南汀河斷裂帶構造地貌研究

石 峰

（中國地震局地質研究所，北京 100029）

青藏高原是世界上面積最大、最年輕、最活動的高原，高原范圍內發育的大量延伸規模達數百千米乃至上千千米的大型走滑斷裂帶是青藏高原活動構造最顯著的特征之一。這些大型走滑斷裂帶都是距今60～50Ma以來印度板塊和歐亞板塊碰撞及后期印度板塊向歐亞板塊推擠作用的結果，它們對于調節兩大板塊碰撞后陸內構造變形起著非常重要的作用。眾多研究者已經或正在對這些大型走滑斷裂從構造、地貌、年代、地球物理等方面進行研究，取得了豐碩成果，并提出了青藏高原的動力學和運動學模型。無論是最初的滑移線場理論模型、塊體模型還是后來的下地殼流模型和微塊體模型，都能比較好地揭示這些大型走滑斷裂帶和其他塊體邊界斷裂帶。但是前人的研究都集中在這些塊體邊界斷裂帶，對塊體內的運動關注較少，各種模型也很少涉及到塊體內的斷層。

以紅河斷裂帶為界，青藏高原東南緣分為2個塊體：川滇菱形塊體和滇西南塊體。滇西南塊體內部發育2組主要的活動斷裂帶，一組為北東向的弧形左旋斷裂，包括了主要的瑞麗—龍陵斷裂、南汀河斷裂帶、孟連斷裂和打洛斷裂，它們表現為以喜馬拉雅東構造結為圓心的等間距同心圓弧，大約間距150km；另一組為北西—北北西向右旋斷裂，它們與北東向的弧形斷裂垂直相交，包括了主要的臨滄斷裂和漢母壩斷裂。這2組斷裂帶都是強震發震構造，地震活動強，地貌上將紅河斷裂帶和石階斷裂帶之間的滇西南塊體刻畫成向南的擴展扇，與GPS數據限定了地表的速度場所展示的活動方式基本一致。根據GPS和地震數據、宏觀地貌幾何結構，我們很好地把握了滇西南塊體現代整體的運動方式，但是僅僅根據塊體內部有限的斷層研究資料，我們難以獲得對該塊體內部構造運動學和動力學特征，以及構造演化與地震活動的合理認識。

基于此，本論文選取北東向弧形構造體系中規模最大、特征最明顯的南汀河斷裂帶作為目標斷層，以該目標斷層及其周邊區域為重點研究區，開展定量和數值構造地貌研究，并試圖以南汀河斷裂帶為切入點，分析北東向弧形斷裂體系的運動學特征和動力學機制，及其在青藏高原構造變形演化過程中的作用和意義。

對于南汀河斷裂帶的研究，早期主要是為了瀾滄江漫灣水電站工程地震地質研究的需要。云南省地震局于1981年做了一些工作，得出了如下結論：南汀河斷裂帶是滇西南地區北東向現代最為活動的斷裂帶，其北東段切臨滄—勐?；◢弾r體，并斜切瀾滄江斷裂。而朱玉新（1989）的工作則認為南汀河斷裂帶的北東端未切穿瀾滄江斷裂，而是終止于斷裂帶西側的臨滄—勐?；◢弾r體中。對于斷裂帶的幾何展布沒有進行過系統性研究，僅僅通過大尺度地貌現象粗略分為3段（王晉南等，2006）。對于斷裂帶南、北段的活動性差異也存在爭論，通過分析沿斷裂帶分布的第四紀盆地的厚度和古地震剖面，朱玉新（1989）認為雖然北段的活動性要弱于南段，但是北段的晚第四紀活動性依然很強。而王晉南等（2006）通過分析斷裂的活動表現、斷裂活動環境及地震活動表現，則認為北段最新活動大致在中更新世—晚更新世，晚第四紀活動較弱。南汀河斷裂的研究不僅存在上述爭論，對于活動斷裂定量研究重要的活動參數如滑動速率、古地震事件等，也沒有很好的約束。而這些參數是我們認識斷層活動特征的基礎，也是我們認識區域運動學和動力學機制的基礎。

自20世紀70年代末以來，活動構造研究已從描述性和定性研究階段進展到定量研究階段。對需要獲得哪些活動特征定量參數和如何獲得這些定量參數也都進行了大量的研究工作。活動構造定量研究應當獲取的基本參數包括：斷裂長度和分段長度、累積位移量和同震位移量、滑動速率、古地震、離逝時間等。但是由于問題的復雜性和人類認識能力的局限性，在活動構造定量研究過程中，無論是各種定量參數的獲取，還是這些參數的應用，都還存在較大的誤差和不確定性。對于南汀河斷裂帶，這些定量參數的研究工作還比較薄弱，這可能歸于以下3方面原因：①由于降雨豐富，地表剝蝕作用較強，存在斷錯地貌被破壞的可能性和古地震事件記錄缺失的可能；②早期由于測年技術的制約，獲得的滑動速率和古地震事件年代不確定性可能較大；③斷層分段和古地震事件的識別可能存在著不確定性。上述原因制約著南汀河斷裂帶定量參數數據的質量，因此提出一套能獲得高質量定量參數并可以對這些參數的質量進行評估的方法就很有必要。

構造運動影響著地形地貌的發育形態，這種影響作用通常是十分漫長和緩慢的，這種漫長和緩慢的影響效果是人類歷史以及精密的測量儀器都無法記錄到的。而構造地貌是唯一能夠記錄這種效果，并能通過相關參數定量表達的天然元素。隨著數字高程技術以及計算機技術的快速發展，地貌參數研究成為目前構造地貌研究的全新領域，并顯示出了十分強大的生命力。早期的地貌參數研究主要是通過一兩種地貌參數來研究區域的構造地貌特征以及構造活動性，近年來則發展為通過多種參數綜合探討區域的構造活動性。但這些研究都是在大空間尺度上進行的，或者是探討不同構造區的相對構造活動性，而在小空間尺度上，或對單一斷裂的地貌參數研究則較少。而且對單一段落的地貌參數研究也主要集中在以垂直運動為主的正斷層或逆斷層區域。

本文通過獲得構造定量參數研究和數值構造地貌參數研究相結合的方法，對南汀河斷裂帶的活動特征進行分析，取得了一些進展：

（1）滇西南地區分形參數與構造活動的關系。選擇構造環境復雜、地貌類型復雜多樣的滇西南地區為研究區，利用水平分辨率為90m的SRTM數據，采用元分維模型通過變差函數法計算了滇西南地區的二維分形參數。基于地表分維值和截距值的分布，分析了巖性、氣候、構造與這些參數的關系。得出以下結論：①巖性、氣候因素對二維分形參數影響不大，尤其是對分維值影響甚小。②分維值對構造活動反應比較敏感，在構造活動強烈區域分維值較低，在構造活動不強烈地區分維值較高；③截距值對構造活動反應不敏感，在構造活動的強烈與不強烈區域分布特征比較一致；④分維值分布圖顯示該區域一系列平行的北東向斷層存在不同的特征，暗示其運動參數可能存在差異。

（2）南汀河斷裂帶的幾何結構特征。利用高分辨率的ALOS衛星影像和航空照片立體像對數據，對南汀河斷裂帶進行了綜合遙感解譯，并開展了詳細的野外調查驗證。斷裂帶北東端止于瀾滄江斷裂帶西側分布的臨滄—勐?；◢弾r中，沒有切錯瀾滄江斷裂帶。斷裂作北40°～60°東延伸，自云縣盆地西側沿南橋河向南經勐底、勐旨，然后順南汀河過勐簡的西北側，逐漸轉為北60°東，再經孟定的清水河出境延入緬甸，全長200余千米。

根據南汀河斷裂帶的幾何展布特征，將斷裂帶以大雪山鎮附近為界分為北段和南段2個大的段落，各段內又可根據其幾何特征分為3個次級段落，即共6個次級段落（A—F）：A次級段主要表現為一系列大型沖溝的左旋位錯和線性峽谷，在南端有長約2km的反向陡坎。B次級段在北段主要表現為南橋河階地的水平位錯和兩側階地的高差，中段主要沿南橋河展布，南段表現為一系列斷層三角面和深切峽谷。C次級段主要表現為一系列大型沖溝的左旋位錯和深切線性峽谷。D次級段在影像上北段線性特征明顯，向南逐漸不清晰。在北段表現為斷層槽谷和線性峽谷；南段主要表現為深切峽谷。E次級段在影像上表現為大型沖溝的位錯和線性峽谷。在該段支流小階地和小的沖積扇上均發現斷層活動留下的遺跡，也有河流百米級別左旋位錯的長期活動證據，這些都表明了其長期和近期的活動性。F次級段在影像上中段線性特征明顯，南段和北段都不太清晰。北段主要表現為孟定盆地與山脈的分界線，中段有長約10km的線性山脊，南段近清水河附近斷層遺跡不明顯。

（3）南汀河斷裂帶的晚第四紀活動性。通過階地位錯和C14測年，我們得到了斷裂左旋走滑速率為（3.6±0.4）mm／a，垂直滑動速率為（1.1±0.3）mm／a。通過探槽研究確定了斷層在全新世活動劇烈，1 000年以來發生過2次斷錯地表的地震事件。

（4）基于高分辨率DEM的水系特征與構造活動關系。本論文通過ALOS衛星立體影像提取的高精度DEM作為基礎數據源，提取了南汀河斷裂帶沿線的水系偏轉角、陡峭指數和面積高度積分等構造地貌參數。其中陡峭指數和面積高度積分前人做過大量研究，主要用來反映斷層抬升速率；而水系偏轉角是首次提出并應用到實際研究中，該參數主要是對斷層走滑位移量的反映。通過這些參數，我們分析了南汀河斷裂帶流水地貌對斷層活動的響應特征，并且用這些參數對先前工作得到的斷裂空間展布和活動性進行了驗證，分析斷裂的運動學與幾何學特征，為探討活動斷層與地貌響應之間的關系提供了良好范例。

（5）滇西南地區運動學與動力學機制。根據前人研究結果及與南汀河斷裂帶平行的斷裂左旋走滑速率對比，給出了該區域的動力學模型。認為滇西南地區這一系列北東向平行斷層，是受到青藏高原物質向東南輸送過程中發生的扇形展開而導致的左旋走滑運動。

青藏高原東南緣；南汀河斷裂帶；晚第四紀活動性；構造地貌參數