中越红河断裂活动性研究

摘要

本文基于对越南红河断裂带几何结构、地质地貌特征和断裂活动性定量数据的野外调查，以及深部地球物理场、跨断层形变测量、仪测与历史地震记录等相关资料的收集与综合分析，结合对我国云南境内红河断裂带相关研究工作的系统消化和整合，实现了对该断裂新生代以来右旋走滑活动时空特征的总体把握。完成的主要工作及获得的认识包括：
　　 1.首次获得了红河断裂带越南部分长达370km范围的大量地质、地球物理、大地测量、地形地貌、历史及现代地震活动等诸多方面的资料和证据。其中特别是通过两次约50天的越南红河断裂实地野外考察，所获得的关于红河断裂越南部分断裂空间展布与几何结构、第四纪地质与地貌特征、断裂最新活动时代与右旋走滑累积位错量等方面的定量数据，填补了过去对红河断裂研究诸多方面的空白。此外，通过参加由联合国教科文组织发起的亚洲及西太平洋自然灾害与地球动力学、IGCP430大陆动力学等相关国际学术会议，获得了越南红河断裂数字地震观测、跨断层形变测量和GPS观测等相关资料，为开展跨国界的整体研究奠定了基础；
　　 2.云南境内红河断裂带在断裂几何结构与历史演化过程、断裂活动的地质地貌表现与活动方式、断裂最新活动时代与累积位错量、地震活动的频度与强度等诸多方面都表现了异常突出的时空不均匀性。特别是断裂带第四纪以来的总体活动水平，包括活动时代、活动强度等都表现了非常明显的自北而南逐渐减弱的趋势。通过本文的研究证明：红河断裂带越南部分的活动性继续保持了这样的总体趋势，即其强烈活动时代更老、右旋走滑累积位错量更小、地震活动水平更低。这不仅对越南北部未来国土规划与利用具有重要的现实意义，而且对于重新认识青藏高原侧向挤出的影响范围和作用方式，从而进一步探讨与青藏高原发育演化相关的动力学机制问题更具有十分重要的科学意义；
　　 3.对红河断裂带强震和中小地震震源机制解、中小地震综合断层面解以及强震破裂宏观特征的分析均表明，沿红河断裂带既存在SSE-SN向近水平的主压应力场背景，同时又明显存在不同方向和较高仰角的局部主压应力场。其中，具有明显倾向滑动的震源机制主要出现在红河断裂北段；中段主压应力优势方位出现向SE-SEE的偏转。此外，无论是主应力方位，还是主应力作用方式，自北向南总体上都表现出由复杂到单一的变化趋势。震源机制分析刻画的红河断裂现今构造应力场状态与GPS观测结果基本吻合，也与地质资料所揭示的断裂晚第四纪以来的运动状态基本一致。
　　 4.为提高包括断裂与地震的空间关系、震源参数与断裂深部介质环境特征以及整条断裂带地震活动性等相关研究的可靠性，采用小震双差精确定位技术，对红河断裂带1233次仪测地震的24168条记录进行了重新定位处理。得到了震中分布相对离散、震源深度优势分布相对集中的结果。从一个方面佐证了本文关于红河断裂作为川滇活动块体西南边界作用弱化和壳内具备跨红河断裂动力传递条件的判断；
　　 5.利用云南区域台网和部分越南数字化地震资料，采用经典Brune模型对1142次(M≥2)数字记录地震的震源参数进行了测定和分析。结果显示，红河断裂两侧块体之间、断裂东侧各次级块体之间由震源参数反映的介质性质均存在较为明显的差异。其中特别是断裂东侧各块体之间深部介质性质的差异是决定其时空不均匀活动的重要条件之一。此外，在资料选取时段内地震位错量与GPS观测滑移量之间的协调性也在一定程度上支持这两种分别代表深、浅运动和变形之间的相关性；
　　 6.利用在越南收集到的历史和现代地震记录，结合国内相关资料，对中越红河断裂的地震活动性按照历史地震活动和现代地震活动分别进行了分析与研究。结果表明，尽管越南红河断裂历史与现代地震记录资料存在着一定的不完整性，但综合分析认为整条断裂地震活动性的总体特征是北区段最强、中区段次之、南区段最弱；
　　 在上述研究和认识基础上，鉴于以往关于红河断裂带第四纪活动性研究多集中于上世纪80年代至90年代中期，而之后包括区域数字地震观测与地壳及上地幔结构反演、GPS大地形变观测两大方面取得的许多重要资料和成果尚未被系统地引入红河断裂活动性研究的实际。重点开展了三个方面的工作：
　　 一是在全面掌握前人有关红河断裂右旋走滑活动相关时空参数和成果基础上，系统收集、整理、归纳和分析了上述两方面近年来取得的最新资料数据和研究成果;
　　 二是从大地构造分区与活动块体划分的角度出发，采用远震接收函数计算方法，对红河断裂两侧若干活动块体的地壳平均波速、泊松比等开展了分区块的反演计算。试图以此更清晰地刻画红河断裂的深部介质结构与动力学环境；
　　 三是将最新GPS大地形变观测与分析成果与深部介质结构与动力学环境研究成果相结合，以探寻它们之间的深浅耦合关系为目的，重点探讨了与红河断裂活动显著不均匀特征相关的若干动力学机制问题。
　　 通过上述工作在以下几方面取得了一些新的认识：
　　 1.通过对红河断裂新生代早期左旋与后期右旋走滑不同驱动机制的分析，提出作为红河断裂右旋走滑主动盘的以东地区是由若干地质发育演化历史各异、地壳及上地幔结构和介质性质各不相同，甚至某些方面存在显著差异的次级块体或单元构成。这是红河断裂活动性存在显著时空不均匀性最重要的原因之一；
　　 2.从青藏高原东南缘川滇广大地区地壳增厚主要体现为具有韧性流变特性的下地壳增厚的实际出发，结合川滇块体内部以北东向小金河断裂为界南北两侧地壳结构的显著差异，提出了红河断裂带弥渡以北地区的裂陷伸展变形可能与跨小金河断裂的下地壳“爬坡”、蠕散和沿红河—小金河深断裂地幔热流的上涌和透入效应有关；
　　 3.基于红河断裂东侧若干构造单元或块体变形沿断裂走向垂直差异运动与水平走滑运动交替、沿垂向深浅脆韧转换等耦合关系的综合分析，指出主要依据浅表几何结构和地质地貌调查对断裂进行活动性分段，尤其是较细的分段可能是存在问题的。提出应更加注重分段的深部依据以及与横向过渡、深浅耦合相关的，具有流变学意义的“段间转换”、“段间过渡”变形机制；
　　 4.通过将空间对地GPS大地形变观测与地壳及上地幔地震层析成像研究结果进行对比，结合中越红河断裂的右旋走滑自北而南活动时代趋老、累积位错量变小、活动性变弱的实际，以及在浅表与红河断裂近平行展布的楚雄—建水、无量山等断裂在上地壳发生归并的深部反演结果。综合分析证明云南境内红河断裂在下地壳甚至上、中地壳存在两侧低速层的部分连接和贯通。加上其中滇中块体和华南块体的阻挡作用，使川滇块体具备深部跨红河断裂动力传递和顺时针旋转的条件。在对GPS观测所揭示的川滇地块顺时针旋转和跨红河断裂连续变形动力学机制做出较合理解释的同时，提出了红河断裂带作为所谓川滇活动块体西南边界作用已经弱化的推论。

目录

文摘

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致谢

引言

第一章 区域地质构造背景

1.1大地构造特征

1.1.1大地构造单元划分

1.1.2红河断裂附近的中深变质岩带

1.1.3红河断裂附近的构造岩浆带

1.1.4地壳动力学背景

1.2新生代地层

1.2.1中国红河断裂带主要地层单元

1.2.2越南红河断裂带主要地层单元

1.2.3中越红河断裂带新近系地层对比

1.3地质构造发育演化

1.3.1大地构造演化

1.3.2活动断裂格局

1.4区域新构造运动特征

1.4.1新构造单元划分

1.4.2新构造运动特征

1.5深部构造环境

1.5.1地壳结构

1.5.2地球物理场特征

1.6小结

第二章 断裂新活动特征

2.1断裂几何结构特征

2.1.1境内部分

2.1.2境外部分

2.2断裂演化与地层发育特征

2.2.1前新生代地层与岩浆岩

2.2.2新生代地层与岩浆岩

2.3断裂地质与地貌特征

2.3.1夷平面发育特征

2.3.2水系与阶地发育特征

2.3.3新生代盆地发育特征

2.4越南红河断裂活动性定量估计

2.4.1剖面分析和年代测定

2.4.2累积右旋错动量

2.5现代形变观测

2.5.1越南形变观测

2.5.2国内形变观测

2.6小结

第三章 构造应力场特征

3.1构造应力场与断裂活动性

3.2震源机制与现代构造应力场

3.2.1震源机制解

3.2.2结果分析

3.3构造应力场的地质构造分析

3.3.1基本原理及方法

3.3.2断层破碎带分析

3.3.3断层旁侧节理分析

3.3.4褶皱分析

3.4小结

第四章 震源及地壳介质特性

4.1仪测地震精确定位

4.1.1地震精确定位及发展现状

4.1.2双差定位方法原理

4.1.3数据处理

4.1.4重定位结果

4.2震源参数特征

4.2.1观测资料

4.2.2数据处理

4.2.3震源参数与现今应力和运动状态

4.2.4震源参数与介质力学性质

4.3地壳介质泊松比

4.3.1台站分布及资料选取

4.3.2方法和原理

4.3.3研究区台站下方地壳厚度、波速比和泊松比计算

4.3.4计算结果分析和讨论

4.4小结

4.4.1震中双差精确定位

4.4.2震源深度双差精确定位

4.4.3震源参数

4.4.4地壳介质泊松比

笫五章 地震活动

5.1研究范围与资料选取

5.2历史地震活动

5.2.1北区段

5.2.2中区段

5.2.3南区段

5.2.4各区段对比

5.3现代地震活动

5.3.1北区段

5.3.2中区段

5.3.3南区段

5.3.4各区段对比

5.4小结

第六章 若干动力学机制问题探讨

6.1大地构造单元与活动块体

6.2主动盘与被动盘

6.3左旋与右旋的转换

6.4滇西北裂陷伸展作用

6.5断裂活动性分段的深部含义与段间转换

6.6红河断裂边界作用的弱化

第七章 结论与讨论

7.1主要结论

7.2创新点

7.3不足之处与未来展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的相关论著

附 录