引言

荥经-马边-盐津断裂带作为1条新生的地震构造带(韩竹军等,2009),是川滇块体与华南块体的边界(徐锡伟等,2005),处于北西—南东方向的挤压环境中(曹忠权等,1993崔效锋等,2006),其西侧的大凉山次级块体被挟持着向东南运动并以本身的转动变形来调整川滇块体与四川盆地之间的变形(程佳等,2012姚琪等,2017)。相比于鲜水河断裂和大凉山断裂等青藏高原东南缘其它断裂,荥经-马边-盐津断裂带的活动性相对微弱。

天全-荥经断裂是荥经-马边-盐津断裂带的最北段断裂,北端与龙门山断裂带的双石-大川断裂相接,可能是青藏高原东南缘和四川盆地西南缘的1条活动断裂。已有研究认为天全-荥经断裂最新活动于中更新世,尚未发现晚更新世以来的活动证据(唐荣昌等,1993彭云金等,2004张世民等,2005)。该断裂尚无古地震研究成果,现代弱震沿断裂零星分布。

前人对该断裂关注程度低,断裂的最新活动性有待深入研究,目前对于该断裂孕震机制和地震构造背景认识还很欠缺。芦山地震发生后,龙门山断裂带西南段及其周边断裂带受到了人们更多的关注。天全-荥经地区位于芦山地震南西方向,被认为有发生大震的可能性(陈运泰等,2013)。对该断裂最新活动性进行探讨,为理解青藏高原东缘,尤其是川滇块体与华南块体间的构造变形样式可能带来新的启示。因此,本文通过野外地貌调查,结合差分GPS断错地貌测量等获得了断裂的空间展布,并通过区域阶地年。龄对比,分析了天全-荥经断裂晚第四纪活动性。该研究对于探讨青藏高原东缘的最新构造变形和地震危险性具有一定的意义。

1 区域动力学背景

青藏高原东南边缘的构造活动与青藏高原的形成演化和构造变形过程密切相关。随着印度板块持续向北推挤,青藏高原物质存在着持续向北推移、内部挤压隆起和向周边挤出的运动(马宗晋等,2001张家声等,2003)。高原内部、块体边界近东西向断裂由早期的逆冲挤压转变为走滑,巴颜喀拉块体和川滇块体向E和SE挤出(Tapponnier等,1982, 1986张培震等, 2003a, 2003b徐锡伟等,2003)。由于巴颜喀拉块体的向东挤出,导致了龙门山断裂带的逆冲推覆运动;川滇块体由于受到华南块体的阻挡,转向南东方向,并围绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转,是高原物质沿大型韧性走滑剪切带向SE运移时物质与能量交换和传递的重要部位(Wang等,2001张培震等, 2003a, 2003b)。川滇块体的东侧受甘孜-玉树、鲜水河、安宁河、则木河、小江等断裂带(简称鲜水河-小江断裂带)控制。受SSE向滑移的影响,鲜水河-小江断裂带以左旋走滑为特征,具有较高的滑动速率,其中鲜水河断裂和小江断裂滑动速率可达10—15mm/a(闻学泽,1990陈桂华等,2008)。现代GPS观测结果表明,川滇块体E和SE方向对华南块体边缘的作用仍在延续,但位移量级减小(张培震等,2002Shen等,2005闻学泽等,2013)。

大凉山次级活动块体是川滇块体与华南块体相互作用的次级块体,大凉山次级块体西部边界为近SN—NNW向的安宁河-则木河断裂,该断裂以左旋走滑为主,滑动速率为4—7mm/a(唐荣昌等,1993何宏林等,2007陈桂华等,2008冉勇康等,2008)。它的东部边界,即NNW向荥经-马边-盐津断裂带,表现为左旋走滑和挤压逆冲的晚第四纪活动特征(张世民等,2005),沿断裂带曾发生1216年马湖7级地震、1917年大关6级地震、1936年马边6级地震群、1974年大关7.1级地震等多次强震(图 1)。大凉山次级块体内部还发育近SN向的大凉山断裂带,主要表现为左旋走滑兼逆冲运动(申旭辉等,2000周荣军等,2003陈桂华等,2008何宏林等,2008),晚新生代以来位移量达13.5—15.5km,全新世滑动速率为3—4mm/a(周荣军等,2003陈桂华等,2008陈长云等,2008),在大凉山断裂带上有9次7级以上古地震事件发生(宋方敏等,2002)。综上所述,大凉山次级块体是1个构造活动和地震活动较为强烈的活动块体。大凉山次级块体构造活动不仅表现为边界断裂的左旋走滑,还表现为近SN向的挤压缩短,形成以来总地壳缩短量为(10.9±1.6)km(陈长云等,2008)。


图 1 大凉山次级块体及周边发震构造和块体相互作用1 Fig. 1 Active blocks and seismotectonic backround around the Daliangshan Sub-block.

1 区域活动断裂简化自徐锡伟等(2016),地震目录数据来自中国地震台网中心网站www.ceic.cn,地形为SRTM1。

天全-荥经断裂位于大凉山次级活动块体与四川盆地西南缘交界地带(姚琪等,2017),天全-荥经断裂的最新活动性反映盆地边缘现今的构造态势。天全-荥经断裂自天全县思经乡境内向东南延伸,北西段主要发育于基岩剥蚀区,向南东经过荥经县下坝村、庙岗村、黄花村、桂花村,切过荥经河,总体走向NNW(图 2,其中图 2(a)图 1右下角黑框所示区域)。唐荣昌等(1993)通过对断层泥热释光分析认为断裂活动于46万年前。


图 2 天全-荥经断裂展布(a)及荥经一带断裂与地貌分布(b)(A为冲洪积扇,T为阶地,E为滑坡体)2 Fig. 2 Spatial distribution of Tianquan – Yingjing fault (a) and geomorphology along the fault near Yingjing county (b)

2 地质图来自全国地质资料馆1:20万地质图WMTS在线服务数据,地形为SRTM1。

2 断裂活动的地貌学证据

天全-荥经断裂过荥经县桂花村的向北至下坝村段,主要沿荥经河河谷延伸(图 2)。通过卫星影像进行解译和野外实地考察,分析了晚第四纪断错地貌,利用差分GPS测量仪对断错地貌进行测量,并清理了一处剖面,以此获得天全-荥经断裂晚第四纪以来的可能活动性及活动特征。

2.1 桂花村

在桂花村附近,断裂切过阶地及河流两边的基岩山,并在基岩山中发育断层垭口、断层槽谷地貌(图 3)。在桂花村,二级阶地面形成3个高差为1—2m的次级阶地(T2、T2′和T2″),阶地坎被左旋断错,形成了NW走向的断坎(图 3),其中T2′阶地上断坎高为3.9m,T2′阶地上断坎高为5.2m(图 3(b)3(f))。测量结果显示,T2′/T2阶地坎断错左旋断错22m,T2′阶地后缘被左旋断错达40m(图 3(b)3(f))。T3阶地及以上由于修建高速公路改造,未获得断错数据。


图 3 桂花村附近地貌图 Fig. 3 Fault-related geomorphology around Guihua village
2.2 黄花村

天全-荥经断裂自桂花村向北穿过基岩山,发育断层垭口地貌(图 2(b)),向北进入荥经河河谷,在黄花村附近河堤剖面岀露断裂(图 4,位置见图 2),断层产状为46°∠73°,其中侏罗系浅灰色粉砂岩与紫色泥岩被断错。断层北盘岩层产状66°∠31°,南盘岩层产状50°∠28°,断层两侧层理均向东倾斜,且角度不一,上盘岩层倾角大,下盘岩层倾角小(图 4);断层内有薄层泥,呈近水平擦痕,据此判断断层为走滑断层,倾斜岩层的垂向视位移为断层左旋走滑运动的结果。断层上覆的坡洪积物厚约1m,未见明显断错,考虑该处可能是全新世晚期快速坡洪积,断裂仍然存在晚第四纪活动的可能性。


图 4 黄花村附近断层剖面照片及其素描图 Fig. 4 Photograph and sketch of the profile in a riverbank at Huanghua village
2.3 庙岗村

在庙岗村1组南东位置,荥经河东侧的山坡上发育大片连续滑坡体,展布长度约700m(图 5(a)(b),位置见图 2(b)),可能与地震动诱发作用和断层破碎带有关。滑坡带北西与断层垭口相连(图 5(c))。断裂向北西发育于坡洪积台地,在台地及二级阶地上形成断坎(图 5(d)(e)(f))。在庙岗村以北切割T2阶地,次级阶地T2/T2′阶地坎左旋断错约24m,T2′后缘坎断错约56m(图 5(d)(e)(f))。


图 5 庙岗村断裂地貌 Fig. 5 The topographic features of Tianquan-yingjing fault at Miaogang village.
2.4 下坝村

下坝村位于荥经河西岸,通过对卫星影像的解译和实地考察发现,下坝村T2阶地和其上的冲积扇上发育近南北向断坎,长数百米(图 6(a)(b),位置见图 2(b)),断坎最高达4.3m。冲积扇脊沿陡坎被左旋错断,经局部地形测量,断裂两侧扇脊位错量为22m(图 6(c)(d))。


图 6 下坝村断裂与地貌 Fig. 6 Fault location and geomorphology around Xiaba village.
3 地貌年代与断裂滑动速率估计

荥经河是青衣江中上游主要支流之一(张显林,1991),前人对青衣江流域阶地已经做过比较详细的调查工作(刘韶等,2014Jiang等,2016李伟等,2017)。而河流阶地一般与构造-气候旋回有关,在一定范围内,区域性阶地的形成时代具有可对比性(陈桂华等,2010),故在前人工作基础上,可以通过对比青衣江流域其它河段阶地特征,确定研究区阶地的形成时代。进行阶地对比多建立在其拔河高度的基础上,但在植被繁盛区以及强风化作用背景下,进行可靠的阶地划分对比,还需要结合阶地沉积物风化程度特征等(Jiang等,2016)。

下坝村附近T2阶地为二元结构的堆积阶地,阶地砾石层基质为砂,微风化,呈棕黄色,黏土化不明显,结构松散(图 7)。与青衣江上游河段T2堆积阶地基本相当(李伟等,2017)。此外,根据前人对青衣江流域阶地年代测试结果,同一级阶地在上游、中游、下游的测年结果大体一致,在流域尺度具有大致的等时性,T2阶地形成于晚更新世(李伟等,2017)。青衣江上游河段T2阶地OSL年龄为20—38ka.BP(李伟等,2017),中游河段T2阶地14C年龄为(40.36±4.98)ka.BP(Jiang等,2016),下游河段T2阶地ESR年龄为(31±3)ka.BP(唐熊等,2009)。据此推测荥经河二级阶地年龄应当也在20—40ka.BP左右。


图 7 下坝村T2阶地剖面照片 Fig. 7 Profile of T2 at Xiaba village.

综上所述,下坝村二级阶地上加积的二级洪积扇扇脊左旋断错22m,庙岗村T2/T2′阶地坎左旋断错24m以及桂花村T2/T2'阶地坎左旋断错22m,估算得到天全-荥经断裂晚更新世以来走滑速率为0.6—1.1mm/a。

4 讨论与总结

天全-荥经断裂作为1条现存断裂,在荥经下坝以北发育在基岩山区,无法判断其晚第四纪活动性,但在荥经下坝到桂花村一带,切过晚第四纪堆积地貌区,断裂在其间断错了多级阶地和冲积扇脊,反映天全-荥经断裂晚第四纪具有一定的活动性,最新活动为左旋走滑。根据断错地貌的年代对比和断错测量,估计断裂在20—40ka以来的左旋走滑速率为0.6—1.1mm/a。

由于该地区古地震、历史地震资料少,目前还无法估计强震复发周期。但天全-荥经断裂存在1个b值为0.7—1的异常低b值区(或凹凸体)(易桂喜等,2010),反映了该异常断裂段目前处于相对较高的应力水平,这说明该断裂发生中强地震是可能的。陈运泰等(2013)通过对小地震精确定位与芦山地震破裂过程的研究,认为龙门山断裂西南段位于芦山地震破裂空区。结合本文获取的天全-荥经断裂活动性资料,认为包括天全-荥经断裂在内的区域有发生大震的潜在危险性,应强化对该区域地震危险性的监测与多学科综合研究,并加强对天全-荥经断裂的古地震和地震地质研究,以确定该断裂的地震危险性。

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