关于红河断裂带在我国云南境内的几何结构,已经有比较详细的研究(国家地震局地质研究所等,1989; 虢顺民等,2001),特别是通过虢顺民等(2001)完成的1:5万大比例尺活断层填图工作,获得了大量翔实的资料和数据。总体上中国境内红河断裂带的几何结构表现出明显的分段特征:

(1)北段自洱源至弥渡苴力一带,长约135 km。由一系列大致平行或斜接,且在20～30 km宽范围内呈面状展布的次级断裂构成,包括福寿场—江尾、洱海、凤仪—花甸坝、苍山东麓、凤仪—定西岭、弥渡盆地以及苴力—金宝山等主要断裂。其间有多条规模较大的NE、近EW向断裂与之交汇或交切,形成非常复杂的几何结构形态和典型的盆岭相间的构造地貌格局。断裂新活动在盆地段以正断垂直差异活动为主,而在山岭段则以张扭性右旋水平走滑为主。

(2)中段自弥渡苴力至元江大斗门,长约135 km。该段总体为结构比较简单的单条主干断裂,其间仅有小规模的其它方向的断层与之交切,形成狭长条状线性断层谷地构造地貌,并以整体右旋剪切走滑为其新活动特征。

(3)南段自元江春元至河口,长约330 km。该段总体由规模相当、相距数百至1 500 m且大致平行的两条次级断裂,即哀牢山山前断裂和中谷断裂构成。其较为突出的特点是,断裂带的总体走向较之北段和中段发生了显著变化,由NW向逐渐转为NWW向,并在平面形态上呈向西凸出的弧形。该段的活动性质为压扭性右旋剪切走滑。

根据卫星影像解译、越南北部1:20万地质图和1:5万地形图判读及野外实地考察,红河断裂带在我国境内的南段自云南河口延入越南境内后,表现为非常平直和稳定的NW—SE走向(图1),其基本特征是:

(1)越南境内红河断裂带在陆上部分长约360 km。

(2)断裂带主体上仍然延续了云南境内的主要结构特征,即由相距数百至2 000 m且大致平行、规模相当的两条分支断裂构成,并一直保持这样的主体结构特征延伸进入北部湾海域。

(3)在红河断裂带东侧,还发育有两条规模与红河断裂相当并呈大致等间距平行展布的NW向断裂带,即斋河断裂和明河断裂,这三条断裂平面间距保持在15～20 km,其中斋河断裂与红河断裂分别作为NW向元古界片麻岩深变质带的北东和西南边界,在卫星影像上显示出异常清晰的线性特征。

图1 越南境内红河断裂带的分布

(1)以沿断裂带广泛发育变质岩带和多期次岩浆岩为特征。沿断裂自北向南发育了云南境内前寒武苍山变质带(苍山群)、哀牢山变质带(哀牢山群)和越南境内上元古界南果组。沿红河断裂带展布的这三条变质带在变质成因、程度乃至时代等方面都有所不同,反映了这条古老深大断裂在长期地质演化历史中的时空不均匀性或分段特征。

(2)红河断裂带的整个发育演化过程也伴随着多期次的岩浆活动。沿断裂带有加里东期花岗岩侵入,在华里西期和印支早期有橄榄岩、辉长岩等侵入,燕山期有更加广泛的中酸性岩浆侵入活动并伴有较小规模的基性和超基性岩浆侵入活动,其中以红河断裂带中越边境地区云南屏边至越南老街一带出露的长约60 km、宽20 km的燕山期巨型花岗岩体最具代表性。

(3)作为控制断裂两侧广大区域构造演化和地层发育的重要大地构造分界线,红河断裂带在云南境内最突出的作用体现在对滇西和滇中两大巨型内陆中生代盆地及其地层发育的控制上:断裂以西主要为火山岩建造和磨拉石建造,而以东为含煤建造和红色建造,红河断裂带是分隔这两大盆地的唯一屏障。而在越南部分的红河断裂两侧广大区域则发育相当于我国震旦亚界的上元古界南果组变质岩及早元古界和早中生界酸性侵入岩(以前者为主、后者为辅),其上发育了厚度和范围均远小于云南境内的中生界晚期沉积盖层,并主要分布在断裂南西侧(图1)。

以印度板块与欧亚板块碰撞、青藏高原隆起和各活动块体边界的继承性与新生性活动为标志的新构造运动,是红河断裂带乃至整个中国西南地区新生代地层发育的关键性控制因素之一。自第三纪以来,沿红河断裂沉积地层的发育同样表现了十分突出的时空不均匀性,这与区域构造应力场以及断裂不同段落活动性质、活动强度的变化有密切关系(图1、图2)。

图2 越南境内红河断裂带1:20万地质剖面图(a)安沛幅;(b)南定幅

第三系沿红河断裂带为一套山前凹陷和磨拉石建造为主、局部夹湖沼相沉积。其中,下第三系底部为厚度巨大的紫红色砾岩层,其上逐渐过渡为砂岩、泥灰岩和石膏层。该期沉积作用沿整条断裂带仅仅在云南境内红河县大文提一带形成唯一的沉积中心,最厚达2 000 m,而在其它段落明显变薄以至零星分布。上第三系沿整条断裂带沉积范围明显扩大,并形成多个沉积中心,包括云南境内沉积厚度分别达2 000 m和800余米的红河县城和弥渡县金宝山一带,以及越南境内沉积厚度分别达1 300 m和2 000余米的安沛和河内三角洲地带。

第四系沿红河断裂带的发育在空间分布格局上与第三系比较又发生了显著变化,总体上可以概括为沿整条断裂带的零星发育与个别段落的巨厚发育的特征,而且有异常丰富的沉积类型,包括河湖相、湖沼相、洪积相、坡积相等,显示了更加复杂的时空不均匀性。关于第四系发育的具体情况,将结合断裂第四纪盆地发育特征在下文进行详细描述。

此外,沿红河断裂带在新生代早期还有相对小规模的碱性岩、酸性岩、基性岩和煌斑岩等侵入岩发育。

云南高原及红河断裂带两侧的广大地区在中生代末期全部上升为陆地。此后一直长期处于以侵蚀作用为主,并有相关沉积发育的区域构造演化阶段,直到中新世晚期形成准平原面。上新世开始的新构造运动使该准平原面伴随青藏高原的隆起而发生强烈抬升形成高原面。在此过程中,区域内包括红河断裂在内的许多前新生代断裂相继复活并发生强烈活动,其中沿各主要断裂带时空显著不均匀的段块式差异活动使先前的高原面发生解体,形成现今分布于不同高度的残留古高原面,即通常所说的夷平面。因此,仔细分辨和测量这些夷平面沿断裂带不同段落高程的变化幅度,可以了解断裂带在该时间段内两侧差异活动的强度。在野外考察中,相关沉积、残积红土以及相对平坦的地貌面是识别夷平面的重要标志。

自新构造运动以来,红河断裂带的差异活动在断裂北段的洱源、大理和弥渡一带最为显著,断裂两侧夷平面的高差在大理一带达1 000 m左右,在弥渡一带也有500 m左右,而往南至元江、红河、河口一带高差迅速下降并接近于零(虢顺民等,2001)。由此直至越南境内的安沛一带可见现存高度在海拔1 000 m左右的夷平面,但在该段断裂两侧都不存在明显的高差(图3)。这一现象表明,红河断裂带自新构造运动以来,甚至第四纪以来,差异活动自北向南逐渐减弱,犹如一把自南向北垂直张开的剪刀。

图3 红河断裂带夷平面分布图

断裂带及其两侧水系的发育及断错变形是反映断裂活动最灵敏的地貌要素之一。其关键环节就是要尽可能准确地确定水系的发育年龄。前人主要使用以下两种方法:一是根据断层特定段落在特定地层中的溯源侵蚀速率研究,得到水系长度与其发育年龄的统计关系; 二是根据区域不同级别水系及其相关堆积物的年代来推测不同级别水系的发育年龄。

综合前人和本项目对红河断裂水系及阶地发育的大量研究,我们主要有以下几点认识:

(1)红河断裂带相关水系的发育年龄、溯源侵蚀速率与水系长度的关系同样具有明显的分段性。对礼社江、元江、红河等一级水系以外的次级支流而言,在同等时间跨度和同类地层岩性条件下,沿断裂带两侧第四纪以来差异运动愈强烈的段落,相应水系的溯源侵蚀速率与水系长度愈大。例如,红河断裂带北段的大理至弥渡一带,第四纪晚更新世以来发育的水系长度可达10 km量级,而在弥渡以南直至南段的哀牢山一带,同期发育的水系一般都在5 km以下(虢顺民等,1995)。

(2)红河断裂带对现代水系发育的控制作用至少体现在两个方面,一是随断裂第四纪以来不同段落活动方式和强度的变化,沿断裂两侧的不同级别的水系或被断层水平错断形成多条水系的同步扭曲,或被断层垂直错断形成悬沟; 二是沿断裂带发育的具有稳定线性构造的变质岩带严格控制了水系的走向,在卫星影像上表现为异常清晰和突出的线性特征,这在越南境内的老街至安沛一带尤为典型。

(3)第四纪以来,沿红河断裂带发生的水系错断现象自断裂北段的大理至弥渡一带往南逐渐减弱,而且被错断的水系年龄也逐渐变老。换句话说,从弥渡以南直至红河入海口的河内一带基本未发现晚更新世以来水系发生错断的现象(图4)。

图4 红河断裂带越南老街—安沛段水系发育图

图5 越南安沛红河西岸阶地及采样位置图

自新构造运动以来沿红河断裂带发育的盆地及其沉积物特征,是反映断裂不同时期和不同段落活动性质、活动强度演变规律的重要指标。根据虢顺民等(2001)的研究,第三纪以来我国境内红河断裂所控制的盆地及其堆积物的发育存在自南而北逐渐迁移的过程,但通过对包括越南部分在内的断裂整体进行研究后发现,自新生代以来,沿红河断裂发育的盆地及其沉积经历了从老第三纪时期形成的唯一沉积中心(我国境内的红河县城一带),到新第三纪迅速扩展的至少两个以上的沉积中心(包括云南元江—红河一带和越南河内—南定一带,且沉积范围大大扩展),再到第四纪时期除北段的大理、弥渡一带以外沿整条断裂带第四系发育十分有限的演化过程(图6)。这似乎暗示着第四纪以来,红河断裂的活动性有自北而南逐渐减弱的趋势。尤其是沿红河断裂带的越南部分,第四系堆积范围和厚度都十分有限,一般厚度只有数米至数十米,即便是在入海口附近的红河三角洲地带,第四系堆积厚度也只有200余米。