武都—康县断裂带活动性初步研究①

2012-01-25刘洪春袁道阳

地震工程学报 2012年2期

贾伟，刘洪春，柳煜，袁道阳，2

（1.中国地震局兰州地震研究所，甘肃兰州 730000；2.中国地震局地震预测研究所兰州科技创新基地，甘肃兰州 730000）

0 引言

武都—康县断裂带是甘东南地区多条区域性活动断裂中研究程度较低的断裂之一，目前为止对其几何特征、分段活动性等研究较少。而各种地质灾害与活动断裂的关系密切［1－2］。前人积累的相关资料主要集中于对陇南历史上发生的多次地震探讨［3－7］，如公元前186年武都6～7级地震、1677年武都南级地震、1874年级地震及1879年武都南8级地震等［8－9］。卫片解译表明，该断裂带在甘泉一带线性地貌明显。为了查明该断裂带的几何特征、分段活动性等，我们对该断裂带展开了调查和研究。

1 断裂概况和几何展布

在大地构造上，研究区位于青藏高原东缘，西秦岭断裂与东昆仑断裂之间形成了多组NW－NE向或近EW向构造转换的压性走滑活动断裂带［10－11］。近EW向的武都—康县断裂就位于与NW向的迭部－白龙江断裂的构造转换部位。该断裂带与迭部－白龙江断裂带相连，往西经上板桥、麻地沟、甘泉、张坪至窑坪以东，断裂总体走向近EW向，倾向N，倾角60°～70°，逆倾滑性质，全长约90km［12］。

断层形态方式以及断裂带各段活动性差异是活动断裂分段研究的组成部分［13－14］。野外调查研究发现，在该断裂的延伸方向上，不同地段断裂活动强度有所差别。本文依据断裂的展布形态、交接关系及活动性，以甘泉、沈家园一带为界，将断裂分为西（F1）、东（F2）两段（图1）。

1.1 上板桥—长坝断裂段（F1）

该断裂段总体呈近EW向舒缓波状延伸，西起上板桥以西，向东经马街镇南，到甘泉乡南一带分为两支：北支（F1－1）NEE向经佛崖乡北、长坝镇北侧的花轿子至巩家集乡东侧；南支（F1－2）NWW向经佛崖乡南、大龙王山北至长坝镇南侧的沈家园。本断裂段是武都－康县断裂带地貌现象最丰富、活动性最强的一段，并且具有水平走滑运动特征。

1.1.1 北支断层（F1－1）

该分支断层从上板桥至巩家集，近EW向转NEE向，倾向N或S，倾角50°～85°，全长约62km。主要表现为逆走滑断层，局部为正断层。断裂发育在海拔1700～2300m的中山地貌中，西高东低，构成志留系、侏罗系地层与新代生地层白垩系、新近系的分界线，基本控制了白垩纪和新近纪沉积湖盆的南边界。

1.1.2 南支断层（F1－2）

该分支断层从甘泉向东，NWW向延伸至沈家园，主要倾向S，也见倾向 N，倾角40°～85°，全长约33km。主要表现为逆走滑断层。断裂发育在海拔1600～2000m的中山地貌中，西高东低，穿行于志留系、侏罗系、石炭系地层中，并切割了古近系山间盆地沉积物，于沈家园一带被NNE向次级断层切错，形成与沈家园－窑坪断层（东段）的分段点。该断层在航、卫片上线性影像也不明显，但实地调查发现断层地貌非常发育，以多种类型的断层地貌和多处全新世逆冲断层剖面为主要特征。

1.2 沈家园－窑坪断裂段（F2）

该断裂段西起沈家园以东，向东经万家大梁北、毛垭子山北，一直延伸到窑坪乡东侧，总体呈近EW向舒缓波状延伸，倾向S，倾角50°～80°，全长约32 km。主要表现为逆走滑性质。断裂发育在海拔1500～2000m的中山和海拔1100～1300m的低山地貌之间，南高北低，控制了志留系与泥盆系、石炭系地层的分布，于沈家园一带被NNE向次级断层切错，形成与中段断裂的分段点。

2 断裂活动地貌特征

2.1 北支断层（F1－1）

（1）冲沟左旋水平位错。断错冲沟有上百米、几十米、十几米和几米等多个量级（表1），如刘家山北冲沟左旋位错123m、沈家沟南平洛河左旋位错58.4m、青岩坪村冲沟左旋位错2.5m，且西侧山脊也同步位移3.5m。这些现象说明该断层曾经多期活动，其最新活动时代可能在全新世。

表1 水系位移量统计

（2）断层三角面和断层崖。这类断层地貌在北支断层比较常见，其中在甘泉镇以西一带表现为连续的断层三角面和断层崖地貌。

（3）垭口和鞍部。这类断层地貌在北支断层也比较常见，但很少见到连续多个的垭口或鞍部，多表现为单个垭口或鞍部，在何善庙南侧为断层大垭口。

（4）山脊左旋位移。这类地貌仅在阴坡里东南侧发现，且连续有2个山脊和冲沟同步左旋位移。

（5）跌水。主要发育在甘泉镇以西山前断层通过处的冲沟，跌水坎一般0.8～2.4m，在双庙村南冲沟断层跌水坎2.4m。

（6）断层裂缝带。这种地貌仅在何善庙一带出现，重叠在何善庙－麻地沟近EW向断裂上，共有平行的三条砾岩裂缝，一般长25～38m，宽2～6 m，深5～7m。据当地老乡介绍说，三条砾岩裂缝是1976年唐山地震影响造成的。

2.2 南支断层（F1－2）

（1）冲沟左旋水平位错。断错冲沟有千米、百米和几米等多个量级，其中千米、百米量级这一现象集中发育在甘泉镇东侧张家沟—刘家山一带，在长达10km的范围内几乎平洛河所有一级支流均不同程度地表现出水平左旋位错（图2）。

图2 F1－2断层通过处平洛河一级支流左旋位错图Fig.2 The map of dislocation caused by the left lateral active of F1－2fault on first degree branch of Pingluo river.

（2）断层三角面和断层崖。这类断层地貌在南支断层非常典型，其中断层崖地貌在熊池乡以东的野岩上村和山坡里东侧一带形成近直立的基岩陡崖；而在长坝镇南的朱家一带控制了海拔1600m的中低山与海拔2400m的中高山的发育，形成连续6km长的断层三角面与断层崖相结合的断层地貌。

（3）垭口和鞍部。这类断层地貌在南支断层也比较常见，但很少见到连续多个的垭口或鞍部，多表现为单个垭口或鞍部，如佛崖乡南的嘴儿上村南和韩家湾村东侧断层鞍部和大垭口。

（4）断层沟。这类地貌较少见，仅在熊池乡北侧的尚家发育，并伴随规模巨大的断层三角面。

（5）跌水。零星发育在一些断层崖通过处的冲沟，如在田沟里村南和野岩上村西，分别形成冲沟断层跌水坎1m和12m。

2.3 沈家园－窑坪断裂段（F2）

该断裂段通过处植被发育，覆盖严重，野外考察断面出露较少，但航、卫片影像较清晰，主要表现为连续的断层崖、断层三角面和鞍部组成的线性地貌，几乎贯穿沈家园—窑坪断裂段的始终。这些断层地貌经过的冲沟、山脊，多数都有不同程度的左旋位移，但与断裂西段相比，位移量明显较大，如万家梁隧道口一带冲沟与山脊同步左旋位错52m；李家山村东冲沟左旋位错32m；王家庄东山脊左旋位错50 m左右。此外，沿断裂鞍部、断层崖一线多处出现断层泉，如四房湾村东、郭家坪村西和小沟里村东。另外在杜家沟门村南断层崖通过处冲沟形成9m高的跌水。这些断层地貌现象表明，该断裂段应该在晚更新世时期有过活动，可能以逆冲为主，兼有左旋水平运动。

3 断裂活动剖面特征

3.1 北支断层（F1－1）：

北支断层最典型的断裂最新活动的剖面在麻地沟村，断裂逆冲到晚更新统黄土之上，显示强烈的挤压性质。在该挤压带的南侧为新近系的砂砾岩，与砂砾岩接触处断面见有灰黑色挤压片理化断层泥角砾带，其下部的黄土状土被北侧灰黑－灰褐色断层泥角砾带超覆或楔入（图3），黄土中发育多条近直立的小裂缝。我们在该超覆或楔入处所在位置进行了探槽开挖，发现断层由多条不同方向的断面组成（图4），显示了断裂多期活动的特征。图3剖面出露地层有：①灰黑色耕土，厚35cm；②灰白至灰黑色坡积含土砾石，厚15～20cm；③灰褐色断层泥片理化角砾带；④褐白色变砂岩碎裂岩块；⑤灰黑色断层泥片理化带；⑥灰黑色含角砾断层泥片理化带；⑦土黄色的亚粘土；⑧灰黑色含变砂岩透镜体断层泥带；⑨灰色砂土，厚1.45～1.65m。

图3 麻地沟断层整体剖面Fig.3 The overall fault section at Madigou.

图4 麻地沟断层探槽剖面（上图中②、③接触带）Fig.4 The trench section at Madigou.

从图4剖面分析，共发育有5条断面，f1、f2和f4可能为同期形成，其中f1、f2逆冲楔入土黄色的亚粘土中，而f4则超覆在土黄色的亚粘土之上。这3条断面被被后期f3断面断错约6cm，但f3断面又被f5断面断逝。结合其北侧与砂砾岩接触处的老断面，说明北支断层在此处至少应该有过4次活动。我们在⑤层采取了14C样，其年代为38310±360a B.P.。我们也在⑦、⑨层分别采取了光释光（OSL）样，但没有接收的年龄测试实验室，所以没有结果。但根据区域地层对比，⑦层土黄色的亚粘土时代应该为晚更新世，而⑨层时代应该为全新世。总之，该剖面说明断裂在晚更新世晚期有过活动。

此外，此剖面往东50m左右的山顶垭口，我们还发现一组含正断层的剖面（图5），其中的f1发育在土黄色的亚粘土和灰白色碎裂岩带之间，断面见3～5cm厚的灰黑色断层泥，断层泥柔软、粘性好，为正断层。f2和f3为老断面，其中f2性质不详，但f3断面发育挤压构造透镜体，显示逆断层特征。从断面f1分析，断裂在晚更新世应有过活动。

3.2 南支断层（F1－2）

南支断层在王家沟和朱家村南两个地方分别见到了断层断错全新统地层的剖面。

3.2.1 佛崖乡东南王家沟村剖面（图6）：

该剖面位于王家沟冲沟口附近的高7m左右的Ⅰ级洪积台地东壁，为志留系灰黑色片岩与侏罗系砂砾岩之间形成的老断层破碎接触带。从剖面中可以看出，发育在破碎带中的后期形成的f1、f2断面逆冲入Ⅰ级洪积台地下部砾石层中，其中的f1断面上的灰黑色断层泥角砾楔入破碎带顶部砾石层有20cm深；而f2断面虽然没有断层泥物质楔入，但沿断面方向破碎带顶部砾石层砾石定向明显，显然穿越了洪积台地下部砾石层。该剖面对面（沟西壁），地貌上表现为鞍部。我们在剖面中Ⅰ级洪积台地砾石层底部采取了14C样，其年代为1730±111a B.P.。说明该断层在全新世晚期有过活动。

3.2.2 长坝镇朱家村南剖面（图7）：

图5 麻地沟山顶鞍部一带断层剖面Fig.5 The fault section at the peak of Madigou mountain saddle.

图6 王家沟村东断层剖面Fig.6 The fault section at east of Wangjiagou village.

该剖面位于长坝镇朱家村南冲沟口南侧。其中在冲沟口山前南支断层控制了海拔1600m的中低山与海拔2400m的中高山的发育，在冲沟口东、西两侧形成连续6km长的断层三角面与断层崖相结合的断层地貌。该剖面断面就发育在冲沟口南侧高1.5m左右的低洪积阶地东壁。由于断层作用使低洪积阶地面产生变形而形成陡坎，位于陡坎斜坡一侧的角砾石层中发育2条断面，剖面结构特征如下：①10～60cm厚的含砾石及其破碎带物质的松散杂色土；②5～10cm厚的黄褐色土；③10～40cm厚的褐灰色含小角砾土；④10cm厚的土黄色亚粘土；⑤20～60cm灰黄色中砾层，一般砾径5～8cm，最大砾径15～20cm；⑥5～50cm厚的褐黑色角砾土；⑦巨砾层，一般砾径10～15cm，最大砾径55cm。

图7 朱家村南断层剖面Fig.7 The fault section at south of Zhujia village.

从剖面可以看出，发育的2条断面其中的f1断错了⑥、⑦层，被①层覆盖，断面上砾石定向排列明显，并使⑥层形成弧形弯曲；f2断错了除①层以外的所有结构层，断面上砾石有定向排列，断层逆冲错动使各层均产生5cm左右的垂向位移。由于该陡坎所在冲沟在山前建水窖时人工破坏，陡坎延伸向山前的自由面不清，因此陡坎的整个垂向错距量无法收集。但陡坎所在的冲沟东侧，南支断层经过处可见至少60m的灰黑色断层挤压破碎带，f1和f2向东均可在破碎带中找到对应的老断面。因此，本剖面中2条断面是可信的，说明南支断层在此处最新活动时代为全新世。

3.3 沈家园—窑坪断裂段（F2）

在曹家院南简易公路西侧发现断层剖面（图8）。该剖面中断层发育在南侧的泥盆系灰岩与北侧的志留系灰绿色片岩之间，由于全新统坡洪积层覆盖而未见到北部的原生片岩。可以看出，泥盆系灰岩与志留系灰绿色片岩之间形成了由强烈挤压片理化带、灰岩构造透镜体带和以原岩为片岩类为主的强烈挤压杂乱无序的破碎带，其宽度大于50m。剖面中发育了5条断面，或发育于灰岩中，或发育于先期形成的破碎带中，说明该断层具有长期的演化史和多次的构造运动。剖面特征如下：①泥盆系青灰色灰岩；②断层角砾带，宽0.3～1m，半胶结状；③灰黑色片理化断层泥角砾带，宽3m，半胶结状；④灰岩挤压构造透镜体带，宽10～15m，固结、坚硬；⑤灰岩与志留系片岩混合挤压破碎带，宽2.5～5 m；⑥灰绿色断层泥条带，厚1～2cm，微胶结～半胶结，潮湿环境软而有粘性；⑦灰绿色片岩破碎带，宽10～15m；⑧灰绿～灰褐色断层角砾破碎带，宽＞5 m；⑨土黄色坡洪积角砾层，厚1～1.5m；⑩褐色残坡积土。结合该断层通过系列冲沟时均形成较大的左旋位移量，认为沈家园－窑坪断层段（东段）自晚更新世以来可能主要以南倾挤压逆冲运动为主，兼有左旋走滑运动分量。

图8 曹家院南断层剖面Fig.8 The fault section at south of Caojiayuan village.

4 结论

通过野外地质调查，我们基本弄清了武都—康县断裂带其几何结构和空间展布，活动时代、活动性质以及所构成的地貌特征，其中除获得若干地质、地貌特征外，还获得了一定的年龄证据。主要结论有：

（1）依据断裂的几何展布形态、交接关系及活动性，以甘泉和沈家园一带为界将断裂分为西（F1）、东（F2）两段，即分别为上板桥—长坝断裂段和沈家园—窑坪断裂段：西段总体呈EW向展布，其中北支断层（F1－1）NEE向延伸，南支断裂（F1－2）NWW向延伸并在沈家园一带被NNE向次级断层切错形成与东段分界。东段近EW向展布。

（2）西段在全新世强烈活动，断层性质以左旋走滑为主，并兼有逆冲运动；东段在晚更新世时期有过活动，主要以挤压逆冲运动为主，兼有左旋走滑运动分量。

（3）晚更新世以来断裂的活动形成了丰富的地貌现象。诸如水系左旋位错、山脊左旋位错、断层三角面、断层崖、垭口、鞍部、跌水和地裂缝。

（4）综上，该断裂西段上板桥－长坝镇断裂段是一条全新世活动断层；该断裂东段沈家园—窑坪断裂段可能为晚更新世断层。

致谢：14C样品由兰州大学地理系14C实验室测定，特此致谢。

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