昔格达断裂结构探测及活动性分析

谢小国，李佳胜，李勇，何松健，罗兵，田银川，胡骁，杜春阳

昔格达断裂结构探测及活动性分析

谢小国1,2,3，李佳胜4，李勇5，何松健4，罗兵1,2,3，田银川1,2,3，胡骁1,2,3，杜春阳1,2,3

（1.四川省华地建设工程有限责任公司，成都 610081；2.四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质中心，成都 610081；3. 四川省地质灾害防治工程技术研究院，成都 610081；4. 攀枝花市地震监测中心，四川 攀枝花 617000；5.成都理工大学，成都 610059）

为更好地研究昔格达断裂结构特征及其活动性，综合利用音频大地电磁法、遥感解译、地质调查、氡气测试等多种方法技术组合，准确定位昔格达断裂及邻近隐伏断裂的空间位置及结构特征，并分析其活动性。结果表明，研究区昔格达断裂的倾向为近东向，倾角为82°～85°，近于垂直，氡气浓度最大峰背比为5.14～7.28倍，最大异常与最小值之差大于8998 Bq/m3，相对活动性表现为中强-强。不同方法具有不同的适用性，综合应用多种方法技术，有助于提升活断层研究精度，为当地防震减灾及工程建设提供重要依据。

综合方法；断层结构；活动性分析；昔格达断裂

昔格达断裂是历史上多次破坏性地震的发震构造（卢海峰和姬志杰，2011；张永久，牟雅元，2013），如攀西地区1955年6.7级地震、2008年6.1级地震。昔格达断裂的结构特征性质多变，断层倾向有的向东，有的向西，有的近于直立（李坪，1985）。区域地质资料分析，攀枝花盐边县普隆村以北，昔格达断裂以倾向西为主，普隆村以南以倾向东为主，特别是在鱼鲊一带分布的系列北东向逆断层，会理群地层与主断裂形成“入”字形，显示该断裂倾向由西反扭为东（四川省地震局，1986）。野外调查表明，在昔格达一带，断层走向为30°，倾向西，倾角约30°～40°；湾子北一带，断层走向为340°，倾向西，倾角陡；姜驿西一带，断层走向330°，倾向东（卢海峰和姬志杰，2011）。昔格达断裂的活动性研究较多（卢海峰和姬志杰，2011；郑兵等，2013；卢海峰，2017），但对其活动性强弱研究较少。早更新世末逆冲构造活动和晚更新世以来左行走滑运动是其两个明显阶段，湾子附近断层错断了两处二级阶地，测年结果表明，T2阶地形成于18.87±1.60ka，垂向错距速率约0.1mm/a（卢海峰等，2008）。

物探方法具有绿色、高效、精度高等特点，其在断层结构探测中发挥了重要的作用。曾金艳等（2016）采用浅层地震勘探方法对太原盆地田庄断裂进行勘探，查明了断裂的空间位置（曾金艳等，2016）；杨晓平等（2016）利用深、浅地震勘探与钻孔地质剖面结合，对太行山东缘石家庄南部的地壳结构和隐伏断裂的活动性进行探测，揭示了近地表断裂和地壳深部构造之间的关系（杨晓平等，2016）；李富等（2019）综合利用高密度电阻率法、大地电磁测深法和氡气测试方法，对安宁河东支秧财沟隐伏活动断裂进行定位，并有效确定隐伏活动断裂剖面位置、深度和产状（李富等，2019）；张磊等（2014）通过可控源音频大地电磁测深、浅层地震、氡气测量等多种方法，对北京南口-孙河断裂白浮-百善段做出精准定位，并查明断层的位置（张磊等，2014）。氡气测试方法具有快速、可靠、经济等优点，是研究断层活动性的重要手段。文龙等（2013，2018）采用氡气测试方法对成都平原、大凉山断裂带中的多个分支断裂进行测试，研究了各断裂带的氡气特征、活动性强弱以及与现代地震的相关关系（文龙等，2013；文龙等，2018）。

针对昔格达上述问题，结合攀西地区地质、地形地貌特点，利用地球物理勘探、遥感、氡气测试以及地质调查等方法组合，探测昔格达断裂深部结构，分析其活动性强弱。

1 研究区概况

1.1 地质地貌特征

研究区位于攀枝花仁和区拉鲊与凉山州会理县河漂村、湾子地区交界处，金沙江左岸，近南北向的昔格达断裂横穿其中。作为川滇地区北向构造带中重要的断裂之一，昔格达断裂是川滇块体内部次级块体的边界活动构造带（龙锋和张永久，2010；傅莺和龙锋，2015；徐锡伟等，2003），表现为左行走滑运动特征（卢海峰，2021）。（晚）新生代以来，昔格达断裂带拉鲊-新久段受到了早期NNE-SSW向构造挤压和晚期NWW-SEE向挤压，从而形成了现代构造与地貌特征，鱼鲊-三龙塘一带，断裂线沿河流、山脊呈S型或反Z型特征，表现为NW和近SN向张性裂隙（张伟松和卢海峰，2017）。从遥感影像图看出，河漂村位于金沙江左岸，河流反Z型的转角处，在地貌特征上具有典型的左行阶式运动特点（图1）。

图1 研究区断裂构造环境及遥感影像图

区内构造主要为昔格达断裂及其它断层，出露地层包括前震旦系（Pt2、Pt2、Pt12）、第四系和岩浆岩。前震旦系康定群凤山营组（Pt2）主要岩性为薄板状、叶片状灰岩及结晶灰岩；前震旦系康定群大田组上段（Pt12）主要为黑色细至中粒斜长角闪岩，角砾状混合岩夹云母片岩，变粒岩；前震旦系会理群力马河组（Pt2）为白、灰白色薄层至块状石英岩与深灰色韵律状板岩，硅质板岩，以及云母石英片岩的互层，顶部主要为石英岩；第四系全新统（Q4）为现代河流冲积形成的泥、砂、砾石；在研究区西北部出露晋宁期时代不明的花岗岩体（γ）。

1.2 地球物理特征

结合区域地质资料及现场调查，采集音频大地电磁法测线下伏地层岩样进行物性参数测试，包括第四系、大田组、力马河组以及晋宁期花岗岩等，获得各出露地层岩石的电阻率特征。第四系砂砾石土因含泥或富水性不同，其电阻率变化较大，但值总体较低，一般从5～150Ω·m不等，平均为100Ω·m；康定群大田组电阻率变化较大，从2000～100000Ω·m不等，平均大于10000Ω·m；会理群力马河组电阻率总体比大田组小，一般为200～15000Ω·m，平均为1500Ω·m；晋宁期花岗岩电阻率变化较小，一般为400～1600Ω·m，平均为1000Ω·m。不同地层或岩性电阻率特征差异明显，这为电磁法勘探提供了良好的物性基础。

2 工作方法

综合考虑研究区地形地貌特点，结合研究目的，选择音频大地电磁法、遥感解译、氡气测量和地质调查等方法，探测昔格达断裂地层结构，并分析其活动性。

2.1 音频大地电磁法

音频大地电磁法在地质勘探中应用广泛，适用于地层结构、构造空间形态展布特征探测，可为断裂的构造环境分析提供重要依据（张继红等，2019；李秋生等，2020）。研究区布设1条音频大地电磁剖面，共2km，点距50m，测线方向与昔格达断裂近于垂直，方位95°。仪器采用加拿大凤凰地球物理公司生产的V8多功能电法仪，经试验确定，采用“十”字形装置测量，极距长度为20m，采集时间为30min，数据处理软件为SSMT2000、MTsoft2D。

图2 研究区地质及勘探线布置图

1.华力西期辉长岩；2.晋宁期花岗岩；3.奥陶系下统红石崖组；4.前震旦系会理群力马河组；5.前震旦系会理群凤山营组；6.前震旦系康定群大田组上段；7.第四系全新统；8.断层及编号；9.地层界线；10.上升泉；11.地质调查点；12.音频大地电磁法测线；13.氡气测试测线；14.金沙江

2.2 遥感解译

遥感解译采用Landsat8、DEM数据，在充分分析地质资料基础上，对数据进行信息增强处理，综合解译研究区地质构造的宏观特征及微地貌现象，为活动断层地质调查与地球物理勘探提供靶区。研究区采用格林尼治标准时间2018年2月20日03:40:32.30的Landsat8遥感数据源，共计11个波段，分辨率大于15m，经辐射校正、正射校正、彩色合成、波段组合、图像整合等手段处理，形成遥感影像图，以解译研究区构造信息和岩性界线等。

2.3 地质调查

基于区域地质资料、遥感解译成果，对研究区内断裂错断第四纪不同时代地层和地貌进行野外调查，鉴别出昔格达断裂位置。采用天然或人工露头调查与现场访问相结合的方式，对水文地质、环境地质特征，地形、地貌分布特征，地层岩性、地质构造展布特征、岩土体类型、接触关系等进行调查。

2.4 氡气测量

研究表明，断裂带上部的土壤中通常富集氡气，因此可利用氡气浓度及影响范围判断断裂带的空间分布位置和活动性（孟晓捷等，2016）。氡气测量测线与音频大地电磁剖面重合，桩号起止点为500～1700，共1.2km，点距50m，异常区点距加密为25m，仪器为FD-3017a型RnA测氡仪，测试孔深0.6～1.0m。基于前人关于氡气异常下限值计算方法，经数据处理后，获得研究区氡浓度背景值为1909 Bq/m3，异常下限值为5192Bq/m3。研究表明，氡浓度值超过异常下限值时，则可能为活动断层的地球化学异常（中国地震局，2015）。

3 昔格达断裂结构分析

3.1 地层电性结构特征

音频大地电磁法视电阻率剖面可以看出（图3（b）），测线电阻率差异较大，从10～100000Ω·m不等，主要集中在1000～50000Ω·m，总体为中高阻背景，与该地区岩性电阻率一致。在纵向上电阻率明显的差异，随着深度的增加，电阻率逐渐升高，反映地层压实程度增大，岩性更致密；从横向上看，电阻率变化随着测线桩号的增加电阻率变化呈规律分析，说明横向上电阻率主要受岩性及构造控制。结合地质戴帽技术，桩号0～600m之间出露前震旦系康定群大田组，电阻率大于2000Ω·m，厚度埋深达2000m以上；桩号600～750m之间花岗岩出露，电阻率在400～1600Ω·m之间，平均为1000Ω·m，电阻率为中值，厚度平均为300m，随着埋藏深度增加，花岗岩向北西侧延伸，深度达1550m以后，花岗岩消失于测线范围外，推断岩浆岩在侵入过程中突破大田组地层，喷发而形成。桩号750～2000m之间，浅部为第四系全新统（Q4）河流相沉积物，因富水性较好，电阻率整体表现为低值，一般为5～150Ω·m，平均为100Ω·m，埋藏厚度平均为70m；第四系以下，为前震旦系会理群力马河组，电阻率一般在200～15000Ω·m之间，平均为1500Ω·m，物性变化整体较大，电阻率为中值，埋藏厚度大于2000m。

3.2 断层结构特征

3.2.1 昔格达断裂结构特征

从区域地质图及现场地质调查结果可以看出，昔格达主断裂线基本明确。同时在河漂村以北1.2km中高山陡坡处发育一上升泉（N26°26′02.45″、E101°56′03.89″），泉点基本位于与昔格达断裂上（图2，图4（a））。

由于构造空隙常充填泥、水，因此构造带或裂隙破碎带常表现为明显的低阻异常区（郝红兵等，2019）。从区域地质及现场调查资料可知，音频大地电磁测深测线桩号700处为昔格达断裂点，电阻率剖面处于高低阻明显过渡带，电性特征明显。随着深度增加，因断层破碎，在音频大地电磁测深电阻率剖面上整体表现为低阻，且电阻率曲线被整体错断，与两侧地层的电阻率差异较大，因此F1断层即为昔格达断裂，该断层倾向为近东向，倾角达85°，近于垂直。

根据氡气测试结果，桩号675～725m位置，氡深度异常明显，一般为8998～13906Bq/m3。根据实验研究，异常曲线较缓一侧为断层的倾向（余传涛等，2010），该异常带对昔格达断裂指示性好，划定了该断层的范围，与音频大地电磁法推断的昔格达断层位置基本吻合（图3）。

图3 （a）氡气测试成果图；（b）音频大地电磁测深反演剖面；（c）综合推断成果图

3.2.2 隐伏断层结构特征

图3（a）显示，在氡气测试线桩号1275～1325m位置，氡气显示异常，值为9816 Bq/m3，推断为断层存在。图3（b）显示，在音频大地电磁测深桩号1250位置第四系以下，存在一低阻层切断两侧高阻地层，推断为F2断层，倾向为近东向，倾角为82°，该断层的物性、氡气异常和地层结构与F1断层（昔格达断裂）类似。同时在河漂村北出露一断面（N26°25′23.64″、E101°56′32.01″）（图4（b）（c）），断层走向近南北向，倾向西，倾角约40°，上部为第四系黄褐色残破积层，下部为黄棕色-黄灰色前震旦系会理群力马河组板岩，产状为150°∠60°～75°。由于该断层未在区域地质资料显示，综合推断该断层可能为昔格达伴生的隐伏断层。该断层倾角、倾向与前述研究结果有差异，结合构造-地层接触关系以及岩性特征分析，推断可能由于断层东西向伸展发生逆向旋转导致（卢海峰，2014）。

目前昔格达断裂倾向存在认识差异。魏嘉曦（2019）认为昔格达断裂具有左旋走滑断层及挤压逆冲的运动特性，断层面总体东倾，东盘抬升，西盘相对沉降（魏嘉曦，2019）。卢海峰（2011，2014）认为昔格达断裂倾向总体西倾（卢海峰和姬志杰，2011；卢海峰，2014）。采用音频大地电磁法分析，研究区昔格达断裂错断康定群大田组与会理群力马河组，F2断层错断会理群力马河组，推断F2断层可能与昔格达断裂伴生或晚于昔格达断裂的构造活动结果，物探推断的断层倾向总体为近东向，倾角大于80°。

4 昔格达断裂活动性分析

如图3（a），氡气特征曲线存在两个明显的异常，分别对应F1断层、F2断层。F1断层氡气异常带宽度约90m，最高峰值浓度为13906Bq/m3，最大峰背比（最大异常值与背景值之比）为7.28倍，异常平均值与背景值比为5.44倍，异常平均值与异常下限值比为2.68倍，最大异常与最小异常之差为13088 Bq/m3，该氡气异常对昔格达断裂指示性好。F2断层氡气异常带宽度约40m，最高峰值浓度为9816Bq/m3，最大峰背比（最大异常值与背景值之比）为5.14倍，最大异常与最小异常之差为8998 Bq/m3，该氡气异常指示F2隐伏断层。

氡气浓度判别断裂活动性尚未形成相应标准，文龙等（2018）在大凉山断裂带研究中，以氡浓度异常值与背景值的比值大小进行相对活动性判别（文龙等，2018）；张骏等（2000）在霍州矿区利用比拟法，提出了地区性的断裂活动性判别标准（张骏等，2000）。

昔格达断裂新九至江边段以及湾子村附近T2阶地砂砾石样品测试（TL）年龄大概为18.40±1.40～18.87±1.60ka，垂向错距速率约0.1～0.3mm/a，断层最新活动时间为全新世，断裂活动复发周期约10～12ka（卢海峰和姬志杰，2011；魏嘉曦，2019）。基于前人研究，参照研究区周边安宁河断裂、大凉山断裂活动性研究结果分析（李富等，2019；文龙等，2018），昔格达断裂最大峰背比为5.14～7.28倍，最大异常与最小值差大于8998 Bq/m3，相对活动性表现为中强-强，与前人研究结果一致。

图4 （a）河漂村以北出露上升泉；（b）D1断层露头；（c）D1地层剖面

1.板岩；2.断层角砾岩；3.坡积物；4.断层；5.力马河组；6.第四系

5 适用性分析

活断层研究充分应用多种方法手段，有助于提高活断层的定量认识，以及为研究活断层空间位置、活动方式、强震分布与趋势研究具有重要的支撑作用（荆旭，2019）。不同方法具有不同的适用性，综合前人研究结果，地球物理勘探方法中浅层地震勘探应用广泛，但是受地形条件限制较大；高密度电阻率法勘探深度较浅，探测深部结构能力有限；（音频）大地电磁法适用于复杂地形地质结构探测，但受电磁干扰影响较大（戚帮申等，2020；戚帮申等，2019；郝明等，2014）。遥感解译利可精细识别活动断层在沟谷、斜坡、基岩、堆积体等不同地貌上的表现特征，控制断层的宏观走向，但同样存在多解性，需要现场验证（谢小平等，2019）。氡气测量具有高效、快捷的优点，但对浅表环境要求较高（文龙等，2013；文龙等，2018；孟晓捷等，2016）。开展地质调查，对地层错动、泉点水文、地貌异变、地震遗迹以及地质灾害活动进行综合分析，有助于确定断层空间分布，厘定断层性质，但是需要地质工作者拥有丰富的工作经验，以减少人为误差。总体来看，活断层判识可采用遥感定展布、物探定结构、化探定属性、地质定结论，并结合钻孔、测试等手段进行综合研究。

表1 断裂活动性判别相对标准（据张骏等，2000）

表2 活断层探测方法适用性分析

6 结论

（1）采用地球物理勘探、遥感解译、氡气测量、地质调查，探测了研究区昔格达断裂的结构，断层倾向为近东向，倾角大于80°，并新发现一隐伏断裂，断层性质与昔格达断裂基本一致。

表3 活断层研究内容及对应方法

（2）氡气测量结果表明，昔格达断裂峰背比达5.14～7.28倍，相对活动性为中强-强。

（3）不同方法具不同的适用性，开展活断层结构探测与活动性分析，可为当地防震减灾规划、重大工程选址以及地震监测预警提供重要的依据。

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Texture Exploration and Activity Analysis of the Xigeda Fault

XIE Xiao-guo1,2,3LI Jia-sheng4LI Yong5HE Song-jian4LUO Bing1,2,3TIAN Yin-chuan1,2,3HU Xiao1,2,3DU Chun-yang1,2,3

(1-Sichuan Huadi Construction Engineering Co. Ltd, Chengdu, Sichuan 610081; 2-Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology, SBGEEMR, Chengdu 61008; 3-Sichuan Institute of Geological Disaster Prevention and control engineering technology, Chengdu 610081; 4-Panzhihua Earthquake Monitoring Center, Panzhihua, Sichuan 617000; 5-Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

Exact spatial location and texture features of the Xigeda fault is determined by use of audio-frequency magnetotelluric method, remote sensing interpretation, geological survey and radon survey. The results indicate that the direction of dip of the Xigeda fault is nearly latitudinal with a dip angle of 82°-85°. The maximum peak-to-background ratios of radon concentration are 5.14-7.28 and the difference between maximum and minimum anomalous values is 8998 Bq/m3which indicates that the fault is moderate to strong and strong active.

comprehensive method; fault texture; activity analysis; Xigeda fault

P316，P65

A

1006-0995（2021）04-0555-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.04.005

2021-01-21

甘孜州1∶25万活动断层普查项目、攀枝花市指导性科技计划项目（项目编号：2019ZD-S-29）联合资助

谢小国（1992— ），四川金堂县人，工程硕士，高级工程师，主要从事地球物理勘探与地质相关研究

李佳胜（1989— ），四川大邑县人，硕士研究生，工程师，主要从事地震地质、震害防御相关研究