黃小龍吳中海吳坤罡

1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;

2.新構(gòu)造運動與地質(zhì)災(zāi)害實驗室, 北京 100081;

3.中國地質(zhì)調(diào)查局新構(gòu)造與地殼穩(wěn)定性研究中心, 北京 100081;

4.中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083

0 引言

滇西北地區(qū)位于紅河斷裂帶的西北端(Allen et al., 1984; 虢順民等, 1996),是青藏高原東南緣一系列大型弧形走滑斷裂系統(tǒng)間一個十分顯著的伸展變形區(qū) (Tapponnier et al., 1986; Allen et al.,1991; Leloup et al., 1995; Wang and Burchfiel,1997; Wang et al., 1998),因區(qū)內(nèi)伸展斷陷盆地發(fā)育又被稱之為滇西北斷陷帶 (Wu et al., 2009; 黃小巾等, 2014, 2018; 黃小龍等,2016)。作為青藏高原東南緣地殼物質(zhì)擠出變形的重要調(diào)節(jié)區(qū)域(李玶和汪良謀, 1975;Tapponnier and Molnar,1976; Tapponnier et al., 1982, 1986, 2001; 鄭文俊等, 2019),其形成演化過程與東南緣地殼變形密切相關(guān)。開展區(qū)內(nèi)主要斷裂晚新生代活動特征的研究,對認(rèn)識滇西北斷陷帶的成因及其與青藏高原東南緣地殼變形之間的關(guān)系都具有重要意義。

對于滇西北斷陷帶形成的動力學(xué)機(jī)制,相關(guān)學(xué)者開展了大量工作并提出了多種不同的解釋。基于對紅河斷裂帶的研究認(rèn)為滇西北斷陷帶是北西向紅河斷裂帶的尾端拉張或紅河斷裂帶與北西向斷裂走滑拉分的結(jié)果 (Allen et al., 1984; 吳大寧和鄧起東, 1985; 劉光勛等, 1986;虢順民等,1996; Zhang et al., 2015);對川滇地區(qū)活動塊體運動的研究認(rèn)為滇西北斷陷帶是川西北和滇中次級活動斷塊順時針旋轉(zhuǎn)過程中端部拉張變形的產(chǎn)物(徐錫偉等, 2003; 韓竹軍等, 2005);對晚新生代鮮水河-小江斷裂、紅河斷裂帶及滇西北斷陷帶內(nèi)主要斷裂活動的研究認(rèn)為,滇西北斷陷帶是在近南北向右旋剪切背景下,區(qū)內(nèi)微斷塊順時針旋轉(zhuǎn)與伴生的北東向左旋走滑斷裂帶尾端拉張變形相互疊加的結(jié)果 (Wang et al., 1998; Fan et al.,2006);基于對滇西北地區(qū)弧形斷裂的研究認(rèn)為,滇西北斷陷帶是在中甸斷裂與南汀河斷裂的走滑拉分疊加區(qū)域上順時針旋轉(zhuǎn)變形的結(jié)果(Wu et al., 2009)。上述觀點均在一定程度上解釋了滇西北斷陷帶形成的機(jī)制,但受限于對滇西北地區(qū)主要斷裂形態(tài)及運動學(xué)特征認(rèn)識的不足(Wang et al., 1998; Fan et al., 2006; Wu et al., 2009; 黃小巾等, 2014, 2018; 黃小龍等, 2016),尚無法對已有機(jī)制開展有效的驗證。

彌渡地區(qū)位于滇西北斷陷帶的東南端,紅河斷裂帶與程海斷裂交匯處。區(qū)內(nèi)斷裂的形成受滇西北斷陷帶與紅河斷裂帶的共同控制 (Wang et al.,1998; Schoenbohm et al., 2006),是探討彌渡盆地及滇西北斷陷帶成因及其與紅河斷裂帶間運動學(xué)關(guān)系的關(guān)鍵區(qū)域。文章將以彌渡地區(qū)的主要斷裂為研究對象,通過對斷裂幾何學(xué)、運動學(xué)特征的調(diào)查,討論區(qū)內(nèi)主要斷裂及彌渡盆地的形成演化與紅河斷裂帶及程海斷裂的關(guān)系,并嘗試進(jìn)一步探討彌渡盆地乃至滇西北斷陷帶形成的動力學(xué)機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

滇西北地區(qū)位于青藏高原東南緣,川滇菱形塊體西南部(圖1a),揚子陸塊區(qū)、三江弧盆系、巴顏喀拉地塊的交匯地帶(潘桂堂等, 2009)。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全,自元古界至第四系均有分布,古生代至三疊紀(jì)揚子型海相地層構(gòu)成了滇西北的基底(Wang et al., 1998);相較于東側(cè)的楚雄盆地,區(qū)內(nèi)明顯缺失侏羅系、白堊系;新生代區(qū)內(nèi)再次接受沉積,主要以陸相的小型山間盆地或斷陷盆地沉積為主。具體到彌渡地區(qū),以彌渡盆地為界,盆地東側(cè)主要為古生代的海相沉積,盆地西側(cè)主要為中生代的砂泥巖地層,盆地西緣及西側(cè)的山間盆地內(nèi)沉積了一套上新世河湖相含煤地層,盆地內(nèi)現(xiàn)今出露的主要為第四紀(jì)的沖洪積地層(圖1b)。

上新世以來,在近東西向伸展應(yīng)力作用下(Cui et al., 2006; 錢曉東等, 2011),滇西北地區(qū)形成了北西、北東和近南北向的三組斷裂(Wang et al., 1998),其中以近南北向斷裂最為發(fā)育(Wu et al., 2009; 黃小巾等, 2014; 黃小龍等,2016;圖1b)。這其中程海斷裂作為滇西北斷陷帶的東側(cè)邊界,其形成可追溯至震旦紀(jì),控制了斷層兩側(cè)古生代及中生代地層的發(fā)育(國家地震局地質(zhì)研究所和云南省地震局, 1990)。新生代期間程海斷裂至少經(jīng)歷了兩期活動,早期可能始于古近紀(jì)中晚期,以右旋逆沖活動為主(李光榮和金德山, 1990; Lacassin et al.,1996;Fan et al.,2006),而最新一期的張扭性活動可能始于上新世至第四紀(jì)早期(Wang et al.,1998)。多期次的活動導(dǎo)致程海斷裂形態(tài)復(fù)雜,早期研究認(rèn)為程海斷裂由永勝至彌渡的控盆斷裂和東側(cè)大廠-平川-祥云一帶的平行斷裂組成(李光榮和金德山, 1990);然而,沿斷裂的遙感解譯及野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),從大廠到平川線性的斷裂地貌特征不清晰且連續(xù)性較差,指示該支斷裂第四紀(jì)無明顯活動。因此,文中討論的程海斷裂是指控制了永勝至彌渡地區(qū)一系列第四紀(jì)盆地發(fā)育的控盆斷裂。對該斷裂現(xiàn)今的活動性質(zhì),早期研究多認(rèn)為以左旋走滑為主,正斷活動只是左旋走滑斷裂端部的拉張(國家地震局地質(zhì)研究所云南省地震局, 1990; Wang et al.,1998)。而李光容和金德山(1990)認(rèn)為該斷裂以伸展正斷活動為主,但缺乏確切的調(diào)查研究資料。近年來基于構(gòu)造地貌及野外調(diào)查的研究認(rèn)為程海斷裂現(xiàn)今的活動以兼有左旋走滑分量的正斷活動為主,斷裂最大垂向活動速率可達(dá)0.4～0.5 mm/a,最大左旋走滑速率可達(dá)1.0～1.2 mm/a(羅睿潔等,2015; 黃小龍等, 2016, 2021;黃小巾等, 2018;Huang et al., 2018)。

紅河斷裂帶位于研究區(qū)南部,構(gòu)成了滇西北斷陷帶的西南側(cè)邊界,斷裂帶西北起自洱源,經(jīng)大理、彌渡、元江、紅河、河口向越南延伸,根據(jù)斷裂形態(tài)及活動特征的差異可將其分為北段、中段和南段。滇西北地區(qū)展布的為紅河斷裂帶北段,其北起洱源西北的福壽場,向南東經(jīng)大理、彌渡,止于苴力附近,全長130 km左右(Allen et al.,1984; 國家地震局地質(zhì)研究所和云南省地震局,1990;虢順民等, 2001),也有研究認(rèn)為經(jīng)維西、喬后、漾濞至巍山的維西-喬后斷裂同樣屬于紅段帶的北段(常祖峰等, 2016)。始新世中—晚期至漸新世,紅河斷裂帶作為印支地塊的東部邊界開始大規(guī)模左旋走滑 (Tapponnier et al., 1990;Leloup et al., 1995);中新世,紅河斷裂帶的活動由左旋逐漸向右旋轉(zhuǎn)換 (Harrison et al., 1992;Leloup et al., 1993; 陳文寄等, 1996);上新世,紅河斷裂帶的活動變?yōu)橐源笠?guī)模的右旋走滑活動為主 (Harrison et al., 1992; Leloup et al., 1995)?；谒档鹊孛矄卧e斷的研究認(rèn)為紅河斷裂帶上新世以來 (Tapponnier et al., 1990; Harrison et al.,1992),具有強(qiáng)烈的右旋走滑活動(李玶和汪良謀, 1975; Allen et al., 1984; 虢順民等, 1996),累積走滑錯動量在7.1 km左右,而滇西北斷陷帶正是在紅河斷裂帶右旋走滑作用下形成的尾端拉張區(qū)(Allen et al.,1984;虢順民等, 1996)。然而隨著更多地震數(shù)據(jù)、GPS觀測數(shù)據(jù)及地質(zhì)地貌等方面調(diào)查數(shù)據(jù)的出現(xiàn),越來越多的證據(jù)表明紅河斷裂帶在第四紀(jì)特別是晚第四紀(jì)以來的活動性已大大減弱,其作為川滇菱形塊體西側(cè)邊界的作用也已明顯弱化 (Wang et al., 1998; Chen et al.,2000; 向宏發(fā)等, 2000; Schoenbohm et al., 2004,2006; Zhang et al., 2004; Shen et al., 2005; 張建國等, 2009; Wu et al., 2009)。 Shi et al. (2018)對紅河斷裂帶嘎灑段的研究顯示,斷裂在過去3～5萬年的平均走滑速率僅為1.1±0.4 mm/a。雖然紅河斷裂帶北段作為滇西北斷陷帶的西南邊界第四紀(jì)期間活動性依然強(qiáng)烈,但多以正斷活動為主,與紅河斷裂帶的右旋走滑活動已經(jīng)關(guān)系不大,其多是在繼承紅河斷裂帶原有構(gòu)造行跡的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新斷裂。

a—青藏高原東南緣活動構(gòu)造格架圖;b—滇西北地質(zhì)構(gòu)造簡圖圖1 研究區(qū)地質(zhì)背景圖Fig.1 Geological background of the study area(a) Active tectonic framework of the southeastern Tibetan Plateau; (b) Simplified geological map of northwestern Yunnan

2 區(qū)內(nèi)主要斷裂

基于ASTER GDEM數(shù)據(jù)、Google earth影像、谷歌地形圖、地形圖、地質(zhì)圖的綜合遙感解譯,構(gòu)造地貌分析及野外調(diào)查可知區(qū)內(nèi)主要存在兩組方向的斷裂,一組與程海斷裂總體走向一致呈北東向,另一組與紅河斷裂帶走向一致呈北西—北北西向(圖2)。下面將就彌渡盆地及其周緣主要斷裂及其活動特征展開介紹。

2.1 毛栗坡斷裂

該斷裂位于彌渡盆地與賓川盆地間的峽谷區(qū)(圖2),早期研究認(rèn)為其屬于程海斷裂帶南部的蘇家莊-山崗鋪段,由多條北北東向斷裂組成(國家地震局地質(zhì)研究所和云南省地震局,1990)。在此次調(diào)查中僅發(fā)現(xiàn)一條顯著活動的斷裂,以其中部村鎮(zhèn)命名,稱之為毛栗坡斷裂。該斷裂北起賓川盆地南端的老馬營,向南西延伸,止于彌渡盆地北端的蘇家莊附近,長約25 km,走向北東,在毛栗坡北部傾向北西,向南轉(zhuǎn)而傾向南東。斷裂地貌上表現(xiàn)為線性特征顯著的斷層槽谷(圖2,圖3a、3b),沿斷裂可見多條近乎平行且規(guī)模相當(dāng)?shù)乃当煌阶笮e斷,錯動量在1.2～1.5 km之間(圖3a),指示該斷裂具有顯著的左旋走滑活動。在毛栗坡南部,中生代的花崗斑巖巖體同樣被該斷裂左旋錯動,位移量約為1.5 km(圖1),反映該斷裂自程海斷裂最新一期張扭性活動以來的累計左旋走滑位移量約為1.5 km。在斷裂北部4條徑流長度2～3 km的年輕水系,同樣被該斷裂左旋錯動,位移量為270～420 m不等(圖3c),指示該斷裂在中、晚更新世以來仍有明顯的左旋走滑活動。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),沿斷裂的槽谷中地層破碎。在新村北部斷層破碎帶寬約50 m,構(gòu)成了泥盆紀(jì)灰?guī)r與二疊紀(jì)玄武巖的邊界。破碎帶內(nèi)發(fā)育有多組近直立的斷面,其中主斷面產(chǎn)狀290°∠81°(圖3d),斷面上擦痕產(chǎn)狀指示該斷裂以左旋走滑為主,并具有一定的正斷分量,沿斷裂其他露頭上的擦痕統(tǒng)計結(jié)果與該點的結(jié)果基本一致(圖2)。斷裂兩側(cè)地形高差顯著,西側(cè)古地貌面高出東側(cè)450～500 m(圖3e),顯示該斷裂兼具有明顯的正斷活動,累計垂向位移量可達(dá)450～500 m。此外,區(qū)內(nèi)地震活動資料顯示,沿斷裂于1623年曾發(fā)生一次6.3級地震,指示該斷裂在全新世時期存在明顯的活動。綜上可知該斷裂是一條以左旋走滑為主并具有正斷分量的全新世活動斷裂。

2.2 彌渡斷裂

該斷裂作為彌渡盆地西緣的主邊界斷裂,北起蘇家莊,向南延伸,止于盆地最南端的苴力附近,全長約40 km。在橋頭哨北部,斷裂走向北東,地貌上表現(xiàn)為線性特征顯著的高約600 m的斷層崖(圖4a)。由橋頭哨往南,斷裂走向由北東逐漸變?yōu)榻媳毕?最后變?yōu)楸蔽飨?地貌上表現(xiàn)為發(fā)育于中生代碎屑地層中線性特征顯著的斷層三角面(圖2)。在橋頭哨至谷芹之間,大量拔河高度十幾米的晚更新世—全新世沖洪積物組成的沖洪積裙帶沿斷層三角面線性展布,并向東側(cè)一直延伸到盆地的中部(圖2)。向東傾斜的斷層三角面以及不對稱分布的沖洪積扇體,指示該斷裂晚更新世以來具有顯著的伸展正斷活動。由谷芹村往南,斷裂逐漸分為多支,在盆地邊緣其控制了自西向東的階梯狀地貌。這些地貌特征都表明,彌渡斷裂是一條活動性十分顯著的第四紀(jì)正斷層。此外,沿斷裂地貌上未見明顯的走滑活動證據(jù)。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),沿斷裂斷層破碎帶、斷層摩擦面等發(fā)育。在古城村西側(cè),破碎的灰?guī)r地層中發(fā)育有3～4條向南東傾斜的階梯狀正斷層。斷層不僅錯斷了泥盆紀(jì)的灰?guī)r,同時錯斷了覆蓋在其上的紅色風(fēng)化殼及坡積物,指示斷裂晚更新世—全新世以來具有顯著的伸展正斷活動。其中主要斷裂的產(chǎn)狀為158°∠72°,斷面上擦痕產(chǎn)狀指示斷裂以正斷活動為主并具有一定的左旋走滑分量(圖2、圖4b)。此外,在谷芹村西側(cè)山麓地帶,上新世的砂礫巖、砂巖地層不整合地覆蓋在白堊紀(jì)地層上,形成了一級海拔1800～1810 m的臺地(圖2),彌渡斷裂西支控制了該臺地西側(cè)邊界。臺地的東緣被彌渡斷裂東支錯斷,形成低緩的斷層三角面,與東側(cè)的全新世的沖洪積扇體間斷層接觸(圖2)。在谷芹村西側(cè)彌渡斷裂西支上,3條分支斷裂組成的斷裂帶垂直錯斷了白堊紀(jì)地層及其上覆蓋的上新世沉積物,其主要斷裂的產(chǎn)狀為143°∠63°(圖4c)。往西至平安莊、大樹坪等山間盆地內(nèi)均有這套上新世地層的出露。其中大樹坪出露的為灰白色、灰綠色泥巖與黃色含礫砂巖互層的上新世河湖相地層,產(chǎn)狀約為138°∠5°,其不整合地覆蓋在白堊紀(jì)地層之上形成了一級海拔2160～2180 m的平緩臺地。其與彌渡盆地的高差可達(dá)460～480 m,考慮到盆地內(nèi)約200 m厚的第四紀(jì)沉積物(中國人民解放軍建字七三〇部隊,1978,這套上新世地層第四紀(jì)以來被垂直錯斷了660～680 m (圖4d),平均活動速率約為0.26 mm/a。在寅街南側(cè),沿斷裂出露的斷面產(chǎn)狀80°∠76°,斷面上擦痕產(chǎn)狀指示斷裂以正斷活動為主,略具有一定的右旋走滑分量。1652年彌渡7.0級地震便發(fā)生在該段,指示該斷裂全新世具有明顯的活動。

圖2 彌渡地區(qū)主要斷裂分布圖Fig.2 Major faults in the Midu area

a—毛栗坡斷裂中部左旋錯動的水系;b—毛栗坡斷裂控制的斷層槽谷地貌;c—毛栗坡斷裂北段被左旋錯動的年輕水系;d—毛栗坡斷裂上出露的斷層破碎帶;e—跨毛栗坡斷裂的地形剖面圖(據(jù)Google earth影像數(shù)據(jù)繪制,剖面位置見圖3a)圖3 毛栗坡斷裂活動的地貌及野外證據(jù)Fig.3 Landforms and field evidence of the Maolipo fault(a) Sinistral offset water system in the middle of the Maolipo fault; (b) Fault valley along the Maolipo fault; (c) Sinistral offset young water system in the northern part of the Maolipo fault; (d) Fault fracture zone exposed on the Maolipo fault; (e) Topographic profile across the Maolipo fault (Based on the Google Earth image; the location of the profile is shown in Fig.3a)

綜合地貌和野外證據(jù)可知,彌渡斷裂是一條以正斷活動為主的全新世活動斷裂,斷裂北段走向北東兼具有一定的左旋走滑分量,向南斷裂走向逐漸轉(zhuǎn)為北西,略具有一定的右旋走滑分量。

a—彌渡斷裂北部的斷層崖;b—破碎帶內(nèi)主要斷面及擦痕;c—被錯斷的上新世地層;d—跨彌渡盆地地質(zhì)剖面圖(剖面位置見圖2)圖4 彌渡斷裂運動學(xué)特征Fig.4 Evidence showing the kinematic features of the Midu fault(a) Fault scarps occurred in the north of the Midu fault; (b) Main fault planes and slickensides in the fracture zone; (c) Faulted Pliocene strata; (d) Geological section across the Midu basin (the section location is shown in Fig.2)

2.3 寅街?jǐn)嗔?/h3>

該斷裂位于彌渡盆地東側(cè),有研究認(rèn)為其屬于紅河斷裂帶在該段的主斷裂,一直可延伸至彌渡盆地北端,并被程海斷裂左旋錯斷(Schoenbohm et al., 2006)。然而,在調(diào)時查發(fā)現(xiàn)該斷裂在彌渡縣城北部并無明顯的線性特征,且盆地邊界模糊,據(jù)此推測斷裂該段第四紀(jì)期間無明顯活動。由彌渡縣城往南,斷裂表現(xiàn)為線性特征顯著的斷層崖、斷層三角面,并且構(gòu)成了彌渡盆地的東側(cè)邊界,顯示其第四紀(jì)具有一定的活動性。斷裂北起彌渡縣城東側(cè),向南延伸至苴力附近,全長約18 km,走向北西,傾向南西,以斷裂附近村鎮(zhèn)命名,稱之為寅街?jǐn)嗔选Ｒ巴庹{(diào)查發(fā)現(xiàn),沿該斷裂斷層破碎帶、斷層角礫巖、滑動面及溫泉等發(fā)育。在彌渡縣城東側(cè),二疊紀(jì)玄武巖中發(fā)育多組向西側(cè)傾斜的正斷層。往南,在青石灣村東側(cè),二疊紀(jì)灰?guī)r中發(fā)育由多組密集的破裂面構(gòu)成的寬約30 m的斷層破碎帶,其中主要斷面產(chǎn)狀230°∠62°(圖5a),斷面上擦痕統(tǒng)計指示,斷裂以正斷活動為主,略具有右旋走滑活動分量。綜合地貌及野外證據(jù)可知,該斷裂為一條以正斷活動為主,略具右旋分量的第四紀(jì)活動斷裂。

2.4 鳳儀-定西嶺斷裂

該斷裂北起鳳儀,向南東延伸經(jīng)定西嶺,止于彌渡斷裂西側(cè),斷裂走向北北西,長約25 km,屬于紅河斷裂帶北段的組成部分。關(guān)于該斷裂的活動性目前尚不清楚,虢順民等(2001)對該斷裂的研究發(fā)現(xiàn),在鳳儀鎮(zhèn)附近斷裂垂直錯動早、中第四紀(jì)地層,但錯動量僅有數(shù)米。此外,Schoenbohm et al.(2006)調(diào)查發(fā)現(xiàn),沿該斷裂至少存在一條右旋錯動的水系,并認(rèn)為其或許可作為斷裂走滑活動的證據(jù)。然而,經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),該斷裂主要沿彌渡盆地與大理-鳳儀盆地間的峽谷區(qū)展布,構(gòu)成了南部白堊紀(jì)砂泥巖地層與北部古生代地層的邊界(圖1,圖2)。在鳳儀鎮(zhèn)附近,斷裂主要沿盆地邊界分布,但盆地邊界參差不齊線性特征較差;由鳳儀至定西嶺段,斷裂沿線性特征相對清晰的斷層槽谷分布,多條年輕水系橫穿該斷裂,但未見明顯的同步錯動;由定西嶺往南,斷層槽谷的走向明顯受地層邊界控制,隨之發(fā)生弧形彎曲,走向由北北西向逐漸變?yōu)楸蔽魑飨?圖5b)。所有這些地貌特征均指示該斷裂第四紀(jì)期間不存在明顯活動。

a—寅街?jǐn)嗔焉铣雎兜臄鄬悠扑閹Ъ安梁?b—鳳儀-定西嶺斷裂地貌;c—密祉斷裂上的斷層破碎帶圖5 彌渡地區(qū)主要斷裂活動的地貌及野外證據(jù)Fig.5 Landforms and field evidence of fault activities in the Midu area(a) Fault fracture zone and slickensides exposed on the Yinjie fault; (b) Landforms along the Fengyi-Dingxiling fault; (c) Fault fracture zone on the Mizhi fault

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),沿斷裂地層變形強(qiáng)烈,于古生代灰?guī)r地層中發(fā)育有寬數(shù)十米不等的斷層破碎帶;此外,薄層的灰?guī)r中還存在強(qiáng)烈的擠壓褶皺變形,這些證據(jù)無不說明該斷裂作為紅河斷裂帶的組成部分,曾存在強(qiáng)烈的活動,活動性質(zhì)可能與紅河斷裂帶一致,以右旋走滑為主。但斷層地貌及水系錯動情況又清楚地顯示該斷裂第四紀(jì)無明顯活動,綜上認(rèn)為該斷裂作為紅河斷裂帶北段曾具有明顯的右旋走滑活動,但第四紀(jì)期間活動性較弱或不存在明顯活動。

2.5 密祉斷裂

該斷裂北起大村盆地北端,向南延伸至密祉盆地南端,總體走向北北西,長約15 km,整體呈向西突出的弧形,根據(jù)斷裂附近村鎮(zhèn)名將之命名為密祉斷裂。該斷裂可分為東西兩支,控制了密祉盆地、大村盆地及其間凹地的邊界。其中密祉盆地平均海拔約2000 m,盆地內(nèi)水系由東側(cè)出口進(jìn)入彌渡盆地,導(dǎo)致盆地內(nèi)侵蝕切割強(qiáng)烈。在其侵蝕切割的剖面上可見,盆地內(nèi)出露的主要為一套灰白色、灰綠色泥巖與黃色含礫砂巖互層的河湖相含煤地層,與區(qū)內(nèi)上新世三營組地層的特征一致(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990)。據(jù)此推測密祉盆地于上新世便已形成,并控制了三營組地層的沉積。在密祉盆地兩側(cè),斷裂構(gòu)成了三營組地層與白堊紀(jì)砂泥巖地層的邊界。然而,現(xiàn)今盆地邊界的線性特征較弱且不連續(xù),反映了該斷裂在第四紀(jì)特別是晚第四紀(jì)活動性較弱或無明顯活動。在大村盆地,斷裂同樣構(gòu)成了盆地的兩側(cè)邊界,在盆地東北部,白堊紀(jì)砂巖地層中出露的斷層破碎帶寬約5 m(圖5c),其中主斷面產(chǎn)狀272°∠52°,斷面上擦痕統(tǒng)計結(jié)果指示該斷裂以正斷活動為主,略具有右旋走滑分量。綜合構(gòu)造地貌特征及野外證據(jù)可知,該斷裂為一條以正斷活動為主的上新世斷裂,第四紀(jì)無明顯活動。

3 討論

3.1 區(qū)內(nèi)主要斷裂與紅河斷裂帶的關(guān)系

上述可知,作為程海斷裂與紅河斷裂帶的交匯部位,區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有北東向和北西—北北西向兩組方向的斷裂。相關(guān)學(xué)者研究認(rèn)為受紅河斷裂帶的限制,程海斷裂終止于紅河斷裂帶東側(cè)的橋頭哨附近(向宏發(fā)等,1986; 李光榮和金德山,1990; 國家地震局地質(zhì)研究所和云南省地震局,1990; Wang et al., 1998; Fan et al., 2006)。 其中北東向的毛栗坡斷裂以及橋頭哨北部北東向的彌渡斷裂被認(rèn)為屬于程海斷裂的組成部分(國家地震局地質(zhì)研究所和云南省地震局, 1990),而北西—北北西向的鳳儀-定西嶺斷裂、寅街?jǐn)嗔岩约皹蝾^哨南部北西走向的彌渡斷裂則是紅河斷裂帶的重要組成部分 (Allen et al., 1984; 虢順民等,1996, 2001; Socquet and Pubellier, 2005; Schoenbohm et al., 2006)。

然而,通過對彌渡地區(qū)主要斷裂晚新生代活動性的調(diào)查發(fā)現(xiàn),程海斷裂并非終止于紅河斷裂帶的東部,而是在繼承和改造紅河斷裂帶原有行跡的基礎(chǔ)上形成了控制彌渡盆地展布的新斷裂,包括彌渡斷裂和寅街?jǐn)嗔?。其中彌渡斷裂?guī)模最大,活動性也最為顯著,構(gòu)成了程海斷裂最北端的主干斷裂,主要證據(jù)如下。

(1)沿斷裂的地形、地貌特征是一致且延續(xù)的。在橋頭哨北部斷裂地貌上表現(xiàn)為線性的斷層崖,而在橋頭哨南部則以斷層三角面的形式繼續(xù)延伸,中間并無明顯中斷。此外,作為同一古地貌面被錯動形成的斷層地貌,兩側(cè)斷層崖及斷層三角面的高度基本一致,屬于同一斷裂在相同垂向錯斷的基礎(chǔ)上形成的斷層地貌(圖6),僅因巖性不同,在灰?guī)r區(qū)形成了高陡的斷層崖,在砂泥巖區(qū)形成了相對平緩的斷層三角面。

(2)斷層走向變化是平緩且連續(xù)的。在橋頭哨北部斷層走向約25°,橋頭哨與瓦窯之間走向漸變?yōu)?°左右,瓦窯往南逐漸轉(zhuǎn)至約325°。斷裂是在6～7 km長的段落內(nèi),實現(xiàn)約60°的走向變化,明顯有別于斷裂錯斷造成走向截然的變化(圖6)。

圖6 彌渡盆地西北部的地形地貌特征Fig.6 Landform characteristics of the northwestern Midu Basin

(3)斷層產(chǎn)狀及活動性質(zhì)是一致且連續(xù)的。沿斷裂的斷面及擦痕產(chǎn)狀統(tǒng)計顯示,在橋頭哨南北兩側(cè)斷層的傾角基本一致均在60°左右,且擦痕統(tǒng)計顯示斷裂活動性質(zhì)均為正斷為主兼有一定的左旋走滑分量(圖2),這明顯不符合紅河斷裂帶右旋活動的性質(zhì)。

(4)作為紅河斷裂帶彌渡段向西北的延伸,鳳儀-定西嶺斷裂第四紀(jì)不具有明顯活動性,與彌渡斷裂現(xiàn)今顯著的正斷活動明顯不屬于同一斷裂系統(tǒng)。

(5)紅河斷裂帶第四紀(jì)的活動性是存在爭議的。早期的研究多認(rèn)為紅河斷裂帶第四紀(jì)期間具有強(qiáng)烈的右旋走滑活動,是區(qū)域上重要的邊界活動斷裂帶 (Allen et al., 1984;虢順民等,1996;向宏發(fā)等, 2004),但隨著調(diào)查的深入,越來越多的證據(jù)表明紅河斷裂帶第四紀(jì)期間的走滑活動已經(jīng)很弱,并且其作為川滇菱形塊體西南邊界的作用也已經(jīng)明顯地弱化了(Wang et al.,1998; 向宏發(fā)等, 2000; Shen et al., 2005; Schoenbohm et al.,2006;張建國等,2009)。紅河斷裂帶第四紀(jì)期間活動性的弱化,使之難以控制彌渡地區(qū)斷裂第四紀(jì)的活動,也為程海斷裂對它們的繼承與改造提供了客觀的條件。

3.2 彌渡地區(qū)主要斷裂發(fā)育的動力學(xué)機(jī)制

關(guān)于彌渡地區(qū)主要斷裂及彌渡盆地形成的動力學(xué)機(jī)制,早期研究多認(rèn)為是紅河斷裂帶右旋走滑活動的尾端拉張,導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)的伸展變形(Allen et al., 1984; 虢順民等, 1996, 2001;Socquet and Pubellier, 2005)。然而該模式明顯無法解釋為什么作為紅河斷裂帶重要組成部分的鳳儀-定西嶺斷裂第四紀(jì)無明顯活動,以及紅河斷裂帶彌渡段為什么會被程海斷裂繼承和改造形成現(xiàn)今的彌渡斷裂等問題。Schoenbohm et al.(2006)研究認(rèn)為,彌渡盆地及其中一系列北西向斷裂是受程海斷裂左旋走滑活動控制,程海斷裂左旋錯動了紅河斷裂帶約7 km,走滑活動的分量轉(zhuǎn)換成了彌渡盆地現(xiàn)今的伸展變形。然而,該模式最大的問題在于程海斷裂在毛栗坡段的最大左旋走滑位移量只有1.5 km左右,即使考慮程海斷裂中部左旋錯動金沙江的位移量也只有5～6 km(黃小龍等,2021),達(dá)不到左旋錯動紅河斷裂帶7 km的要求。此外,在紅河斷裂帶被左旋錯動之前,是如何影響彌渡地區(qū)斷裂發(fā)育的也是一個必須考慮的問題。

對紅河斷裂帶的研究顯示,15～5 Ma紅河斷裂帶的活動性開始由左旋走滑向右旋走滑轉(zhuǎn)換(Harrison et al., 1992; Leloup et al., 1993; 陳文寄等, 1996),上新世變?yōu)榇笠?guī)模的右旋走滑(Harrison et al., 1992; Leloup et al., 1995; 向宏發(fā)等, 2004);第四紀(jì)特別是晚第四紀(jì)以來斷裂的活動性大大減弱,且其作為橫向擠出的川滇菱形塊體的邊界的作用也已明顯弱化 (Wang et al.,1998; Chen et al., 2000; 向宏發(fā)等, 2000;Schoenbohm et al., 2004, 2006; Zhang et al., 2004;Shen et al., 2005; 張建國等, 2009; Wu et al.,2009)。對彌渡地區(qū)斷裂活動的研究同樣指示,該區(qū)至少存在兩期的構(gòu)造演化過程。從上新世開始,區(qū)內(nèi)即已存在明顯的伸展變形,斷裂控制了彌渡盆地、密祉盆地以及彌渡盆地西側(cè)的大樹坪、平安莊等一系列小型山間盆地的發(fā)育,并控制了盆地內(nèi)上新世三營組地層的發(fā)育,時代上大致與紅河斷裂帶上新世強(qiáng)烈的右旋走滑活動相對應(yīng)。第四紀(jì),隨著紅河斷裂帶活動性的減弱,程海斷裂控制了彌渡地區(qū)主要斷裂的發(fā)育,區(qū)內(nèi)的伸展變形進(jìn)一步發(fā)育,垂直錯斷了上新世地層,形成了彌渡盆地及現(xiàn)今的構(gòu)造地貌格局。

因此,對區(qū)內(nèi)主要斷裂及盆地發(fā)育動力學(xué)機(jī)制的探討也需要分為兩個階段進(jìn)行。上新世時期,紅河斷裂帶作為川滇菱形塊體側(cè)向擠出的西側(cè)邊界,右旋走滑活動顯著,受紅河斷裂帶尾端正斷活動分量的影響,沿斷裂發(fā)育了一系列北西向右旋伸展斷裂,構(gòu)成了走滑斷裂尾端馬尾狀的斷裂組合(肖坤澤和童亨茂, 2020),控制了彌渡盆地、密祉盆地等早期斷陷盆地及上新世地層的沉積。此時彌渡盆地西緣斷裂作為紅河斷裂帶的組成部分,向西北延伸與鳳儀-定西嶺斷裂相連接,構(gòu)成了右旋走滑的紅河斷裂帶其中的一支(圖7a)。此時,滇西北在紅河斷裂帶尾端拉張作用下,產(chǎn)生了一系列近南北向的伸展斷裂及其控制的斷陷盆地,形成了滇西北斷陷帶的初步形態(tài)(圖7b)。第四紀(jì)時期,隨著紅河斷裂帶活動性的減弱,程海斷裂逐漸繼承了紅河斷裂帶在彌渡段大部分?jǐn)嗔训男雄E,并繼續(xù)發(fā)生近東西向的伸展變形,其中伸展正斷活動最為顯著的為彌渡斷裂,其控制了彌渡盆地進(jìn)一步的伸展斷陷,錯斷了上新世沉積地層,并控制了第四紀(jì)地層的沉積(圖7c)。此時,滇西北斷陷帶繼續(xù)發(fā)生伸展變形,并且存在明顯的順時針旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致斷裂在滇西北斷陷帶的端部發(fā)生弧形轉(zhuǎn)折,進(jìn)而引發(fā)應(yīng)力在端部的集中,具體表現(xiàn)為斷裂在端部活動性更強(qiáng),地震及地震地質(zhì)災(zāi)害在端部更為頻繁 (圖7d;Wu et al.,2009; 黃小龍等, 2016, 2021; Huang et al., 2018)。

a—上新世彌渡地區(qū)斷裂及盆地發(fā)育情況簡圖;b—青藏高原東南緣上新世構(gòu)造格架簡圖(據(jù)Schoenbohm et al., 2006修改);c—第四紀(jì)彌渡地區(qū)斷裂及盆地發(fā)育情況簡圖;d—青藏高原東南緣第四紀(jì)構(gòu)造格架簡圖(據(jù)吳中海等,2015; Shen et al., 2005修改)圖7 上新世—第四紀(jì)青藏高原東南緣構(gòu)造格架及彌渡地區(qū)斷裂形成演化過程Fig.7 Tectonic framework of the southeastern margin of the Tibetan Plateau and the fault formation and evolution process in the Midu area(a) Sketch map of faults and basins in the Midu area in the Pliocene; (b) Structural framework of the southeastern margin of the Tibetan Plateau in the Pliocene (modified after Schoenbohm et al., 2006); (c) Sketch map of faults and basins in the Midu area in the Quaternary; (d) Tectonic framework of the southeastern margin of the Tibetan Plateau in the Quaternary (modified after Wuzhonghai et al., 2015; Shen et al., 2005)

對于第四紀(jì)時期,彌渡地區(qū)持續(xù)的伸展變形及滇西北地區(qū)旋扭變形的動力來源,Schoenbohm et al.(2006)強(qiáng)調(diào)物質(zhì)圍繞東構(gòu)造結(jié)的順時針旋轉(zhuǎn)變形作用。吳中海等(2015)通過對青藏高原東南緣主要活動斷裂的梳理,提出了川滇雙弧形旋扭構(gòu)造體系的概念,認(rèn)為在川滇塊體圍繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)順時針旋轉(zhuǎn)變形的動力學(xué)背景下,青藏高原東南緣地區(qū)存在一條由弧形的玉樹-鮮水河-小江-奠邊府?dāng)嗔严蹬c近南北向右旋走滑的實皆斷裂所夾持的,以川滇地區(qū)為主體的弧形斷塊區(qū)及其中旋轉(zhuǎn)、剪切和伸展變形為主的活動構(gòu)造區(qū)帶所共同構(gòu)成的活動構(gòu)造系統(tǒng)——川滇雙弧形構(gòu)造體系(圖7d)。以理塘-大理-瑞麗弧形構(gòu)造帶為邊界可將其劃分為川滇外弧帶和川滇內(nèi)弧帶。而文中研究的滇西北地區(qū)恰好處于左旋走滑的理塘-大理-瑞麗構(gòu)造帶中部,同時受川滇內(nèi)弧帶順時針旋轉(zhuǎn)作用及南汀河斷裂、畹町?dāng)嗔雅c理塘斷裂的走滑拉分作用,在這兩種力的疊加作用下,發(fā)生近東西向的伸展及順時針旋轉(zhuǎn)變形,進(jìn)而控制了滇西北斷陷帶及彌渡地區(qū)主要斷裂及斷陷盆地的發(fā)育。

4 主要結(jié)論

(1)彌渡地區(qū)主要發(fā)育有北東和北西—北北西兩組方向的斷裂,其中北東向的毛栗坡斷裂為一條以左旋走滑為主并兼具有正斷分量的全新世活動斷裂;彌渡斷裂是一條以正斷活動為主的全新世活動斷裂;寅街?jǐn)嗔褳橐粭l略具右旋分量第四紀(jì)正斷層;鳳儀-定西嶺斷裂和密祉斷裂屬于上新世斷裂,第四紀(jì)無明顯活動。

(2)第四紀(jì)時期程海斷裂在繼承和改造紅河斷裂帶原有斷層行跡的基礎(chǔ)上,形成了控制彌渡盆地展布的新的斷裂,主要包括彌渡斷裂和寅街?jǐn)嗔选?/p>

(3)彌渡地區(qū)主要斷裂及滇西北斷陷帶形成演化的過程可劃分為兩個階段。上新世時期,主要受紅河斷裂帶尾端伸展變形作用的影響。第四紀(jì)時期,程海斷裂逐漸繼承了紅河斷裂帶在彌渡段的大部分?jǐn)嗔研雄E并控制了彌渡地區(qū)主要斷裂的發(fā)育。而程海斷裂及滇西北斷陷帶的伸展變形的動力來自于川滇內(nèi)弧帶順時針的旋轉(zhuǎn)變形以及南汀河斷裂、畹町?dāng)嗔雅c理塘斷裂等左旋走滑斷裂走滑拉分的共同作用。