川藏鐵路金沙江斷裂帶北段第四紀(jì)活動(dòng)特征探討

吳富峣 蔣良文 張廣澤 王 棟

(1. 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031；2.西南交通大學(xué)， 成都 610031)

川藏鐵路巴塘-貢覺(jué)段穿越金沙江斷裂帶北段，斷裂帶的第四紀(jì)地質(zhì)地貌特征從構(gòu)造上控制了川藏鐵路的地質(zhì)選線工作，具有明顯的鐵路構(gòu)造工程效應(yīng)。本文通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)年代樣品測(cè)定，對(duì)金沙江斷裂帶北段的幾條主要斷裂進(jìn)行探討，進(jìn)而分析其構(gòu)造工程效應(yīng)。

1 金沙江斷裂帶北段簡(jiǎn)介

新生代以來(lái)，隨著印度-歐亞大陸的碰撞，青藏高原強(qiáng)烈隆升，川滇地塊向東側(cè)向擠出[1]。金沙江斷裂帶是羌塘-昌都地塊與松潘-甘孜造山帶西部碰撞結(jié)合帶的主縫合帶，是區(qū)域構(gòu)造格架上的骨架斷裂之一，屬于川滇地塊的西邊界構(gòu)造[2]。

金沙江斷裂帶平面幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多條向東凸出的近SN向的弧形逆斷裂、NE向的巴塘斷裂和NW向的德欽-中甸斷裂組成，以NE向的巴塘斷裂和NW向的德欽-中甸斷裂為界，金沙江斷裂帶可大致分為北、中、南三段。

金沙江斷裂帶北段的構(gòu)造線為北西向偏北，在地質(zhì)圖上可見(jiàn)分布的斷裂多且雜亂。根據(jù)區(qū)域內(nèi)地層分布狀況、顯微構(gòu)造和巖層變質(zhì)程度等可鑒定出4條主要的深切地殼的大型斷裂，其余分支斷裂均為這四條大型斷裂的伴生斷裂[3]。這四條斷裂自西向東分別為字嘎寺-德欽斷裂、波羅-通麥斷裂、金沙江主斷裂帶和崗?fù)?義敦?cái)嗔选Ｋ臈l斷裂帶往南均被巴塘斷裂帶右旋斷錯(cuò)，以巴塘斷裂為界與金沙江斷裂帶中南段分開(kāi)，斷裂帶北段構(gòu)造簡(jiǎn)圖，如圖1所示。川藏鐵路比選線路A在白玉以北以東西向橫跨金沙江斷裂帶北段，而比選線路B在巴塘附近東西向橫跨金沙江斷裂帶北段。。

圖1 金沙江斷裂帶北段構(gòu)造簡(jiǎn)圖，斷層數(shù)據(jù)修改自于文杰(1993)，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所(2010)

有歷史記載以來(lái)，斷裂帶及其鄰區(qū)有多次大地震的發(fā)生[4]。但這些大地震或者中強(qiáng)地震多集中發(fā)生于金沙江斷裂帶中南段，在巴塘斷裂以北的金沙江斷裂帶北段，沒(méi)有任何大地震或者中強(qiáng)地震發(fā)生的記錄，GPS觀測(cè)發(fā)現(xiàn)金沙江斷裂帶北段的滑動(dòng)速率也微乎其微[5]。目前對(duì)于金沙江斷裂帶的活動(dòng)性特征研究，多集中在金沙江斷裂帶中南段的巴塘斷裂、雄松-蘇洼龍斷裂、德欽-中甸斷裂等斷裂上[6-9]，而對(duì)金沙江斷裂帶北段的研究成果較少，僅在部分地震安全性評(píng)價(jià)工作中有所提及[10],其第四紀(jì)活動(dòng)特征有待進(jìn)一步深入研究。

2 金沙江斷裂帶北段第四紀(jì)地質(zhì)地貌特征

2.1 字嘎寺-德欽斷裂

字嘎寺-德欽斷裂又稱金沙江西界斷裂，亦被前人稱作貢覺(jué)涌-熱擁斷裂[11]。該條斷裂作為羌塘-昌都陸塊與金沙江縫合帶的邊界斷裂，控制了貢覺(jué)新生代第三系盆地的形成與發(fā)育。字嘎寺-德欽斷裂作為貢覺(jué)盆地邊界，新生代以來(lái)以逆沖走滑作為其主要運(yùn)動(dòng)特征[12]。

字嘎寺-德欽斷裂東支斷裂沿貢覺(jué)盆地的東邊界邊緣展布，傾向東傾角約60°，以逆沖運(yùn)動(dòng)為主要活動(dòng)特征，部分研究成果認(rèn)為其地質(zhì)歷史上可能具有右旋走滑性質(zhì)[13]。在貢覺(jué)縣阿旺鄉(xiāng)以東的達(dá)曲河達(dá)日次爾附近，近南北走向的字嘎寺-德欽斷裂東支與近東西走向的達(dá)曲河相交切，達(dá)曲河上發(fā)育的3級(jí)階地記錄了斷裂第四紀(jì)以來(lái)的構(gòu)造活動(dòng)信息。字嘎寺-德欽斷裂東支達(dá)曲河階地附近地質(zhì)地貌特征如圖2所示。野外地質(zhì)調(diào)查證明，達(dá)曲河3級(jí)階地的階地面地貌形態(tài)完整，無(wú)構(gòu)造活動(dòng)痕跡發(fā)育，T1和T2階地面的沉積年齡分別為(8.8±1.6) ka和(42.8±4.8) ka，證明斷裂自Q3以來(lái)沒(méi)有孕育造成地表破裂的地震。

從達(dá)曲河南的斷裂剖面上可見(jiàn)，斷裂東側(cè)上盤的中生界灰?guī)r、砂巖不整合在西側(cè)下盤的貢覺(jué)紅層之上。斷裂在盆地南側(cè)阿旺鄉(xiāng)控制了盆地邊界，沿盆山交界處一帶出露斷層剖面，可見(jiàn)貢覺(jué)紅層紅色砂巖被強(qiáng)烈擠壓，巖層產(chǎn)狀74°∠72°，在斷層擠壓帶附近強(qiáng)烈褶皺，斷裂帶產(chǎn)狀330°∠60°，東側(cè)的中生界灰?guī)r亦被擠壓得十分破碎(如圖2C所示)。斷裂帶與第四系物質(zhì)接觸部位未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造干擾，剖面上地層形態(tài)正常，第四系坡洪積物不整合覆蓋在中生界灰?guī)r之上，坡積物的沉積年齡為(13.9±0.9) ka，也證明斷裂自Q3以來(lái)無(wú)構(gòu)造活動(dòng)性。

字嘎寺-德欽斷裂西支斷裂沿貢覺(jué)盆地的西邊界邊緣展布，地質(zhì)地貌特征如圖3所示。野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大致以馬曲河為界，斷裂具有明顯的分段構(gòu)造活動(dòng)性特征。

A.達(dá)曲河階地衛(wèi)星圖片；B.達(dá)曲河階地地貌特征；C.字嘎寺-德欽斷裂剖面；D,E,F.地質(zhì)樣品采樣剖面圖2 字嘎寺-德欽斷裂東支達(dá)曲河階地附近地質(zhì)地貌特征

A.馬曲河北邊仁次巴村段的地質(zhì)特征；B.地質(zhì)樣品采樣剖面；C.字嘎寺-德欽斷裂構(gòu)造擠壓帶；D.斷裂剖面與被位錯(cuò)的地層圖3 字嘎寺-德欽斷裂西支地質(zhì)地貌特征

從馬曲河北的色然村附近可見(jiàn)，斷裂發(fā)育在第三系紅色砂巖之中，斷裂穿過(guò)的第四紀(jì)沖積扇沒(méi)有構(gòu)造活動(dòng)反應(yīng)，沖積扇沉積年齡為(8.1±0.8) ka，說(shuō)明斷裂不具有Q4活動(dòng)性。從馬曲河南覺(jué)貢村北可見(jiàn)，字嘎寺-德欽斷裂發(fā)育在第三系紅色砂巖之中，斷層帶附近砂巖被強(qiáng)烈擠壓和褶皺，但頂部Q4坡積物未被錯(cuò)動(dòng)。覺(jué)貢村往南501省道附近可見(jiàn)斷裂剖面發(fā)育，標(biāo)志地層被位錯(cuò)約1.5 m，其沉積年齡為(93.8±4.4) ka，但標(biāo)志層沉積以來(lái)斷裂未具有構(gòu)造活動(dòng)痕跡，說(shuō)明斷裂具有Q3活動(dòng)性，垂直滑動(dòng)速率約為0.016 mm/a。

從調(diào)查的斷裂活動(dòng)特征來(lái)看，字嘎寺-德欽斷裂具有走滑兼逆沖的運(yùn)動(dòng)特征，東支和西支都具有明顯的Q4活動(dòng)性地質(zhì)地貌特征，但西支南段具有較弱的Q3活動(dòng)性。斷裂所控制的貢覺(jué)盆地在地質(zhì)歷史上是一個(gè)典型的活動(dòng)向斜或活動(dòng)褶曲，但自儀器記錄以來(lái)，貢覺(jué)盆地并沒(méi)有任何強(qiáng)震顯示，加之地質(zhì)資料顯示其內(nèi)部的Q4地層也沒(méi)有明顯構(gòu)造擾動(dòng)，說(shuō)明貢覺(jué)盆地可能已不是Q4活動(dòng)向斜。值得注意的是，2010年玉樹(shù)7.1級(jí)地震使字嘎寺-德欽斷裂西北和東南段應(yīng)力增加，未來(lái)斷裂是否會(huì)重新復(fù)活，需長(zhǎng)期觀測(cè)確定[14]。

2.2 波羅-通麥斷裂

波羅-通麥斷裂是金沙江主斷裂帶的派生斷裂，斷面東傾，傾角55°～65°，與金沙江縫合帶產(chǎn)狀基本一致，斷裂主要發(fā)育在阿杜拉組千枚巖和洞卡組灰?guī)r之中。波羅-通麥斷裂卡貢段地質(zhì)地貌如圖4所示。從圖中可以看出，在江達(dá)縣卡貢鄉(xiāng)處，地貌凹陷突變，地貌特征明顯，北曲河在卡貢鄉(xiāng)一帶呈現(xiàn)“之”字型形態(tài)，斷裂對(duì)北曲河的走向展示了控制作用。在洞卡組灰?guī)r之中，斷裂展示出強(qiáng)烈的擠壓作用，灰?guī)r在強(qiáng)烈褶皺后被后期斷層活動(dòng)再擠壓，褶皺也因此被破壞了原有形態(tài)。斷層展示出多期次活動(dòng)特征，整個(gè)斷層帶影響范圍寬達(dá)上百米，從出露的地層剖面上分析出，至少受兩期構(gòu)造應(yīng)力的作用。

A斷裂活動(dòng)形成的地貌凹陷；B 阿堵拉組千枚巖中出露的炭質(zhì)化斷層物質(zhì)；C 受斷裂控制的北曲河Z型拐彎；D 洞卡組灰?guī)r中發(fā)育的兩期構(gòu)造作用圖4 波羅-通麥斷裂卡貢段的地質(zhì)地貌

自卡貢鄉(xiāng)往南，衛(wèi)星圖片上可見(jiàn)明顯的線性地貌延伸至波羅鄉(xiāng)一帶。波羅-通麥斷裂波羅鄉(xiāng)地形地貌如圖5所示。野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷裂在波羅鄉(xiāng)附近沿河谷西側(cè)展布，沖溝同步左旋位錯(cuò)和斷層反向槽谷發(fā)育在波羅鄉(xiāng)西側(cè)山后位置(如圖5所示)，為典型走滑斷層構(gòu)造地貌。沿該斷裂進(jìn)行追溯，在波羅鄉(xiāng)南塔貢果園附近，斷層構(gòu)造活動(dòng)使坡積物被構(gòu)造抬升約2 m，坡積物沉積年齡為(17.5±0.5) ka，說(shuō)明斷裂具有Q3構(gòu)造活動(dòng)性，長(zhǎng)期的隆升速率約為0.05 mm/a。

A.波羅-通麥斷裂波羅鄉(xiāng)段發(fā)育的反向斷層槽谷和水系同步位錯(cuò)；B.波羅-通麥斷裂波羅鄉(xiāng)段的地貌特征；C.被斷裂構(gòu)造抬升的坡積物；D.地質(zhì)樣品采樣剖面 圖5 波羅-通麥斷裂波羅鄉(xiāng)的地形地貌

綜上所述，波羅-通麥斷裂的地質(zhì)特征和地表地貌形態(tài)不具有Q4強(qiáng)活動(dòng)斷裂的性質(zhì)，具有Q3活動(dòng)性。目前來(lái)看，波羅-通麥斷裂經(jīng)歷了多期的擠壓運(yùn)動(dòng)，其側(cè)向走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)在地貌上有明顯反映，但波羅鄉(xiāng)往南斷裂在地表的展布情況不清晰。

2.3 金沙江主斷裂帶

金沙江斷裂帶的主斷裂亦稱金沙江主縫合帶，整體走向NNW。斷裂平面幾何形狀不規(guī)則，在矮拉山一帶成NW向槽谷展布，再往南至波羅鄉(xiāng)一帶斷裂走向變?yōu)镹WW。在白玉縣協(xié)塘村往南斷裂分為東西兩支，西支延伸進(jìn)山體內(nèi)部，東支則在翻過(guò)麥拉山之后平行于降曲河展布，兩支斷層最后均斜接到巴塘斷裂之上。斷裂在斜村段的地質(zhì)地貌特征，如圖6所示。從圖中可以看出，在白玉縣斜塘村一帶，山體中部發(fā)育明顯的被同步位錯(cuò)的山脊和水系，山體東側(cè)為明顯的斷層槽谷，明確指示斷裂經(jīng)過(guò)的位置(如圖6A所示)。主斷裂東盤為三疊統(tǒng)下逆松多組砂質(zhì)板巖，巖層產(chǎn)狀N30°W∠31°，向東傾，西盤為熊松群砂巖、灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀N40°E∠40°，斷層發(fā)育于兩套地層之中。山體附近公路旁出露的剖面顯示金沙江主斷裂發(fā)育在熊松群灰?guī)r之中，灰?guī)r被擠壓得十分破碎，派生的斷裂產(chǎn)狀為N30°W∠40°，揭露的斷層露頭顯示，斷裂有疑似Q3～Q4的活動(dòng)性存在，斷層頂部明顯向上楔入至沖擊物的底部)。

A.協(xié)塘村槽谷地貌，可見(jiàn)同步位錯(cuò)的山脊；B.斷裂東盤發(fā)育的砂質(zhì)板巖；C.斷裂西盤發(fā)育的砂巖；D.斷裂西盤灰?guī)r中發(fā)育的派生斷裂；E.斷裂帶與Q4沖積物直接接觸圖6 金沙江主斷裂協(xié)塘村段的地質(zhì)地貌特征

自協(xié)塘村往南，金沙江主斷裂分叉為東西兩支，西支延伸進(jìn)山體內(nèi)部，因交通原因無(wú)法追溯，東支在地貌上有明顯的線性特征，以蓋玉槽谷和上莫西槽谷為主要的線性地貌。其中上莫西槽谷是金沙江主斷裂東支與巴塘斷裂斜接的端部部位，是構(gòu)造應(yīng)力最為集中之處，在上莫西槽谷西側(cè)可見(jiàn)明顯的基巖斷層剖面出露。上莫西槽谷段的斷層剖面如圖7所示，剖面上斷層總體走向NNW，傾角陡且無(wú)統(tǒng)一的傾向，頂部可見(jiàn)小型地塹發(fā)育，出露地層可按組分從上到下大致分為4層，頂部的U1和U2為Q4坡面沉積物，下部的U3和U4為砂質(zhì)板巖，風(fēng)化嚴(yán)重。從地層形態(tài)和幾何交切關(guān)系分析，該斷裂帶應(yīng)經(jīng)過(guò)不止一次的古地震記錄，U2層位的明顯斷錯(cuò)和彎曲是最近一次的古地震事件，在U2層中取得的測(cè)年樣品的沉積年齡分別為(31.7±2.0) ka和(28.5±3.4) ka，說(shuō)明斷裂最后一次構(gòu)造地震的發(fā)震時(shí)間為Q3。從斷裂的產(chǎn)狀特征分析，推斷斷層活動(dòng)性質(zhì)以走滑運(yùn)動(dòng)為主，在剖面中部可見(jiàn)類地塹的構(gòu)造樣式，在剖面東部可見(jiàn)U3層位的逆沖和U2層位的類褶皺構(gòu)造。

綜上所述，金沙江主斷裂帶在協(xié)塘村以南段具有明顯的Q3活動(dòng)性指示，尤其是在與巴塘斷裂交切的端部，可見(jiàn)多次古地震遺跡。

A.金沙江主斷裂東支上莫西段斷層剖面；B.斷裂頂部被位錯(cuò)的第四系沉積物；C.被位錯(cuò)的黑色風(fēng)化基巖圖7 金沙江主斷裂上莫西槽谷段的斷層剖面

2.4 崗?fù)?義敦?cái)嗔?/h3>

崗?fù)?義敦?cái)嗔咽墙鹕辰鲾嗔训姆种嗔眩銷NW走向幾乎與金沙江主斷裂平行。斷裂主要發(fā)育在三疊統(tǒng)下逆松多組千枚巖、砂板巖中，斷面在地質(zhì)圖上顯示為南西傾。斷面附近的構(gòu)造變形十分強(qiáng)烈，牽引褶曲發(fā)育，劈理十分密集。沿著1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖和線性地貌進(jìn)行追溯，在白玉縣城北德格至白玉的沿江公路旁，可見(jiàn)明顯的斷層剖面。剖面上可見(jiàn)寬約2 m的斷層帶物質(zhì)，斷裂帶整體產(chǎn)狀為N20°W∠55°，向西傾，斷層帶東側(cè)見(jiàn)被褶皺的千枚巖，帶中可見(jiàn)大型構(gòu)造透鏡體出露，崗?fù)?義敦?cái)嗔呀鹕辰蔚刭|(zhì)地貌特征，如圖8所示。

A.崗?fù)?義敦?cái)嗔哑拭嬷邪l(fā)育的固結(jié)構(gòu)造透鏡體；B.金沙江主河道旁未見(jiàn)構(gòu)造擾動(dòng)的Q4沉積物；C，D.斷裂帶中順層產(chǎn)出的固結(jié)斷層物質(zhì)圖8 崗?fù)?義敦?cái)嗔呀鹕辰蔚刭|(zhì)地貌特征

從圖8中可以看出，斷層順層產(chǎn)出，被強(qiáng)烈擠壓，具逆沖性質(zhì)，帶中的斷層泥物質(zhì)已完全固結(jié)成巖。此外，斷層通過(guò)金沙江河谷部位并未見(jiàn)受構(gòu)造擾動(dòng)而變形的Q4沉積物。在白玉縣城往南，崗?fù)?義敦?cái)嗔蜒由爝M(jìn)入麥拉山山體內(nèi)部，沿巴白公路旁可見(jiàn)明顯的斷層擠壓痕跡，但未見(jiàn)明顯的斷層剖面出露。

崗?fù)?義敦?cái)嗔言谛l(wèi)星圖上線性特征并不明顯，局部地段也無(wú)構(gòu)造異常出現(xiàn)，且出露斷層剖面上斷層物質(zhì)固結(jié)程度很高(已固結(jié)成斷裂巖)，故綜合上述野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，判定斷裂自第四系以來(lái)可能不再具有構(gòu)造活動(dòng)性。

3 結(jié)論及建議

本文通過(guò)對(duì)金沙江斷裂帶北段的野外詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查，初步確認(rèn)金沙江斷裂帶北段部分?jǐn)嗔丫哂蠶3活動(dòng)性。在金沙江斷裂帶中南段明顯Q4活動(dòng)的構(gòu)造背景下，金沙江斷裂帶北段作為承受西部構(gòu)造應(yīng)力的第一媒介具有構(gòu)造活動(dòng)性，也從另一角度證實(shí)了川滇地塊變形和側(cè)向擠出的動(dòng)力來(lái)源來(lái)自西部，即印度-歐亞大陸的碰撞、青藏高原的隆升和川滇塊體的側(cè)向擠出。具體來(lái)說(shuō)，確認(rèn)金沙江斷裂帶北段主要由4條深大斷裂組成，自西向東依次為字嘎寺-德欽斷裂、波羅-通麥斷裂、金沙江主斷裂帶和崗?fù)?義敦?cái)嗔?，其中字嘎?德欽斷裂東支、字嘎寺-德欽斷裂西支馬曲河北段和崗?fù)?義敦?cái)嗔炎缘谒南狄詠?lái)可能不再具有活動(dòng)性，而字嘎寺-德欽斷裂西支馬曲河南段、波羅-通麥斷裂和金沙江主斷裂帶南段具有Q3活動(dòng)性，具體活動(dòng)參數(shù)，如表1所示。

表1 金沙江斷裂帶北段構(gòu)造活動(dòng)時(shí)代和抗震/抗斷參數(shù)表

根據(jù)GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》[15](2009年版)5.8節(jié)對(duì)斷裂地震工程分類的規(guī)定，金沙江斷裂帶北段的各條斷裂不能被定義為全新世活動(dòng)斷裂，對(duì)鐵路工程影響不大。但考慮到川藏鐵路的重要工程意義，建議對(duì)金沙江斷裂帶北段Q3段落加強(qiáng)大比例尺詳細(xì)填圖及地質(zhì)年代樣品測(cè)定等工作，必要時(shí)增加鉆探量，以探明斷裂段落的精確分布。