青藏高原中部日干配錯(cuò)斷裂第四紀(jì)活動(dòng)特征及2020年7月23日西藏尼瑪Mw6.4地震發(fā)震構(gòu)造分析

劉富財(cái) ,潘家偉 ,李海兵 ,孫知明,劉棟梁 ,盧海建 ,鄭 勇 ,王世廣,白明坤,Marie-Luce CHEVALIER ,張 蕾 ,曹 勇

1)自然資源部深地動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所,北京 100037;2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083; 3)南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州),廣東廣州 511458;4)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081

青藏高原在近南北向擠壓和近東西向伸展的構(gòu)造背景下,周緣發(fā)育大型逆沖推覆構(gòu)造和走滑斷裂帶,而在高原內(nèi)部發(fā)育一系列近 SN走向地塹和NE/NW 走向共軛走滑斷裂(圖 1),這些南北向地塹和走滑斷裂被認(rèn)為是高原內(nèi)部最年輕的構(gòu)造變形(Armijo et al.,1986; Taylor et al.,2003; Kapp et al.,2008; Elliott et al.,2010; Ratschbacher et al.,2011;Wang et al.,2014)。在青藏高原南部(班公湖—怒江縫合帶以南),近東西向的伸展作用主要被幾條大規(guī)模的近 SN向裂谷吸收(Molnar and Tapponnier,1978; Armijo et al.,1986; Ha et al.,2019; Chevalier et al.,2020; Wang et al.,2020),而高原中部(班公湖—怒江縫合帶以北)的構(gòu)造特征表現(xiàn)為發(fā)育一系列離散分布的共軛走滑斷層以及與之相連接的SN走向地塹(Yin et al.,1999; Taylor et al.,2003; Taylor and Yin,2009; Han et al.,2019)。沿班公湖—怒江縫合帶兩側(cè)發(fā)育的“V”型共軛走滑斷裂系以及與之關(guān)聯(lián)的SN走向地塹系被認(rèn)為調(diào)節(jié)了青藏高原南北向擠壓和東西向伸展(Taylor et al.,2003; Taylor and Yin,2009),在高原最新構(gòu)造變形過程中起著重要的作用。

前人對(duì)高原內(nèi)部SN走向地塹系開展了大量研究,通過對(duì)地質(zhì)年代學(xué)和低溫?zé)崮甏鷮W(xué)手段,將其起始活動(dòng)時(shí)間限定在23～8 Ma(Pan and Kidd,1992;Harrison et al.,1995; Murphy and Harrison,1999;Blisniuk et al.,2001; Vannay et al.,2004; Mahéo et al.,2007); 斷裂活動(dòng)性方面,班公湖—怒江縫合帶以北的 SN走向正斷層晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率多被限定為0.3～0.7 mm/a(李亞林等,2001; Blisniuk and Sharp,2003; 吳中海等,2004,2005; Li et al.,2019),而縫合帶以南正斷層的活動(dòng)速率為 1～3 mm/a(Harrison et al.,1995; 吳中海等,2015; Ha et al.,2019; Chevalier et al.,2020; Wang et al.,2020)。相比而言,目前對(duì)班公湖—怒江縫合帶兩側(cè)發(fā)育的共軛走滑斷裂幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、活動(dòng)時(shí)代和活動(dòng)性等的認(rèn)識(shí)仍相對(duì)薄弱。Taylor et al.(2003)曾對(duì)縫合帶兩側(cè)多組共軛走滑斷層的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了研究,并根據(jù)單條走滑斷裂的平均走滑位移量為～12 km和推測走滑斷裂與SN走向地塹系起始活動(dòng)時(shí)間相同(14～8 Ma),估算青藏高原中部百萬年尺度的南北向縮短速率為 1～2 mm/a,東西向伸展速率>2～4 mm/a。近年來,國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)報(bào)道了班公湖—怒江縫合帶南側(cè)格仁錯(cuò)右行走滑斷裂的晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率為2～5 mm/a(楊攀新等,2012; Shi et al.,2014;Wang et al.,2016),但對(duì)于縫合帶北側(cè)的左行走滑斷裂,因自然環(huán)境惡劣且交通不便,至今仍缺乏晚第四紀(jì)活動(dòng)性定量研究,這顯然制約了對(duì)高原中部構(gòu)造變形特征和過程的全面認(rèn)識(shí)。

日干配錯(cuò)斷裂是班公湖—怒江縫合帶北側(cè)一系列左行走滑斷裂中規(guī)模較大的一條(圖 1),遙感解譯結(jié)果顯示其線性特征明顯,晚第四紀(jì)左行走滑活動(dòng)顯著(Taylor et al.,2003)。2008年1月9日在該斷裂南西端曾發(fā)生西藏改則Mw6.4地震,2020年7月 23日,與該斷裂北東段相連的依布茶卡地塹又發(fā)生了西藏尼瑪Mw6.4地震(圖1,2)。為進(jìn)一步查明日干配錯(cuò)斷裂的晚第四紀(jì)活動(dòng)性,更深入認(rèn)識(shí)該斷裂在青藏高原中部構(gòu)造變形過程中的作用以及其大地震危險(xiǎn)性和孕育發(fā)生背景,本文在前人工作基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過高分辨率遙感影像解譯、大比例尺地表活動(dòng)斷裂填圖等手段,對(duì)該斷裂的構(gòu)造地貌特征及晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率進(jìn)行了調(diào)查研究,并對(duì)2020年7月23日西藏尼瑪Mw6.4地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了分析。希望相關(guān)研究成果有助于更深入理解青藏高原中部的近東西向伸展變形特征與機(jī)制以及相關(guān)的強(qiáng)震活動(dòng)的地質(zhì)構(gòu)造背景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

前人研究發(fā)現(xiàn)(Taylor et al.,2003; Taylor and Yin,2009),青藏高原中部在最新的近東西向伸展作用下,主要通過“V”型共軛走滑斷裂系來調(diào)節(jié)伸展變形。該共軛走滑斷裂系由班公湖—怒江縫合帶以北的NEE走向左行走滑斷裂和縫合帶以南的NW走向右行走滑斷裂組成,而且走滑斷裂帶常與縫合帶兩側(cè)的SN走向地塹系(裂谷)相連,起著共同吸收和調(diào)節(jié)高原中部南北向擠壓和東西向伸展變形的作用。縫合帶以北的左行走滑斷裂帶主要有先且錯(cuò)斷裂、布木錯(cuò)斷裂、日干配錯(cuò)斷裂、其香錯(cuò)斷裂和懂錯(cuò)斷裂,以南的右旋走滑斷裂帶主要包括阿翁錯(cuò)斷裂、納屋錯(cuò)斷裂、格仁錯(cuò)斷裂和崩錯(cuò)斷裂等(圖1)。

日干配錯(cuò)斷裂位于班公湖—怒江縫合帶北側(cè),主體為左行走滑性質(zhì),局部伴隨拉張分量,與縫合帶南側(cè)右行走滑性質(zhì)的格仁錯(cuò)斷裂共組成洞錯(cuò)共軛走滑斷裂系(Taylor et al.,2003,圖1)。沿?cái)嗔殉雎队惺俊B系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系等不同時(shí)代地層(圖2),部分位置可見地層單元或地質(zhì)界線被左行位錯(cuò)數(shù)公里至十多公里不等。近期的研究發(fā)現(xiàn),日干配錯(cuò)斷裂南起洞錯(cuò)盆地,沿N70°E延伸至日干配錯(cuò)盆地后走向變?yōu)镹NE與依布茶卡地塹西側(cè)邊界正斷裂相連,并與依布茶卡地塹及其北側(cè)左行走滑性質(zhì)的江愛藏布斷裂共同組成依布茶卡斷裂帶,同時(shí)推測斷裂百萬年時(shí)間尺度活動(dòng)速率約為 1～2 mm/a(Taylor et al.,2003)。通過InSAR 測量獲得該斷裂的現(xiàn)今活動(dòng)速率為6.6 mm/a(Taylor and Peltzer,2006)或4 mm/a(Wang et al.,2019)。與之共軛的格仁錯(cuò)斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)速率為2～5 mm(楊攀新等,2012; Shi et al.,2014; Wang et al.,2016),而日干配錯(cuò)斷裂的晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率仍缺乏定量約束。

圖2 日干配錯(cuò)斷裂及其周緣地區(qū)遙感影像(A)和地質(zhì)簡圖(B)Fig.2 Satellite image (A) and simplified geological map (B) of Riganpei Co fault and its adjacent areas

近幾十年以來,青藏高原內(nèi)部地震頻繁,其中M＞6地震 50多次(圖 1)。2008年 1月 9日,改則縣發(fā)生Mw6.4地震,震中在日干配錯(cuò)斷裂南端的洞錯(cuò)附近(圖1,2),震源機(jī)制解顯示為正斷型地震。該次地震未造成地表破裂,震后的一系列InSAR研究表明該次地震的最大傾滑位移1.6～2.4 m(張桂芳等,2009; 洪順英等,2009; Elliott et al.,2010)。2020 年7月 22日,尼瑪縣發(fā)生 Mw6.4地震,震中在日干配錯(cuò)斷裂北側(cè)依布茶卡地塹北端(圖1,2,9),與2008年改則Mw6.4地震震中位置相距約200 km。不同研究機(jī)構(gòu)給出的尼瑪 Mw6.4地震震源機(jī)制解均顯示為正斷型地震,但此次地震的發(fā)震構(gòu)造和孕震背景尚不明確。

2 日干配錯(cuò)斷裂帶的第四紀(jì)活動(dòng)特征

2.1 斷裂空間展布特征

斷裂的延伸可通過斷裂的構(gòu)造變形特征、構(gòu)造活動(dòng)年齡(Ratschbacher et al.,2011; 葛成隆等,2017)或遙感解譯、同震地表破裂的分布特征(Han et al.,2019; Li et al.,2012; Pan et al.,2014; 李海兵等,2014)等進(jìn)行確定。Taylor et al.(2003)通過遙感解譯、野外調(diào)查對(duì)日干配錯(cuò)斷裂、依布茶卡地塹以及其北的江愛藏布斷裂的展布形式和運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了研究,認(rèn)為日干配錯(cuò)斷裂從洞錯(cuò)地區(qū)延伸至依布茶卡地塹南側(cè)后與地塹的邊界正斷裂相連,且將日干配錯(cuò)和江愛藏布這兩條左行走滑斷裂與連接二者的伸展正斷裂系統(tǒng)定義為依布茶卡斷裂帶,在這一背景下,日干配錯(cuò)斷裂的左行走滑段規(guī)模為約 180 km。Ratschbacher et al.(2011)通過衛(wèi)星影像解譯發(fā)現(xiàn)肖茶卡—恰崗錯(cuò)一線發(fā)育拉分盆地、伸展正斷層等構(gòu)造地貌,認(rèn)為該區(qū)域發(fā)育一條左旋走滑斷裂,但未將該斷裂繼續(xù)向西延伸,其識(shí)別出的左行走滑斷裂規(guī)模約70 km。

本文通過衛(wèi)星影像分析和野外調(diào)查,發(fā)現(xiàn)日干配錯(cuò)斷裂在依布茶卡地塹南側(cè)除轉(zhuǎn)向 NNE與地塹邊界正斷層相連外,還存在另一支繼續(xù)向NEE延伸,連接Ratschbacher et al.(2011)發(fā)現(xiàn)的左旋走滑斷裂(圖2)。因此我們認(rèn)為,日干配錯(cuò)斷裂南西起自班公湖—怒江縫合帶附近的洞錯(cuò)與扎西措之間,向NEE延伸經(jīng)日干配錯(cuò)北側(cè)—依布茶卡南側(cè)—肖茶卡北,直至雙湖地塹西側(cè)的恰崗錯(cuò)附近,總體走向NEE60°～70°,全長約 360 km(圖 2)。斷裂南西端洞錯(cuò)附近第四紀(jì)活動(dòng)的地貌表現(xiàn)并不明顯,僅在扎西錯(cuò)北西側(cè)見NEE走向線性展布的擠壓隆起,扎西錯(cuò)西側(cè)全新世湖沼相沉積中隱約可見 NE60°～65°延伸的線性構(gòu)造(圖 12)。斷裂向 NE延伸至加青錯(cuò)附近后日干配錯(cuò)斷裂的構(gòu)造地貌表現(xiàn)逐漸清晰,可見斷裂錯(cuò)斷水系、沖溝、湖岸線、沖洪積扇、河流階地,以及斷層陡坎、斷塞塘等特征構(gòu)造地貌,局部位置次級(jí)斷層(地表破裂)組合形成擠壓鼓包、拉分凹陷、小型地塹等構(gòu)造。

以依布茶卡地塹為界,本文將日干配錯(cuò)斷裂分成南西和北東兩段,在衛(wèi)星影像解譯的基礎(chǔ)上分別選取了3個(gè)點(diǎn)開展詳細(xì)的構(gòu)造地貌調(diào)查和斷裂幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征分析。以下對(duì)日干配錯(cuò)斷裂南西、北東段各點(diǎn)第四紀(jì)活動(dòng)性的構(gòu)造地貌證據(jù)進(jìn)行描述。

2.2 斷裂第四紀(jì)活動(dòng)性的構(gòu)造地貌證據(jù)

2.2.1 日干配錯(cuò)斷裂南西段

(1)日干配錯(cuò)西觀察點(diǎn)

該點(diǎn)位于日干配錯(cuò)西約15 km處,周圍出露地層主要為三疊系灰?guī)r,晚更新世沖洪積物在基巖與河谷之間的斜坡帶廣泛發(fā)育,沿河道可見零星的全新世沖積物、洪積物(圖3B)。從衛(wèi)星影像上可以看到斷層活動(dòng)形成的地表破裂主要沿河谷北側(cè)展布,形成的斷層形跡清晰,線性特征明顯,主斷裂和次級(jí)斷裂近平行排列,切割了三疊紀(jì)地層和更新世沖洪積物(圖3A,B)。該點(diǎn)最顯著的構(gòu)造地貌特征是山前更新世沖洪積物之上發(fā)育的多條北西—南東流向河道、沖溝被日干配錯(cuò)活動(dòng)斷裂系統(tǒng)地左行錯(cuò)動(dòng),錯(cuò)斷距離從幾十米至幾百米不等,斷層兩側(cè)零星出露的三疊紀(jì)地層似乎也被左行錯(cuò)開約 800 m(圖3B)。局部可見斷裂活動(dòng)形成閘門脊構(gòu)造,小山脊沿?cái)嗔炎呦蛘共甲韪袅藳_溝,靠近斷裂的山脊面線性特征較好,而被閘門脊阻隔的水系在經(jīng)過斷裂處發(fā)生左行彎曲并改變流向(圖3B)。

圖3 日干配錯(cuò)西觀察點(diǎn)衛(wèi)星影像(A)及其構(gòu)造地貌解譯(B)Fig.3 Satellite image (A) and its tectonic geomorphologic interpretation (B) of West Riganpei Co site

(2)日干配錯(cuò)東觀察點(diǎn)

該點(diǎn)位于日干配錯(cuò)東北角,點(diǎn)北側(cè)主要為三疊紀(jì)基巖山體,南側(cè)為更新世湖相沉積,日干配錯(cuò)活動(dòng)斷層從兩者之間的更新世沖洪積物中穿過,并切割了日干配錯(cuò)北側(cè)的古湖岸線(圖4B)。該段活動(dòng)斷裂在衛(wèi)星影像上的線性特征明顯,主破裂帶總體～N70°E向延伸,在其兩側(cè)還分布多條分支破裂。更新世沉積物主體由2個(gè)較大的沖洪積扇構(gòu)成(圖4A,B),洪積扇之上后期季節(jié)性洪流河道下切形成 3級(jí)階地(圖4C,D)。日干配錯(cuò)斷裂斜切洪積扇和河流階地,階地陡坎被斷裂左行錯(cuò)開。圖4C所在位置野外測量獲得T3/T2階地陡坎和T2/T1階地陡坎的左行位錯(cuò)量分別為～8.5 m和～7 m。圖4D位置保留的T3/T2階地陡坎左行位錯(cuò)量為～5 m。在T2階地面上可見斷層活動(dòng)形成的斷陷凹槽地貌,凹槽南北兩端斷層陡坎地貌清晰(圖4C,E)。該段斷層左行走滑活動(dòng)過程中伴隨垂直分量,野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)沖洪積扇上地表破裂帶形成傾向NW的反向陡坎,不同位置測量獲得的陡坎高度4～6 m不等(圖4F)。

圖4 日干配錯(cuò)東觀察點(diǎn)構(gòu)造地貌特征Fig.4 Tectonic geomorphology of East Riganpei Co site

(3)久松錯(cuò)觀察點(diǎn)

該點(diǎn)位于依布茶卡地塹南緣久松錯(cuò)北西側(cè),周圍出露三疊系灰?guī)r和新近系礫巖,山前斜坡上覆蓋更新世沖洪積物,久松錯(cuò)周圍發(fā)育全新世湖相沉積(圖 5B)。該點(diǎn)附近分布有多支活動(dòng)斷層,按照斷層延伸方向和活動(dòng)性質(zhì)的不同可分為兩組。一組斷層走向～NNE30°～40°,在三疊紀(jì)、新近紀(jì)地層與第四紀(jì)沉積物之間的界線處延伸,向北東與依布茶卡地塹的西邊界正斷層相連(圖5B)。該組斷層在地貌上可見明顯SE傾向斷層陡坎,為正斷性質(zhì)。Taylor et al.(2003)曾對(duì)該段陡坎進(jìn)行了實(shí)地測量,獲得早更新世洪沖積物的垂直位錯(cuò)為 7.5 m,并認(rèn)為日干配錯(cuò)斷裂從該點(diǎn)附近轉(zhuǎn)向 NNE延伸與依布茶卡地塹相連。另一組斷層走向NEE60°～65°,左行走滑性質(zhì),切割了更新世洪沖積物和全新世湖相沉積,并造成河流、沖溝的左行錯(cuò)斷,累積位錯(cuò)量從數(shù)百米至上千米不等(圖5B)。該組走滑斷層過久松錯(cuò)后部分段落構(gòu)造地貌表現(xiàn)不清楚,斷續(xù)向 NE延伸至依布茶卡南側(cè)后線性構(gòu)造特征才逐漸明顯。

圖5 久松錯(cuò)觀察點(diǎn)衛(wèi)星影像(A)及其構(gòu)造地貌解譯(B)Fig.5 Satellite image (A) and its tectonic geomorphologic interpretation (B) of Jiusong Co site

2.2.2 日干配錯(cuò)斷裂北東段

(1)拉張彎曲觀察點(diǎn)

該點(diǎn)位于達(dá)雜迪扎錯(cuò)北東方向約20 km。日干配錯(cuò)斷裂北東段在達(dá)雜迪扎錯(cuò)北部山前沿N60°～70°E方向延伸,在第四紀(jì)沖洪積物上形成清晰的線性構(gòu)造地貌,部分位置還直接切割了侏羅紀(jì)地層(圖2)。觀察點(diǎn)所在處北側(cè)為古近紀(jì)康托組地層,活動(dòng)斷裂沿山前發(fā)育切割了更新世沖洪積物(圖6A,B)。斷裂活動(dòng)在第四紀(jì)沉積物上形成了斷層陡坎、拉張地塹、錯(cuò)斷沖溝等構(gòu)造地貌(圖6B)。該點(diǎn)在衛(wèi)星影像上最明顯的構(gòu)造地貌特征表現(xiàn)為活動(dòng)斷層對(duì)沖溝水系的控制作用:小沖溝基本只發(fā)育在斷層的南側(cè)(圖 6B),這可能與該點(diǎn)位于日干配錯(cuò)斷裂上的一個(gè)拉張彎曲(releasing bend)部位(圖6B,D),局部拉張形成的反向陡坎和小地塹構(gòu)造內(nèi)原始地形被改造造成早期沖溝的上游消失有關(guān)。該觀察點(diǎn)西端次級(jí)斷裂呈右階雁行狀展布,同時(shí)也指示了主斷裂的左行走滑性質(zhì)(圖6B)。觀察點(diǎn)東端發(fā)育長約200 m,寬約50 m的地塹構(gòu)造(圖6B,C)。地塹東側(cè)斷層走向 N70°E,地塹附近的斷層走向 N50°～55°E,向西過地塹后又變?yōu)?N70°E,斷層走向的局部變化形成拉張彎曲是地塹構(gòu)造發(fā)育的原因,同時(shí)地塹的存在也指示了主斷裂的左行走滑性質(zhì)(圖6D)。我們?cè)谝巴饫萌S激光掃描雷達(dá)(LiDAR)對(duì)斷層活動(dòng)形成的拉張地塹構(gòu)造地貌進(jìn)行了掃描測繪(圖6C)。掃描數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示,地塹北側(cè)斷層陡坎傾向南,南側(cè)斷層陡坎傾向北,不同位置陡坎高4～6 m不等(圖6E)。地塹構(gòu)造南約100 m處的次級(jí)破裂在地貌上表現(xiàn)為地形反向坎,坎高約1.3 m(圖6E)。

圖6 拉張彎曲觀察點(diǎn)構(gòu)造地貌特征Fig.6 Tectonic geomorphology of the releasing bend site

(2)錯(cuò)斷沖溝觀察點(diǎn)

該點(diǎn)位于上點(diǎn)北東側(cè)約20 km處,E87.460848°,N33.073314°附近。該點(diǎn)附近區(qū)域斷層形跡在衛(wèi)星影像上線性特征明顯,走向NE79°(圖 7A)。斷層南側(cè)為古近紀(jì)康托組礫巖,北側(cè)為第四紀(jì)沖洪積物,地形坡度在斷裂經(jīng)過處突然變陡(圖 7B),形成斷層陡坎地貌。斷裂切過河流階地、洪積扇等第四紀(jì)地貌單元,西側(cè)次級(jí)斷裂雁行展布處可見局部擠壓形成的鼓包地貌(圖7B,D)。斷裂南側(cè)基巖區(qū)高地上發(fā)育一系列向北流的沖溝,這些沖溝在經(jīng)過斷層陡坎的地方發(fā)生左行彎曲,其中有兩條沖溝錯(cuò)斷地貌保留較完整(圖 7C)。這兩條沖溝近平行發(fā)育,東側(cè)的沖溝較西側(cè)沖溝寬,切割較深,且位錯(cuò)較大,可能指示東側(cè)沖溝形成的時(shí)間早于西側(cè)沖溝。通過手持GPS沿兩條沖溝最深處點(diǎn)采集 GPS點(diǎn)對(duì)兩條沖溝的水平位錯(cuò)量進(jìn)行測量,獲得左行位錯(cuò)分別為(34±2) m 和(24±1) m(圖 7C)。

圖7 錯(cuò)斷沖溝觀察點(diǎn)構(gòu)造地貌特征Fig.7 Tectonic geomorphology of Gully Offset site

(3)拉分盆地觀察點(diǎn)

該點(diǎn)位于肖茶卡北約 3 km的小湖泊附近,附近活動(dòng)斷層形跡明顯,沿?cái)嗔寻l(fā)育兩個(gè)千米規(guī)模的斷陷湖(拉分盆地)和一系列擠壓鼓包(圖8A,B)。斷陷湖形成于斷層左行左階斜列的拉張階區(qū),邊緣被兩條近 EW走向的左行左階走滑斷裂控制,并在兩條斷裂中間形成了長約3 km,寬約1 km的拉分盆地。斷陷湖南側(cè)的一支斷裂繼續(xù)向西延伸發(fā)育多個(gè)擠壓鼓包(圖4C)。而湖泊北岸的一支斷裂向北東延伸,控制了另一個(gè)三角形小湖泊的邊界。該點(diǎn)附近拉分盆地和擠壓鼓包的出現(xiàn)表明該段活動(dòng)斷裂存在明顯的左行走滑運(yùn)動(dòng)。

圖8 拉分盆地觀察點(diǎn)構(gòu)造地貌特征Fig.8 Tectonic geomorphology at Pull-apart Basin site

3 依布茶卡地塹與2020年尼瑪Mw6.4地震

3.1 依布茶卡地塹

依布茶卡地塹位于Taylor et al.(2003)定義的依布茶卡斷裂帶中段,其南北兩端分別與左旋走滑性質(zhì)的日干配錯(cuò)斷裂和江愛藏布斷裂相連(圖2)。衛(wèi)星影像解譯結(jié)果顯示,依布茶卡地塹整體呈 NNE向延伸,內(nèi)部覆蓋第四紀(jì)沉積物,以河流、湖泊沉積物為主。地塹內(nèi)部發(fā)育一系列N30°～40°E走向的正斷層,規(guī)模較大的主要包括西依布茶卡斷裂、東依布茶卡斷裂和角木日斷裂,這些正斷層切割了基巖與第四紀(jì)地質(zhì)地貌單元(圖9)。地塹西邊界正斷裂為西依布茶卡斷裂,走向 N40°E,傾向 SEE,向南與日干配錯(cuò)斷裂連接。地塹東邊界斷裂為東依布茶卡斷裂,該斷裂南段斷層形跡不清晰,北段依角木日山基巖與山前第四系之間界線延伸,總體走向～N40°E,傾向NWW,局部產(chǎn)狀變化較大。斷裂北東段走向近東西,與左旋性質(zhì)的江愛藏布斷裂連接。東邊界斷裂東側(cè)的角木日斷裂沿基巖與第四紀(jì)沉積物界線展布,總體走向 NNE30°,傾向 NWW,斷裂南北兩端走向變化較大,向南走向變?yōu)?NEE,與日干配錯(cuò)斷裂近平行,向北走向發(fā)生變化與江愛藏布走滑斷層相連(圖2,9)。

圖9 依布茶卡地塹活動(dòng)斷裂分布圖Fig.9 Active tectonics in Yibug Caka Graben

3.2 2020年尼瑪Mw6.4地震的發(fā)震構(gòu)造

2020年7月23日4時(shí)7分,我國西藏自治區(qū)那曲市尼瑪縣發(fā)生 Mw6.4地震,震源深度 10 km,震中位于N33.19°,E86.81°。地震發(fā)生后,國內(nèi)外多個(gè)地震研究機(jī)構(gòu)采用不同方法和資料快速給出了該次地震的多個(gè)震源機(jī)制解(表1)。盡管對(duì)本次地震的震中位置、震源深度、震級(jí)存在不同的認(rèn)識(shí),但不同機(jī)構(gòu)的震源機(jī)制解一致顯示本次地震為正斷型破裂事件(表1)。地震震中位置位于日干配錯(cuò)斷裂北側(cè)的依布茶卡地塹內(nèi)。很顯然,這次地震是依布茶卡地塹活動(dòng)的結(jié)果,那么具體的發(fā)震斷層是地塹東側(cè)邊界斷裂還是西側(cè)邊界斷裂呢？

表1 不同研究機(jī)構(gòu)給出的2020年7月23西藏尼瑪Mw6.4地震震源機(jī)制解Table 1 Focal mechanism solutions of the Nima Mw6.4 earthquake that happened in Tibet on July 23,2020,given by different research institutions

從衛(wèi)星影像上看依布茶卡地塹東側(cè)發(fā)育東依布茶卡斷裂、角木日斷裂以及其他與之近平行的正斷裂,這些正斷裂均傾向 NWW,線性特征較西側(cè)邊界斷層明顯(圖2,9)。另外,地塹的形成與發(fā)展是其邊界斷層長期活動(dòng)的結(jié)果,地塹東側(cè)發(fā)育一系列傾向NWW的正斷裂,說明該地塹東側(cè)斷層活動(dòng)頻繁。我們?cè)谝巴庖灿^察到依布茶卡地塹東側(cè)邊界正斷層裂錯(cuò)斷了第四紀(jì)沖洪積物,形成高數(shù)米的NW 傾向陡坎,說明東側(cè)邊界斷裂第四紀(jì)活動(dòng)性較強(qiáng),同時(shí)在角木日山前新近系與二疊系的接觸界線附近也見到了正斷層剖面(圖 10)。該剖面上發(fā)育 3條正斷層,產(chǎn)狀分別為:344°∠41°,348°∠51°,8°∠43°,對(duì) F1斷層面上擦痕的產(chǎn)狀測量結(jié)果顯示平均傾伏向321°,傾伏角42°(圖10)。在該剖面斷層面上我們還發(fā)現(xiàn)了假玄武玻璃的存在,表明該斷裂具有長期的地震活動(dòng)歷史。從此次地震震中位置來看,雖然不同機(jī)構(gòu)給出的結(jié)果略有不同,但均位于依布茶卡地塹東邊界正斷層以西,其中中國地震臺(tái)網(wǎng)中心、德國地球科學(xué)研究中心和法國探測與地球物理實(shí)驗(yàn)室給出的震中位置已經(jīng)到了依布茶卡地塹西邊界正斷層西側(cè)。由于地塹西側(cè)邊界斷層傾向東,若該側(cè)斷層發(fā)震,向地下延伸震源位置只可能位于斷層?xùn)|側(cè),這與上述研究機(jī)構(gòu)給出的結(jié)果不符,因此該次地震的發(fā)震斷層應(yīng)為依布茶卡地塹東側(cè)邊界正斷層。以中國地震臺(tái)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)為例,其給出的震中位置位于依布茶卡西邊界斷裂西側(cè),距地塹東邊界斷裂～10 km,震源深度 10 km,以此推算發(fā)震斷層傾角約為 45°,這與震源機(jī)制給出的和我們?cè)谝巴庥^察到的斷層傾角 40°～50°均十分吻合。綜合衛(wèi)星影像特征和野外觀察結(jié)果,我們認(rèn)為該次地震的發(fā)震斷層為依布茶卡地塹的東側(cè)邊界正斷層。青藏高原在南北向擠壓環(huán)境下,中部羌塘地塊物質(zhì)沿大型活動(dòng)斷裂帶邊界向東擠出逃逸,后緣拉張形成東西向伸展環(huán)境是本次地震發(fā)生的動(dòng)力學(xué)背景。

圖10 依布茶卡地塹東側(cè)邊界正斷層剖面野外照片及斷層面、擦痕產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)圖Fig.10 Field photo of the normal fault at the eastern boundary of Yibug Caka Graben(the inset gives lower hemisphere stereographic projections of fault kinematic data)

4 日干配錯(cuò)斷裂的左旋走滑速率

滑動(dòng)速率是評(píng)價(jià)斷裂活動(dòng)性和地震危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)和依據(jù)。為準(zhǔn)確限定日干配錯(cuò)斷裂的晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率,我們選擇斷裂南西段日干配錯(cuò)東觀察點(diǎn)被斷層左行錯(cuò)斷的河流階地進(jìn)行了高精度地貌位錯(cuò)測量,并在階地上采集了灰?guī)r礫石上附著的鈣華樣品進(jìn)行U系測年來確定階地的形成時(shí)間。

4.1 階地位錯(cuò)量

我們使用奧地利瑞格(Riegl)公司的VZ-1000型三維激光掃描儀(地基LiDAR)對(duì)位錯(cuò)特征明顯的河流階地地貌進(jìn)行了掃描,利用 RISCAN PRO和Global Mapper軟件對(duì)掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,生成了該點(diǎn)20 cm分辨率的DEM(圖11A,B)。通過對(duì)DEM影像的解譯分析,在該點(diǎn)劃分出3級(jí)階地,其中 T2、T3階地被明顯錯(cuò)斷(圖 11C)。我們以階地陡坎為水平位移的標(biāo)志線,使用 LaDiCaoz_v2.1軟件(Zielke and Arrowsmith,2012)對(duì)階地位錯(cuò)量進(jìn)行測量,獲得 T3/T2階地陡坎的位錯(cuò)量為(8±0.5) m,T2/T1階地的位錯(cuò)量為(7±2) m。垂直于斷層陡坎的地形剖面顯示斷裂走滑活動(dòng)的同時(shí)存在垂直運(yùn)動(dòng)分量,在河流東側(cè)階地上形成高約5 m的反向陡坎(圖11D)。

圖11 日干配錯(cuò)東觀察點(diǎn)河流階地位錯(cuò)LiDAR DEM圖像及其地貌解譯Fig.11 Shaded relief map and its tectonic geomorphology interpretation of the offset terraces at Riganpei Co site

4.2 階地年代學(xué)和斷層滑動(dòng)速率

野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn) T3階地和 T2階地上堆積的灰?guī)r礫石表面生長著鈣華(鈣膜),這些鈣膜是在階地抬出水面后淋濾形成的,其年齡可以代表階地的形成時(shí)代,并已被成功應(yīng)用于活動(dòng)構(gòu)造研究(Blisniuk and Sharp,2003)。因此,我們?cè)赥3和T2階地面地表下約20 cm處采集了灰?guī)r礫石樣品,對(duì)其表面的新生鈣膜進(jìn)行了U系年齡測試,獲得T3階地的形成年齡為(61.9±9.0) ka BP(RC-13),T2階地的形成年齡為(29.7±2.8) ka BP(表 2)。前已述及 T3/T2和 T2/T1階地陡坎的位錯(cuò)量分別為(8±0.5) m 和(7±2) m,兩者較為接近。若斷層晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率保持恒定的話,T3和 T2階地面的廢棄年齡也應(yīng)較為接近,但 U系測年結(jié)果顯示兩級(jí)階地的年齡差別較大。推測 T3和 T2階地年齡差別大的原因可能是日干配錯(cuò)斷裂在 T3階地廢棄后的較長一段時(shí)間(61.9～29.7 ka)活動(dòng)性極弱,在T2階地廢棄后(29.7 ka以來)活動(dòng)性相對(duì)增強(qiáng),反映了斷裂活動(dòng)在時(shí)間上的不均一性。

表2 日干配錯(cuò)工作點(diǎn)U系測年結(jié)果(誤差為2σ)Table 2 U-series dating results at Riganpei Co site (2σ error)

結(jié)合T3/T2階地陡坎的位錯(cuò)量為(8.5±0.5) m,計(jì)算得出晚更新世以來日干配錯(cuò)斷裂的平均滑動(dòng)速率為 0.1～0.3 mm/a。若以 T2/T1階地陡坎的位錯(cuò)量(7±2) m和 T2階地的年齡來計(jì)算,可獲得滑動(dòng)速率的下限為0.2 mm/a。綜合上述結(jié)果可推測日干配錯(cuò)晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率為0.2～0.3 mm/a。

5 討論

5.1 日干配錯(cuò)斷裂累積位錯(cuò)量和活動(dòng)歷史

Taylor et al.(2003)通過遙感解譯和野外填圖,發(fā)現(xiàn)日干配錯(cuò)附近逆沖斷層被日干配錯(cuò)斷裂左行錯(cuò)斷約7 km,依布茶卡地塹北部的江愛藏布斷裂左行錯(cuò)斷了三疊紀(jì)地層中的逆沖斷層約 14 km,從而認(rèn)為依布茶卡斷裂帶的最大累積位錯(cuò)量為14 km。在日干配錯(cuò)斷裂南段扎西錯(cuò)北西側(cè),侏羅紀(jì)地層中發(fā)育一條NWW–SEE走向的逆沖斷層,該逆沖斷層過第四紀(jì)盆地后向SE未見延伸(圖2B,12); 沿日干配錯(cuò)斷裂繼續(xù)向北東約15 km處,斷裂東側(cè)侏羅系中發(fā)育的逆沖斷層走向也為NWW–SEE,向NW過第四系后也未見斷層延伸(圖 2B,12)。兩條逆沖斷層似乎原為同一構(gòu)造,后被日干配錯(cuò)斷裂左行錯(cuò)斷,以此逆沖斷層為標(biāo)志物可得到日干配錯(cuò)斷裂的累積位錯(cuò)量約 15 km(圖 12B),該結(jié)果與 Taylor et al.(2003)推測的結(jié)果一致。此外,日干配錯(cuò)斷裂南西端在洞錯(cuò)附近的延伸雖然不清楚,但在扎西錯(cuò)北西岸可見NEE走向線性展布的擠壓隆起,擠壓隆起南西側(cè)全新世湖沼相沉積中隱約可見 NE60°～65°延伸的線性構(gòu)造,將該線性構(gòu)造繼續(xù)向南西延伸恰好經(jīng)過洞錯(cuò)南東岸附近,洞錯(cuò)和扎西錯(cuò)兩個(gè)湖泊似乎被日干配錯(cuò)斷裂左行錯(cuò)開(圖 2B,12)。我們通過衛(wèi)星影像解譯和野外實(shí)地實(shí)地調(diào)查,勾繪出洞錯(cuò)和扎西錯(cuò)早期的古湖岸線,恢復(fù)了古洞錯(cuò)和古扎西錯(cuò)的范圍(圖 12B,藍(lán)色虛線),以兩個(gè)古湖泊北東側(cè)邊緣為標(biāo)志線獲得的位錯(cuò)量為～14 km,與前述逆沖斷層的累積位移量十分吻合。由此我們推測,早期的洞錯(cuò)和扎西錯(cuò)可能為同一個(gè)湖泊,在日干配錯(cuò)斷裂和氣候的雙重作用下,形成了現(xiàn)在的地貌形態(tài)。

圖12 日干配錯(cuò)斷裂南西端以洞錯(cuò)—扎西錯(cuò)和NWW–SEE走向逆沖斷層為標(biāo)志物估測的斷裂累積位錯(cuò)量Fig.12 Cumulative displacements of Riganpei Co fault using Dong Co–Zhaxi Co and a NWW–SEE striking thrust belt as the markers

關(guān)于日干配錯(cuò)斷裂的起始活動(dòng)時(shí)間,我們未做具體研究,但根據(jù)我們?cè)谝巴庥^察到的該斷裂與依布茶卡 SN向地塹直接相連,以及共軛走滑斷裂系與SN走向正斷層共同調(diào)節(jié)高原中部EW向伸展作用的模式,日干配錯(cuò)斷裂的起始活動(dòng)時(shí)間應(yīng)與羌塘地塊內(nèi) SN走向地塹一致,而后者被限定在約13.5 Ma(Blisniuk et al.,2001; Van Buer et al.,2015)。假設(shè)我們獲得的日干配錯(cuò)斷裂晚更新世走滑速率為0.2～0.3 mm/a可以代表該斷裂百萬年尺度的運(yùn)動(dòng)速率,要達(dá)到15 km的位錯(cuò)量至少需要～50 Ma,而野外見到該斷裂明顯錯(cuò)斷了中新世以來的逆沖構(gòu)造,其起始活動(dòng)時(shí)間顯然不可能這么早。一種可能的解釋是日干配錯(cuò)斷裂的滑動(dòng)速率在不同的時(shí)間尺度上并不一致,其百萬年時(shí)間尺度的滑動(dòng)速率相對(duì)較大,晚更新世以來活動(dòng)性變?nèi)?滑動(dòng)速率降低,而InSAR測量獲得的 4～6.6 mm/a(Taylor and Peltzer,2006; Wang et al.,2019)的滑動(dòng)速率可能反映了該斷裂現(xiàn)今活動(dòng)加速,結(jié)合該斷裂周邊 2008年改則Mw6.4地震和2020年尼瑪Mw6.4地震的發(fā)生,其未來的強(qiáng)震危險(xiǎn)性可能較大。

5.2 青藏高原中部的近東西向伸展變形特征

本文獲得的日干配錯(cuò)斷裂晚更新世走滑速率為0.2～0.3 mm/a,與Taylor et al.(2003)推測的斷裂百萬年時(shí)間尺度平均滑動(dòng)速率(1～2 mm/a),以及InSAR 大地測量獲得的斷裂現(xiàn)今滑動(dòng)速率6.6 mm/a(Taylor and Peltzer,2006)或4 mm/a(Wang et al.,2019)相比差別很大,但與我們?cè)陔p湖地塹獲得的正斷層晚更新世滑動(dòng)速率0.2～0.3 mm/a(Pan et al.,2018)基本一致。Blisniuk and Sharp(2003)研究得到的雙湖地塹邊界正斷裂晚第四紀(jì)垂直滑動(dòng)速率更小,僅為0.064 mm/a。日干配錯(cuò)斷裂大地測量方法獲得的斷層現(xiàn)今滑動(dòng)速率與我們得到的晚第四紀(jì)平均滑動(dòng)速率的差別可以用不同時(shí)間尺度上斷層滑動(dòng)速率的差異變化來解釋(Chevalier et al.,2005),但同在晚更新世時(shí)間尺度下,班公湖—怒江縫合帶以南的格仁錯(cuò)斷裂的平均走滑速率為2～5 mm/a(Shi et al.,2014; Wang et al.,2016),比我們?cè)诎喙p合帶以北的日干配錯(cuò)斷裂上獲得的結(jié)果要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)(10倍),這對(duì)班怒帶兩側(cè)共軛走滑的變形模式是一個(gè)巨大的疑問。不僅走滑斷裂如此,我們?cè)诎嗯瓗б员钡腟N走向地塹內(nèi)獲得的正斷層垂直滑動(dòng)速率(0.2～0.3 mm/a,Pan et al.,2018)也與班怒帶以南的 SN走向正斷層(1～2 mm/a,Ha et al.,2019;Chevalier et al.,2020; Wang et al.,2020)差別較大,這指示大致以班公湖—怒江縫合帶為界,其南北兩側(cè)的構(gòu)造變形機(jī)制及動(dòng)力學(xué)背景并不一致。一種可能的解釋是高原中部羌塘地塊的東西向伸展是在塊體整體向東擠出的背景下(Peltzer and Tapponnier,1988; Wu et al.,2011; Han et al.,2019),內(nèi)部不同位置向東運(yùn)動(dòng)速度的差異形成了一系列彌散分布的共軛走滑斷裂系和 SN向正斷裂,因此單條斷裂的活動(dòng)速率較低; 而高原南部拉薩地塊東西向伸展作用是印度板塊向喜馬拉雅弧正交方向俯沖的結(jié)果,或與印度板塊與歐亞板塊的斜向碰撞有關(guān),變形集中在幾條規(guī)模較大的裂谷內(nèi),因此活動(dòng)速率比羌塘地塊內(nèi)斷層高。

6 結(jié)論

綜合以上研究,可獲得以下主要結(jié)論和認(rèn)識(shí):

(1)日干配錯(cuò)斷裂從洞錯(cuò)盆地向北東方向延伸,至久松錯(cuò)后發(fā)散為三支,其中兩支轉(zhuǎn)向 NNE分別與依布茶卡地塹兩側(cè)邊界正斷裂相連,另一支繼續(xù)向NEE方向延伸直至恰崗錯(cuò)東側(cè)。斷裂走滑段總體走向 NEE60°～80°,延伸規(guī)模約 360 km,累積位錯(cuò)量14～15 km。

(2)日干配錯(cuò)斷裂晚更新世以來的平均走滑速率為 0.2～0.3 mm/a,遠(yuǎn)小于前人在班公湖—怒江縫合帶南側(cè)與之共軛的格仁錯(cuò)斷裂上獲得的結(jié)果。這一弱的走滑速率指示班怒帶南北兩側(cè)的伸展變形速率和方式可能存在不同,或受控于不同的構(gòu)造變形機(jī)制和巖石圈動(dòng)力學(xué)背景。

(3)2020年尼瑪Mw6.4地震是日干配錯(cuò)斷裂北側(cè)依布茶卡地塹活動(dòng)的結(jié)果,發(fā)震斷層為該地塹東緣的邊界正斷層,此次地震的發(fā)生是青藏高原內(nèi)部物質(zhì)向東擠出逃逸造成東西向伸展作用的結(jié)果。

致謝:U系測年在西安交通大學(xué)同位素實(shí)驗(yàn)室完成,實(shí)驗(yàn)過程中得到了寧有豐老師的指導(dǎo)和幫助,審稿人提出了建設(shè)性修改意見,中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所葛成隆博士,中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所韓帥、葉小舟助理研究員參加了部分野外工作,在此一并感謝。

Acknowledgements:

This study was supported by The Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research (No.2019QZKK0901),National Natural Science Foundation of China (Nos.41672211 and 41941016),National Key Research and Development Program of China (No.2016YFC0600310),China Geological Survey (No.DD20190059),Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No.JYYWF201810),and Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou) (No.GML2019ZD0201).