瀨溪河流域地貌對(duì)瀘縣MS6.0地震發(fā)震構(gòu)造變形的響應(yīng)及其指示作用＊

周文英 梁明劍 左 洪 廖 程 吳微微 王明明 宮 悅 魏婭玲

（中國(guó)成都 610041 四川省地震局）

引言

構(gòu)造地貌是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候條件、侵蝕作用、相關(guān)沉積等相互作用的結(jié)果（Willettet al，2006；劉靜等，2009，2018）.構(gòu)造活動(dòng)對(duì)地貌塑造具有重要作用（張世民，謝富仁，2001），流域盆地的發(fā)育對(duì)構(gòu)造隆升和氣候等控制因素的變化最為敏感，流域內(nèi)部不同級(jí)別水系的發(fā)育與演化記錄了該區(qū)域不同尺度構(gòu)造活動(dòng)、氣候侵蝕過(guò)程變化的信息，是研究構(gòu)造活動(dòng)與地貌演化之間的理想媒介（Whipple，Tucker，1999；Clark，Royden，2000；Liu-Zenget al，2008；劉靜等，2009；梁明劍等，2014a；李偉等，2021）.目前利用地貌參數(shù)對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系分析構(gòu)造變形特征已廣泛應(yīng)用于青藏高原邊緣地區(qū)（張會(huì)平等，2006；Liu-Zenget al，2008；梁明劍等，2014a；李?yuàn)^生等，2015；蘇琦，2015；于洋等，2018；王丹等，2021），這些地區(qū)的隆升和變形強(qiáng)烈，地貌對(duì)構(gòu)造活動(dòng)變形具有較強(qiáng)的指示作用，但是關(guān)于四川盆地等弱活動(dòng)構(gòu)造區(qū)內(nèi)的構(gòu)造變形及其地貌響應(yīng)的研究甚少.

2021年9月16日四川瀘縣發(fā)生MS6.0地震，微觀震中為（29.20°N，105.34°E），此次地震的最高烈度為Ⅷ度，等震線(xiàn)長(zhǎng)軸呈WNW走向（四川省地震局，2021）.該地震的震源機(jī)制解顯示該地震以逆沖破裂為主，節(jié)面 Ⅰ 為走向286°，傾角45°，滑動(dòng)角103°，節(jié)面Ⅱ 為走向88°，傾角46°，滑動(dòng)角77° （易桂喜等，2021），發(fā)震斷層的錯(cuò)動(dòng)面呈WNW走向.瀘縣MS6.0地震震中位于華鎣山斷裂帶東、西兩分支斷裂之間，華鎣山斷裂帶總體呈NE走向，但震源機(jī)制解的斷層錯(cuò)動(dòng)面走向與華鎣山斷裂帶的走向不一致，而且區(qū)域地質(zhì)圖顯示地表無(wú)斷層出露，這給分析地震的發(fā)震構(gòu)造造成了困難.瀘縣地震震中附近區(qū)域?yàn)樗拇ㄅ璧氐拇ㄖ星鹆昱c川東平行嶺谷的過(guò)渡地帶，處在華鎣山脈向西南方向延伸的分支及余脈之間的寬緩山谷中，水系貫通良好，這些水系地貌可能記載了該區(qū)域構(gòu)造變形的重要信息，為研究地貌與構(gòu)造變形的響應(yīng)關(guān)系提供了基礎(chǔ).

本文擬基于12.5 m分辨率的高級(jí)陸地觀測(cè)衛(wèi)星（advanced land observing satellite，縮寫(xiě)為ALOS）數(shù)字高程模型（digital elevation model，縮寫(xiě)為DEM）數(shù)據(jù)，利用數(shù)字地貌分析方法提取瀘縣地震震中所在的瀨溪河流域的高程剖面和面積-高程積分（hypsometric integral，縮寫(xiě)為HI，Langbein，1947），并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，分析水系地貌與震中附近區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系，以期探討瀘縣MS6.0地震發(fā)震的構(gòu)造及其變形特征.

1 研究區(qū)概況

1.1 構(gòu)造特征

研究區(qū)地處四川盆地東南部，盆地的地表構(gòu)造主要受周緣構(gòu)造帶的影響，以龍泉山斷裂、華鎣山斷裂帶為邊界，按構(gòu)造特點(diǎn)可分為三部分：龍門(mén)山前緣與龍泉山之間為川西區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要受控于龍門(mén)山構(gòu)造帶活動(dòng)；龍泉山與華鎣山之間為川中區(qū)，地表構(gòu)造總體變形較弱，NE向斷裂疊合NW向斷裂，以低緩褶皺構(gòu)造為特點(diǎn)；華鎣山斷裂帶至齊岳山斷裂之間為川東區(qū)，以NE向平行相間排列的狹窄背斜和寬緩向斜為典型構(gòu)造特征（鄧賓，2013）.

瀘縣MS6.0地震震中及附近區(qū)域位于華鎣山斷裂帶內(nèi)，該斷裂帶是四川盆地川中區(qū)低緩褶皺與川東區(qū)高陡構(gòu)造的分界線(xiàn)（賀鴻冰，2012），可分為南段、中段和北段.其中，斷裂帶南段總體走向NE，為擠壓逆沖性質(zhì)，其地表斷裂主要發(fā)育于背斜軸部或靠近軸部的陡翼，由一系列長(zhǎng)數(shù)千米至數(shù)十千米的斷裂斜列或平行展布而成（周榮軍等，1997）.震中夾持于華鎣山斷裂帶的東、西兩分支斷裂之間（圖1），這兩支斷裂由多支次級(jí)斷層組成，控制著螺觀山、梯子崖、古佛山和海潮等狹窄的背斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)的地表斷裂主要出露于背斜的核部附近，在一定程度上控制著背斜的地貌形態(tài)，螺觀山、梯子崖背斜和古佛山、海潮背斜中間為喻家寺向斜.

圖1 研究區(qū)位置和地質(zhì)概況Fig. 1 The location and geological survey of the study area

1.2 地貌特征

四川盆地內(nèi)部丘陵、平原交錯(cuò)，地勢(shì)北高南低，總體可分為邊緣山地和盆地底部?jī)纱蟮匦?，其中盆地底部以華鎣山和龍泉山為界分為三部分：華鎣山以東為大致平行的川東嶺谷，由許多NE-SW走向的條狀山體組成，海拔為700—800 m，谷地多低丘與平壩，海拔為200—500 m；華鎣山與龍泉山之間為方山丘陵，區(qū)內(nèi)的紫紅色砂頁(yè)巖傾角平緩，受切割后形成大片方山式丘陵，海拔為350—450 m；龍泉山以西為平原，即川西平原或成都平原，為四川盆地最大的平原，也是西南地區(qū)最大的平原，海拔約600 m.

瀨溪河為沱江左岸一級(jí)支流，發(fā)源于重慶市大足區(qū)中敖鎮(zhèn)，流經(jīng)重慶市大足區(qū)、榮昌區(qū)、四川省瀘縣和龍馬潭區(qū)，在四川省瀘州市龍馬潭區(qū)胡市鎮(zhèn)注入沱江.瀨溪河干流全長(zhǎng)238 km，總體走向NE，全流域面積為3 257 km2，天然落差223 m，平均坡降約1.1‰.瀨溪河流域地形東北高西南低，大部分屬淺丘地貌（圖1），坡度介于0—76.6°之間（圖2）.河源為深丘，地形變化較大，流經(jīng)區(qū)域沿河臺(tái)階、淺丘寬谷、中丘窄谷、低山深谷等均有分布，發(fā)育有窟窿河、馬溪河、新峰河和九曲河等支流，瀘縣MS6.0地震震中位于九曲河的寬緩谷地中.按照自然斷點(diǎn)法坡度分級(jí)結(jié)果（圖2），瀨溪河上游所在大足區(qū)域坡度較大，但是高坡度成片分布，主要是受到上游河流侵蝕作用所致；震中附近的高坡度主要沿褶皺的軸線(xiàn)分布，明顯反映了褶皺構(gòu)造的形態(tài)特征，說(shuō)明震中附近的坡度變化主要受構(gòu)造影響.跨螺觀山和古佛山兩個(gè)背斜的高程剖面（圖3）顯示，瀘縣MS6.0地震震中附近區(qū)域的地形較平緩，平均高程和最低、最高高程均相差不大；在螺觀山和古佛山處地形起伏較大，山地高程主要介于500—600 m之間，古佛山兩側(cè)高程的變化較為對(duì)稱(chēng)，而螺觀山右側(cè)的高程變化幅值較左側(cè)的大，兩者中間是河谷地貌，為喻家寺向斜.

圖2 研究區(qū)坡度分布Fig. 2 The slope map of the study area

圖3 跨螺觀山和古佛山的AA′條帶地形剖面Fig. 3 The swath profile AA′ across Luoguanshan and Gufoshan anticline structure

2 流域盆地地質(zhì)地貌

2.1 流域盆地地質(zhì)

流域盆地主要發(fā)育NE向的褶皺構(gòu)造和華鎣山斷裂帶，地層主要為三疊系和侏羅系，其中三疊系主要構(gòu)成背斜構(gòu)造的核部（四川省地質(zhì)局，1980）.區(qū)內(nèi)分布的褶皺構(gòu)造主要包括螺觀山背斜、梯子崖背斜、古佛山背斜、海潮背斜、圣燈山背斜和喻家寺向斜，主要的斷層有：薄刀嶺斷層、黃泥埡斷層、燕子崖斷層、黃草溝斷層、雙河場(chǎng)斷層等，斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)均以擠壓逆沖為主（圖4，表1）.

圖4 研究區(qū)地層及斷層分布Fig. 4 The geological map of study area

表1 瀘縣MS6.0地震震中附近區(qū)域斷層（引自四川省地質(zhì)局，1980）Table 1 Faults information of Luxian MS6.0 earthquake area （after Sichuan Geology Bureau，1980）

螺觀山背斜和梯子崖背斜核部地層由上三疊統(tǒng)須家河組砂巖組成，向西（西翼）依次出現(xiàn)下侏羅統(tǒng)珍珠沖組、中下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)新田溝組、下沙溪廟組和上沙溪廟組地層.在核部或近核部發(fā)育有燕子崖斷層、黃泥埡斷層和天洋坪斷層等逆斷層.在黃泥埡斷層附近，由于斷層影響造成背斜東翼地層缺失，僅出現(xiàn)下沙溪廟組地層.古佛山背斜和海潮背斜核部由上三疊統(tǒng)須家河組砂巖組成，東、西兩翼的地層呈對(duì)稱(chēng)分布，依次為下侏羅統(tǒng)珍珠沖組、中下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)新田溝組、下沙溪廟組地層.在這兩個(gè)背斜核部和西翼較陡處發(fā)育有雙河場(chǎng)斷層、堆金灣斷層、菜子溝斷層和黃草溝斷層.圣燈山背斜核部出露地層為上三疊統(tǒng)須家河組，主要發(fā)育薄刀嶺斷層.喻家寺向斜的核部由中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組紫紅色泥巖組成，兩翼為下沙溪廟組地層，巖層平緩開(kāi)闊，總體呈一平緩開(kāi)闊的向斜地貌（趙正望，2005）.

2.2 流域盆地的高程剖面線(xiàn)

高程剖面分析能夠直觀地反映地表形態(tài)，它是以DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)指定的剖面線(xiàn)輸出與之對(duì)應(yīng)的高程值，或統(tǒng)計(jì)垂直于剖面線(xiàn)方向上一定緩沖區(qū)（條帶）的最大、最小、平均高程和地表起伏度，即分析高程剖面線(xiàn)和高程條帶剖面面.結(jié)合構(gòu)造地質(zhì)、沉積地質(zhì)等研究方法，可以深入討論構(gòu)造活動(dòng)特征、盆山系統(tǒng)的耦合關(guān)系等（張會(huì)平，劉少峰，2004）.

瀘縣MS6.0地震震中西側(cè)為螺觀山和梯子崖兩個(gè)背斜構(gòu)造，其核部出露的地層均為三疊系砂巖，核部巖層傾角為22°—34°，兩翼地層為侏羅統(tǒng)泥巖，兩翼巖層傾角為5°—27° （四川省地質(zhì)局，1980）.為了分析瀘縣MS6.0地震震中南北兩端的地形起伏和構(gòu)造變形的幅度差異，分別垂直螺觀山和梯子崖背斜提取兩條高程剖面線(xiàn)BB′和CC′，剖面分別位于震中的南、北兩側(cè)（圖1）.剖面顯示，螺觀山和梯子崖的高程均在420 m左右，高點(diǎn)位于背斜核部；而根據(jù)褶皺形態(tài)和地質(zhì)資料，背斜兩翼變形比較強(qiáng)的地層均為自流井組至下沙溪廟組，傾角為20°—27°，由此測(cè)得螺觀山背斜的變形寬度約為3.01 km （圖5a），梯子崖背斜的變形寬度約為5.85 km （圖5b），兩者相差2.84 km，表明螺觀山和梯子崖背斜在震中南北兩端的縮短量存在明顯的差異.

圖5 跨螺觀山和梯子崖背斜的高程剖面線(xiàn)BB′ （a）和CC′ （b）Fig. 5 Height profiles BB′ （a） and CC′ （b） across Luoguanshan and Tiziya anticline structures

2.3 流域的面積-高程積分（ H I）

流域盆地的面積-高程積分（HI）能夠三維地反映出區(qū)域的地表發(fā)育程度，描述流域在給定高度下的面積占整個(gè)流域面積的比值，是分析構(gòu)造活動(dòng)十分有效的地貌參數(shù)，對(duì)新構(gòu)造活動(dòng)、巖性差異和氣候變化等因素的反應(yīng)也較敏感.由于該地貌參數(shù)對(duì)單一山前帶或者河谷的構(gòu)造活動(dòng)程度具有較強(qiáng)的指示作用，現(xiàn)已在青藏高原邊緣地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用（梁明劍等，2014a，b；于洋等，2018；王丹等，2021），在分析時(shí)需綜合考慮地層巖性和氣候的影響作用.本文采用Pike和Wilson （1971）提出的高程起伏比法計(jì)算流域的面積高程積分

式中HI為流域面積高程積分，hmean為流域內(nèi)高程的平均值，hmin和hmax分別為流域內(nèi)高程的最小值和最大值.

由于較小流域盆地的HI值更有可能反映局部構(gòu)造作用、地層巖性和地表過(guò)程的差異（梁明劍等，2014a，b），甚至可能反映近期活動(dòng)的褶皺構(gòu)造（Chenet al，2003），為此采用斯特拉勒（Strahler）分級(jí)提取研究區(qū)內(nèi)的水系及其亞流域盆地.此處選取1 061個(gè)亞流域盆地，包括：276個(gè)2級(jí)亞流域盆地、366個(gè)3級(jí)亞流域盆地、222個(gè)4級(jí)亞流域盆地、100個(gè)5級(jí)亞流域盆地和97個(gè)6級(jí)亞流域盆地（圖6）.為更加清晰地反映區(qū)域HI的變化情況，將各亞流域單元的HI賦值到相應(yīng)亞流域盆地的中心位置，通過(guò)反距離加權(quán)空間插值生成等值分區(qū)圖，同時(shí)將重定位后的瀘縣MS6.0地震及其早期余震進(jìn)行疊加，結(jié)果如圖7所示.

圖6 研究區(qū)的亞流域盆地分布圖Fig. 6 The sub-basins distribution of the study area

圖7 研究區(qū)亞流域盆地的HI等值分區(qū)圖Fig. 7 The HI values isograms of the study area

從圖7中可以看出：研究區(qū)的HI值范圍為0.03—0.72，說(shuō)明整個(gè)區(qū)域的侵蝕程度有高有低；HI值分布與該地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)及其導(dǎo)致的隆升、沉降等地表過(guò)程密切相關(guān)；HI低值區(qū)呈明顯的條帶狀，主要沿區(qū)內(nèi)背斜構(gòu)造的軸向分布；HI高值區(qū)位于華鎣山兩條斷裂夾持的谷地之間，但在震中附近存在WNW向的低值帶，進(jìn)而將HI高值區(qū)域分割成明顯的兩部分.由于華鎣山兩條斷裂所夾持區(qū)域的巖性均為中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組，整個(gè)流域范圍較小，氣候的差異性造成的影響作用不明顯.這表明瀘縣MS6.0地震震中附近區(qū)域的地貌演化與地層巖性差異關(guān)系較小，構(gòu)造活動(dòng)是地貌演化的主因，進(jìn)而說(shuō)明震中附近可能存在一走向?yàn)閃NW的隱伏構(gòu)造（圖7），它不僅調(diào)節(jié)了螺觀山背斜和梯子崖背斜在震中南北兩端的縮短量差異，也使得HI值受其影響呈低值特征，這也與震源機(jī)制解的結(jié)果和等震線(xiàn)長(zhǎng)軸走向相一致.

3 討論與結(jié)論

本文采用數(shù)字地貌分析方法提取了瀘縣MS6.0地震震中所在流域—瀨溪河流域的高程剖面和流域盆地的HI值，并結(jié)合區(qū)域斷裂和巖性特征，對(duì)流域地貌與構(gòu)造活動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了研究，得出結(jié)論如下：

1） 螺觀山背斜和梯子崖背斜在震中南北兩端存在明顯的縮短量差異；流域盆地的HI值在0.03—0.72之間，HI條帶狀低值區(qū)展布方向與流域內(nèi)構(gòu)造的方向一致，HI高值區(qū)位于華鎣山兩條斷裂夾持的谷地之間，但在震中附近存在WNW向的低值帶，將高值區(qū)分割成兩部分.

2） 螺觀山和梯子崖背斜左階排列的重疊處附近應(yīng)存在一走向?yàn)閃NW的隱伏斷層，可能為華鎣山主干斷裂之間的捩斷層，它不僅調(diào)節(jié)了螺觀山背斜和梯子崖背斜在震中南北兩端的縮短量差異，也使得HI值受其影響呈低值特征.地貌所顯示的該隱伏斷層的行跡與瀘縣MS6.0地震的震源機(jī)制解與余震分布（易桂喜等，2021），以及等震線(xiàn)長(zhǎng)軸走向（四川省地震局，2021）相一致，這表明瀨溪河流域地貌對(duì)華鎣山斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)存在一定程度的指示作用.

3） 研究區(qū)位于四川盆地東南部，是以褶皺構(gòu)造為主的弱活動(dòng)構(gòu)造區(qū)，流域盆地地貌對(duì)區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)存在一定程度的響應(yīng)，為研究隱伏構(gòu)造或弱活動(dòng)構(gòu)造區(qū)的地震構(gòu)造提供了一個(gè)思路，同時(shí)也反映了華鎣山斷裂帶瀘縣段現(xiàn)今仍存在弱活動(dòng).但是四川盆地內(nèi)部現(xiàn)今是否存在構(gòu)造弱活動(dòng)，其構(gòu)造變形幅度能否引起流域地貌的反饋，仍有待進(jìn)一步研究.

兩位審稿專(zhuān)家為本文提出了建設(shè)性意見(jiàn)，作者在此表示感謝.