东喜马拉雅构造结墨脱断裂晚第四纪活动地质证据的发现
【类型】期刊
【作者】谢超，杨晓平，黄雄南，王萍，李正芳，周本刚（中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室；中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室）
【作者单位】中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室；中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室
【刊名】地震地质
【关键词】 墨脱断裂；运动性质；晚第四纪；地质证据；东喜马拉雅构造结
【资助项】中国地震局地震行业科研专项
【ISSN号】0253-4967
【页码】P1095-1106
【年份】2019
【期号】第4期
【期刊卷】1;|6;|7;|8;|2
【摘要】墨脱断裂位于东喜马拉雅构造结南迦巴瓦峰的东侧。在遥感信息解译的基础上,结合前人的研究成果,通过详细的野外调查,获得了墨脱断裂在中国境内的空间展布、运动性质和断错晚第四纪以来地层的证据。在雅鲁藏布江大峡谷内的墨脱村和地东村开挖的探槽均揭示出墨脱断裂断错了晚第四纪地层,其中墨脱村探槽地质剖面上显示出断裂最新活动具有逆冲性质,地东村探槽剖面上表现出的最新活动则为正断性质。结合断裂沿线典型的断错地貌分析,认为墨脱断裂晚第四纪以来以左旋走滑运动为主,不同段表现出逆断或正断的倾滑分量。地东村探槽揭示断裂断错的最新地层14C年代约为(2 780±30)aBP,表明墨脱断裂全新世晚期发生过断错地表的事件。墨脱断裂的左旋走滑运动与阿萨姆构造结的向N推挤相关。
【全文】 文献传递
东喜马拉雅构造结墨脱断裂晚第四纪活动地质证据的发现
摘 要：墨脱断裂位于东喜马拉雅构造结南迦巴瓦峰的东侧。在遥感信息解译的基础上，结合前人的研究成果，通过详细的野外调查，获得了墨脱断裂在中国境内的空间展布、 运动性质和断错晚第四纪以来地层的证据。在雅鲁藏布江大峡谷内的墨脱村和地东村开挖的探槽均揭示出墨脱断裂断错了晚第四纪地层，其中墨脱村探槽地质剖面上显示出断裂最新活动具有逆冲性质，地东村探槽剖面上表现出的最新活动则为正断性质。结合断裂沿线典型的断错地貌分析，认为墨脱断裂晚第四纪以来以左旋走滑运动为主，不同段表现出逆断或正断的倾滑分量。地东村探槽揭示断裂断错的最新地层14C年代约为(2 780±30)a,BP，表明墨脱断裂全新世晚期发生过断错地表的事件。墨脱断裂的左旋走滑运动与阿萨姆构造结的向N推挤相关。
关键词：墨脱断裂 运动性质 晚第四纪 地质证据 东喜马拉雅构造结
0 引言
喜马拉雅东构造结指喜马拉雅弧形山系东部弧顶部位，即位于青藏高原东南段、 印度次大陆的东北和缅甸西北角的地带，是欧亚板块与印度洋板块碰撞、 汇聚的南缘地带(腾吉文等，2006)，其内部的南迦巴瓦峰(海拔7,782m)地区在3Ma BP隆升速率大于周边区域，被认为是东构造结的核心部位(隆升中心)，即东喜马拉雅南迦巴瓦构造结(丁林等，1995)。
墨脱断裂展布于南迦巴瓦构造结东侧，为1条规模较大的区域性断裂。1974—2014年期间，墨脱断裂附近虽然发生过多次3.0级以上的地震，而且1950年察隅8.6级大地震之后的部分余震也沿墨脱断裂分布(李保昆等，2015)，这些地震活动特征可能显示墨脱断裂晚第四纪以来构造活动非常剧烈。 但由于墨脱断裂展布在雅鲁藏布江大峡谷内，属于亚热带湿润气候区，并分布有茂密的热带雨林，高山峡谷的地形地貌特征决定了该区地表剥蚀强烈，目前尚未发现墨脱断裂断错晚第四纪地层的证据。
以遥感解译为基础，结合已有的资料(西藏自治区科学技术委员会，1988； 成都地质矿产研究所，2003)，经过详细的野外调查，获得了墨脱断裂的空间展布(中国境内)，并在地东村和墨脱村附近分别进行了槽探开挖，初步研究了墨脱断裂晚第四纪的活动性质。该研究对于认识喜马拉雅东构造结的演化和南迦巴瓦地区雅鲁藏布江河段的地震危险性评价有着重要的科学和应用价值。本文为我们的初步研究结果，更深入的科学问题需要做进一步细致的工作。
1 构造地质背景
东喜马拉雅区域碰撞以来的变形以EW向的推覆为主，形成了主中央断裂(MCT)、 主边界断裂(MBT)、 冈底斯逆冲带(GT)及仁布-泽当逆冲带(RZT)(图1)(Burg et al.，1984； Yin et al.，1994)，同时发育了一系列的大型走滑断裂，如阿尼桥-图定-因哥右行走滑断裂(T-ISZ)及嘉黎右行走滑断裂带(JSZ)。
图1 东喜马拉雅构造结地区构造地质图(修改自Ding et al.，2001)
Fig. 1 Geological sketch map of the eastern Himalayan syntaxis(after Ding et al.，2001).
NJS 怒江缝合带； GTS 古玉逆断裂； JSZ 嘉黎走滑断裂带； ANF 阿尼桥走滑断裂带； IYS 印度-雅鲁藏布缝合带； MST 米什米逆冲断裂； LT 鲁希特缝合带； MCT 主中央断裂； MBT 主边界断裂； MTF 墨脱断裂； T-IST 图定-因哥走滑断裂； RZT 仁布-泽当逆冲断裂； GT 冈底斯逆冲带； NJF 那加山断裂； STDS 藏南拆离系； NPS 南迦巴帕尔巴特构造结； NBS 南迦巴瓦构造结； SS 桑构造结； AS 阿萨姆构造结
阿尼桥-图定-因哥走滑断裂为喜马拉雅山脉的东界，其西部的山脉及构造线为NE向，而东部的米什米山为NW向； 在阿尼桥及图定之间，断裂走向为N40°E，图定的南部，断裂反时针弯曲为SN走向(Singh，1993)； 阿尼桥断裂错断了雅鲁藏布江缝合带(IYS)及主中央断裂(MCT)(Ding et al.，2001)。嘉黎断裂带切穿了察隅岛弧，被认为是高原E向挤出的南边界，其滑动速率可以达到 20mm/a(Armijo et al.，1989)。
东喜马拉雅发育了3个不同方向，依次向S迁移的构造结，它们分别为南迦巴瓦构造结(NBS)、 桑构造结(SS)及阿萨姆构造结(AS)(图1)(Ding et al.，2001)。南迦巴瓦构造结位于派镇与图定之间，为南迦巴瓦地块向NE方向倾伏到冈底斯岛弧地块之下的过程中形成的大型背形构造(Burg et al.，1998; Ding et al.，2001)。南迦巴瓦构造结东、 西两翼分别为派镇左行走滑断裂及阿尼桥右行走滑断裂，南迦巴瓦构造结在7～6Ma,BP以来发生快速的隆升，同时形成了以南迦巴瓦峰为中心的外倾同心状脆韧性正断层体系(Tapponnier et al.，1990； An et al.，2001)； 桑构造结夹持在阿尼桥-图定-因哥走滑断裂与米什米逆冲断裂(MST)之间，为1个NW-SE向的向形构造，由MCT及MBT挤压褶皱形成(丁林等，2013)； 阿萨姆构造结由北部的主边界断裂、 东北部的米什米断裂以及东南部的那加山逆冲断裂(NJF)所围限。
2 墨脱断裂的空间展布
墨脱断裂展布于阿尼桥右行走滑断裂的东侧(图1)。通过详细的遥感影像解译和野外调查，并结合已有的资料(西藏自治区科学技术委员会，1988； 成都地质矿产研究所，2003)获得了达木到地东之间晚第四纪以来可能发生过活动的墨脱断裂的空间展布(图2)。断裂由3条次级断层斜列而成，展布于雅鲁藏布江东、 西两侧，达木断层自达木，向西南经卡布、 墨脱，终止于背崩附近； 西侧文浪断层自文浪村东北，向西南在荷扎与达木断层相交； 地东断层出露于月尔东与地东之间。另外，断层的定位充分参考了成都勘探设计研究院针对墨脱断裂调查的相关成果，如在墨脱县附近、 荷扎村及背崩乡附近等多处发现的基岩中的断层破碎带(图2)。图2 中墨脱断裂长约60km。
图2 墨脱断裂带在中国境内的展布
Fig. 2 Distribution of Motuo Fault in China.
黄色框a、 b分别为图3a、 3b的区域
3 墨脱断裂晚第四纪活动的地质地貌证据
3.1 断裂活动的地貌证据
墨脱断裂分布区线性构造明显，坡中槽发育，沿断裂多处河流出现水平位错(图3)。这些地貌特征暗示了墨脱断裂晚第四纪以来具有左旋走滑的运动学性质。
图3 墨脱断裂地貌解译
Fig. 3 Geomorphic interpretation of Motuo Fault.
a 文浪村附近断层地貌解译； b 地东村东北侧断层地貌解译
文浪村至德兴乡段发育明显的坡中槽，由于断裂的水平运动，多条冲沟出现同步左旋位错，最大位错量到达400m，同时区域发育了1条断头沟(图3a)。在地东村东北侧，陡峭的山坡上2条小型冲沟出现同步左旋位错，位错量分别为22m和45m(图3b)。
3.2 断裂活动的地质证据
通过遥感影像解译，墨脱村和地东村附近发现坡中槽等断错地貌，分别对这2个点进行了探槽开挖和研究。
3.2.1 墨脱村探槽
墨脱村西南的山脊被水平断错，形成走向约40°的断层眉脊，眉脊高约40m，长65m(图4)。探槽布置在眉脊的底部，探槽走向335°，长20m，上宽3m，下宽2m，深3～4m。探槽剖面如图5 所示。
图4 墨脱村探槽位置
Fig. 4 The site of the trench at Motuo village.
图5 墨脱村探槽剖面照片(a)及其素描图(b)
Fig. 5 Photograph(a)and sketch(b)of the trench at Motuo village.
黄色框内为图6 所示
探槽剖面上主要出露了1套晚第四纪坡积相沉积层序和2条逆冲断层。探槽中揭露出的地层和断层特征描述如下：
(1)黑色砂质黏土层，为耕植土层，富含植物根系；
(2)棕红色砂质黏土，含少量直径2～5cm的花岗岩角砾石，个别砾石的大小达到5cm×15cm；
(3)灰褐色粗砂、 角砾石混杂堆积，含少量灰色黏土，角砾石以花岗岩为主，角砾石长轴方向杂乱无序。
(4)灰色粗砂，含少量角砾石混杂堆积；
(5)灰色中-粗砂、 含一定量的花岗岩角砾混杂堆积；
(6)灰红色花岗岩角砾石层，角砾石较大，最大直径可达30cm，含较多棕红色砂质黏土，砾石长轴方向顺坡排列；
(7)灰白色花岗岩角砾石层，含少量的粗砂、 黏土，砾石长轴方向与坡面大致平行；
(8)灰白色含较多砂土的花岗岩角砾石层，砾石形状不规则；
(9)灰黑色含较多粗砂的花岗岩角砾石层，由于风化作用，局部呈褐红色，总体上表现出层状构造；
(10)灰白色含少量砂土的花岗岩角砾石层，顶部有5～10cm的铁锈色砂质黏土，角砾石长轴与坡向一致；
(11)灰黑色含砂土的深色花岗岩角砾石堆积，角砾石长轴与坡向一致；
(12)灰黑色含较多砂土的花岗岩角砾石堆积，角砾石长轴与坡向一致。
探槽中可以揭露出2条逆冲断层f1和f2(图5，6)，其中f2断层宽10～20cm。根据探槽剖面揭示的断层和地层的关系，探槽中揭露出2次断层活动事件。第1次表现为层4沉积之后被f1断层错断，断层附近角砾石定向排列，地表水沿断层渗入，形成铁红色氧化带(图6)。第1次断层错动事件之后，层4和层5的东部遭到剥蚀，之后层3地层开始堆积，覆盖于f1断层和层4、 层5之上； 第2次事件表现为层3堆积之后f2断层发生错动，使得层8逆冲于层3之上，同时造成层8—12向上弯曲。第2次断层错动事件之后，探槽位置可能遭到侵蚀，使f2断层直接出露于地表，之后探槽附近堆积了层1和层2，它们覆盖于断层之上。由于探槽所揭示地层类型为坡积相的角砾石、 粗砂与黏土的混合堆积，没有采集到合适的测年样品，但根据地层沉积特征，可以判定探槽中揭露的地层为晚更新世堆积，断裂错断了晚第四纪以来的地层。
图6 墨脱村探槽中的断层照片
Fig. 6 Fault interpretation of the trench at Motuo village.
3.2.2 地东村探槽
墨脱断裂在地东村表现为NE走向、 长约200m的坡中槽。探槽布置在地东村西南，该处槽谷深约15m(图7)，探槽横跨槽谷东南谷壁。探槽走向350°，长14m，深4～5m，宽2m。探槽剖面如图8 所示。
图7 地东村探槽位置
Fig. 7 The site of the trench at Didong village.
图8 墨脱村探槽剖面照片(a)及其素描图(b)
Fig. 8 Photograph(a)and sketch(b)of the trench at Didong village.
黄色框a、 b内为图9 所示
探槽剖面上出露13套地层，这些地层即有坡中槽中的静水沉积，也有由槽谷沟壁上向槽谷内的垮塌堆积。各地层的特征分述如下：
(1)灰黑色砂质黏土，含少量花岗岩角砾石，富含植物根系；
(2)灰白色—棕黄色砂质黏土层，含大量花岗岩角砾石，角砾石最大长达30cm；
(3)棕黄色粗砂黏土堆积，含黑色黏土团块及花岗岩角砾石，角砾石表面呈黑色，大小不等，最大直径为20cm；
(4)深灰色黏土层，含有花岗岩角砾石及少量粗砂，角砾石表面为黑色，夹有少量黄色黏土团块；
(5)灰白色含黄色黏土粗砂的花岗岩角砾石堆积，角砾石最大为80cm×60cm，局部呈灰黑色；
(6)棕红色—黄色粗砂质黏土层，含少量花岗岩角砾石；
(7)黑色粗砂质黏土层，局部厚度变化较大，含花岗岩碎石及黄色黏土团块，碎石最大粒径约10cm；
(8)黄色粗砂层，含大量深色花岗岩角砾石，砾石大小不等，最大为30cm×20cm。
图9 地东村探槽断层解译图
Fig. 9 Fault interpretation of the trench at Didong village.
(9)棕红色和灰色粗砂质黏土层，含灰色花岗岩角砾石；
(10)灰白色花岗岩角砾石堆积，含一定量的灰色粗砂和黏土，角砾石形状不规则；
(11)灰黑色淤泥层，含少量黄色黏土团块和花岗岩碎石；
(12)黄色淤泥层，含花岗岩角砾石，最大为20cm×10cm，个别角砾石风化强烈；
(13)灰白色花岗岩角砾石堆积，含大量粗砂和少量黏土，堆积比较松散。
探槽剖面中可分辨出f1和f2 2条正断层(图8，9)。f1倾向SE，倾角63°，断层上盘为含角砾石的黑色淤泥层(层11)和棕黄色的粗砂黏土层(层3)，下盘为含角砾石的黄色淤泥层(层12)，f1断层上断点被层4覆盖。层11中炭粒样品(ddc-10)的年龄为(3,530±30)a，层4中炭粒样品(ddc-2)的年龄为(1 940±30)a，这2个年龄限定了断层f1发生错动的时间为距今1,940～3,530a。断层f2倾向SE，倾角35°，探槽揭示断层f2错断了层7—9，其中层9顶面和层7底面分别形成了1.2m和0.5m的断距(图9b)，说明f2可能经历了2次活动。f2上部覆盖层(层6)没有发生错断或变形，层7中炭粒样品(ddc-4)的年龄为(2 780±30)a，代表了f2最后1次活动发生在距今2,800a之后。
4 讨论和初步认识
4.1 讨论
墨脱断裂位于南迦巴瓦构造结边界的东侧，晚第四纪以来断裂经历了复杂的构造变形。印度板块向N推进，与欧亚板块最早的碰撞点是印度板块西北角的南迦巴帕尔巴特(Patzelt et al.，1996)。45Ma,BP时2个板块全线发生碰撞，印度板块东、 西2角向N推移的速度分别为 64mm/a和 55mm/a； 由于东、 西2角位移的速度差，使印度板块在位移过程中继续反时针旋转并压缩变形，即西部角相对不动，以挤压变形为特征，中部以旋转变形为主，而东部角继续向NE方向楔入、 挤压(Pichon et al.，1992)。印度板块现今在阿萨姆构造结向N推挤，在阿萨姆构造结的东侧产生右旋走滑活动断裂，如实皆断裂(国家地震局地质研究所，1981)、 红河断裂(邓起东等，2007)，在阿萨姆构造结的西侧产生墨脱左旋走滑活动断裂(图10)。
图10 东喜马拉雅构造结及其邻区块体运动模式(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 东昆仑断裂； LMF 龙门山断裂； XSF 鲜水河断裂； XJF 小江断裂； RRF 红河断裂； BNS 班公-怒江缝合带； NJS 那加山断裂； YZS 雅鲁藏布江缝合带； JLF 嘉黎断裂； SF 实皆断裂； MCT 主中央断裂； MFT 主前缘逆冲带； MTF 墨脱断裂； SGB 松潘-甘孜块体； QTT 羌塘地块； LSB 拉萨块体； NBS 南迦巴瓦构造结； AS 阿萨姆构造结； 黑色箭头为印度板块运动方向； 灰色箭头为地壳向SE逃逸的方向
4.2 初步认识
(1)墨脱断裂由多条次级断层斜列而成，断裂走向50°～60°，目前发现的活动断层段长约60km，为全新世活动断裂。
(2)墨脱断裂的最新水平运动表现为左旋走滑，这可能与印度板块持续向N推进相关，部分地段的倾向滑动表现出逆冲运动，部分地段表现出正断运动。
致谢 审稿专家对论文提出了宝贵的意见，成都勘探设计研究院张运达高级工程师提供了墨脱断裂带野外调查资料，14C样品由美国Beta实验室测试完成，在此一并表示感谢。
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GEOLOGICAL EVIDENCES OF LATE QUATERNARY ACTIVITY OF MOTUO FAULT IN EASTERN HIMALAYAN SYNTAXIS
Abstract：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.
Key words：Motuo Fault，movement characteristics，late Quaternary，geological evidences，eastern Himalayan syntaxis
doi：10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.04.023
〔收稿日期〕2016-10-08收稿，2016-11-20改回。
〔基金项目〕中国地震局地震行业科研专项(201508024)资助。
*通讯作者： 周本刚，男，研究员，E-mail: zhoubg@ies.ac.cn。
中图分类号：P315.2
文献标识码：A
文章编号：0253-4967(2016)04-1095-12