龙门山断裂带横断层地质特征及其控震作用*

王伟锋，卿艳彬，朱传华，单新建，张晓杰

(1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；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)



龙门山断裂带横断层地质特征及其控震作用*

王伟锋1，卿艳彬1，朱传华1，单新建2，张晓杰1

(1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；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)

摘要：利用区域地质、构造、遥感地貌、地球物理、野外露头等多方面的证据，标定出龙门山断裂带横断层。在分析卧龙—怀远、虎牙断裂南段和白龙江等横断层特征及分布的基础上，探讨了横断层的控震作用。研究认为，龙门山断裂带横断层具有独立发震、使龙门山主断裂带分段活动及分段发震、与主逆冲断裂联合发震、在主震发生后控制余震传播和引发余震等多种方式的控震作用。

关键词：龙门山断裂带；横断层；控震作用；汶川地震；芦山地震

0引言

龙门山断裂带位于青藏高原东缘，属中国大陆南北地震带中段，是松潘—甘孜褶皱带与扬子板块的分界线。与龙门山断裂带斜交或垂直的横断层是客观存在的构造现象，众多学者已从不同角度对龙门山断裂带及其横断层进行了研究，并取得了大量的研究成果，龚宇等(1995)，何玉林等(1997)，张世民等(2005)，陈国光等(2007)以及张岳桥等(2008)研究了抚边河断裂、荥经—马边断裂、米亚罗断裂等区域性的北西向断裂；徐锡伟等(2008)，陈九辉等(2009)，王鹏等(2013)，闫亮等(2009)及谭锡斌等(2010)在汶川地震后通过研究发现了北西向的小鱼洞断裂和近南北向的擂鼓断裂；魏成阶等(2012)通过遥感解译论述了北西向横断层基本特征；王伟锋等(2014)利用北西向横断层对龙门山断裂带进行了分段研究。但比较系统讨论龙门山断裂带横断层地质特征的研究较少，横断层对龙门山主断裂发震的影响和控震作用方面的研究更少。汶川地震和芦山地震发生后引起的一些现象，至今没有令人信服的解释，如汶川地震主震发生后余震为何不向南西方向传播，而是戛然终止在卧龙—怀远一线；为何余震向北东呈分段脉动式传播，又在白龙江一线终止；为何沿汶川—理县一带余震分布长达约80 km；芦山地震余震为何稍微有向南传播的趋势，两次地震之间的余震空白段(高原等，2013)又是怎样形成的？横断层的存在及其同震活动可以很好的解释这些疑问。因此，亟需开展对龙门山断裂带横断层特征、形成机制和控震作用等方面的研究。

1横断层的地貌及遥感影像特征

根据区域地质资料和前人研究成果分析，龙门山断裂带横断层主要有近SN、近EW和NW向三组，如金坪断裂、天全—荥经断裂、小金断裂、卧龙—怀远断裂、小鱼洞断裂、清平断裂、虎牙断裂南段、南坝断裂、白龙江断裂等为NW向组横断层，雪山梁子断裂为近EW向组横断层，岷江断裂为近NS向组横断层(图1)。目前来看，这些横断层主要分布在龙门山后山断裂以西地区。这些横断层卫星影像清晰，均为长而平直的线性影像，一般横切其它线性构造，如虎牙断裂南段北川以西部分横切北东向山脊，并使南侧山脊发生逆时针转向，显示左行走滑特征。由于这些横断层是活动断层，对现今地貌和水系分布具有决定性控制作用。地貌上，横断层经过处均为大型山谷，坡陡谷深，是滑坡泥石流多发区；由于横断层长期活动破碎带易于水流侵蚀，多控制了大型江河的流向，如岷江、大渡河等。另外，根据遥感影像和地貌特征分析横切龙门山主逆冲断裂带的沟谷与流入四川盆地的河流，如白龙江、绵远河、湔江、西江河等，不仅两侧的山脊、沟谷被切断，而且遥感影像上线性构造特征明显，可以解译为北西向横断层。沿龙门山断裂带走向，大致间隔50 km便发育一条横断层，共解译9条(图1)，大致呈等间距、近平行分布，规律性明显。

图1龙门山地区地貌水系与断裂解译图

Fig.1Geomorphology and drainage system and fault interpretation in the Longmenshan area

2横断层的地球物理特征

龙门山断裂带横断层具有明显的深部地球物理分界特征(图2)。前人曾根据布格重力异常、深部磁异常、大地电磁测深等资料，标定过龙门山地区的一些北西向的分区断层，它们与地表横断层有很好的对应关系，表明一部分横断层为先存的深断裂。

(1)布格重力异常：龚宇等(1995)认为在马尔康至理县存在一条明显的北西向布格重力异常扭曲带，并将该异常扭曲带展布范围与抚边河谷的展布范围相重叠后推测出了抚边河断裂的存在。

(2)深部磁异常：龙门山中北段深部磁异常分段性明显(宋鸿彪，刘树根，1991)(图2a红色线段)，这些界线是深部横断层的影响所致。

(3)地震层析成像：松潘—甘孜地块东南部的中下地壳存在大面积分布的S波低速区，其速度为2.75～3.15 km/s，与此相应的地壳平均泊松比高达0.29～0.31，表明了其相对软弱并容易变形的地壳性质。高低速区分界清晰(图2b中黑色线段)，分界线有北东向、北西向和近南北向三组。其中，北西向的分界线应为北西向横断层的深部反映。

(4)大地电磁异常：徐权辉(2009)根据一维和二维的超长周期大地电磁反演结果，认为沿龙门山走向地下地质体电阻具有明显的分段特征(图2c中红色三角)，分段界线对应地表横断层。

3横断层的野外地质特征

在白龙江、文胜乡、通口镇、汉旺—清平、小鱼洞、卧龙—怀远等地区的野外地质考察中，发现了大量横断层存在的确凿活动构造证据，包括大型近直立断面、近水平的擦痕、阶步和大型断裂破碎带等。

3.1卧龙—怀远横断层

该断裂出露长度约60 km，总体走向300°～330°，断面较陡，倾角多大于70°。该断裂具右行走滑性质和分段性，可分为三江乡和鸡冠山乡两段，三江乡段主要断于志留系，而鸡冠山乡段主要断于三叠系须家河组砂岩、雷口坡组灰岩。该断层野外露头好，多处发育明显断裂痕迹。鸡冠山乡政府驻地河谷北岸公路旁见倾向北东的大型断层面、断层破碎带、水平擦痕和阶步，河谷沿断裂破碎带发育(图3a～c)。三江乡西北2 km河谷南岸公路旁见倾向南西的断层面、近水平擦痕和破碎带(图3d，e)。根据区域地质资料分析，卧龙—怀远横断层是抚边河断裂向东延伸的部分，横切龙门山主逆冲断裂带，是龙门山断裂带南段与中段的分界断裂。

3.2虎牙断裂南段

该断裂长约60 km，南东端位于朱家坝附近，向北西经香泉乡、通口镇、玉皇庙、乾元山哪吒大桥、桃树坪，在黄家坝错切北东向的北川断层后沿NW向至核桃坪，再往北西该断裂可能隐伏延伸到中梁子附近。晚第四纪以来表现为逆—走滑运动性质，且以水平左行走滑运动为主，与虎牙

断裂北段性质相似。沿湔江两岸该断裂在多处出露很好的露头。桃树坪西北1 km处湔江南岸公路旁见多条近直立状北西走向断面、水平擦痕、阶步和破碎带(图4a～d)；通口镇南3 km处湔江南岸公路旁见北东倾向的陡立断面、水平擦痕和破碎带(图4e，f)。湔江沿该断裂发育，虎牙断裂南段横切龙门山中央及山前断裂带，是龙门山断裂带中段与北段的重要分界线。

3.3其它横断层

包括白龙江断裂、南坝断裂、清平断裂、小鱼洞断裂、小金断裂、天全—荥经断裂和金坪断裂。白龙江断裂横切龙门山北段断裂，出露长度约50 km，分为沙州镇—金洞乡段和洞水乡—三堆镇段，其总体走向大致为白龙江流向，发育有NW向、近EW向、近NS向三组横断层。南坝断裂在文胜乡以西约5 km处发现错断了北东向沟谷约75 m，右行走滑，并见有压剪性破裂带。清平断裂在汉旺以西至清平乡沿途发现了较好的断裂证据，在与天池乡交叉路口西南侧见到一层厚约3 m的须家河组褐红色含铁泥质粉砂岩被左行错断约

图2横断层的地球物理特征

(a)龙门山中北段深部磁性基岩底深图；(b)18 km深度上的S波速度分布图；(c)龙门山前山断裂带超长周期大地电磁40 km深度反演结果

Fig.2The geophysical characteristics of transverse fault

(a)the isodepth contour map of deep magnetic basement in middle-northern segment of Longmenshan Fault;(b)the distribution of S-wave velocity in 18 km depth； (c)the inversion map of ultra-long period magnetotelluric at 40 km depth in Longmenshan Fault Zone

220 m；在公路隧道西端见到一系列大型直立断面构成宽约190 m的断裂破碎带；该断层向北西延伸应该沿松坪沟发育，是一条区域性北西向活动断裂。小鱼洞断层原来被掩盖在上古生界飞来峰之下，汶川地震时同震破裂被发现，为断面南西倾向的左行压剪性质，是一条规模较大的北西向横断层(徐锡伟等，2008；陈九辉等，2009；王鹏等，2013)。

4横断层的控震作用

根据历史和现今地震分布(闻学泽等，2009)分析，龙门山断裂带横断层具有独立发震、使龙门山主断裂带分段活动及分段发震、与主逆冲断裂联合发震、在主震发生后控制余震传播和引发余震等控震作用：

(1)横断层是独立发震断层。历史和现今地震活动表明横断层是控震断裂，例如抚边河断裂、米亚罗断裂和虎牙断裂等历史上都曾多次发生地震，如发生在抚边河断裂附近的1989年小金6.6级地震、虎牙断裂带上的1976年松潘—平武7.2级地震等。

(2)横断层使龙门山主断裂带分段活动、分段发震。横断层使龙门山断裂带整体性遭到破坏，

被主要分割成3段10小段(图5)，各段或小段可以独立活动并发震，也可以多个小段一起活动地震。汶川地震是区域性卧龙—怀远横断层与白龙江横断层之间的块体逆冲引起，其中的小鱼洞、清平、虎牙、南坝横断层同震走滑活动引发余震；芦山地震则是小金和天全—荥经横断层之间的块体独立活动发震。两次地震之间存在的余震分布空白段，表明卧龙—怀远断裂和小金断裂之间的小段在两次地震时均未活动(图6)。

(3)横断层能与龙门山主断裂带联合发震和控制余震传播。汶川和芦山两次强震都是发震地块沿南北两侧的横断层像抽屉一样向南东突然推出而引起。尤其是卧龙—怀远横断层起始右行走滑与龙门山主断裂开始逆冲活动同步发生，而且两者的交汇部位引起了巨大的应力集中从而引发强烈地震。汶川主震发生以后，发震地块内的小鱼洞、清平、虎牙、南坝横断层所分割的5个断块像被压下的“琴键”一样自南向北顺序抬起，因而，余震呈分段脉动式向北东方向传播；芦山地震是小金横断层左行走滑与山前隐伏断裂逆冲活动引起，随后，天全—荥经横断层发生右行走滑，因此余震向南传播而且余震主要分布在小金和天全—荥经横断层之间的区域内(图7)。因此，两次地震发震机制相同，但发震主断裂不同，余震传播方向不同，因而相互独立，芦山地震不是汶川地震的余震。

图5青藏高原东缘断裂构造简图

Fig.5The sketch map of fault and tectonic at the eastern margin of the Tibetan Plateau

5结论

本文综合利用区域地质、构造、遥感地貌、地球物理、野外露头等多方面的证据，标定出了龙门山断裂带的横断层，在此基础上探讨了龙门山断裂带横断层的控震作用：

(1)沿龙门山断裂带展布的横断层主要有NW向、近EW向和近NS向三组，与龙门山断裂带正交或斜交，分区域性和局部性两类。

(2)综合分析历史地震分布及汶川、芦山地震的主余震分布后，发现龙门山断裂带横断层具有独立发震、使龙门山主断裂带分段活动及分段发震、与主逆冲断裂联合发震、在主震发生后控制余震传播和引发余震等多种方式的控震作用。

参考文献：

陈国光，计凤桔，周荣军，等.2007.龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究[J].地震地质，29(3)：657-673.

陈九辉，刘启元，李顺成，等.2009.汶川MS8.0地震余震序列重新定位及其地震构造研究[J].地球物理学报，52(2)：390-397.

高原，王琼，赵博，等.2013.龙门山断裂带中南段的一个破裂空段—芦山地震的震后效应[J].中国科学(D辑)，43(6)：1038-1046.龚宇，何玉林，伍先国.1995.抚边河断裂新活动特征的探讨[J].四川地震，(4)：31-36.

何玉林，龚宇，伍先国.1997.四川抚边河断裂的活动特征[J].地震地质，19(1)：31-36.

宋鸿彪，刘树根.1991.龙门山中北段重磁场特征与深部构造的关系[J].成都地质学院学报，18(l)：74-82.

谭锡斌，袁仁茂，徐锡伟，等.2010.汶川地震擂鼓地区地表变形特征及其机制探讨[J].地学前缘，17(5)：075-083.

滕吉文，白登海，杨辉.2008.2008 汶川MS8.0 地震发生的深层过程和动力学响应[J].地球物理学报，51(5)：1385-1402.

王鹏，刘静，孙杰，等.2013.2008年汶川大地震小鱼洞地表破裂带精细填图[J].地质通报，32(4)：538-562.

王伟锋，卿艳彬，朱传华，等.2014.横断层作用下汶川地震与芦山地震发震机制新探[J].地球科学与环境学报，36(3)：102-112.

魏成阶，杨攀新，张俊，等.2012.汶川地震区北西向断裂带遥感分析[J].遥感学报，16(5)：1054-1073.

闻学泽，张培震，杜方，等.2009.2008年汶川级地震发生的历史与现今地震活动背景[J].地球物理学报，52(2)：444～454.

徐权辉.2009.龙门山前山断裂带超长周期大地电磁测深观测研究[D].成都：成都理工大学，28-51.

徐锡伟，闻学泽，叶建青，等.2008.汶川MS8.0地震地表破裂带及其发震构造[J].地震地质，30(3)：597-629.

闫亮，李勇，Densmore A.L.，等.2009.北川地区擂鼓断裂在汶川地震中的地表破裂及其意义[J].第四纪研究，29(3)：535-545.

张世民，聂高众，刘旭东，等.2005.荥经—马边—盐津逆冲构造带断裂运动组合及地震分段特征[J].地震地质，27(2)：221-233.

张岳桥，杨农，施炜，等.2008.青藏高原东缘新构造及其对汶川地震的控制作用[J].地质学报，82(12)：1668-1678.

Combining with the overall evidence of regional geology, tectonic, remote sensing landscape, geophysics and field outcrop investigating etc., we identified the transverse faults in Longmenshan fault zone. Basing on analyzing the distribution and characteristics of transverse fault, such as Wolong-Huaiyuan Fault and southern segment of Huya Fault and Bailongjiang etc., we discussed the earthquake-controlling function of the transverse fault. The research results show that the transverse faults in Longmenshan Faults Zone has the earthquake-controlling function, such as causing earthquake independently, making the different segment of Longmenshan main faults active and triggering earthquakes separately, occurring earthquakes join with the main thrust faults, controlling the spread of aftershock after the main earthquake and triggering aftershocks etc..

Key words： Longmenshan Fault Zone; transverse fault; earthquake-controlling function; Wenchuan earthquake; Lushan earthquake

*收稿日期：2014-11-02. 基金项目：国家自然科学基金“基于形变场与地震波的芦山地震震源特征及发震机制研究”(41340008)资助.

中图分类号：P315.24

文献标识码：A

文章编号：1000-0666(2015)02-0242-08

Geological Characteristics of Transverse Faults and its Earthquake-controlling Function along the Longmenshan Fault Zone

WANG Wei-feng1，QING Yan-bin1，ZHU Chuan-hua1，SHAN Xin-jian2，ZHANG Xiao-jie1

(1. School of Geosciences, China University of Petroleum (Huadong), Qingdao 266580, Shandong, China) (2. State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, CEA, Beijing 100029, China)

Abstract