龙门山断裂带位于青藏高原东缘,属中国大陆南北地震带中段,是松潘—甘孜褶皱带与扬子板块的分界线。与龙门山断裂带斜交或垂直的横断层是客观存在的构造现象,众多学者已从不同角度对龙门山断裂带及其横断层进行了研究,并取得了大量的研究成果,龚宇等(1995),何玉林等(1997),张世民等(2005),陈国光等(2007)以及张岳桥等(2008)研究了抚边河断裂、荥经—马边断裂、米亚罗断裂等区域性的北西向断裂; 徐锡伟等(2008),陈九辉等(2009),王鹏等(2013),闫亮等(2009)及谭锡斌等(2010)在汶川地震后通过研究发现了北西向的小鱼洞断裂和近南北向的擂鼓断裂; 魏成阶等(2012)通过遥感解译论述了北西向横断层基本特征; 王伟锋等(2014)利用北西向横断层对龙门山断裂带进行了分段研究。但比较系统讨论龙门山断裂带横断层地质特征的研究较少,横断层对龙门山主断裂发震的影响和控震作用方面的研究更少。汶川地震和芦山地震发生后引起的一些现象,至今没有令人信服的解释,如汶川地震主震发生后余震为何不向南西方向传播,而是戛然终止在卧龙—怀远一线; 为何余震向北东呈分段脉动式传播,又在白龙江一线终止; 为何沿汶川—理县一带余震分布长达约80 km; 芦山地震余震为何稍微有向南传播的趋势,两次地震之间的余震空白段(高原等,2013)又是怎样形成的?横断层的存在及其同震活动可以很好的解释这些疑问。因此,亟需开展对龙门山断裂带横断层特征、形成机制和控震作用等方面的研究。

根据区域地质资料和前人研究成果分析,龙门山断裂带横断层主要有近SN、近EW和NW向三组,如金坪断裂、天全—荥经断裂、小金断裂、卧龙—怀远断裂、小鱼洞断裂、清平断裂、虎牙断裂南段、南坝断裂、白龙江断裂等为NW向组横断层,雪山梁子断裂为近EW向组横断层,岷江断裂为近NS向组横断层(图1)。目前来看,这些横断层主要分布在龙门山后山断裂以西地区。这些横断层卫星影像清晰,均为长而平直的线性影像,一般横切其它线性构造,如虎牙断裂南段北川以西部分横切北东向山脊,并使南侧山脊发生逆时针转向,显示左行走滑特征。由于这些横断层是活动断层,对现今地貌和水系分布具有决定性控制作用。地貌上,横断层经过处均为大型山谷,坡陡谷深,是滑坡泥石流多发区; 由于横断层长期活动破碎带易于水流侵蚀,多控制了大型江河的流向,如岷江、大渡河等。另外,根据遥感影像和地貌特征分析横切龙门山主逆冲断裂带的沟谷与流入四川盆地的河流,如白龙江、绵远河、湔江、西江河等,不仅两侧的山脊、沟谷被切断,而且遥感影像上线性构造特征明显,可以解译为北西向横断层。沿龙门山断裂带走向,大致间隔50 km便发育一条横断层,共解译9条(图1),大致呈等间距、近平行分布,规律性明显。

F₁:鲜水河断裂带; F₂:抚边河断裂; F₃:米亚罗断裂; F₄:岷江断裂; F₅:虎牙断裂; F₆:文县断裂; F₇:龙日坝断裂带;

F₈:东昆仑断裂带; F₉:金坪断裂; F₁₀:天全—荥经断裂; F₁₁:小金断裂; F₁₂:卧龙—怀远断裂; F₁₃:小鱼洞断裂;

F₁₄:清平断裂; F₁₅:虎牙断裂南段; F₁₆:南坝断裂; F₁₇:白龙江断裂; F₁₈:龙门山后山断裂带;

F₁₉:龙门山中央断裂带; F₂₀:龙门山山前断裂带; F₂₁:雪山梁子断裂

图1 龙门山地区地貌水系与断裂解译图
Fig.1 Geomorphology and drainage system and fault interpretation in the Longmenshan area

龙门山断裂带横断层具有明显的深部地球物理分界特征(图2)。前人曾根据布格重力异常、深部磁异常、大地电磁测深等资料,标定过龙门山地区的一些北西向的分区断层,它们与地表横断层有很好的对应关系,表明一部分横断层为先存的深断裂。

(1)布格重力异常:龚宇等(1995)认为在马尔康至理县存在一条明显的北西向布格重力异常扭曲带,并将该异常扭曲带展布范围与抚边河谷的展布范围相重叠后推测出了抚边河断裂的存在。

(2)深部磁异常:龙门山中北段深部磁异常分段性明显(宋鸿彪,刘树根,1991)(图2a红色线段),这些界线是深部横断层的影响所致。

(3)地震层析成像:松潘—甘孜地块东南部的中下地壳存在大面积分布的S波低速区,其速度为2.75～3.15 km/s,与此相应的地壳平均泊松比高达0.29～0.31,表明了其相对软弱并容易变形的地壳性质。高低速区分界清晰(图2b中黑色线段),分界线有北东向、北西向和近南北向三组。其中,北西向的分界线应为北西向横断层的深部反映。

(4)大地电磁异常:徐权辉(2009)根据一维和二维的超长周期大地电磁反演结果,认为沿龙门山走向地下地质体电阻具有明显的分段特征(图2c中红色三角),分段界线对应地表横断层。

根据历史和现今地震分布(闻学泽等,2009)分析,龙门山断裂带横断层具有独立发震、使龙门山主断裂带分段活动及分段发震、与主逆冲断裂联合发震、在主震发生后控制余震传播和引发余震等控震作用:

(1)横断层是独立发震断层。历史和现今地震活动表明横断层是控震断裂,例如抚边河断裂、米亚罗断裂和虎牙断裂等历史上都曾多次发生地震,如发生在抚边河断裂附近的1989年小金6.6级地震、虎牙断裂带上的1976年松潘—平武7.2级地震等。

(2)横断层使龙门山主断裂带分段活动、分段发震。横断层使龙门山断裂带整体性遭到破坏,

被主要分割成3段10小段(图5),各段或小段可以独立活动并发震,也可以多个小段一起活动地震。汶川地震是区域性卧龙—怀远横断层与白龙江横断层之间的块体逆冲引起,其中的小鱼洞、清平、虎牙、南坝横断层同震走滑活动引发余震; 芦山地震则是小金和天全—荥经横断层之间的块体独立活动发震。两次地震之间存在的余震分布空白段,表明卧龙—怀远断裂和小金断裂之间的小段在两次地震时均未活动(图6)。

(3)横断层能与龙门山主断裂带联合发震和控制余震传播。汶川和芦山两次强震都是发震地块沿南北两侧的横断层像抽屉一样向南东突然推出而引起。尤其是卧龙—怀远横断层起始右行走滑与龙门山主断裂开始逆冲活动同步发生,而且两者的交汇部位引起了巨大的应力集中从而引发强烈地震。汶川主震发生以后,发震地块内的小鱼洞、清平、虎牙、南坝横断层所分割的5个断块像被压下的“琴键”一样自南向北顺序抬起,因而,余震呈分段脉动式向北东方向传播; 芦山地震是小金横断层左行走滑与山前隐伏断裂逆冲活动引起,随后,天全—荥经横断层发生右行走滑,因此余震向南传播而且余震主要分布在小金和天全—荥经横断层之间的区域内(图7)。因此,两次地震发震机制相同,但发震主断裂不同,余震

F₁:鲜水河断裂带; F₂:抚边河断裂; F₃:米亚罗断裂; F₄:岷江断裂; F₅:虎牙断裂; F₆:文县断裂; F₇:龙日坝断裂带;

F₈:东昆仑断裂带; F₉:金坪断裂; F₁₀:天全—荥经断裂; F₁₁:小金断裂; F₁₂:卧龙—怀远断裂; F₁₃:小鱼洞断裂;

F₁₄:清平断裂; F₁₅:虎牙断裂南段; F₁₆:南坝断裂; F₁₇:白龙江断裂; F₁₈:龙门山后山断裂带;

F₁₉:龙门山中央断裂带; F₂₀:龙门山山前断裂带; F₂₁:雪山梁子断裂; I～X为10个小段

图5 青藏高原东缘断裂构造简图
Fig.5 The sketch map of fault and tectonic at the eastern margin of the Tibetan Plateau

图6 汶川地震与芦山地震发震机制综合示意图
(a)汶川地震与芦山地震构造背景;(b)汶川地震与芦山地震发震机制地表示意图;(c)汶川地震发震机制
剖面示意图(改自滕吉文等,2008);(d)芦山地震发震机制剖面示意图(改自滕吉文等,2008)
Fig.6 The comprehensive schematic diagram of seismogenic mechanism of Wenchuan MS8.0 earthquake and Lushan MS7.0 earthquake (a)the seismic tectonic background of Wenchuan MS8.0 earthquake and Lushan MS7.0 earthquake;(b)the surface sketch map of seismogenic mechanism of Wenchuan MS8.0 earthquake and Lushan MS7.0 earthquake;(c)the section diagram of Wenchuan MS8.0 earthquake' seismogenic mechanism(modified based on Teng et al.,2008);(d)the section diagram of Lushan MS7.0 earthquake' seismogenic mechanism(modified based on Teng et al.,2008)

图7 汶川地震与芦山地震及其余震序列(余震定位数据来自高原等(2013))
Fig.7 Location of Wenchuan MS 8.0 earthquake and Lushan MS 7.0 earthquake and their aftershock sequence (the aftershock location data is from Gao et al.,2013)

传播方向不同,因而相互独立,芦山地震不是汶川地震的余震。

本文综合利用区域地质、构造、遥感地貌、地球物理、野外露头等多方面的证据,标定出了龙门山断裂带的横断层,在此基础上探讨了龙门山断裂带横断层的控震作用:

(1)沿龙门山断裂带展布的横断层主要有NW向、近EW向和近NS向三组,与龙门山断裂带正交或斜交,分区域性和局部性两类。

(2)综合分析历史地震分布及汶川、芦山地震的主余震分布后,发现龙门山断裂带横断层具有独立发震、使龙门山主断裂带分段活动及分段发震、与主逆冲断裂联合发震、在主震发生后控制余震传播和引发余震等多种方式的控震作用。