岷山断块位于由于印度板块和欧亚板块的会聚作用形成的青藏高原东部边缘, 是新构造以来强烈隆升的断块山地, 其动力源于青藏高原物质由西向东挤出的蠕散运动(马杏垣等, 1989; 邓起东等, 1994; Tapponnier et al., 2001)。岷江断裂作为岷山断块的西边界, 构成了巴颜喀拉地块和摩天岭地块的分界(赵小麟等, 1994; 周荣军等, 2006); 同时, 岷江断裂也是东昆仑走滑断裂东端的挤压转换构造(徐锡伟等, 2003; Kirby et al., 2007; 张岳桥等, 2012), 地震活动频繁。有史料记载以来, 沿岷山断块边界断裂曾发生过多次6.0~7.2级强震, 是中国南北地震带的重要组成部分。

由于岷江断裂大多沿基岩和第四系边界展布, 受逆掩断裂前缘崩塌现象和陡削作用的影响, 地表的第四纪断错地貌现象保留较少, 识别较困难。近30a来, 国内外学者通过地质地貌调查, 结合应力场特征及地震活动图像等方法, 先后对岷江断裂的几何组合与分段、 潜在发震能力、 古地震复发周期、 垂直与水平位移及速率、 断裂力学性质、 第四纪活动时代及特点等进行了研究(杨景春等, 1979; 赵小麟等, 1994; 钱洪等, 1995; Burchfield et al., 1995; 周荣军等, 2000; Kirby et al., 2000; 张军龙等, 2013), 取得了许多认识, 但分歧仍然较大。其中, 赵小麟等(1994)在川主寺附近根据漳金沟金矿的来源与砂金的运移规律以及Ⅱ 级阶地年龄、 位移量, 初步估算岷江断裂带第四纪以来的平均左旋滑动速率为1mm/a、 垂直速率< 1mm/a, 该研究的时间尺度大, 不能代表断裂的最新活动特征。周荣军等(2000)在寒盼— 川盘附近利用Ⅱ 级阶地和洪积扇上形成的陡坎高度及阶地年龄计算获取的岷江断裂北段晚第四纪以来的平均垂直滑动速率为0.37~0.53mm/a, 垂直位移量与水平位移量大致相当, 最大同震位移量为1.6m, 潜在地震能力为7~7.5级, 7.0~7.5级地震的复发间隔为1i206~5i400a, 6^1/2~6^4/3级地震的复发间隔为580~1i040a。 该研究中所利用的陡坎走向与河流流向一致, 无法排除河流下切作用的影响; 同时, 仅靠经验关系获取的震级和复发间隔存在较大的不确定性。张军龙等(2013)认为, 岷江断裂的同震位移量为2.1~2.3m, 垂直活动速率为0.45mm/a, 复发周期为2i557~3i410a, 发震潜能为7.1级; 该研究所依据的漳金沟口探槽揭示的断裂为正断性质, 但评估发震潜能时利用了青藏地区逆断层经验关系。邓起东等(1994)、 赵小麟等(1994)认为岷江断裂是1条第四纪逆冲走滑断裂, 晚更新世以来具有强烈活动性。张岳桥等(2010)基于地貌特征和盆地沉积物测年结果, 认为该断裂是1条E倾的中更新世张性断裂。Kirby 等(2000)认为该断裂具有逆冲性质, 但断裂的空间位置大多根据地貌推测。目前有关岷江断裂研究的分歧主要在于断裂的性质、 断裂的空间几何位置以及最新活动参数的厘定, 其原因是一直没有发现确凿可信的断裂活动剖面, 很多认识仅来源于地貌和经验关系分析。

针对以上问题, 本文通过高分辨率遥感解译、 地质地貌调查、 微地貌测量及古地震探槽开挖相结合的方法, 给出了断裂的准确空间几何位置, 获取了岷江断裂北段(弓嘎岭— 川主寺段)的全新世活动参数, 评价了其地震危险性。

喜马拉雅运动以来, 受青藏高原持续抬升和高原物质向E蠕散的影响, 区域主压应力场变为NWW向, 岷江断裂转换为逆冲推覆性质。本文研究的岷江断裂属于该逆冲推覆构造系的前缘, 控制了沿岷江河谷发育的晚新近纪— 第四纪断陷盆地— — 漳腊盆地和弓嘎岭盆地; 盆地内于上新世末开始接受沉积。盆地中堆积了早更新世的文家祠组, 中更新世观音山组、 对河寺组和元山子组以及晚更新世的飞机坝组。其中, 文家祠组为冰川、 冰水沉积, 观音山组为冲积扇沉积, 对河寺组是早期的河流相沉积, 元山子组为黄土沉积, 飞机坝组由河流相砾石层构成, 全新统为现代冲积砾石。

岷江断裂构成了巴颜喀拉地块和摩天岭地块的重要边界断裂, 断裂东侧的摩天岭属于地貌陡变带, 地形起伏度大; 巴颜喀拉地块为若尔盖高原盆地, 地形起伏度相对较小。由于岷江断裂的逆冲推覆作用, 岷江西岸第四系沉积保留相对较少, 阶地发育较差, 一般发育2— 3级, 且阶地面相对比较窄小, 阶地堆积物由黄灰色碎石层夹黄色砂质黏土层、 冲积砂砾层构成。而岷江东岸第四系沉积较厚, 发育5— 6级宽广平稳的层状阶地面, 反映了岷江断裂EW向单侧隆起和掀斜作用(杨农等, 2003; 唐文清等, 2004)。

广义的岷江断裂由东西2支组成, 西支与东支平行, 相隔10~20km; 西支断裂活动性甚弱, 本文论及的岷江断裂是指东支断裂。岷江断裂北起弓嘎岭以北的塔藏断裂, 向南经弓嘎岭、 尕米寺、 川主寺至松潘后, 大致沿岷江西岸继续向南, 经过镇江关、 叠溪镇, 延伸至茂县北, 总体走向近SN, 倾向W, 全长约170km。断裂以弓嘎岭、 川主寺、 镇江关为界分为4段。本文重点讨论的岷江断裂北段为弓嘎岭— 川主寺段F_1-2(图1), 长度约40km, 经过卡卡沟、 尕米寺、 川盘, 至川主寺虹桥关。由弓嘎岭— 尕米寺北和尕米寺北— 川主寺2个亚段组成, 两者在尕米寺北的小西天山呈右阶羽列展布, 长度均约为20km。另据野外调查发现, 尕米寺北至川盘一带大型滑坡呈线性展布, 可能与最新构造活动有关。

图 1

Fig. 1

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	图 1 岷江断裂区域地震构造简图Fig. 1 Maps showing geology and earthquakes of the study area.

图 2

Fig. 2

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	图 2 川盘村附近遥感影像解译图及构造地貌测量图 a 遥感影像解译; b 实测构造地貌平面图; c 冲沟指示的左旋走滑; d 实测构造地貌剖面图Fig. 2 Interpretation of remote sensing image and survey of tectonic geomorphology near Chuanpan village.

岷江断裂北段在遥感影像上的线性特征明显(图2a), 断裂主要展布于弓嘎岭盆地和漳腊盆地的西部山前地带, 断裂沿线可见断错山脊、 槽谷地貌和断错阶地陡坎等现象(图2b)。野外调查中, 在川盘村附近发育至少3级河流阶地, Ⅰ 级阶地的拔河高度10m, Ⅱ 级阶地的拔河高度17~25m, Ⅲ 级阶地的拔河高度约40m。在Ⅱ 级阶地上发育近SN向断层陡坎, 线性较好, 受人为影响较小, 差分GPS实测陡坎垂直高度约3.1m(图2d)。发育在Ⅱ 级阶地上、 邻近探槽的小冲沟发生左旋位错, 现代冲沟和弃沟之间的累计位错量约3.1m(图2c)。说明岷江断裂在Ⅱ 级阶地上的累积垂直位移量和累积水平走滑量相当, 说明该断裂段具有逆冲兼左旋走滑性质。

为了尽最大可能获得用于测年的细颗粒沉积物质, 探槽布设在川盘村南, 岷江西岸靠近山前的Ⅱ 级阶地上; 该点断层线性陡坎连续发育较好、 且靠近地表冲沟口。垂直断层陡坎近EW向展布的探槽不仅揭示了清晰的断面, 而且开挖过程中由于下盘阻水, 可见顺断层发育上升泉。探槽中揭示的断裂面宽25~35cm, 北壁的断面倾向260° , 倾角29° (图3); 南壁的断面倾向260° , 倾角28° (图4)。 表现为低角度逆冲性质。根据断层、 崩积楔与地层的切盖关系(冉勇康等, 2012), 探槽中揭示了3次古地震事件, 最新1次事件发生在距今0~295a, 第2次事件发生在距今1i405~1i565a, 第1次事件发生在距今2i750~2i875a, 复发周期约1i110~1i565a。由古地震事件分析可知, 离逝时间约0~295a。探槽南北2壁均揭示了4套地层、 3个崩积楔和1个断面。

图 3

Fig. 3

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	图 3 川盘探槽北壁照片拼接解译图Fig. 3 Photomosaic and interpretation of the north wall of Chuanpan trench.

图 4

Fig. 4

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	图 4 川盘探槽南壁照片拼接解译图Fig. 4 Photomosaic and interpretation of the south wall of Chuanpan trench.

探槽北壁具体地层描述如下:

U4 第1次事件发生之前的古地表, 可见古土壤发育, 主要为棕红色黏土, 偶见砾石, 最大粒径可达10cm, 距今8i540~8i630a。

U3 以河流相砾石、 粗砂为主, 颜色微黄, 粒径2~10cm, 最大粒径可达15cm, 夹黏土, 分选差, 磨圆度高, 有一定的胶结。

U2 河流相砾石、 粗砂, 颜色浅灰, 粒径5~15cm, 最大粒径可达25cm, 偶见巨砾, 有一定的分选, 磨圆度高。

U1 以冲洪积相砾石、 粗砂为主, 颜色浅黄, 粒径1~5cm, 最大粒径可达12cm, 夹黏土, 分选差, 中等磨圆。

Uc 最新1次事件形成的坎前堆积, 主要为黏土堆积, 混杂少量砾石, 偶见石砾, 无层理; 表层为棕红色耕作土, 含腐殖质, 距今0~280a。

Ub 第2次事件形成的崩积楔, 主要为砾石和黏土混杂堆积, 粒径3~7cm, 最大粒径可达17cm, 距今1i415~1i565a。

Ua 第1次事件形成的崩积楔, 下为粗颗粒为主的Ua1层, 上为细颗粒为主的Ua2层, 形成明显的二元结构。 其中, Ua1以砾石和黏土混杂堆积为主, 粒径2~6cm, 最大粒径可达15cm, 分选一般, 磨圆度高, 距今2i765~2i875a; Ua2 为第1次事件后形成的生长地层, 颗粒较细, 主要为黏土, 偶见砾石, 具白色盐碱化特征, 顶部可见含黑色有机质的古土壤薄层, 距今1i415~1i565a。

探槽南壁具体地层描述如下:

U4 第1次事件发生之前的古地表, 可见古土壤发育, 主要为棕红色黏土, 偶见砾石, 最大粒径可达10cm, 距今8i560~8i975a。

U3 以河流相砾石、 粗砂为主, 颜色微黄, 粒径2~10cm, 最大粒径可达15cm, 夹黏土, 分选差, 磨圆度高, 有一定的胶结。

U2 河流相砾石、 粗砂, 颜色浅灰, 粒径5~15cm, 最大粒径可达25cm, 偶见巨砾, 有一定的分选, 磨圆度高。

U1 以冲洪积相砾石、 粗砂为主, 颜色浅黄, 粒径1~5cm, 最大粒径可达12cm, 夹黏土, 分选差, 中等磨圆。

Uc 最新1次事件形成的坎前堆积, 主要为黏土堆积, 混杂少量砾石, 偶见巨砾, 无层理。表层为棕红色耕作土, 含腐殖质, 距今0~295a。

Ub 第2次事件形成的推覆楔, 主要为砾石和黏土混杂堆积, 粒径3~6cm, 最大粒径可达15cm, 楔体内部出现砾石定向排列, 呈现出挠曲变形, 距今1i405~1i550a。

Ua 第1次事件形成的崩积楔, 下为粗颗粒为主的Ua1层, 上为细颗粒为主的Ua2层, 形成明显的二元结构。 其中, Ua1 以砾石和黏土混杂堆积为主, 粒径2~6cm, 分选一般, 磨圆度高; 采集的炭屑样品编号分别为MJTC2SC-28, MJTC2SC-7, 由于前者距离断裂较远, 可能经历了后期沉积过程, 所以采用MJTC2SC-7的测年结果为2i750~2i875aiBP; Ua2为第1次事件后形成的生长地层, 颗粒较细, 主要为黏土, 偶见砾石, 具白色盐碱化特征, 顶部可见含黑色有机质的古土壤薄层, 距今1i405~1i550a。

对探槽揭示的3次古地震事件分析如下: 在原始快速沉积的冲洪积地层U1、 U2、 U3上, 沉积了地表棕红色黏性土壤层U4; 第1次事件将U1、 U2、 U3、 U4同时错断, 形成Ua1崩积楔, 发生在2i750~2i875aiBP; 由于U3和U2可能受到一定的剥蚀作用, 利用U1的顶面计算的累积垂直位移量约3m, 这与地表微地貌测量结果吻合较好; 后又不断覆盖沉积形成Ua2层, 并在Ua2表层形成古土壤层(古地表面)。第2次事件发生在1i405~1i565aiBP, 将Ua1、 Ua2地层错断, 形成Ub崩积楔。最新1次事件错断Ub, 形成Uc崩积楔, 并在地表形成耕作土, 发生在0~295aiBP。在3次古地震事件参与下, 探槽两壁均揭示出U1层随着断面的推覆作用在水平方向上缩短约3m, 可见由于断层滑动作用造成的水平累积缩短量约为3m。松潘地区自公元638年5^3/4级地震以来, 已有1i300多a的历史记录, 遗漏6级以上强震记录的可能性较小; 据历史地震记载, 1748年松潘漳腊北发生了 6^1/2 级地震, 可能对应最新1次地震事件。

断裂长度(分段长度)、 累积位移量与同震位移量、 滑动速率、 古地震、 离逝时间、 复发周期, 是活动构造地震危险性评价的重要定量参数(邓起东等, 2004)。由前述可知, 岷江断裂北段的古地震复发周期为1i110~1i565a, 离逝时间约0~295a, 微地貌测量获取的Ⅱ 级阶地上的累积垂直位移量和水平走滑量约3.1m, 累积水平缩短量约3.0m。如果认为该断裂段地震为位移相依的特征地震, 那么同震垂直位移量和同震水平走滑量均约为1.0m, 矢量合成的同震位移约1.4m, 同震水平缩短量为1.0m。根据古地震复发周期和同震位移量, 计算获得该断裂段的垂直位移速率和水平走滑速率为0.7~0.9mm/a。结合地层年代测试结果, 距今2i750~2i875a以来累积的水平缩短量约为3.0m, 计算获得该断裂段的水平缩短速率为1.0~1.1mm/a。邓起东等(1992)的青藏地区走滑及逆冲性质断裂的震级与地表破裂长度、 位移量的关系式为

M=5.34+lgL+lgD1M=5.1+lgL+lgD2

式(1)为走滑性质, 式(2)为逆冲性质; 岷江断裂北段长度L为40km, 同震位移D为1.4m。据式(1)、(2)计算获得该断裂段具备发生6.9~7.1级地震的潜在能力。岷山断块边界断裂在该区域发生过多个强震, 1976年松潘-平武7.2级强震群与2017年九寨沟7.0级地震均没有地表破裂; 川盘探槽揭示的岷江断裂同震垂直位移约1m左右的地震事件, 震级应≥ 7.0级。根据离逝时间, 分析认为该断裂段目前处于应力积累阶段, 具有一定的地震危险性。

本研究针对岷江断裂北段, 采用高分辨率遥感影像解译、 地质地貌调查、 微地貌测量及探槽开挖等相结合的方法, 取得了以下初步认识和结果:

(1)川盘村附近Ⅱ 级阶地断错地貌线性较好, 实测断层陡坎垂直高度约3.1m, 冲沟累积水平走滑量约3.1m, 由断层作用造成的水平累积缩短量约3.0m, 断裂具有逆冲兼左旋走滑性质。按照位移相依的特征地震计算, 同震垂直位移量和水平走滑量约为1.0m, 同震水平缩短量为1.0m。结合地层年代测试结果, 计算获得该断裂段的垂直位移速率和水平走滑速率为0.7~0.9mm/a, 水平缩短速率为1.0~1.1mm/a。根据相关关系式计算结果, 分析认为该断裂段具备发生7.0级以上地震的潜在能力, 目前处于应力积累阶段, 具有一定的地震危险性。

(2)探槽揭示了岷江断裂北段具有低角度逆冲特征, 倾向260° , 倾角29° , 从而准确厘定了断裂的空间几何展布位置, 为后续研究提供了可靠依据; 同时, 探槽还揭示出3次古地震事件, 最新1次事件发生在距今0~295a, 第2次事件发生在距今1i405~1i565a, 第1次事件发生在距今2i750~2i875a, 复发周期约1i110~1i565a, 离逝时间约0~295a。

另外, 受工作深度所限, 本文探槽中揭示的岷江断裂北段最新1次古地震事件的发震时间具有一定的不确定性, 与历史地震记载可能存在差异, 有待后续工作进一步证实。

致谢 感谢中国地震局地质研究所冉勇康研究员的现场指导和宝贵建议。感谢审稿专家给予的宝贵建议和意见!