2020, Vol. 40
青藏高原及邻区构造活动强烈，地质和地貌现象保存较好，是国际地学界研究的热点地区之一。新生代以来，由于印度板块向欧亚板块的俯冲作用，青藏高原在侧向挤压作用下向东扩展[1-2]，致使青藏高原东缘的龙门山地区发生强烈构造变形，并相伴产生四川盆地和龙泉山断层传播褶皱。龙门山地震活动强烈，近年来曾发生汶川8.0级和芦山7.0级地震，而龙泉山地震活动性较弱，以中小地震为主。前人对龙泉山地震活动进行了大量研究[3-9]，由于龙泉山西坡断裂附近缺乏第四系沉积而不能对其最新活动性进行限定，从而存在一定的争议。本文在野外地质调查工作的基础上，利用浅层地震剖面、钻孔、年代学等资料，初步分析龙泉山山前断裂的空间展布位置，探讨龙泉山西坡断裂的最新活动性。
1 区域地质背景龙泉山构造带位于青藏高原东缘(图 1)，为成都盆地的东边界。晚三叠世-侏罗纪，由于青藏高原向东挤压及扬子地块的阻挡作用，相继形成龙门山逆冲带和龙泉山构造带，龙泉山构成了龙门山前陆盆地的前陆隆起，在沉积的同时伴随缓慢隆升[10-11]。在构造挤压区，不同的构造活动控制着不同的沉积作用，地壳缩短、断层活动都对沉积作用具有重要的影响，因此，沉积地层可以较好地记录构造活动的历史[12-13]。控制一个区域构造格架的主要因素是该地区的主要断裂，而构造运动的发展也必然依托于主要断裂的活动而表现出来[14]。因此，龙泉山西麓山前的晚第四纪沉积为研究龙泉山山前隐伏断裂及其活动性提供了条件。
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图 1 龙泉山及邻区地貌图 Fig. 1 Geomorphologic map of Longquanshan and its adjacent regions |
龙泉山西坡断裂分布在龙泉山背斜的西翼，延伸方向和龙泉山走向一致，全长超过200 km。其中，龙泉山西坡断裂的北段和南段倾向北西，中段倾向南东，均为逆冲性质。龙泉山西麓山前凹陷位于苏码头背斜与龙泉山背斜之间，地貌上为负地形，为向斜构造(图 2、图 3)。凹陷起始于金堂，向南经洛带镇、龙泉驿区、太平镇，消失于籍田镇附近，呈北东-南西走向的狭长条带状，长约50 km，宽约5~12 km，长轴方向平行于龙泉山，向斜南西端翘起，北东端被第四系所覆盖。龙泉驿区和柏合镇之间钻孔资料和地质剖面分析表明，凹陷内晚第四纪沉积厚度较薄，金堂-太平沉积厚度较厚，太平镇以南第四纪沉积厚度变薄，在籍田镇附近有白垩系基岩出露。第四纪沉积厚度最大的地区在龙泉驿区附近，沉积类型为冲积扇，厚度为27.5 m，为龙泉山山前凹陷的沉积中心(图 4)。第四纪沉积厚度的数据证实，在金堂-太平一线褶皱变形程度较大，高于太平以南地区。
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图 2 龙泉山西麓山前地层分布 Fig. 2 Stratigraphic distribution of western piedmont of Longquanshan |
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图 3 龙泉山西麓山前地形剖面 Fig. 3 Topography profiles of western piedmont of Longquanshan |
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图 4 龙泉山西麓山前晚第四纪沉积厚度 Fig. 4 The thickness of late Quaternary in western piedmont of Longquanshan |
为查明龙泉山西麓山前晚第四纪覆盖区是否有断裂通过，从南向北共布设3条浅层地震反射测线(图 5)：红星村-土门子(L1)、三星桥-东阳村(L2)、乱葬岗-春天沟(L3)。这3条浅层地震测线均沿公路布设，数字地震仪采样间隔为0.5 ms，记录长度为1 s。采用道间距2 m、120道接收、炮距14 m的观测系统。该仪器具有高采样率、高宽记录频带、大动态范围和能对可控震源资料进行现场实时处理等特点，可解决在城市内开展浅层高分辨率地震勘探工作的抗干扰问题。
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图 5 龙泉山西麓山前地球物理和钻探剖面分布 Fig. 5 The distribution of geophysical and drilling profile of western piedmont of Longquanshan |
L1测线北西起于红星村，南东方向终止于土门子，测线长度2 140 m(图 6)。从L1浅层地震剖面中可以看出，地层反射信息较为明显，从浅到深大致可以看到4~5个反射层，结合钻孔和地质资料，第四系的底界分布在20 m左右，其下为侏罗系-白垩系基岩。根据反射波组特征和断层判别依据，在该剖面上解释了两条断裂(F1和F2)，上断点分别位于1 282 m和1 782 m附近，属于逆冲性质，倾向南东。东支F1为龙泉山西坡断裂的主干断裂，西支F2为其分支断裂。
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图 6 龙泉山西麓山前浅层地震反射剖面 Fig. 6 Shallow seismic reflection profile of western piedmont of Longquanshan |
L2测线北西起于三星桥，南东方向终止于东阳村，测线长度2 392 m(图 6)。在L2测线的反射波叠加剖面上解释了两条特征明显的断裂(F1和F2)，其位置分别位于测线922 m和1 952 m附近，属于逆冲性质，倾向南东。东支F1为龙泉山西坡断裂的主干断裂，西支F2为其分支断裂。在断点处不仅可看到反射波同相轴出现的明显错断，而且断点两侧的反射波组特征和同相轴数目也有明显不同。
L3测线北西起于乱葬岗，南东方向终止于春天沟，测线长度2 482 m(图 6)。在L3剖面上同样解释了两条断裂，其上断点分别位于642 m和2 062 m附近，属于逆冲性质，倾向南东。东支F1为龙泉山西坡断裂的主干断裂，西支F2为其分支断裂。
2.2 高密度电法剖面为进一步探测分支断裂的特征，在马坝村(靠近东风渠)布设一条高密度电法剖面D1(图 5、图 7)。本次高密度电法探测采用DUK-2型高密度电法仪，电极距为10 m，供电脉宽0.3 s，供电周期为3次，采用温纳装置进行测量。
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图 7 龙泉山西麓山前高密度电法剖面 Fig. 7 High-density electricalprofile of western piedmont of Longquanshan |
测线地形较为平坦，测线全长590 m，沿北西-南东方向布设。反演剖面显示，在测线中点(295 m)两侧的反演视电阻率存在明显差异，该点左侧的低电阻率为粘土层的低阻电性特征反应，右侧为泥岩的相对高阻电性特征。推测该现象由断层造成，断层的上断点埋深4.5 m左右，性质为逆断层，倾向南东。
3 钻孔剖面分析为验证地球物理探测结果的准确性，在西支断裂上布设联合钻孔剖面P1(图 5、图 8)，剖面全长92 m，由6个钻孔(zk1~zk6)组成，最大孔间距28 m，最小孔间距9 m；单孔最大深度25.2 m，最小深度17.6 m。依据钻孔岩芯编录资料，结合粘土层岩性分布变化特征，将钻孔中的粘土层归并为灰褐色粉砂质粘土层、紫红色粉砂质粘土层和棕红色粉砂质粘土层3层。从图 8可以看出，断层分布在zk1和zk2之间，将第⑤层基岩顶面断错约2.2 m，将第③层粘土错断约1 m，上断点埋深约4.5 m。
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图 8 龙泉山西麓山前钻孔剖面 Fig. 8 Drilling section of western piedmont of Longquanshan |
通过对图 4中zk22钻孔进行分析，钻孔总深度26.3 m，岩性从下至上大致可分为3层：1)白垩系紫红色泥岩；2)灰黄色、黄褐色砾石层；3)粉砂质粘土层。粉砂质粘土沉积厚度为11.5 m，在岩芯0.8 m和2.5 m处采集14C样品，测定年龄值分别为1 480±30 a BP和2 300±30 a BP，沉积速率为2 mm/a。由于在其底部粘土层中未发现有炭样，无法直接对粘土层底部的沉积年代进行约束，结合沉积速率，推算出粘土底界的沉积年龄为5 750±30 a BP，属于全新世沉积。
结合浅层地震反射剖面、电法剖面和钻孔剖面的分析表明，龙泉山西坡断裂存在分支断裂，展布于山前的第四系沉积层中，呈北西-南东走向，逆冲性质，倾向北东。根据前文所述，龙泉山山前粘土层的底界沉积时代为全新世，上断点止于粘土层中，因此推断，龙泉山西坡断裂为全新世活动断裂。Wells等[15]基于大量地震数据，建立了不同类型地震断层的地表破裂长度与矩震级MW的经验关系式，其中隐伏逆断层的经验公式为：MW=4.49+1.49log(RLD)，将地震破裂长度(RLD)约21 km代入关系式，MW约为6.5。因此，龙泉山西麓分支断裂潜在最大震级为MW 6.5。
5 龙泉山西坡断裂带模式讨论龙泉山西麓山前隐伏断裂形成的动力来源需结合龙门山构造带的逆冲和右旋走滑作用来进行探讨。龙门山的逆冲作用是龙泉山构造带形成的主要动力，使其不断向成都盆地挤压，在盆地内表现为一系列的构造缩短，伴随产生的右旋走滑作用在成都盆地内形成一系列斜列的褶皱，如熊坡背斜、苏码头背斜、龙泉山背斜。龙门山地区发育多套重要的滑脱层，其中发育在三叠系中的膏岩滑脱层与龙泉山断裂带相接[16]，动力的传递主要通过断层-滑脱作用来实现。龙泉山受这一构造体系的影响，形成纯剪切楔状的断层相关褶皱[17-18]，从而导致龙泉山的被动抬升。
龙泉山中段西侧山前的第四系沉积厚度呈现一定的规律性，龙泉驿区沉积厚度最大，在其南北方向厚度逐渐减小，这也证明了来自于龙门山构造应力的非均匀性，影响最大的地区集中在龙泉驿区附近。龙泉山抬升的同时不断向盆地内挤压，促使龙泉山西坡断裂及其分支断裂向成都盆地反向逆冲扩展(图 9)。
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图 9 龙泉山断裂带构造模式 Fig. 9 Tectonic model of Longquanshan fault |
1) 地球物理剖面的解译结果表明，龙泉山西麓山前存在逆冲型隐伏断裂，倾向南东，属于龙泉山西坡断裂的分支。
2) 根据钻孔剖面和年代学分析，龙泉山西侧山前分支断裂的上断点止于全新世粘土层中，属于全新世活动断裂。
3) 龙泉山西坡分支断裂的存在证明龙泉山在抬升过程中不断向成都盆地逆冲挤压、扩展，其在龙泉山中段的存在证明龙门山构造应力具有非均匀性，而这种持续的构造变形所引起的地震风险不容忽视。
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