何付明,常祖峰

(1.云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650021;2.云南省地震局,云南 昆明 650224)

0 引言

龍?bào)础獑毯髷嗔褞且粭l規(guī)模大、活動性強(qiáng)、地震活動頻繁的一級大地構(gòu)造分界構(gòu)造帶,對滇西北地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性有著重要影響[1-3]。擬建的大(二)型桃源水庫樞紐工程位于龍?bào)础獑毯髷嗔褬?gòu)造帶的桃源段內(nèi)。在該水庫的前期地質(zhì)勘測中發(fā)現(xiàn)了桃源斷裂(F6-2)、刀郭斷裂(F6-3)和合江村斷裂(F6-4)三條較大規(guī)模斷裂構(gòu)造,并與已知的龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)平行發(fā)育,構(gòu)成總寬度3.5～4 km的斷裂帶。

目前,工程區(qū)及周邊的斷裂活動性研究主要集中于研究區(qū)兩端的劍川盆地和沙溪盆地內(nèi)已知的龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)上[4-9],尚無針對新發(fā)現(xiàn)的桃源斷裂(F6-2)、刀郭斷裂(F6-3)和合江村斷裂(F6-4)以及其晚第四紀(jì)活動的相關(guān)研究報(bào)道。水力發(fā)電工程規(guī)范規(guī)定“大壩等擋水建筑物不應(yīng)建在已知的活動斷層(晚更新世以來)上”[10]。因此,這些斷裂的晚第四紀(jì)活動性、規(guī)模、運(yùn)動性質(zhì)等成為關(guān)系桃源水庫大壩樞紐工程選址和區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性評價(jià)的關(guān)鍵問題。

已完成的桃源水庫工程場地地震安全性評價(jià)報(bào)告認(rèn)為,上述新發(fā)現(xiàn)的3條斷裂均為早-中更新世活動的斷裂。但筆者結(jié)合區(qū)域資料,并通過在水庫工程區(qū)及其附近地帶開展詳細(xì)的地質(zhì)測繪和勘探工作后,獲得了關(guān)于這3條斷裂晚第四紀(jì)活動性的新證據(jù),進(jìn)而對它們的最新活動特征提出了不同認(rèn)識。希望有關(guān)成果有助于重新認(rèn)識龍?bào)础獑毯髷嗔褞г谔以此畮旃こ虆^(qū)的斷裂活動性和構(gòu)造穩(wěn)定性,并豐富和填補(bǔ)對該構(gòu)造帶南段斷裂展布與活動特征及古地震等的更深入認(rèn)識。

1 區(qū)域地質(zhì)及地震

區(qū)域位于松潘—甘孜褶皺系中甸褶皺帶東旺—巨甸褶皺束石鼓隆起之東南邊緣,地處青藏滇緬印尼巨型“歹”字型構(gòu)造體系與川滇南北向構(gòu)造體系的復(fù)合部位,地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜,形成了以金沙江斷裂、紅河斷裂、麗江—小金河斷裂和瀾滄江斷裂為界的構(gòu)造格局,各大地構(gòu)造單元經(jīng)歷了不同的發(fā)展演化過程,不同方向的斷裂相互交織[2-3,11],主要構(gòu)造形跡以近S-N向和NNW向的區(qū)域大斷裂及褶皺系為主、以E-W向的次級構(gòu)造為輔。研究區(qū)及附近的地質(zhì)構(gòu)造行跡主要表現(xiàn)為以近S-N向構(gòu)造帶與NNE～NE向構(gòu)造帶為基本骨架,復(fù)合有近E-W向構(gòu)造的構(gòu)造格局,構(gòu)造特征以斷裂構(gòu)造發(fā)育為主,褶皺構(gòu)造較不發(fā)育,斷裂構(gòu)造主要發(fā)育洱海斷裂(即紅河斷裂北段)、洱源—鶴慶斷裂、劍川—麗江斷裂、龍?bào)础獑毯髷嗔选⒕S西—巍山斷裂等區(qū)域性斷裂,這些斷裂大多為全新世活動斷裂(圖1),歷史上多發(fā)生過7級以上強(qiáng)震[12-19]。

龍?bào)础獑毯髷嗔褬?gòu)造帶南起喬后,沿黑惠江而上,經(jīng)沙溪、桃源、劍川、九河、白漢場、中和等向北延伸至龍?bào)?長約120 km,總體呈NNE-SSW向展布,斷裂帶寬約數(shù)百米至數(shù)公里[7]。區(qū)域地質(zhì)資料顯示[1-2,14],該斷裂帶形成于早古生代以前,經(jīng)歷長期、多期活動,力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜,運(yùn)動方式多變,但總體表現(xiàn)為向東傾的逆沖壓性為主,局部地段具縱張性質(zhì),第三紀(jì)以后主要表現(xiàn)為走滑運(yùn)動特征[9]。第四紀(jì)以來沿?cái)嗔褞Оl(fā)育有喬后、沙溪、劍川、九河及龍?bào)吹葮?gòu)造盆地,這些盆地邊界均受斷裂構(gòu)造帶控制[5]。

研究區(qū)地處鮮水河—滇東地震帶之西南邊緣的中甸—大理強(qiáng)震帶中段,地處NNE向、NE向及NW向斷裂的復(fù)雜交匯區(qū);龍?bào)础獑毯髷嗔褞侵械椤罄韽?qiáng)震帶上構(gòu)造活動的分界線,也是強(qiáng)震帶內(nèi)的控震斷裂和發(fā)震斷裂,屬中強(qiáng)震(M=6～6.9)孕震構(gòu)造,構(gòu)造帶上具有高速率的水平剪切應(yīng)變積累,地震頻率較高。據(jù)記載,劍川盆地及附近曾發(fā)生過M≥6強(qiáng)烈地震18次,發(fā)震斷裂主要為龍?bào)础獑毯髷嗔褞?包括1481年7月15日的6級地震、1688年6月14日的6級地震和1751年5月25日發(fā)生的6級地震等[6,20-21],以及麗江—劍川斷裂,如1951年12月21日發(fā)生的6級太平地震等[4]。前人研究發(fā)現(xiàn),沿龍?bào)础獑毯髷嗔褞е辽侔l(fā)生過2次M>6.5古地震事件,一次發(fā)生在(10 010±40) a B.P.之前,另一次發(fā)生在(6 130±40)～(6 320±40) a B.P.之間[6,22]。并認(rèn)為全新世以來6～6.5級地震的重復(fù)間隔期為200年左右,6.5級以上地震的重復(fù)間隔4 700～5 000年或5 300年[3,22]。由于該區(qū)地殼介質(zhì)完整性差,地震類型較復(fù)雜,但以前震-主震型或雙主震-余震型為主,總體屬震群型和雙震型[20]。

2 研究區(qū)晚第四紀(jì)沉積物與階地特征及年代

地表調(diào)查發(fā)現(xiàn),在桃源盆地、黑惠江沿岸和姑扎乃箐(包括南北兩支)等的中下游河段及兩岸沖溝與溪邊的第四系沉積層(尤其階地沉積物)剖面中,常發(fā)育有第四紀(jì)沉積層斷錯(cuò)現(xiàn)象。因此,結(jié)合被斷錯(cuò)沉積物的形成時(shí)代有助于判別斷層的活動時(shí)代。這里重點(diǎn)依據(jù)沉積物的顏色、膠結(jié)程度及所處地貌單元(如河流、階地)等特征,并結(jié)合前人的測年數(shù)據(jù)等給出研究區(qū)主要晚第四紀(jì)沉積物與階地的年代學(xué)框架,為判定斷裂活動時(shí)代提供約束。該區(qū)主要沉積物與階地的時(shí)代判定依據(jù)如下:

(1) 沉積物的顏色和性狀。云南地區(qū)降雨豐沛,化學(xué)風(fēng)化作用較為強(qiáng)烈,紅土化作用常使得沉積物顏色隨年齡變老而逐漸加深,膠結(jié)程度也由松散逐漸變得緊密甚至堅(jiān)硬。根據(jù)野外調(diào)查經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合測年數(shù)據(jù)可知:灰色、黃色、灰黃色等沉積物多屬于全新世沉積;棕黃色、深灰色、褐色等沉積物多形成于晚更新世,紫褐、棕褐、棕紅等沉積物多形成于早-中更新世或更早[4]。最為典型的是網(wǎng)狀紅土化,多屬于中更新世或更早的沉積物。從膠結(jié)程度上看,全新世至晚更新世沉積基本未膠結(jié),結(jié)構(gòu)松散(軟),自穩(wěn)性差;而早-中更新世沉積常見不同程度的膠結(jié),結(jié)構(gòu)較緊密,一般呈密實(shí)狀態(tài)。

(2) 河流發(fā)育規(guī)模。河流(包括沖溝)的發(fā)育規(guī)模與其形成時(shí)間有著相對密切關(guān)系[4]。一般是規(guī)模越大的河流形成時(shí)代越老。

(3) 河流階地及階地沉積物。研究區(qū)地處黑惠江上游,毗鄰劍川盆地,區(qū)內(nèi)河流普遍發(fā)育Ⅰ～Ⅳ級階地,沿黑惠江及桃源河還局部發(fā)育了Ⅴ～Ⅵ級階地。通過綜合前人對研究區(qū)及附近不同階地沉積物的測齡成果,可大致確定該區(qū)主要河流階地的形成時(shí)代。根據(jù)前人資料對研究區(qū)及周邊階地沉積物的釋光樣(TL)和14C測齡資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析可知(表1～表2)[3-4,22],黑惠江上游及劍川盆地邊緣的Ⅰ～Ⅲ級階地沉積物均形成于晚更新世以來,堆積時(shí)間0.3～7萬年,其中研究區(qū)內(nèi)黑惠江甸南段(劍湖—合江村)、桃源河及姑扎乃箐等主要河流的Ⅰ級階地形成于全新世早-中期,階地堆積時(shí)間距今0.3～1萬年;Ⅱ級階地形成于晚更新世中-晚期,階地堆積時(shí)間距今1～3.8萬年;Ⅲ級階地形成于晚更新世早-中期,階地堆積時(shí)間距今3.5～7萬年;Ⅳ級階地形成于晚更新世早-中更新世晚期,階地堆積時(shí)間距今7～12萬年。這與前人對云南地區(qū)主要河流Ⅰ～Ⅲ級階地的時(shí)代分析是基本一致的[4],說明了區(qū)域上主要階地的形成時(shí)代具有較好的可對比性。

表1 黑惠江上游及劍川盆地邊緣河流階地沉積物測年數(shù)據(jù)匯總表Table 1 Summary of sediment dating results in the upper reaches of Heihui River and the edge of Jianchuan basin

表2 根據(jù)已有年齡數(shù)據(jù)總結(jié)的研究區(qū)主要河流階地的形成時(shí)代Table 2 Summary of the formation age of main river terraces in the study area based on the existing age data

3 斷裂的晚第四紀(jì)活動特征

本文所涉及的桃源段主要為南起明澗哨—合江水庫、北至江長門—甸南鎮(zhèn)一帶的斷裂,南北長約10 km、東西寬約5 km。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)沿桃源河自西向東依次平行發(fā)育了龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)、桃源斷裂(F6-2)、刀郭斷裂(F6-3)及合江村斷裂(F6-4)呈近平行分布的分支斷裂,發(fā)育間距400～1 200 m,總寬度約4 km,斷裂間還可見F109斷層、F100斷層和桃源背斜等次級構(gòu)造,構(gòu)造線主要呈NNE-SSW向,其間夾有NE-SW向、NNW-SSE向次級構(gòu)造,它們共同構(gòu)成了一條寬闊而復(fù)雜的斷裂帶(圖2),即龍?bào)础獑毯髷嗔褞以炊?。其?龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)和合江村斷裂(F6-4)屬于該段斷裂帶東、西兩側(cè)的邊界斷裂,桃源斷裂(F6-2)、刀郭斷裂(F6-3)為構(gòu)造帶中部的主要組成部分。

圖2 桃源段主要活動斷裂分布圖Fig.2 Distribution map of main active faults in Taoyuan section

3.1 龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)

區(qū)域資料顯示[1,3,20],龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)是川滇地塊西側(cè)的邊界斷裂帶之一,也是一條具有多期活動的斷裂。該斷裂的性質(zhì)較復(fù)雜,實(shí)測主斷裂面產(chǎn)狀12°/SE∠76°,破碎帶寬700～800 m,發(fā)育有構(gòu)造角礫巖、碎粒巖和碎粉巖等,多夾不同規(guī)模的斷塊,局部巖石動力變質(zhì)和片理化明顯,甚至新近紀(jì)的雙河組地層也具明顯的擠壓片理化和輕微變質(zhì)現(xiàn)象,沿?cái)嗔褍蓚?cè)噴發(fā)產(chǎn)出喜山期粗面巖[1]。

該斷裂的第四紀(jì)活動特征明顯,主要表現(xiàn)為左旋走滑性質(zhì),在江長門、后箐村一帶可見錯(cuò)斷近E-W向發(fā)育的山脊與水系等現(xiàn)象,水平錯(cuò)距達(dá)129～181 m,垂直位移量為6.8～7.1 m[8,22]。在桃源盆地內(nèi),斷層在上桃源村左旋錯(cuò)斷桃源河谷地達(dá)1 043 m,致使桃源河發(fā)生典型的直角轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象。前人據(jù)此推斷該斷裂段的走滑速率約為3.4 mm/a[22]。

在上桃源村以東的公路上方出露高約15 m的開挖剖面(P1點(diǎn))(圖3)。剖面頂部拔河高約35 m,其中的第四系沉積層平均厚3～5 m,最厚處達(dá)7 m左右。該剖面下伏基巖為奧陶系下統(tǒng)向陽組(O1x)砂巖,其上第四紀(jì)沉積層的上部為淺灰、黃灰色砂質(zhì)粉土層,中部為淺紫灰色砂卵礫石層,下部為灰紫色含礫砂質(zhì)黏土層,沉積物膠結(jié)程度中等,屬于較典型的河流階地沉積物。綜合水庫工程區(qū)的地質(zhì)測繪結(jié)果和桃源盆地內(nèi)的階地發(fā)育特征,并參考對比區(qū)域上已知階地時(shí)代可知(表1～表2),該剖面頂部大致相當(dāng)于區(qū)域上的Ⅲ級階地,形成時(shí)代可能為上更新世早中期。在該剖面中(圖3),斷層逆沖錯(cuò)斷了全部上更新統(tǒng)地層和下伏基巖,錯(cuò)距達(dá)2.7 m ,破碎帶寬1.8～2 m,其中成分主要為褐紫色斷層泥夾少量巖屑和巖塊,邊緣的粗粒物多沿?cái)鄬用娉识ㄏ蚺帕?斷層產(chǎn)狀163°/NE∠75°,但未錯(cuò)動表層厚0.3～0.4 m的腐殖層(圖3)。

桃源谷地右岸河間地塊中部的ZKK05鉆孔揭示,斷裂破碎帶內(nèi)地面以下236.87～270.13 m(孔底)還分布有強(qiáng)～極強(qiáng)透水層,部分透水率大于1 000 Lu,地下水埋深達(dá)248.68 m,分別低于上游的黑好果河約110 m和下游的黑惠江河床近10 m,山體無地下分水嶺,且水力坡降平緩?？碧劫Y料表明,該區(qū)跨斷層的水文地質(zhì)條件出現(xiàn)異常。綜合分析認(rèn)為,這些異常很可能與龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)晚更新世以來的活動有關(guān)。

3.2 桃源斷裂(F6-2)

3.2.1 斷裂構(gòu)造-地貌特征

桃源斷裂自沙溪盆地東部邊緣向北經(jīng)黑惠江左岸,穿過合江電站庫區(qū)延伸至桃源壩子?xùn)|部邊緣,隱伏于劍川盆地,長約近20 km(圖2)。該斷裂呈舒緩彎曲狀,整體向東陡傾,破碎帶寬200～300 m,由多條次級斷層和斷塊構(gòu)成,成分主要為構(gòu)造角礫巖夾碎裂巖、碎粉巖和斷層泥。沿該斷裂帶分布有條帶狀槽谷地貌和斷層埡口地形,并斷續(xù)發(fā)育斷層崖和斷層三角面等。在桃源河右岸臨近山脊位置,跨斷裂布置一條EH4物探測試剖面顯示出,該斷裂帶的電性差異明顯,低電阻態(tài)呈帶狀向深部延伸,斷裂特征明顯,指示斷層破碎帶寬達(dá)250～300 m,延伸深度大于600 m,陡傾向下游(圖4)。

圖4 桃源斷裂1-1′物探成果剖面圖Fig.4 Geophysical profile of Taoyuan fracture 1-1′

桃源斷裂的性質(zhì)也較復(fù)雜,同樣存在多期活動特征。早期表現(xiàn)為張性,西盤上升遭受剝蝕,廣泛出露奧陶系向陽組(O1x)地層,東盤下降較完整地保留泥盆系青山組(D1q)地層,大面積缺失了泥盆系康廊組地層。后期主要表現(xiàn)為壓性,東盤上升導(dǎo)致河流下切形成下壩址深切峽谷地貌,西盤下降接受河湖相沉積,堆積形成厚約30 m的桃源山間谷地。

3.2.2 斷裂的地表活動證據(jù)

地表調(diào)查發(fā)現(xiàn),在上寶甸公路交叉口以西約600 m處的姑扎乃箐南支左岸劍—蘭高等級公路內(nèi)側(cè)邊坡的剖面上(P2點(diǎn)),可見拔河高約20 m,相當(dāng)于Ⅱ級階地的第四紀(jì)沉積物,剖面上部為淺灰色含礫砂質(zhì)黏土層,下部為淺紫灰色砂卵礫石,沉積物巖性界面清晰,結(jié)構(gòu)稍密-中密,膠結(jié)程度稍差,地質(zhì)錘掘進(jìn)較輕松。綜合該剖面所處地貌部位和沉積物顏色、膠結(jié)程度等,并參考區(qū)域階地時(shí)代可知(表1～表2),該剖面沉積物大致形成于晚更新世中晚期。該第四紀(jì)地層剖面中可見2條相距約1.8 m、近平行發(fā)育的斷層(圖5),產(chǎn)狀分別為149°/NE∠65°、143°/NE∠62°,性質(zhì)同屬壓性斷層,均斷錯(cuò)了剖面中的上更新統(tǒng)地層,其中f1錯(cuò)距為0.8 m,f2錯(cuò)距約2.2 m。

圖5 劍—蘭高等級公路邊的斷層剖面Fig.5 Fault profile along the Jian-Lan highway

在姑扎乃箐北支左岸的劍—蘭老公路沿線,普遍發(fā)育Ⅱ級階地,拔河高13～25 m,與前人[3-4,22]對姑扎乃箐階地發(fā)育特征的研究成果一致,表明該Ⅱ級階地沉積物為上更新統(tǒng)地層。在超限超載檢測站旁的公路邊坡剖面上(P3點(diǎn)),可見Ⅱ級階地沉積物中發(fā)育有兩條斷層。剖面拔河高約15 m,巖性自上而下依次為褐灰色砂壤土(表面腐殖層)、黃灰色砂礫石層、灰色粉質(zhì)黏土、灰褐色含礫細(xì)砂層、淺灰色卵礫石層(未見底),沉積物結(jié)構(gòu)稍密-中密,膠結(jié)程度總體較差,導(dǎo)致坡面雨水沖刷后坍塌嚴(yán)重。剖面中共發(fā)育f1、f2兩條斷層,其中f1斷層屬壓性,產(chǎn)狀147°/NE∠46°,斷錯(cuò)了黏土層、砂層和礫石層,錯(cuò)距2.7 m;f2斷層呈張性,傾角較陡,產(chǎn)狀17°/SE∠85°,斷錯(cuò)黏土層和細(xì)砂層,垂直錯(cuò)距約0.5 m。f2斷層還斷錯(cuò)了f1斷層,說明f1斷層早于f2斷層,但它們僅斷錯(cuò)了上更新統(tǒng)地層,而未斷錯(cuò)地表的腐殖層(圖6)。

圖6 劍—蘭老公路超限檢測站旁的斷層剖面Fig.6 The fault profile near the overlimit detection station of old Jian-Lan highway

在姑扎乃箐南支左岸磚廠附近的施工道路開挖邊坡的剖面中(P4點(diǎn)),第四紀(jì)地層中也可見斷層發(fā)育(圖7)。該剖面沉積物拔河高度約13 m(參照下游原始河床),距下伏上第三系雙河組頂界約4 m,相當(dāng)于區(qū)域上的Ⅱ級階地底部沉積物,屬上更新統(tǒng)地層,估計(jì)形成于晚更新世中期。該剖面顯示,其中的晚更新世沉積物自上而下依次為紫色黏土、褐色砂質(zhì)黏土、褐灰色礫質(zhì)土和灰色砂卵礫石(未見底),膠結(jié)程度和固結(jié)度中等,巖性分界線較清晰;共發(fā)育兩條斷層,呈倒“Y”型組合,其中f1斷層斷錯(cuò)剖面中的所有上更新統(tǒng)地層,斷層面平滑,擠壓鏡面明顯,斷層產(chǎn)狀37°/SE∠77°,表現(xiàn)為張性;f2斷層受f1斷層限制,呈微波狀起伏,同樣發(fā)育擠壓鏡面,擠壓泥皮厚3～5 mm,斷層產(chǎn)狀23°/SE∠75°,表現(xiàn)為壓性;f1斷層和f2斷層屬同期斷層,垂直錯(cuò)距約1.1 m。

圖7 磚廠附近出露的斷層剖面Fig.7 Exposed fault section near the brickyard

在場地勘察過程中,在下壩址區(qū)上游跨桃源斷裂(F6-2),分別于兩盤布置了ZK12和ZKX1兩個(gè)鉆孔,實(shí)測孔口高程分別為2 195.32 m、2 190.46 m(圖8)。ZK12鉆孔揭示,斷裂上游的桃源盆地第四系現(xiàn)代河湖相堆積物厚達(dá)31.98 m,其中0.00～8.67 m為灰、淺灰色砂卵礫石夾少量淤泥質(zhì)粉細(xì)砂,結(jié)構(gòu)松散;8.67～31.98 m為深灰、灰黑色含卵礫石粉砂質(zhì)淤泥質(zhì)黏土,呈軟塑狀,根據(jù)沉積物性狀并通過與劍川盆地內(nèi)同類的河湖相沉積物[3]類比認(rèn)為,鉆孔揭露的沉積物為上更新統(tǒng)地層,大致形成于晚更新世中期;下伏基巖為奧陶系下統(tǒng)向陽組(O1x)砂巖,基巖面分布高程2 163.34 m。ZKX1鉆孔揭示,下游峽谷河床第四系沖洪積與崩坡積混雜堆積物厚度僅5.3 m,下伏基巖為泥盆系下統(tǒng)青山組(Q1q)白云質(zhì)灰?guī)r,基巖面分布高程2 185.16 m?？碧浇Y(jié)果表明,桃源斷裂西側(cè)桃源盆地內(nèi)的第四系堆積物比下游峽谷段的河床堆積物厚了26.68 m,指示在斷裂上、下游兩側(cè)沿桃源河出現(xiàn)了上游河床基巖面低于下游河床基巖面達(dá)21.82 m的異?，F(xiàn)象,這應(yīng)該是跨桃源斷裂(F6-2)兩側(cè)斷塊在晚更新世以來存在垂直差異性升降活動的結(jié)果,說明桃源斷裂明顯控制了桃源盆地內(nèi)堆積物的形成與沉積厚度。

圖8 桃源斷裂順河向剖面圖Fig.8 Profile of Taoyuan fault along the river

此外,在野外地質(zhì)測繪中,在黑惠江右岸臨近山頂?shù)臄嗔延绊憥?nèi)還發(fā)現(xiàn)一條地面基巖裂縫,發(fā)育方向與桃源斷裂走向呈小角度分布,裂縫長約100 m、寬1.2～1.6 m、垂直位錯(cuò)達(dá)3～5 m,在15 m深范圍無充填。根據(jù)裂縫的分布和地貌特征推斷,該裂縫非重力作用形成,很可能為某次地震或多次地震活動時(shí)形成的地裂縫,從錯(cuò)距判斷其震級應(yīng)該至少為強(qiáng)震級別。

3.3 合江村斷裂(F6-4)

3.3.1 斷裂構(gòu)造特征與地貌

該斷裂地處研究區(qū)東部,屬于龍?bào)础獑毯髷嗔褬?gòu)造帶的東部邊界斷裂之一,主要沿黑惠江河谷分布,向北延伸并隱伏于劍川盆地,向南延伸至沙溪盆地東部邊緣并交匯于沙溪菱形構(gòu)造東南段,長二十多公里(圖2)。該斷裂總體向東陡傾,具張性走滑性質(zhì),破碎帶一般寬200～300 m,局部達(dá)400余米,其中可見構(gòu)造角礫巖、碎裂巖及碎粒巖等。而且沿?cái)嗔褞嗬m(xù)發(fā)育有溶蝕洼地、溶蝕漏斗以及條帶狀低洼地形和斷層陡崖地貌等,局部還出露有低溫溫泉和斷層泉群。

場址勘察期間在合江村上游垂直黑惠江布置的一條EH4物探測試剖面顯示,該斷裂帶的電性差異十分明顯,低電阻態(tài)向深部延伸超過了500 m,尤其東部邊界十分清晰,斷裂特征明顯,破碎帶寬度達(dá)200～300 m(圖9)。

圖9 合江村斷裂2-2′物探成果剖面圖Fig.9 Geophysical profile of Hejiang Village fracture 2-2′

3.3.2 斷裂活動特征

地表調(diào)查發(fā)現(xiàn),在印盒村西南白石箐入口北側(cè)的黑惠江臨江左岸的新修運(yùn)砂道路邊(P5點(diǎn)),人工開挖了一條長約23.7 m、寬2.2～2.6 m、深1.5～1.8 m的第四紀(jì)沉積剖面。該開挖段臨近黑惠江,地面平坦,拔河高2.5～3 m、寬17～27 m不等,呈長條狀臨河分布。編錄結(jié)果顯示,該剖面中的沉積顯示出典型的二元結(jié)構(gòu)特征,以新鮮河床相淺色砂礫石沉積物為主,結(jié)構(gòu)松散,無膠結(jié),尤其砂礫層和卵礫石層自穩(wěn)性差,階地地貌特征明顯,應(yīng)屬Ⅰ級階地,沉積物應(yīng)為全新統(tǒng)地層。對比上游1.3 km處的Ⅰ級階地沉積物14C測年結(jié)果(5 175±130) a,可知該階地頂部的沉積物形成時(shí)間應(yīng)該晚于5 000年,為全新世中晚期。而在上游側(cè)開挖斷面的中部偏西位置,清晰可見斷層明顯斷錯(cuò)礫質(zhì)土、砂礫石和卵礫石等全新統(tǒng)地層,垂直斷距約1.3 m(圖10)。該處剖面顯示,沉積物為Ⅰ級階地上部地層,自上而下依次為黃灰色礫質(zhì)土、灰色砂礫石層、淺灰色卵礫石層;斷層面略呈弧形,上寬下窄,黑色黏土質(zhì)粉細(xì)砂充填,固結(jié)度差,厚1.5～4 mm,產(chǎn)狀57°/NW∠64°,下段近于直立,總體表現(xiàn)為壓性。

圖10 印盒村西南黑惠江岸邊的斷層剖面Fig.10 A fault profile on the bank of Heihui River in the southwest of Yinhe village

進(jìn)一步查閱資料發(fā)現(xiàn),前人曾在劍川—蘭坪高等級公路施工期間于印盒村西北的公路切方段發(fā)現(xiàn)一斷層剖面,并進(jìn)行了斷裂活動時(shí)代的研究。為進(jìn)一步確認(rèn)該處的斷裂活動性,作者野外調(diào)查時(shí)在黑惠江左岸的海尾河大橋頭公路西側(cè)邊坡的擋墻上方重新觀測了此剖面(P6點(diǎn)),結(jié)果如圖11。該剖面地處Ⅲ級階地前緣,拔河高度約32 m。剖面顯示:臨河側(cè)上部為黃褐、棕黃、棕灰等雜色砂質(zhì)粉土,可見少許樹枝和木塊,屬現(xiàn)代人工雜填土;其下為階地沉積層,自上而下依次為黃灰色含礫黏土質(zhì)砂,淺紫灰色砂礫石,棕黃色含礫粉細(xì)砂,淺紫灰色砂卵礫石,沉積物結(jié)構(gòu)總體較緊密,膠結(jié)程度相對較好,但表層受風(fēng)化后剝落嚴(yán)重。其中部發(fā)育一正斷層,產(chǎn)狀302°/NE∠63°,斷層斷錯(cuò)了棕黃色含礫粉細(xì)砂層,錯(cuò)距3.3 m,但未斷錯(cuò)表層人工填土。據(jù)前人資料[6],下部棕黃色含礫粉細(xì)砂層的光釋光年齡為6.2萬年,由此可知該沉積物屬上更新統(tǒng),因此斷裂活動可能在晚更新世晚期或全新世。

圖11 海尾河大橋東岸公路邊的斷層剖面圖Fig.11 Fault profile along the highway on the east bank of Haiweihe Bridge

另外,在印盒村南約500 m處的黑惠江左岸斷裂破碎帶內(nèi),地表出露一低溫溫泉,流量約600 L/s,水溫21 ℃,這與龍?bào)磫毯髷嗔褬?gòu)造帶以“出露大流量的低溫泉為其水熱活動特征”的認(rèn)識一致[23],其溫泉的水熱活動性特征也說明合江村斷裂在晚第四紀(jì)的活動表現(xiàn)。

3.4 刀郭斷裂(F6-3)

3.4.1 斷裂構(gòu)造特征與地貌

該斷裂發(fā)育于桃源斷裂與合江村斷裂之間,自上寶典老加油站、刀郭采石場向南于下壩址下游橫穿桃源河,在合江村以南約0.9 km處穿過黑惠江后延伸至龍尾山附近歸并于合江村斷裂(F6-4),延伸長度大于10 km,屬走滑斷裂(圖2)。沿?cái)嗔褦嗬m(xù)出露構(gòu)造角礫巖、碎粉巖、碎裂巖夾斷層泥,破碎帶一般寬200～300 m。據(jù)下壩址下游的鉆孔和平硐勘探成果,刀郭斷裂由多個(gè)擠壓面或斷層構(gòu)成,至少發(fā)育3條以上的碎粉巖帶,并夾大量斷層泥,其中碎粉巖寬度8～70 m,斷層泥厚0.5～2.3 m,斷層面產(chǎn)狀16°/E∠58°。此外,該斷裂的斷層地貌特征也較明顯,在刀郭采石場附近,沿?cái)嗔呀媳毕虬l(fā)育順直型深切溝谷;在斷層穿過桃源河處,兩岸沿?cái)嗔褜ΨQ發(fā)育深切沖溝,并見斷層左旋錯(cuò)斷桃源河達(dá)210 m,河道形成兩次明顯的直角轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象;在黑惠江右岸,發(fā)育有狹窄深切沖溝,而左岸發(fā)育長約2 km的寬緩低洼槽谷地形,顯示跨斷裂兩側(cè)存在顯著的地貌差異。

3.4.2 斷裂活動特征

地表可見,刀郭采石場附近的沖溝發(fā)育長度約2.4 km,切割深度不大,屬長流水沖溝,谷底分布大量第四系坡洪積混雜堆積物,未見有階地發(fā)育;在采石場以北(下游)約220 m處的沖溝邊右岸,出露有近期擴(kuò)路時(shí)開挖的新鮮剖面(P7點(diǎn))。該剖面中的堆積物成分復(fù)雜,巖性主要為灰黃色礫質(zhì)土夾砂礫石和粉細(xì)砂透鏡體,表層為灰色粉土,礫石磨圓度差,結(jié)構(gòu)稍密～中密,膠結(jié)程度稍差,地質(zhì)錘掘進(jìn)輕松。根據(jù)沖溝發(fā)育規(guī)模和沉積物的顏色、膠結(jié)程度,以及邊坡特征等綜合推斷,該套沉積物屬形成于晚更新世晚期坡積層。剖面中可見具正斷性質(zhì)的陡傾斷層,產(chǎn)狀28°/SE∠82°,斷錯(cuò)了剖面中的所有上更新統(tǒng)地層,中部的砂礫石層和粉細(xì)砂透鏡體斷距分別為35 cm、43 cm(圖12)。

圖12 刀郭采石場下游沖溝邊的斷層剖面Fig.12 Fault profile beside the downstream gully near Daoguo quarry

另據(jù)前人資料[24],在上寶甸南西1.3 km采砂場附近小溪旁的開挖剖面中,可見斷層發(fā)育于雙河組(N1s)砂質(zhì)黏土巖與上更新統(tǒng)(Q3)黃色礫石層之間(圖13)。斷層產(chǎn)狀350°/NE∠78°、320°/SW∠55°,沿?cái)嗝嬗?～3 cm厚的擠壓片理化帶和摩擦鏡面,并有半膠結(jié)的砂層透鏡體發(fā)育,還發(fā)育有側(cè)伏角85 °的垂向擦痕,指示斷層為正斷層。據(jù)筆者的野外復(fù)核,該采沙場位于P7剖面點(diǎn)下游,地處姑扎乃箐南支右岸Ⅱ級階地后緣,拔河高約20 m;周邊沉積物為第四系上新統(tǒng)黃色、灰黃色砂礫石層夾少量褐灰色砂質(zhì)黏土層,膠結(jié)程度中等,下伏巖石為上第三系雙河組砂巖、砂礫巖夾黏土巖等弱成巖。目前,此剖面已被破壞,沙場也變成了堆渣場。

圖13 采砂場附近小溪旁的斷層剖面圖Fig.13 Fault profile beside a stream near the sand quarry

在上寶甸公路交叉口南約80 m處姑扎乃箐南支流右岸劍—沙公路邊拔河高約15 m的多年前人工開挖剖面處(P8點(diǎn)),可見剖面沉積自上而下依次為褐黃色礫質(zhì)土、褐灰色砂卵礫石層夾卵石層和粉細(xì)砂層透鏡體、灰白色黏土層和灰色粉細(xì)砂層(未見底),如圖14。該剖面的上部沉積物結(jié)構(gòu)松散,膠結(jié)程度較差,中下部沉積物結(jié)構(gòu)稍密～中密,膠結(jié)程度中等偏差、黏土類固結(jié)度中等,地質(zhì)錘掘進(jìn)也較容易。根據(jù)地貌特征、拔河高度、沉積物特性和區(qū)域資料等推斷,該剖面地層為Ⅱ級階沉積物,大致形成于晚更新世中期。在東側(cè)的開挖斷面上可見產(chǎn)狀136°/SW∠78°正斷層發(fā)育。該斷層略呈舒緩狀弧形發(fā)育,中部的卵石沿?cái)鄬用娉识ㄏ蚺帕?。該斷層斷錯(cuò)了剖面中的晚更新世砂卵礫石層及下部的黏土層,錯(cuò)距約35 cm,但地表的疏松土層未見錯(cuò)動。

圖14 劍—沙公路邊的斷層剖面Fig.14 Fault profile along the Jian-Sha highway

4 認(rèn)識與總結(jié)

龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)在桃源盆地內(nèi)分別斷錯(cuò)了上更新統(tǒng)地層(Q3)、桃源河和全系統(tǒng)Ⅰ級階地沉積物(Q4),并且明顯控制著上桃源村附近河流發(fā)育和現(xiàn)代河床的發(fā)展,表明龍?bào)础獑毯髷嗔烟以炊卧谕淼谒募o(jì)乃至全新世仍在活動,屬全新世活動斷裂,活動方式以水平走滑為主,與前人[3-4,6,9,22-23]對桃源段北端的劍川盆地西部邊緣的研究成果一致。桃源斷裂(F6-2)明顯控制著下壩址區(qū)峽谷地貌的發(fā)育和桃源盆地內(nèi)上更新統(tǒng)地層的沉積規(guī)模,分別在黑惠江右岸發(fā)現(xiàn)基巖地裂縫和姑扎乃箐P2、P3、P4位置發(fā)現(xiàn)上更新統(tǒng)地層(Q3)被斷層明顯斷錯(cuò)的跡象,表明了桃源斷裂在晚第四紀(jì)活動強(qiáng)烈,屬晚更新世以來的活動斷裂,活動方式主要表現(xiàn)為正斷性質(zhì)。刀郭斷裂(F6-3)區(qū)內(nèi)明顯斷錯(cuò)了桃源河,在姑扎乃箐南支右岸P8點(diǎn)及其支流內(nèi)P7等位置分別發(fā)現(xiàn)斷層斷錯(cuò)了上更新統(tǒng)的坡洪混合沉積物及Ⅱ級階地沉積層(Q3)等跡象,表明刀郭斷裂在晚第四紀(jì)同樣活動過,屬晚更新世以來的活動斷裂,活動方式以左旋走滑為主。合江村斷裂(F6-4)區(qū)內(nèi)沿海尾河(黑惠江上游河段)發(fā)育并隱伏于劍湖之下,在海尾河左岸分別發(fā)現(xiàn)斷層斷錯(cuò)了全系統(tǒng)地層(Q4)(P5)和上更新統(tǒng)地層(Q3)(P6),表明合江村斷裂在晚第四紀(jì)多次活動,屬全新世活動斷裂,活動方式也主要表現(xiàn)為正斷走滑性質(zhì)。

地表調(diào)查發(fā)現(xiàn),龍?bào)础獑毯髷嗔褞У奶以炊纹毡榘l(fā)育了寬的破碎帶,筆者認(rèn)為這可能與此段正處于劍川盆地西南角獨(dú)特的構(gòu)造位置有關(guān)。因?yàn)樵跇?gòu)造盆地的頂角上應(yīng)力最為集中,是受力最大的部位。龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)、桃源斷裂(F6-2)、刀郭斷裂(F6-3)和合江村斷裂(F6-4)平行發(fā)育,可能是由西向東依次向盆地發(fā)育的結(jié)果,當(dāng)然也不排除按照相反次序發(fā)育,從最東側(cè)合江村斷裂(F6-4)全新世活動跡象推測,前者的可能性更大。沿?cái)嗔寻l(fā)育如此寬闊的破碎帶,也表明該斷裂成熟度較高,可能經(jīng)歷了長期而復(fù)雜的變形過程。因此,綜合分析推斷,這4條平行發(fā)育的斷裂晚第四紀(jì)期間的活動強(qiáng)度可能差別不大,如果龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)的平均走滑速率為3.4 mm/a,其他三條主要斷裂的年平均活動速率可能會略比主干斷裂(F6-1)稍低,但與前人在周邊的研究成果相當(dāng)[3,6,22,25],初步估計(jì)可能為3.2 mm/a,因此它們應(yīng)該都屬中等活動性斷裂,未來均有可能發(fā)生強(qiáng)震。

目前,劍川及鄰近地區(qū)(包括研究區(qū))屬強(qiáng)烈應(yīng)變積累單元區(qū),淺部斷層已達(dá)到產(chǎn)生走滑失穩(wěn)的臨界條件,而劍川地區(qū)的主壓應(yīng)力為近水平的NNW-NW方向,且擠壓應(yīng)力作用強(qiáng)烈[3,7,21,25],更有利于龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)產(chǎn)生左旋走滑活動,構(gòu)成了7級地震潛在震源區(qū),新構(gòu)造活動強(qiáng)烈,區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差,桃源段場地地震安全性差。

5 結(jié)語

綜合龍?bào)础獑毯髷嗔褞以炊蔚恼{(diào)查研究結(jié)果,可以獲得以下主要認(rèn)識。

(1) 龍?bào)础獑毯髷嗔褞以炊慰倢挾?.5～4 km,主要包含了龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)、桃源斷裂(F6-2)、刀郭斷裂(F6-3)和合江村斷裂(F6-4),共4條為NNE-SSW走向且平行分布的分支斷裂構(gòu)成,各斷裂的間距在400～1 200 m,發(fā)育深度均大于600 m,延伸長數(shù)十公里,具有形成時(shí)間較早且第四紀(jì)期間存在多期活動的特征。

(2) 龍?bào)础獑毯髷嗔褬?gòu)造帶桃源段額晚第四紀(jì)活動特征明顯,其4條主要分支斷裂,包括龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)、桃源斷裂(F6-2)、刀郭斷裂(F6-3)和合江村斷裂(F6-4)均為晚第四紀(jì)活動斷裂,活動性中等,其中龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)和合江村斷裂(F6-4)為全新世活動斷裂,桃源斷裂(F6-2)和刀郭斷裂(F6-3)為晚更新世活動斷裂;龍?bào)础獑毯髷嗔?F6-1)和刀郭斷裂(F6-3)在晚第四紀(jì)活動以左旋走滑運(yùn)動為主,桃源斷裂(F6-2)和合江村斷裂(F6-4)則以正斷走滑運(yùn)動為主。

綜上,由于龍?bào)础獑毯髷嗔褞菢?gòu)成川滇地塊西側(cè)的重要邊界斷裂帶之一,而且該斷裂桃源段的晚第四紀(jì)活動特性明顯影響著桃源水庫工程區(qū)的場地穩(wěn)定性分析以及研究區(qū)及鄰區(qū)的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性與地震風(fēng)險(xiǎn)判定等。本文關(guān)于龍?bào)础獑毯髷嗔褞以炊瓮淼谒募o(jì)構(gòu)造活動特征及最新活動時(shí)代的研究成果,可進(jìn)一步豐富對滇西北龍?bào)础獑毯髷嗔褬?gòu)造帶南段的地震地質(zhì)認(rèn)識,而且可為桃源水庫的工程設(shè)計(jì)提供可靠和關(guān)鍵性地質(zhì)依據(jù)。

致謝:柳曉寧、張樹洪、胡云軍、張俊杰、師海翔、譚志華、呂曉東、江濤等諸多同事,一同參加野外地質(zhì)調(diào)查、剖面測繪、勘探編錄等工作;審稿專家提出了寶貴的修改意見和建議。謹(jǐn)此,一并致謝！