武都—康縣斷裂帶活動性初步研究①

賈 偉，劉洪春，柳 煜，袁道陽，2

（1.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2.中國地震局地震預測研究所蘭州科技創新基地，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

武都—康縣斷裂帶是甘東南地區多條區域性活動斷裂中研究程度較低的斷裂之一，目前為止對其幾何特征、分段活動性等研究較少。而各種地質災害與活動斷裂的關系密切［1－2］。前人積累的相關資料主要集中于對隴南歷史上發生的多次地震探討［3－7］，如公元前186年武都6～7級地震、1677年武都南級地震、1874年級地震及1879年武都南8級地震等［8－9］。衛片解譯表明，該斷裂帶在甘泉一帶線性地貌明顯。為了查明該斷裂帶的幾何特征、分段活動性等，我們對該斷裂帶展開了調查和研究。

1 斷裂概況和幾何展布

在大地構造上，研究區位于青藏高原東緣，西秦嶺斷裂與東昆侖斷裂之間形成了多組NW－NE向或近EW向構造轉換的壓性走滑活動斷裂帶［10－11］。近EW向的武都—康縣斷裂就位于與NW向的迭部－白龍江斷裂的構造轉換部位。該斷裂帶與迭部－白龍江斷裂帶相連，往西經上板橋、麻地溝、甘泉、張坪至窯坪以東，斷裂總體走向近EW向，傾向N，傾角60°～70°，逆傾滑性質，全長約90km［12］。

斷層形態方式以及斷裂帶各段活動性差異是活動斷裂分段研究的組成部分［13－14］。野外調查研究發現，在該斷裂的延伸方向上，不同地段斷裂活動強度有所差別。本文依據斷裂的展布形態、交接關系及活動性，以甘泉、沈家園一帶為界，將斷裂分為西（F1）、東（F2）兩段（圖1）。

1.1 上板橋—長壩斷裂段（F1）

該斷裂段總體呈近EW向舒緩波狀延伸，西起上板橋以西，向東經馬街鎮南，到甘泉鄉南一帶分為兩支：北支（F1－1）NEE向經佛崖鄉北、長壩鎮北側的花轎子至鞏家集鄉東側；南支（F1－2）NWW向經佛崖鄉南、大龍王山北至長壩鎮南側的沈家園。本斷裂段是武都－康縣斷裂帶地貌現象最豐富、活動性最強的一段，并且具有水平走滑運動特征。

1.1.1 北支斷層（F1－1）

該分支斷層從上板橋至鞏家集，近EW向轉NEE向，傾向N或S，傾角50°～85°，全長約62km。主要表現為逆走滑斷層，局部為正斷層。斷裂發育在海拔1700～2300m的中山地貌中，西高東低，構成志留系、侏羅系地層與新代生地層白堊系、新近系的分界線，基本控制了白堊紀和新近紀沉積湖盆的南邊界。

1.1.2 南支斷層（F1－2）

該分支斷層從甘泉向東，NWW向延伸至沈家園，主要傾向S，也見傾向 N，傾角40°～85°，全長約33km。主要表現為逆走滑斷層。斷裂發育在海拔1600～2000m的中山地貌中，西高東低，穿行于志留系、侏羅系、石炭系地層中，并切割了古近系山間盆地沉積物，于沈家園一帶被NNE向次級斷層切錯，形成與沈家園－窯坪斷層（東段）的分段點。該斷層在航、衛片上線性影像也不明顯，但實地調查發現斷層地貌非常發育，以多種類型的斷層地貌和多處全新世逆沖斷層剖面為主要特征。

1.2 沈家園－窯坪斷裂段（F2）

該斷裂段西起沈家園以東，向東經萬家大梁北、毛埡子山北，一直延伸到窯坪鄉東側，總體呈近EW向舒緩波狀延伸，傾向S，傾角50°～80°，全長約32 km。主要表現為逆走滑性質。斷裂發育在海拔1500～2000m的中山和海拔1100～1300m的低山地貌之間，南高北低，控制了志留系與泥盆系、石炭系地層的分布，于沈家園一帶被NNE向次級斷層切錯，形成與中段斷裂的分段點。

2 斷裂活動地貌特征

2.1 北支斷層（F1－1）

（1）沖溝左旋水平位錯。斷錯沖溝有上百米、幾十米、十幾米和幾米等多個量級（表1），如劉家山北沖溝左旋位錯123m、沈家溝南平洛河左旋位錯58.4m、青巖坪村沖溝左旋位錯2.5m，且西側山脊也同步位移3.5m。這些現象說明該斷層曾經多期活動，其最新活動時代可能在全新世。

表1 水系位移量統計

（2）斷層三角面和斷層崖。這類斷層地貌在北支斷層比較常見，其中在甘泉鎮以西一帶表現為連續的斷層三角面和斷層崖地貌。

（3）埡口和鞍部。這類斷層地貌在北支斷層也比較常見，但很少見到連續多個的埡口或鞍部，多表現為單個埡口或鞍部，在何善廟南側為斷層大埡口。

（4）山脊左旋位移。這類地貌僅在陰坡里東南側發現，且連續有2個山脊和沖溝同步左旋位移。

（5）跌水。主要發育在甘泉鎮以西山前斷層通過處的沖溝，跌水坎一般0.8～2.4m，在雙廟村南沖溝斷層跌水坎2.4m。

（6）斷層裂縫帶。這種地貌僅在何善廟一帶出現，重疊在何善廟－麻地溝近EW向斷裂上，共有平行的三條礫巖裂縫，一般長25～38m，寬2～6 m，深5～7m。據當地老鄉介紹說，三條礫巖裂縫是1976年唐山地震影響造成的。

2.2 南支斷層（F1－2）

（1）沖溝左旋水平位錯。斷錯沖溝有千米、百米和幾米等多個量級，其中千米、百米量級這一現象集中發育在甘泉鎮東側張家溝—劉家山一帶，在長達10km的范圍內幾乎平洛河所有一級支流均不同程度地表現出水平左旋位錯（圖2）。

圖2 F1－2斷層通過處平洛河一級支流左旋位錯圖Fig.2 The map of dislocation caused by the left lateral active of F1－2fault on first degree branch of Pingluo river.

（2）斷層三角面和斷層崖。這類斷層地貌在南支斷層非常典型，其中斷層崖地貌在熊池鄉以東的野巖上村和山坡里東側一帶形成近直立的基巖陡崖；而在長壩鎮南的朱家一帶控制了海拔1600m的中低山與海拔2400m的中高山的發育，形成連續6km長的斷層三角面與斷層崖相結合的斷層地貌。

（3）埡口和鞍部。這類斷層地貌在南支斷層也比較常見，但很少見到連續多個的埡口或鞍部，多表現為單個埡口或鞍部，如佛崖鄉南的嘴兒上村南和韓家灣村東側斷層鞍部和大埡口。

（4）斷層溝。這類地貌較少見，僅在熊池鄉北側的尚家發育，并伴隨規模巨大的斷層三角面。

（5）跌水。零星發育在一些斷層崖通過處的沖溝，如在田溝里村南和野巖上村西，分別形成沖溝斷層跌水坎1m和12m。

2.3 沈家園－窯坪斷裂段（F2）

該斷裂段通過處植被發育，覆蓋嚴重，野外考察斷面出露較少，但航、衛片影像較清晰，主要表現為連續的斷層崖、斷層三角面和鞍部組成的線性地貌，幾乎貫穿沈家園—窯坪斷裂段的始終。這些斷層地貌經過的沖溝、山脊，多數都有不同程度的左旋位移，但與斷裂西段相比，位移量明顯較大，如萬家梁隧道口一帶沖溝與山脊同步左旋位錯52m；李家山村東沖溝左旋位錯32m；王家莊東山脊左旋位錯50 m左右。此外，沿斷裂鞍部、斷層崖一線多處出現斷層泉，如四房灣村東、郭家坪村西和小溝里村東。另外在杜家溝門村南斷層崖通過處沖溝形成9m高的跌水。這些斷層地貌現象表明，該斷裂段應該在晚更新世時期有過活動，可能以逆沖為主，兼有左旋水平運動。

3 斷裂活動剖面特征

3.1 北支斷層（F1－1）：

北支斷層最典型的斷裂最新活動的剖面在麻地溝村，斷裂逆沖到晚更新統黃土之上，顯示強烈的擠壓性質。在該擠壓帶的南側為新近系的砂礫巖，與砂礫巖接觸處斷面見有灰黑色擠壓片理化斷層泥角礫帶，其下部的黃土狀土被北側灰黑－灰褐色斷層泥角礫帶超覆或楔入（圖3），黃土中發育多條近直立的小裂縫。我們在該超覆或楔入處所在位置進行了探槽開挖，發現斷層由多條不同方向的斷面組成（圖4），顯示了斷裂多期活動的特征。圖3剖面出露地層有：①灰黑色耕土，厚35cm；②灰白至灰黑色坡積含土礫石，厚15～20cm；③灰褐色斷層泥片理化角礫帶；④褐白色變砂巖碎裂巖塊；⑤灰黑色斷層泥片理化帶；⑥灰黑色含角礫斷層泥片理化帶；⑦土黃色的亞粘土；⑧灰黑色含變砂巖透鏡體斷層泥帶；⑨灰色砂土，厚1.45～1.65m。

圖3 麻地溝斷層整體剖面Fig.3 The overall fault section at Madigou.

圖4 麻地溝斷層探槽剖面（上圖中②、③接觸帶）Fig.4 The trench section at Madigou.

從圖4剖面分析，共發育有5條斷面，f1、f2和f4可能為同期形成，其中f1、f2逆沖楔入土黃色的亞粘土中，而f4則超覆在土黃色的亞粘土之上。這3條斷面被被后期f3斷面斷錯約6cm，但f3斷面又被f5斷面斷逝。結合其北側與砂礫巖接觸處的老斷面，說明北支斷層在此處至少應該有過4次活動。我們在⑤層采取了14C樣，其年代為38310±360a B.P.。我們也在⑦、⑨層分別采取了光釋光（OSL）樣，但沒有接收的年齡測試實驗室，所以沒有結果。但根據區域地層對比，⑦層土黃色的亞粘土時代應該為晚更新世，而⑨層時代應該為全新世。總之，該剖面說明斷裂在晚更新世晚期有過活動。

此外，此剖面往東50m左右的山頂埡口，我們還發現一組含正斷層的剖面（圖5），其中的f1發育在土黃色的亞粘土和灰白色碎裂巖帶之間，斷面見3～5cm厚的灰黑色斷層泥，斷層泥柔軟、粘性好，為正斷層。f2和f3為老斷面，其中f2性質不詳，但f3斷面發育擠壓構造透鏡體，顯示逆斷層特征。從斷面f1分析，斷裂在晚更新世應有過活動。

3.2 南支斷層（F1－2）

南支斷層在王家溝和朱家村南兩個地方分別見到了斷層斷錯全新統地層的剖面。

3.2.1 佛崖鄉東南王家溝村剖面（圖6）：

該剖面位于王家溝沖溝口附近的高7m左右的Ⅰ級洪積臺地東壁，為志留系灰黑色片巖與侏羅系砂礫巖之間形成的老斷層破碎接觸帶。從剖面中可以看出，發育在破碎帶中的后期形成的f1、f2斷面逆沖入Ⅰ級洪積臺地下部礫石層中，其中的f1斷面上的灰黑色斷層泥角礫楔入破碎帶頂部礫石層有20cm深；而f2斷面雖然沒有斷層泥物質楔入，但沿斷面方向破碎帶頂部礫石層礫石定向明顯，顯然穿越了洪積臺地下部礫石層。該剖面對面（溝西壁），地貌上表現為鞍部。我們在剖面中Ⅰ級洪積臺地礫石層底部采取了14C樣，其年代為1730±111a B.P.。說明該斷層在全新世晚期有過活動。

3.2.2 長壩鎮朱家村南剖面（圖7）：

圖5 麻地溝山頂鞍部一帶斷層剖面Fig.5 The fault section at the peak of Madigou mountain saddle.

圖6 王家溝村東斷層剖面Fig.6 The fault section at east of Wangjiagou village.

該剖面位于長壩鎮朱家村南沖溝口南側。其中在沖溝口山前南支斷層控制了海拔1600m的中低山與海拔2400m的中高山的發育，在沖溝口東、西兩側形成連續6km長的斷層三角面與斷層崖相結合的斷層地貌。該剖面斷面就發育在沖溝口南側高1.5m左右的低洪積階地東壁。由于斷層作用使低洪積階地面產生變形而形成陡坎，位于陡坎斜坡一側的角礫石層中發育2條斷面，剖面結構特征如下：①10～60cm厚的含礫石及其破碎帶物質的松散雜色土；②5～10cm厚的黃褐色土；③10～40cm厚的褐灰色含小角礫土；④10cm厚的土黃色亞粘土；⑤20～60cm灰黃色中礫層，一般礫徑5～8cm，最大礫徑15～20cm；⑥5～50cm厚的褐黑色角礫土；⑦巨礫層，一般礫徑10～15cm，最大礫徑55cm。

圖7 朱家村南斷層剖面Fig.7 The fault section at south of Zhujia village.

從剖面可以看出，發育的2條斷面其中的f1斷錯了⑥、⑦層，被①層覆蓋，斷面上礫石定向排列明顯，并使⑥層形成弧形彎曲；f2斷錯了除①層以外的所有結構層，斷面上礫石有定向排列，斷層逆沖錯動使各層均產生5cm左右的垂向位移。由于該陡坎所在沖溝在山前建水窖時人工破壞，陡坎延伸向山前的自由面不清，因此陡坎的整個垂向錯距量無法收集。但陡坎所在的沖溝東側，南支斷層經過處可見至少60m的灰黑色斷層擠壓破碎帶，f1和f2向東均可在破碎帶中找到對應的老斷面。因此，本剖面中2條斷面是可信的，說明南支斷層在此處最新活動時代為全新世。

3.3 沈家園—窯坪斷裂段（F2）

在曹家院南簡易公路西側發現斷層剖面（圖8）。該剖面中斷層發育在南側的泥盆系灰巖與北側的志留系灰綠色片巖之間，由于全新統坡洪積層覆蓋而未見到北部的原生片巖。可以看出，泥盆系灰巖與志留系灰綠色片巖之間形成了由強烈擠壓片理化帶、灰巖構造透鏡體帶和以原巖為片巖類為主的強烈擠壓雜亂無序的破碎帶，其寬度大于50m。剖面中發育了5條斷面，或發育于灰巖中，或發育于先期形成的破碎帶中，說明該斷層具有長期的演化史和多次的構造運動。剖面特征如下：①泥盆系青灰色灰巖；②斷層角礫帶，寬0.3～1m，半膠結狀；③灰黑色片理化斷層泥角礫帶，寬3m，半膠結狀；④灰巖擠壓構造透鏡體帶，寬10～15m，固結、堅硬；⑤灰巖與志留系片巖混合擠壓破碎帶，寬2.5～5 m；⑥灰綠色斷層泥條帶，厚1～2cm，微膠結～半膠結，潮濕環境軟而有粘性；⑦灰綠色片巖破碎帶，寬10～15m；⑧灰綠～灰褐色斷層角礫破碎帶，寬＞5 m；⑨土黃色坡洪積角礫層，厚1～1.5m；⑩褐色殘坡積土。結合該斷層通過系列沖溝時均形成較大的左旋位移量，認為沈家園－窯坪斷層段（東段）自晚更新世以來可能主要以南傾擠壓逆沖運動為主，兼有左旋走滑運動分量。

圖8 曹家院南斷層剖面Fig.8 The fault section at south of Caojiayuan village.

4 結論

通過野外地質調查，我們基本弄清了武都—康縣斷裂帶其幾何結構和空間展布，活動時代、活動性質以及所構成的地貌特征，其中除獲得若干地質、地貌特征外，還獲得了一定的年齡證據。主要結論有：

（1）依據斷裂的幾何展布形態、交接關系及活動性，以甘泉和沈家園一帶為界將斷裂分為西（F1）、東（F2）兩段，即分別為上板橋—長壩斷裂段和沈家園—窯坪斷裂段：西段總體呈EW向展布，其中北支斷層（F1－1）NEE向延伸，南支斷裂（F1－2）NWW向延伸并在沈家園一帶被NNE向次級斷層切錯形成與東段分界。東段近EW向展布。

（2）西段在全新世強烈活動，斷層性質以左旋走滑為主，并兼有逆沖運動；東段在晚更新世時期有過活動，主要以擠壓逆沖運動為主，兼有左旋走滑運動分量。

（3）晚更新世以來斷裂的活動形成了豐富的地貌現象。諸如水系左旋位錯、山脊左旋位錯、斷層三角面、斷層崖、埡口、鞍部、跌水和地裂縫。

（4）綜上，該斷裂西段上板橋－長壩鎮斷裂段是一條全新世活動斷層；該斷裂東段沈家園—窯坪斷裂段可能為晚更新世斷層。

致謝：14C樣品由蘭州大學地理系14C實驗室測定，特此致謝。

［1］樊成意，梁收運.甘肅省30年來崩滑災害特征［J］.西北地震學報，2011，33（增刊）：438－442.

［2］王運興，梁收運，周自強.白龍江中游地震次生地質災害特征［J］.西北地震學報，2011，33（增刊）：418－423

［3］馮希杰，董星宏，劉春，等.范家壩－臨江斷裂活動與1879年甘肅武都南8級地震的討論［J］.地震地質，2005，27（1）：155－162.

［4］侯康明，雷中生，萬夫嶺，等.1879年武都南8級大地震及其同震破裂研究［J］.中國地震，2005，21（3）：295－310.

［5］張俊玲.1879年武都南8級地震新史料［J］.西北地震學報，2007，29（3）：264－266.

［6］袁道陽，雷中生，何文貴，等.公元前186年甘肅武都地震考證與發震構造探討［J］.地震學報，2007，29（6）：654－663.

［7］鄧啟東，張培震，冉勇康，等.中國活動構造與地震活動［J］.地學前緣，2003，（10）：66－73.

［8］國家地震局蘭州地震研究所.陜甘寧青四省（區）強地震目錄［M］.西安：陜西科技出版社，1985.

［9］顧功敘.中國地震目錄［M］.北京：科學出版社，1983.

［10］袁道陽.青藏高原東北緣晚新生代以來的構造變形特征與時空演化［D］.北京：中國地震局地質研究所，2003：137－145.

［11］袁道陽，張培震，劉白篪，等.青藏高原東北緣晚第四紀活動構造的幾何圖像與構造轉換［J］.地質學報，2004，78（2）：270－278.

［12］國家地震局蘭州地震研究所，甘肅省計劃委員會.甘肅省地震危險區劃研究［M］.蘭州：蘭州大學出版社，1993：67－70.

［13］丁國瑜.有關活斷層分段的一些問題［J］.中國地震.1992，8（2）：1－10.

［14］丁國瑜.活斷層的分段模型［J］.地學前緣，1995，2（1／2）：195－202.