引言

滇西南地区是我国西部活动断裂众多,强震频发的地区之一。该区在早期存在北东东向左旋走滑活动断裂的背景下,新发育了一条北北西向右旋走滑的龙陵-澜沧新生地震断裂带,近现代多次7级以上地震即沿该新生地震断裂带发生,其中多数地震发生在北东东向与北北西向两组构造的交汇部位(虢顺民等,1999;向宏发等,2000;徐锡伟等,2003;程佳等,2012)。其中的黑河断裂是滇西南地区一条重要的北西西向活动断裂带,其位于滇西南南部与缅甸交界地带,在卫星影像上整体呈较平直的线性特征,是一条以右旋走滑为主兼具倾滑分量的晚第四纪活动断裂带。该断裂带呈现出分段破裂特征,其中断裂带中段的木戛-南代段是1988年澜沧7.6级地震的主破裂带之一(毛玉平等,1991a;1991b;王辉等,1991;俞维贤等,1994;方良好等,2013)。2011—2013年笔者在考察黑河断裂带时发现,断裂带的西段即沧源-木戛段还保存了一段连续性较好、形貌较新的断层陡坎及基岩裂缝等,其类似地震形变带。经调查这些形变现象并不是1988年澜沧7.6级地震的产物,为此笔者推测它可能是前人尚未报道过的古地震形变带。本文拟在对黑河断裂西段新发现的古地震形变带地貌特征和剖面特征分析的基础上,探讨黑河断裂西段的构造活动性。

1 黑河断裂带概述

黑河断裂位于红河断裂以西的滇西南地区,该区属印度板块与欧亚板块碰撞的强变形带,区域上发育有右旋走滑的北西向红河断裂带、北北西向的龙陵-澜沧新生地震断裂带和一系列北东向次级左旋走滑断裂(虢顺民等,1999;向宏发等,2000;徐锡伟等,2003;程佳等,2012)。其中,黑河断裂为该区的一条重要的北西向右旋走滑活动断裂(图1a—c)。

黑河断裂西起沧源县以南,沿雪林大寨、木戛、战马坡、赛罕、芒弄、南岭、麻栗坝、糯扎渡、三道河一线,东南端止于澜沧江断裂,全长约168km,走向280°—310°,倾向南西或北东,倾角60°—75°,在战马坡村哈卜吗附近与北北西向的澜沧断裂(即龙陵-澜沧新生地震断裂带的组成部分)相交(图1b)。沿断裂出露由碎裂岩、糜棱岩及断层泥组成的数百米宽的断层破碎带(毛玉平等,1991a;1991b)。该断裂全新世以来新活动显著,性质以右旋走滑为主,兼具倾滑分量(方良好等,2013),其新活动性具有一定的差异性和分段性。根据其几何结构、新活动性及1988年澜沧7.6级地震破裂带特征,从西向东可划分为沧源-木戛(F1-1)、木戛-南代(F1-2)和南代-勐往(F1-3)3条次级断裂段(图1b)。其中,中段的木戛-南代段是1988年澜沧7.6级地震的主破裂带之一,东段的南代-勐往段全新世晚期有过活动,而西段的沧源-木戛段存在未知年代的古地震形变带。

本文研究的沧源-木戛段西起沧源以南,经雪林大寨,止于木戛盆地北侧,长约43km,走向280°—300°;在雪林大寨附近,断裂呈长约9km、宽约1km的梭状。笔者在野外考察中发现,在该断裂段存在从雪林大寨以西至木戛,长约12km以上的断续展布的古地震地表形变带(图1c)。本文对该古地震形变带特征进行了详细的描述和论证。

2 黑河断裂西段古地震形变带地貌特征

黑河断裂西段的古地震地表形变带(境外缅甸段无法考察,从卫星影像分析,推测同样存在)主要表现形式为基岩裂缝、田埂和山坡地边缘顺陡坎发生右旋扭动位错,水平断错量0.5—2m,而断层陡坎高约0.5—1m左右。造成田埂边缘右旋扭错的过程有两种情况:一种情况是断裂活动在先,形成了断层陡坎,后期人工修建梯田时顺陡坎而建,造成了田埂被断错的假象;另一种情况是田埂已经存在,后因地震活动而造成其水平和垂直位错。笔者通过现场访问和调查后确认,本段陡坎应属于前者。例如,在雪林大寨村岛浪央选附近,黑河断裂经过田埂和山坡地时,就已经形成了2条北西向的断层陡坎。其中:1条陡坎高0.6—1.2m(图2A,位置见图1c中的A点);另1条陡坎高0.5—1m,其两侧的田埂因地势平缓而连续完整,但是在陡坎附近因地势凸起而造成田埂不连续和不协调,这反应了断层活动应在田埂形成之前,其断错量为1—2m(图2B,位置见图1c中的B点)。


红色箭头指示陡坎位置;白色细线示意右旋田埂
图 1 黑河断裂及其西段古地震地表形变带分布图 Fig. 1Distribution of the rupture zones on the west segment of Heihe fault
图 2 雪林大寨附近断层陡坎地貌 Fig. 2Fault landform near Xuelin village

笔者在雪林大寨东采石场附近的断层沟谷内,也发现了1条走向320°左右,长约100m的断层陡坎,陡坎断错了灰黑色残坡积物,高0.5—1m,坡地北缘右旋扭动1—2m(图3,位置见图1c中的C点)。其与前面叙述的情况类似,因陡坎形成在先,后期平地时因陡坎存在妨碍了水平方向的田埂修建,因而将其保留为两块地的纵向分界线。

笔者在雪林大寨东采石场以南,木戛至雪林公路大垭口以北的断裂谷地东侧还发现了1条基岩裂缝,裂缝走向近南北,宽0.5m左右,长30m左右(图4A,位置见图1c中的D点)。在该基岩裂缝南东垭口的南侧山坡上,发育1条北西向高0.8m左右的断层陡坎,陡坎两侧田埂也表现出右旋扭动,其反应了断层前期的右旋断错,断错量为0.5—1.2m(图4B,位置见图1c中的E点)。

图 3 雪林大寨东断层陡坎地貌 Fig. 3Fault landform at east of Xuelin village
图 4 雪林大寨东采石场附近古地震地表破裂带 Fig. 4The surface rupture of Heihe Fault at east of Xuelin village

笔者在勐糯村以西,黑河南西岸的山坡上发现了1条清晰的反向断裂沟谷(坡中谷),沟谷由一系列山脊的鞍形地貌、槽地组成(图5A,位置见图1c中的H点)。在该段山坡的槽地内,可见多级断层陡坎,最低一级陡坎高0.5m左右(图5B)。在该反向断裂谷地的西北侧,还可见1条北西向、高0.5—1m的断层陡坎,陡坎切过灰褐色砂土层(因老乡除草后,田埂边缘露出了较清晰的地层层序),使其发生右旋断错,断错量为1—2m(图5C,位置见图1c中的G点)。

图 5 勐糯村西古地震地表破裂带 Fig. 5The surface rupture of Heihe fault at west of Mengnuo village

上述断错地貌的现象均较新,其与黑河断裂带中段残留的1988年澜沧7.6级地震地表破裂带有些相似(方良好等,2013),主要表现为右旋走滑性质,而垂直位移除了断裂的倾滑分量外,地形效应和重力作用可能也有一定的影响。为了证实上述这些疑似地震形变带是1988年澜沧7.6级地震形变带的西延,还是另一次地震形成的,笔者依据俞维贤等(1991a;1991b)和王辉等(1991)的考察资料,访问了云南省地震局俞维贤研究员及当地村民,他们均表示上述断层陡坎并不是1988年澜沧7.6级地震形成的(1988年地震时仅在该段形成了一些地裂缝),推测应为时间早一些的未知年代的古地震地表形变带。笔者根据其平均右旋断错1.25m,采用走滑型地震的矩震级Mw与同震平均位错AD(m)的经验关系:Mw=7.04+lgAD(Wells等,1994),估算了这次未知年代古地震的矩震级可能≥7级,这与黑河断裂带中段发生的1988年澜沧MS7.6级地震相当,它们形成的同震右旋位错量也大致相当。

3 黑河断裂带古地震形变带剖面特征

为了确定黑河断裂西段上述古地震地表形变带的形成年代,笔者沿断裂带开挖和清理了三个剖面,下面简述各剖面的特征。

3.1 雪林大寨断层剖面一

在雪林大寨村岛浪央选附近(北纬23°2′5.9″,东经99°32′58.0″),断裂的最新活动使田埂边缘发生同步右旋扭动1—2m,并有2条长约200m,北西走向、高0.6—1.2m的断层陡坎。笔者在垂直其中1条断层陡坎方向开挖探槽揭露出了断层剖面(图6,位置见图1c中的A点,整体如图2A所示),其最新活动断错了近地表的晚更新统-全新统坡积物和淤积物。断层产状305°/SW∠65°,具右旋兼正断分量,断裂切穿了淡黄色至黄绿色粘土层(层④)及其上覆灰褐色砂土层(层③),垂直错距大于0.5m,后被厚约0.4m的褐色砂土层(层②)及表土层(层①)覆盖,代表了1次古地震事件,其年代介于层②底部与层③顶部之间,二者的14C树轮校正年龄分别为(242±44)a.B.P.和(1714±49)a.B.P.。在1988年澜沧7.6级地震发生后,在剖面上可隐约见到裂缝发育,并延至地表。


①耕土层;②褐色砂质土层,含少量碎石;③灰褐色砂土层,含较多碎石;
④黄至黄绿色粘土;⑤暗红色粘土;⑥黄绿色断层泥
图 6 学林大寨断层剖面一 Fig. 6Fault profile near Xuelin village
3.2 雪林大寨断层剖面二

笔者在垂直雪林大寨村岛浪央选附近(北纬23°1′58.9″,东经99°33′9.3″)对另1条断层陡坎方向清理出了断层剖面(图7,位置见图1c中的B点,整体如图2B所示)。在这个剖面中,由于断层作用使得二叠纪砂岩与第四纪砂土层、粉土层直接接触,断层产状290°/SW∠61°,断面上近水平擦痕非常清晰,断层新活动断错了层③—⑤,而被上覆的层①、②所覆盖(见图7和图8)。这表明最新一次构造活动事件的时间介于层②底部和层④顶部之间,二者的14C树轮校正年龄分别为(1400±30)a.B.P.和(2530±25)a.B.P.。


①耕土层;②暗红色粉土层;③灰红色含砾粉土层;④暗红色粉土层;
⑤浅红色粉土层,含少量砾石;⑥二叠系砂岩
图 7 雪林大寨断层剖面二 Fig. 7Fault profile near Xuelin village

①耕土层;②暗红色粉土层;③灰红色含砾粉土层;④暗红色粉土层;⑥二叠系砂岩;
红色箭头指示断层位置
图 8 雪林大寨断层剖面二局部放大图 Fig. 8Close-up of fault profile near Xuelin village
3.3 巴代北断层剖面

在巴代北垂直断层陡坎(北纬23°0′48.9″,东经99°35′23.5″)方向上,笔者清理出了1条断层剖面(图9,位置见图1c中的F点)。在这个剖面中可见两个充填楔④和⑤,其形成与地震活动有关,可能是2次地震活动的产物。其中:在充填楔⑤内,充填层③为淡黄色砂土,其形成时代介于层③与层②之间;在充填楔④内,下部充填层③为淡黄色砂土,上部层②为褐色粉土,其形成时代在层②顶部沉积年龄之前。为测定与充填楔④和⑤相关的2次地震事件活动时代,笔者在层②的顶部和层③下部采集了14C样品,其树轮校正年龄分别为(980±30)a.B.P.和(2880±25)a.B.P.。由此可见,在(980±30)a.B.P.和(2880±25)a.B.P.之间曾至少发生过2次古地震事件。


①耕土层;②褐色粉土层,含少量碎石;③淡黄色砂土层,含碎石;④充填楔,上部为褐色粉土,
下部为淡黄色砂土;⑤充填楔,内充填淡黄色砂土;⑥杂色片理化带;⑦灰色粉砂岩
图 9 巴代北断层剖面 Fig. 9Fault profile at the north of Badai
3.4 古地震形变带年代的确定

综合上述探槽剖面年代及剖面特征,并采用逐次限定的思路和方法(毛凤英等,1995),大致可以确定最新的古地震事件年代,即(2880±25)a.B.P.以来黑河断裂西段发生的最新1次古地震事件的时间介于(1400±30)a.B.P.—(1714±49)a.B.P.之间。

4 结论和讨论

通过对黑河断裂西段较详细的野外追踪考察,笔者发现在该段存在从雪林大寨以西至木戛长12km以上、北西走向断续展布的古地震地表形变带,主要表现形式为基岩裂缝和田埂、山坡等的右旋扭动,断层陡坎高0.5—1m,陡坎两侧田埂表现出右旋扭动,反应了断层前期的右旋断错,断错量为0.5—2m。笔者认为陡坎的垂直位错是断层倾滑分量引起的,但是地形效应和重力作用也有一定影响。该地表破裂带的形态和规模与残留的1988年澜沧7.6级地震的地表破裂带相似,主要为右旋走滑性质。从陡坎断错的地层、陡坎形态等来看,笔者认为这些陡坎是同一期地震活动的结果。根据走滑地震的矩震级与同震平均位错的经验关系,可以估算该次地震的矩震级≥7级,这与该断裂中段发生的1988年澜沧MS7.6级地震相当,它们形成的同震右旋位错量也大致相当。经过典型地段探槽开挖和断层剖面清理,笔者认为黑河断裂西段的最新1次古地震事件的时间介于(1400±30)a.B.P.—(1714±49)a.B.P.之间。

致谢:文中14C样品由美国BETA放射性碳实验室及北京大学第四纪年代实验室测定,在此一并致谢。

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