0 引言

许多研究者都从河流阶地、冲积扇、河谷的形态及其宽度、水系样式等方面研究断裂的构造活动^[1-9]。Ouchi^[2]认为活动断层、活动褶皱及横向掀斜影响冲积河流的形态特征、冲淤过程、河型变化及沉积过程等。史兴民等认为构造活动影响着河流沉积的厚度及迁移方向，控制着构造地貌的演化^[7]。早期逆滑和走滑断裂控制水系形态，而晚期的正断层和地堑构造控制河流地貌的发育演变^[8]。青藏高原东缘龙门山断裂带北东段山前前陆盆地-武都盆地沉积了一套第四纪冲积扇(图 1，2)，即早更新世、中更新世及全新世冲积扇，该冲积扇为北东-南西向展布，说明涪江冲积扇的形成及演化要受到活动构造的控制。本文从涪江冲积扇的构造环境、沉积特征、几何变形及测年等方面，分析了江油断裂的活动性质和运动速率，提出了涪江山前古、今冲积扇的沉积演化模式，论证了第四纪期间涪江山前构造活动的阶段及强度^[10-11]。

1 涪江冲积扇发育的构造环境 1.1 构造地貌

涪江发源于岷山雪宝顶北坡，干流全长675 km，是嘉陵江右岸的最大支流，也是四川省腹部地区的一条重要河流^[12]。该河穿越龙门山北东段天竹山后，在江油断裂南西侧山前盆地，携带的大量碎屑物质堆积形成冲积扇，即涪江山前冲积扇(图 3)。

涪江山前阶梯式台地、陡崖、冲洪积扇、低山丘陵构成了龙门山北东段山前构造地貌。涪江山前古、今冲洪积扇东南侧紧靠低山丘陵，其中亘台山近东西走向；北西侧紧邻高山高原地貌，其中观雾山、天竹山、窦圌山走向与江油断裂走向一致(图 3)。涪江山前冲积扇前缘被观雾山阻挡，西部边界系北东向的中生代低山丘陵，南为亘台山所限，北东与涪江中更新世冲积扇相邻(图 3)。涪江山前冲积扇与龙门山之间分布着北东宽、南西窄的山前台地，台地内侏罗纪、白垩纪沉积层较厚，而第四纪全新世沉积较薄，主要沿涪江干流及其主要支流分布，尤其在山前冲积扇带分布集中，岩性为粉质黏土、粉土及砂砾卵石^[13-14]。

山前丘状台地夹于观雾山南西侧断裂与天竹山北东侧断裂之间(图 3)，其前缘受天竹山北东侧断裂控制。在冲积扇的后缘，台地受构造挤压隆升，形成梯级式丘状台地，每级台地之间的陡崖高约为100~200 m。涪江山前冲积扇面积约为25 km²，扇面坡度为1°~2°，扇顶距江油主断裂1.5 km，平面上呈纺锤形，其形成的地质年代为全新世。该冲积扇北东侧展布着两个被废弃的涪江古冲积扇，自北东向南西依次为涪江早更新世冲积扇及中更新世冲积扇。其几何形态在扇顶均表现为“管状”北西-南东向延伸，而扇缘则均表现为向北东延伸的不对称扇形(图 3)。

1.2 活动断层

江油断裂又称香水断裂或马角坝断裂，是若干大致平向的断裂组成，在区域上是龙门山泥盆系-石炭系沉积的东界，也是四川中、新生界红色泥盆地的西界，也是现今四川盆地与青藏高原的地貌分界^[15-16]。在江油断裂带内发育了一系列与其走向一致的断层，如江油断层、通口断层、望乡台-倒挂牌断层、黄连桥断层、含增断层、香水-让水断层等一系列断层(图 4)。它们向东北延伸，经过武都、江油、雁门坝等地直达广元以北；向南西延伸，经过安昌、雎水等地至灌县以南。江油断裂全长约为400 km, 倾向北西，倾角30°~60°，断裂带内主要发育中生代地层^[17]。断裂带内柔皱与拖曳现象明显，形成叠瓦式断裂构造^[18-20]。

涪江山前冲积扇地区发育的活动断层主要有江油断层(F_3-1)和香水-让水断层(F_3-2)。江油断层的总体走向约NE45°，整体沿着龙门山东缘展布，跨断层的水系被右旋错段，表现为逆冲兼走滑运动。断层面陡峭、直立，在平面地貌上表现为线性槽状，是断层走滑运动的典型地貌特征^[21]。香水-让水断层的走向NE45°，倾向北西，倾角45°~60°，当断层经过水系时发生系统的右旋错断，说明断层右旋走滑的性质。就本研究区而言，断层向东北沿平通河河谷延伸至南塔村没于武都盆地内涪江第四系河流冲积层之下。

1.3 新构造环境

现今四川地区构造格局的形成是在继承了印支运动与燕山运动时期形成的构造格局的基础上，再经过喜马拉雅运动，改造了青藏高原东缘的四川地区^[22]。武都盆地的侏罗纪、晚白垩世普遍发生褶皱、断裂。涪江山前冲积扇所在的武都盆地位于由江油断层和香水断层等众多次级断层组成的江油断裂带内。江油断裂属于龙门山北东段山前断裂，其活动性质控制了研究区水系的演化、构造的变形特征、河流的沉积特征。在江油断裂前缘发育了一些走滑盆地，盆内沉积了一套冲洪积相地层，如涪江古冲洪积扇砾石层。第四纪期间，龙门山冲断带新构造运动活跃，板块间的碰撞、挤压，使得青藏高原及其东缘龙门山冲断带地区或其他边缘地区强烈隆升。早更新世期间，随着龙门山冲断带的隆升，江油断裂前缘形成了一些断陷盆地，接受河流沉积；从中更新世开始，江油断裂转变为活动断裂，表现为右旋走滑性质；到晚更新世末期，江油断裂的走滑活动基本结束。江油断裂的整个运动期间主要表现为走滑兼逆冲运动^[22-25]。

2 冲积扇地区沉积特征

涪江全新世冲积扇发育于武都盆地内，覆盖整个武都镇，呈以水库下游为顶点向南展开的纺锤状沉积体。涪江古、今冲洪积扇均分布于江油断裂的南侧，受江油断裂的走滑兼逆冲运动的影响，因而涪江古、今冲洪积扇的沉积特征及研究区的构造环境的形成与其密切相关。

野外考察发现，涪江冲积扇发育的砾石层的胶结程度和沉积特征都与大邑砾岩相似，孔平等通过宇宙核素¹⁰Be与²⁶Al埋藏年龄测试分析，获得大邑砾岩的沉积年龄为~2.0 Ma^[11]。在冲积扇展布区域钻井，分别采集大于20 m及3 m处的的沉积岩，对沉积样品进行光释光测年研究，样本所需的物理与化学研究均在中国科学院地质与地球研究所宇宙成因核素实验室进行，孔平等对样本制备程序进行了详细的描述^[26]。获得的涪江古冲积扇沉积年龄与孔平等测年结果相近(表 1)。

涪江冲积扇沉积砾岩覆盖在中生代地层之上，且与下伏地层不整合接触。涪江古冲积扇沉积砾岩的地层分布情况是早更新世砾岩厚度最大，向南西向逐渐变薄且分布于山前。涪江冲积扇由一套砾岩-砂岩-粉砂岩-泥岩系列岩组成。早更新世涪江冲积扇由松散砾石组成。砾石呈灰褐色、黄褐色的厚层状，厚度约为10~20 m，粒径一般为8~20 cm。砾石成分以石英岩、闪长岩为主，次有砂岩、灰岩等。砾石磨圆度较好，填隙物为砂、泥、钙泥质胶结(图 5)。早更新世涪江冲积扇沉积砾石的不对称分布，与江油断裂第四纪的走滑活动密切相关。通过在采样点钻井深大于20 m采集冲积扇沉积样品并进行Al-Be埋藏年代测试分析，确定该套砾岩的沉积最早年代为1.84 Ma，相当于早更新世(表 1)。

中更新世涪江冲积扇沉积砾岩与下伏地层呈不整合接触。该套砾岩层的相变为黏土层与砾石互层，代表河流相与山麓洪积相的交互叠置。砾石成分以石英岩、石英砂岩、花岗岩为主，厚度一般为10~20 m，粒径一般为5~20 cm，沉积砾石分布不均匀，砾径大小不一，分选性差，磨圆度好，排列具有定向性。砾石间充填物为粉砂质、泥质物质，呈钙泥质胶结。通过在采样点钻井深约3 m采集冲积扇沉积样品并进行Al-Be埋藏年代测试分析，确定该套砾岩的沉积最早年代为0.54 Ma，相当于中更新世(表 1)。

全新世涪江冲积扇在武都盆地内集中分布，位于横切龙门山的横向河谷的河口地带，地势北西高南东低，海拔高程在558~600 m之间。全新世砾石层比较松散，夹少量薄层的砂土透镜体；岩性为粉质黏土、粉土及砂砾卵石；磨圆度良好，粒径一般以2~10 cm居多，向南东颗粒变细而磨圆度变好，厚度约为8~10 m。

早更新世涪江冲积扇扇顶距其南西向的现代冲积扇扇顶约为4 km左右，而中更新世涪江冲积扇扇顶与现代冲积扇扇顶相距0.8 km。此外，早、中更新世涪江冲积扇废弃后先后经历了明显的构造抬升作用，排除外力的侵蚀作用，据DEM数据早更新世涪江废弃冲积扇地表高出现代涪江冲积扇100 m左右，中更新世涪江废弃冲积扇地表高出现代涪江冲积扇50 m左右。

涪江古、今冲洪积扇沉积特征总体表现为沉积中心向南西迁移、叠瓦状沉积砾岩层、向上变粗的沉积序列等特征。

3 涪江冲积扇演化与安县-灌县断裂第四纪的活动的讨论

研究区位于巴颜喀拉地块与扬子地块的交界处，研究区内山前断裂-江油断裂活动性质主要表现为走滑兼逆冲。江油断裂的右旋走滑运动造成构造带向南西向走滑，江油断裂的逆冲运动则造成研究区山体的隆升^[27-29]。

3.1 江油断裂的走向滑动

关于断裂活动性质的研究主要通过水系错动、冲积扇几何形态变形及其展布、河流阶地、河床等方面进行。笔者通过涪江古、今冲洪积扇的高程差、几何不对称分布及其展布方向为江油断裂的活动性质提供了证据。

河流冲洪积扇对构造活动有明显的反映。在正常情况下，河流冲洪积扇将以河谷为轴基本对称。第四纪期间，龙门山强烈隆升，大量的碎屑物在山前迅速堆积形成涪江古冲洪积扇。涪江山前断裂-江油断裂发生右旋走滑运动时，造成涪江在出山口处右旋错动，河道向南西方向折拐；江油断裂右旋走滑运动的幅度小于河谷的宽度，涪江冲洪积扇持续接受沉积；一定时间段内，涪江山前的河流侵蚀幅度大于江油断裂右旋走滑运动的幅度，河流南西岸受遭侵蚀，北东岸产生堆积^[30]。随着时间推移，造成涪江山前早、中更新世冲洪积扇的几何不对称分布。

前文已述，涪江早、中更新世冲积扇从几何形态来看可以分为两部分：“管状”冲积体和北东-南西向延伸的不对称冲积体，早更新世冲积扇扇顶距全新世冲积扇扇顶4 km，中更新世冲积扇扇顶距全新世冲积扇扇顶0.8 km。按照一般山前冲积扇的分布形态，该冲积扇应该是中更新世冲积扇超覆于早更新世冲积扇，全新世冲积扇覆盖在中更新世冲积扇之上，而现实情况是沿走滑断裂方向，冲积扇具有明显的侧向迁移特征(图 6)。一个合理的解释就是随着走滑断裂的右旋走滑运动，沿走滑断裂的走向，涪江冲积扇发生侧向叠置，冲积扇的形成时代由老变新(图 6)。江油断裂的右旋走滑导致河道及其沉积物不断向南西迁移，即早更新世以来涪江冲积扇沉积砾岩被右旋错动4 km，中更新世以来涪江冲积扇沉积砾岩被右旋错动0.8 km。用这一数据去计算江油断裂的右旋走滑速率，需要确定该套砾岩的沉积年代。那么，江油断裂自1.84 Ma以来的平均右旋走滑速率约为2.17 mm/a，自0.54 Ma以来的平均右旋走滑速率约为1.48 mm/a说明早更新世以来江油断裂的右旋走滑程度变弱。

3.2 江油断裂的隆升扩展活动

关于龙门山断裂带北段第四纪活动的地质地貌证据主要通过河流地貌来进行判断。龙门山断裂带北段所在地区的河流的一般发育5级阶地，T₁阶地拔河高度3~5 m，为全新世堆积阶地。T₂阶地拔河高度10 m左右，为晚更新世基座阶地。T₃阶地拔河高度一般为30~35 m，为晚更新世早期形成的基座阶地。T₄阶地拔河高度60~70 m，残留的阶地砾石层中花岗岩、砂岩砾石已经被强风化，只保留砾石的形态。T₅阶地拔河高度为90 m左右，阶地堆积物被剥蚀殆尽^[31]。而江油断裂第四纪活动的地质地貌证据主要表现为涪江古冲积扇隆升。

早更新世，龙门山构造带强烈隆升，涪江山前由沉积作用发生，龙门山构造带的隆升速度大于涪江河道的下蚀作用速度，造成涪江山前持续沉积，加之龙门山构造带持续进行构造隆升活动，则在涪江山前形成巨厚的河流冲洪积扇沉积^[32]。中更新世，涪江河道的下蚀作用速度大于龙门山构造带的构造隆升速度且大于山麓的侵蚀作用速度，涪江冲洪积扇的沉积中心开始向南移动，加之山前江油断裂的右旋走滑运动，使形成的新冲积扇分布于早更新世冲积扇的南西侧^[32]。

涪江古冲积扇的高程差异可能反映中更新世以来山前带的间歇性隆升活动。正常情况下，随着龙门山构造带的持续隆升，沉积中心向下游移动，则冲洪积扇随之向下游移动，形成串珠状冲洪积扇。现实情况是，受江油断裂右旋走滑活动的影响，涪江早、中、晚更新世冲洪积扇发生侧向叠置，而全新世冲积扇超覆于晚更新世冲洪积扇，使得晚更新世冲洪积扇成为埋藏扇(图 7)。这一现象可能表明，从中更新世以来江油断裂带表现为阶段性的较缓慢的隆升活动。

前文已述，早更新世涪江废弃冲积扇地表高出现代涪江冲积扇100 m左右，中更新世涪江废弃冲积扇地表高出现代涪江冲积扇50 m左右。据此，我们可以粗略的计算出中更新世以来江油断裂的隆升速率，即中更新世以来江油断裂带的隆升速率约为0.19 mm/a。

4 初步认识

(1)涪江冲积扇发育在青藏高原东缘北东-南西走向的龙门山断裂带北端的山前断裂带-江油断裂带内，江油断裂的活动性质控制了涪江古、今冲洪积扇的展布方向及扇体的几何形态。涪江古今冲洪积扇的形成、演化与青藏高原的构造隆升活动，尤其是江油断裂的走滑兼逆冲运动有着密切的联系。

(2)涪江在龙门山北东段山前的早、中更新世冲积扇形成年代分别为1.84 Ma、0.54 Ma，在江油断裂右旋走滑过程中，早、中更新世冲积扇右旋错动距离分别为4 km、0.8 km，可以估算出江油断裂自1.84 Ma和0.54 Ma以来的平均右旋走滑速率分别约为2.17 mm/a、1.48 mm/a，表明早更新世以来江油断裂的右旋走滑速率有减小的趋势。

(3)在江油断裂的逆冲运动过程中，将涪江冲积扇分割成相对抬升的山前台地(早、中更新世涪江冲积扇)及山前盆地。早、中更新世涪江废弃冲积扇地表高出现代涪江冲积扇分别约为100 m、50 m。则中更新世以来江油断裂带表现为阶段性的较缓慢的隆升活动，其隆升速率约为0.19 mm/a。