紅河斷裂帶南段全新世地震活動證據(jù)

李　西　冉勇康　陳立春　王　虎于　江　張彥琪　謝英情

1)云南省地震局，昆明　650224 2)中國地震局地質(zhì)研究所，北京　100029

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紅河斷裂帶南段全新世地震活動證據(jù)

李西1)冉勇康2)*陳立春2)王虎2)于江1)張彥琪1)謝英情1)

1)云南省地震局，昆明650224 2)中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029

有歷史記錄以來，紅河斷裂帶北段曾發(fā)生包括1652年彌渡7級地震和1925年大理7級地震在內(nèi)的6.0級以上地震9次。然而，紅河斷裂中、南段自公元886年有歷史地震記錄以來，沒有1次6.0級以上地震記錄。紅河斷裂帶作為邊界斷裂是在廢棄，未來不會有大地震發(fā)生，還是為長周期大地震的孕震構(gòu)造？這個問題一直困繞著地質(zhì)學界。通過室內(nèi)高分辨率遙感影像的判讀，并結(jié)合詳細的野外地質(zhì)、地貌調(diào)查，在紅河斷裂南段戛灑—腰街一帶發(fā)現(xiàn)了一系列槽谷地貌，在十幾km的地段都有顯示；同時，組合探槽揭露的古地震信息及14C樣品測年分析表明，紅河斷裂南段存在全新世期間地震活動的地質(zhì)證據(jù)。

紅河斷裂帶大地震孕震構(gòu)造組合探槽古地震全新世活動斷裂

0　引言

紅河斷裂帶斜貫云南省西部、南部和東南部，位于南北構(gòu)造帶南端，是川滇塊體的西南邊界。其西北始于洱源灣坡塘，向SE經(jīng)洱源、大理、彌渡、元江、紅河，到達河口后進入越南和北部灣，全長約1,000km，在中國的云南境內(nèi)長約600km。前人根據(jù)斷裂的幾何結(jié)構(gòu)及地震活動性差異，把紅河斷裂帶(國內(nèi)部分)從NW至SE分成了北(洱源-彌渡斷裂)、中(苴力-大斗門斷裂)、南(春元-河口斷裂)3段(圖1a)。北段以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分支較多，現(xiàn)今活動性強為特點；中段結(jié)構(gòu)較為單一，以單支斷裂為主；南段以山前斷裂、中谷斷裂雙支斷裂為主(虢順民等，2001)。從1498年至今，紅河斷裂帶北段共有5.0級以上破壞性地震記載27次，其中 6.0～6.9級7次、7.0級以上2次；自公元886年至今，紅河斷裂南段沒有1次>6.0級地震發(fā)生(冉勇康等，1988; 虢順民等，2001; 張建國等，2009)。

圖1　紅河斷裂帶及其毗鄰地區(qū)構(gòu)造簡圖Fig. 1　Tectonic map of the Red River Fault and its adjacent area.a 紅河斷裂及其毗鄰地區(qū)構(gòu)造簡圖，藍色小矩形框表示圖b范圍，插圖中的淺黑色矩形框表示圖a范圍; b 戛灑—腰街段地質(zhì)地貌簡圖；F1 哀牢山山前斷裂，F(xiàn)2 中谷斷裂，F(xiàn)3 分支斷裂

時至今日，對紅河斷裂中、南段未來地震活動性的認識仍無定論。一種觀點認為，作為一級大地構(gòu)造以及云南地區(qū)東西分界的紅河斷裂帶的邊界作用弱化，未來不會有大地震發(fā)生(虢順民等，2001; 張建國等，2009)；另一種觀點則認為紅河斷裂中、南段由于復(fù)發(fā)周期長，可能正處在大震孕震期，未來仍有大震危險*聞學澤，付虹，杜方，等，2011，滇中及其附近地區(qū)的中-長期大地震危險背景探討(學術(shù)報告)。(Allenetal.，1984; Sieh，1984)。

通過室內(nèi)高分辨率遙感影像的仔細判讀，并結(jié)合詳細的野外地質(zhì)、地貌調(diào)查，發(fā)現(xiàn)戛灑—腰街一帶有多處槽谷地貌，這些槽谷地貌與水系右旋位錯相對應(yīng)，在十幾km的地段都有顯示(圖1b)，說明紅河斷裂南段晚第四紀以來仍有較強烈的走滑運動。同時，在達哈村、發(fā)啟村開挖了2個組合探槽，揭露出了紅河斷裂南段戛灑—腰街一帶存在全新世期間活動的地質(zhì)證據(jù)。

1　紅河斷裂南段斷裂結(jié)構(gòu)及晚第四紀活動特征

紅河斷裂南段從大斗門(圖1a)開始呈近SE向沿紅河谷延伸，由近于平行的哀牢山山前斷裂和中谷斷裂組成，在云南境內(nèi)長約480km。哀牢山山前斷裂主要表現(xiàn)為早期擠壓逆沖和后期正斷隆升的運動特征，右旋剪切位錯的構(gòu)造形跡相對較弱；而 “中谷斷裂”則具陡立的斷層傾角、明顯的剪切破劈理帶及中新統(tǒng)砂礫巖層的柔動、牽引等明顯的右旋剪切變形等特征(向宏發(fā)等，2007)。紅河斷裂帶在元江—元陽1段形成明顯的彎曲(Bend)變形(圖1a)，斷裂在該段呈近EW走向，主要傾向SW，傾角45°～70°(王宇，1994; 虢順民等，2001)。在彎曲段以南，紅河斷裂具有明顯的右旋走滑特征，未見明顯的傾滑證據(jù)；然而彎曲段以北，紅河斷裂具有大量傾滑和走滑運動的地質(zhì)地貌證據(jù)(Schoenbohmetal.，2006)。

跨斷層形變測量和GPS大地形變觀測研究表明，越南紅河斷裂水平與垂直運動速率分別為<2mm/a和0.2～0.3mm/a，而境內(nèi)紅河斷裂則分別為1～4mm/a和0～3mm/a(Trieu，2003; 張培震等，2003; 張建國等，2009; Wangetal.，2011)。第四紀以來，整個紅河斷裂帶長期平均地質(zhì)滑動速率為2～5mm/a(Allenetal.，1984; Weldonetal.，1994; Replumazetal.，2001; Schoenbohmetal.，2006)；虢順民等(2001)通過地質(zhì)調(diào)查及斷層活動時代的綜合分析認為，第四紀以來紅河斷裂帶最大右旋位錯為7.4km，最大位錯速率為 3.7mm/a，全新以來的平均位錯速率為 2.5mm/a。前人關(guān)于紅河斷裂中、南段的研究尤其是斷裂活動性研究主要針對沿老斷裂(地質(zhì)圖上的斷裂)的宏觀水系拐彎(位錯？)，沒有直接斷錯第四系的證據(jù)(朱成男等，1982; Allenetal.，1984; 江娃利，1997; 陳靜，2013)。 雖然Sieh等(1984)在紅河斷裂帶南段的戛灑敵奪(圖1b 中的前人開挖探槽)開挖過探槽，并提出該段可能有過多次全新世期間的大地震記錄，但未獲得定量的古地震研究結(jié)果。

2　紅河斷裂南段戛灑—腰街段最新活動證據(jù)

2.1地貌活動證據(jù)

結(jié)合室內(nèi)高分辨率遙感影像判讀及野外詳細考察，發(fā)現(xiàn)沿戛灑—腰街一帶槽谷地貌(如圖1b，2)十分清楚，槽谷走向與沖溝流向近垂直分布，且與沖溝位錯方向一致；如圖2a所示，沖溝右旋位錯方向與槽谷走向一致。圖2c所示為無人機拍攝的發(fā)啟村槽谷及沖溝地貌圖，槽谷走向與沖溝流向近垂直，沿槽谷NW走向，沖溝右旋位錯約14.2m(李西，2015)。這些槽谷分布在哀牢山山前斷裂(F1)及中谷斷裂(F2)之間，槽谷呈 “U”形(圖2b，d，f)，且有的槽谷表現(xiàn)為大槽谷套小槽谷(槽中槽)現(xiàn)象(圖2f)，從戛灑北面的曼羅至腰街北面的旱田十幾km地段都有顯示(圖2)。由此，認為這些槽谷應(yīng)該由構(gòu)造運動形成，而不大可能是人為或其他外力作用的結(jié)果。

圖2　槽谷地貌Fig. 2　Fault trough on the segment of Daha，Hantian and Faqi village.a 達哈段遙感影像，b 達哈段槽谷照片，c 發(fā)啟村段無人機拍攝槽谷及沖溝位錯照片，d 發(fā)啟村槽谷照片，e旱田段遙感影像，f 旱田段槽中槽地貌; 遙感影像來自Google Earth 2014；紅線表示斷層，紅色箭頭指示斷層所在位置，紅色單邊箭頭指示斷層運動方向，黃色虛線代表沖溝，黃色箭頭表示水流方向

圖3　達哈村、發(fā)啟村探槽剖面Fig. 3　Trench wall at Daha and Faqi village.a 達哈村探槽1西北墻東段，紅色虛線表示推測斷層; b 達哈村探槽2東南墻中段; c 達哈村探槽2東南墻中段解譯圖，紅色虛線表示推測斷層；d 發(fā)啟村探槽1東南墻中段，紅色箭頭指示斷層位置；e 發(fā)啟村探槽1東南墻中段解譯圖；f 發(fā)啟村探槽2 西北墻東段；g 發(fā)啟村探槽2西北墻東段解譯圖；c、e、g中的紅色小矩形塊表示炭屑樣品采集位置，C160(5 930±30)等表示樣品代號及測試年齡(單位：a)，U4等表示地層代號

2.2地質(zhì)活動證據(jù)

2.2.1達哈村探槽及古地震

通過野外詳細的地質(zhì)、地貌調(diào)查及對比，在戛灑鎮(zhèn)達哈村槽谷處開挖了1個組合探槽(圖1b)，槽谷走向340°，探槽走向65°。在開挖探槽1的過程中，盡管采取了階梯探槽的開挖方式，但由于探槽墻面過陡，底部地層太過松軟，多處出處現(xiàn)墻體坍塌，探槽1沒有揭露出明顯的斷層面信息。盡管如此，仍可以從探槽1 西北墻東段(圖3a)看到2個明顯的構(gòu)造標識： ①圖中黑色黏土層不是沿槽谷向W順塘沉積尖滅，而是向E順坡方向尖滅，而且形似刀切；②黑色層頂部有1眼球狀黃色、黑色混雜的形似崩積楔的團塊狀物質(zhì)；地層異常尖滅處及其頂部形似古地震標識的崩積楔沉積物位置都與槽谷陡坎位置有著很好的對應(yīng)。因此，推斷圖3a中黑色砂質(zhì)黏土層形成后有1次構(gòu)造事件。

基于對探槽1揭露信息的推斷，在探槽1的北面，與探槽1相隔約10m的地方，開挖了探槽2。探槽2走向與探槽1一致，長約22m，深3～5m不等。探槽2共揭露出7套地層，如圖3b所示為達哈村探槽2東南墻中段，圖3c為圖3b的解譯圖，剖面中地層U2(棕黃色黏土夾礫石層)突然中斷，地層U3(灰白色含礫石黏土層)發(fā)生明顯的褶皺現(xiàn)象，地層U4(深褐或灰黑色含礫質(zhì)黏土)在此處有明顯的沉積加厚且其地層頂部較為平直。沿槽谷SE方向，水系右旋位錯非常明顯(圖2a)，結(jié)合地質(zhì)、地貌證據(jù)，推測在地層U3形成之后地層U4形成之前應(yīng)有1次構(gòu)造事件。結(jié)合U3地層中及U4地層中采集到的炭屑樣品(C8、C70、C7)的測年結(jié)果(圖3c)，采用Oxcal3.10軟件對測年結(jié)果校正分析，在95.4%可信度下得到此次古地震事件可能發(fā)生在1250—1730AD。

2.2.2發(fā)啟村探槽及古地震

為進一步明確紅河斷裂南段戛灑—腰街1段的地震活動性，在發(fā)啟村槽谷上開挖了1個組合探槽(圖1b)。圖3d所示為發(fā)啟村探槽1東南墻中段剖面，圖3e為其解釋圖；圖3f所示為發(fā)啟村探槽2西北墻東段剖面，圖3g為其解釋圖。圖3d中地層U4(磚紅色砂質(zhì)黏土層，含大量3～8cm角礫石，個別礫石礫徑>20cm)被明顯錯斷，形成1個構(gòu)造楔，地層U5(灰褐色砂質(zhì)淋濾層)物質(zhì)下漏填充在構(gòu)造楔中(圖3d，e)。地層U4在該段與地層U1(銹斑狀風化殘積層)在構(gòu)造楔右邊形成1個近直立的不整合接觸面(圖3d，e)，并在地層U5頂部形成1個灰黑色鍋底狀砂質(zhì)層U6；U6頂部平直，與U7(灰褐色黃斑狀砂質(zhì)層，含炭屑)呈整合接觸，推測該事件斷錯了U5地層后，靜水堆積了U6 地層。U7地層沒有在斷錯U4地層后形成的構(gòu)造楔頂部連續(xù)沉積，而是表現(xiàn)為沉積尖滅，同時，我們發(fā)現(xiàn)在U8地層中有大量棕色團塊狀物質(zhì)(圖3e所示)，因此，推測沿構(gòu)造楔兩邊斷裂至少斷錯到了U7地層。用無人機在該段拍攝的槽谷地貌及沖溝右旋位錯約14.2m(圖2c)，以及探槽剖面的構(gòu)造楔等地質(zhì)證據(jù)表明，此處的槽谷地貌應(yīng)為古地震活動所致。從發(fā)啟村組合探槽揭露的斷層信息，初步分析該組合探槽共揭露出3次古地震事件，其中最近2次古地震事件從老到新可能分別發(fā)生在地層U5形成之后U6地層形成之前，以及U7地層形成之后U8地層形成之前(圖3d，e)。結(jié)合地層U5—U8炭屑14C測年結(jié)果，并采用Oxcal3.10軟件對測年結(jié)果校正分析，在95.4%可信度下得到發(fā)啟村探槽中最近2次古地震事件可能發(fā)生在1700—650BC以及240—580AD。對于最新1次事件是否斷錯了U8地層，有待深入研究。

3　討論

20世紀80年代初美國學者sieh等在戛灑敵奪(圖1b)的沖溝壁上開挖過2個探槽，他們認為戛灑敵奪探槽揭露出了5次古地震事件，其中有多次全新世期間的7級以上地震(Allenetal.，1984)，但缺乏定量測年數(shù)據(jù)作支撐。在中國活動斷層圖集中(IGCP第206項中國工作組，1989)，記有戛灑南蚌溝古地震剖面及描述，戛灑南蚌溝(與圖1b中的敵奪探槽相鄰)古地震遺跡發(fā)現(xiàn)于距今25～10ka的河湖相沉積物中，在剖面上見有保存完整、現(xiàn)象典型的5個斷層崖崩積楔，并可分出5次地震事件，在該探槽素描圖中斷層斷錯最年輕地層的14C測年結(jié)果為8,200a。前人研究表明，紅河斷裂帶戛灑—腰街段晚第四以紀以來尤其是全新世期間可能存在古地震活動。

本文通過詳細的地質(zhì)地貌調(diào)查發(fā)現(xiàn)，戛灑—腰街一帶長約十幾km斷續(xù)展布的 “U”形槽谷地貌及水系同步位錯表明，晚第四紀以來紅河斷裂南段戛灑—腰街段有過明確的大地震活動的地貌證據(jù)。

達哈村及發(fā)啟村組合探槽均揭露出了明確的斷層剖面及古地震事件(圖3)。如圖3d，e所示斷層斷錯U4—U7地層，形成明顯的構(gòu)造楔；圖3f，g所示斷層以及斷層帶中透鏡體、團塊物質(zhì)及剪切變形帶十分清晰。在發(fā)啟村組合探槽所揭露的地層U4—U8中分別采集了多個炭屑樣品，送到美國Beta實驗室進行了年齡測試，測年結(jié)果見圖3e及圖3g所示。發(fā)啟村探槽1及探槽2中被斷層明顯斷錯的標志性地層U4中所采集到的炭屑樣品測年結(jié)果分別是C160(5 930±30)aBP(圖3e)、C2(6 610±30)aBP(圖3g)，以及前文提及的組合探槽所揭露的古地震事件表明，紅河斷裂南段戛灑—腰街段在全新世中、晚期以來有過明確的地震活動。

4　初步認識

詳細的地形、地貌調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紅河斷裂南段戛灑—腰街一帶斷層槽谷及水系同步位錯十分明顯，并且在十幾km的地段都有顯示，說明紅河斷裂南段晚第四紀以來仍有較強烈的活動；達哈村及發(fā)啟村組合探槽剖面揭露出了明確的斷層剖面及古地震信息，被切錯地層多個14C測年結(jié)果表明，紅河斷裂南段戛灑—腰街段為全新世活動斷裂。

致謝在野外地質(zhì)地貌調(diào)查、探槽剖面分析工作中得到了徐錫偉、張曉東、聞學澤、尹功明、田勤儉、周本剛等研究員寶貴的指導(dǎo)及建議，審稿專家提出了寶貴意見，在此表示由衷的感謝!

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THE HOLOCENE SEISMIC EVIDENCE ON SOUTHERN SEGMENT OF THE RED RIVER FAULT ZONE

LI Xi1)RAN Yong-kang2)CHEN Li-chun2)WANG Hu2)YU Jiang1)ZHANG Yan-qi1)XIE Ying-qing1)

1)EarthquakeAdministrationofYunnanProvince，Kunming650224，China2)KeyLaboratoryofActiveTectonicsandVolcano，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China

Nine earthquakes withM≥6 have stricken the northern segment of the Red River fault zone since the historical records，including the 1652 MiduM7 earthquake and the 1925 DaliM7 earthquake. However，there have been no earthquake records ofM≥6 on the middle and southern segments of the Red River Fault，since 886 AD. Is the Red River fault zone，as a boundary fault，a fault zone where there will be not big earthquake in the future or a seismogenic structure for large earthquake with long recurrence intervals？This problem puzzles the geologists for a long time. Through indoor careful interpretation of high resolution remote sensing images，and in combination with detailed field geological and geomorphic survey，we found a series of fault troughs along the section of Gasha-Yaojie on the southern segment of the Red River fault zone，the length of the Gasha-Yaojie section is over ten kilometers. At the same time，paleoseismic information and radiocarbon dating result analysis on the multiple trenches show that there exists geological evidence of seismic activity during the Holocene in the southern segment of the Red River fault zone.

the Red River fault zone，seismogenic structure of large earthquake，multiple trenches，paleoearthquake，the Holocene active fault

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.007

2015-08-24收稿，2016-05-06改回。

中國地震局星火計劃攻關(guān)項目(XH13021)和中國地震局地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(IGCEA1418)共同資助。

冉勇康，男，研究員，E-mail: ykran@263.net。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0596-09

李西，男，1975年生，2015年于中國地震局地質(zhì)研究所獲理學博士學位，高級工程師，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學、活動構(gòu)造、古地震、GIS應(yīng)用及開發(fā)、震害預(yù)測和評估等研究，電話： 0871-65747069，E-mail: lixgj@126.com。