龙陵－瑞丽断裂带附近的构造地貌与断裂活动性

贺根文 付碧宏 刘 鸣杨顺虎 时丕龙 刘 锋

1)中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029

2)中国科学院大学，北京 100049

3)中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100094

4)中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081

0 引言

一直以来，青藏高原的地质演化过程受到国内外地质学家的重视(Yin et al.，2000)，成为大陆变形研究的天然实验室。滇缅地区位于青藏高原东构造结的南部(图1a)，作为高原挤出构造的重要组成部分(Tapponnier et al.，1982)，经历过复杂的内部变形(Wang et al.，1997)，是研究大陆变形机制不可或缺的地区。在滇西高黎贡山以西地区，存在众多长条形零星分布的盆地，包括腾冲、盈江、陇川、潞西、遮放、瑞丽盆地等(图1b)，盆地中沉积了新近系和第四系组成的河湖相含煤层(刘善印等，1995)。这些盆地的发育与区域内等间距密集分布的NE和NS向2组共轭断层的走滑伸展作用有关(Wang et al.，1997)，龙陵－瑞丽断裂带就是其中的一条NE向断裂带。

图1 龙陵－瑞丽断裂带及构造解译图Fig.1 Active tectonic map around the Eastern Himalayan Syntaxis(a)and the Longling-Ruili Fault zone(b).

龙陵－瑞丽断裂带位于滇西中缅交界地带，经龙陵、潞西(芒市)、遮放、瑞丽盆地，延入缅甸中央盆地，全长约135km(图1b)。该断裂北端与高黎贡断裂呈弧形相接，断裂南段多发育在盆地的边缘，总体走向约为N55°E(Wang et al.，1997;李光涛，2008;黄学猛等，2010)。该断裂早期具有压扭性质，两盘出露NE向延伸的片麻岩，并伴有花岗岩和超基性岩沿断裂分布(Wang et al.，1997;Socquet et al.，2005);到晚中新世—上新世，开始出现伸展和左旋走滑运动，形成断陷或者拉分盆地(Wang et al.，1997)。从历史记录来看，龙陵－瑞丽断裂带曾经发生过多次M≥5.0地震(闵子群等，1983)，足以对国民经济造成严重的损失。

因滇西地区植被茂密，雨量充沛，使得与断裂活动相关的地貌证据很难辨认或已经被剥蚀，因此前人对龙陵－瑞丽断裂带的性质在认识上产生了一些分歧。早期陈布科等(1994)认为龙陵－瑞丽断裂带具有右旋张扭性质，但现在多数学者还是认为该断裂具有伸展和左旋走滑的性质，其形成与东构造结的旋转和实皆断裂的右旋走滑作用有成因联系(Le Dain et al.，1984;Holt et al.，1991;Wang et al.，1997;Lacassin et al.，1998;Vigny et al.，2003)。近年来，由于滇西地区大型基础建设项目(保瑞高速公路、泛亚铁路、中缅油气管线等)的实施，对地震灾害防灾和减灾意识的增强，目前对龙陵－瑞丽断裂带的第四纪活动性研究在逐渐深入。黄学猛等(2010)沿断裂北段进行了比较详细的地震地质调查，并利用热释光(TL)和光释光(OSL)定年技术确定全新世以来断裂北段左旋水平滑动速率为1.8～3.0mm/a，垂直拉张速率为0.5mm/a;但是王晋南等(2006)通过对断层泥进行ESR年代学鉴定，确定龙陵－瑞丽断裂带大部分段落最新活动时间为中更新世，并认为全新世活动性减弱。

从以上概况来看，研究龙陵－瑞丽断裂带对理解滇缅构造变形特征和1976年龙陵地震发震特点有重要的意义，但是目前人们对其活动性的认识却十分有限。本文利用高分辨率遥感数据解译和详细的野外地质调查，通过构造地貌识别和地震地质剖面分析，确定了龙陵－瑞丽断裂带的几何展布和活动性质，也为该地区的防震减灾工作提供了基础资料和技术支撑。

1 构造地貌特征

现今的地形地貌特征，是由新生代以来的构造运动和地表剥蚀共同作用形成的。构造地貌研究就是通过提取地形地貌信息，获取新构造或活动构造的作用方式和范围(Burbank et al.，2011)。活动断裂是指晚第四纪或晚更新世以来，即距今10～12万a以来有过活动、现在仍在活动，未来也可能活动的断裂(邓起东等，2004)。断裂带的活动是应力集中和构造变形的主要方式，对地表地形地貌的形成有决定性的作用(如断层崖、线性槽谷、垭口地貌、断错水系等)(Fu et al.，2005)，属于构造地貌学的研究范畴。本文首先利用遥感影像对龙陵－瑞丽断裂带进行解译，初步确定断裂的活动位置;然后进行野外考察获取断裂晚第四纪活动的构造地貌和地震地质特征;最终确定龙陵－瑞丽活动断层的几何学和运动学特征。

遥感影像具有准确性和宏观性的特点，使得人们能从整体上研究地质构造的发育特征;而高空间分辨率的影像又使得人们可以在室内对局部的构造地貌特征进行研究。本研究购买了日本ALOS(Advanced Land Observation Satellite)全色和多光谱遥感数据，其中的全色数据具有2.5m的高空间分辨率，能够清晰解译出断裂活动的地貌形迹。整体上，龙陵－瑞丽断裂带各活动段落发育在龙陵、潞西、遮放和瑞丽盆地的边缘，在盆地之间往往形成NE走向的线性山脊和槽谷，总体走向为N55°E。野外地质考察证实，龙陵－瑞丽断裂带沿线地区发育典型的活动断层地貌，说明在晚第四纪断裂具有一定的活动性。下面将对一些典型地区的构造地貌特征进行介绍。

1.1 龙山卡、三台山、芒棒

在龙陵—瑞丽断裂带北段龙山卡一带发育典型的鞍状地貌，其鞍部走向为N50°E(图3a)。在构造活动区，鞍状地貌的形成往往与断裂的剪切作用有关，因为剪切带内部的碎裂岩相对周围的原岩具有较低的抗剥蚀能力，在地表水系的作用下，被侵蚀的速度较快，从而形成两端高、中间低的马鞍状地形特点。在龙陵－瑞丽断裂带上，有多处发育了NE向的线性槽谷，如橄榄坡、三台山、扎朵等地。其中，三台山一带的线性槽谷走向约为N60°E(图3b)，并在槽谷底部发现了青灰色的断层泥带。线性槽谷的形成与鞍状地貌相似，也是由于断裂的剪切作用导致地表的差异侵蚀，从而形成特征的负地形。在遮放盆地以南芒棒村一带，有多个断层三角面呈N65°E方向并行排列，在断层三角面南部，有一孤立的长条形山脊，走向为N68°E，该山脊的阻挡作用使得从山区流出的河流流向发生改变(图3c)。断层三角面是断层活动的标志，其形成是由于断层上升盘在形成断层崖后，在水流的作用下被切割成一个个并列的三角面。关门山的形成是由于断层的走滑作用，使得一些孤立的山脊沿着断裂位移，当移动到水系发育的地区时，可能会阻挡水系的流动或使得水系的流向发生改变。在芒棒村一带，根据关门山与水系位错的特征，可以测量出龙陵－瑞丽断裂带的左旋走滑量，约为1.8km(图2)。

图2 ASTER影像解译芒棒一带构造地貌特征Fig.2 ASTER data for illustrating the tectono-geomorphic features at Mangbang.

1.2 朱家寨、周家寨

在野外地质考察过程中，针对典型的断裂位错微地貌，进行了实时差分GPS测量(RTKGPS)，该测量具有cm级的水平精度和垂直精度，有利于精确地获取微地貌的几何学特征。在黄草坝村周家寨一带，水系出现显著的拐弯现象，附近的山丘也具有明显左旋位错的特征，位错方向为N60°E，对其进行了差分GPS测量，结果显示其水平位错量达到46m左右(图4a);在龙陵县城东北朱家寨一带，第四纪冲积阶地上发育1个走向为N55°E的陡坎，对其进行了差分GPS测量，结果显示其垂直位错量为2～5m(图4b)。

图4 利用实时差分GPS技术测得的断层位错微地貌Fig.4 Displaced landforms along the LRF measured by the RTK-GPS technique.

1.3 那里村

在滇西地区，因雨量充沛而水系极其发育，使得构造地貌学家可以利用系统的水系和冲沟位错特征来定量化研究走滑断裂的位移特征(Lacassin et al.，1998;Replumaz et al.，2001;常祖峰等，2012)。在那里村一带，位于潞西盆地边缘的山区，有一系列并排发育的水系和冲沟，这些水系沿N55°E方向呈现同步的左旋拐弯和位错现象，位错量大致包括90m、230m和470～480m 3个区间(图5a)。与此同时，在芒市河一级支流东侧，发育多级平坦的阶地面(图5b)，阶地面走向与河流流向一致。阶地面下沉积1套典型的河流相砾石层，沉积物以颗粒支撑为主，有一定的固结性，其中的砾石磨圆较好，成分以片麻岩、花岗片麻岩为主。在遥感影像上，该冲积阶地与其东侧新近系以来形成的地貌面相比，内部的冲沟水系密度明显较低，与其西侧的河谷之间又存在明显的地势高差。经测量后发现，该冲洪积阶地左旋位错距离达到500m左右。

图5 潞西盆地东北部那里村一带水系及冲积扇位错特征Fig.5 Displaced drainage system and Quaternary alluvial deposit in Nali Village.

2 地震地质特征

断层组构及断层岩的研究是断裂活动特征研究的一个重要方面，对断裂带内的剪切组构、次级破裂和断层面进行研究可以认识断层活动的运动学和动力学机制(Sibson，1977;Biegel，1993;Collettini et al.，2009)。剪切带主要由断层核和围岩破裂带组成，狭义上断层仅指断层核中的断层泥和强片理化带，其中断层核的摩擦系数比较低，是剪切带两侧岩体发生相互位错的主要地带(Biegel，1993)。对于活动断裂，由于断层核内部的剪切产物(如断层泥)形成的时代较年轻，使得我们可以利用这一性质来初步判断断裂在晚第四纪的活动性(付碧宏等，2008)。活动断裂地震地质研究的另一个重要领域是古地震的研究，主要是利用探槽技术揭示断层的大地震复发行为，为断层分段、地震预报和防震减灾提供依据(冉勇康等，1999)。野外考察过程中，发现了较多的断层剖面，本文以新塘房和橄榄坡为例进行介绍，但是由于断层面上部的沉积物较少或被剥蚀，研究未能获得准确的古地震事件年代。

2.1 新塘房

在龙陵－瑞丽断裂带北段花岗岩地区，NNW—NW向、NNE—NE向、SN向断层带广泛发育，带内常含青灰色或红色断层泥(王晋南，2006)。在新塘房地区的花岗闪长岩体内，发现近3m宽的断层剖面(图6)，其中一断面的走向为N20°E，倾向NW，倾角67°。该断层带内充填近1m宽的石英脉，脉体NW侧为灰白色花岗闪长岩体，基本未发生剪切作用;SE侧为断层泥带，厚近2m，内部矿物经剪切作用呈现粉末状，白色部分为极细粒的石英颗粒，灰色部分为长石蚀变而来的黏土矿物。从断层泥的新鲜程度可以定性判断，该断层在晚第四纪可能具有一定的活动性，但由于断层带露头位于花岗岩地区的陡坡处，缺少第四纪沉积物，使得无法进一步利用晚第四纪沉积物来定量化研究断层的几何学和运动学特征。

图6 新塘房地区断层剖面照片(a)及素描图(b)Fig.6 Cross section of the fault zone at Xintangfang.

2.2 橄榄坡

图7 橄榄坡地区ALOS遥感数据构造解译图Fig.7 ALOS image showing tectonic landforms at Ganlanpo area.

利用ALOS全色影像进行构造地貌解译时发现，在橄榄坡地区两山丘具有相似的地形地貌特征，但是相互之间发生了左旋位错，位错量约360m，并形成了山顶的垭口状地貌和N50°E走向的线性沟谷(图7)。野外考察发现，两山体具有相近的岩层组成，皆为古生代浅变质岩。在山顶垭口处经人工挖掘的地质剖面上，发现了指示断层剪切作用存在的地质剖面(图8a)。以一角度不整合为界，剖面上部为1～2m厚的砾石层，近水平堆积，层内砾石磨圆极差，分选一般，以坡积成因为主;剖面下部为古生代浅变质岩，原岩包含碎屑岩和碳酸盐，岩层内部存在近10m宽的断层剪切带。剪切带内岩层发生不同程度的剪切变形，多形成灰色—深蓝色的断层泥。在剪切带底部存在一明显的断面，断面上发育了较新鲜的深蓝色断层泥，厚数十cm，表面擦痕指示断层以水平滑动为主(图8b)。该断面可能是晚第四纪龙陵－瑞丽断裂带发生走滑的主断面，断面上盘为片理化明显的剪切带，但仍保留了较大比例的原岩透镜体，断面下盘为弱片理化的古生代浅变质粉砂岩或砂岩，而且在断面内部发现一浅绿色的透镜状超基性侵入岩体。从断层泥的新鲜程度来看，龙陵－瑞丽断裂带在晚第四纪可能具有一定的活动性;但是，由于缺少足够的晚第四系沉积记录，无法进一步精确认识断层的活动性质。

图8 橄榄坡地区断裂带剖面照片(a)及断层面上水平擦痕照片(b)Fig.8 Geological outcrop of the LRF observed at Ganlanpo area(a);and slickenside and horizontal striation lineation formed on the fault plane(b).

3 讨论

3.1 古地震研究

根据遥感解译、构造地貌和地震地质的综合结果，认为龙陵－瑞丽断裂带是一条以左旋走滑作用为主的断裂，在晚第四纪具有一定的活动性;并确定了龙陵－瑞丽断裂带各活动段落的空间分布情况(图9)。虽然在龙陵－瑞丽断裂带沿线发育的断层剖面中普遍发现新鲜的断层面，但由于缺少晚第四纪沉积物，所以未能获得与断裂活动相关的古地震事件。古地震事件的研究是活动断裂定量化研究的一个重要方面(邓起东等，2004)，主要是利用探槽和测年技术确定断层带上的地震复发周期，为地震预报提供帮助(丁国瑜，1992;冉勇康等，1999)。另外，若是能准确认识古地震事件在断裂上的时空分布特征，便能为断层的破裂分段提供依据。探槽点的选择和布设是古地震研究的关键(冉勇康等，2012)，需主要考虑2个方面:1)明显的断层位错地貌(如阶地陡坎、位错等);2)可供测年的沉积层，要考虑选择有炭样的层位和细颗粒堆积层。综合考虑，选取朱家寨地区典型地貌位置进行了探槽挖掘取样和14C测年工作。

朱家寨位于龙陵盆地东北，探槽点选择在龙陵盆地中主干河流Ⅰ级支流的洪积扇面上。地貌上，Ⅰ级支流发生明显的左旋拐弯，位错近20m。另外，在探槽点发育NE向的陡坎，探槽位置即垂直陡坎走向布设，长25m，宽3m，深2.5m。探槽挖掘到达了第四纪沉积物与基岩的接触界面，揭露的完整沉积层序从下至上为:灰黑色含植物化石砾石层，灰黄色含砾砂土层，黑色有机土层，青灰色含砾砂土层和黄色砾石、沙土层。经过仔细观察，发现底部古老的基岩内发育数个新鲜的断层面，但均未错开上部覆盖的第四纪沉积物。在沉积层底部和黑色有机土层中分别采集14C测年样品LR－14C－10和LR－14C－09，均为植物化石。样品LRS017和LR－S016采样点位于朱家寨一带因工程施工揭露的人工剖面中，该剖面同样很好地揭露了Ⅰ级支流洪积扇下的第四纪沉积物，沉积物层序由上至下分别为:土黄色粉砂土层，灰色含砾黏土层，灰黑色有机土层，含砾黏土层，土黄色黏土层，棕红色黏土层，青灰色含砾黏土层，测年样品采于内部的黑色有机土层中。

图10 朱家寨地区探槽挖掘情况(a)及采样剖面(b)Fig.10 Trench section at Zhujiazhai vertical to the NE-striking fault scarp(a)，and Holocene sedimentary section and locations of samples for14C age dating at Zhujiazhai trench site(b).

以上4个样品的年龄由美国Beta实验室测定，结果(如表1)显示，样品的年龄值均比较小，其中最老的年龄值为(1150±30)a BP，说明晚第四纪该地区冲洪积物的堆积速率较快。由于采样剖面位于朱家寨一带最有可能发育断层的地貌点，且在探槽剖面和人工露头中均未见断层位错晚第四系沉积物，据此说明，从距今1150年以来，龙陵－瑞丽断裂带在朱家寨段未再发生过破坏性地震(M≥7.0)。

表1 朱家寨地区沉积物14C测年结果Table1 Radiocarbon dating results of deposits at Zhujiazhai Village

3.2 断裂与地震活动

龙陵地震区位于高黎贡山西部，是由怒江断裂、畹町断裂和龙陵－瑞丽断裂带围限的三角形构造区。区内出露的主要岩石为寒武纪以来的砂页岩、碳酸盐沉积和花岗岩体，地质构造复杂，包括一系列轴向NE的皱褶和多组相交的断裂。地震区的活动断裂主要包括NE向龙陵－瑞丽断裂带、NEE向金竹坪断裂、NNW向龙陵－澜沧新生断裂、近EW向畹町断裂等，在全新世这些断裂都具有一定的活动性，并发生过不同强度的地震事件。龙陵－澜沧断裂是一条第四纪新生破裂带(虢顺民等，2000;王晋南等，2006)，活动强烈，1988年在澜沧、耿马地区曾发生2次M≥7.0地震。畹町断裂在晚第四纪以来新构造活动明显，构造地貌和水系位错特征清晰，于1976年发生了安定6.0级地震(常祖峰等，2012)。龙陵－瑞丽断裂带和金竹坪断裂在历史上也发生过数次5.0级左右的地震(闵子群等，1983)。野外考察发现，在龙陵地震区的花岗岩体内部普遍发育NNW—NW向和NE向的共轭剪切节理，从2组节理的数量和节理内部碎裂岩的宽度来看，NNW—NW向节理的发育程度明显强于NE向。同时，在新塘房、黄草坝和朱家寨一带，发现了多处数cm宽、数十cm厚的NW—NNW向断层泥带(王晋南等，2006)。朱家寨地区的NW走向青灰色断层泥带，宽20cm左右，断层泥较新鲜;新塘房地区的近SN走向剪切带，包括F1、F2和F3断面，断层泥较新鲜，构造组构指示断裂带的右旋剪切作用。综合地震地质调查的结果，认为晚第四纪以来龙陵地震区NW—NNW向断裂的活动性明显强于NE向断裂。

1976年在龙陵地震区发生了7.3级和7.4级2次强震，并伴有8次M≥6.0余震(张四昌等，1994)，其余地震震中分散于龙陵东北的花岗岩体中，总体呈现一个NNW向的宽带(图12)。另外，7.3和7.4级2次主震的震源机制解反映发震断层的走向可能为NE向或NNW向(图1b)。同时，这次地震的地表破裂带总体沿NNW方向延伸，具体包括NNW、NEE和NE 3个方向的地裂缝(陈立德等，1979)。从地震发育的总体特征来看，1976年龙陵地震的主要控震构造最有可能是NNW向的龙陵－澜沧新生断裂。因此，结合野外地质调查的结果，认为在龙陵地震区，晚第四纪以来的构造活动带主要集中在NNW向的龙陵－澜沧新生断裂上，而NE向龙陵－瑞丽断裂带的活动性则相对较弱，发生破坏性地震的可能性也相对较小。

图11 朱家寨地区NW走向青灰色断层泥带(a);新塘房地区近SN走向右旋剪切带(b)Fig.11 Grey northwest-striking fault gouge zone at Zhujiazhai(a)，and the north-south striking right-lateral shear zone at Xintangfang(b).

图12 1976年龙陵地震4级以上地震震中分布图(数据来源于中国地震台网中心)Fig.12 Distribution of M≥4.0 earthquake epicenters related to 1976 Longling earthquake.

但是，从历史记录来看，龙陵－瑞丽断裂带的地震事件主要是集中在2个地区:1)位于断裂带NE段的龙陵地区，这里是龙陵－瑞丽断裂带与多条断裂相交的部位，除1976年地震外，历史上还发生过几次M≥5.0地震;2)位于断裂SW段的瑞丽盆地东北地区，这里是龙陵－瑞丽断裂带与畹町断裂相交的部位，1966年这里曾发生过M≥5.0的地震(闵子群等，1983)。从大地构造背景来看，龙陵－瑞丽断裂带是滇西地区众多NE向拉张走滑型断裂的一条，与其北部的大盈江断裂和陇川断裂具有相似的动力学背景和成因机制。陇川断裂历史上记录了几次M≥5.0地震，而大盈江断裂近年来地震活动较强(常祖峰等，2011)，并于2011年3月10日发生了里氏5.8级地震，这2条断裂与龙陵－瑞丽断裂带具有相似的地震活动性。另外，从历史地震的空间分布特征来看，断裂中部的潞西—遮放段缺少地震事件记录，这可能是由3种原因导致的:1)该段为地震空区;2)历史记录不全;3)断层在该段的活动方式以蠕滑为主，解决这一问题需要更深入的研究。

4 结论

(1)断层的几何学、构造地貌和地震地质调查研究揭示龙陵－瑞丽断裂带是一条以左旋走滑作用为主的断裂;沿龙陵－瑞丽断裂带，系统的水系位错、鞍状构造、线性槽谷、断层三角面和关门山等断层活动地貌特征发育。

(2)探槽挖掘和人工剖面观察表明，朱家寨一带基岩中的断层活动并未错动表层的晚第四纪沉积物，基岩上覆沉积物底部的14C测年结果为1150a左右，这说明自距今1150a以来，龙陵－瑞丽断裂带龙陵段未发生过破坏性大地震。

(3)1976年发生在龙陵的大地震未发生在龙陵－瑞丽断裂带上，其震源机制解和余震分布特征表明地震活动与NNW向展布的新生断裂带活动有关，这很有可能造成了NE向龙陵－瑞丽断裂带晚第四纪构造活动性减弱。

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