引用本文
杨晓平, 王萍, 李晓峰, 谢超, 周本刚, 黄雄南. 地形坡度和高程变异系数在识别墨脱活动断裂带中的应用[J]. 地震地质, 2019,41(2): 419-435.
YANG Xiao-ping, WANG Ping, LI Xiao-feng, XIE Chao, ZHOU Ben-gang, HUANG Xiong-nan. APPLICATION OF TOPOGRAPHIC SLOPE AND ELEVATION VARIATION COEFFICIENT IN IDENTIFYING THE MOTUO ACTIVE FAULT ZONE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2019,41(2): 419-435.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2019.02.010
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地形坡度和高程变异系数在识别墨脱活动断裂带中的应用
杨晓平1, 王萍2, 李晓峰2, 谢超1,3, 周本刚1, 黄雄南1
1)中国地震局地质研究所, 活动构造与火山重点实验室, 北京 100029
2)中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029
3)中国地震局第二监测中心, 西安 710054

〔作者简介〕 杨晓平, 男, 1963年生, 研究员, 博士生导师, 主要从事活动构造工程地震等方面的研究, 电话: 010-62009144, E-mail: yangxiaoping-1@163.com。

收稿日期: 2018-10-30
基金项目: 中国地震局地震行业科研专项(20150824)、 国家重点研发计划项目(2018YFC1504101)和国家自然科学基金(41572195)共同资助
摘要

喜马拉雅东构造结位于青藏高原东南端, 是欧亚板块与印度板块碰撞、 会聚的地带, 其内部的南迦巴瓦峰地区是喜马拉雅山东段的最高山峰, 雅鲁藏布江围绕南迦巴瓦峰形成一个“几”字形的大转弯。南迦巴瓦地区东侧的雅鲁藏布江河谷位于喜马拉雅山的南麓, 属于亚热带湿润气候区, 分布有茂密的热带雨林植被。该地区的阿尼桥右旋走滑断裂带是南迦巴瓦构造结的东边界断裂。利用30m分辨率的DEM数据, 在ArcGIS软件平台上获得了南迦巴瓦及其周边地区的地形坡度和高程变异系数2个定量地貌参数。在地形坡度分布图上, 墨脱附近的雅鲁藏布江东西两岸的山体地形为坡度>30°的陡坡, 在陡地形坡度的背景下, 存在NE走向、 断续分布的坡度为5°~25°的缓坡条带。地形高程变异系数分布图上, 墨脱附近的雅鲁藏布江两岸地形为高程变异系数>0.9的高地形起伏区, 在高地形起伏区的背景上, 发育NE走向、 断续分布的高程变异系数为0.2~0.9的缓地形起伏条带。通过野外地质地貌调查和探槽开挖, 发现上述地貌参数异常条带处为活动断裂通过的位置。上述工作表明, 地形坡度和高程变异系数2个地貌参数的定量分析有助于发现地形坡度大、 植被覆盖严重、 剥蚀强度大的地区的活动断层。

关键词: 地形坡度; 高程变异系数; 活动断层; 墨脱断裂; 喜马拉雅东构结
中图分类号:P542 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2019)02-0419-17
APPLICATION OF TOPOGRAPHIC SLOPE AND ELEVATION VARIATION COEFFICIENT IN IDENTIFYING THE MOTUO ACTIVE FAULT ZONE
YANG Xiao-ping1, WANG Ping2, LI Xiao-feng2, XIE Chao1,3, ZHOU Ben-gang1, HUANG Xiong-nan1
1)Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
2)State Key Laboratory Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration,Beijing 100029, China
3)Second Crust Monitoring and Application Center, CEA, Xi'an 710054, China
Abstract

The eastern Himalaya syntaxis is located at the southeastern end of the Qinghai-Tibet Plateau and is the area where the Eurasian plate collides and converges with the Indian plate. The Namjabawa is the highest peak in the eastern section of the Himalayas, and the Yarlung Zangbo River gorge is around the Namjabawa Peak. The NE-striking Aniqiao Fault with right-lateral strike-slip is the eastern boundary fault of the Namjabawa syntaxis. Motuo Fault is in the east of and parallel to the Aniqiao Fault, distributing along the valley of the Yarlung Zangbo River. The section of Yarlung Zangbo River valley at the eastern side of the Namjabawa area is located in the southern foothills of the Himalayas and belongs to the subtropical humid climate zone with dense tropical rainforest vegetation. Dense vegetation, large terrain elevation difference, strong endogenetic and exogenic forces, and abundant valley deposition bring enormous difficulty to the research on active faults in this area.

Since 1990s, surface morphology can be quantitatively expressed by digital elevation models as the rapid development of remote sensing technology. Geomorphic types and their characteristics can be quantified by geomorphological parameters which are extracted from DEM data, describing geomorphologic evolution and tectonic activity. But to date, researches based on quantitative geomorphic parameters are mainly focus on the differential uplift of regional blocks. In the study and mapping of active faults, surface traces of active faults are acquired by visual interpretation of remote sensing images. It has not been reported to identify the location of active faults via the change of quantitative geomorphic parameters. The distribution map of topographic elevation variation coefficient is suitable to reflect the regional erosion cutting and topographic relief, and the places with higher topographic elevation variation coefficient are more strongly eroded. In this paper, we attempt to identify the active faults and explore their distribution in the Yarlung Zangbo Gorge in the east of the Namjabawa Peak based on the application of two quantitative geomorphic parameters, namely, the topographic slope and the elevation variation coefficient.

Using the DEM data of 30m resolution, two quantitative geomorphic parameters of topographic slope and elevation variation coefficient in Namjabawa and its surrounding areas were obtained on the ArcGIS software platform. On the topographic slope distribution map, the slope of the eastern and western banks of the Yarlung Zangbo River near Motuo is steep with a slope angle of more than 30°. Under the background of steep terrain, there are gentle slope belts of 5°~25° distributing intermittently and NE-striking. On the distribution map of topographic elevation variation coefficient, the elevation variation coefficient of the Yarlung Zangbo River near Motuo is greater than 0.9. On the background of the high topographic fluctuation area, it develops gently topographic undulating belts with elevation variation coefficient of 0.2~0.9. The belts are intermittently distributed and northeastern trending. Through the field geological and geomorphological investigation and trench excavation, it is found that the abnormal strips of the above-mentioned geomorphological parameters are the locations where the active faults pass. The above results show that the quantitative analysis of the topographic slope and the coefficient of variation of elevation can help us find active faults in areas with large terrain slope, serious vegetation coverage and high denudation intensity.

Keyword: topographic slope; elevation variation oefficient; Motuo Fault; active fault; eastern Himalaya syntaxis
0 引言

20世纪90年代以来, 随着遥感技术的快速发展, 地表形态可以用数字高程模型定量地表达出来, 通过DEM 数据提取不同的地貌学参数来定量刻画地貌类型及其特征, 揭示区域地貌演化过程和构造活动性。一个地区的岩石性质和持续性的构造活动会影响该区河流系统的几何形态。在新构造活动非常活跃的地区, 如新西兰Otago中部(Jackson et al., 1996)和中国天山(Burbank et al., 1999), 构造演化可以被水系分布及相关沉积记录下来。构造活动可以使一个地貌面暴露而被侵蚀, 汇水盆地的面积高度积分曲线的形态变化可反映构造的隆升。Fielding 等(1994)利用DEM 数据分析了喜马拉雅山脉和青藏高原的宏观地貌特征, 探讨了晚新生代以来青藏高原构造演化的过程。张会平等(2006)利用DEM数据讨论了青藏高原东缘龙门山地区的构造地貌特征。刘静等(2006)、 王猛等(2008)利用SRTM 数字高程模型, 对青藏高原及外流区域、 喜马拉雅山脉进行了大尺度定量地貌分析, 探讨了青藏高原不同地区的地貌差异、 降雨量和地表剥蚀作用之间的关系。Kirby等(2012)基于河流水力侵蚀模型, 提取出用河流陡峭指数展示构造活动的时间和空间的动态图像。沿背斜轴方向地形起伏线不断降低、 汇水盆地内面积高度积分值逐渐增加、 水系密度逐渐减小和河流坡度角变化揭示了活动褶皱沿轴向的扩展(Delcaillau et al., 1998; 黄伟亮等, 2011)。因河流的不断迁移, 在褶皱轴部沿褶皱扩展方向形成一系列的风口, 风口的高程沿着褶皱的扩展方向不断降低。活动背斜沿褶皱轴向的侧向生长也得到了广泛深入的研究, 有学者发现褶皱的侧向生长可能是目前所认识到的运动速率最快的构造变形方式, 其速率比褶皱抬升或缩短大1个数量级, 可达每年几cm(Delcaillau et al., 1998; Keller et al., 1998; Chen et al., 2007; 李涛等, 2011)。谢超等(2017)利用DEM数据分析了南迦巴瓦峰及其西北、 东南两侧和阿萨姆东北部区域的高程频率分布及面积高程积分曲线, 认为现今喜马拉雅东构造结隆升中心可能位于阿萨姆东北部区域。李晓峰等(2018)通过对南迦巴瓦地区河流的面积-高程积分和河流陡峭系数进行分析, 发现雅鲁藏布江大拐弯地区的隆升活动具有明显的差异性。通过以上分析不难发现, 定量地貌参数主要用于研究区域内地块的差异隆升。

Wei等(2017)利用面积比(Area rate)、 地形起伏方差(Relief variance)、 分数维(Fractal dimesion)和渡越长度(Crossover length)4个地貌参数, 通过计算机自动识别出天山北麓简单地貌区(洪积扇面)独山子活动断裂的地表迹线。活动断层研究和填图工作中, 往往是对遥感影像目视解译获得活动断层的地表迹线, 未见利用定量地貌参数识别复杂地貌区(如地形切割强烈高山峡谷区)和植被覆盖严重地区活动断层位置的研究报道。南迦巴瓦构造结东侧分布有多条断裂, 如喜马拉雅主中央断裂(MCT)、 阿尼桥-图定-因哥右行走滑断裂(TISZ)等。这些断裂大致沿NE向的雅鲁藏布江大峡谷展布。雅鲁藏布江大峡谷属于亚热带湿润气候区, 并分布有茂密的热带雨林, 巨大的地形高差、 强烈的内外营力作用、 快速的地貌演化和丰富的河谷沉积, 使得雅鲁藏布江大拐弯地区成为研究气候、 剥蚀与构造相互作用的热点区域(杨逸畴等, 1987; 丁林等, 1995; Zeitler et al., 2001; 王二七等, 2002; Burbank et al., 2003; 张进江等, 2003; Ouimet et al., 2007; Finnegan et al., 2008; Korup et al., 2008; Xu et al., 2012; Wang et al., 2014; 王兆印等, 2014; Bracciali et al., 2016), 但同时也为该地区的活动断层研究带来了极大的困难。了解该地区是否存在活动断层、 活动断层展布方向和运行性质对认识喜马拉雅东构造结的演化有着重要的科学价值。

欧阳晓(2011)运用高程变异系数对区域地貌进行分析时发现, 高程变异系数很难区分地貌特征之间的差异, 但是对于区域内的侵蚀切割情况和地形起伏变化情况有很好的反映, 高程变异系数越高的区域侵蚀强度越强烈。根据本地区的气候、 地形地貌和地表过程强烈的特点, 本文尝试利用定量地貌参数中的地形坡度、 高程变异系数探索南迦巴瓦峰东侧雅鲁藏布江大峡谷内是否存在活动断层及其分布情况。

1 构造背景

始新世以来, 印度板块与欧亚板块的碰撞形成长约2i500km的喜马拉雅山造山带, 累计地壳缩短量约2i000~3i000km(Molnar et al., 1975)。板块之间的碰撞在喜马拉雅山的南侧产生了3条逆冲断裂, 由北向南分别为主中央断裂(MCT)、 主边界断裂(MBT)和主前缘断裂(MFT), 地表这3条近平行N倾的逆冲断裂向下归并到统一的滑脱断层上, 即主喜马拉雅断裂(MHT)(Brown et al., 1996)。在东喜马拉雅构造结地区, 除了板块碰撞形成的3条主断裂之外, 还形成了冈底斯逆冲带(GT)、 仁布-泽当逆冲带(RZT)以及一系列大型走滑断裂, 如图定-因哥右旋走滑断裂(TISF)和嘉黎右行走滑断裂(JSZ)等(图1)。图定-因哥右旋走滑断裂为喜马拉雅山脉的东界, 其西部的南迦巴瓦山为NE走向, 东部的米什米山为NW走向。图定以北, 图定-因哥断裂走向为NE, 图定以南, 该断裂走向转为SN向(Singh, 1993)。阿尼桥走滑断裂错断了印度-雅鲁藏布江缝合带(IYS)及主中央断裂(MCT)(Ding et al., 2001)。嘉黎断裂带切穿了察隅岛弧, 被认为是高原向E挤出的南边界, 其滑动速率可达到20mm/a(Armijo et al., 1989)。

图 1 东喜马拉雅构造结地区地质构造简图(修改自谢超等, 2016)
NJS 怒江缝合带; GYT 古玉逆断裂; JSZ 嘉黎走滑断裂带; ANF 阿尼桥走滑断裂带; IYS 印度-雅鲁藏布缝合带; MST 米什米逆冲断裂; LT 鲁希特缝合带; MCT 主中央断裂; MBT 主边界断裂; MFT 主前缘断裂; MTF 墨脱断裂; TISF 图定-因哥走滑断裂; RZT 仁布-泽当逆冲断裂; GT 冈底斯逆冲带; NJF 那加山断裂; STDS 藏南拆离系; NBS 南迦巴瓦构造结; SS 桑构造结; AS 阿萨姆构造结Fig. 1 Geological sketch map of the eastern Himalayan syntaxis(adapted after XIE Chao et al., 2016).

东喜马拉雅地区发育了3个形成于不同时期的构造结, 它们分别为南迦巴瓦构造结(NBS)、 桑构造结(SS)和阿萨姆构造结(AS)(图1)(Ding et al., 2001)。南迦巴瓦构造结为倾伏于冈底斯岛弧之下的大型背形构造, 形成于65~42MaiBP的古近纪, 其东、 西两翼分别为派镇左旋走滑断裂和阿尼桥右旋走滑断裂(Burg et al., 1998; Ding et al., 2001)。桑构造结为一个NW-SE向的向形构造, 由MCT 和MBT之间的岩体挤压褶皱形成, 时代为23~13MaiBP的中新世早期(丁林等, 2013)。阿萨姆构造结由主边界断裂、 米什米断裂和那加山断裂围限, 由于构造挤压, 盆地边缘分布的西瓦里克磨拉石沉积发生褶皱, 形成时间为13~3Ma BP 的中新世— 上新世(丁林等, 2013)。

墨脱断裂位于NE向的阿尼桥断裂东侧, 与阿尼桥断裂大致平行, 沿雅鲁藏布江河谷分布。

2 构造结地区的地形坡度和高程变异系数
2.1 数据和数据处理

本研究所用的DEM数据是由美国空间信息情报局(NGA)提供的分辨率为1弧秒(30m)的西藏地区高程数据。以ArcGIS软件作为平台, 利用ArcHydro工具集中的Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形预分析)、 Arc Hydro Network Processing(网络分析)和Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析)3个模块对研究区的DEM数据进行校准和处理。

2.2 地形坡度

坡度是地面上某点的切平面与水平地面的夹角, 其表达方式有坡度(θ , 单位为度)和百分比2种。坡度是地表在该点的倾斜程度, 坡度值越大, 其倾斜程度越大, 因此坡度代表了高程在该点变化率的最大值, 反映了该地貌微观地表单元的形态特征。在DEM数据中, 坡度计算实质为每个像元计算值从该像元到与其相邻的像元方向上的最大变化率。实际上, 可利用高程随着像元与其相邻的8个像元之间的最大变化率来识别自该像元开始的最陡坡降。本文依据临界坡度和主观分级坡度策略, 确定0° ~3° 、 3° ~5° 、 5° ~15° 、 15° ~25° 、 25° ~30° 、 30° ~45° 和> 45° 7级坡度分级(表1)。

表1 地形坡度分级一览表(山体高度为绝对高程) Table 1 The hierarchical list of topographic slope(the mountain height is the absolute elevation)

在ArcGis 10.0中按照3× 3窗口提取了雅鲁藏布江中下游流域的坡度因子, 根据上述地形坡度分级, 对坡度进行分类后得到南迦巴瓦峰附近的地形坡度分布图(图2)。

图 2 南迦巴瓦峰附近地形坡度图(修改自李晓峰, 2017)Fig. 2 Topographic slope map near the peak of Namjabawa(after LI Xiao-feng, 2017).

对地形坡度图进行统计分析, 得出平坦平原在该区域所占面积约为该流域面积的4%, 冲积扇约占7%, 山麓地带约占11%, 200~1i500m的山地中部约占14%, 1i000m以上的山顶部分约占18%, > 1i500m的山体坡面上部约占21%, 地理意义上的垂直面占该区域面积大小的25%。

2.3 地形高程变异系数

高程变异系数是一组反映数据平均值分散程度的变量, 为高程点的标准差与平均高程的比值, 常用于反映地貌特征的差异性。计算方程式为

V=Hstd/Hmean(1)

式中, V是分析区域内某栅格单元的高程变异系数, Hstd是分析窗口内所有栅格的高程标准差, Hmean是分析窗口内所有栅格的平均高程。

高程变异系数对于区域内的侵蚀切割情况和地形起伏变化情况有很好的反映, 高程变异系数越高的区域则侵蚀强度越强烈(欧阳晓, 2011)。高程变异系数高值出现于雅鲁藏布江干流和支流流域, 沿河谷向上游方向高程变异系数高值区范围逐渐减小。在加拉以上, 流域高程变异系数为低值区, 反映地貌特征总体比较一致(图3)。

图 3 南迦巴瓦构造结附近地形高程变异系数(修改自李晓峰, 2017)Fig. 3 Topographic elevation variation coefficient map near the peak of Namjabawa(after LI Xiao-feng, 2017).

雅鲁藏布江自下游溯源而上呈现强烈的侵蚀通道, 由于南迦巴瓦-加拉白垒隆起阻挡了雅鲁藏布江向高原内部的溯源侵蚀, 使得来自印度洋的暖湿气流沿着易贡藏布向高原内部推进, 而雅鲁藏布江在南迦巴瓦西侧的溯源侵蚀作用被阻止而减弱。

3 墨脱断裂附近的地貌参数
3.1 断裂附近地形坡度变化

在墨脱西北侧的文浪— 德兴一带, 雅鲁藏布江右岸的地形坡度一般为30° ~45° , 一些地段的地形坡度达到45° 以上。从荷扎村到文浪西的陡峻山坡上断续出现地形坡度5° ~15° 的缓坡, 呈线状分布(图4a)。在文浪村、 德兴村附近也分布有5° ~15° 的缓坡, 但这些缓坡呈面状分布, 有别于线状分布的、 活动断层沿线的缓坡带。在地东— 阿仓及其沿NE方向沿线, 雅鲁藏布江西岸的山坡坡角达30° ~45° , 局部地段山体的地形坡度> 45° , 但在这样的陡峻山坡上断续出现1条NE走向、 坡度为5° ~25° 的线性缓坡(图4b)。墨脱西南的山坡坡度普遍> 30° , 但这样的陡坡中也出现了坡度为5° ~15° 的缓坡带。格林村一带表现为倾向SE的陡坎状地貌, 陡坎的南侧为地形5° ~25° 的线性谷地(图4b)。上述几个地点的地形坡度参数有一个共同特点, 它们均表现为在陡峭的山坡上(坡角> 30° )出现坡角为5° ~15° 、 宽度很窄的线性缓坡条带。

图 4 墨脱附近的线性缓坡
白色箭头指向线性缓坡, 黑色箭头指向雅鲁藏布江及其主要支流。 雅鲁藏布江流向为SFig. 4 Linear gentle slope near Motuo City.

另外, 在德兴西南的果果塘雅鲁藏布江“ 几” 字形转弯部位, 坡度> 30° 的陡坡和5° ~15° 的缓坡分布区呈现出明显的“ 之” 字形转折, 应为河流凹岸冲刷侵蚀的结果。

3.2 断裂附近的地形高程变异系数

墨脱西北、 雅鲁藏布江右岸的地形高程变异系数为0.9~2, 靠近江边或大型冲沟两侧的地形高程变异系数达到2~4, 属于高地形起伏的地区。而在这些高地形高程变异系数的背景下, 沿荷扎村向NE方向, 经德兴北、 文浪西的高地形起伏的山坡上出现地形高程变异系数0.2~0.9的低值条带(图5a), 即在雅鲁藏布江西岸高起伏的陡峭山坡中出现相对平坦的条带。在文浪村附近也出现平行于雅鲁藏布江的高程变异系数地低值带, 但其宽度大, 向南北两侧延伸的长度有限, 反映出河流阶地的地形特征。墨脱、 阿仓村、 德兴村附近的高程变异系数图像相似, 表现出河流阶地的特征(图5)阿仓— 地东之间也表现为地形高程变异系数高值分布区(0.9~2), 但在这样的背景下仍然出现地形高程变异系数低值条带(图5b)。

图 5 墨脱附近低地形高程变异系数条带
白色箭头指向低地形高程变异系数条带, 黑色箭头指向雅鲁藏布江及主要支流。 雅鲁藏布江流向为SFig. 5 Low value strip of elevation variation coefficient near Motuo City.

在格林村一带, 雅鲁藏布江以东2.5~3km的范围内为地形高程变异系数高值分布区, 再向E则整体上为地形高程变异系数低值分布区, 二者之间存在清晰的分界。格林、 德尔贡村附近分布有高程变异系数值为0~0.2的区块, 反映出部分地段地形十分平坦。整体而言, 在格林到德尔贡之间, 似乎可以分辨出NE走向的地形高程变异系数高值与低值条带(图5)。荷扎村东、 德兴南的雅鲁藏布江东岸的山体总体为高值区(0.9~4), 但其中分布1个NE走向的低值条带(0.2~0.9)(图5b)。

上述几个地点地形高程变异系数的共同特点是在高值区(0.9~4)出现线性的低值(0.2~0.9)条带, 且线性条带的宽度很窄, 不同于河流阶地、 河谷底部的地形高程变异系数低值区。

高程变异系数对于侵蚀切割和地形起伏变化有很好的反映, 高程变异系数越高的区域则侵蚀强度越强烈(欧阳晓, 2011)。墨脱附近的雅鲁藏布江东西两岸地形高差达3i000m以上, 河流的强烈下切形成陡峭的“ V” 字形河谷, 崩塌、 滑坡进一步加剧了地表的侵蚀构成。沿断层带岩石破碎、 裂隙发育, 抗侵蚀能力弱于周围岩石。墨脱附近的雅鲁藏布江河谷为亚热带湿润气候, 年降雨量达5i000mm, 降雨和流水侵蚀使陡峭山坡上的断层破碎带被快速夷平, 表现为高程变异系数的低值条带。

4 地貌参数异常条带上的活动断层地质地貌现象

对墨脱县城西南的陡地形中的缓坡带、 低地形高程变异系数带进行了野外地质地貌考察, 不仅发现花岗岩中宽约7m的断层破碎带, 还发现断错地貌的现象, 在可能残留的滑坡体中发育1个走向40° 、 长65m的断层谷地(图6a, b)。其中谷地南侧的断层眉脊高约40m(图6b— d)。为了验证该槽谷是否为墨脱断裂通过的位置, 在线性谷地的底部开挖了1个探槽(图6b— d), 探槽走向335° , 长20m, 上宽3m, 下宽2m, 深3~4m(图7)。

图 6 墨脱村附近的断层地貌
a 断层地貌影像; b、 c 断错地貌照片; d 地貌解译Fig. 6 Fault landforms near Motuo City.

图 7 墨脱村探槽照片(a)及其剖面图(b)(修改自谢超等, 2016)Fig. 7 The picture and geological profile of Motuo trench(adapted after XIE Chao et al., 2016).

探槽中揭露出2条逆冲断层f1和f2(图7), 其中f2宽10~20cm, f1宽5cm左右。f1断层错断断层④, 使断层附近角砾石定向排列。地表水沿断层渗入, 形成铁红色氧化带(图7b)。f2错断断层⑥— ⑨, 使得层⑦逆冲于层③之上, 同时造成层⑦— ⑪向上弯曲。f2断层错动之后的探槽位置及其附近可能遭到侵蚀, 使f2断层直接出露于地表, 之后探槽附近堆积了层①和层②, 其覆盖于断层之上。

在果果塘雅鲁藏布江转弯的位置, 地形坡度和高程变异系数图上同样表现出NE向的线性构造(图4, 5)。拔河高度约60m的雅鲁藏布江阶地上发育1条NE向的地貌陡坎, 高6~7m(图8a)。墨脱至背崩的公路路堑上出露1个地质剖面(图8b, c), 出露的地层可以分为2层, 层①为黑色砂土角砾石堆积, 含植物根系, 砾石无磨圆, 最大粒径30cm; 层②为褐色砂土、 砾石层, 层状构造明显, 砾石磨圆较差, 分布不均一, 最大粒径60cm。层②发生了强烈的褶皱弯曲变形, 推测该地貌陡坎的形成与墨脱断裂的挤压走滑活动有关, 在雅鲁藏布江阶地上形成高6~7m的褶皱陡坎。

图 8 果果塘第四纪地质剖面
①黑色砂土砾石层; ②褐色砂砾石层; ③花岗岩巨砾; ④人工堆积Fig. 8 Quaternary geological profile and pictures at Guoguotang.

谢超等(2016)和谢超(2018)对阿仓村附近的NE向地形坡度、 高程变异系数和线性影像进行了考察, 并开挖了1个探槽, 证实了线性构造存在的位置为花岗岩中的断层破碎带。线性构造存在的位置地形坡度变缓, 甚至出现反向的陡坎地貌, 流经线性构造的冲沟发生同步左旋位错, 位错量达22~45m。

在卫星影像上, 地东村及其北东方向也表现为线性分布的垭口、 凹槽, 地东村东南的古崩塌体分布1个长200~300m的坡中槽(图9a)。坡中槽南东壁为高约15m的断层陡坎(图9b), 横跨坡角的位置开挖了1个长约15m、 深4~5m、 宽2m的探槽(图9c)。探槽中揭露出13套地层, 其中层①— ⑤和层⑬混杂的砂土、 砾石堆积, 推测为崩坍堆积产物。层⑥— ⑨、 层⑪和层⑫为近水平的层状堆积, 层⑩为砂质黏土与角砾石的混合堆积(图9d)。剖面上揭露出2条断层(f1和f2), 均倾向SE, 倾角分别为35° 和63° 。f1断层切割了年龄为(2i780± 30)a的黑色粗砂层, 被棕红色-黄色粗砂质黏土层覆盖(层⑥)。f1断层错断了年龄为(3i530± 30)a的灰黑色淤泥层和棕黄色粗砂黏土堆积, 被年龄为(1i940± 30)a的层④黏土、 砾石堆积覆盖。从以上2条断层与地层的关系可以看出, 墨脱断裂自(1i940± 30)aiBP以来没有发生断错地表的事件。地东村探槽剖面上出露的断层均显示为正断层性质, 推测应为墨脱断层走滑运动的局部表现。

图 9 地东村断错地貌和探槽剖面(修改自谢超等, 2016)
①灰黑色砂质黏土, 含少量花岗岩角砾石, 富含植物根系; ②灰白色-棕黄色砂质黏土层, 含大量花岗岩角砾石; ③棕黄色粗砂黏土堆积, 含黑色黏土团块及花岗岩角砾石; ④深灰色黏土层, 夹有花岗岩角砾石及少量粗砂; ⑤灰白色含黄色黏土粗砂的花岗岩角砾石堆积, 局部呈灰黑色; ⑥棕红色-黄色粗砂质黏土层, 含少量花岗岩角砾石; ⑦黑色粗砂质黏土层, 厚度变化较大, 含花岗岩碎石及黄色黏土团块; ⑧黄色粗砂、 角砾石层; ⑨棕红色和灰色粗砂质黏土层, 含灰色花岗岩角砾石; ⑩灰白色花岗岩角砾石堆积; ⑪灰黑色淤泥层, 含少量黄色黏土团块和花岗岩碎石; ⑫黄色淤泥层, 含花岗岩角砾石; ⑬灰白色花岗岩角砾石堆积, 含大量粗砂和少量黏土。黑色三角为14C样品采样位置Fig. 9 The pictures of faulted landform and trench profile(adapted after XIE Chao et al., 2016).

5 讨论与初步认识
5.1 讨论

数字高程模型(DEM)作为地形表面的数字表达, 易于对地形进行空间统计分析和三维可视化研究, 可形象直观地观察到地形的变化, 也可快速、 高效地对不同尺度的地貌类型进行研究, 获取不同的地形地貌参数, 展示地表起伏状态(李勇等, 2006; 刘静等, 2006; 张会平等, 2006)。本研究使用的30m的分辨率数字高程模型, 制约着提取研究区的地形坡度和高程变异系数的准确性, 图中显示的NE向、 线状分布的缓坡条带、 低地形高程变异系数条带指示了断层破碎带的位置, 反映了沿断层破碎带岩石抗剥蚀能力弱于围岩的基本事实。要准确确定活动断层的位置和活动时代, 还需要通过野外地质地貌调查和更高精度的遥感数据解译。

墨脱附近的岩石多为晚新生代的混合岩、 长英质片岩、 绿片岩、 石英片岩、 闪长岩和二长花岗岩等。依据1:25万区域地质资料, 墨脱活动断层是在已有俯冲带、 逆断层或性质不明的断层基础上演化而来。这些断层带本身具有一定的宽度, 晚第四纪以来又发生了具有逆冲性质的左旋走滑活动(谢超等, 2017), 使得原有的断层带更加破碎。南迦巴瓦地区东侧的雅鲁藏布江河谷两侧地形陡峻、 降雨量充沛, 导致地表剥蚀十分强烈。巨大的降雨量强烈侵蚀着雅鲁藏布江两岸陡峻的山体, 特别是沿断层带的区域更容易遭受剥蚀、 夷平。在地形坡度图和高程变异系数图上, 沿断层带表现为断续的、 线性分布的坡度和高程变异系数低值条带。

对比本文中的2种定量地貌参数低值条带分布与谢超等(2016)及谢超(2018)给出的墨脱断裂分布不难发现, 定量地貌参数低值条带的位置与墨脱断裂位置基本一致, 说明本方法在墨脱附近特定的地质、 地貌、 气候和植被环境下, 可以用来识别活动断裂的位置。

5.2 初步认识

南迦巴瓦地区位于喜马拉雅地震带的东端, 该区地质构造复杂, 断裂和褶皱发育, 并于1950年发生了察隅8.6级特大地震, 致使山体岩石破碎。南迦巴瓦构造结东侧为热带雨林气候, 植被覆盖严重。地形为深切峡谷, 经常发生崩塌、 滑坡等地质灾害, 地表剥蚀十分强烈。通过对DEM数据进行定量分析, 发现活动断层带在地形坡度和地形高程变异系数图上有清晰的线状条带显示。野外地质地貌调查和探槽开挖证明, 这些地貌定量参数条带处存在断层破碎带和活动断层。因此, 地形坡度和地形高程变异系数2个定量地貌参数可用来帮助确定地形陡峻、 植被覆盖严重、 地表过程强烈地区的活动断层的位置。

本研究使用地形坡度和高程变异系数2种定量地貌参数识别活动断层的空间展布只是一种尝试, 在南迦巴瓦峰东侧的雅鲁藏布江河谷区取得了理想的效果, 尚未在其它地区进行实验研究, 其局限性或不足有待进一步验证。

The authors have declared that no competing interests exist.

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