可 以, 孫 瑋, 李澤奇, 鄧 賓, 汪玉貞, 何若瑋

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

四川盆地威遠(yuǎn)背斜是盆地內(nèi)西南部海拔最高、規(guī)模最大的地表構(gòu)造，其深層燈影組氣田曾是中國最大的天然氣田。威遠(yuǎn)背斜的地貌特征非常特殊，地表表現(xiàn)為長軸北東向的不對稱橢圓形大型穹窿構(gòu)造，在背斜核部出露最老地層為下三疊統(tǒng)嘉陵江組，主體為上三疊統(tǒng)須家河組，兩翼最新地層為侏羅系(圖1)。該構(gòu)造在四川盆地西南地區(qū)地貌上表現(xiàn)為獨(dú)立的山地地貌，向西南與盆地邊界斷續(xù)相連，地表斷層發(fā)育。該構(gòu)造在歷史上雖有地震的發(fā)生，頻率不高而且震級不大,但近年來威遠(yuǎn)地區(qū)地震頻率有明顯的增長。因此對其地震活動(dòng)發(fā)生的地質(zhì)控制因素和構(gòu)造活動(dòng)性需要有精細(xì)的研究，需要對深層構(gòu)造地質(zhì)特征，特別是發(fā)震斷層的特征有準(zhǔn)確的刻畫，并對地震與其關(guān)系進(jìn)行深入分析，以此對未來該區(qū)地震災(zāi)害做出有效的預(yù)測和預(yù)防，更好提高防震減災(zāi)的功效。

1 地表地貌及地震活動(dòng)特征

威遠(yuǎn)背斜位于四川盆地西南部，地表表現(xiàn)為長軸北東向的不對稱橢圓形大型穹窿構(gòu)造(東南邊界形態(tài)為線狀)[1-2]。利用GIS和地球物理資料可以發(fā)現(xiàn)，威遠(yuǎn)背斜的地貌在盆地西南地區(qū)“一枝獨(dú)秀”，背斜構(gòu)造非常明顯，構(gòu)造與地貌正相關(guān)，為正向地貌，是四川盆地內(nèi)最容易識(shí)別的構(gòu)造地貌單元之一。而且其海拔高度也是龍泉山與華鎣山之間最高的，形態(tài)極其特殊，距盆緣又有一定的距離(圖2)。

威遠(yuǎn)背斜的這種非常特殊的穹窿地貌從形態(tài)學(xué)來講形似半圓周，其北西翼更像是一個(gè)圓弧，而南東翼則為這個(gè)圓弧的弦；用封閉切線表示則為一個(gè)等腰三角形，東南翼為三角形的斜邊，邊長約61.2 km，兩個(gè)近等腰邊的長度分別為43.9 km和44.1 km(圖1)。其北西為龍泉山背斜，向東和南部則為平原地貌。

依據(jù)威遠(yuǎn)地區(qū)自2009年至2020年有記錄的地震數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來自中國地震臺(tái)網(wǎng)CNEC，http://www.cenc.ac.cn/)，對研究區(qū)近年來地震特征及分布進(jìn)行了研究，表明有以下特征(圖2)：

圖1 威遠(yuǎn)背斜地質(zhì)圖及剖面線分布位置圖Fig.1 Geological map and profile distribution of Weiyuan anticline

a.地震震中的分布集中于威遠(yuǎn)背斜南東翼的地貌邊界轉(zhuǎn)換處。

研究區(qū)所在地區(qū)2.0級以上地震發(fā)生較多，空間上地震中心的分布具有相對集中性，主要分布于威遠(yuǎn)背斜東南翼，北部弧形邊界處基本沒有地震活動(dòng)。除線性邊界發(fā)育外，背斜的東部和東南翼的中部是2個(gè)集中發(fā)育端，與地表斷層有一定的關(guān)系。

b.年地震次數(shù)有明顯的分異。

威遠(yuǎn)地區(qū)在歷史早期地震發(fā)生頻率低，所發(fā)生的地震主要沿背斜周緣小型斷裂帶分布，且多為小型地震。近年來(自2014年起)威遠(yuǎn)的地震發(fā)生頻率高且有逐年遞增趨勢，震級以里氏2.0～3.0為主。

c.震源深度集中于2～15 km。

地震活動(dòng)大多發(fā)生于地下幾千米至幾十千米的地殼深處，其震源是非對稱剪切源[3]。威遠(yuǎn)地震為多淺源地震，震源深度多集中于2～15 km，在2～5 km震源深度附近發(fā)生該地區(qū)近年來的地震峰值。在威遠(yuǎn)背斜深部地震剖面對5 km震源投影發(fā)現(xiàn)，震源處于威遠(yuǎn)背斜核部大型高角度斷層深部，在東南方向斷層處。主要發(fā)震位置投影向上延伸至威遠(yuǎn)縣城一帶，與目前地震頻發(fā)的震中地理位置相同。根據(jù)國家地震數(shù)據(jù)共享中心及中國地震臺(tái)網(wǎng)的震源深度數(shù)據(jù)，繪制出不同地震震源深度的地震分布圖(圖2、圖3)，可以看出，地震多發(fā)生于2～15 km深度范圍，隨著深度的增加而減少。

2 深部地質(zhì)條件

2.1 深部基底

前人對研究區(qū)的基底特征做過很多研究[4-6]。從前述地球物理資料的解釋來看，研究區(qū)深部具有高重力異常等相關(guān)特征。羅志立[7-8]對其進(jìn)行了解釋工作，并利用威遠(yuǎn)背斜上鉆達(dá)基底的鉆井資料進(jìn)一步解釋了基底特征。在威28井從深度為 3 640～3 730 m的前震旦系基底選取7個(gè)巖樣進(jìn)行分析，定名為花崗巖或花崗閃長巖，屬造山帶和島弧區(qū)的火山巖；Rb-Sr法測得的全巖等時(shí)年齡為740.99 Ma，屬澄江期的產(chǎn)物[7]。根據(jù)前人研究可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的主體部分為花崗巖，結(jié)晶基底，基底堅(jiān)硬，不易變形，控制了威遠(yuǎn)背斜的主體發(fā)育。

從地震剖面上來看，威遠(yuǎn)背斜深部的反射特征為雜亂-空白反射，但南部與之對應(yīng)的反射特征為平行反射，表明具有成層性。結(jié)合威遠(yuǎn)西部露頭資料表明，除花崗巖直接與觀音崖組和燈影組這種基底接觸關(guān)系外(峨眉山洪椿坪)，還有一類包含蘇雄組在內(nèi)地層存在的基底，地層的巖性主要為碎屑巖，厚度可達(dá)1 km，這類基底在盆地內(nèi)也有[9]。因此，深部地球物理的資料解釋結(jié)合鉆探結(jié)果表明，威遠(yuǎn)地區(qū)可能存在2類基底類型，一種是堅(jiān)硬的巖漿巖結(jié)晶基底，一種是較軟的變質(zhì)碎屑巖基底，其交界就在威遠(yuǎn)背斜的南部邊緣。

圖3 威遠(yuǎn)背斜A-B測線深部地震剖面圖Fig.3 A-B deep geophysical seismic profile of Weiyuan anticline

2.2 發(fā)震斷層研究

總體上距活斷層越近地震發(fā)生的概率越高，表明活斷層與地震的關(guān)系較為明確[10-12]。

根據(jù)深部資料[13]，威遠(yuǎn)地區(qū)基底埋藏深度在4～7 km，比較淺，從西至東基底深度逐漸變深，威遠(yuǎn)地區(qū)為整個(gè)四川盆地最高部位。基底斷裂帶為犍為-合川斷裂帶，斷裂帶為北東向展布，從犍為經(jīng)過威遠(yuǎn)向大足延伸，但向東過威遠(yuǎn)之后在內(nèi)江附近并不是很明顯，沒有向東繼續(xù)延伸。

主要證據(jù)有2個(gè)：一個(gè)是地球物理資料，從剖面上來看，該斷層在剖面上為空白反射帶，表明是一個(gè)斷裂帶，放大來看，背斜為南翼陡而北翼緩，主要為由南向北上沖，南翼為被動(dòng)翼，該斷層兼具走滑和上沖的特征；同時(shí)，剖面上展示在基底處斷層以南為平行反射，反射特征明顯，而斷層以北為雜亂反射至空白反射，表明之間應(yīng)發(fā)育有一個(gè)構(gòu)造，最為可能的是斷層。另一個(gè)證據(jù)來自地震活動(dòng)震中的分布，由前述的地震活動(dòng)震中平面分布來看，都是發(fā)育于威遠(yuǎn)背斜的南翼陡帶，其震中向下的投影主要落在目前剖面解釋的斷層部位(圖3)；而北部無地震活動(dòng)也更進(jìn)一步說明了發(fā)震斷層的傾向應(yīng)是向南，地表出露于新場一帶。

通過本次研究表明，威遠(yuǎn)地區(qū)的主體斷層受基底的控制很明顯，大斷層基本上是沿著基底的分界(結(jié)晶基底和變質(zhì)基底)發(fā)育?；椎姆之惪赡苁菙嗔寻l(fā)育的重要控制因素，因?yàn)榻Y(jié)晶基底與變質(zhì)基底其實(shí)也是重要的巖性分界，雖然沉積蓋層將其“焊接”在了一起，但在應(yīng)力作用下很容易發(fā)生相對錯(cuò)斷而形成斷裂。因?yàn)檫@種基底是拼接的，而不是一個(gè)統(tǒng)一、均勻的巖體，在強(qiáng)應(yīng)力條件下就非常容易發(fā)生錯(cuò)斷。小的斷層主要是較大斷層錯(cuò)斷時(shí)派生的斷層。這也是威遠(yuǎn)-榮縣斷裂發(fā)育現(xiàn)今這個(gè)部位的可能原因。該斷層在地表發(fā)育于背斜的核部，高角度逆沖斷層，傾向南東，走向北東-南西，平行于背斜軸線，水平方向上縱穿威遠(yuǎn)背斜核部地區(qū)(圖1、圖3)，垂直方向上由老到新切穿寒武系、二疊系、三疊系、侏羅系，在深部傾角變緩，切穿基底(圖3)。斷層在地表表現(xiàn)為新場-老場斷層。該斷層的走向?yàn)楸睎|-南西向，為威遠(yuǎn)構(gòu)造的控邊斷層。該斷層從深部向上發(fā)育，在新場一帶出露地表，地表斷層帶附近有天然氣泄露，氣味非常大，斷層所過的威遠(yuǎn)河有大量氣泡冒出水面，都說明深部氣體沿?cái)鄬酉蛏弦萆14]。

2.3 威遠(yuǎn)背斜的形成與地震活動(dòng)的關(guān)系

劉樹根等[15]在研究威遠(yuǎn)氣藏形成時(shí)，發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)背斜的形成時(shí)間較晚。孫瑋[16]、J.Barbarand等[17]對威遠(yuǎn)背斜地區(qū)及鄰區(qū)進(jìn)行采樣及低溫?zé)崮甏鷮W(xué)分析，得到熱史模擬結(jié)果。根據(jù)其熱史模擬結(jié)果進(jìn)行分析表明：①威遠(yuǎn)背斜的隆升時(shí)間很晚，主要發(fā)育于40 Ma以來，快速隆升形成現(xiàn)今威遠(yuǎn)背斜。②威遠(yuǎn)背斜整體隆升的幅度事實(shí)上是差不多的，但在隆升的過程中翼部與核心部有較大的差異；威遠(yuǎn)背斜在第一階段兩翼抬升得較快，核部隆升較慢，核部隆升高度低于翼部，特別是斷層發(fā)育的地區(qū)，早期隆升是較快的；但在第二階段威遠(yuǎn)背斜的核部整體快速隆升至4 km，背斜主體隆升非常快，核部快速拱起形成背斜構(gòu)造，說明威遠(yuǎn)背斜的主體地貌主要是在第二階段形成的。③構(gòu)造由南向北發(fā)育，南部的擠壓力致使原來處于資陽-威遠(yuǎn)大背斜的斜坡帶發(fā)生隆升，形成現(xiàn)今的威遠(yuǎn)背斜。

青藏高原23 Ma B.P.以后發(fā)生的以主中央斷層強(qiáng)烈活動(dòng)和以花崗巖侵入為標(biāo)志的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)第二幕十分強(qiáng)烈，喜馬拉雅山崛起，遍布青藏高原的古近紀(jì)夷平面解體隆升，初步計(jì)算可能達(dá)到2 km的隆升幅度[18]。而這種運(yùn)動(dòng)向四川盆地傳遞的過程中，對四川盆地的隆升起了非常重要的作用。結(jié)合前面的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)，威遠(yuǎn)背斜整體快速隆升了大約2 km(平均數(shù))，核部隆升較快。說明23 Ma B.P.以來受青藏高原隆升推擠的影響，研究區(qū)大幅度隆升[8]。

綜合前述的研究結(jié)果和內(nèi)容，總結(jié)威遠(yuǎn)地區(qū)地貌特征及形成演化過程如下(圖4)：

a.古近紀(jì)之前地層受外力作用不強(qiáng)，未發(fā)生明顯的褶皺，綜合前人研究成果，其為資陽-威遠(yuǎn)大背斜的南斜坡帶[14]。

b.古近紀(jì)-新近紀(jì)，威遠(yuǎn)背斜開始發(fā)育，受基底的影響，目前的威遠(yuǎn)背斜南緣為背斜的南邊界，同時(shí)在結(jié)晶基底與變質(zhì)基底“焊接”部位發(fā)育背斜的核部，威遠(yuǎn)斷層也在深部形成并開始從深部向上錯(cuò)斷地層。

c.新近紀(jì)以來，威遠(yuǎn)背斜的核部快速隆升，使得核部應(yīng)力集中，威遠(yuǎn)斷層向上延伸并突破地表，在核部發(fā)育一些高陡的節(jié)理帶。同時(shí)威遠(yuǎn)地區(qū)核部碎屑巖地層被剝蝕，露出下伏的中下三疊統(tǒng)碳酸鹽巖地層；加之威遠(yuǎn)河也開始形成，溶蝕作用進(jìn)一步增強(qiáng)，核部侵蝕更為嚴(yán)重，最終形成了“背斜成谷”的地貌特征。

威遠(yuǎn)地區(qū)歷史發(fā)震頻率較低，且均為小型地震，絕大多數(shù)震級不超過里氏4.0級；近年來地震活動(dòng)雖增多，但也以里氏震級2.0～3.0為主。

圖4 威遠(yuǎn)背斜斷層形成及地震誘發(fā)模式圖Fig.4 Fault formation and earthquake induced model of Weiyuan anticline

因此，威遠(yuǎn)背斜的形成對應(yīng)其深部斷層的活化發(fā)育，該斷層從盆地邊緣一直向盆地內(nèi)延伸，至威遠(yuǎn)東消失，早期就在2類基底的接觸帶形成，應(yīng)該是古斷層。至喜馬拉雅期向上延伸發(fā)展，至今仍為活動(dòng)斷層并形成發(fā)震斷層。該斷層由于是古斷層的再活動(dòng)，受上覆地層的影響，加之構(gòu)造應(yīng)力向盆地內(nèi)減弱，裂變徑跡數(shù)據(jù)表明主要的快速隆升期已過，目前活動(dòng)幅度并不太大。結(jié)合前述研究區(qū)的地震數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)未發(fā)生超過6.5級的大地震，表明該斷層總體穩(wěn)定，依然會(huì)保持目前的情況，發(fā)生超過6.5級地震的可能性不大。

3 結(jié) 論

a.威遠(yuǎn)地區(qū)古近紀(jì)之前地層受外力作用不強(qiáng)，未發(fā)生明顯的褶皺；古近紀(jì)-新近紀(jì)，威遠(yuǎn)背斜開始發(fā)育，受基底的影響，目前的威遠(yuǎn)背斜南緣為背斜的南邊界，同時(shí)在結(jié)晶基底與變質(zhì)基底“焊接”部位發(fā)育背斜的核部，威遠(yuǎn)斷層也在深部形成并開始從深部向上錯(cuò)斷地層；新近紀(jì)以來，受青藏高原隆升推擠的影響，威遠(yuǎn)背斜兩翼抬升較慢，核部整體快速隆升形成背斜構(gòu)造，威遠(yuǎn)斷層向上延伸并突破地表，在核部發(fā)育一些高陡的節(jié)理帶。

b.威遠(yuǎn)地區(qū)為受不同基底控制的構(gòu)造，主體為巖漿巖結(jié)晶基底，而背斜南翼為變質(zhì)碎屑巖基底，基底拼接處發(fā)育古斷層，在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)活化，成為現(xiàn)今地震活動(dòng)的發(fā)震斷層。

c.威遠(yuǎn)地區(qū)盡管地震次數(shù)較多，但沒有大的地震，頻繁的小震釋放了能量，有利于減少能量的進(jìn)一步積聚，因此，該地區(qū)發(fā)育超過6.5級以上的地震概率不大。