑2～5cm的花崗巖角礫石，個別礫石的大小達到5cm×15cm；

(3)灰褐色粗砂、 角礫石混雜堆積，含少量灰色黏土，角礫石以花崗巖為主，角礫石長軸方向雜亂無序。

(4)灰色粗砂，含少量角礫石混雜堆積；

(5)灰色中-粗砂、 含一定量的花崗巖角礫混雜堆積；

(6)灰紅色花崗巖角礫石層，角礫石較大，最大直徑可達30cm，含較多棕紅色砂質黏土，礫石長軸方向順坡排列；

(7)灰白色花崗巖角礫石層，含少量的粗砂、 黏土，礫石長軸方向與坡面大致平行；

(8)灰白色含較多砂土的花崗巖角礫石層，礫石形狀不規(guī)則；

(9)灰黑色含較多粗砂的花崗巖角礫石層，由于風化作用，局部呈褐紅色，總體上表現(xiàn)出層狀構造；

(10)灰白色含少量砂土的花崗巖角礫石層，頂部有5～10cm的鐵銹色砂質黏土，角礫石長軸與坡向一致；

(11)灰黑色含砂土的深色花崗巖角礫石堆積，角礫石長軸與坡向一致；

(12)灰黑色含較多砂土的花崗巖角礫石堆積，角礫石長軸與坡向一致。

探槽中可以揭露出2條逆沖斷層f1和f2(圖5，6)，其中f2斷層寬10～20cm。根據(jù)探槽剖面揭示的斷層和地層的關系，探槽中揭露出2次斷層活動事件。第1次表現(xiàn)為層4沉積之后被f1斷層錯斷，斷層附近角礫石定向排列，地表水沿斷層滲入，形成鐵紅色氧化帶(圖6)。第1次斷層錯動事件之后，層4和層5的東部遭到剝蝕，之后層3地層開始堆積，覆蓋于f1斷層和層4、 層5之上； 第2次事件表現(xiàn)為層3堆積之后f2斷層發(fā)生錯動，使得層8逆沖于層3之上，同時造成層8—12向上彎曲。第2次斷層錯動事件之后，探槽位置可能遭到侵蝕，使f2斷層直接出露于地表，之后探槽附近堆積了層1和層2，它們覆蓋于斷層之上。由于探槽所揭示地層類型為坡積相的角礫石、 粗砂與黏土的混合堆積，沒有采集到合適的測年樣品，但根據(jù)地層沉積特征，可以判定探槽中揭露的地層為晚更新世堆積，斷裂錯斷了晚第四紀以來的地層。

圖6 墨脫村探槽中的斷層照片F(xiàn)ig. 6 Fault interpretation of the trench at Motuo village.

3.2.2 地東村探槽

墨脫斷裂在地東村表現(xiàn)為NE走向、 長約200m的坡中槽。探槽布置在地東村西南，該處槽谷深約15m(圖7)，探槽橫跨槽谷東南谷壁。探槽走向350°，長14m，深4～5m，寬2m。探槽剖面如圖8 所示。

圖7 地東村探槽位置Fig. 7 The site of the trench at Didong village.

圖8 墨脫村探槽剖面照片(a)及其素描圖(b)Fig. 8 Photograph(a)and sketch(b)of the trench at Didong village.黃色框a、 b內為圖9 所示

探槽剖面上出露13套地層，這些地層即有坡中槽中的靜水沉積，也有由槽谷溝壁上向槽谷內的垮塌堆積。各地層的特征分述如下：

(1)灰黑色砂質黏土，含少量花崗巖角礫石，富含植物根系；

(2)灰白色—棕黃色砂質黏土層，含大量花崗巖角礫石，角礫石最大長達30cm；

(3)棕黃色粗砂黏土堆積，含黑色黏土團塊及花崗巖角礫石，角礫石表面呈黑色，大小不等，最大直徑為20cm；

(4)深灰色黏土層，含有花崗巖角礫石及少量粗砂，角礫石表面為黑色，夾有少量黃色黏土團塊；

(5)灰白色含黃色黏土粗砂的花崗巖角礫石堆積，角礫石最大為80cm×60cm，局部呈灰黑色；

(6)棕紅色—黃色粗砂質黏土層，含少量花崗巖角礫石；

(7)黑色粗砂質黏土層，局部厚度變化較大，含花崗巖碎石及黃色黏土團塊，碎石最大粒徑約10cm；

(8)黃色粗砂層，含大量深色花崗巖角礫石，礫石大小不等，最大為30cm×20cm。

(9)棕紅色和灰色粗砂質黏土層，含灰色花崗巖角礫石；

(10)灰白色花崗巖角礫石堆積，含一定量的灰色粗砂和黏土，角礫石形狀不規(guī)則；

(11)灰黑色淤泥層，含少量黃色黏土團塊和花崗巖碎石；

(12)黃色淤泥層，含花崗巖角礫石，最大為20cm×10cm，個別角礫石風化強烈；

(13)灰白色花崗巖角礫石堆積，含大量粗砂和少量黏土，堆積比較松散。

探槽剖面中可分辨出f1和f22條正斷層(圖8，9)。f1傾向SE，傾角63°，斷層上盤為含角礫石的黑色淤泥層(層11)和棕黃色的粗砂黏土層(層3)，下盤為含角礫石的黃色淤泥層(層12)，f1斷層上斷點被層4覆蓋。層11中炭粒樣品(ddc-10)的年齡為(3,530±30)a，層4中炭粒樣品(ddc-2)的年齡為(1 940±30)a，這2個年齡限定了斷層f1發(fā)生錯動的時間為距今1,940～3,530a。斷層f2傾向SE，傾角35°，探槽揭示斷層f2錯斷了層7—9，其中層9頂面和層7底面分別形成了1.2m和0.5m的斷距(圖9b)，說明f2可能經(jīng)歷了2次活動。f2上部覆蓋層(層6)沒有發(fā)生錯斷或變形，層7中炭粒樣品(ddc-4)的年齡為(2 780±30)a，代表了f2最后1次活動發(fā)生在距今2,800a之后。

4 討論和初步認識

4.1 討論

墨脫斷裂位于南迦巴瓦構造結邊界的東側，晚第四紀以來斷裂經(jīng)歷了復雜的構造變形。印度板塊向N推進，與歐亞板塊最早的碰撞點是印度板塊西北角的南迦巴帕爾巴特(Patzeltetal.，1996)。45Ma,BP時2個板塊全線發(fā)生碰撞，印度板塊東、 西2角向N推移的速度分別為 64mm/a和 55mm/a； 由于東、 西2角位移的速度差，使印度板塊在位移過程中繼續(xù)反時針旋轉并壓縮變形，即西部角相對不動，以擠壓變形為特征，中部以旋轉變形為主，而東部角繼續(xù)向NE方向楔入、 擠壓(Pichonetal.，1992)。印度板塊現(xiàn)今在阿薩姆構造結向N推擠，在阿薩姆構造結的東側產(chǎn)生右旋走滑活動斷裂，如實皆斷裂(國家地震局地質研究所，1981)、 紅河斷裂(鄧起東等，2007)，在阿薩姆構造結的西側產(chǎn)生墨脫左旋走滑活動斷裂(圖10)。

圖10 東喜馬拉雅構造結及其鄰區(qū)塊體運動模式(修改自 Dewey et al.，1989； Bai et al.，2010)Fig. 10 Block movement pattern of the eastern Himalayan syntaxis and the adjacent area(after Dewey et al.，1989； Bai et al.，2010).EKF 東昆侖斷裂； LMF 龍門山斷裂； XSF 鮮水河斷裂； XJF 小江斷裂； RRF 紅河斷裂； BNS 班公-怒江縫合帶； NJS 那加山斷裂； YZS 雅魯藏布江縫合帶； JLF 嘉黎斷裂； SF 實皆斷裂； MCT 主中央斷裂； MFT 主前緣逆沖帶； MTF 墨脫斷裂； SGB 松潘-甘孜塊體； QTT 羌塘地塊； LSB 拉薩塊體； NBS 南迦巴瓦構造結； AS 阿薩姆構造結； 黑色箭頭為印度板塊運動方向； 灰色箭頭為地殼向SE逃逸的方向

4.2 初步認識

(1)墨脫斷裂由多條次級斷層斜列而成，斷裂走向50°～60°，目前發(fā)現(xiàn)的活動斷層段長約60km，為全新世活動斷裂。

(2)墨脫斷裂的最新水平運動表現(xiàn)為左旋走滑，這可能與印度板塊持續(xù)向N推進相關，部分地段的傾向滑動表現(xiàn)出逆沖運動，部分地段表現(xiàn)出正斷運動。

致謝 審稿專家對論文提出了寶貴的意見，成都勘探設計研究院張運達高級工程師提供了墨脫斷裂帶野外調查資料，14C樣品由美國Beta實驗室測試完成，在此一并表示感謝。

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GEOLOGICAL EVIDENCES OF LATE QUATERNARY ACTIVITY OF MOTUO FAULT IN EASTERN HIMALAYAN SYNTAXIS

XIE Chao1)YANG Xiao-ping1)HUANG Xiong-nan1)WANG Ping2)LI Zheng-fang1)ZHOU Ben-gang1)

1)KeyLaboratoryofActiveTectonicsandVolcano，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)StateKeyLaboratoryEarthquakeDynamics，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China

Motuo Fault locates at the east of Namjagbarwa Peak in eastern Himalayan syntaxis. Based on the remote sensing interpretation，the previous work，and with the field investigation，this paper obtains the spatial distribution and movement characteristics of Motuo Fault in China，and geological evidences of late Quaternary activity. Two trenches in Motuo village and Dongdi village located in Yalung Zangbo Grand Canyon reveal that the Motuo Fault dislocates the late Quternary stratum and behaves as a reverse fault in Motuo village and normal fault in Dongdi village. Motuo Fault is dominated by left-lateral strike-slip associated with the faulted landforms，with different characteristics of the tilting movement in different segments. The trench at Didong village reveals the latest stratum dislocated is～2780±30,a,BP according to radiocarbon dating，implying that Motuo Fault has ruptured the ground surface since late Holocene. The movement of left-lateral strike-slip of Motuo Fault is related to the northward movement process of Indian pate.

Motuo Fault，movement characteristics，late Quaternary，geological evidences，eastern Himalayan syntaxis

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.04.023

2016-10-08收稿，2016-11-20改回。

中國地震局地震行業(yè)科研專項(201508024)資助。
*通訊作者： 周本剛，男，研究員，E-mail: zhoubg@ies.ac.cn。

P315.2

A

0253-4967(2016)04-1095-12

謝超，男，1983年生，2011年于中國地震局地震預測研究所獲碩士學位，助理研究員，現(xiàn)為中國地震局地質研究所博士研究生，主要從事活動構造與工程地震等方面的研究，電話：13581735641，E-mail： chao.xie0017@163.com。