断层泥作为断层活动的信息载体，能够记录断层的活动时间、活动性质、活动强度等运动学和动力学信息。而断层泥中的石英碎砾具有溶解速度低、抗风化能力强、性质稳定的特点，其微形貌主要受断层活动历史影响，与母岩岩性无关^[1]，对断层泥记录的信息有很好的继承性和代表性。依据成因不同，石英微形貌可分为两类：1)在断层活动过程中，由应力作用形成、反映石英破裂时间不长的“新鲜”结构特征的微形貌，称之为应力痕迹微形貌。应力痕迹微形貌中，楔形撞击坑、线状擦痕、放射形断口等应力痕迹表征断裂的粘滑运动，而磨圆球砾、弧形擦痕、应力微断层则说明断裂以蠕滑为主^[2]。2)断层活动之后，由溶蚀风化作用形成、反映溶蚀风化时间的微形貌，称作溶蚀微形貌。对于长期运动的断层，多期的破裂和溶蚀作用反复叠加，断层泥石英微形貌呈现出复杂的表面形态，从而保留断层活动的历史信息。

Kanaori于1981年提出石英微形貌统计原则，确定了断层泥石英溶蚀微形貌与断层活动年代的对应关系。1985年，日本学者金哲司根据电子显微镜扫描结果，将石英碎砾表面溶蚀形貌分为8类结构。同年，国内学者杨主恩又进一步将金哲司的分类结果进行细化。其后诸多学者利用石英微形貌方法，对竹英-贡达断裂^[3]、白龙江断裂^[1]、程海断裂^[4]、世业洲断裂^[5]等进行研究。

作为历史上少震弱震区，三峡库区自2003年首次蓄水以来地震活动明显增加。其中仙女山断裂带及其相邻的多条断裂组合带被许多学者认为是未来中强地震的潜在震源区^[6]。本文通过观察和统计仙女山-九畹溪断裂带断层泥石英表面微形貌，并结合野外地质调查，探究该断裂的活动特征。

1 仙女山-九畹溪断裂带基本特征

仙女山-九畹溪断裂带位于黄陵背斜西南，距三峡大坝坝址不足20 km，主要由北北西向的仙女山断裂带北段和两条近南北向斜列断裂(东支和西支)组成的九畹溪断裂带所构成，组成V型构造。其中九畹溪西支断裂于路口子一带穿过长江，东支断裂与仙女山断裂交汇于老林河一带。该断裂邻近区域内未有强震记载，蓄水前最大地震为1961年潘家湾4.9级地震，其次为1991年长阳4.2级和1972年周坪3.3级地震。蓄水后，断裂邻近区域内发生M3.5以上地震5次，其中2014-03-27和03-30连续发生M4.5和M4.7地震，引起广泛关注。

仙女山断裂带北段北起秭归县荒口，南经周坪、黑槽、槐树坪止于都镇湾，全长约20 km。断裂整体走向NW340° ~350°，倾向南西，倾角60°~80°。该断裂力学性质在新生代发生改变，呈压扭性特征，形成斜向逆冲断层。其最新活动年龄为15万年左右^[7]。

九畹溪断裂带整体走向10°~25°，倾向NWW，倾角60°~80°，全长31 km。断裂形成于燕山运动时期，燕山晚期差异活动表现为压扭性反扭，新生代后差异活动逐渐减弱，表现为张扭性顺扭^[8-9]。

2 断层泥样品采集及实验方法 2.1 断层泥样品采集

采样时，去除表层20 cm断层泥物质后，在靠近新地层断层面处，尽量选取均匀新鲜的断层泥。共采集样品12件，其中仙女山断裂带北段8件，九畹溪断裂带4件。

2.2 实验前处理

对断层泥石英微形貌观察前，需要对样品进行预处理。

1) 去除粘土矿物：取样品300 g置入烧杯之中，并注入足量水浸泡一段时间。搅拌使矿物颗粒自然解体分散且细粒粘土矿物悬浮，静置数秒后倒出上部浑浊液体。加水重复上述步骤，直至液体澄清，最大限度去除细粒级粘土矿物，最终获得主要成分是石英、长石、碳酸盐颗粒和铁质氧化物的沉淀颗粒。

2) 去除碳酸盐岩颗粒：沉淀颗粒置于试管中，用10%稀盐酸浸泡8 h，以去除碳酸盐颗粒。8 h后，溶液会略显浑浊，主要为碳酸盐岩颗粒内不溶于酸的杂质，须用蒸馏水清洗并烘干。

3) 立体显微镜下挑选石英：为避免由于静电作用使得石英碎砾表面粘附过多粘土矿物等细粒，挑选的石英碎砾以200目(0.074 m)以下为宜，而60目(0.3 mm)以上可能为原岩碎屑等非断层泥物质。因此，60至200目的石英碎砾为微形貌观测较为合适的粒径。为提高观测质量，利用超声波清洗机去除残余物质以提高石英观测的清晰度。

2.3 实验方法

采用日立SU8010高分辨场发射扫描电镜进行石英微形貌观测。观测前，将石英碎砾粘贴在双面胶带上分散排列，再将其喷镀金作为导电膜。应当注意，镀金过少会引起样品强烈泛光，镀金过多会使画面过暗，难以看清石英碎砾表面形态，因此镀金量需要谨慎把握。最后将粘有样品的胶带置于样品舱内，利用不同的放大倍数观测石英微形貌。需要指出的是，样品中仍可能混有少量的长石类矿物，为了确保观测颗粒为石英，需对颗粒进行能谱确认。

3 结果与讨论 3.1 仙女山断裂带北段断层泥石英微形貌分析

仙女山断裂带断层泥石英碎砾扫描电镜结果显示(如图 2)，石英表面以溶蚀微形貌为主，部分石英呈现出贝壳状、次贝壳状的微形貌特征，并伴随表征断层快速运动的撞击坑、撞击槽、摩擦平面、平直擦痕、河流花样、阶步状刻痕、三角坑、贝壳状断口等应力微形貌。图 2(a)中，石英碎砾表面遭受剧烈撞击形成撞击坑，坑面新鲜无溶蚀现象，说明石英在近年代受过激烈碰撞。图 2(b)显示，石英碎砾表现出断层强烈挤压滑动磨成的平直滑动面。图 2(e)中石英碎砾同时存在象征蠕滑特征的应力微断层和表征粘滑运动的撞击坑。综上所述，该断裂活动表现出明显的挤压特征，运动方式以粘滑为主，兼有蠕滑。

溶蚀微形貌与地质年代关系参考表 1。仙女山断裂石英微形貌类型分布直方图显示(如图 3)，代表最新断层活动的Ru型破裂所占比例为4.55%，说明该断裂在近地质年代具有一定的活动性，可以判定为活动断裂。Ⅱ类微形貌所占比例最高，达到27.27%，其余各类微形貌结构均有体现，所占比例在4.55%~21.21%之间，说明该断裂中新世以来活动具有良好的延续性。从石英微形貌频度的整体变化分析，Ⅱ类至Ru类微形貌结构频度逐渐减小，而Ⅳ类至Ⅱ类微形貌结构频度逐渐增加，整体呈抛物线状。可初步推测，从中新世至今该断裂的活动强度有先增后减的趋势，在早更新世到达顶峰，在中-晚更新世仍保留一定的活动性。

测年结果显示, 断裂北段的最近活动年龄在早-中更新世(如表 2).断裂邻近地区最大地震为1961年潘家湾4.9级、1991年长阳4.2级以及1972年周坪3.3级, 而三峡135m、156m和175m三期蓄水过程中, 地震活动逐级增加^{[7, 10]}, 尤其是在高水位状态下, 库水的附加应力和渗透作用可能会增加地震的诱发几率.

3.2 九畹溪断裂带断层泥石英微形貌统计结果

根据九畹溪断裂带断层泥石英碎砾的扫描电镜结果，部分石英微形貌呈现出贝壳状、次贝壳状，伴随表征断层快速运动的撞击坑、V型坑、平直擦痕、河流花样、疲劳纹、阶步状刻痕、三角坑等应力微形貌，同时存在少量象征蠕滑运动的磨圆球砾(图 4(f))。因此可以推测，该断裂运动方式以粘滑为主，兼有蠕滑。

应力微形貌证明，该断裂存在多期活动。图 4(b)中撞击坑-2呈橘皮状，撞击坑-1呈次贝壳状，即撞击坑-2形成年代早于撞击坑-1，且受力更大。图 4(d)显示两组呈X交错的平直擦痕，其中平直擦痕-1位于平直擦痕-2之上，且清晰度前者明显低于后者。可以初步证明，九畹溪断裂带至少存在两期活动，早期活动强于晚期。诸多学者^[12-13]通过野外地质调查得出了一致的结论。

李细光等^[11]从地震活动、断层泥粒度和断裂几何特征等角度得出九畹溪断裂可分为北、中、南3段，其中中段是断裂活动活跃区段。扫描电镜结果显示，中段断层泥石英碎砾微形貌较南段和北段新鲜，且应力微形貌更为丰富，而中段断裂正处东西支交错分岔处，结构错综复杂，处于发展成熟阶段，地震活动相对较强。这在一定程度上证明了九畹溪断裂的分段性且中段活动性较强这一结论。

九畹溪断裂带断层泥石英微形貌类型分布直方图显示(如图 3)，代表最新断层活动的Ru型微形貌结构所占比例为3.03%，说明在近地质年代存在一定的活动性，该断裂可以判定为活动断裂。Ⅲ类微形貌所占比例最高，达到30.31%，其余各类微形貌结构均有体现，所占比例在9.09%~18.18%之间，说明该断裂中新世以来活动具有良好的延续性。从石英微形貌频度的整体变化分析，Ⅲ类至Ru类整体频度逐渐减小，可初步推断上新世至早更新世是其活跃期，从上新世以来该断裂的活动强度有减弱的趋势。前人运用多种测年手段对该断裂的不同矿物对象作测年研究(表 3)表明，九畹溪断裂带最新的活动年代为中-早更新世，从断层泥石英微形貌类型分布中也能体现这一点。

4 结语

SEM结果显示，仙女山断裂带表现出明显的挤压特征，运动方式以粘滑为主，兼有蠕滑。参考已有构造岩测年结果，本文认为仙女山断裂为一条活动断裂，最近一次较大规模的运动发生在早更新世(Q₂)-中更新世(Q₃)。九畹溪断裂带至少存在两期活动，早期活动强于晚期。结合热释光和电子自旋共振测年研究，本文认为九畹溪断裂为一条多期活动的活动断裂，近期强烈活动发生在上新世(N₂)-中更新世(Q₃)，从上新世以来活动性有减弱的趋势。九畹溪断裂存在分段性，中段活动性强于南段和北段。

对比仙女山断裂北段和九畹溪断裂断层泥石英碎砾表面微形貌特征(如图 3)，前者Ru型破裂比例较后者更高，象征蠕滑运动的微形貌更少，对应的地质活动年代更晚。在测试粒径相同的条件下，断层泥粒度实验结果表明，仙女山断裂断层泥平均分维值(2.12)低于九畹溪断裂断层泥平均分维值(2.32)，表明后者比前者成熟度更高，处于更高的演化阶段。从地震活动的强度和频次看，仙女山断裂带活动性亦强于九畹溪断裂带。因此仙女山断裂带北段和九畹溪断裂带构成的V型断裂组合中，呈现出以仙女山断裂带为主导的构造格局。

本文认为，仙女山-九畹溪断裂具备发生中震的构造条件，因两断裂均未处于历史活跃期，发生强震的可能性较小。考虑到在三峡蓄水期两断裂交汇区敏感的地震反应，蓄水后将长期受到库水渗流的影响，在水库高水位运行期间不排除发生构造型水库地震的可能性。吴海波等^[15]对2014年秭归M4.5和M4.7地震分析认为，两次地震的主震和余震是受仙女山-九畹溪断裂所控制的水库诱发地震，因此建议在三峡水库高水位运行期对该区域进行重点监测。