華鎣山斷裂帶的物探成果綜述

王贊軍，王宏超，董 娣，秦 娟

(重慶市地震局，重慶 401147)

服務(wù)于不同的工作目標(biāo)需要，前人在不同時期在華鎣山斷裂帶中段和南段投入了物探工作，取得了不同程度的認(rèn)識，最新的成果為2009年重慶市都市區(qū)活斷層探測與地震危險性評價項目所投入的兩條人工地震探測剖面，本文重點介紹這一新成果。

1 華鎣山斷裂帶的傳統(tǒng)認(rèn)識

1.1 華鎣山斷裂帶的總體認(rèn)識

華鎣山斷裂帶北起達(dá)縣北、向南西經(jīng)大竹、鄰水、合川、銅梁、榮昌至宜賓南(參見圖1)，長約460 km，是四川盆地內(nèi)規(guī)模最大的斷裂帶，也是地震構(gòu)造意義最為重要的一條斷裂帶。斷裂帶總體走向北40°～45°東，傾向南東，30°～70°，具擠壓逆沖性質(zhì)。主要地表斷裂發(fā)育于背斜軸部或陡翼，由一系列長數(shù)千米～數(shù)十千米的斷裂斜列或平行展布而成。深部在相應(yīng)位置則存在華鎣山基底斷裂。

1.基底斷裂； 2.地表逆斷層； 3.背斜圖1 華鎣山斷裂帶平面分布及分段

華鎣山斷裂帶在第四紀(jì)有一定的活動性，在北西西向主壓應(yīng)力場作用下，顯示為擠壓逆沖性質(zhì)，并具有一定的右旋滑動分量。從斷裂帶的平面展布形態(tài)、幾何組合特征、地表背斜與斷裂構(gòu)造的規(guī)模、基底斷裂特征、斷裂活動性及其地震空間分布圖象和地球物理場特征來看，華鎣山斷裂帶大致以合川和鄰水為界，可分為南段(宜賓南—合川段)、中段(合川—鄰水北段)和北段(鄰水北—達(dá)縣北段)。

1.2 華鎣山斷裂帶的深部特點

物探資料表明，華鎣山基底斷裂兩側(cè)結(jié)晶基底的埋深與性質(zhì)有著迥然的差別，西側(cè)的川中地區(qū)基底由一套基性、中性及較強(qiáng)磁性的火成巖所組成，具有密度高、磁性強(qiáng)的特點，表明基底為一變質(zhì)深和硬化程度高的剛性塊體，其埋深5～6 km；東側(cè)的川東地區(qū)的基底主要由一套巨厚的沉積變質(zhì)碎屑巖的復(fù)理石建造所組成，屬低密度和弱至無磁性的塑性基底結(jié)構(gòu)，埋深一般7～9 km，最深可達(dá)11～12 km(趙從俊，1984；趙從俊，1989)。

2 主要探測成果

2.1 黑水—秀山地殼地震測深剖面

由中科院牽頭實施的黑水—秀山地殼地震測深剖面顯示，華鎣山斷裂東西兩側(cè)的地殼速度結(jié)構(gòu)存在較大的差異，川東地區(qū)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，基底斷裂切割深度比較大，但向上并未與地表或地腹斷裂相連，而在四川地塊的川中地區(qū)不存在基底斷裂。在地表下10～20 km的深度范圍內(nèi)，亦即沉積巖蓋層與結(jié)晶基底之間(向東深度逐漸變大)存在一個相對的低速層，這可能是由蓋層構(gòu)造滑脫的深部拆離帶，表明了川東隔擋式背斜的形成具有深部構(gòu)造背景(參見圖2～3，據(jù)重慶三峽工程可行性研究報告)。有意思的是，圖2和圖3在華鎣山的深部給出了不同傾向的斷層構(gòu)造。

圖2 黑水—秀山地殼地震測深解釋剖面

1.沉積蓋層；2.淺變質(zhì)結(jié)晶基底巖層；3.深變質(zhì)結(jié)晶基底或花崗巖層；4.下地殼基性巖層；5.下地殼高速層；6.上地幔；7.殼內(nèi)低速層；Ⅰ .甘孜—松潘褶皺系(含Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3三個次級構(gòu)造單元)；Ⅱ.龍門山斷裂構(gòu)造帶；Ⅲ.揚(yáng)子準(zhǔn)地臺區(qū)(含Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅲ4四個次級構(gòu)造單元)；Ⅳ.華南褶皺帶(含Ⅳ1、Ⅳ2二個構(gòu)造單元)(據(jù)崔作舟等2001年)圖3 黑水—邵陽剖面地質(zhì)構(gòu)造單元劃分示意

2.2 油氣勘探成果

四川石油局人工地震資料(參見圖4)揭示出四川盆地地表主要發(fā)育一組隔檔式背斜構(gòu)造，斷裂具有與背斜構(gòu)造共生的現(xiàn)象，即斷裂常發(fā)育在背斜的軸部或陡翼，呈斷續(xù)狀延伸。蓋層構(gòu)造存在明顯的脫頂現(xiàn)象，即背斜在地表和近地表地層傾角較陡，向下則逐漸變得平緩，相應(yīng)的斷裂傾角在上部較陡，向下亦逐漸變平緩，最后連同背斜構(gòu)造一起消失于地表下3～7 km的水平地層中，具有斷層擴(kuò)展背斜或斷層彎曲背斜的一般特征。華鎣山斷裂具有這一特征。

廣安—墊江段西段(據(jù)四川石油地調(diào)處地震四大隊資料改編)圖4 川東地區(qū)廣安—石柱地質(zhì)人工地震綜合剖面

圖5 實際測線與地形走勢圖(中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

2.3 合川—長壽人工地震探測成果

圖6 合川-長壽深地震反射測線時間解釋剖面(中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

關(guān)于淺部特征方面。在最后的解釋剖面上(參見圖7)，可以看出，工作區(qū)淺部蓋層構(gòu)造主要發(fā)育于川東陷褶束，表現(xiàn)為沉積蓋層在基底上滑脫變形，發(fā)育大量褶皺、逆斷層，基底以下沒有受到太多影響，因而蓋層與基底構(gòu)成顯著的構(gòu)造不協(xié)調(diào)現(xiàn)象；褶皺的鮮明特征是背斜基本上都是軸部較窄、地層陡傾的緊閉式背斜，向斜為軸部寬大、地層平緩的屜狀向斜，背斜和向斜相間排列，對應(yīng)地面上嶺谷相間的特征。華鎣山基底斷裂，其上陡下緩，在地表沒有露頭，為三疊系地層所覆蓋。三疊系地層中發(fā)育一條順層滑脫大型逆沖斷層，導(dǎo)致華鎣山基底斷裂埋藏于三疊系地層之下。華鎣山基底斷裂斷層兩側(cè)二疊系底界清晰，顯示斷層有600～700 m的垂直斷距。本區(qū)的褶皺、斷層構(gòu)造主要發(fā)生在川東陷褶束的沉積蓋層中，表現(xiàn)為蓋層在基底上的滑脫變形，發(fā)育大量逆斷層，蓋層褶皺滑脫面多位于震旦系及其以上的寒武或志留系之中，基底頂界面為最深的滑脫界限，即表層褶皺與基底沒有直接關(guān)系，因而蓋層與基底構(gòu)成顯著的構(gòu)造不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，為典型的薄皮構(gòu)造。

關(guān)于深部構(gòu)造方面，在地震剖面上(參見圖6)，華鎣山基底斷裂以西的川中臺拱地區(qū)的上部基底含有較多連續(xù)性不太好、但能量較強(qiáng)的近水平反射同相軸，據(jù)前人的地質(zhì)、地球物理研究成果，推測為有層理的變質(zhì)巖和無層理的巖漿巖的共同存在。在華鎣山斷裂帶以東的川東陷褶束地區(qū)，基底頂界面不清晰，下部反射雜亂，可能是強(qiáng)烈的晉寧造山運(yùn)動形成的褶皺基底的表現(xiàn)。地震剖面顯示地殼中部有一條連續(xù)性較好的反射波組，推測為地殼中酸性花崗巖質(zhì)層與基性玄武巖質(zhì)層的界面(Interface 2)，其埋深約22 km，被華鎣山基底斷裂切割。本區(qū)下地殼中存在幾個有一定連續(xù)性的反射波組，在測線西部近于水平，而在華鎣山斷裂以東表現(xiàn)出一定的起伏變化，反映本區(qū)下地殼地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可能與前人推測的殼內(nèi)軟弱層的存在有關(guān)。地震剖面顯示，兩端點莫霍面(Interface 3)埋深在42～43 km，從兩端向中間逐漸抬高，最大抬升約1.5 km。在深部，本區(qū)只有華鎣山基底斷裂一條大型斷層(F1)。剖面顯示，該斷裂切割地殼中酸性花崗巖質(zhì)層與基性玄武巖質(zhì)層的界面，深達(dá)下地殼，但沒有切過莫霍面的跡象。

2.4 榮昌人工地震探測成果

榮昌深地震反射剖面跨華鎣山斷裂帶布設(shè)(參見圖8)，剖面主體走向140°～150°，計劃測線長度為40 km，由中國地震局地球物理勘探中心實施，采用深地震反射探測儀器(法國產(chǎn)SN388數(shù)字地震儀)780道，實際完成深地震反射測線長度45.06 km。

圖8 重慶榮昌深地震反射剖面位置圖(中國地震局地球物理勘探中心)

在本次深地震反射探測工作中，采用了排列中間激發(fā)、雙邊不對稱零偏移距接收的觀測系統(tǒng)，其觀測系統(tǒng)參數(shù)和儀器采集參數(shù)分別為：①道間距30m、雙邊600道接收、排列總長度 18 000 m；②炮間距180 m、覆蓋次數(shù)50次；③最小偏移距0 m，最大偏移距6000 m和12000 m；④為了提高地震檢波器的靈敏度，每個接收道采用10個10 Hz的檢波器串，并采用線性組合方式接收；⑤地震波激發(fā)采用鉆孔爆破震源，鉆孔深度25～30 m，單炮藥量30 kg，另外，為確保深層反射波的信噪比，平均每間隔900～1 000 m；⑥地震儀器的記錄參數(shù)為：采樣間隔2 ms，記錄長度30 s。

通過本次深地震反射剖面的探測研究工作，得到以下主要認(rèn)識：(1)地殼結(jié)構(gòu)具有明顯的層狀分布特征(參見圖9～10)。本區(qū)地殼以埋深18～19 km的RC1界面、埋深32～34 km的RC2界面以及Moho面為界，可分為上、中、下三個部分，即上地殼、中地殼和下地殼。本區(qū)上地殼厚18～19 km，由沉積蓋層和結(jié)晶基底組成，剖面上密集成層的一系列強(qiáng)反射震相為沉積蓋層的反射，該部分地殼主要為三疊系、二疊系、寒武系和震旦系地層組成；沉積蓋層之下的上地殼下部為年代更老的結(jié)晶變質(zhì)巖系。位于RC1界面和RC2界面之間的部分為中地殼，其厚度為14～15 km；與上地殼密集成層的強(qiáng)反射和近乎“透明”的下地殼反射圖像相比，該部分地殼表現(xiàn)為較弱的反射性質(zhì)，在剖面上的局部地段上，可看到一些中—強(qiáng)反射能量的反射事件，但并無明顯的規(guī)律可循，表明這部分地殼物質(zhì)存在著明顯的不均勻性。位于RC2界面和莫霍面之間的部分為下地殼，表現(xiàn)為近乎“透明”的反射性質(zhì)，其厚度12～13 km。本區(qū)莫霍面自東向西逐漸抬升，剖面西南端，其埋深為45 km，剖面西北端深約44 km。(2)地殼上部構(gòu)造發(fā)育、地層變形強(qiáng)烈。本區(qū)上地殼具有典型的薄皮構(gòu)造特征，表現(xiàn)為沉積蓋層在基底面之上滑脫、變形，并發(fā)育多條逆沖斷層和褶皺?；撁嫖挥谡鸬┫导捌湟陨系牡貙又?，且淺部斷裂均發(fā)育在沉積蓋層內(nèi)部，終止于滑脫面之上，表明蓋層褶皺與基底沒有直接關(guān)系。(3)結(jié)晶基底以下的地殼部分顯示出以基底斷裂為界的不同反射波場特征。已有地質(zhì)和深部測深剖面資料表明，華鎣山為一條錯斷結(jié)晶基底的大斷裂，為川中臺拱和川東陷褶束的分界。在本次深地震反射剖面上，華鎣山基底斷裂表現(xiàn)為反射波能量強(qiáng)弱變化的分界和兩側(cè)基底埋深的明顯變化，華鎣山斷裂以西，上地殼下部的反射表現(xiàn)為能量相對較強(qiáng)的弧形反射，基底埋深8～9 km，其東側(cè)表現(xiàn)為不連續(xù)的弱反射，基底埋深10～11 km。(4)殼內(nèi)存在有切穿上下地殼分界的深斷裂。在深地震反射剖面樁號31 km左右，殼內(nèi)反射界面RC1和RC2出現(xiàn)明顯的深度變化和反射波能量的突變。根據(jù)獲得的平均速度計算，斷裂使界面RC1和RC2錯開的垂直斷距約為1.0～1.2 km和1.8～2.0 km。該深斷裂向下延伸至下地殼，向上可能與其上部的華鎣山斷裂相聯(lián)系。(5)重慶榮昌地區(qū)的深地震反射剖面所揭示的斷裂構(gòu)造特征非常清楚，其特征主要表現(xiàn)為地層反射波同相軸或反射波組的明顯錯斷，地層厚度和界面產(chǎn)狀的變化、反射波能量的突變以及繞射波的出現(xiàn)等。根據(jù)上述特征，在深地震反射剖面上共解釋了8條特征明顯的地殼淺部斷裂和1條錯斷上下地殼分界面的深斷裂。

(中國地震局地球物理勘探中心)圖9 榮昌深地震反射測線疊加時間剖面

(中國地震局地球物理勘探中心)圖10 榮昌深地震測線反射剖面解釋結(jié)果

3 華鎣山斷層帶深淺構(gòu)造特征

根據(jù)合川—長壽80 km深地震反射剖面所取得的解釋成果，本區(qū)位于華鎣山深斷裂以東，基底埋深由西向東逐漸變深，最東可達(dá)11 km?；醉斀缑娌磺逦?，下部反射雜亂，可能是強(qiáng)烈的晉寧造山運(yùn)動形成的褶皺基底的表現(xiàn)。本區(qū)的褶皺、斷層構(gòu)造主要發(fā)生在川東陷褶束的沉積蓋層中，表現(xiàn)為蓋層在基底上的滑脫變形，發(fā)育大量逆斷層，蓋層褶皺滑脫面多位于震旦系及其以上的寒武或志留系之中，基底頂界面為最深的滑脫界限，即表層褶皺與基底沒有直接關(guān)系，因而蓋層與基底構(gòu)成顯著的構(gòu)造不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，為典型的薄皮構(gòu)造。褶皺的鮮明特征是背斜基本上都是軸部較窄、地層陡傾的緊閉式背斜，向斜為軸部寬大、地層平緩的屜狀向斜，背斜和向斜相間排列，對應(yīng)地面上嶺谷相間的特征。各主要背斜軸面傾向北西，應(yīng)屬近地表發(fā)育的反沖斷層造成。