四川威远地区地震活动与地质条件的关系

可 以, 孙 玮, 李泽奇, 邓 宾, 汪玉贞, 何若玮

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

四川盆地威远背斜是盆地内西南部海拔最高、规模最大的地表构造，其深层灯影组气田曾是中国最大的天然气田。威远背斜的地貌特征非常特殊，地表表现为长轴北东向的不对称椭圆形大型穹窿构造，在背斜核部出露最老地层为下三叠统嘉陵江组，主体为上三叠统须家河组，两翼最新地层为侏罗系(图1)。该构造在四川盆地西南地区地貌上表现为独立的山地地貌，向西南与盆地边界断续相连，地表断层发育。该构造在历史上虽有地震的发生，频率不高而且震级不大,但近年来威远地区地震频率有明显的增长。因此对其地震活动发生的地质控制因素和构造活动性需要有精细的研究，需要对深层构造地质特征，特别是发震断层的特征有准确的刻画，并对地震与其关系进行深入分析，以此对未来该区地震灾害做出有效的预测和预防，更好提高防震减灾的功效。

1 地表地貌及地震活动特征

威远背斜位于四川盆地西南部，地表表现为长轴北东向的不对称椭圆形大型穹窿构造(东南边界形态为线状)[1-2]。利用GIS和地球物理资料可以发现，威远背斜的地貌在盆地西南地区“一枝独秀”，背斜构造非常明显，构造与地貌正相关，为正向地貌，是四川盆地内最容易识别的构造地貌单元之一。而且其海拔高度也是龙泉山与华蓥山之间最高的，形态极其特殊，距盆缘又有一定的距离(图2)。

威远背斜的这种非常特殊的穹窿地貌从形态学来讲形似半圆周，其北西翼更像是一个圆弧，而南东翼则为这个圆弧的弦；用封闭切线表示则为一个等腰三角形，东南翼为三角形的斜边，边长约61.2 km，两个近等腰边的长度分别为43.9 km和44.1 km(图1)。其北西为龙泉山背斜，向东和南部则为平原地貌。

依据威远地区自2009年至2020年有记录的地震数据(数据来自中国地震台网CNEC，http://www.cenc.ac.cn/)，对研究区近年来地震特征及分布进行了研究，表明有以下特征(图2)：

图1 威远背斜地质图及剖面线分布位置图Fig.1 Geological map and profile distribution of Weiyuan anticline

a.地震震中的分布集中于威远背斜南东翼的地貌边界转换处。

研究区所在地区2.0级以上地震发生较多，空间上地震中心的分布具有相对集中性，主要分布于威远背斜东南翼，北部弧形边界处基本没有地震活动。除线性边界发育外，背斜的东部和东南翼的中部是2个集中发育端，与地表断层有一定的关系。

b.年地震次数有明显的分异。

威远地区在历史早期地震发生频率低，所发生的地震主要沿背斜周缘小型断裂带分布，且多为小型地震。近年来(自2014年起)威远的地震发生频率高且有逐年递增趋势，震级以里氏2.0～3.0为主。

c.震源深度集中于2～15 km。

地震活动大多发生于地下几千米至几十千米的地壳深处，其震源是非对称剪切源[3]。威远地震为多浅源地震，震源深度多集中于2～15 km，在2～5 km震源深度附近发生该地区近年来的地震峰值。在威远背斜深部地震剖面对5 km震源投影发现，震源处于威远背斜核部大型高角度断层深部，在东南方向断层处。主要发震位置投影向上延伸至威远县城一带，与目前地震频发的震中地理位置相同。根据国家地震数据共享中心及中国地震台网的震源深度数据，绘制出不同地震震源深度的地震分布图(图2、图3)，可以看出，地震多发生于2～15 km深度范围，随着深度的增加而减少。

2 深部地质条件

2.1 深部基底

前人对研究区的基底特征做过很多研究[4-6]。从前述地球物理资料的解释来看，研究区深部具有高重力异常等相关特征。罗志立[7-8]对其进行了解释工作，并利用威远背斜上钻达基底的钻井资料进一步解释了基底特征。在威28井从深度为 3 640～3 730 m的前震旦系基底选取7个岩样进行分析，定名为花岗岩或花岗闪长岩，属造山带和岛弧区的火山岩；Rb-Sr法测得的全岩等时年龄为740.99 Ma，属澄江期的产物[7]。根据前人研究可以发现研究区的主体部分为花岗岩，结晶基底，基底坚硬，不易变形，控制了威远背斜的主体发育。

从地震剖面上来看，威远背斜深部的反射特征为杂乱-空白反射，但南部与之对应的反射特征为平行反射，表明具有成层性。结合威远西部露头资料表明，除花岗岩直接与观音崖组和灯影组这种基底接触关系外(峨眉山洪椿坪)，还有一类包含苏雄组在内地层存在的基底，地层的岩性主要为碎屑岩，厚度可达1 km，这类基底在盆地内也有[9]。因此，深部地球物理的资料解释结合钻探结果表明，威远地区可能存在2类基底类型，一种是坚硬的岩浆岩结晶基底，一种是较软的变质碎屑岩基底，其交界就在威远背斜的南部边缘。

图3 威远背斜A-B测线深部地震剖面图Fig.3 A-B deep geophysical seismic profile of Weiyuan anticline

2.2 发震断层研究

总体上距活断层越近地震发生的概率越高，表明活断层与地震的关系较为明确[10-12]。

根据深部资料[13]，威远地区基底埋藏深度在4～7 km，比较浅，从西至东基底深度逐渐变深，威远地区为整个四川盆地最高部位。基底断裂带为犍为-合川断裂带，断裂带为北东向展布，从犍为经过威远向大足延伸，但向东过威远之后在内江附近并不是很明显，没有向东继续延伸。

主要证据有2个：一个是地球物理资料，从剖面上来看，该断层在剖面上为空白反射带，表明是一个断裂带，放大来看，背斜为南翼陡而北翼缓，主要为由南向北上冲，南翼为被动翼，该断层兼具走滑和上冲的特征；同时，剖面上展示在基底处断层以南为平行反射，反射特征明显，而断层以北为杂乱反射至空白反射，表明之间应发育有一个构造，最为可能的是断层。另一个证据来自地震活动震中的分布，由前述的地震活动震中平面分布来看，都是发育于威远背斜的南翼陡带，其震中向下的投影主要落在目前剖面解释的断层部位(图3)；而北部无地震活动也更进一步说明了发震断层的倾向应是向南，地表出露于新场一带。

通过本次研究表明，威远地区的主体断层受基底的控制很明显，大断层基本上是沿着基底的分界(结晶基底和变质基底)发育。基底的分异可能是断裂发育的重要控制因素，因为结晶基底与变质基底其实也是重要的岩性分界，虽然沉积盖层将其“焊接”在了一起，但在应力作用下很容易发生相对错断而形成断裂。因为这种基底是拼接的，而不是一个统一、均匀的岩体，在强应力条件下就非常容易发生错断。小的断层主要是较大断层错断时派生的断层。这也是威远-荣县断裂发育现今这个部位的可能原因。该断层在地表发育于背斜的核部，高角度逆冲断层，倾向南东，走向北东-南西，平行于背斜轴线，水平方向上纵穿威远背斜核部地区(图1、图3)，垂直方向上由老到新切穿寒武系、二叠系、三叠系、侏罗系，在深部倾角变缓，切穿基底(图3)。断层在地表表现为新场-老场断层。该断层的走向为北东-南西向，为威远构造的控边断层。该断层从深部向上发育，在新场一带出露地表，地表断层带附近有天然气泄露，气味非常大，断层所过的威远河有大量气泡冒出水面，都说明深部气体沿断层向上逸散[14]。

2.3 威远背斜的形成与地震活动的关系

刘树根等[15]在研究威远气藏形成时，发现威远背斜的形成时间较晚。孙玮[16]、J.Barbarand等[17]对威远背斜地区及邻区进行采样及低温热年代学分析，得到热史模拟结果。根据其热史模拟结果进行分析表明：①威远背斜的隆升时间很晚，主要发育于40 Ma以来，快速隆升形成现今威远背斜。②威远背斜整体隆升的幅度事实上是差不多的，但在隆升的过程中翼部与核心部有较大的差异；威远背斜在第一阶段两翼抬升得较快，核部隆升较慢，核部隆升高度低于翼部，特别是断层发育的地区，早期隆升是较快的；但在第二阶段威远背斜的核部整体快速隆升至4 km，背斜主体隆升非常快，核部快速拱起形成背斜构造，说明威远背斜的主体地貌主要是在第二阶段形成的。③构造由南向北发育，南部的挤压力致使原来处于资阳-威远大背斜的斜坡带发生隆升，形成现今的威远背斜。

青藏高原23 Ma B.P.以后发生的以主中央断层强烈活动和以花岗岩侵入为标志的喜马拉雅运动第二幕十分强烈，喜马拉雅山崛起，遍布青藏高原的古近纪夷平面解体隆升，初步计算可能达到2 km的隆升幅度[18]。而这种运动向四川盆地传递的过程中，对四川盆地的隆升起了非常重要的作用。结合前面的低温热年代学数据，威远背斜整体快速隆升了大约2 km(平均数)，核部隆升较快。说明23 Ma B.P.以来受青藏高原隆升推挤的影响，研究区大幅度隆升[8]。

综合前述的研究结果和内容，总结威远地区地貌特征及形成演化过程如下(图4)：

a.古近纪之前地层受外力作用不强，未发生明显的褶皱，综合前人研究成果，其为资阳-威远大背斜的南斜坡带[14]。

b.古近纪-新近纪，威远背斜开始发育，受基底的影响，目前的威远背斜南缘为背斜的南边界，同时在结晶基底与变质基底“焊接”部位发育背斜的核部，威远断层也在深部形成并开始从深部向上错断地层。

c.新近纪以来，威远背斜的核部快速隆升，使得核部应力集中，威远断层向上延伸并突破地表，在核部发育一些高陡的节理带。同时威远地区核部碎屑岩地层被剥蚀，露出下伏的中下三叠统碳酸盐岩地层；加之威远河也开始形成，溶蚀作用进一步增强，核部侵蚀更为严重，最终形成了“背斜成谷”的地貌特征。

威远地区历史发震频率较低，且均为小型地震，绝大多数震级不超过里氏4.0级；近年来地震活动虽增多，但也以里氏震级2.0～3.0为主。

图4 威远背斜断层形成及地震诱发模式图Fig.4 Fault formation and earthquake induced model of Weiyuan anticline

因此，威远背斜的形成对应其深部断层的活化发育，该断层从盆地边缘一直向盆地内延伸，至威远东消失，早期就在2类基底的接触带形成，应该是古断层。至喜马拉雅期向上延伸发展，至今仍为活动断层并形成发震断层。该断层由于是古断层的再活动，受上覆地层的影响，加之构造应力向盆地内减弱，裂变径迹数据表明主要的快速隆升期已过，目前活动幅度并不太大。结合前述研究区的地震数据，发现研究区未发生超过6.5级的大地震，表明该断层总体稳定，依然会保持目前的情况，发生超过6.5级地震的可能性不大。

3 结 论

a.威远地区古近纪之前地层受外力作用不强，未发生明显的褶皱；古近纪-新近纪，威远背斜开始发育，受基底的影响，目前的威远背斜南缘为背斜的南边界，同时在结晶基底与变质基底“焊接”部位发育背斜的核部，威远断层也在深部形成并开始从深部向上错断地层；新近纪以来，受青藏高原隆升推挤的影响，威远背斜两翼抬升较慢，核部整体快速隆升形成背斜构造，威远断层向上延伸并突破地表，在核部发育一些高陡的节理带。

b.威远地区为受不同基底控制的构造，主体为岩浆岩结晶基底，而背斜南翼为变质碎屑岩基底，基底拼接处发育古断层，在新构造运动时活化，成为现今地震活动的发震断层。

c.威远地区尽管地震次数较多，但没有大的地震，频繁的小震释放了能量，有利于减少能量的进一步积聚，因此，该地区发育超过6.5级以上的地震概率不大。