四川龍泉山斷裂帶及其活動性與潛在地震危險性討論①

黃 偉，江娃利

（中國地震局地殼應力研究所，北京 100085）

0 引言

龍泉山構造帶是四川盆地內喜山構造期形成的一條NNE方向展布的褶皺構造帶。該構造帶構成四川成都平原東界，屬于川西強烈斷陷區和川中穩定隆起區之間的一條區域性斷裂。

20世紀80年代以后，伴隨著川西礦產資源的調查及四川活動構造研究的推進，有關龍泉山構造帶的討論逐漸增多。唐榮昌等［1－2］、陳社發等［3］、鄧起東等［4］、黃祖智等［5］討論了該斷裂帶的展布及活動性；黃祖智等［5］、錢洪等［6］、徐水森等［7］討論了龍泉山斷裂帶地震活動性及未來可能的地震震級；羅志立等［8－9］、劉樹根等［10－11］、張岳橋等［12］、劉殊［13］等在討論龍門山構造帶的形成演化時涉及到對龍泉山構造帶形成的認識。2008年5月12日位于成都盆地西界的龍門山斷裂帶發生了汶川MS8.0地震。鑒于成都平原人口密集，四川省省會城市成都距離龍泉山斷裂帶的最近距離不足20km，由此也引發了對成都盆地東界龍泉山斷裂帶未來地震危險性的關注［14－15］。本文綜合前人認識以及本文作者對該斷裂帶北部部分點位的調查資料，對該斷裂帶晚第四紀活動性、未來的強震潛勢及構造成因機制進行討論。

1 龍泉山斷裂帶展布

龍泉山斷裂總體走向NE20°～30°，斷裂帶北端位于德陽以北，向南經過中江縣西側、金堂鎮、龍泉驛鎮、久隆場鎮、仁壽鎮西側，直達樂山新橋鎮附近，全長大于230km（圖1）。

圖1 四川盆地龍泉山斷裂展布Fig.1 Distribution of Longquanshan fault in Sichuan basin.

龍泉山的地貌特征是以條帶狀低山山脈展布于成都平原東界，其西側是成都平原區，東側是川中丘陵區。龍泉山脈的主峰海拔1 051m，成都平原海拔約為519～588m，川中丘陵的海拔為452～586 m，龍泉山脈高出成都平原約為400～500m。而龍門山脈與山前盆地的高差近5 000m［16－17］。在源自龍門山又流過成都平原的水系中，有3條河流穿越龍泉山，北部河流為凱江，在中江縣北面穿過龍泉山；中部河流為沱江，從金堂穿過龍泉山；南部河流為岷江、青衣江與大渡河會合后，從樂山附近穿過龍泉山脈。

在區域地質方面，龍泉山斷裂帶是劃分川西強烈斷褶及下陷區與川中相對穩定及隆起區的邊界斷裂。龍泉山西側的成都平原第四系最大沉積厚度為400～500m［18］；其下為不均勻分布上千米厚的新近系磨拉石建造，再向下為數千米厚的侏羅系—白堊系陸相碎屑沉積。龍泉山脈東側的中生代沉積相與其西側沒有大的差別，但白堊系的沉積厚度明顯較成都盆地薄，并缺少成都平原數百米厚的第三系和第四系沉積。龍泉山脈由侏羅系和白堊系組成，地質構造表現為背斜。山脈兩側斷裂分別稱之為龍泉山東緣斷裂與西緣斷裂。圖2（圖1中剖面Ⅱ）及圖3（圖1中剖面Ⅰ）展示了龍泉山褶皺的地表形態及斷錯地層。

圖2 龍泉山合江場—馬鞍山地質剖面（據簡陽幅1：10萬地質圖）Fig.2 The geological section of Hejiangchang－Maanshan in district of Longquanshan.

圖3 龍泉山龍泉驛構造剖面（文獻［4］）Fig.3 The structural section of Longquanyi in district of Longquanshan（from Reference［4］）.

1.1 龍泉山西緣斷裂帶

唐榮昌等［1－2］、黃祖智等［5］指出，作為成都平原東邊界的龍泉山西坡斷裂，北起中江縣黃家坳，向南經金堂東、龍泉驛、鎮陽場，至范灣以南一帶消失，全長230km。該斷裂帶主要由5條斷裂組成（圖1）。其后，王偉濤等［15］也沿用了唐榮昌等［6］和黃祖智等［5］有關龍泉山西緣斷裂的資料。龍泉山西緣斷裂帶的各段自北而南分別稱之為金堂北斷裂、草山斷裂、金雞寺斷裂、龍泉驛斷裂、鎮陽場斷裂和新橋鎮斷裂（圖1①～⑤）。這些斷裂總體走向NE20°～30°，局部彎曲，切斷侏羅系和白堊系，除南、北部分地段傾向NW外，其余地段均傾向SE，傾角多在60°左右，多數地段屬于逆斷裂。其中，金堂北斷裂走向呈近NS方向；草山斷裂和金雞寺斷裂走向NNE，分別傾向NW和SE。金堂以南至秧雞口為斷裂的中段，由龍泉驛斷裂、鎮陽場斷裂組成，該段斷裂面傾向SE；其中龍泉驛斷裂長約120km，是龍泉山斷裂帶規模最大的斷裂。該斷裂帶南段始于仁壽西，南經鎮陽場直達樂山新橋鎮附近，稱之為新橋鎮斷裂，走向NE30°，其主要斷面傾向NW。

鑒于衛片對龍泉山地貌的顯示及野外調查結果，本文推定的龍泉山西緣斷裂帶的北端較前人向北延伸，將唐榮昌等［2］標出的德陽東側展布的安縣—金堂隱伏斷裂劃為龍泉山西緣北段，與董順利等［14］對龍泉山北段的畫法一致。由此，龍泉山西緣斷裂的長度約為260km。

1.2 龍泉山東緣斷裂

唐榮昌等［1－2］、黃祖智等［5］指出，龍泉山東緣斷裂出露于龍泉山復式背斜的東翼，主要由合興場斷裂、紅花塘斷裂、久隆場斷裂、馬鞍山斷裂、文公場斷裂、仁壽斷裂組成（圖1⑥～○12）。斷裂北起中江杰興場，向南經金堂淮口、久隆、文公場、仁壽至童家場，全長160km。平面上由數條斷層呈羽列狀展布，共同組成多字型雁列。這些斷裂長短規模不一，短者長度僅5km，長者達50km。斷裂總體走向呈NE10°～30°方向延伸，主要斷面傾向NW，傾角28°～82°，平面上呈舒緩波狀彎曲。與西緣斷裂傾向相反，龍泉山東緣斷裂位于龍泉山背斜東翼，斷面向西傾斜。該斷裂在地表切割侏羅系和白堊系，斷裂破碎帶寬數米。在東緣斷裂的仁壽、石蓮花、余家灣、仙家坡等處分別在斷裂NW盤和SE盤發育有壓性次級斷裂，與主干斷裂構成"人"字型構造，指示斷裂東盤相對西盤向南扭動，表明斷裂在逆沖的同時兼具一定的右旋走滑分量。

鑒于前述原歸為龍泉山西坡斷裂帶的斷裂有可能歸為龍泉山東坡斷裂，龍泉山東坡斷裂的長度約為220km。

2 龍泉山斷裂帶深部地質構造特征及成因討論

龍泉山作為成都盆地東邊界，山脈主體由背斜構造組成。背斜構造的兩翼發育斷裂。龍泉山背斜屬于北東方向斷面之上的表皮褶皺，深部受地層滑脫控制，形成脫頂構造。該斷裂從地表到深部斷距逐漸變小，傾角逐漸變緩，最后消失于三疊紀地層中［5］。目前對龍泉山脈兩翼的東緣和西緣斷裂帶，哪一條是主要斷裂有不同的看法，由此也涉及到龍泉山構造帶的成因。

一種觀點認為龍泉山西緣斷裂為龍泉山構造的主斷裂。鄧起東等［4］根據成都東南文公場一帶龍泉山構造帶的觀測剖面推斷龍泉山西緣斷裂向下收斂于同一主逆斷裂上。王偉濤等［15］認為龍泉山斷裂在地表表現為沿地殼淺層蒸發巖層等軟弱巖層滑動而形成的斷裂擴展背斜，其展示的綿竹—德陽地震剖面可識別出龍泉山斷裂傾向SE，斷裂發育于三疊系、侏羅系和白堊系之中，控制了其上發育的斷層擴展褶皺（圖1中剖面Ⅳ、圖4）。唐榮昌等［1－2］和黃祖智等［5］也認為龍泉山西緣斷裂的平面展布規模較龍泉山東緣斷裂規模更大。對于這種構造形態，羅志立等［19］認為龍泉山背斜受到由東向西推擠，與龍門山沖斷帶前緣的邛崍等背斜帶形成對沖的格局，是揚子地塊的深部物質由東向西向龍門山和川西高原的深部發生多級俯沖潛滑而引起的淺部構造。

另一種觀點是，盡管龍泉山地區的變形強度和影響范圍與龍門山相比要小得多，但龍泉山與龍門山被視為屬于同一個構造系統，龍泉山構造為龍門山推覆構造川西前陸盆地的南東界。在這種認識中，龍泉山東緣斷裂為該構造的主斷裂，而龍泉山西緣斷裂為東緣主斷裂的反沖斷裂。前陸盆地中的三疊系須家河組、侏羅系和白堊系具有從龍門山前山帶向川中穩定區逐漸過渡和超覆的特點，至龍泉山一帶地層厚度急劇減薄以至尖滅，沉積物顆粒也逐漸減小。陳社發等［3］、劉殊［13］認為川西前陸盆地的沉降和龍門山推覆構造崛起是一個統一構造過程的兩種不同的表現形式。龍泉山構造作為龍門山前陸盆地系統的前隆，受控于龍門山地區的逆沖推覆作用。張岳橋等［12］認為龍泉山構造帶構成龍門山山前蓋層拆離構造的東緣。

圖4 龍泉山綿竹－德陽地震剖面（文獻［15］）Fig.4 The seismic section of Mianzhu－Deyang in district of Longquanshan（from Reference［15］）.

3 龍泉山斷裂帶晚第四紀活動

鄧起東等［4］通過分析龍泉山西坡斷裂過龍泉驛的剖面，根據斷裂下盤堆積有晚更新世砂礫石層，以及全新世的河流相堆積在同一地區發育（圖5，圖1中剖面Ⅲ），推測龍泉山西緣斷裂在晚更新世晚期和全新世有一定程度的活動。

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黃祖智等［5］采集了斷層泥樣品進行了熱釋光測年和斷層泥特征（SEM）分析，其中熱釋光測年結果表明該斷裂帶的最新活動年代為距今（297.8±17.4）ka～（95.6±7.6）ka，為中更新世—晚更新世活動斷裂。晚更新世活動的地點位于龍泉山西緣斷裂帶的中南段。

唐榮昌等［2］根據在文公場、周坡采集的2個斷層泥樣品（SEM）分析，測定的斷裂活動時間是早更新世；沿斷裂帶于久隆、傅錫口、淮口雞屎樹采集的熱釋光樣品測定的斷裂活動年代最老為距今（297.8±17.4）ka，最新活動距今（182.8±11.2）ka，斷裂在中更新世仍有活動。

圖5 龍泉山府河—文公場構造剖面（文獻［4］）Fig.5 The structural section of Fuhe－Wengongchang in district of Longquanshan（from Reference［4］）.

董順利等［14］根據該斷裂帶秧雞口、鎮陽、白馬梗的斷層泥樣品（SEM）特征，認為斷裂活動時代在早更新世，中、晚更新世也有活動。在金堂以北黃家坳、洛帶采集的熱釋光樣品測得斷裂最新活動時間為距今（182.7±10.8）ka和（180.5±1.05）ka，為中更新世斷裂。在金堂以南依據斷層泥熱釋光測年結果，斷裂最新活動時間距今（95.6±7.6～180.5±10.5）ka，即主要活動期在中更新世至晚更新世早期。在雙流縣籍田鎮（30.706 777 8°N，104.522 833 3°E），發育侏羅系蓬萊鎮組紅色泥巖與灰色砂巖互層，地層產狀NE35°／SE∠76°，斷裂面產狀為NE62°／NW∠60°，據觀察，斷裂無新活動的跡象［14］。

王偉濤等［15］根據對龍泉山斷裂帶北段、中段和南段河流階地的調查，獲得位于斷裂帶北段高出河道6～8m的沱江T3階地出現1.65mSE側抬升垂直位移，位于斷裂帶中段一條小河高出河道1.9～3.1m的T2階地出現1.2mSE側抬升垂直落差，位于斷裂帶南段岷江高出河道1～2m的T1階地出現0.4mNW側抬升垂直落差。根據前人資料，以距今3 000a作為岷江T1階地的年齡，以距今22.780ka作為研究區T2的年齡。王偉濤等的資料表明龍泉山南段為全新世活動。

本文作者在汶川地震之后對龍泉山北段西緣斷裂和東緣斷裂進行了少量點位野外踏勘。其中，在龍泉山西側德陽八角井鎮東會友山莊東側一帶（31°3.913′N，104°25.269′E），見到砂巖與泥巖砂巖混雜的斷層破碎帶，斷層產狀SN／E∠67°。該點的野外露頭寬60m，在泥巖與砂巖混雜帶中可見到2～3條裂隙，裂隙產狀 NW10°／NE∠60°，斷層破碎帶寬12m（圖1A）。在該點北面的一個點位（31°2.988′N，104°25.151′E），斷裂在山坡通過，斷裂上升盤出露厚約5m 的紅色砂巖，產狀 NW15°／NE∠14°～17°（圖1B）。

本文作者在龍泉山東側的調查點位位于中江縣興隆鎮南陳家灣西（30°50.287′N，104°34.875′E）（圖1C））。該點斷裂在臺地前緣展布，臺地高12 m，該臺地前緣是衛片判讀的陡坎處。陡坎走向N E 20°，斷面產狀 NE20°／NW∠35°，斷裂寬約0.4 m，靠近斷面上盤的砂巖完全成碎塊，斷層下盤崩積了一套紫色泥巖與青灰色泥巖碎塊混雜堆積層，在該層取TL樣品測年結果顯示距今（83.39±7.09）ka，斷裂面上覆蓋一層坡積物，TL測齡結果為（29.56±2.51）ka，表明該斷裂曾斷錯晚更新世地層（圖6）。本文作者認為這些剖面尚不能代表該斷裂的最新活動。位于龍泉山斷裂帶東界該臺地前緣開挖探槽有可能獲取該斷裂的最新活動時代。

圖6 龍泉山東側中江縣興隆鎮趙家鄉陳家灣山前臺地斷層剖面圖Fig.6 The piedmont terrain section of the fault in Chenjiawan，Xinglong town，Zhongjiang county on the east side of Longquanshan.

綜上所述，目前對龍泉山斷裂帶的最新活動時代的認識尚不完全統一。從河流階地［15］及斷錯地貌的角度［4］認為該斷裂帶在晚更新世晚期及全新世時期有活動，而早期斷層泥測年的時代為中更新世［2，5］。總體而言，目前對龍泉山斷裂帶晚更新世晚期和全新世活動的證據仍不充分。鑒于該斷裂帶最新活動時代的重要性，有必要對此開展系統的調查和探槽開挖。

4 龍泉山斷裂帶未來地震潛勢

根據歷史文字記載，自1531年至1957年龍泉山地區曾發生17次有感地震。在1958－2005年，龍泉山地區共發生ML≥2.0地震66次。其中最大震級是1967年1月24日仁壽大林場5.5級地震，震中就位于龍泉山西坡斷裂東南側大林場附近，震源深度4km［5，7］。

前人曾討論過龍泉山構造帶未來的地震危險性。黃祖智等［5］根據組成龍泉山斷裂帶單個幾何斷裂的長度，套用震級和斷裂長度的關系，得到龍泉山斷裂帶最大震級為5.1～6.2級，并認為與該斷裂1967年發生的5.5級地震吻合。唐榮昌等［2］認為綜合該斷裂歷史上發生的最大震級及斷層最新活動時代和斷層規模，判定該斷裂的潛在地震能力為5.5級。王偉濤等［15］則認為，龍泉山斷裂主體在接近地表處形成斷裂傳播褶皺，斷裂的滑動量大部分通過褶皺變形來吸收，因此不具備孕育大地震的可能性。

對于前人的認識，本文作者認為，盡管這種計算方法在地震安全性評價報告中經常可以見到，但在對研究對象的晚第四紀活動狀況總體缺少斷錯地貌和探槽調查的情形下，以這種計算方法計算未來最大的潛在震級可能有所不妥。其原因是這種計算以假定這些單條斷裂是地震的獨立破裂段落而缺少實際資料的支持［20］。地表斷裂的雁行展布是活動斷裂非常常見的地表展布方式。如果其中的一些雁行斷裂由一次地震形成，則這種以單條斷裂5～7km的長度計算的震級有可能較實際發生的最大潛在震級明顯偏小。對于王偉濤等［15］提及的認識，本文作者認為這種斷裂傳播褶皺是否能孕育大地震，尚屬于討論的問題。國內外均有過盲斷裂、盲褶皺發生強震的震例，在此不再討論。

本文作者認為前人對龍泉山構造未來的地震潛勢的分析過多依賴于歷史地震。2008年發生的汶川MS8.0地震就是一次慘重的歷史教訓。作為一條斷裂帶是否具有強震潛勢的判斷應建立在該斷裂帶晚第四紀活動性的調查基礎之上。作為龍泉山斷裂帶而言，該斷裂帶位于川西前陸前隆的構造部位、以及斷裂長度大于200km的斷裂帶規模，在強震潛勢研究中，該斷裂帶應該被關注。該文前面提及的有關該斷裂帶有可能存在全新世活動的線索，也是需要對該斷裂帶進一步開展斷層活動性調查的依據。

5 相關問題討論

綜合上述，對以下幾個問題的討論歸納如下。

（1）有關龍泉山斷裂帶的展布，自20世紀90年代早、中期唐榮昌等［1－2］、黃祖智等［5］詳細展示該斷裂帶的展布，并被其后學者引用。從目前已發表資料來看，這些學者對該斷裂帶的中段和南段展布的位置大體相同，但有關斷裂帶北段的展布仍有差別。董順利等［14］將龍泉山斷裂帶的北端延至安縣。本項調查表明認為德陽東側龍泉山脈西側平直的山前線有可能屬于龍泉山西緣斷裂展布。為此，有關龍泉山西緣斷裂帶北段的位置尚待進一步厘定。

（2）在龍泉山東西兩側展布的斷裂帶中，哪一條斷裂帶是主斷裂帶涉及到斷裂帶的深部結構和運動學的方式。黃祖智等［5］、王偉濤等［15］認為龍泉山西緣斷裂帶展布規模更大、活動性更強，是主斷裂。在王偉濤等展示的跨龍泉山西坡斷裂帶的人工地震反射剖面中，位于龍泉山中段視高鋪南側測線的斷面向SE傾斜，而位于龍泉山南段眉山北側測線的斷面則向NW傾斜。如果主要向SE傾斜的龍泉山西坡斷裂帶是主斷裂，則將龍泉山斷裂帶歸屬于龍門山褶皺逆沖帶的前緣是否存在困難。

（3）有關龍泉山斷裂帶的最新活動時代，鄧起東等［4］最早提及該斷裂帶有可能為全新世活動斷裂；唐榮昌等［1］、黃祖智等［5］獲得的斷裂最新活動的測年資料為晚更新世初期；本文作者零星的調查點位獲得該斷裂帶斷錯晚更新世地層的認識；王偉濤等［15］根據對龍泉山斷裂帶北段、中段和南段河流階地的調查，獲得北段的T3階地、中段的T2階地、南段的T1階地分別出現1.65m、1.2m和0.4m的垂直落差，王偉濤等將其中T1和T2階地的年代歸為距今3 000a和22.78ka。本文作者認為，汶川地震之后對龍泉山斷裂帶最新調查獲得的這種高出河道1～3m低階地的變形有可能顯現了龍泉山斷裂帶全新世活動的證據，值得重視。

（4）有關龍泉山斷裂帶最大的潛在地震震級是多少，黃祖智等［5］和王偉濤等［15］進行過討論。從活動斷裂全新世活動的地表顯示而言，如果龍泉山斷裂帶確實存在全新世活動的地表顯示，依據目前中國大陸地震地表破裂和震級的關系而言［21］，則該斷裂曾發生的強震震級應大于6.5級，該斷裂帶未來的強震潛在震級也應該大于6.5級。因此，要正確評估龍泉山斷裂帶未來的最大潛在震級需要全面開展有關該斷裂帶全新世活動的調查。此外，對一條斷裂帶未來最大潛在地震的評估必須擺脫依賴歷史文字記載地震強度的慣性思維，2008年四川汶川8.0級地震是繼1976年河北唐山7.8級地震之后在這方面的又一次慘痛教訓。

（5）從地層沉積角度來看，在中生代時期，川西盆地屬于龍門山逆沖與褶皺構造的前陸盆地，多數學者對此沒有異議。但在第四紀時期，對成都平原東界龍泉山構造帶的深部構造及其形成原因，有不同的認識。從龍門山構造帶與龍泉山構造帶之間展布的新津－熊坡構造帶來看，龍泉山構造帶有可能與龍門山構造帶有成因上的聯系，但龍泉山構造帶較新津－熊坡構造帶的展布規模大得多，這種構造的推進是如何傳遞過來的，需要解釋。特別是在第四紀晚期，在龍門山構造帶右旋走滑活動加強情形下，龍泉山構造作為龍門山構造的斷層擴展褶皺還能形成嗎？此外，有學者認為龍泉山背斜有可能是受深部滑脫控制的脫頂構造。但這種深部滑脫是來自西部的推力、還是東部地體向西的運動。以及四川盆地的下部由東向西俯沖的模式是否成立，有待進一步討論。

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