龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究

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龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究

第29卷第3期地震地质V0129No32007年9月SEISMOLOGYANDGE0i,0G、,Scpt,2∞7龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究

龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究

陈国光”计凤桔1’周荣军21徐杰1’周本刚1

黎小刚2’叶友青2’

1)巾国地震局地质研究所,北京100029

2)四川省地震局,成都610041

摘要NE向展布于松潘一甘孜造lJj带与扬子陆块之剧的龙门山断裂带,是由后山断裂等4条主干断裂及其控制的冲断构造岩片组成的具前展式发育特点的推覆构造带。它形成于印支运动,此后多次活动,第四纪以来括动强烈,但不同地段活动程度具有明显的非均一性。根据地貌、地质构造,布格重力异常和地震活动等资料的综合分析研究认为:1)以位于虎牙一北川一安县一线的近sN向虎牙断裂和擂东断裂为界划分出断裂带西南段和东北段.其活动性迥然不同,西南段晚更新世以来活动强烈,中小地震频繁;东北段第四纪活动微弱,仪偶有小震分布。2)在青藏高原被挤压隆升和块体倒向滑移的作用下,川青地块IqsEE滑动,使它东缘发育的岷III隆起与被其截切的龙门山断裂带西南段一起构成了川青地块东部的活动边界,而龙门山断裂带东北段则被遗弃。

关键词龙门山断袋带活动性分段晚第四纪

中图分类号:P315.2文献标识码:A文章编号:U253—49们(2007)03一O∞7一17

O引言

龙门山断裂带位于松潘一甘孜造山带与扬子陆块的结合部位,它与岷山隆起共同构成了青藏高原东部边界的中北段。龙门山断裂带及其东南缘最新的前陆盆地是中国中部南北地震构造带的组成部分,它们的活动不仅与川西油气藏的形成密切相关,并且对解释青藏高原东部的动力学和南北地震带的地震活动具有重要意义,故龙门山断裂带的垒形特征、形成机制及演化历史等一直为许多地球科学家所关注,并从不同方面作了研究(罗志立,199l;许忐琴等,1992,1999;唐荣昌等,1993;陈社发等,1994a,b)。但是,由于断裂带沿线山高谷深,植被茂密,第四系沉积不发育,加之人为破坏,因而对该断裂带第四纪尤其是晚第四纪以来小同区段的活动特征研究较少。

本文在收集了龙门山断裂带及邻区的地貌、活动构造、地球物理和地震等资料的基础上,通过部分野外实地考察,对龙门山断裂带西南段和东北段晚第四纪以来的活动差异性作了综合分析对比,初步论述了断裂带的分段依据,并对导致其活动差异的动力学环境进行了探讨:l龙门山断裂带的发育概况

龙门山断裂带南起泸定、天全,向东北经灌县、茂汶、北川、广元北后进入陕西勉县一带,总[收藕日期】2006一12—26收稿,2007—07一16改回。(基金项目】“十一五”国家科技支撑计划项目“强震危险区划关键技术研究’(2006BAcl3舯1)资助。

658地雀地质29卷体呈NE—sw向展布,长约500k那,宽30~40km(图1)。该断裂带是由龙门山后山断裂(由耿达一陇东断裂和茂汶一汶川断裂组成)、主中央断裂(由盐井一五龙断裂、北川一映秀断裂和北川一林庵寺断裂组成)、山前断裂(由大川一双石断裂、灌县一安县断裂和江油断裂组成)和山前隐伏断裂等4条土下断裂及其控制的逆冲构造岩片(推覆体)组成的具有前展式发育特点的推覆构造带(唐荣昌等,1993)。

第四纪断皓盆地断裂团椎黜圈删面线

图1龙门山断裂带的展布厦其分段

Fig.1LmcatlonoftheLo“gmenshanFault∞neand1c暑segmeⅡtatlon

该断裂带可能自志留纪开始初现雏形,晚三叠世早期的印支运动使之成形并由北向南逆冲,同时控制了东南缘前陆盆地的发育。晚新生代开始,随着青藏高原被挤压隆升,其东部的地

3期陈国光等:龙门山断裂带晚第心纪活动性分段的初步蚰『究659壳块体被挤出且沿一砦丰要边界断裂向相对约束较弱的东缘滑移,从而改造r原先的构造格局,形成新的块断构造系统。松潘一甘孜造山带被Nw向鲜水河断裂带一分为二,两南部川滇地块往sE滑移,东北部的川青地块向sFE滑移。龙门山断裂带作为川青地块东南边界,总体上仍显示逆断推覆,但具一定的右旋走滑作用。第四纪以来,龙门山断裂带依然表现右旋逆冲活动方式,不过由于不同地段活动的非均?性,使之在构造地貌、地球物理场和地震活动等方面表现出明显的差异。

2龙门山断裂带西南段和东北段的分段依据

通过对前人有关研究结果的综合分析,龙门山断裂带大致以岷山隆起东界的近sN向虎牙断裂和北川至安县一线的擂东断裂(诧学明,1994)为界,分为西南段和东北段(图1),具晚第四纪活动差异显著。

2.1地形地虢存在明显差异

基本上由龙门山断裂带控制的“冲断岩片”组成的龙门山,其西南段南部【¨顶面一般海拔高为2

4500~3500m,最高4000m左右;北部2500—2500一4000m左右,茂县境内九顶山高达984m;东北段1500m左右,最高为3000m左右,总体中部高,西南部较高,东北段低。两南段属于青藏高原东部的前缘过渡地带,山高谷深,与成都平原界线分明,犹如屏障拔地而起,地貌反差强烈;东北段则与之迥然不同。

2000

善1500

搓1:

船戮僦翟。姆一/=攫\≯黔]

Fig2村V糖Topogmphic缸dI舭删esBt图2龙门山断裂带不同区段的地形差异var{ed]]一莓L0ngmenshanFauIfzuⅡe.sections0“he

A—A7:金山寺一广元地形剖面(断裂带东北段);8一B’:银厂一江油地形剖面(断裂带东北殷

c—c’:茂波一德阳地形剖面(断裂带中段)

地震地质29卷

图2巾c—c是跨越龙¨…晰裂带西南

段北部的茂汶一德阳地形剖面。由|墨】2日J

见,在断裂带通过处都出现显著的地形反

差,切割深度达l000m左右。流经断裂带的

岷江向茂汶一灌县段河流的比降在6‰~

10%o之间,sL指数异常(表1)。由于河流的

坡降大,出Ⅲ后因坡降突然减小而形成扇状

水系和巨大的冲积扇,构成成都平原的主体

(赵小麟等,1994a,b)。灌县一安县断裂(山

前断裂中段)是龙门山和成都平原的边界,

对成都断陷第四纪沉积(图3)有明显的控制

作用。

在东北段,如金山寺一广元和银厂一江

油的地形剖面(图2A,B)所示,断裂带通过

处两侧地形没有悬殊的高差,切割深度<Tahle1表l岷江与涪江流经龙门山断裂带时比降和sL指数对比。Comparisonofg。adicntrati㈣fJdi11dexesSLacrossbel慨nMi嘶ian#枷dFujia“gnvcrswhenⅡowi”gtheLoDgnenshanFault啪e涪扛氓江地点河警降指蓑。地点河警降指裟。波川东北汶川西南映秀西北映秀69109651178平武东南坝443465208422l454500542江油西北519592灌县西北灌县东南1385注①数据来自赵小麟等,1994&,b;②sT.指数为河流坡降指数。

500m,并且沿此段越往东北断裂两侧地形的高差越小。流经断裂带东北段的涪江及其一级支流的河床比降一般在4‰以下(袭1),涪江出山后由于坡降变化不大,保持了.单一的主河道,堆积以漫滩相为主的沉积物,并下切形成阶地,山地与平原间为丘陵(赵小麟等,1994a,b)。属于龙门山m前断裂东北段的江油断裂通过丘陵区,地形上为一个宽谷,对第四系沉积没有控制作用。

2.2断裂活动性差异

在虎牙一安县近sN向界线两侧,龙门山断裂带的几条主要断裂自晚更新世以来的活动存在显著差异。

2.2.1龙门山后山断裂

位于汶川、茂汶一线(图1),向东北止于茂汶县的神溪淘一带。张金熔等(1994)据遥感图像解译认为,断裂自神溪沟往东北继续延伸,经治城至曲河、占城(青川县两南)一带并入平武一青川断裂,表现为韧性剪切带。现将其暂称为茂汶一汶川断裂的东北延伸部分。

2.2.1l茂波一汶川断裂

诙断裂为龙门山后山断裂的中段,在卫片上显示清晰的线性构造(图4),在断裂通过处断层沟槽、坡中槽、断层陡坎等构造地貌清楚,并同步右旋断错了JlJ脊、阶地和不同长度的冲沟。据周荣军等(2005)@,在茂汶县石鼓,断裂把顶部沉积物礼年龄为(2

地形。64±017)万年的Ⅱ级阶地右旋断错15~20m,并形成坡中槽;高坎附近,断裂从I级阶地后缘通过形成明显的淘槽负

在汶川县姜维城,晚更新世中晚期形成的Ⅲ级阶地砂砾层中有古地震引起的砂脉穿人(图5),从砂脉穿过的地层判断,可能是由2次古地震事件形成的。

图6是茂汶一汶川断裂jB端的断裂剖面。断裂通过处在地貌上呈现清晰的线性沟槽。它①周荣军等,2005,青藏高燎东缘疆动构造。

3期陈同光等:龙门lJI断裂带晚第册纪活动性分段的初步研究

图3成都平原第四系厚度等值线图(据四川省地质局,1977)

Fig.3contoursofQu8tern4ry“ckne8sintheche“Bd”plain

(矗omGeol。glcalAdministrationofsich啪Province,1977).

发育在震旦系硅质岩、硅化白云岩与志留系砂页岩之间,形成可见厚度3~4m的钙质胶结断层角砾岩。在断层角砾岩和震旦系硅质岩、硅化自云岩之间有30cm厚、尚未胶结非常疏松的粉状破碎岩,断裂上没有第四纪沉积物覆盖。根据断层地貌、构造岩极为疏松而未胶结等判断,该断裂晚更新世以来可能活动过。

沿茂汶一汶川断裂,历史上曾发生多次5级左右的中强震,其中最大的是1657年汶川附近的6坯级地震。

根据上述茂汶一泣川断裂的构造地貌、古地震引起的砂脉、疏松而未胶结的构造岩和历史上有中强地震活动等判断,该断裂的活动可能延续到全新世,活动性质为右旋逆冲。

662地震地质29卷

图4龙门山断裂带&邻区的卫星影像

m89e。ftheLo”gm㈣kmFau】f础andits㈣uⅡdlr‘gnreas

01m

1....._J

图5汶川姜维城河流Ⅲ级阶地砂砾石层中的_占地震砂脉①

Fig.5Pahe。seismicsaⅡdyvelnmIhecoarsegandylayerofteHaceⅢatJia“gweiTown,WcnchuaⅡ

①获黄色垃洪鞭砾石层;②褐灰色砂夹改棱角状砾石;@辊砂;@褐灰色砂砾矗;

⑤黄褐色细一粉砂;⑥土黄色细砂;⑦青灰色细一粉砂;⑧砂脉

①同660页①。

3期陈国光等:龙门山断裂带晚第网纪活动性分段妁韧步研究663

图6茂汶县城北一道班茂汶一汶川断裂剖面

Fig6c删sccLjonofMaowen—wenchuanFdultatDaob蚰ofnorthMaowencounty

①条带状硅质岩;②灰白色硅化白云岩;@钙质胶结断层角砾岩;④疏橙的破碎岩

2.2.1,2茂汶一汶川断裂NE向延伸部分

从卫星影像上看,茂汶一汶川断裂延伸至茂汶县城东北后,走向由NE转变为NEE,断裂形迹不清楚,影像也变得较模糊,但它未穿过近sN向构造(圈4)。据张金熔等(1994)研究,该段断裂东北段在志留系浅变质岩中通过,表现为韧性剪切带,没有晚更新世以来活动的迹象。

综上所述,龙门山后山断裂西南段(茂汶一汶川断裂段)的活动可能一直延续到晚更新世.甚至全新世,而其继续向东北延伸段晚更新世以来没有活动的迹象。

2.2.2龙门山主中央断裂

龙门山主中央断裂包括南段的盐井一五龙断裂、中段北川一映秀断裂和北段北川一林庵寺断裂(图1)。文中仅涉及其中段和北段。

2.2.2.1北川一映秀断裂(中段)

北川一映秀断裂西侧是龙门山的高山区,海拔在4ooo~5oootn,而其东侧即为海拔1000—2000m的中低山区,断裂两侧地形反差悬殊(图2c)。断裂在卫星照片上具有清晰的线性影像(图4)。沿断裂各种断错地貌、断层槽沟、断塞塘等断裂地貌颇为发育,保存完好。

断裂在北川擂鼓北呈一典型的断裂沟槽,并右旋位错了下部沉积物TL年龄为(83±O.7)kaBP的小冲沟达8mq)。它在寒武系灰岩和砂岩中通过时使地层产生右旋逆冲的牵引(图7),并在地形上形成陡坎,但因缺少新沉积物覆盖而难以确定其活动时代。

图8为北川一映秀断裂的构造破碎带,断裂发育在中一上志留统中,破碎带可见宽度约5m,在破碎带的两侧断面上均有2cm左右厚、具磨擦镜面、细腻的灰白色新鲜断层泥,表明断裂活动时代相对较新。在该构造破碎带上方约几十米高处,断裂断错了1℃年龄为(13.80±o.26)kaBP的沉积物(图9)罾。

①同660页①。@四川省地震局工程地震研究院,2005,95工程场地地震安全性评价报告。

664地震地质

图10是』E川一映秀断裂在胥家沟附近断塞塘

的探槽剖面。在该剖面中可揭示m2次古地震事

件:事件I发生在层④沉积以后,即1℃年龄为

(219l±029)kaBP以后,被层⑤所覆盖;根据砂

脉②的'穿透层位为层⑥,即。℃年龄为(“.77

0.36)kaBP判断,事件Ⅱ应发生在该年龄以后“’。2I........................_J

沿该断裂历史上发生过多次中强地震,最大是

1958年北川附近的6.2级地震。

因此,根据北川一映秀断裂的构造地貌、线性影

像、地质剖面揭露的断裂活动性,以及所获得的年代图7北川擂鼓北堰坎北川一映秀断裂剖面F酶7FauItatcrossscctl0D0fthcBcichuan—Yi“gxiuYankannor【htoLeigu0fBelchuan①灰黑色中薄层灰岩;②灰黑色中薄层细砂岩;

@灰岩破碎带

——一S5。E

阿8擂鼓盖头山西侧高楼门北小河左岸北川一映秀断裂的构造破碎带

Fig.8CrushbeI【intheBelchuan—Ym醛【uF蛐llon【he

normorGa010umen.weslnunkofIhel曲bBnko“heinBelxiaoheriver,CHit嘶hanLd部】.

①扶白色、灰黄色夹砂砾,②灰黄色砂岩破碎带;③灰白色碎裂岩,断裂而上有2cm左冉厚、具滑动镜呵的灰白色断层泥④灰黄色透镜体带;⑤灰黄色、灰白色崭i裂岩夹透镜体带,⑥灰紫色破碎透镜体;⑦灰黄色遥镜体带,断面附近有片理化

⑧灰黑色灰岩砂岩破碎带,略其层理;⑨脏黄色断层角砑;@艇黄色略具层理砂岩;@灰黄色、灰白色断层泥炙碎砾

罔9擂鼓盖头…西坡北川一映秀断裂剖面①

Fig9CrosBsectionoftkBeich帅YjngxluFaunn¨llewest…lopeoftheGaitoushanhⅢinI—eigu

①褐红色粘土夹肤岩碎块;②土黄色黏土;③黑色黏土夹泥炭;④现代耕作土;▲”c采样点①同660页①。

3新陈翻光等:龙门』fI断裂带晚第幽纪活动性分段的初步研究665目

{匾

Ol234567

距离/m

同10臂家沟附近北川一映秀断裂探槽剖面④

Fig10CrosssectlonofthetrenchontheBeI曲uall.Yi“舒iuFaultnearXuJj890u

①棕黑色块碎石丧黏土、炭化术;②灰黑色黏质耪砂;③灰白色粗砂吏块碎石;@灰黑色砂上夹块碎石、炭

屑;⑤灰白色黏士;⑥褐黄色砂质黏土;⑦土黄色砂土麦块碎石;⑧青灰色粗砂夹块碎石.⑨黄黑色块碎石

兜砂土;@现代腐殖土;▲’4c采样点及年代

学证据,可判定该断裂晚更新世晚期以来仍有较强烈的活动。

22.22北川一林庵寺断裂

它为龙门山主中央断裂之北段。该断裂在卫星影像上有一定显示(图4),断裂在山坡上通过时形成一兮不太清晰的坡折,在软弱岩层<如志留系页岩等)中通过时呈现为宽谷。

在北川北黄家坝村桥头,断裂发育于

泥盆系灰岩和浅变质的志留系千枚状页

岩之间,页岩破碎、变形强烈,灰岩较破

碎。在破碎的两套地层问发育了10~

50cm宽、半胶结的挤压透镜体和片理带

(图11)。黄家坝村向北的复兴西南张家

淘,断裂从半山腰通过,地貌上元显示;断

错地层为寒武系砂岩与志留系砂页岩(图

12),破碎岩为半胶结一胶结状态的构造

角砾岩和密集劈理带。

在广元彭家湾,断裂上覆厚约3m的

中更新世堆积物保存完好,在其下部样品

的TL年龄为(124.83±7,25)ka蛐(图

13)。根据地貌、构造岩胶结程度和上覆

堆积物的测年资料,它晚更新世以来无活

动。图11北川北黄家坝村桥头北川一林庵寺断裂剖面FiE.1la1CrosssectionofEheBeich啪一LinaⅡs1FaullQ1aolouofHuan圈iahvⅢage,Beichu且n①灰色、灰黄色千枝状页岩,破碎,近断裂处有牵引;②挤压透镜体及挤压片理带,下宽上笮,③中薄层灰岩.响靠解石脉穿插。近断裂面处薄层扶岩有牵引;@塌落体

①同660页①。②中国地震局地质研究所,l母99,兰州一成都辖油管道工程滑线断裂牾动蛙评价报告。

666地震地质29卷

沿北川一林庵寺断裂历史上没有发生

过破坏性地震,现代小震活动也很弱。

根据上述断裂的构造地貌、破碎岩的

胶结程度、断裂上覆沉积物的年代和地震

活动特征判断,北川一林庵寺断裂晚更新

世以来没有地表活动的证据。

2.2.3龙门山山前断裂

龙门山山前断裂包括灌县一安县断裂

F19Uu?囡日;囡砂#团黼圈螂幽12』匕川北复兴西南张家沟北川一林庵寺断裂剖瞄12CrosssectionoftheBelchuan—LjnanslFaul【

(中段)和江油断裂(东北段)(图1)。

2.2.3.1灌县一安县断裂atzhan西i890u,southweslofFuxl“g,哪nh沁Belch啪

该断裂在卫片上线性影像清晰(图4);话断裂断层陡坎、边坡脊、断层沟槽、断错水系和山脊,以及大小不一的断塞塘等各种断裂地貌发育;它控制了成都第四纪断陷盆地的发育∞。

隔13广元彭家湾北川一林庵寺断裂剖面②

F嘻13crosssectionoftheBeichuan?LmanslFauhatPen酊lawall,cuangy啪c】1y

周荣军等(2005)③,在大邑青石坪沿该断裂开挖的探槽中,揭示出2次古地震事件,最新一次发生的1℃年龄为(3830±220)一(1170±loo)aBP,而比较接近前者。

在彭州菩萨堂开挖的剖面卜,灌县一安县断裂发育于洪积砂砾石和灰色、灰黑色的黏土夹碎石(断塞塘沉积)之间,由2条次级断裂组成,断面光滑,具有清晰的斜擦痕。断裂断错了TL年龄为(14.30±o.11)kaBP的地层(图14),表明该断裂自晚更新世晚期以来仍有较强烈的活动。

沿该断裂于1327年和1970年分别发生过6级和6.2级地震。

2.2.3.2江油断裂

该断裂又称香水断裂(邓起东等,1994)或马角坝断裂(唐荣昌等,1991)。它主要发育于中生代地层中,线性地貌不明显(图4),呈一宽谷。断裂规模小,由数条延伸长度<20km的次级断裂组成,破碎带宽仅几米,构造岩胶结程度好9。

图15是江油断裂的一个剖面,主断裂被I级阶地的沉积物覆盖,沉积物束变形。从断裂l蛳侧地层的完整性看,下盘侏罗系灰岩比较完整,仅发育一些节理;而上盘2叠纪地层变形较强

①李勇等,2005,青藏高原东缘龙门山晚新生代走滑挤压作用的沉积响应。

②同665页②。③间660贞①

2009(z1)

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68.李智武.刘树根.陈洪德.刘顺.郭兵.田小彬 龙门山冲断带分段-分带性构造格局及其差异变形特征[期刊论文]-成都理工大学学报(自然科学版) 2008(4)

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70.于贵华.徐锡伟.Yann Klinger.刁桂苓.陈桂华.冯向东.李陈侠.朱艾斓.袁仁茂.郭婷婷.谭锡斌.安艳芬.孙鑫喆 汶川Mw 7.9级地震同震断层陡坎类型与级联破裂模型[期刊论文]-地学前缘 2010(5)

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72.石玉涛.高原.赵翠萍.姚志祥.太龄雪.张永久 汶川地震余震序列的地震各向异性[期刊论文]-地球物理学报2009(2)

73.赵永红.白竣天.李小凡.贾科.陈辉 活动断裂带附近地下水中的氢同位素变化与地震关系研究[期刊论文]-岩石学报 2011(6)

74.石俊.王维侠.温敬霞 汶川地震前后的气象异常[期刊论文]-天文研究与技术-国家天文台台刊 2010(1)

75.李勇.黄润秋.A.L.Densmore.周荣军.闫亮.N.Richardson.董顺利.M.A.Ellis.张毅.何玉林.陈浩.乔宝成.马博琳 龙门山彭县-灌县断裂的活动构造与地表破裂[期刊论文]-第四纪研究 2009(3)

76.闻学泽.张培震.杜方.龙锋 2008年汶川8.0级地震发生的历史与现今地震活动背景[期刊论文]-地球物理学报2009(2)

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刊论文]-第四纪研究 2012(5)

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79.周斌.薛世峰.邓志辉.孙峰.蒋海昆.张晓东.卢显 水库诱发地震时空演化与库水加卸载及渗透过程的关系——以紫坪铺水库为例[期刊论文]-地球物理学报 2010(11)

80.徐杰.高祥林.周本刚.计凤桔.张进.白玉柱.陈国光 2008年汶川8.0级地震的发震构造:沿龙门山断裂带新生的地壳深部断裂[期刊论文]-地学前缘 2010(5)

81.于贵华.徐锡伟.Yann Klinger.刁桂苓.陈桂华.冯向东.李陈侠.朱艾斓.袁仁茂.郭婷婷.谭锡斌.安艳芬.孙鑫喆 汶川Mw 7.9级地震同震断层陡坎类型与级联破裂模型[期刊论文]-地学前缘 2010(5)

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