紅河斷裂帶中南段上新世以來構造隆升及成因?

李朝陽， 姜效典， 李德勇，宮　偉，秘叢永

(中國海洋大學 1.海洋地球科學學院；2.海底科學與探測技術教育部重點實驗室, 山東 青島 266100)

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紅河斷裂帶中南段上新世以來構造隆升及成因?

李朝陽1,2， 姜效典1,2， 李德勇1,2，宮偉1,2，秘叢永1,2

(中國海洋大學 1.海洋地球科學學院；2.海底科學與探測技術教育部重點實驗室, 山東 青島 266100)

摘要：在數字高程模型(DEM)數據處理和前人磷灰石裂變徑跡測年(AFT)數據的基礎上，分析和識別了紅河斷裂帶中南段(彌渡至河口段)夷平面和河流階地的展布特征，對斷裂帶兩盤的構造地貌進行了定量、半定量研究。研究表明，彌渡-元江段、紅河-河口段南西盤夷平面高于北東盤150～840m，元江-紅河段北東盤夷平面高于南西盤140～230m。紅河斷裂帶中南段經歷了7.36～11.9、3.6～4.9、1.6～2.5Ma 3個主要構造活動期次。估算了元江-紅河段上新世晚期以來的隆升速率，南西盤為1.38～1.53mm/a，北東盤為1.46～1.59mm/a。紅河斷裂帶元江-紅河段北東盤處于小江斷裂帶和紅河斷裂帶交匯區，其構造隆升是后二者共同作用的結果。

關鍵詞：紅河斷裂帶;構造地貌;數字高程模型;磷灰石裂變徑跡測年;隆升速率

引用格式：李朝陽， 姜效典， 李德勇, 等.紅河斷裂帶中南段上新世以來構造隆升及成因[J].中國海洋大學學報(自然科學版), 2016, 46(7): 90-98.

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紅河斷裂帶作為揚子地塊與印支地塊的縫合線，長期以來備受國內外眾多地質學家的關注[1-4]。紅河斷裂帶中新世以來右旋走滑運動水平和垂直斷距的定量研究一直是困擾紅河斷裂帶運動學研究的難點問題[5-6]。前人對于紅河斷裂帶右旋走滑運動水平斷距的定量研究已經做過大量工作，第四紀以來普遍存在5～6km水平斷距[4-5,7]。然而，對于紅河斷裂帶右旋走滑運動垂向斷距的定量研究較少，僅僅大致確定了斷裂帶兩盤200～800m的垂向斷距[8-9]。以往的研究大多采用傳統的構造地貌學分析方法，數據來源于野外考察、低精度航片和地質圖，數據質量較低，其他相關地質數據匱乏，尤其缺乏構造地貌的定量研究[10]。本文采用傳統地貌分析與現代分析技術相結合的方法，利用DEM數據、相關AFT測年資料和野外地質數據，對研究區的構造地貌進行了定量、半定量研究，對紅河斷裂帶(元江-紅河段)兩盤的隆升速率以及北東盤的隆升機制進行了初步的探討。

1　地質背景

研究區包括三江褶皺帶、滇中高原、楚雄盆地、部分華南褶皺系等主要構造單元，發育紅河斷裂帶和小江斷裂帶兩大斷裂系統，并且控制了全區的構造活動。紅河斷裂帶北起青藏高原東部，穿越云南全境和越南北部向東南延入南海，全長超過1000km，是揚子地塊和印支地塊的邊界斷裂[11-13]。55Ma以來，伴隨著印度板塊向歐亞板塊的斜向俯沖，印支地塊向東南逃逸，紅河斷裂帶緩慢左旋走滑；34～17Ma，紅河斷裂帶進入了早期大型左旋走滑的主要活動期；17～5Ma，青藏高原東部和部分揚子地塊相對于印支地塊向東擠出，紅河斷裂帶由左旋走滑向右旋走滑轉化；5Ma左右，紅河斷裂帶強烈右旋走滑[7,14-19]。紅河斷裂帶全區具有長期性、多期性和差異性的活動特點，其越南-海上區段的活動特征更為復雜[20]。小江斷裂帶的活動性向南逐漸減弱，在元江-沙人寨段與紅河斷裂帶交匯[21](見圖1)。

2　研究方法

本研究采用的DEM數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站，空間分辨率為30m，而AFT測年和河流階地數據則來源于前人資料的整理匯總。采用的研究方法主要包括兩個方面，一方面，利用ArcGIS軟件對DEM數據進行分析處理，提取高程、坡度等主要地形地貌因子，識別夷平面展布特征，繪制條帶剖面曲線，定量分析斷裂帶兩盤的差異性隆升幅度。相比傳統的線狀剖面，條帶剖面分析方法排除了微地貌和個別小型斷裂的影響，對于客觀反映區域地形更具有代表性[6]。另一方面，綜合分析河流階地、AFT測年資料，劃分構造活動期次，建立高程-年齡曲線，計算構造隆升速率。

(右上方數字高程模型地貌圖中黑色方框為研究區位置；圖中白色透明長方形為圖2中條帶剖面的位置。圖中數字標號代表不同的斷裂：①綠汁江斷裂②易門斷裂③普渡河斷裂④西小江斷裂⑤東小江斷裂⑥楚雄-通海斷裂⑦曲江斷裂⑧建水斷裂⑨阿墨江斷裂⑩無量山斷裂。Top right of the digital elevation model geomorphological map shows the study area position. White transparent rectangles show the position of the profile in Figure 2. The numbers represent different faults: ①Luzhijiang fault ②Yimen fault ③Puduhe fault ④West Xiaojiang fault ⑤East Xiaojiang fault ⑥Chuxiong-Tonghai fault ⑦Qujiang fault ⑧Jianshui fault ⑨Amojiang fault ⑩Wuliangshan fault.)

圖1紅河斷裂帶中南段及鄰區數字高程模型(DEM)地貌圖

Fig.1Topographic relief of DEM of the central southern segment of Red River fault zone with its adacent areas

3　構造隆升分析

地形地貌記錄和保存了構造活動的信息，在構造活動特征識別等方面具有重要的指示意義。對于構造地貌的研究實際上就是要求把地貌學當作一種工具來研究構造運動的規模、歷史、速率等問題[22]。紅河斷裂帶在平面圖上表現為巨大的深切斷陷凹槽谷，斷裂兩側高程、坡度變化巨大(見圖1，2)。AFT數據反映了本區多期次的構造隆升歷史，而河流階地、夷平面等構造地貌則揭示了紅河斷裂帶元江-紅河段北東盤相對南西盤隆升的規模和隆升速率。

3.1 區域地貌特征

研究區內地形起伏巨大，平均海拔1533m，介于1000和3500m之間的中海拔區域占84.5%。整體地勢西北高，東南低。高聳的哀牢山山脈和強烈凹陷的紅河河谷貫穿整個研究區，在元江附近發生彎曲，略微向西南突出，延伸方向由300°～310°轉為280°～290°(見圖1)。紅河斷裂帶在地形上表現為哀牢山東側山前巨大的條帶狀深切斷陷凹槽谷，具有谷中谷的特點，谷內海拔從西北部的1500m向東南逐漸下降，河口附近下降到500m以下，與南西側高聳的哀牢山山脈形成1000m以上的高程差(見圖1，2)。

紅河斷裂帶南西盤為三江褶皺帶，發育多條高海拔條帶狀山脈，地形起伏大，無量山斷裂和阿墨江斷裂等均表現為強烈的負地形，在平面上表現為一系列由西北向東南發散的線狀山脈和凹槽相間分布(見圖1)。紅河斷裂帶北東盤，地勢較為平坦，平行紅河斷裂方向上發育楚雄斷裂、曲江斷裂和建水斷裂。垂直方向上從西向東依次發育近NS向的綠汁江斷裂、易門斷裂、普渡河斷裂、西小江斷裂、東小江斷裂，共同組成小江斷裂系統。西北部楚雄盆地平均海拔2000m，地形平坦(見圖1)。

3.2 夷平面與構造隆升分析

夷平面是指在地殼運動的相對穩定時期，由廣泛的夷平作用形成的、以截斷面形式橫切一切老地層和構造的、接近侵蝕基準面的、平緩的地表形態，常遭受后期的抬升切割和埋藏[23-25]。研究區的夷平面形成于上新世晚期[26-27]，現今基本上已經被河流、斷裂切割肢解，大部分表現為高海拔平緩的山頂面[28-30]。基于地理信息系統(GIS)和數字高程模型(DEM)的地貌信息提取和定量分析，已成為大尺度夷平面的識別方面的重要手段[31]。本文借鑒前人的研究經驗，將坡度7度作為夷平面識別分析的底界，圈定了山頂面的大致范圍[31](見圖3)。在排除高海拔湖泊和盆地對夷平面識別的干擾后，圖3較好的反映了山頂面的分布范圍，在南西盤主要集中在哀牢山山頂，表現出良好的線狀特征，北東盤則表現出塊狀分布的特征，與前人的研究結果基本一致[6,32]。結合夷平面分布特征(見圖3)和高程、坡度剖面曲線(見圖2)，提取斷裂兩盤山頂面的高程值。彌渡-元江段(剖面A-A’、B-B’)、紅河-河口(剖面E-E’、F-F’)段南西盤夷平面高于北東盤150～840m，元江-紅河段(剖面C-C’、D-D’)北東盤夷平面高于南西盤140～230m，與前人的研究[6]稍有差異。由此可以得出，紅河斷裂帶彌渡-元江段、紅河-河口段南西盤相對隆升，元江-紅河段北東盤相對隆升，前人在該方面的研究雖有涉及，但細節上不夠詳盡(見圖1，2，3)。

夷平面研究不僅可以了解區域構造變形的形式和位錯量，而且可以評估一個地區的隆升幅度，這種方法在新構造活動區更為有效[30]。普遍認為云南高原夷平面形成于上新世晚期，初始高程為800～1000m、剝蝕速率(0.94mm/a)[26,27,33]。在上述數據和現今夷平面高程特征的基礎上，估算了紅河斷裂帶上新世晚期元江-紅河段(剖面C-C’和D-D’)的隆升速率，南西盤為1.38～1.53mm/a，北東盤為1.46～1.59mm/a，二者隆升速率相近，北東盤稍快于南西盤。

(紅、藍、黃線代表最大、平均、最小高程，綠色線代表平均坡度，從上到下剖面依次為：剖面AA’、剖面BB’、剖面CC’、剖面DD’、剖面EE’、剖面FF’。剖面具體位置見圖1、圖3。Red, blue and yellow lines represent the maximum, average and minimum elevation, green lines represent the average slope. From top to bottom, profile AA’, profile BB’, profile CC’, profile DD’, profile EE’, profile FF’. The position of profiles is showed in Figure 1 and Figure 3.)

圖2紅河斷裂帶地形、坡度剖面

Fig.2Topographic profiles and slop profiles crossing the Red River fault zone

3.3 河流階地與隆升速率分析

在構造抬升活躍的地區，河流強烈的下切作用往往形成深切的高山峽谷以及多級河流階地。在區域構造運動的控制下，研究區發育多級基座型河流階地[36]。從圖4看出，元江以北地段階地分布極不對稱，斷層南西盤較為廣泛地發育有1-5級階地，北東盤大部分地段無階地發育。元江以南地段，斷層的北東盤發育有1-4級階地，剖面4、剖面6兩側階地分布大致對稱。剖面5(紅河縣一帶)南西盤階地基本不發育，發育北東盤單側階地。元江以北，由于南西盤相對北東盤強烈抬升，使河床不斷向北東方向作橫向遷移。發育于哀牢山一側的沖、洪積相堆積物受到河床的再次沖刷與改造，形成多級階地[35]。元江以南，在剖面4(元江附近)和剖面6(沙人寨)附近北東盤與南西盤隆升速率相當，階地分布對稱。紅河縣附近，北東盤隆升速率稍稍超過了南西盤。綜合以上分析，基本確定了紅河縣附近北東盤相對隆升的事實，相對隆升范圍向北延伸到元江附近，向南則界限較為模糊。

(右上方數字高程模型地貌圖中黑色方框為研究區位置。彩色區域坡度小于7°且高程大于1700m，為山頂夷平面的分布范圍，白色區域坡度大于7°且高程小于1700m。Top right of the digital elevation model geomorphological map shows the study area position. Color area show the distribution of planation surface, slope is less than 7°and elevation is larger than 1700 meters. White area slope is more than 7°and elevation is less than 1700 meters.)

圖3紅河斷裂帶中南段夷平面分布圖

Fig.3Distribution of planation surface of the central southern segment of Red River fault zone

圖4　紅河斷裂帶中南段河流階地剖面圖(據文獻[34-35]改)

對前人關于紅河斷裂帶(元江-沙人寨段)的AFT測年數據進行了統計分析[37-39]，揭示了紅河斷裂帶7.36～11.9、3.6～4.9、1.6～2.5Ma 3個期次的構造運動，其中4.7Ma左右的構造活動得到了眾多學者的廣泛認可[6,32,40]。前人通常運用階地面之間或階地面與現代河床之間的相對高差以及階地的形成年代來計算河谷的下切速率，并用此下切速率來代表或衡量山地的隆升速率[41-43]。本文根據剖面4河流階地的堆積年齡(孢粉、14C、波速和地層分析)[34]、階地高程數據以及AFT測年信息[37]繪制了紅河斷裂帶南西盤(元江附近)高程-年齡曲線圖(見圖5)。限于階地年齡的不確定性，曲線的斜率只能半定量的反映了區域構造隆升速率的變化。從曲線圖中可以發現，2.3～2.6、～3.6Ma紅河斷裂帶南西盤(元江附近)發生了兩期快速隆升，以～3.6Ma的構造隆升最為強烈；2.6～3.6Ma構造活動相對平靜，發生了廣泛的夷平作用；2.6Ma以來曲線斜率不斷增大，隆升速率不斷增大。前人對于盆地地層的研究也得到了類似的構造活動特征[34-35,44-46]。從元江附近第四紀以來基本對稱分布的河流階地來看，北東盤和南西盤擁有類似的隆升歷史。但是必須注意的是，由于資料的局限性，該曲線反映的2.6Ma以來隆升速率不斷增大的變化趨勢，忽略了多期隆升與多期夷平的具體細節，還有待精細資料的進一步研究。

(據文獻[34,37]改。 Revised from reference [34,37].)

4　關于隆升機制的討論

關于紅河斷裂帶彎曲部分(元江-紅河段)北東盤的構造隆升機制，從區域構造環境來看，淺部的變形與走滑旋轉只是一種表殼“薄皮”構造[48]。在青藏高原擠壓隆升下地殼物質東流的背景下，9～13Ma下地殼流進入本研究區[49]，誘發區域地殼增厚，地表抬升[50]。上新世以來，隨著下地殼流向東遷移，小江斷裂帶開始發育并日趨活躍，紅河斷裂帶活動則逐漸減弱[51]，紅河斷裂帶(右旋)和小江斷裂帶(左旋)圍限的川滇地塊上地殼向SE方向逃逸的同時發生順時針旋轉[21]，與下地殼解耦。川滇地塊在運動過程中受到東側揚子地塊和南側三江褶皺帶的阻擋作用，紅河斷裂帶彎曲部分必然處于SN向和EW向的水平擠壓疊加狀態，為區域擠壓隆升區(見圖6)。在上述構造隆升機制過程中，川滇地塊向SE方向順時針旋轉逃逸過程中小江斷裂帶扮演了重要角色，4～2Ma以來其西側分支斷裂左旋走滑斷距高達60km，向東逐漸減少到17km[4](見圖6)。小江斷裂帶左旋走滑水平斷距在紅河斷裂帶北部逐漸消失殆盡，且其水平斷距以各種形式被逐漸吸收，相當一部分轉化為紅河斷裂帶北東盤的局部垂向抬升，區域抬升幅度在元江附近達到最大，向北西和南東方向逐漸減小，與小江斷裂帶左旋走滑水平斷距存在空間上的對應關系。

從局部構造環境來看，走滑斷裂在彎曲處會發生一系列擠壓構造吸收部分走滑位移量[47,52-53]。紅河斷裂帶在元江附近走向由300°～310°轉為280°～290°，夾角在150°左右。紅河斷裂帶北東盤300°～310°的走滑分量，除了一部分轉為280°～290°，另外一部分轉化為NNW-SSE方向的擠壓分量，導致了東北盤的局部擠壓隆起，吸收了右旋走滑的部分位移量(見圖6)。

(據文獻[4,21,47]改。Revised from reference[4,21,47].)

綜上，從深部構造來說，下地殼流的東移以及紅河斷裂帶北東盤地殼的相對增厚，均對區域的差異性構造隆升有一定貢獻。從淺部構造來說，紅河斷裂帶彎曲部分(元江-紅河段)北東盤處于紅河斷裂帶和小江斷裂帶共同作用的擠壓隆升區，4.7Ma以來，紅河斷裂帶的右旋走滑運動和小江斷裂帶4～2Ma以來的左旋走滑運動對該區域的淺部構造變形起著重要的控制作用，兩大斷裂帶的水平走滑斷距均在該區域轉化為垂向抬升。但是，由于河流階地、夷平面、AFT資料的局限和不確定性，只能半定量的反演該區的構造隆升歷史，兩大斷裂系統對該區構造隆升的貢獻機制和定量化分析仍有待進一步研究。

5　結論

(1)紅河斷裂帶在地形上表現為哀牢山東側山前巨大的條帶狀深切斷陷凹槽谷。紅河斷裂帶彌渡-元江段、紅河-河口段南西盤夷平面高于北東盤150～840m，元江-紅河段北東盤夷平面高于南西盤140～230m，揭示了紅河斷裂帶彎曲部分(元江-紅河段)北東盤的相對隆升。

(2)紅河斷裂帶中南段經歷了7.36～11.9、3.6～4.9、1.6～2.5Ma 3個主要構造期次。紅河斷裂帶(元江附近)經歷了～3.6、2.3～2.6Ma兩期快速隆升，2.6～3.6Ma構造活動平靜期，2.6Ma以來隆升速率不斷增大。元江-紅河段上新世晚期以來的隆升速率，南西盤為1.38～1.53mm/a，北東盤為1.46～1.59mm/a。

(3)紅河斷裂帶彎曲部分(元江-紅河段)北東盤處于紅河斷裂帶和小江斷裂帶共同作用的擠壓隆升區,兩大斷裂系統水平走滑斷距部分轉化為該區垂向構造隆升。

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責任編輯徐環

基金項目：?國家自然科學基金項目“紅河斷裂帶海-陸巖石圈形變時空特征及演化機制”(41176038)資助

收稿日期：2015-03-20;

修訂日期：2015-05-12

作者簡介：李朝陽(1990-)，男，碩士生。E-mail:1197705425@qq.com

中圖法分類號：P542+.3

文獻標志碼：A

文章編號：1672-5174(2016)07-090-09

DOI:10.16441/j.cnki.hdxb.20150099

Tectonic Uplift and Its Regime in the Central Southern Segment of the Red River Fault Zone Since Pliocene

LI Chao-Yang1, 2, JIANG Xiao-Dian1, 2, LI De-Yong1, 2, GONG Wei1, 2, BI Cong-Yong1, 2

(Ocean University of China, 1.College of Marine Geo-Science; 2.Key Lab of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques, Qingdao 266100, China)

Abstract：Based on processing of the DEM data and apatite fission track data, the authors analysed and identified the distribution characteristics of the river terraces and planation surfaces in the central southern segment of the Red River fault zone (from Midu to Hekou), and conducted quantitative and semi-quantitative studies of the morphotectonic features of two plates of the Red River fault zone. Researches show that Red River fault zone exhibits about 150～840 m vertical displacement with uplifting on its southwestern block and subsiding on the northeastern block, from Midu to Yuanjiang and Honghe to Hekou, and 140～230 m vertical displacement with uplifting on its northeastern block and subsiding on the southwestern block, from Yuanjiang to Honghe. The Red River fault zone has undergone three dislocations in 1.6～2.5、3.6～4.9and 7.36～11.9 Ma. Uplift rates of Red River fault zone (from Yuanjiang to Honghe) have been estimated based on AFT data and river terraces: the uplift rates of southwestern side since the late Pliocene was 1.38～1.53mm/a and northeastern side was 1.46～1.59 mm/a. The tectonic uplift at northeastern side of the Red River fault zone (from Yuanjiang to Honghe) is the result of the interaction between the Xiaojiang fault zone and the Red River fault zone.

Key words:Red River fault zone; Morphotectonic features; DEM; AFT dating; uplift rates

Supported by the National Natural Science Foundation of China“the Time-space Evolution and Mechanism of Lithospheric Deformation in Southern Red River Fault Zone”(41176038)