茂縣-汶川斷裂汶川段全新世活動證據(jù)1

秦宇龍 毛澤斌 詹涵鈺 鐘 偉 白憲洲 韓東興 孫士劼 武文輝 熊昌利 吳建亮 徐云峰 李 崢

1）稀有稀土戰(zhàn)略資源評價(jià)與利用四川重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川省綜合地質(zhì)調(diào)查研究所, 成都 610081

2）成都市永利聯(lián)科技有限公司, 成都 610000

3）四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司, 成都 610000

引言

新生代以來，青藏高原持續(xù)隆升及其側(cè)向擠出是顯著的事件，深刻影響了青藏高原及周緣地震活動及斷裂展布。龍門山斷裂帶位于青藏高原東緣中部，構(gòu)成了活動強(qiáng)烈的巴顏喀拉地塊與穩(wěn)定的四川盆地之間的界線。該斷裂帶整體呈NE-SW 走向，傾向NW，傾角50°～70°，延伸長度500 km 以上（李勇等，1995）。該斷裂帶是由龍門山后山斷裂（由耿達(dá)-隴東斷裂、茂縣-汶川斷裂和平武-青川斷裂組成）、中央斷裂（由鹽井-五龍斷裂、北川-映秀斷裂和茶壩-林庵寺斷裂組成）、山前斷裂（由大川-雙石斷裂、灌縣-安縣斷裂和江油斷裂組成）和山前隱伏斷裂4 條主干斷裂及其控制的逆沖構(gòu)造巖片（推覆體）組成的具有前展式發(fā)育特點(diǎn)的推覆構(gòu)造帶（唐榮昌等，1993；鄧起東等，1994；孫浩越，2016；李海兵等，2008）。走向上，大致以北川-安縣一線和臥龍-懷遠(yuǎn)一線為界，將龍門山造山帶由北東向南西分為3 段，即龍門山北段、中段和南段（圖1）（李勇等，1995；駱耀南等，1998）。2008 年汶川地震即發(fā)生在龍門山斷裂帶上，造成中央和前山斷裂同時(shí)發(fā)生地表破裂（唐文清等，2012）。

圖1 區(qū)域地震構(gòu)造圖Fig.1 Regional seismotectonic map

茂縣-汶川斷裂南西端在瀘定冷磧附近與南北向的大渡河斷裂相交，向北東到達(dá)陜西境內(nèi)，全長約500 km；從北東到南西分別為平武-青川斷裂、茂縣-汶川斷裂和耿達(dá)-隴東斷裂（唐榮昌等，1991）。近年來，針對茂縣-汶川斷裂活動性的研究較多，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為南段耿達(dá)-隴東斷裂為早中更新世活動性，北段平武-青川斷裂整體具有晚更新世活動性，局部具有全新世活動性（趙小麟等，1994；楊曉平等，1999；李勇等，2006；馬保起等，2005；孫浩越，2016；王旭光等，2017）。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為中段茂縣-汶川斷裂具有全新世活動性，對其在晚第四紀(jì)特別是全新世以來有無活動性缺乏直接、可靠的證據(jù)（張?jiān)罉虻龋?010），本文通過對茂縣-汶川斷裂汶川段的調(diào)查對該問題進(jìn)行了研究。

1 茂縣-汶川斷裂汶川段地表特征

宏觀上，茂縣-汶川斷裂展現(xiàn)為大的構(gòu)造強(qiáng)化帶，帶內(nèi)巖石破碎強(qiáng)烈，夾許多透鏡狀斷塊，變形復(fù)雜2四川省地質(zhì)調(diào)查院，2010.綿陽市1∶25 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查.（林茂炳等，1997；廖炳勇等，2019）。

汶川段地貌上為深切割中高山區(qū)，海拔780～5 922 m，相對高差一般1 000～3 000 m，最大相對高差為4 000 m。區(qū)域范圍內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，剝蝕作用強(qiáng)烈，構(gòu)造地貌不清晰。以斷續(xù)展布的斷層槽谷和斷錯山脊等構(gòu)造地貌形式發(fā)育（圖2）。在汶川姜維城高出現(xiàn)代河床120 m 的Ⅴ級階地上的沖洪積地層中發(fā)育壓扭性斷層，與主干斷裂組成“入”字形構(gòu)造，指示斷裂的右旋錯動性質(zhì)3四川省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊(duì)，1975.1∶20 萬茂汶幅、灌縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告（地質(zhì)部分）.,4四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊(duì)，2013.1∶25 萬綿陽市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.。

圖2 研究區(qū)及周邊地貌Fig.2 Topographic map of the study area and surroundings

在汶川縣扣山寨，山前存在1 個(gè)明顯的反向陡坎（圖3）。陡坎走向?yàn)槟媳毕?，沿岷江平行展布；陡坎中間高，高度15～20 m，向兩側(cè)逐漸降低。從岷江階地劃分來看，該陡坎為岷江二級階地，二級階地與山體之間的洼地為河相礫石堆積層。在陡坎側(cè)緣，沖溝侵蝕揭露出該斷層剖面。剖面中發(fā)育滑坡堆積體，且具有分層現(xiàn)象，顯示出多期次活動。剖面中可見多套礫石層發(fā)育，在剖面底部可見淺棕紅色標(biāo)志泥層被錯斷，斷距約50 cm。淺棕紅色層表現(xiàn)為上盤上升，且上盤可見明顯的牽引變形，指示斷層逆沖運(yùn)動性質(zhì)。此外，沿該斷層面及剖面還可見多處礫石定向排列現(xiàn)象。根據(jù)王旭光等（2017）的統(tǒng)計(jì)，茂縣至汶川一帶T2 階地形成時(shí)代約為2 萬年，表明茂縣-汶川斷裂具有晚更新世晚期活動性。

圖3 汶川扣山寨地形剖面Fig.3 Topographic profile of Koushanzhai in Wenchuan

在汶川縣城附近姜射壩村處，遙感影像上，該點(diǎn)可見岷江邊一小型洪積扇發(fā)育（圖4（a）），在洪積扇扇中處可見一沖溝被右旋位錯21 m 左右，并在沖溝位錯部位發(fā)育高約8 m 的陡坎，陡坎壁近直立，應(yīng)與構(gòu)造運(yùn)動有關(guān)。另外，在該點(diǎn)近似沿著沖溝的位置也發(fā)現(xiàn)了陡坎附近有斷層發(fā)育。

圖4 工作點(diǎn)地貌圖Fig.4 Topographic map of study site

在汶川縣東側(cè)姜維城附近，構(gòu)造地貌清晰（圖4（b））。遙感影像上，可見山坡發(fā)育小型溝槽，靠下游溝壁基巖呈線性延伸，且溝壁較筆直，類似關(guān)門閘。底部沖溝在該處右旋位錯約193 m。在沖溝中可見基巖斷層面發(fā)育，根據(jù)擦痕階步特征，可分析該斷層為逆斷層。在沖溝另一側(cè)溝壁上可見山脊上發(fā)育多級臺階，山脊上堆積有黃土，拔河高度約100 m，相當(dāng)于Ⅳ級階地，根據(jù)楊文光（2005）的研究，該斷層形成時(shí)代約100 ka，表明斷裂晚更新世以來具有活動性。

汶川雁門鄉(xiāng)斷裂發(fā)育在元古界花崗巖與震旦系白云巖之間，表現(xiàn)為花崗巖逆沖于白云巖、白云巖逆沖于泥盆系河心組千枚巖之上的高角度逆沖組合?；◢弾r局部具碎裂、片麻及眼球狀構(gòu)造，有的已強(qiáng)烈糜棱巖化。

在汶川七盤溝一帶，七盤溝右側(cè)山脊呈線性延伸，線性山脊呈中間低、兩側(cè)高的“元寶”形（圖4（c）），該山脊發(fā)生右旋位錯，錯距約97 m（圖4（d））。多條斷層的發(fā)育斷層發(fā)育于震旦系燈影組白云巖中，白云巖變形強(qiáng)烈，未見切錯頂部坡積礫石層（圖5）。因此推測山脊下凹位置應(yīng)為斷層帶，斷層帶物質(zhì)破碎，侵蝕相對較強(qiáng)，造成下凹地形。

圖5 茂縣-汶川斷裂帶汶川七盤溝口剖面（1∶25 萬綿陽幅修編）Fig.5 Qipan ditch section of the Maoxian-Wenchuan fault zone （According to 1∶250 000 Mianyang revision）

在汶川芤山村南西約400 m 可見由次棱角狀、分選性較好的碳酸巖組成的中礫礫石層被錯斷，垂直錯斷距約1 m，礫石層斷裂面產(chǎn)狀330°∠42°±，說明其具有一定的活動性。

2 古地震事件分析

茂縣-汶川斷裂汶川段將草坡鄉(xiāng)金波村現(xiàn)今沖溝緣側(cè)壁右旋位錯23～25 m，并將廢棄古沖溝側(cè)緣壁右旋累積位錯80～100 m（周榮軍等，2006）。在對茂縣-汶川斷裂汶川段地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，開挖了構(gòu)造地貌清晰且有后期沉積物堆積的探槽。

2.1 探槽剖面

在草坡鄉(xiāng)金波村發(fā)現(xiàn)走向NE54°、寬約10 m、深3～5 m 的斷裂凹槽，凹槽切過山脊時(shí)形成埡口地貌，山脊右旋位錯約70 m（王旭光等，2017），據(jù)此在金波村開挖Tc1、Tc2 探槽。Tc1 探槽位于金波村斷層槽谷，該槽谷位于金波村古沖溝溝谷西側(cè)邊緣，處于古沖溝沉積物和基巖過渡地帶。沖溝近直線展布，深度為3～5 m，西側(cè)為線性灰綠色千枚巖壟，東側(cè)為砂礫石層陡崖，溝谷較陡峭，處于古沖溝沉積物和基巖過渡地帶，探槽開挖規(guī)模為12 m×3 m×4 m。Tc2 探槽位于山脊斷層埡口陡坎延伸處，在Tc1 探槽北東約500 m 附近。在山腳處發(fā)育陡坎，高度約2 m，Tc2 探槽處于小型圍椅狀匯水盆地中，匯水盆地底部地形平坦，是沉積物堆積的有利位置，探槽開挖規(guī)模為25 m×3 m×（3.5～5）m（圖6～圖7）。

圖6 草坡鄉(xiāng)金波村槽探分布Fig.6 The Trough exploration location map of Jinbo village

圖7 草坡鄉(xiāng)金波村槽探分布遙感圖Fig.7 Remote Sensing map of trough exploration distribution in Jinbo Village

Tc1 探槽內(nèi)共揭露9 個(gè)地層，共選取了3 個(gè)14C 樣品進(jìn)行測年。Tc2 探槽內(nèi)共揭露3 個(gè)地層，共選取了2 個(gè)14C 樣品進(jìn)行測年（表1）。

表1 探槽揭露地層與樣品年代Table 1 Form of trenching exposes strata and sample age

2.2 探槽分析

探槽內(nèi)的古地震識別標(biāo)志包括變形標(biāo)志和沉積標(biāo)志（丁國瑜，1982），探槽主要特征如下。

從Tc1 剖面（圖8～圖9）可以看出，剖面中沉積物豐富，顏色偏深，沉積物較細(xì)，可識別出9 套地層。各地層特征如表1 所示。Tc1 剖面可識別出F1和F2斷裂，2 條斷裂傾向相反，相交于近地表處。F1斷裂由多條斷裂組成，構(gòu)成寬約5 m 的礫石定向帶。F1-1錯動了U1、U2、U3 層，被U4 層覆蓋，U2、U3 層在近斷裂處發(fā)生下陷、增厚，斷裂產(chǎn)狀43°/NW∠62°。F1-2錯動了U1 層，并被U3 層覆蓋，礫石沿?cái)嗔衙娉识ㄏ蛘共?。F1-3將U3 層錯動約40 cm，向上延伸跡象不明顯。F1-4和F1-5斷層相互交切，斷裂最新錯動U3 層，U3層被錯動約60 cm，上部被崩積楔W1 覆蓋。另外有一斷裂面向上延伸至近地表，被U9 人工改造礫石層覆蓋，崩積楔W1 與該斷裂密切關(guān)系。F1-6在剖面底部較清晰，礫石定向明顯，向上斷裂跡象較弱，間隔出露定向礫石。F2斷裂在剖面東側(cè)出露，沿?cái)嗔衙娴[石定向排列明顯（圖7），斷裂向上延伸，在近地表處與F1斷層相交。

圖8 金波村Tc1 探槽拼接圖及解譯結(jié)果Fig.8 Tc1 probe slot mosaics and interpretation results in Jinbo village

圖9 金波村Tc1 探槽斷面處細(xì)節(jié)Fig.9 Tc1 probe groove section of Jinbocun detail map

在Tc2 剖面（圖10～圖11）中可以看出共沉積4 套地層。U1 層只見于剖面左側(cè)，為淺棕紅色含礫粉砂、黏土層，礫石粒徑小，為1～2 cm，磨圓較好。該層左側(cè)受斷層作用與U2 層截然相接，在右側(cè)呈背型展出，下伏于U2 層中。U2 層構(gòu)成了剖面的主體，為灰黃色礫石層，礫石分選差，大的礫徑可達(dá)50 cm 左右，礫石成分主要為玄武巖或安山巖，與Tc1 中的U1 層具有一定關(guān)系，磨圓中等至較好。U3 層具有中間薄、兩側(cè)厚的特征，為灰色含礫石黏土層，局部夾有礫石，但礫徑小，具有一定磨圓度。U4 層為地表根植層，層中局部有現(xiàn)代植物腐木等。

圖10 金波村Tc2 剖面及解譯Fig.10 Tc2 section and interpretation map of Jinbo village

圖11 金波村Tc2 探槽斷面處細(xì)節(jié)Fig.11 Tc2 probe groove section of Jinbocun detail map

Tc2 剖面可識別出3 條斷層。探槽北壁F1主要發(fā)育于U2 礫石層中，沿?cái)嗔衙娴[石定向明顯，向上延伸到地表處，對應(yīng)地表高約1.3 m 的田坎；U3 層終止于斷裂上盤，應(yīng)與斷裂作用有關(guān)，U3 層之上為近代沉積U4 層。在斷裂底部，礫石定向排列形成寬約10 cm 的變形帶，并在下盤最底部發(fā)育終止于斷裂面的細(xì)砂透鏡體，在斷裂上盤未發(fā)現(xiàn)配套地層。探槽南壁斷裂與之對應(yīng)，且礫石定向明顯，向上分為2 條分支。U1 層在F2斷裂發(fā)育處呈背型，沿?cái)嗔衙婵梢姷[石定向，且在頂部斷裂將U3 層錯動約8 cm。F3斷裂位于剖面最左側(cè)，將U1 層錯斷，在上盤未見對應(yīng)層，但沿?cái)嗔训[石定向明顯，在頂部斷裂控制了U3 層，上盤U3 層厚度變大。

2.3 事件定年

本次采集年齡測試樣品為炭屑，樣品由中國地震局地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)測試中心測試，獲得樣品的14C 年代采用OxCal v4.2 軟件校正（尹金輝等，2005）。

綜合分析可知探槽Tc1 由老到新可揭示出2 次古地震事件：E2，E1。E1 見于F1-4、F1-5、F1-6、F2斷裂，斷裂切錯至近地表，將U1 層垂直錯動約1.5 m，并限制了U7（155±20）a、U8 層的發(fā)育，頂部覆蓋了后期堆積的松散礫石層U9。從地層疊置關(guān)系來看，E1 事件發(fā)生在U3（2 015±30 ）a 之后、U4（260±25 ）a 或U5（345±20）a 之前。E2 事件存在于F1-1、F1-2、F1-4斷裂中，錯動U1、U2、U3 層，上覆U4 層。

U5（345±20 ）a 層覆蓋在U4（260±25 ）a 層之上，U5 層主要采集的炭屑呈現(xiàn)“炭花”形態(tài)，推測在沉積前已經(jīng)形成炭屑，通過近距離搬用，快速堆積形成目前的狀態(tài)。

Tc2 探槽中揭露了1 次古地震事件E1，該事件由F3、F2、F1斷裂識別出，斷裂錯動U3（315±20 ）a 層，頂部U4（85±30 ）a 層未被錯動。

進(jìn)一步采用OxCal 軟件進(jìn)行事件年代約束，可知較老事件發(fā)生年代范圍為20～1 530 AD，較年輕事件發(fā)生年代范圍為1 680～1 900 AD（圖12）。

圖12 OxCal 軟件約束古地震事件年代Fig.12 Age of OxCal constrained paleoseismic events

3 結(jié)論

本文綜合地震地貌、探槽和年代分析在茂縣-汶川斷裂汶川段獲得了（2 015±30）a 年齡數(shù)據(jù)，進(jìn)一步確定和印證了茂縣-汶川斷裂在全新世有過活動。但（345±20）a 是否和汶川1657 年6?級地震有關(guān)，Tc1 剖面中崩積楔W1 代表的古地震事件意義，有待進(jìn)一步研究。

致謝 感謝中國地震局地質(zhì)研究所尹金輝博士對本文中14C 測年提供的幫助，感謝四川省地震局周榮軍研究員和梁明劍高級工程師對本文提出的寶貴意見。