四川綿陽科技城新區玉皇溝斷層探測與活動性評價

摘 要：玉皇溝斷裂是四川綿陽科技城新區內唯一的具有一定規模的斷層，其第四系活動性對新區規劃、建設和防震減災具有重要意義。采用無人機航測、地震地質調查、探槽揭露、人工地震勘探、鉆探聯合剖面等探測方法研究其活動性。探測結果表明：1）該斷層傾向SE，傾角20～30°，為一逆沖斷層。2）在白堊系基巖區影像上線性構造明顯，在第四系覆蓋區無線性影像顯示。3）人工地震勘探推斷其上斷點距地表15～20 m，未進入第四系覆蓋層。4）鉆孔聯合剖面揭示斷層兩側基覆面無錯動。因此，綜合判斷玉皇溝斷層至少在晚更新世以來未活動，其可能形成于喜馬拉雅Ⅰ幕造山時期。

關鍵詞：綿陽；玉皇溝斷層；活動性鑒定；人工地震勘探

Exploration and identification of activities of Yuhuanggou fault in Mianyang New Area

XU Lin1， CHEN Yongdong1，3， YANG Rong2， GUAN Yunbin1，4， LI Hai1， PANG Renjun1， XIONG Changli2， QIN Yulong2

（1.Northwest Sichuan Geological Team， Sichuan Bureau of Exploration and Development of Geology and Mineral Resources， Mianyan 621000， Sichuan， China；

2.Sichuan Institute of Geological Survey， Chengdu 610081， Sichuan， China；

3.Institute of Sedimentary Geology， Chengdu University of Technology， Chengdu 610059， Sichuan， China；

4.College of Earth Sciences， Chengdu University of Technology， Chengdu 610059， Sichuan， China）

Abstract： Yuhuanggou fault is the only fault of scale in Mianyang Science and Technology City New Area， and its quaternary activity is of great significance to the planning， construction and earthquake prevention and disaster reduction of the area. In this paper， UAV aerial survey， seismic geological survey， trough disclosure， artificial seismic exploration， joint drilling section and other methods were used to detect and reveal the activities of the fault. The detection results show that： 1） the fault dip SE， with a dip Angle from 20° to 30°， is a thrust fault; 2） The linear structure is obvious in the cretaceous bedrock area， but not in the Quaternary overburden area; 3） Artificial seismic exploration infers that the upper breakpoint is from 15 m to 20 m above the surface and does not enter the Quaternary overburden layer; 4） The joint borehole section reveals that there is no dislocation of the basal overburden on both sides of the fault. Therefore， it is concluded that the Yuhuanggou fault has been inactive at least since the late Pleistocene， and may have been formed during the Himalayan Act I orogenic period.

Keywords： Mianyang; Yuhuanggou fault; identification of activity; manual seismic survey

有著“中國西部硅谷”美譽的綿陽科技城承載著我國大量的國防軍工、電子信息、精細化工、新材料等科研和生產任務，2020年成立的綿陽科技城新區也將會是未來科技城建設的重點。而該區臨近龍門山地震構造帶，區域地震地質條件復雜，因此查清該區的地質背景，尤其是查明區內斷層發育特征及其活動性，對科技城新區規劃、建設和防震減災工作至關重要。

活斷層的鑒定通常采用遙感解譯、地震地質調查、地球物理勘探、鉆探、探槽、地質定年檢測、地球化學測量等多手段相結合的綜合評價方法（鄧起東等，2007；邢曉琴等，2022；徐吉祥等，2022）。玉皇溝斷層是20世紀80年代地質工作者在開展區域地質調查時發現的，它是綿陽科技城新區唯一的已知地表斷層。前人對于該條斷裂的研究甚少，僅僅是對為數不多的地表露頭進行了調查，其第四紀活動性不得而知。本文在高分辨率遙感影像解譯的基礎上，通過無人機航測、地震地質調查、探槽開挖、人工地震勘探、鉆孔聯合剖面等方法獲得了斷層的基本特征，并對其斷層活動性進行評價。

1" 區域地質背景

龍門山是青藏高原東南緣與四川盆地的分界線，也是中國“南北地震帶”的重要構成部分（鄧起東等，1994）。在2008年“5·12”汶川地震之后，龍門山在構造和地震地質研究方面備受關注（徐錫偉等，2008；Godard et al.，2009；Hubbard et al.，2009；Hubbard et al.，2010；冉勇康等，2018；豐成君等，2018；孟秋等，2021）。綿陽科技城新區位于四川盆地西北緣，距離龍門山斷裂帶僅20 km，常稱之為川西前陸盆地。川西前陸盆地形成于晚三疊世的印支運動（李英強，2018），早侏羅—早白堊世盆地內沉積了巨厚的內陸湖盆相紅層，以及間夾其中的“白田壩礫巖”“蓮花口礫巖”和“劍門關礫巖”等大型沖—洪積扇堆積層體；晚白堊世—上新世整體抬升接受剝蝕，第四紀以來盆地受河流侵蝕，沿河谷地帶發育Ⅰ—Ⅴ級階地（四川省地質礦產勘查開發局川西北地質隊，1996）。

2" 斷層基本特征

玉皇溝斷層是川西北地質隊在1989年開展1∶50 000綿陽市等4幅區域地質調查工作時發現的，是綿陽科技城新區內僅有的具有一定規模出露地表的斷層。該斷層分布于河邊場玉皇溝—界牌鎮金鳳村一帶，處于河邊-土門埡背斜軸部，呈北東10°方向延展，北段被安昌河第四系松散堆積物掩蓋，地表可見長約8 km，傾向為100～120°，傾角20～30°，為東盤上沖的低角度逆斷層，斷層帶較破碎，斷層面附近的泥質巖及砂巖出現明顯的牽引現象，地層產狀顯著變陡，傾角60°以上，根據七曲寺組六段灰白色砂巖在兩盤出露高差，推測其垂直斷距為20～30 m。其南北兩端均隱伏于第四系覆蓋層之下（圖1）。

3" 探測過程

3.1" 地震地質調查與探槽揭露

本次針對玉皇溝斷裂進行了細致的追索調查。在河邊場石碑灣山坡斜坡處，有較多的基巖出露，調查點東側山坡上基巖巖性為七曲寺組五段淺紫紅色薄層狀粉砂巖夾泥巖或互層狀產出，巖層產狀為235°∠4°，主要可見2組裂隙，298°∠81°，28°∠85°；調查點西側為七曲寺組六段淺灰白色厚層狀長石巖屑砂巖，主要裂隙產狀為320°∠50°，8°∠62°。兩側基巖巖性明顯不同，且東側的七曲寺組六段灰白色砂巖（標志層）在更高的山頂一帶出露，巖性存在明顯的錯動跡象，標志層錯距10～20 m，加之點處埡口負地貌地形、出露巖石破碎，故推測為斷層通過，但斷層面被坡積物掩蓋。通過探槽開挖有效地揭露到斷層面（圖2），可見西側七曲寺組六段灰白色砂巖與東側五段紫紅色泥巖相抵，斷層面上可見擦痕和階部構造（圖3），明確了玉皇溝斷裂為一向東傾的低角度逆斷層，斷層產狀為134°∠30°。

在界牌鎮五顯村半山坡山溝邊，調查點西側為淺灰白色—淺紫灰色厚層狀細粒長石巖屑砂巖，在山坡處形成陡坎，巖石結構完整，向西側延伸穩定，裂隙較少，巖層產狀為230°∠5°；調查點東側巖石十分破碎，該套厚層狀細砂巖突然消失不見，僅可見零星碎塊，主要出露淺紫紅色泥巖夾粉砂巖。從兩側巖性的突變來看，推測為斷層所致，但斷層面被掩蓋，為明確其結構特征，也進行了探槽揭露。從探槽剖面中可以看到，斷層面光滑呈微波狀，斷層產狀為124°∠25°，斷層東盤為紫紅色泥巖，西盤為紫灰色—淺灰白色砂巖（圖4）。東盤的砂巖底面逆沖到西盤砂巖頂面之上，錯距約5 m。

3.2" 無人機航測

利用無人機低空遙感觀測技術獲取高分辨率地貌數據，可以有效識別活動斷層相關地貌特征，為活斷層鑒定提供支撐（馬金保等，2019）。本次工作采用大疆精靈4RTK無人機對玉皇溝斷裂南段進行了航測，獲得精度約為5 cm的正射影像數據，運用Global maper和ArcGIS對航測影像處理，獲得山體陰影灰度圖，從圖5可以清晰的看到，在基巖出露山區，斷層通過處有明顯的線性構造特征，在第四系覆蓋區線性構造消失。斷層通過處的山頂第四系Ⅴ級階地面圖切剖面顯示（圖6）：斷層通過處地表第四系Ⅴ級階地面無高差變化，由此說明斷層僅發育在下伏基巖中，未斷錯第四系Ⅴ級階地。根據區域資料，第四系Ⅴ級階地形成于中更新世，表明該斷層在中更新世以來不活動。

3.3" 人工地震勘探

淺層地震勘探是城市活動斷裂探測中解決隱伏斷裂定位及切割地層層位最主要的方法之一（鄧起東等，2003；吾守艾力·肉孜，2010；周永恒等，2021）。本次工作布設了1條探測深度為1 000 m的長剖面（DZ01）和2條探測深度為300 m的短剖面（DZ02-1/DZ02-2）。對1 000 m以淺的長剖面探測采用M18/612HD可控震源（26T），通過對比試驗，確定采用8～90 Hz工作頻率，出力70%，掃描長度18 S，炮間距15 m，道間距5 m，震動5次，接收道數為450道。對300 m以淺的短剖面采用機械震源，道距3 m，接收道數125道，震動3次。數據采集采用Geode DZ 200數字地震儀和國勘數字地球（北京）科技有限公司研發的I-Nodal節點式全內置地震采集站。

1 000 m以淺的長剖面（DZ01）共有2 399個測點，剖面北起遼安路新城頁巖磚廠，南至興安大道與綿興西路交匯處。剖面經過斷裂為已知的玉皇溝斷裂，全長12 732 m，走向為西北-東南。測線在地震時間剖面圖上，反映出多組強反射震相。結合地質資料，推斷T0震相為七曲寺組底界面，T1震相為漢陽鋪+蓮花關組底界面，T2震相為蓮花口組底界面，T3震相為遂寧組底界面。T0震相地震反射波能量強，連續性好，在CMP2867處錯斷；T1地震反射波能量強，連續性好；T2、T3震相反射能量較強，連續性好；根據同相軸特征及上述錯斷位置，推測分布斷裂F1，傾向向東，推斷F1斷裂分布位置與玉皇溝斷裂一致。斷裂延伸到近地表，上斷點埋深0～15 m，下斷點未穿透七曲寺組，其下斷點底部雙程走時300 ms左右，對應層位深度285～295 m（圖7）。

針對1 000 m以淺長剖面解釋的玉皇溝斷裂分布特征，部署了2條300 m以淺的淺層地震反射波剖面，DZ02-1測線長1 576.5 m，DZ02-2長1 636.2 m，綜合推斷剖面見圖8。DZ02-1測線地震反射剖面（圖8左）在時間剖面上反映出3組反射震相。結合地質資料，推斷TQ震相為第四系與七曲寺組界面，層厚約10 m；T1震相為七曲寺組與漢陽鋪組界面；T2震相為漢陽鋪組底界面。TQ震相地震反射波能量較強，連續性較好，在CMP1908位置存在明顯變形；T2震相地震反射波能量一般，連續性較好。根據上述同相軸錯斷與變形特征，推斷分布斷裂F1，傾向向東。雙程時間極短，推斷F1斷裂上斷點深度15～20 m，未穿透第四系。

由DZ02-2測線地震反射剖面（圖8右）在時間剖面上反映出3組反射震相。TQ震相地震反射波能量較強，連續性較好，無錯斷，層厚約10 m；T1震相地震反射波能量一般，連續性一般，在CMP1858位置存在明顯錯斷；T2震相地震反射波能量一般，連續性較差：推斷分布斷裂F1，傾向向東。雙程時間極短，推斷F1斷裂上斷點深度15～20 m，未穿透第四系，下斷點深度200～280 m，消失于泥巖軟弱層中。

3.4" 鉆孔聯合剖面探測

鉆孔聯合剖面是第四系物覆蓋區探測隱伏活動斷層的有效方法之一，可直接揭示隱伏斷層附近地層特征， 準確地給出斷層的位置、上斷點埋深及活動性（向宏發等，1993； 徐錫偉等，2000； 趙江濤，2017；徐錫偉等，2002；楊曉平等，2007；雷啟云等，2008；王銀等，2015）。為進一步驗證玉皇溝斷裂第四紀以來的活動性，在淺層地震勘探剖面解譯的基礎上，部署了6個鉆孔的鉆孔聯合地質剖面。鉆孔以DZ02-2淺層地震解譯斷層上斷點對應的地表位置為中心，孔間距分別為：10 m、15 m、25 m，聯合剖面長90 m。

鉆孔聯合剖面所在地目前為人工河堤，據歷史衛星影像顯示，該處在2017年前為小型河谷平原地貌，為農田開發利用，屬于第四系河流Ⅱ級階地。

聯合鉆孔結果顯示（圖9），在ZK01-ZK06的頂部①層為厚0.6～1.1 m的回填層，②層為厚1～2 m的黃灰色-褐灰色粉質黏土，推測為坡洪積堆積物；③層為厚4～7 m的灰色、青灰色黏土、細砂、泥礫石層，屬于河流Ⅱ級階地堆積物，底部④層為白堊系七曲寺組紫紅色泥質粉砂巖粉砂質泥巖，靠山一側基巖埋深較淺，靠近河谷基覆面變深，在ZK03鉆孔7.9～8.0 m處見斷層破碎帶，該段巖心十分破碎。從剖面可見，第四系堆積層在斷裂附近未見錯斷現象，基覆界面平整，故推測斷層未錯斷第四系。根據區域地質資料，第四系河流Ⅱ級階地形成時代為晚更新世。因此，可以認為玉皇溝斷裂在晚更新世以來不活動。

4" 討論

如前文所述，玉皇溝斷裂發育于白堊系下統七曲寺組地層中，在Ⅱ級階地、Ⅴ級階地上均未發現其蹤跡，表明斷裂形成于早白堊世—中更新世期間。

在早白堊世晚期—新近紀時期，燕山造陸運動和喜山Ⅰ幕造山運動相繼導致前陸湖盆北段提前關閉、隆升和褶皺，并成為南段成都斷陷盆地的物源供給區之一，同時致使上白堊統—新近系沉積地層全部缺失。其后，在第四紀“動、靜”交替新構造間歇性抬升運動主導下，又在區內形成了由山頂古夷平面、Ⅵ—Ⅱ級河流基座階地沖積層和Ⅰ級堆積階地沖積層組合而成的相當完美的層狀構造剝蝕臺地—侵蝕堆積階地地貌景觀（四川省地質調查院，2013）。

古近紀與新近紀交替之際的喜馬拉雅Ⅰ幕造山時期，在龍門山地區表現為構造運動學指向南東的逆沖斷層及相關褶皺等（顏丹平等，2020），在前陸盆地一側則主要表現為由侏羅系—下白堊統紅層所形成的梓潼北東-北北東向開闊復式大向斜構造，和在梓潼大向斜近槽部—槽部的下白堊統漢陽鋪組和七曲寺組紅層中的新安背斜、貫山向斜、塔水-忠興場向斜，河邊-土門埡背斜和金山鋪-觀太向斜等。該時期構成成都盆地西北和南東邊界的彭灌斷裂與龍泉山斷裂也全面復活、相向對沖。玉皇溝斷裂可能正是在這個時期的北西-南東相向對沖擠壓環境下形成的傾向南東的逆沖斷層。進入第四紀，前陸盆地表現為間歇性抬升，玉皇溝斷層在中更新世以來未活動。

5" 結論

玉皇溝斷裂發育于綿陽科技城新區河邊場—界牌鎮一帶，通過無人機航測遙感解譯可見在基巖出露區有較好的線性構造特征，在第四系覆蓋區無顯示；探槽揭露斷層走向NE，傾向SE，傾角20～30°，為逆斷層性質；在第四系覆蓋區，人工地震勘探推斷其上斷點距地表15～20 m，下斷點埋深200～300 m，消失于泥巖軟弱層；鉆孔聯合剖面顯示斷層未錯斷第四系Ⅱ級階地，表明至少在晚更新世以來不活動。綜合判斷，該斷層形成于喜馬拉雅Ⅰ幕造山時期，可能在中更新世以來未活動。因此在綿陽科技城新區建設和規劃中可不必考慮避讓。

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