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南迦巴瓦构造结西侧里龙断裂晚第四纪活动特征
南迦巴瓦构造结西侧里龙断裂晚第四纪活动特征
谢平*2) 唐方头*2) 梁小华3) 李康3)
1)西藏自治区地震局,拉萨 850000;
2)中国地震局地球物理研究所,北京 100081;
3)中国地震局地质研究所,北京 100029
 [收稿日期]: 2017-04-18
摘要

本文通过卫星影像解译、地质地貌调查、地质探槽开挖、断错地貌测量和样品年代学测试,对南迦巴瓦构造结西侧的里龙断裂晚第四纪活动特征进行了分析和研究,结果表明:里龙断裂是一条以右旋走滑活动为主、兼有挤压逆冲的北北西向断裂,其最新活动时代为全新世;该断裂晚第四纪以来的平均水平滑动速率为3-4mm/a,平均垂直滑动速率为0.10-0.15mm/a。研究还表明,南迦巴瓦构造结晚第四纪以来的向北俯冲运动已经停止,喜马拉雅东构造结地区的构造变形主要受阿萨姆构造结的俯冲影响。



引言

新生代早期,印度板块与欧亚板块的碰撞及其后印度板块向北的楔入作用是新生代地球发展历史中最具有全球意义的重大事件之一,形成了号称“世界屋脊”的喜马拉雅造山带和中亚内部诸多活动山系(Molnar等,1975李吉均等,1979Molnar等,1993Tapponnier等,2001尹安,2001)。东西长约2500km的喜马拉雅造山带大体呈向南凸出的弧形构造,被认为是印度板块与拉萨地块相互作用之结果。由于喜马拉雅造山带是典型的、正在活跃的陆-陆碰撞造山带,因此,它可以帮助人们认识古今陆-陆碰撞造山带的形成与演化,甚至可以帮助人们直接观测陆-陆碰撞造山的具体过程,这有助于提升人们对地球内部活动过程的认识。喜马拉雅造山带东、西两端的山脉与水系的走向发生了约90°的大转弯,故称其为构造结。位于东构造结周边的断裂带与东构造结的变形密切相关,通过研究这些断裂带的变形特征可以揭示东构造结的变形过程。

本文以构造结西侧的里龙断裂第四纪活动明显的里龙乡附近区段为研究目标,利用遥感影像对断裂沿线的水系、阶地、洪积扇和滑坡体等地貌体(面)的变形进行了解译、判读,在随后的野外考察中详细核实了沿线的地貌位错特征及其地质属性;对典型位错地貌进行了实地测量、探槽开挖和地层年代测定,确定了断裂的空间展布特征和运动特征,估算了断裂晚第四纪以来的滑动速率。

1 构造背景

喜马拉雅东构造结位于印度板块和欧亚板块碰撞的前缘东端部位,南迦巴瓦构造结为其西北侧的次一级构造结,附近区域地震活动较为强烈,发生过多次6.0级以上地震(图 1)。东构造结周边规模较大的断裂多是继承性断裂,如班公-怒江断裂、嘉黎断裂、雅鲁藏布江断裂和墨脱断裂等;而规模较小的断裂主要是第四纪新生断裂,如尼洋河断裂、里龙断裂和嘉黎断裂东南段等,研究这些新生断裂的活动特征有助于认识构造结的现今变形特征。


图 1 南迦巴瓦构造结地震构造图 Fig. 1 Seismo-tectonic map around the Namcha Barwa syntaxis

里龙断裂位于南迦巴瓦构造结西侧。根据前人的调查资料和研究成果,该断裂为北东向的左旋走滑断层,主要沿里龙沟展布,造成了雅鲁藏布江河谷在断裂附近左旋拐折。我们于2010年至2015年对里龙断裂进行了多次实地调查,调查结果表明,里龙断裂并不是原先认为的北东向展布,而是北北西向展布;在原先认为的雅鲁藏布江河谷左旋拐折附近并没有发现证明断裂存在的地质证据,而在断裂通过处的花岗岩中存在北北西断层,且雅鲁藏布江及阶地发生右旋错动(图 2)。


图 2 堆米村里龙断裂位错雅鲁藏布江和滑坡体影像(据Google Earth) Fig. 2 Satellite image of dislocation of the Yarlung Zangbo river and landslide at Duimi village (from Google Earth)
2 断裂活动性

在里龙乡附近,雅鲁藏布江T3阶地拔河高40m左右,阶地之中见断层(图 3)。该处断裂破碎带宽约30—40m,砾石层、中粗砂层遭受了强烈的构造变形,破裂、揉皱在一起,致使局部地层几近直立。从断层剖面特征分析,断裂具走滑兼逆冲性质,断层走向北北西,倾向南西,倾角约65°。在变形砂层中采集释光样品,其年代测定为距今32.3±3.5ka,为晚更新世晚期,表明该处断裂至少在晚更新世晚期仍在活动。


图 3 里龙断层剖面 Fig. 3 Fault section of Lilong village

从上述观测点往北,断层在T3阶地上形成了长约200m、高达3—5m的北北西向陡坎。2013年7月,我们垂直陡坎走向开挖了2个地质探槽(图 4)。


图 4 里龙乡探槽和断层露头位置示意图(据Google Earth) Fig. 4 Diagram of trench & fault outcrop at Lilong village(from Google Earth)

南侧探槽(TC-1)揭露出里龙断裂存在多期活动,东支断裂f1活动较新,切割冲沟中的堆积物,直达地表,显示出逆冲性质,产状为255°∠75°(图 5)。在被断层错断的砂砾石层


① 浅灰黄色砾石层夹粗砂,粒度1—20cm不等,分选差,磨圆好,没有胶结,采碳样TC-1-Ⅰ;② 灰黑色粉砂层,具层理,胶结硬;③ 褐黄色砾石层与灰黑色砂层互层,分选和磨圆都较好,被多次错断;④ 灰黑色粉砂层;⑤ 灰黄色粗砂与黄色砾石层互层;⑥ 灰黄色粉细砂层,具水平层理,采释光样LLTC-1-1、2;⑦ 砾石层,磨圆好,分选差,粒度1—20cm不等;⑧ 灰黑色粉砂夹砾石层,采释光样LLTC-1-3、4;⑨ 灰黄色风成砂
图 5 南侧探槽北壁地质剖面 Fig. 5 Geological section on the northern wall of south trench

① 中采集14C样品(TC-1-Ⅰ),经Beta实验室测定其年龄为8860±40a BP,为全新世早期;西支断裂f2活动较老,没有断错表层1.5m左右的砂层和风成砂土,显示出正断性质,产状为70°∠85°。f2断裂错动了粉细砂层⑥,该层的热释光样品(LLTC-1-1、2)年龄为距今28.4±3.2ka;上覆粉砂层⑧ 的热释光样品(LLTC-1-3、4)年龄为距今23.9±2.6ka,属晚更新世晚期。两条断裂之间发育多条规模较小的正断层,断距0.2—1.0m不等。

北侧探槽(TC-2)间隔10m平行于南侧探槽开挖,其东端与南侧探槽西端部分重合。该探槽东端揭露的断裂与南侧探槽西端揭露的断裂应为同一断层,该处产状为265°∠75°(图 6)。断裂西侧下部地层也有明显的构造变形,而上部地层没有发生构造变形。在发生变形的粉砂质粘土与灰黄色细砂互层⑨ 中采集释光样品(LLTC-3-3、4),其年龄测定为距今27.1±2.3ka;在未发生构造变形的浅灰黄色砾石夹粗砂层⑥ 中采集释光样品(LLTC-3-1、2),其年龄测定为距今22.0±1.8ka。因此,该处断裂为晚更新世晚期活动断层。


① 灰黄色风成砂;② 灰黑色中粗砂夹砾石层,分选、磨圆中等,成分主要为石英、花岗岩等;③ 灰黑色粉砂夹砾石层,磨圆好,砾径5—10cm;④ 灰黑色粗砂夹砾石层,砾径2—3cm,磨圆好,分选差;⑤ 砾石层,分选差,磨圆好;⑥ 灰黑色粉细砂层,采释光样LLTC-3-1、2;⑦ 灰黑色粗砂夹砾石;⑧—⑨ 灰黑色粉砂质粘土与灰黄色细砂互层,采释光样LLTC-3-3、4;⑩—⑮ 黄色砾石层与灰黑粗粒砂砾石互层,局部被错断;⑯ 灰黄色砾石层夹粗砂,粒度为1—20cm不等,分选差,磨圆好,未胶结;⑰ 灰黑色粉砂层,层理发育,胶结硬
图 6 北侧探槽北壁地质剖面 Fig. 6 Geological section on the northern wall of north trench

2013年10月,我们对南侧探槽(TC-1)东端进行延长开挖,穿过东侧雅鲁藏布江Ⅱ级阶地(拔河高30m左右)的前缘陡坎。该探槽揭露出3条断裂,其中,西侧断层产状250°∠70°,上盘地层发生强烈的褶皱变形,表现为逆冲性质;中部断层产状70°∠75°,西侧为砾径5—50cm的巨砾层,东侧为砾径2—10cm的砾石层,两侧地层均为近水平方向,表现为走滑断层性质;东侧断层产状70°∠80°,西盘为砾径2—10cm的砾石层,东盘为砾径1—3cm的砾石层和砂层,两盘地层均为近水平方向,也表现为走滑断层。在西侧断层和中部断层之间采集2个碳样L01、L02,其中样品L01位于被断错灰黑色巨砾层⑦ 的顶部,样品L02位于上覆未变形含陶罐堆积物① 的陶罐西约20cm处。经Beta实验室测定,样品L01的年代为9620±40a BP,样品L02的年代为2100±30a BP(图 7)。据此可以判断,3条断层均为全新世活动断裂,而且在距今2100年至9620年期间至少发生过3次古地震事件,地震复发间隔为2500—3000a。


① 灰黄色风成砂与砂砾石,底部有一陶罐,采碳样L02;② 灰色中粗砂夹砾石层;③ 灰黑色砾石层,粒径1—3cm,磨圆好,分选差;④ 灰黑色砾石层,粒径2—5cm,磨圆好,分选差;⑤ 灰色中细砂夹砾石层;⑥ 灰黑色砾石层,粒径2—10cm,磨圆好,分选差;⑦ 灰黑色砾石层,粒径5—50cm,磨圆好,分选差,成分主要为石英、花岗岩等,采碳样L01;⑧ 灰黑色粉砂与灰黄色细砂互层,夹砾石层;⑨ 灰黑色砾石层,粒径1—5cm,磨圆好
图 7 南侧探槽延长段南壁地质剖面 Fig. 7 Geological section on the southern wall of expanded south trench

在里龙乡南的里龙沟右岸,T2阶地(拔河高20m左右)上部的砂层和砾石层发生强烈的褶皱变形,并在阶地面上形成高0.2—0.3m的小陡坎。在其南约1km处开挖1个探槽(TC-3),探槽揭露出下部黑色砂砾层中发育2条断层,并有明显的砂土液化现象;上覆厚4—5m的浅黄色砂层,砂层底部发育火焰状构造,系砂土液化所致(图 8)。其中,f1断层为正断层,垂直错距约0.6m,产状为270°∠41°;f2断层为逆断层,垂直位移约0.2m,产状为250°∠67°。在被断错粉砂层⑥ 采集释光样品(LLG-3、4),年代测定为距今19.2±1.5ka;上覆砂层① 采集释光样品(LLG-1、2),年代测定为距今11.9±1.0ka。因此,该处断裂最新活动时代为晚更新世晚期或全新世早期。根据阶地面上陡坎高度和探槽内逆冲断层的位移判断,单次地震事件的垂直位移为0.2—0.3m。


① 河湖相粉细砂与粗砂互层,有火焰状沉积构造或者沙土液化,采样LLG-1、2;② 灰色砂砾石层;③ 细粒砂砾石层;④ 粗粒砂砾石层;⑤ 灰黑色砂砾石层,粒度0.1—2cm,磨圆好,成分主要为石英、花岗岩等;⑥ 灰黑色粉砂层,具层理,采样LLG-3、4;⑦ 灰黑色粗砂层;⑧ 灰色砾石层,粒度1—4cm,分选磨圆好;⑨ 粗砂层,粒度在1cm之内;⑩ 浅黄色粉细砂层;⑪ 浅黄色细砂夹大砾石,为砂土液化所致
图 8 里龙沟探槽北壁地质剖面 Fig. 8 Geological section on the northern wall of trench in Lilong gully
3 断错地貌特征与断层滑动速率
3.1 断错地貌特征

里龙断裂的卫星影像特征较为清晰,断裂沿线的阶地和滑坡体中发育明显的陡坎或沟槽地貌,断层通过处的雅鲁藏布江发生右旋错动。下面对典型地貌位错特征进行分析。

在里龙乡北堆米村东的雅鲁藏布江左岸,断裂通过处花岗岩破碎,花岗岩中可见北西向断层面,断面发育近水平擦痕(图 9(a))。其北侧的雅鲁藏布江T2阶地(拔河高22m左右)上堆积滑坡体,滑坡体中发育北西向沟槽,并产生右旋位错现象(图 9(b)图 2)。根据高清卫星影像测量,该处滑坡体右旋错动20m左右,垂直位移约1m。根据在雅鲁藏布江左岸朗嘎村西T2阶地(拔河高约24m)探槽中从下至上5个碳样的年代9060±40aBP、8100±50aBP、7940±40aBP、5220±40aBP和5270±40aBP,可以确定该处T2阶地的形成时代为距今5000—9000a。由于该处雅鲁藏布江T1阶地(拔河高约12m)上没有覆盖滑坡体堆积物,因此可以判定该滑坡体形成于T1阶地堆积之前。结合里龙乡探槽揭露的古地震事件,该滑坡体形成时代可能为距今7ka左右。


图 9 花岗岩中断层面与滑坡体上的断层沟槽地貌 Fig. 9 Fault plane in granite and fault gully on landslide

在该滑坡体南侧,雅鲁藏布江发生右旋错动(图 2)。其中,左岸错动约35m,右岸错动达120m左右。左岸断层上游侧为第四系堆积、下游侧为基岩露头;右岸断层两侧均为第四系堆积。断层上游侧江面比下游侧江面窄100m,可能是由于断层右旋走滑造成下游侧左岸暴露于江中,受江水冲刷剥蚀,而右岸则隐藏在上游侧背后,江水不易冲刷所致。因此,该处右岸错动的距离可以代表断层右旋错动的位移量。右岸堆积物与里龙乡T3阶地堆积物连成一体,其形成年代与Ⅲ级阶地的时代相近。根据里龙乡剖面和探槽沉积物释光测年结果推断,其形成时代为距今22.0±1.8ka至32.3±3.5ka,该处断层错动雅鲁藏布江的起始时间可取为30ka。里龙乡雅鲁藏布江T3阶地上的北北西向陡坎高3—5m,可以代表断裂的垂直位移。

里龙沟T2阶地发育北北西向陡坎,坎高0.2—0.3m;探槽内断层的垂直位移为0.2m,可以认为是一次地震事件的垂直位移。在探槽北侧150m处,该阶地面上堆积的洪积扇顶面发育的小型冲沟右旋位错15m左右(图 10)。根据探槽内上部沉积物释光年龄(距今11.9±1.0ka),洪积扇形成年代应小于10ka,其冲沟形成时代更晚,取冲沟位移起始时间为5ka。


图 10 里龙沟右岸小型冲沟位移(据Google Earth) Fig. 10 Displacement of small ditch at the right bank of Lilong gully (from Google Earth)
3.2 断裂滑动速率

用于计算断裂滑动速率的公式为:S=D/T。式中,S表示断裂带某一时期的平均滑动速率,既包括断裂黏滑速率,也包括断裂的蠕滑速率;D表示该时期的累积位移量;T表示累积位移的时间。

根据堆米村东滑坡体的位错特征分析得知,该断裂距今7ka以来的水平累积位错量为20m左右,垂直累积位错量约为1m,由此计算得到该断裂全新世以来的平均水平滑动速率为3.0mm/a左右,平均垂直滑动速率约为0.15mm/a。

根据堆米村雅鲁藏布江和里龙乡T3阶地的位错特征分析得知,该断裂距今30ka以来的水平累积位错量为120m左右,垂直累积位错量为3—5m,由此计算得到该断裂全新世以来的平均水平滑动速率为4.0mm/a左右,平均垂直滑动速率为0.10—0.15mm/a。

根据里龙沟左岸小型冲沟的位错特征分析得知,该断裂距今5ka以来的水平累积位错量为15m左右,由此计算得到该断裂全新世以来的平均水平滑动速率为3.0mm/a左右。

根据2010年至2016年我们在东构造结周边地区得到的GPS观测资料,在米林机场(南向速度10.12±0.26mm/a)与米林县卧龙镇(南向速度6.67±0.30mm/a)之间存在近南北向3.5mm/a左右的右旋走滑差异,与上述地质资料得到的结果基本一致。

4 结论与讨论

综上所述,里龙断裂是以右旋走滑为主、兼有逆冲分量的北北西向全新世活动断层,其晚第四纪以来的平均水平滑动速率为3—4mm/a,平均垂直滑动速率为0.10—0.15mm/a。结果反映了南迦巴瓦构造结晚第四纪以来向北俯冲运动已基本停止。

前人对东喜马拉雅南迦巴瓦构造结的构造变形进行过一系列的研究,认为东构造结的西边界断裂早期为具逆冲性质的左行走滑,后期为北西盘下降的正断层作用;东边界早期为右行走滑,后期为南东盘下降的高角度正断作用。其中,西边界为一宽约20km的北东走向变形带,由一系列强烈变形左行剪切带组成,其东南边界为派断裂、西北边界为东久-米林断裂,是带内规模最大、变形最强的左行剪切带。早期变形的活动年代为距今60—13Ma;后期高角度正断层体系的活动年代为距今7.3—6.3Ma(张进江等,2003刘焰等,2006许志琴等,2008丁林等,2013)。里龙断裂东侧的米林断裂为北东向左旋走滑断裂,是南迦巴瓦构造结西侧左行剪切带的一部分,其主要活动时代为中新世—渐新世。随着印度板块的持续挤入、喜马拉雅弧的扩展及印支地块的旋转等,喜马拉雅东构造结逐渐往南东迁移,形成桑构造结和阿萨母构造结,在欧亚大陆内部其构造应力场也随之发生改变,并形成新的断裂。在东构造结北东侧,由于印支地块的挤出,形成了一系列的北西向走滑断裂(丁林等,2013)。第四纪尤其是晚第四纪以来,在新的构造应力场作用下,南迦巴瓦构造结东侧的墨脱断裂带已由早期的右旋走滑转变为晚第四纪以来的左旋走滑;而构造结西侧的东久-米林断裂已由早期的左旋走滑、正断转变为晚第四纪以来的逆冲兼左旋走滑;位于其西侧的里龙断裂为新生的近南北向断裂,晚第四纪以来为右旋走滑兼逆冲运动,反映了南迦巴瓦构造结向阿萨母构造结的变形转移及后者俯冲作用对东构造结地区构造变形的影响。

最后,需要指出的是,对里龙断裂的空间展布和活动属性的最新研究结果仅是初步的,仍有一些更加细致的问题有待厘清,比如几何结构和变形转换,或许,进一步弄清楚这些问题将为我们揭示出喜马拉雅东构造结地区地球动力学过程的更多更有意义的内容。

参考文献
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Late Quaternary Movement Characteristics of Lilong Fault at the West Side of Namcha Barwa Syntaxis
Xie Ping*1), Tang Fangtou*2), Liang Xiaohua3), Li Kang3)
1) Tibet autonomous region Earthquake Administration, Lhasa 850000, China;
2) Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China;
3) Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
Abstract

Based on the interpretation of satellite images, quantitative geomorphological deformation measurement, trench excavation and dating of young terrace deposits, this paper obtains some new results as follows:Lilong fault, at the west side of Namcha Barwa syntaxis, is a Holocene dextral strike-slip fault with a thrust slip component, its strike is NNW. The terrace T3 of Yarlung Zangbo rive, composed mainly of alluvial deposits formed during 22-32ka BP, was offset by Lilong fault, with right-lateral and vertical displacements of 120m and 3-5m, respectively. The landslide body on the terrace T2 of Yarlung Zangbo rive was dislocated with right-lateral and vertical displacement respectively of about 20m and 1m. The landslide body on the terrace T2 of Yarlung Zangbo rive was dislocated with right-lateral and vertical displacement respectively of about 20m and 1m. The displacement of small ditch at the right bank of Lilong gully was dislocated with a right- lateral displacement of 15m. The strike-slip rate of Lilong fault is 3-4mm/a and the vertical slip rate is 0.10-0.15mm/a since late Quaternary, which is well consistent with GPS measurement. Those indicate that the tectonic deformation around the Eastern Himalaya Syntaxis is mainly affected by the subduction of the Assam Syntaxis.



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南迦巴瓦构造结西侧里龙断裂晚第四纪活动特征
谢平*2) 唐方头*2) 梁小华3) 李康3)
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20170304