禄劝县马鹿塘断裂带地质调查

禄劝县马鹿塘断裂带地质调查

根据相关数据，1893年，云南省禄居县马陆塘发生了5级地震，中心烈度为6度。中心位于马陆塘断层和北西断层的交汇处，距预制装配线乌江福东站水库24公里，对水库影响5度。断层分布在拟建的金沙江乌东德水电站坝址上游,与坝址最小水平距离为2.2km。在金沙江乌东德水电站预可行性研究阶段,此断层作为重点研究对象之一。本文将从断层的宏观特征、微观特征、岩溶发育特征、构造岩样测年及显微构造,通过访问当地居民,对有仪器记录以来的地震活动情况等方面进行分析。1马鹿塘断层带马鹿塘断层形成于华力西—印支期,主要发育于震旦纪灯影组与三叠纪白果湾群,北端起始于四川省会东县新马乡三台村金沙江左岸,往南过金沙江经大卧嘎、尖山、施期、九道弯、种子田、大坪子、刘家村、龙汤箐、德孟、下石门坎、马鹿塘,止于云南省禄劝县团街,断层全长约39km。马鹿塘断层带总体走向北东20°～30°,倾向南东,倾角20°～60°。以下据其宏观特征自北而南分3段进行描述。1.1东盘地层及地形该段发育于震旦系灯影组与三叠系白果湾组及前震旦系天宝山组交界处,部分断层地区发育于前震旦系天宝山组地层中,本段断距最大;地貌上表现为槽状地形。断层走向25°,倾向115°,倾角60°,长7.5km。白滩泥石流沟中及两侧可见到三叠系白果湾群地层的牵引褶皱,指示上盘逆冲。向北震旦系灯影组白云质灰岩与三叠系白果湾群砂岩呈断层接触,总宽50～60m,断层带地形东为顺层三级平台和陡崖状,西为白滩泥石流沟,地形较缓,断层面呈微波状,走向30°～35°,倾向120°～125°,倾角50°～60°。东盘地层为震旦系灯影组白云质灰岩、二叠系灰岩及玄武岩,地层倾向350°,倾角25°～30°;西盘地层为三叠系白果湾组砂岩、泥岩,倾向351°,倾角32°,受牵引部位倾角达63°。断层影响带附近岩层倾角近直立,顶面侏罗纪地层盖在三叠纪地层之上。断层带总宽50～60m,由断层泥、碎粒岩、碎粉岩、角砾岩、劈理带组成。构造岩内方解石发育,主要有两组:一组宽度1～3cm,倾向330°,倾角55°～60°;另一组宽度1cm以下,右行展布,倾向南西,倾角60°～70°。东盘影响带宽1～2m,西盘影响带宽5～10m;破碎带中发育密集节理,主要有两组,产状分别为105°∠70°～80°、190°∠50°～60°,大卧嘎村希望小学操场南东侧山坡陡崖下人工开挖的探槽对该断裂性状揭露较为清楚(图1)。地形东为陡崖,局部为负地形,西为较平缓的斜坡,坡角15°～30°,局部40°以上。东盘地层为震旦系灯影组白云质灰岩,倾向22°,倾角20°。西盘地层为三叠系白果湾组砂砾岩、泥岩,倾向12°,倾角11°～18°。断层带总宽30m,由碎粒岩、碎粉岩、角砾岩、影响带组成;陡崖上震旦系地层中可见有后期摩擦镜面,沿断层带岩溶发育。1.2构造岩的组成本段长8.5km,地貌上表现为槽状地形和陡坡(或者陡壁);断层走向15°,倾向105°,倾角55°～60°。构造岩以碎裂岩、挤压劈理带为主,挤压带中发育的短小密集节理将岩体切割成菱形碎块,块径一般0.1～0.15m,在阿巧东冲沟局部露头较好(金沙江江边)的陡岸坡上见灰、浅灰色碎粒岩和碎粉岩,宽0.1～0.35m,呈透镜体状。在阿巧南东的大坪地,地形受金沙江和两条支流冲沟下切,形成三面临空的凸岸,其断层构造岩在重力作用下沿断层面发生崩塌和小型滑坡。1.3过克氏山断面断状该段长37km,地貌上表现为槽状地形。断裂带走向45°,倾向135°,倾角21°。在马鹿塘至普福的简易公路边,断层露头较好(图2),穿过垭口,地形东西为沟谷,纵向坡角25°以上。断距逐渐变小,此处断层面呈波状,走向348°,倾向78°,倾角52°,东盘地层为二叠系上统玄武岩;西盘地层为三叠纪砂岩、泥岩,倾向90°,倾角20°。断层带总宽14m,由断层泥、碎粒岩、碎粉岩、角砾岩、劈理带组成;沿断层发育溶蚀凹地和线性“V”型谷。向南断层尖灭于侏罗系紫红色砂、泥岩中,在马鹿塘至撒营盘沿途公路边坡上可见中生界砂、泥岩地层产状呈直立状,马鹿塘断层在团街一带逐渐消失。2活动功能2.1构造特征分析马鹿塘断层规模较大,地表、地下延伸均有一定的规模,且经历了多期构造变动。虽然各期次构造活动在整个断裂带均有表现,但在各地段每期活动以及同一地段各次活动性质均有差异,江边一带最为明显。断层面平直,断面上有15cm×30cm的透镜体和挤压面理,透镜体的产状与断层面产状近于一致。角砾磨圆度好,胶结较紧密。在断层的上盘可见到牵引现象和微波状斜擦痕,显示断层西盘下降,东盘上升,表现为强烈挤压逆冲,而且还伴随较大规模的左行平移错动。在断层角砾岩的西侧中上部可见紫红色的砂岩被逆冲错断的现象,断距不大;砂岩下部为三叠系的砂岩,在西端三叠系砂岩中有一小断层,整个断裂带宽5m左右,产状60°∠75°,角砾0.2～0.5m,大小不一;由一系列小构造特征可推断,断层早期为挤压性质,断层表现为逆断层,同时伴有左行平移错动,且活动性较强,造成地层缺失;晚期主要表现为张性正断性质,造成早期构造岩破碎和张性结构面,但本期活动相对较弱。2.2角砾的显微构造马鹿塘断裂会东县白滩东侧出露点,构造岩手标本总体呈灰色,可见角砾岩结构,其中角砾为灰色,角砾间为白色方解石脉,标本表面可见一层方解石脉。显微镜下观察,岩石具有断层角砾岩结构,角砾主要是不同粒度的火山岩,有的粒度很细,有的粒度较粗,显示出玄武岩结构,但其中的辉石强烈蚀变。有少量角砾为粉砂岩、变质砂岩。在手标本上看到的角砾之间的方解石脉和方解石团块,在显微镜下观测发现,其中不只是方解石晶粒,还有一些褐色的菱铁矿(FeCO3)晶粒集合体,菱铁矿在火山岩角砾周围形成一个包围圈的现象。在手标本表面的方解石脉实际上可分为粗粒和细粒两期,它们都显示了较强的变形,粗粒的方解石双晶化程度较强,晶粒形态未发生变化;细粒的方解石双晶化程度较粗粒的方解石弱,但应当是经历了剪切作用,靠近边界处晶粒拉长明显,晶粒的长轴与脉体延长方向平行。两期脉的关系不明确,但根据变形情况,细粒脉可能是早期的。因此,根据已有的显微资料判断,马鹿塘断裂经历了三期构造活动,构造角砾岩发育且在构造薄弱位置充填菱铁矿团块和方解石团块或把角砾包围等,说明早期活动以逆冲运动为主,而且活动强烈。方解石脉发育且晶粒的长轴与脉体延长方向平行,说明后期以张性活动为主,虽说有两期方解石脉,根据晶形判断,粒细、结晶差的方解石脉属稍早一期,在早期挤压运动之后即发生,结晶环境差,同时有水平运动,造成方解石脉的牵引剪切现象。最晚一期的方解石脉结晶环境相对较好,晶形好。3断层泥的热释光与变形特征此断裂沿线发育小型溶蚀凹地和线性“V”型谷,并见有基岩陡崖控制金沙江T4以上阶地的分布,即金沙江T4以上阶地均分布在断裂的西盘,而T3级(含T3级)以下的阶地则未受断裂控制和切割。据区内阶地年龄研究资料,金沙江T4阶地为中更新世阶地,由此可推知马鹿塘断裂控制金沙江中更新世阶地的堆积,而中更新世中期以来,断裂已不再控制阶地的发育,也未切割T1～T3阶地。在禄劝县大凹嘎村东侧陡崖下断层露头处取断层泥样品进行年龄测定,其热释光(TL)年龄为(19.1±0.96)×104a,为中更新世晚期。断层泥中石英显微刻蚀形貌特征(SEM),反映出断层快速运动形成的撞击和楔入现象,石英碎砾表面主要以桔皮状、深桔皮状刻蚀结构为主,次有苔藓状刻蚀结构、鱼鳞状刻石结构等。有的石英碎砾发育有破裂纹,但并不贯穿整个颗粒,此种现象系断层缓慢运动所致。由此判断马鹿塘断层经历的活动方式为粘滑和稳滑运动,断层活动期为N2晚期～Q2早期。4地震活动分析4.1断层周边地震自从1965年有仪测地震活动以来,3.0～3.9级地震50次,4.0～4.9级地震2次,5.2级地震1次。这些地震主要分布在倮佐断裂、马店断裂、普渡河断裂带上,呈明显带状分布。马鹿塘断层附近的地震则无带状分布特征,有的就在断层上,有的则离断层很远,地震分布稀疏且震级低,震级都在3.0级左右,震中位置基本上在有岩溶的地段,砂岩、泥岩、页岩在区地震分布极少。从地震震级和宏观位置分析判断,地震的成因有可能与岩溶塌陷有关。4.2马鹿塘周边构造环境及现场调查马鹿塘断层位于德干断层带以西2～4km,沿该断层地震活动稀少,2～3级地震仅6次,其中2次发生在中生界红层内,其余都发生在岩溶发育的古生界地层内,据实地调查震中位置附近都有漏斗状岩溶塌陷坑分布,坑口直径大者16m,小者也有2～3m。沿断层无大于3级地震发生,表明这些小地震是塌陷地震,并非马鹿塘断层活动的构造地震。1893年4月在禄劝县马鹿塘附近发生过一次5级地震,震倒房屋七(八)间,震中烈度6度,震中位于马鹿塘断层和一条北西向的断层交汇处,距拟建的金沙江乌东德水电站坝址22km,据研究与南北向构造带相交的北西向断层为发震构造。访问马鹿塘周围的居民得知,马鹿塘原来没有这么大,也没有现在这么深,地陷后山垭口南边还留下一个几丈高的斜面,距现在有百十来年了,后来修公路挖掉了。现场调查与访问的情况基本一致,长约3km,宽100～300m的洼地,南高北低,最低处与现在地形高程相差约50m,从塌陷洞内的架空块石上的层理、溶沟及溶槽判断,架空块石经过多次翻滚。笔者2007年3月份沿断层调查时,长满青稞的古岩溶塌陷洼地没有新岩溶塌陷,5月份再次调查时,沿北西西向断层呈线状分布3个直径6～12m的新塌陷坑,可见深2～4m,未成熟的青稞在坑内东倒西歪。据当地群众介绍,此低洼处即为马鹿塘1893年地震的部位,在马鹿塘断层露头的西边2km,而马鹿塘断层倾向东,表明了宏观分析的地震与北西向断层带有关,或与岩溶塌陷地震有关。5马鹿塘断层微震特征(1)马鹿塘断裂形成于华力西—印支期,主要发育于震旦系灯影组与三叠系白果湾组、前震旦系天宝山组及寒武系筇竹寺组交界处或寒武系筇竹寺组与二叠系益门组交界处,部分断裂地区发育于前震旦系天宝山组地层中,其显著的特征是断层上盘以碳酸岩为主,岩溶十分发育,下盘则以三叠系碎屑岩类为主。(2)构造岩均以脆性变形所产生的碎裂岩系,未见糜棱岩等韧性变形产物,构造岩一般胶结较好。构造岩微观鉴定表明:一般可见2期方解石脉,其中早期方解石脉多为细粒,扭折、剪切、边缘拉长等变形现象明显,而晚期方解石脉则晶粒较粗,晶形完整,无变形现象。表明断层活动由强变弱。(3)马鹿塘断裂活动年代为上新世晚期—中更新世(N2～Q2),最新早更新世晚或中更新晚期有过活动,