王偉鋒，卿艷彬，朱傳華，單新建，張曉杰

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所 地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

?

龍門山斷裂帶橫斷層地質(zhì)特征及其控震作用*

王偉鋒1，卿艷彬1，朱傳華1，單新建2，張曉杰1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所 地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

摘要：利用區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造、遙感地貌、地球物理、野外露頭等多方面的證據(jù)，標(biāo)定出龍門山斷裂帶橫斷層。在分析臥龍—懷遠(yuǎn)、虎牙斷裂南段和白龍江等橫斷層特征及分布的基礎(chǔ)上，探討了橫斷層的控震作用。研究認(rèn)為，龍門山斷裂帶橫斷層具有獨(dú)立發(fā)震、使龍門山主斷裂帶分段活動(dòng)及分段發(fā)震、與主逆沖斷裂聯(lián)合發(fā)震、在主震發(fā)生后控制余震傳播和引發(fā)余震等多種方式的控震作用。

關(guān)鍵詞：龍門山斷裂帶；橫斷層；控震作用；汶川地震；蘆山地震

0引言

龍門山斷裂帶位于青藏高原東緣，屬中國(guó)大陸南北地震帶中段，是松潘—甘孜褶皺帶與揚(yáng)子板塊的分界線。與龍門山斷裂帶斜交或垂直的橫斷層是客觀存在的構(gòu)造現(xiàn)象，眾多學(xué)者已從不同角度對(duì)龍門山斷裂帶及其橫斷層進(jìn)行了研究，并取得了大量的研究成果，龔宇等(1995)，何玉林等(1997)，張世民等(2005)，陳國(guó)光等(2007)以及張?jiān)罉虻?2008)研究了撫邊河斷裂、滎經(jīng)—馬邊斷裂、米亞羅斷裂等區(qū)域性的北西向斷裂；徐錫偉等(2008)，陳九輝等(2009)，王鵬等(2013)，閆亮等(2009)及譚錫斌等(2010)在汶川地震后通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了北西向的小魚(yú)洞斷裂和近南北向的擂鼓斷裂；魏成階等(2012)通過(guò)遙感解譯論述了北西向橫斷層基本特征；王偉鋒等(2014)利用北西向橫斷層對(duì)龍門山斷裂帶進(jìn)行了分段研究。但比較系統(tǒng)討論龍門山斷裂帶橫斷層地質(zhì)特征的研究較少，橫斷層對(duì)龍門山主斷裂發(fā)震的影響和控震作用方面的研究更少。汶川地震和蘆山地震發(fā)生后引起的一些現(xiàn)象，至今沒(méi)有令人信服的解釋，如汶川地震主震發(fā)生后余震為何不向南西方向傳播，而是戛然終止在臥龍—懷遠(yuǎn)一線；為何余震向北東呈分段脈動(dòng)式傳播，又在白龍江一線終止；為何沿汶川—理縣一帶余震分布長(zhǎng)達(dá)約80 km；蘆山地震余震為何稍微有向南傳播的趨勢(shì)，兩次地震之間的余震空白段(高原等，2013)又是怎樣形成的？橫斷層的存在及其同震活動(dòng)可以很好的解釋這些疑問(wèn)。因此，亟需開(kāi)展對(duì)龍門山斷裂帶橫斷層特征、形成機(jī)制和控震作用等方面的研究。

1橫斷層的地貌及遙感影像特征

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和前人研究成果分析，龍門山斷裂帶橫斷層主要有近SN、近EW和NW向三組，如金坪斷裂、天全—滎經(jīng)斷裂、小金斷裂、臥龍—懷遠(yuǎn)斷裂、小魚(yú)洞斷裂、清平斷裂、虎牙斷裂南段、南壩斷裂、白龍江斷裂等為NW向組橫斷層，雪山梁子斷裂為近EW向組橫斷層，岷江斷裂為近NS向組橫斷層(圖1)。目前來(lái)看，這些橫斷層主要分布在龍門山后山斷裂以西地區(qū)。這些橫斷層衛(wèi)星影像清晰，均為長(zhǎng)而平直的線性影像，一般橫切其它線性構(gòu)造，如虎牙斷裂南段北川以西部分橫切北東向山脊，并使南側(cè)山脊發(fā)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)向，顯示左行走滑特征。由于這些橫斷層是活動(dòng)斷層，對(duì)現(xiàn)今地貌和水系分布具有決定性控制作用。地貌上，橫斷層經(jīng)過(guò)處均為大型山谷，坡陡谷深，是滑坡泥石流多發(fā)區(qū)；由于橫斷層長(zhǎng)期活動(dòng)破碎帶易于水流侵蝕，多控制了大型江河的流向，如岷江、大渡河等。另外，根據(jù)遙感影像和地貌特征分析橫切龍門山主逆沖斷裂帶的溝谷與流入四川盆地的河流，如白龍江、綿遠(yuǎn)河、湔江、西江河等，不僅兩側(cè)的山脊、溝谷被切斷，而且遙感影像上線性構(gòu)造特征明顯，可以解譯為北西向橫斷層。沿龍門山斷裂帶走向，大致間隔50 km便發(fā)育一條橫斷層，共解譯9條(圖1)，大致呈等間距、近平行分布，規(guī)律性明顯。

圖1龍門山地區(qū)地貌水系與斷裂解譯圖

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

2橫斷層的地球物理特征

龍門山斷裂帶橫斷層具有明顯的深部地球物理分界特征(圖2)。前人曾根據(jù)布格重力異常、深部磁異常、大地電磁測(cè)深等資料，標(biāo)定過(guò)龍門山地區(qū)的一些北西向的分區(qū)斷層，它們與地表橫斷層有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明一部分橫斷層為先存的深斷裂。

(1)布格重力異常：龔宇等(1995)認(rèn)為在馬爾康至理縣存在一條明顯的北西向布格重力異常扭曲帶，并將該異常扭曲帶展布范圍與撫邊河谷的展布范圍相重疊后推測(cè)出了撫邊河斷裂的存在。

(2)深部磁異常：龍門山中北段深部磁異常分段性明顯(宋鴻彪，劉樹(shù)根，1991)(圖2a紅色線段)，這些界線是深部橫斷層的影響所致。

(3)地震層析成像：松潘—甘孜地塊東南部的中下地殼存在大面積分布的S波低速區(qū)，其速度為2.75～3.15 km/s，與此相應(yīng)的地殼平均泊松比高達(dá)0.29～0.31，表明了其相對(duì)軟弱并容易變形的地殼性質(zhì)。高低速區(qū)分界清晰(圖2b中黑色線段)，分界線有北東向、北西向和近南北向三組。其中，北西向的分界線應(yīng)為北西向橫斷層的深部反映。

(4)大地電磁異常：徐權(quán)輝(2009)根據(jù)一維和二維的超長(zhǎng)周期大地電磁反演結(jié)果，認(rèn)為沿龍門山走向地下地質(zhì)體電阻具有明顯的分段特征(圖2c中紅色三角)，分段界線對(duì)應(yīng)地表橫斷層。

3橫斷層的野外地質(zhì)特征

在白龍江、文勝鄉(xiāng)、通口鎮(zhèn)、漢旺—清平、小魚(yú)洞、臥龍—懷遠(yuǎn)等地區(qū)的野外地質(zhì)考察中，發(fā)現(xiàn)了大量橫斷層存在的確鑿活動(dòng)構(gòu)造證據(jù)，包括大型近直立斷面、近水平的擦痕、階步和大型斷裂破碎帶等。

3.1臥龍—懷遠(yuǎn)橫斷層

該斷裂出露長(zhǎng)度約60 km，總體走向300°～330°，斷面較陡，傾角多大于70°。該斷裂具右行走滑性質(zhì)和分段性，可分為三江鄉(xiāng)和雞冠山鄉(xiāng)兩段，三江鄉(xiāng)段主要斷于志留系，而雞冠山鄉(xiāng)段主要斷于三疊系須家河組砂巖、雷口坡組灰?guī)r。該斷層野外露頭好，多處發(fā)育明顯斷裂痕跡。雞冠山鄉(xiāng)政府駐地河谷北岸公路旁見(jiàn)傾向北東的大型斷層面、斷層破碎帶、水平擦痕和階步，河谷沿?cái)嗔哑扑閹Оl(fā)育(圖3a～c)。三江鄉(xiāng)西北2 km河谷南岸公路旁見(jiàn)傾向南西的斷層面、近水平擦痕和破碎帶(圖3d，e)。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析，臥龍—懷遠(yuǎn)橫斷層是撫邊河斷裂向東延伸的部分，橫切龍門山主逆沖斷裂帶，是龍門山斷裂帶南段與中段的分界斷裂。

3.2虎牙斷裂南段

該斷裂長(zhǎng)約60 km，南東端位于朱家壩附近，向北西經(jīng)香泉鄉(xiāng)、通口鎮(zhèn)、玉皇廟、乾元山哪吒大橋、桃樹(shù)坪，在黃家壩錯(cuò)切北東向的北川斷層后沿NW向至核桃坪，再往北西該斷裂可能隱伏延伸到中梁子附近。晚第四紀(jì)以來(lái)表現(xiàn)為逆—走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，且以水平左行走滑運(yùn)動(dòng)為主，與虎牙

斷裂北段性質(zhì)相似。沿湔江兩岸該斷裂在多處出露很好的露頭。桃樹(shù)坪西北1 km處湔江南岸公路旁見(jiàn)多條近直立狀北西走向斷面、水平擦痕、階步和破碎帶(圖4a～d)；通口鎮(zhèn)南3 km處湔江南岸公路旁見(jiàn)北東傾向的陡立斷面、水平擦痕和破碎帶(圖4e，f)。湔江沿該斷裂發(fā)育，虎牙斷裂南段橫切龍門山中央及山前斷裂帶，是龍門山斷裂帶中段與北段的重要分界線。

3.3其它橫斷層

包括白龍江斷裂、南壩斷裂、清平斷裂、小魚(yú)洞斷裂、小金斷裂、天全—滎經(jīng)斷裂和金坪斷裂。白龍江斷裂橫切龍門山北段斷裂，出露長(zhǎng)度約50 km，分為沙州鎮(zhèn)—金洞鄉(xiāng)段和洞水鄉(xiāng)—三堆鎮(zhèn)段，其總體走向大致為白龍江流向，發(fā)育有NW向、近EW向、近NS向三組橫斷層。南壩斷裂在文勝鄉(xiāng)以西約5 km處發(fā)現(xiàn)錯(cuò)斷了北東向溝谷約75 m，右行走滑，并見(jiàn)有壓剪性破裂帶。清平斷裂在漢旺以西至清平鄉(xiāng)沿途發(fā)現(xiàn)了較好的斷裂證據(jù)，在與天池鄉(xiāng)交叉路口西南側(cè)見(jiàn)到一層厚約3 m的須家河組褐紅色含鐵泥質(zhì)粉砂巖被左行錯(cuò)斷約

圖2橫斷層的地球物理特征

(a)龍門山中北段深部磁性基巖底深圖；(b)18 km深度上的S波速度分布圖；(c)龍門山前山斷裂帶超長(zhǎng)周期大地電磁40 km深度反演結(jié)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；在公路隧道西端見(jiàn)到一系列大型直立斷面構(gòu)成寬約190 m的斷裂破碎帶；該斷層向北西延伸應(yīng)該沿松坪溝發(fā)育，是一條區(qū)域性北西向活動(dòng)斷裂。小魚(yú)洞斷層原來(lái)被掩蓋在上古生界飛來(lái)峰之下，汶川地震時(shí)同震破裂被發(fā)現(xiàn)，為斷面南西傾向的左行壓剪性質(zhì)，是一條規(guī)模較大的北西向橫斷層(徐錫偉等，2008；陳九輝等，2009；王鵬等，2013)。

4橫斷層的控震作用

根據(jù)歷史和現(xiàn)今地震分布(聞學(xué)澤等，2009)分析，龍門山斷裂帶橫斷層具有獨(dú)立發(fā)震、使龍門山主斷裂帶分段活動(dòng)及分段發(fā)震、與主逆沖斷裂聯(lián)合發(fā)震、在主震發(fā)生后控制余震傳播和引發(fā)余震等控震作用：

(1)橫斷層是獨(dú)立發(fā)震斷層。歷史和現(xiàn)今地震活動(dòng)表明橫斷層是控震斷裂，例如撫邊河斷裂、米亞羅斷裂和虎牙斷裂等歷史上都曾多次發(fā)生地震，如發(fā)生在撫邊河斷裂附近的1989年小金6.6級(jí)地震、虎牙斷裂帶上的1976年松潘—平武7.2級(jí)地震等。

(2)橫斷層使龍門山主斷裂帶分段活動(dòng)、分段發(fā)震。橫斷層使龍門山斷裂帶整體性遭到破壞，

被主要分割成3段10小段(圖5)，各段或小段可以獨(dú)立活動(dòng)并發(fā)震，也可以多個(gè)小段一起活動(dòng)地震。汶川地震是區(qū)域性臥龍—懷遠(yuǎn)橫斷層與白龍江橫斷層之間的塊體逆沖引起，其中的小魚(yú)洞、清平、虎牙、南壩橫斷層同震走滑活動(dòng)引發(fā)余震；蘆山地震則是小金和天全—滎經(jīng)橫斷層之間的塊體獨(dú)立活動(dòng)發(fā)震。兩次地震之間存在的余震分布空白段，表明臥龍—懷遠(yuǎn)斷裂和小金斷裂之間的小段在兩次地震時(shí)均未活動(dòng)(圖6)。

(3)橫斷層能與龍門山主斷裂帶聯(lián)合發(fā)震和控制余震傳播。汶川和蘆山兩次強(qiáng)震都是發(fā)震地塊沿南北兩側(cè)的橫斷層像抽屜一樣向南東突然推出而引起。尤其是臥龍—懷遠(yuǎn)橫斷層起始右行走滑與龍門山主斷裂開(kāi)始逆沖活動(dòng)同步發(fā)生，而且兩者的交匯部位引起了巨大的應(yīng)力集中從而引發(fā)強(qiáng)烈地震。汶川主震發(fā)生以后，發(fā)震地塊內(nèi)的小魚(yú)洞、清平、虎牙、南壩橫斷層所分割的5個(gè)斷塊像被壓下的“琴鍵”一樣自南向北順序抬起，因而，余震呈分段脈動(dòng)式向北東方向傳播；蘆山地震是小金橫斷層左行走滑與山前隱伏斷裂逆沖活動(dòng)引起，隨后，天全—滎經(jīng)橫斷層發(fā)生右行走滑，因此余震向南傳播而且余震主要分布在小金和天全—滎經(jīng)橫斷層之間的區(qū)域內(nèi)(圖7)。因此，兩次地震發(fā)震機(jī)制相同，但發(fā)震主斷裂不同，余震傳播方向不同，因而相互獨(dú)立，蘆山地震不是汶川地震的余震。

圖5青藏高原東緣斷裂構(gòu)造簡(jiǎn)圖

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

5結(jié)論

本文綜合利用區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造、遙感地貌、地球物理、野外露頭等多方面的證據(jù)，標(biāo)定出了龍門山斷裂帶的橫斷層，在此基礎(chǔ)上探討了龍門山斷裂帶橫斷層的控震作用：

(1)沿龍門山斷裂帶展布的橫斷層主要有NW向、近EW向和近NS向三組，與龍門山斷裂帶正交或斜交，分區(qū)域性和局部性兩類。

(2)綜合分析歷史地震分布及汶川、蘆山地震的主余震分布后，發(fā)現(xiàn)龍門山斷裂帶橫斷層具有獨(dú)立發(fā)震、使龍門山主斷裂帶分段活動(dòng)及分段發(fā)震、與主逆沖斷裂聯(lián)合發(fā)震、在主震發(fā)生后控制余震傳播和引發(fā)余震等多種方式的控震作用。

參考文獻(xiàn)：

陳國(guó)光，計(jì)鳳桔，周榮軍，等.2007.龍門山斷裂帶晚第四紀(jì)活動(dòng)性分段的初步研究[J].地震地質(zhì)，29(3)：657-673.

陳九輝，劉啟元，李順成，等.2009.汶川MS8.0地震余震序列重新定位及其地震構(gòu)造研究[J].地球物理學(xué)報(bào)，52(2)：390-397.

高原，王瓊，趙博，等.2013.龍門山斷裂帶中南段的一個(gè)破裂空段—蘆山地震的震后效應(yīng)[J].中國(guó)科學(xué)(D輯)，43(6)：1038-1046.龔宇，何玉林，伍先國(guó).1995.撫邊河斷裂新活動(dòng)特征的探討[J].四川地震，(4)：31-36.

何玉林，龔宇，伍先國(guó).1997.四川撫邊河斷裂的活動(dòng)特征[J].地震地質(zhì)，19(1)：31-36.

宋鴻彪，劉樹(shù)根.1991.龍門山中北段重磁場(chǎng)特征與深部構(gòu)造的關(guān)系[J].成都地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，18(l)：74-82.

譚錫斌，袁仁茂，徐錫偉，等.2010.汶川地震擂鼓地區(qū)地表變形特征及其機(jī)制探討[J].地學(xué)前緣，17(5)：075-083.

滕吉文，白登海，楊輝.2008.2008 汶川MS8.0 地震發(fā)生的深層過(guò)程和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)[J].地球物理學(xué)報(bào)，51(5)：1385-1402.

王鵬，劉靜，孫杰，等.2013.2008年汶川大地震小魚(yú)洞地表破裂帶精細(xì)填圖[J].地質(zhì)通報(bào)，32(4)：538-562.

王偉鋒，卿艷彬，朱傳華，等.2014.橫斷層作用下汶川地震與蘆山地震發(fā)震機(jī)制新探[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，36(3)：102-112.

魏成階，楊攀新，張俊，等.2012.汶川地震區(qū)北西向斷裂帶遙感分析[J].遙感學(xué)報(bào)，16(5)：1054-1073.

聞學(xué)澤，張培震，杜方，等.2009.2008年汶川級(jí)地震發(fā)生的歷史與現(xiàn)今地震活動(dòng)背景[J].地球物理學(xué)報(bào)，52(2)：444～454.

徐權(quán)輝.2009.龍門山前山斷裂帶超長(zhǎng)周期大地電磁測(cè)深觀測(cè)研究[D].成都：成都理工大學(xué)，28-51.

徐錫偉，聞學(xué)澤，葉建青，等.2008.汶川MS8.0地震地表破裂帶及其發(fā)震構(gòu)造[J].地震地質(zhì)，30(3)：597-629.

閆亮，李勇，Densmore A.L.，等.2009.北川地區(qū)擂鼓斷裂在汶川地震中的地表破裂及其意義[J].第四紀(jì)研究，29(3)：535-545.

張世民，聶高眾，劉旭東，等.2005.滎經(jīng)—馬邊—鹽津逆沖構(gòu)造帶斷裂運(yùn)動(dòng)組合及地震分段特征[J].地震地質(zhì)，27(2)：221-233.

張?jiān)罉颍瑮钷r(nóng)，施煒，等.2008.青藏高原東緣新構(gòu)造及其對(duì)汶川地震的控制作用[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，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. 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金“基于形變場(chǎng)與地震波的蘆山地震震源特征及發(fā)震機(jī)制研究”(41340008)資助.

中圖分類號(hào)：P315.24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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