四川盆地南緣筠連-長寧地震區(qū)扎子坳斷層探測及活動性初步研究

何 強(qiáng) 王世元 周亞東 劉 韶 馬 超

1 四川省地震局，成都市人民南路3段29號，610041 2 四川賽思特科技有限責(zé)任公司，成都市人民南路3段29號，610041

筠連-長寧地震區(qū)位于四川盆地南側(cè)的東部弱升區(qū)內(nèi)，是川東盆嶺區(qū)和滇東-黔西中等掀升區(qū)的交界部位[1]。區(qū)內(nèi)分布有古生界奧陶系和二疊系地層及中生界三疊系、侏羅系、白堊系地層，新生界第四系地層則主要沿現(xiàn)代河流分布。褶皺構(gòu)造主要有建武向斜、雙河背斜、筠連鼻狀背斜、巡司場鼻狀背斜、樂義背斜等，斷層有芭蕉灣斷層、巡司場斷層、天臺寺斷層、扎子坳斷層和大地灣-瓦房頭斷層等，主要發(fā)育在褶皺軸部附近，走向嚴(yán)格受褶皺軸向的控制，與背斜構(gòu)造具有共生的特點。

四川盆地是我國具有代表性的中、新生代沉積盆地，盆地內(nèi)的地震活動性相對四川西部活動構(gòu)造區(qū)明顯減弱，筠連-長寧地震區(qū)位于四川盆地?fù)P子陸塊四川臺拗的川東陷褶束內(nèi)，是一個相對穩(wěn)定的地塊，新構(gòu)造和現(xiàn)代構(gòu)造活動較弱，晚第四紀(jì)斷裂活動不明顯，但第四紀(jì)活動性較弱的斷裂也可能發(fā)生中等強(qiáng)度的破壞性地震[2]。截至2019-07-30，筠連-長寧地震區(qū)共記錄到M≥4.7地震11次(包括余震)，其中6.0～6.9級地震1次，5.0～5.9級地震6次，4.7～4.9級地震4次，最大為2019-06-17宜賓長寧雙河6.0級地震，中強(qiáng)地震主要發(fā)生在雙河背斜、長寧背斜、樂義背斜核部或陡翼附近。

2016-08～09宜賓市筠連與珙縣交界處曾頻繁出現(xiàn)小震活動，2016-12-28以來再次頻繁出現(xiàn)小震活動，最大為2017-01-28筠連4.9級地震，震源深度11 km，震中烈度為Ⅵ度。扎子坳斷層位于震中附近，斷層NW側(cè)(上盤)的震害程度明顯大于SE側(cè)(下盤)，地震的余震也主要沿扎子坳斷層的上盤成叢、成帶分布(圖1)，表明筠連4.9級地震的發(fā)生與扎子坳斷層在空間上存在一定的關(guān)系。

圖1 筠連4.9級地震余震震中分布Fig.1 Epicentral distribution of aftershocks of the Junlian 4.9 magnitude earthquake

扎子坳斷層位于長寧雙河背斜南側(cè)，建武向斜的西側(cè)，總體走向NNE。為查明扎子坳斷層的空間展布位置及斷層活動性，本文從地表地震地質(zhì)調(diào)查、淺層地球物理探測、探槽剖面分析等方面對扎子坳斷層進(jìn)行研究。

1 地表地震地質(zhì)調(diào)查

地表地震地質(zhì)觀察點如圖2所示，采用路線穿越和追蹤相結(jié)合的方法對扎子坳斷層進(jìn)行調(diào)查，在斷層北端的王家寨附近有2組斷層觀察點No1和No2。其中，觀察點No1(圖3)為一完整的斷層剖面，斷層發(fā)育在層狀下三疊統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r中，斷面近直立，走向N10°E，傾向SE，傾角85°，西盤(下盤)地層近水平，產(chǎn)狀22°∠8°，東盤(上盤)發(fā)生褶皺變形。觀察點No2距離觀察點No1約20 m，斷層斷面緊閉，破碎帶寬約0.5 m。觀察點No3位于No2南側(cè)，此處扎子坳斷層主要表現(xiàn)為埡口地貌，其兩側(cè)巖性產(chǎn)狀變化明顯。

圖2 扎子坳斷層地震地質(zhì)調(diào)查點Fig.2 Zhazi’ao fault seismic geological survey site

圖3 觀測點No1扎子坳斷層剖面Fig.3 Observation point No1 Zhazi’ao fault cross-section

在韓家浸的觀察點No4，扎子坳斷層傾向發(fā)生變化，斷層面傾向NW，走向N55°E，傾角55°，斷層擠壓緊閉，破碎帶寬約0.8 m。在No4以南約2.5 km的觀察點No5，扎子坳斷層發(fā)育在下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組砂泥巖中(圖4)，斷層走向N70°E，傾向SE，傾角59°，上覆厚約0.3 m的第四系全新統(tǒng)松散殘坡積物，斷層未錯切松散殘坡積物，表明該處扎子坳斷層不具備全新世活動性。

圖4 觀察點No5扎子坳斷層剖面Fig.4 Observation point No5 Zhazi’aofault cross-section

在馬家溝西側(cè)公路旁的觀察點No6，下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組的紫紅色泥質(zhì)砂巖中發(fā)育有寬度約15 m的斷層破碎影響帶，主斷面附近地層發(fā)生擠壓揉皺變形。在扎子坳至順河村一帶的觀察點No7，斷層槽谷地貌比較發(fā)育(圖5(a))，槽谷西側(cè)出露的基巖為上二疊統(tǒng)樂平組砂巖、粉砂巖，東側(cè)基巖為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組紫紅色泥質(zhì)砂巖，兩側(cè)產(chǎn)狀存在明顯的變化。斷層向南一直延伸到渾水河的T1階地，由于受到后期耕作改造的影響，階地面并未見明顯的斷層新活動跡象(圖5(b))。

圖5 觀察點No7扎子坳斷層埡口和渾水河T1階地地貌Fig.5 Landform of Zhazi’ao fault pass and Hunshui River T1 terrace of observation point No7

圖6 觀察點No8扎子坳斷層剖面Fig.6 Observation point No8 Zhazi’ao fault cross-section

在樂義鄉(xiāng)大坡上附近的觀察點No9，扎子坳斷層表現(xiàn)為擠壓逆沖性質(zhì)。在桂花樹附近的觀察點No10，扎子坳斷層發(fā)育于上二疊統(tǒng)與下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組地層之間，表現(xiàn)為斷層兩側(cè)地層傾向相頂，煤系地層遭受強(qiáng)烈擠壓，巖層傾角較陡，斷層破碎影響帶寬約20 m，主要由擠壓劈理、糜棱巖、斷層泥等組成(圖7)，斷層泥中發(fā)育有垂直擦痕，表現(xiàn)為擠壓逆沖性質(zhì)。在主斷層以西約100 m處發(fā)育有一條與之平行的次級斷層，于主斷層斷面上取斷層泥樣品，在掃描電子顯微鏡(SEM)下呈鱗片狀石英形貌(圖8)，表明該斷層在中更新世有明顯活動。

①下二疊統(tǒng)灰?guī)r; ②上二疊系煤系地層; ③下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組砂頁巖; ▲測齡樣品采集位置圖7 觀察點No10扎子坳斷層剖面Fig.7 Observation point No10 Zhazi’ao fault cross-section

圖8 斷層泥樣品在SEM下形貌Fig.8 The morphology of the fault mud sample under SEM

通過地表地震地質(zhì)調(diào)查可知，扎子坳斷層屬逆斷層，局部覆蓋有較薄的殘坡積層和洪積層，厚度較薄，斷層破碎影響帶寬度一般小于10 m，個別地方約20 m，斷層規(guī)模較小，上覆第四系全新統(tǒng)地層，未見有變形或錯動痕跡，通過斷層泥SEM結(jié)果推測扎子坳斷層為中更新世活動斷層。

2 淺層地球物理勘探

根據(jù)地表地震地質(zhì)調(diào)查結(jié)果并結(jié)合場地條件，在扎子坳斷層沿線共布設(shè)6條淺層地球物理勘探測線(圖2)，其中L1、L2為淺層地震勘探測線，D1、D2、D3、D4為高密度電法勘探測線。

2.1 淺層地震勘探

淺層地震儀使用NZXP 48道高精度地震儀，利用錘擊震源，結(jié)合地形條件，采用不同的地震勘探方法分別在韓家浸和方家溝布設(shè)一條反射波法地震勘探測線L1和一條地震映像法測線L2。

L1測線位于韓家浸溝谷地帶，地形較為平坦，測線上覆地層為第四系粘土層，西側(cè)有中三疊統(tǒng)雷口坡組白云質(zhì)灰?guī)r出露。為查明扎子坳斷層在韓家浸的具體空間展布，在斷層可能通過的地段布設(shè)一條142 m的反射波地震勘探測線L1，測線走向為289°。施工中采用24磅錘擊震源、60 Hz垂直檢波器、34 m最小偏移距、2 m道間距采集參數(shù)[3-5]，通過對原始地震時間記錄資料進(jìn)行反演計算，得到L1測線反射波地震時間剖面和地質(zhì)解譯，如圖9所示。

圖9 L1測線地震時間剖面及解譯Fig.9 Seismic time profile and interpretation map of L1 line

在高坎鄉(xiāng)方家溝附近布設(shè)L2測線，采用地震映像法進(jìn)行勘探[6]，結(jié)果顯示，斷層沒有從L2測線位置通過，結(jié)合地表地質(zhì)調(diào)查及地貌分析推測，扎子坳斷層可能從L2測線西側(cè)的山坡通過。

2.2 高密度電法勘探

研究區(qū)下伏的灰?guī)r、砂巖或頁巖地層與第四系地層存在一定的電阻率差異，斷層破碎帶在電性剖面上一般表現(xiàn)出低阻條帶或電性層明顯不連續(xù)的特征[7]。為配合淺層地震勘探及地表地質(zhì)調(diào)查，在扎子坳斷層可能通過的位置布設(shè)4條高密度電法測線，使用儀器為DUK-2型60道高密度電法儀。從高密度電法剖面來分析，淺地表分布有第四系全新統(tǒng)低阻粘土層，下部則為高阻的三疊系灰?guī)r、砂巖或頁巖。

B61是美國在20世紀(jì)60年代研發(fā)的一種核航彈，首枚于1968年服役。美國先后研發(fā)了8種型號的B61，目前仍有4種在役：B61-3、B61-4、B61-7和B61-11。

D1測線位于上羅鎮(zhèn)，長295 m，地形較為平坦，采用5 m極距，沿116°方向布設(shè)，通過反演計算得到剖面圖10?？梢钥闯?，在測線180～200 m范圍內(nèi)，電性層出現(xiàn)錯斷和不連續(xù)的異常特征，推測此處為扎子坳斷層通過的位置。

圖10 D1測線高密度電法反演剖面Fig.10 D1 line high density resistivit inversion profile

D2測線位于王家寨以東，長285 m，施工中采用5 m極距，沿106°方向布設(shè)。從圖11可以看出，在測線70～80 m范圍內(nèi)，高阻電性層出現(xiàn)明顯的不連續(xù)特征，推測為扎子坳斷層電性特征的反映，斷層破碎影響帶寬度約為9 m。

圖11 D2測線高密度電法反演剖面Fig.11 D2 line high density resistivit inversion profile

D3測線位于順河村，長115 m，施工中采用2 m極距，沿164°方向布設(shè)。從圖12可以看出，在測線80～90 m范圍內(nèi)，高阻電阻率層出現(xiàn)錯斷和不連續(xù)，推測為扎子坳斷層電性特征的反映，斷層破碎影響帶的寬度約為5 m。

圖12 D3測線高密度電法反演剖面Fig.12 D3 line high density resistivit inversion profile

D4測線位于高坎鄉(xiāng)五星村，長255 m，測線位置視電阻率成層性較好，電性層較連續(xù)，沒有發(fā)現(xiàn)隱伏斷層，表明扎子坳斷層沒有向南延伸至高石坎。

3 扎子坳斷層探槽分析研究

圖13 韓家浸探槽開挖環(huán)境和探槽揭露的地層Fig.13 Hanjiajin exploration trench environmentand the ground exposed by the trench

圖14 順河村探槽開挖環(huán)境和探槽揭露的地層Fig.14 Shunhe village exploration trench environment and the ground exposed by the trench

4 結(jié) 語

1)扎子坳斷層位于2017-01-28筠連4.9級地震震中附近，余震也主要沿扎子坳斷層NW(上)盤成叢、成帶分布，極震區(qū)地震烈度長軸方向為NEE向，與扎子坳斷層的走向基本一致，推測扎子坳斷層為筠連4.9級地震的發(fā)震構(gòu)造。

2)扎子坳斷層北起上羅鎮(zhèn)，向南經(jīng)陳家溝、韓家浸，過濫灣子后走向由NE轉(zhuǎn)為SN，沿王八坳、扎子坳、順河村一線，斷層走向轉(zhuǎn)為NE，展布在方家溝的西北基巖山坡上，止于高坎鄉(xiāng)。

3)扎子坳斷層總體呈近SN微彎曲狀，傾向不定，全長約15 km，主要斷于古生代二疊系和中生代三疊系地層內(nèi)，屬逆斷層性質(zhì)。斷層局部地有較薄的殘坡積層和沖洪積層，厚度一般為1～4 m，沖溝內(nèi)斷層上覆第四系覆蓋層厚度一般小于10 m，斷層破碎影響帶寬度小于20 m。

4)經(jīng)地表地震地質(zhì)調(diào)查可知，扎子坳斷層規(guī)模較小，上覆的全新統(tǒng)地層未見錯動跡象，高密度電法剖面和反射波法地震勘探剖面揭示斷層未錯切上更新統(tǒng)地層底界面，SEM測定表明，斷層在中更新世有過活動，探槽剖面未發(fā)現(xiàn)斷層進(jìn)入晚更新統(tǒng)上部地層。經(jīng)綜合分析并結(jié)合探槽剖面，初步判別扎子坳斷層不具備晚更新世晚期活動性。

由于受地形條件、地下水及探槽深度等的影響，本文未進(jìn)行跨扎子坳斷層鉆孔聯(lián)合剖面探測，斷裂活動時代的確定主要以淺層地球物理勘探、探槽及SEM為依據(jù)。因此，本文扎子坳斷層活動時代的判定僅為初步判別結(jié)果，確定扎子坳斷層準(zhǔn)確的活動時代需進(jìn)行更深入的工作，如開展跨斷層鉆孔聯(lián)合剖面勘探和有效的探槽開挖等，以進(jìn)一步提供斷層活動特征的地質(zhì)證據(jù)。

致謝：感謝宜賓市筠連縣住房城鄉(xiāng)建設(shè)和城鎮(zhèn)管理局對野外地震地質(zhì)調(diào)查和淺層地球物理勘探現(xiàn)場工作提供的幫助，成都理工大學(xué)雷宛教授及四川省地震局劉玉法博士、王明明博士對文章提出寶貴意見，在此一并表示感謝。