维西-乔后断裂全新世活动与古地震

2021-09-27常祖峰李鉴林毛泽斌

地震地质 2021年4期

常祖峰常昊李鉴林毛泽斌臧阳

1)云南省地震局，昆明 650224 2)中国地震台网中心，北京 100045

0 引言

川滇菱形块体是青藏高原东缘侧向挤出最强的活动块体，地震活动强烈而频繁，是活动构造和地震监测预报重点关注的地区(李玶，1975；阚荣举等，1977； Tapponnieretal.，1982；李玶等，1993；吕江宁等，2003；张家声等，2003；张培震等，2003a，b)。其西南边界——红河断裂带是一条右旋走滑的活动断裂(Allenetal.，1984； Tapponnieretal.，1990； Leloupetal.，1993，1995； Wangetal.，1998；虢顺民等，2001；向宏发等，2004，2007； Socquetetal.，2005； Schoenbohmetal.，2006)。其西北边界——金沙江断裂是一条多期活动的缝合线构造，后期因受到青藏高原向E挤出运动的影响又表现出右旋走滑兼逆冲性质(图1a)，其中北段被认为属于晚更新世—全新世活动(许志琴等，1992；邓起东等，2002；常祖峰，2015)。维西-乔后断裂位于川滇菱形块体西部边缘，南与红河断裂相接，北与金沙江断裂相连(图1a)。大地构造上，它是兰坪—思茅褶皱带与昌都—云岭褶皱带2个大地构造单元的分界断裂，对昌都—云岭和兰坪—思茅地区的岩浆作用、沉积建造、变质作用有着明显的控制作用，因此在大地构造演化中具有重要影响(云南省地质矿产局，1990)。该断裂具有长期的发育历史，形成于加里东运动期，在海西—印支期有过强烈活动，沿断裂火山活动和岩浆作用强烈，喜山期也有过强烈活动。沿维西-乔后断裂发育的雪龙山韧性剪切带(图1b)，与哀牢山、点苍山以及越南Day Nui Con Voi韧性剪切带共同构成川滇块体西缘一条长达1000km的大型韧性剪切带，且早新生代期间雪龙山韧性剪切带与哀牢山-红河断裂带同样表现为大规模左旋走滑运动，是新生代早期印支板块向SE运动的边界(Tapponnieretal.，1990； Leloupetal.，1995)。新生代晚期，其与红河断裂、金沙江断裂具有相似的运动学特征，以右旋走滑运动为主，且晚第四纪活动迹象明显。从区域地质演化和新构造运动历史看，维西-乔后断裂与红河断裂具有共同的地质演化历史和构造变形机制，均从新生代早期的左旋走滑运动，至上新世转变为右旋走滑运动。它与红河断裂带一脉相承，是红河活动断裂带的北延部分，并在川滇活动块体形成、演化和运移过程中扮演着重要角色(常祖峰等，2016a)。因此，加强维西-乔后断裂的活动性研究，对深入认识滇西北地区地震地质背景以及川滇块体边界构造变形机制与样式无疑具有重要的理论和实际意义。

图1 维西-乔后断裂展布图Fig. 1 Distribution of Weixi-Qiaohou Fault.F1维西-乔后断裂； F2龙蟠-乔后断裂； F3红河断裂

维西-乔后断裂北起雪龙山东麓白济汛，经维西、通甸、乔后、平坡，而后沿巍山盆地西缘展布，总长约280km(图1b)。大致以玉狮场、平坡为界，可将断裂分为北段、中段和南段3段。新构造运动期，北段和中段主要表现为右旋走滑运动(任俊杰等，2007；常祖峰等，2014，2016a； Changetal.，2018)，南段(巍山盆地段)则主要表现为正断运动性质(常祖峰等，2016b)。概因沿断裂历史地震不显著，长期以来人们对该断裂活动与否关注不多。而近年来维西-乔后断裂附近先后发生2013年洱源5.5级、洱源5.0级和2017年漾濞5.1级地震，尤其是最近发生的2021年5月21日漾濞6.4级地震(图1b)，使人们对此断裂的活动性及其运动特征愈加重视。笔者曾开展了中国地震局地震行业科研专项——1︰5万280km维西-乔后-巍山活动断裂填图，随后又在此基础上对维西-乔后断裂晚第四纪活动特征、滑动速率及其在川滇块体西边界演化中的作用开展了重点研究。在以上2个项目实施过程中共调查地质地貌点数百个，开挖大中型探槽18个。在近年来的研究过程中，曾将断裂中段与南段的晚第四纪活动特征、滑动速率及其与红河断裂的关系等相关内容作了介绍(常祖峰等，2014，2016a，b； Changetal.，2018)，但更多探槽揭露的断裂活动的地质证据和年代学数据未全部展示。鉴于区域地震活动趋势的严重性，据1︰5万活动断裂填图和国家自然科学基金项目研究成果，重点讨论探槽揭示的维西-乔后断裂中段(玉狮场—平坡段)全新世活动的地质证据及断裂上发现的古地震事件。

1 探槽揭示的断裂全新世活动与古地震事件

1.1 马头水探槽

炼铁—马头水—长邑一线，卫星影像线性特征清晰，断层地貌主要表现为平直的断层陡崖(图2a)。探槽位于马头水村南，地貌上表现为断层陡崖下的断层垭口(图2a)。为了避免公路的破坏，探槽分为1号探槽和2号探槽平行斜列展布，总长约40m(图2b)。 1号探槽和2号探槽均揭示出断层全新世活动迹象，1号探槽中断错现象最清晰，且有丰富的测年物质(图2c，d)，这里对其重点介绍。

图2 马头水探槽附近的断层地貌与揭示的断层Fig. 2 Fault landform around the Matoushui trench and the faults revealed by the trench.a 断层陡崖和断层垭口； b 1号探槽整体情况； c 1号探槽NW壁中部的F2断层(错距明显，正断性质)； d 1号探槽SE壁的中部断层(与图 3上F2对应的部位)

探槽位于洪积扇边缘，揭露的地层主要有5个单元(图 3)：

图3 马头水探槽NW壁剖面Fig. 3 The cross section of the NW-wall of Matoushui trench.a NW壁照片； b NW壁素描图

U1，二叠系致密玄武岩，已强烈风化，原岩性状难以识别；

U2，灰白色半棱角状砾石层夹细砂透镜体，可进一步分为灰白色砾石层(U2-1)和细砂层(U2-2)2个亚单元；

U3，褐色含砾黏土层，西段较厚(约1m)，东段较薄(0.2m)并向W尖灭；

U4，沼泽相灰黑色淤泥质黏土，厚0.2～0.3m，向E、 W两端尖灭；

U5，灰黄色现代壤土。

图4 马头水一带断层地貌Fig. 4 Fault landforms in Matoushui area.a 梅茨坪断层槽地； b 梅茨坪断层槽地内的陡坎； c 梅茨坪—马头水断层槽地； d 梅茨坪—马头水断层槽地内的陡坎

1.2 石岩村探槽

石岩村西北 1km处，弥沙河T2阶地上发育平直的断层陡坎，走向340°，坎高2.5～3.0m。陡坎之上发育断塞塘，附近有泉水出露(图 5)。断层陡坎的下方有基岩断层发育。断层陡坎、断塞塘、基岩断层及泉眼四点一线，充分说明断层地貌存在的可靠性。探槽跨越此处断层陡坎，走向70°，与断裂走向近垂直，总长42m。揭示的断层位于探槽的东、西两端。

图5 石岩村断层陡坎等地貌素描图Fig. 5 Sketch map of fault scarps and other landforms on the terrace at Shiyan village.

西段探槽揭露出的地层主要包括11个单元(图 6)：

图6 石岩探槽西段N壁剖面Fig. 6 The fault section of N-wall of the west segment of Shiyan trench.a 探槽西段N壁照片； b 探槽西段N壁素描图

U1，深灰色、灰绿色基岩断层角砾岩带；

U2，灰色含砂砾石层，砾石磨圆度中等至良好，中部14C测年结果为(10529±47)Cal aBP；

U5，黄色砂土局部夹黑色黏土，下部、中部和上部的14C测年结果分别为(4383±60)CalaBP、 (4337±52)Cal aBP和(4274±70)Cal aBP；

U6，灰色和灰绿色黏土层；

U7，灰色含砂砾石层，砾石磨圆度差；

U8，深灰色泥炭土，底部层位的14C测年结果为(107±75)Cal aBP；

U9，黄灰色细砂层，呈弧形分布；

U10，灰黄色砂砾石层；

U11，灰色现代壤土。

从这些堆积层的物质形状分析，下部大多数地层为河流相堆积，上部叠加有洪积扇堆积。

探槽西段揭露出3条断层，位于断层陡坎的正下方。 F1断层产状为330°/NE∠80°，主要沿基岩破碎带向上继续延伸，断错U2砾石层，该层为全新世早期堆积(见前文测年数据)，沿断层面有砾石定向排列； F2断层产状为330°/SW∠88°，也沿基岩破碎带向上继续延伸，断错U2砾石层，向上被F3断层截切； F3断层产状为330°/NE∠62°，断错U2砾石层、 U3含砾砂土层、 U4砂土层和U5砂土夹黑色黏土层，沿断面有明显的砾石定向排列现象，被断错地层为全新世早期和中期堆积(见前文测年数据)。我们注意到被截切的地层U5发生了明显的挠曲，且该层年龄明显小于外围的U2砾石层，分析认为是断层水平运动所致。同时注意到，断层旁侧的U9黄灰色细砂层呈弧形局部近直立状分布，分析是受断层活动影响而发生构造变形的结果(图6a，b)。被断错地层测年数据表明，F1—F3断层均为全新世活动。

探槽东段揭露的地层均为河流相堆积(图7a，b)，地层单元主要包括：

图7 石岩探槽东段N壁剖面Fig. 7 The fault section of N-wall of the east segment of Shiyan trench.a 探槽东段N壁照片； b 探槽东段N壁素描图

U1，灰色砾石层，砾石磨圆度良好；

U2，黄色含砾细砂层；

U3，灰黄色黏土质粉砂层；

U4，灰黑色泥炭土层，其14C测年结果为(1473±41)Cal aBP；

U5，灰黄色含砾、砂黏土层；

U6，灰黑色含砾泥炭土，其14C测年结果为(133±79)Cal aBP；

U7，灰黄色含砂、砾黏土层；

U9，现代壤土层。

探槽东段也揭示了3条断层(F4—F6)，其中F5为主断层，F4和F6为分支断层(图7b)。主断层F5的产状为330°/NE∠65°，沿断层面有较宽的砾石定向排列带，断错U1砾石层、 U2含砾细砂层、 U3黏土质粉砂层、 U4泥炭土层、 U5含砾、砂黏土层、 U6含砾泥炭土层和U7含砂、砾黏土层。其中，U4和U6为底部呈圆弧形的夹层，分别是2套断塞塘堆积。 F6断层产状为330°/NE∠65°，沿断层面有砾石定向排列，断错U3、 U4和U5。 F4断层产状330°/SW∠80°，沿断层面有砾石定向排列，发育在U1砾石层中，但被F5断层截切。被断错地层的测年数据表明，F5和F6断层为全新世活动，F4断层的活动时代较二者稍早。

1.3 玉狮场探槽

下甸—玉狮场一带，沿维西-乔后断裂有箭干场、稗子沟、德胜、杏花村、箐口、玉狮场等串珠状第四纪小盆地，盆地多呈长条状，受断裂控制明显。玉狮场一带，地貌上沿断裂表现为清晰的坡中谷和断层陡坎(图8a)，断层陡坎高2～2.5m。探槽位于陡坎一侧。探槽走向60°，长约9m。探槽揭露的地层单元有：

图8 玉狮场探槽断层地貌与探槽剖面Fig. 8 Fault landforms and the section of SE-wall of Yushichang trench.a 断层地貌及探槽位置； b 探槽整体情况； c 探槽SE壁断层情况； d SE壁F3和F4照片； e F5断层照片； f 探槽SE壁素描图

U1，褐色壤土；

U2，杂色(灰黑色、黄色)含砂、砾石黏土；

U3，褐黄色含砂黏土；

U4，黑色泥炭质土；

U5，灰白色含砾黏土。

维西-乔后断裂以走滑运动为主，难以识别探槽内地层错距，故对前次古地震事件的震级不作深入探讨，这里重点根据断层陡坎分析第2次地震事件的震级大小。前已述及，在玉狮场探槽旁发育了高2～2.5m断层陡坎。该陡坎从玉狮场南开始，经过玉狮场，而后延至玉狮场北侧的断层垭口，可见长度约为1km(图9a，b)。根据陡坎在地表的清晰程度和连续程度分析，此陡坎应是在最后一次地震中形成。据陡坎的高度、长度以及地貌显示程度并结合云南地区的地震经验，推测第2次地震的震级应达7级。

图9 玉狮场断层陡坎Fig. 9 Fault scraps at Yushichang.a 玉狮场附近的断层陡坎； b 断层垭口附近的断层陡坎

1.4 盖场探槽

在通甸盆地东缘盖场附近的洪积扇上发育一条高约2m、长数百m的断层陡坎(图10a)。探槽位置正好跨过此陡坎，探槽走向40°，长12m、宽6m、深4m(图10b)。探槽揭示的地层主要有：

图10 盖场断层陡坎与探槽Fig. 10 The fault scarp landform and the fault section of SE-wall of Gaichang trench.a 断层陡坎； b 探槽整体情况

U1，厚约20cm的褐红色现代壤土；

U3，灰白色冲积相和湖相黏土；

U4，灰白色湖相砂质黏土与灰黑色黏土互层；

U5，灰色湖相含砂砾石，呈透镜体状；

U6，灰色湖相中细砂，呈沙丘状。

图11 盖场探槽SE壁剖面图Fig. 11 The fault section of SE-wall of Gaichang trench.

图12 地震楔的细部放大剖面Fig. 12 The enlarged section of seismic wedge.U1 褐红色壤土； U2 灰黑色黏土； U3 灰色黏土； U4 灰白色砂质黏土

在图 11 中的a、 b区域可见清晰的软沉积构造变形现象。从a区域的细部放大图(图 13)可见U3灰黑色、灰白色相间的含砂黏土层因受到强烈构造扰动发生上拱挠曲，下部U2灰白色砂质黏土也出现不规则的弯曲变形，最下部U4中细砂层出现隆丘。此隆丘的a、b轴面近直立，显然是受构造水平挤压的结果。其成因可解释为：含砂层发生砂土液化，中细砂层局部挤压形成的鼓丘；它也许是砂脉，只是我们只见到了其头部。