茂县-汶川断裂汶川段全新世活动证据1

秦宇龙 毛泽斌 詹涵钰 钟 伟 白宪洲 韩东兴 孙士劼 武文辉 熊昌利 吴建亮 徐云峰 李 峥

1）稀有稀土战略资源评价与利用四川重点实验室, 四川省综合地质调查研究所, 成都 610081

2）成都市永利联科技有限公司, 成都 610000

3）四川省地质工程勘察院集团有限公司, 成都 610000

引言

新生代以来，青藏高原持续隆升及其侧向挤出是显著的事件，深刻影响了青藏高原及周缘地震活动及断裂展布。龙门山断裂带位于青藏高原东缘中部，构成了活动强烈的巴颜喀拉地块与稳定的四川盆地之间的界线。该断裂带整体呈NE-SW 走向，倾向NW，倾角50°～70°，延伸长度500 km 以上（李勇等，1995）。该断裂带是由龙门山后山断裂（由耿达-陇东断裂、茂县-汶川断裂和平武-青川断裂组成）、中央断裂（由盐井-五龙断裂、北川-映秀断裂和茶坝-林庵寺断裂组成）、山前断裂（由大川-双石断裂、灌县-安县断裂和江油断裂组成）和山前隐伏断裂4 条主干断裂及其控制的逆冲构造岩片（推覆体）组成的具有前展式发育特点的推覆构造带（唐荣昌等，1993；邓起东等，1994；孙浩越，2016；李海兵等，2008）。走向上，大致以北川-安县一线和卧龙-怀远一线为界，将龙门山造山带由北东向南西分为3 段，即龙门山北段、中段和南段（图1）（李勇等，1995；骆耀南等，1998）。2008 年汶川地震即发生在龙门山断裂带上，造成中央和前山断裂同时发生地表破裂（唐文清等，2012）。

图1 区域地震构造图Fig.1 Regional seismotectonic map

茂县-汶川断裂南西端在泸定冷碛附近与南北向的大渡河断裂相交，向北东到达陕西境内，全长约500 km；从北东到南西分别为平武-青川断裂、茂县-汶川断裂和耿达-陇东断裂（唐荣昌等，1991）。近年来，针对茂县-汶川断裂活动性的研究较多，多数学者认为南段耿达-陇东断裂为早中更新世活动性，北段平武-青川断裂整体具有晚更新世活动性，局部具有全新世活动性（赵小麟等，1994；杨晓平等，1999；李勇等，2006；马保起等，2005；孙浩越，2016；王旭光等，2017）。多数学者认为中段茂县-汶川断裂具有全新世活动性，对其在晚第四纪特别是全新世以来有无活动性缺乏直接、可靠的证据（张岳桥等，2010），本文通过对茂县-汶川断裂汶川段的调查对该问题进行了研究。

1 茂县-汶川断裂汶川段地表特征

宏观上，茂县-汶川断裂展现为大的构造强化带，带内岩石破碎强烈，夹许多透镜状断块，变形复杂2四川省地质调查院，2010.绵阳市1∶25 万区域地质调查.（林茂炳等，1997；廖炳勇等，2019）。

汶川段地貌上为深切割中高山区，海拔780～5 922 m，相对高差一般1 000～3 000 m，最大相对高差为4 000 m。区域范围内新构造运动强烈，剥蚀作用强烈，构造地貌不清晰。以断续展布的断层槽谷和断错山脊等构造地貌形式发育（图2）。在汶川姜维城高出现代河床120 m 的Ⅴ级阶地上的冲洪积地层中发育压扭性断层，与主干断裂组成“入”字形构造，指示断裂的右旋错动性质3四川省地质局区域地质测量队，1975.1∶20 万茂汶幅、灌县幅区域地质调查报告（地质部分）.,4四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，2013.1∶25 万绵阳市幅区域地质调查报告.。

图2 研究区及周边地貌Fig.2 Topographic map of the study area and surroundings

在汶川县扣山寨，山前存在1 个明显的反向陡坎（图3）。陡坎走向为南北向，沿岷江平行展布；陡坎中间高，高度15～20 m，向两侧逐渐降低。从岷江阶地划分来看，该陡坎为岷江二级阶地，二级阶地与山体之间的洼地为河相砾石堆积层。在陡坎侧缘，冲沟侵蚀揭露出该断层剖面。剖面中发育滑坡堆积体，且具有分层现象，显示出多期次活动。剖面中可见多套砾石层发育，在剖面底部可见浅棕红色标志泥层被错断，断距约50 cm。浅棕红色层表现为上盘上升，且上盘可见明显的牵引变形，指示断层逆冲运动性质。此外，沿该断层面及剖面还可见多处砾石定向排列现象。根据王旭光等（2017）的统计，茂县至汶川一带T2 阶地形成时代约为2 万年，表明茂县-汶川断裂具有晚更新世晚期活动性。

图3 汶川扣山寨地形剖面Fig.3 Topographic profile of Koushanzhai in Wenchuan

在汶川县城附近姜射坝村处，遥感影像上，该点可见岷江边一小型洪积扇发育（图4（a）），在洪积扇扇中处可见一冲沟被右旋位错21 m 左右，并在冲沟位错部位发育高约8 m 的陡坎，陡坎壁近直立，应与构造运动有关。另外，在该点近似沿着冲沟的位置也发现了陡坎附近有断层发育。

图4 工作点地貌图Fig.4 Topographic map of study site

在汶川县东侧姜维城附近，构造地貌清晰（图4（b））。遥感影像上，可见山坡发育小型沟槽，靠下游沟壁基岩呈线性延伸，且沟壁较笔直，类似关门闸。底部冲沟在该处右旋位错约193 m。在冲沟中可见基岩断层面发育，根据擦痕阶步特征，可分析该断层为逆断层。在冲沟另一侧沟壁上可见山脊上发育多级台阶，山脊上堆积有黄土，拔河高度约100 m，相当于Ⅳ级阶地，根据杨文光（2005）的研究，该断层形成时代约100 ka，表明断裂晚更新世以来具有活动性。

汶川雁门乡断裂发育在元古界花岗岩与震旦系白云岩之间，表现为花岗岩逆冲于白云岩、白云岩逆冲于泥盆系河心组千枚岩之上的高角度逆冲组合。花岗岩局部具碎裂、片麻及眼球状构造，有的已强烈糜棱岩化。

在汶川七盘沟一带，七盘沟右侧山脊呈线性延伸，线性山脊呈中间低、两侧高的“元宝”形（图4（c）），该山脊发生右旋位错，错距约97 m（图4（d））。多条断层的发育断层发育于震旦系灯影组白云岩中，白云岩变形强烈，未见切错顶部坡积砾石层（图5）。因此推测山脊下凹位置应为断层带，断层带物质破碎，侵蚀相对较强，造成下凹地形。

图5 茂县-汶川断裂带汶川七盘沟口剖面（1∶25 万绵阳幅修编）Fig.5 Qipan ditch section of the Maoxian-Wenchuan fault zone （According to 1∶250 000 Mianyang revision）

在汶川芤山村南西约400 m 可见由次棱角状、分选性较好的碳酸岩组成的中砾砾石层被错断，垂直错断距约1 m，砾石层断裂面产状330°∠42°±，说明其具有一定的活动性。

2 古地震事件分析

茂县-汶川断裂汶川段将草坡乡金波村现今冲沟缘侧壁右旋位错23～25 m，并将废弃古冲沟侧缘壁右旋累积位错80～100 m（周荣军等，2006）。在对茂县-汶川断裂汶川段地质调查的基础上，开挖了构造地貌清晰且有后期沉积物堆积的探槽。

2.1 探槽剖面

在草坡乡金波村发现走向NE54°、宽约10 m、深3～5 m 的断裂凹槽，凹槽切过山脊时形成垭口地貌，山脊右旋位错约70 m（王旭光等，2017），据此在金波村开挖Tc1、Tc2 探槽。Tc1 探槽位于金波村断层槽谷，该槽谷位于金波村古冲沟沟谷西侧边缘，处于古冲沟沉积物和基岩过渡地带。冲沟近直线展布，深度为3～5 m，西侧为线性灰绿色千枚岩垄，东侧为砂砾石层陡崖，沟谷较陡峭，处于古冲沟沉积物和基岩过渡地带，探槽开挖规模为12 m×3 m×4 m。Tc2 探槽位于山脊断层垭口陡坎延伸处，在Tc1 探槽北东约500 m 附近。在山脚处发育陡坎，高度约2 m，Tc2 探槽处于小型围椅状汇水盆地中，汇水盆地底部地形平坦，是沉积物堆积的有利位置，探槽开挖规模为25 m×3 m×（3.5～5）m（图6～图7）。

图6 草坡乡金波村槽探分布Fig.6 The Trough exploration location map of Jinbo village

图7 草坡乡金波村槽探分布遥感图Fig.7 Remote Sensing map of trough exploration distribution in Jinbo Village

Tc1 探槽内共揭露9 个地层，共选取了3 个14C 样品进行测年。Tc2 探槽内共揭露3 个地层，共选取了2 个14C 样品进行测年（表1）。

表1 探槽揭露地层与样品年代Table 1 Form of trenching exposes strata and sample age

2.2 探槽分析

探槽内的古地震识别标志包括变形标志和沉积标志（丁国瑜，1982），探槽主要特征如下。

从Tc1 剖面（图8～图9）可以看出，剖面中沉积物丰富，颜色偏深，沉积物较细，可识别出9 套地层。各地层特征如表1 所示。Tc1 剖面可识别出F1和F2断裂，2 条断裂倾向相反，相交于近地表处。F1断裂由多条断裂组成，构成宽约5 m 的砾石定向带。F1-1错动了U1、U2、U3 层，被U4 层覆盖，U2、U3 层在近断裂处发生下陷、增厚，断裂产状43°/NW∠62°。F1-2错动了U1 层，并被U3 层覆盖，砾石沿断裂面呈定向展布。F1-3将U3 层错动约40 cm，向上延伸迹象不明显。F1-4和F1-5断层相互交切，断裂最新错动U3 层，U3层被错动约60 cm，上部被崩积楔W1 覆盖。另外有一断裂面向上延伸至近地表，被U9 人工改造砾石层覆盖，崩积楔W1 与该断裂密切关系。F1-6在剖面底部较清晰，砾石定向明显，向上断裂迹象较弱，间隔出露定向砾石。F2断裂在剖面东侧出露，沿断裂面砾石定向排列明显（图7），断裂向上延伸，在近地表处与F1断层相交。

图8 金波村Tc1 探槽拼接图及解译结果Fig.8 Tc1 probe slot mosaics and interpretation results in Jinbo village

图9 金波村Tc1 探槽断面处细节Fig.9 Tc1 probe groove section of Jinbocun detail map

在Tc2 剖面（图10～图11）中可以看出共沉积4 套地层。U1 层只见于剖面左侧，为浅棕红色含砾粉砂、黏土层，砾石粒径小，为1～2 cm，磨圆较好。该层左侧受断层作用与U2 层截然相接，在右侧呈背型展出，下伏于U2 层中。U2 层构成了剖面的主体，为灰黄色砾石层，砾石分选差，大的砾径可达50 cm 左右，砾石成分主要为玄武岩或安山岩，与Tc1 中的U1 层具有一定关系，磨圆中等至较好。U3 层具有中间薄、两侧厚的特征，为灰色含砾石黏土层，局部夹有砾石，但砾径小，具有一定磨圆度。U4 层为地表根植层，层中局部有现代植物腐木等。

图10 金波村Tc2 剖面及解译Fig.10 Tc2 section and interpretation map of Jinbo village

图11 金波村Tc2 探槽断面处细节Fig.11 Tc2 probe groove section of Jinbocun detail map

Tc2 剖面可识别出3 条断层。探槽北壁F1主要发育于U2 砾石层中，沿断裂面砾石定向明显，向上延伸到地表处，对应地表高约1.3 m 的田坎；U3 层终止于断裂上盘，应与断裂作用有关，U3 层之上为近代沉积U4 层。在断裂底部，砾石定向排列形成宽约10 cm 的变形带，并在下盘最底部发育终止于断裂面的细砂透镜体，在断裂上盘未发现配套地层。探槽南壁断裂与之对应，且砾石定向明显，向上分为2 条分支。U1 层在F2断裂发育处呈背型，沿断裂面可见砾石定向，且在顶部断裂将U3 层错动约8 cm。F3断裂位于剖面最左侧，将U1 层错断，在上盘未见对应层，但沿断裂砾石定向明显，在顶部断裂控制了U3 层，上盘U3 层厚度变大。

2.3 事件定年

本次采集年龄测试样品为炭屑，样品由中国地震局地质研究所实验测试中心测试，获得样品的14C 年代采用OxCal v4.2 软件校正（尹金辉等，2005）。

综合分析可知探槽Tc1 由老到新可揭示出2 次古地震事件：E2，E1。E1 见于F1-4、F1-5、F1-6、F2断裂，断裂切错至近地表，将U1 层垂直错动约1.5 m，并限制了U7（155±20）a、U8 层的发育，顶部覆盖了后期堆积的松散砾石层U9。从地层叠置关系来看，E1 事件发生在U3（2 015±30 ）a 之后、U4（260±25 ）a 或U5（345±20）a 之前。E2 事件存在于F1-1、F1-2、F1-4断裂中，错动U1、U2、U3 层，上覆U4 层。

U5（345±20 ）a 层覆盖在U4（260±25 ）a 层之上，U5 层主要采集的炭屑呈现“炭花”形态，推测在沉积前已经形成炭屑，通过近距离搬用，快速堆积形成目前的状态。

Tc2 探槽中揭露了1 次古地震事件E1，该事件由F3、F2、F1断裂识别出，断裂错动U3（315±20 ）a 层，顶部U4（85±30 ）a 层未被错动。

进一步采用OxCal 软件进行事件年代约束，可知较老事件发生年代范围为20～1 530 AD，较年轻事件发生年代范围为1 680～1 900 AD（图12）。

图12 OxCal 软件约束古地震事件年代Fig.12 Age of OxCal constrained paleoseismic events

3 结论

本文综合地震地貌、探槽和年代分析在茂县-汶川断裂汶川段获得了（2 015±30）a 年龄数据，进一步确定和印证了茂县-汶川断裂在全新世有过活动。但（345±20）a 是否和汶川1657 年6½级地震有关，Tc1 剖面中崩积楔W1 代表的古地震事件意义，有待进一步研究。

致谢 感谢中国地震局地质研究所尹金辉博士对本文中14C 测年提供的帮助，感谢四川省地震局周荣军研究员和梁明剑高级工程师对本文提出的宝贵意见。