德钦—中甸断裂位于青藏高原东南缘,为川滇菱形块体西南边界的组成断裂之一,对高原物质的南东向挤出具有重要的调节作用(张涛,2020; 常祖峰等,2014; 吴富峣等,2019a; 张家声等,2003; Zhong,Ding,1996; 陈文寄等,1992)。该断裂北端与金沙江断裂和澜沧江断裂汇合,向南延伸与中甸—大具断裂相连。根据断裂的几何结构及活动性差异,可大致分为北西、中、南东3段,即德钦—奔子栏段、奔子栏—尼西段和尼西—中甸段(吴富峣等,2019b)。新建滇藏高速铁路初步设计路线经过德钦—中甸断裂,因此铁路地质选线及其沿线附近人口稠密地区的大地震危险性评价等所涉及的德钦—中甸断裂活动性研究迫在眉睫。了解该断裂的活动性质及活动时代等不仅可以为青藏高原构造演化提供基础资料,同时对断裂沿线重大工程建设未来地震危险性评价等也具有重要意义。

德钦—中甸断裂发育于高山峡谷地带,沿途或植被茂密,或深沟峡谷,外加人为改造,导致断裂沿线第四系相对不发育,给该断裂的晚第四纪活动性研究造成了极大的困难。前人对德钦—中甸—大具断裂带及其分支断裂的活动时代开展过系列研究,如常祖峰等(2014)在奔子栏附近的通对水及中甸盆地东南缘等地、杨彬和姚文文(2018)在尼西盆地和奔子栏金沙江阶地、李光涛等(2019)在南东段中甸—大具断裂的马家村—大具及大具—大东分别找到了德钦—中甸断裂全新世活动的地质证据。程理等(2020)在大具发现了中甸—大具断裂的地震地表破裂带。然而,德钦—中甸断裂北西段德钦—奔子栏段,全新世是否有过活动,迄今未见相关报道。鉴于此,本文通过高分辨率遥感影像识别,结合野外断层剖面和断错地貌调查与研究,在德钦县城西北约3 km的贡卡湖槽谷内开挖了一个大型探槽,进行了古地震研究及样品¹⁴C年代学分析。

德钦—中甸断裂位于滇西北地区,与中甸—大具断裂一起构成了德钦—中甸—大具断裂,是川滇菱形块体西南边缘的一条重要边界走滑断裂(常祖峰等,2014; 张家声等,2003)。该断裂起于德钦热水塘附近,而后由北西向南东经由德钦、奔子栏、尼西、中甸等地至小中甸附近,走向310°～330°,长度超过100 km(常祖峰等,2014; 吴富峣等,2019a; 杨彬,姚文文,2018)(图1),是全新世以来活动的断裂带(常祖峰等,2014; 王宇玺,宫悦,2021; 程理等,2020; 王明明等,2017; 王佳龙等,2018; 李光涛等,2019; 陈君贤等,2021)。从几何形态的宏观平面展布上来看,在遥感影像上,德钦—中甸断裂线性特征显著。该断裂晚第四纪构造活动特征明显,沿线发育断层槽谷、冲沟位错和线性山脊等断错地貌(常祖峰等,2014; 吴富峣等,2019b),对第四纪盆地具有显著的控制作用,沿线发育奔子栏、尼西、中甸等串珠状第四纪盆地(常祖峰,2015)。北西段沿线多为基岩山区,第四系分布稀少; 中段和南段沿线盆地边缘出露第四系(杨彬,姚文文,2018)。

德钦—中甸断裂第四纪以来的滑动速率尚存在较大争议。Armijo等(1989)给出的右旋滑动速率约为4～6 mm/a; 沈军等(2003)认为是(5±1)mm/a; 基于GPS观测数据的反演结果表明,德钦—中甸断裂不同段落的滑动速率差异显著,中甸以北约为(0.4±1.0)mm/a,中甸以南约为(1.5±0.9)mm/a(程佳,2008)。常祖峰等(2014)依据阶地形成年龄和位错量估算得到中甸—大具断裂分支断裂全新世以来的水平右旋滑动速率为1.7～2.0 mm/a,垂直滑动速率为0.6～0.7 mm/a。

德钦—中甸断裂发生过1961年中甸5.0级、6.0级地震,1966年中甸5.2级地震,1993年中甸5.8级地震以及2013年奔子栏5.9级地震(图2),表明第四纪以来该断裂地震活动性较强,具备孕育强震的能力。该断裂上中强地震主要发生在中段和南东段,最近一次中强地震是2013年8月31日奔子栏5.9级地震。其北西段并无中强地震历史记录。然而,德钦附近2008年发生过一次3.0级地震,2019年9月1日又发生3.1级地震(图2)。

图1 研究区活动构造分布图(活动断裂据徐锡伟等,2016修改; 铁路拟建线路据张永双等,2009)
Fig.1 Active structures in the study area

图2 德钦—中甸断裂平面展布图
Fig.2 Distribution of the Deqin-Zhongdian Fault

德钦—中甸断裂沿线发育了冲沟(水系)位错等断错地貌。本文基于Google Earth影像等对断裂迹线及断错地貌进行初步识别,在此基础上进行野外地质地貌实地调查,选择典型断错地貌如水系位错等开展无人机航拍等详细解译工作,从而确定断裂的几何结构、空间展布及位错地貌分布特征。在断层迹线清楚的段落,选择典型断错地貌如断塞塘、线性断层槽谷等第四纪地层发育地段,结合断层剖面揭示的断层位置布设探槽。探槽开挖后,对探槽壁进行人工清理至平整后,进行网格分割,再使用数码相机对探槽壁进行连续的正射拍照,保证60%～80%的重叠率,最后使用PhotoScan软件对照片进行自动拼接,从而获得探槽剖面全貌正射照片,用于古地震事件解译。

古地震事件解译的标志主要有:地层的垂向错开、断层向上的逐渐尖灭、地层厚度变化、裂缝充填、角度不整合、砂土液化、崩积楔、褶皱等(刘静等,2021; Klinger et al,2015; Fumal et al,2002; Sieh,1978)。走滑断层古地震事件识别的主要标志有断层切盖关系:断错地层被更新地层覆盖; 平行断裂的张裂:如垂直于断裂开挖的探槽剖面上的竖向裂缝; 漏斗状充填楔:如崩积楔等构造楔; 地层变形不协调:不同地层单元沿断层面位移量的突然增加或降低或不同程度的弯曲变形等(冉勇康等,2012)。古地震事件的年代主要依据错断地层的沉积年龄及断层上覆未被错断地层的沉积年龄限定(胡宗凯等,2020)。古地震事件的限定方法,目前最有效的是¹⁴C测年(刘静等,2021)。根据探槽剖面解译的结果,尽量在被错断地层顶部及其上覆未被错断地层底部采集¹⁴C样品。本研究采集到的样品均为木炭屑,邮寄至美国BETA实验室进行测试,获得AMS-¹⁴C年龄测试结果。

关于德钦—中甸断裂的活动性质,前人的研究结果不尽相同。吴富峣等(2019b)认为以奔子栏为界,南东段具有正倾滑分量,北西段具有逆倾滑分量。瓦卡镇至推改村沿线近地表均表现为高角度逆冲性质,即奔子栏以南具逆冲分量(王明明等,2017)。德钦—中甸断裂新构造活动主要表现为右旋走滑兼正断(常祖峰等,2014; 杨捷等,2015; 杨彬,姚文文,2018)。2013年香格里拉—得荣震群序列重定位震源机制解反演结果揭示奔子栏附近断裂正断为主,走滑不明显(吴微微等,2015)。在德钦附近开挖的探槽剖面揭示,德钦—中甸断裂北西段的全新世活动具有正倾滑分量。另外,中国地震科学实验场大理中心给出的2019年德钦附近发生的3.1级地震的震源机制结果也显示为正倾滑特征(图2)。由此可见,德钦—中甸断裂的内部结构及其活动特征具有一定的复杂性,不同段落之间存在密切联系,还存在一定的差异,有待于进一步深入研究。

沿德钦—中甸断裂开展的地质地貌调查、探槽古地震及年代学分析,表明该断裂全新世活动。探槽剖面不仅揭露了德钦—中甸断裂断错全新世地层的证据,还揭露至少1次地震事件:事件E1发生在(1 140±30)—(1 010±30)a BP,事件E2可能发生在(570±30)—(410±30)a BP。历史记载中,未找到与这2次事件对应的历史地震事件,但不排除漏记的可能。因此,难以判定2次地震事件的强度及复发间隔,但根据李西等(2018)研究,能够产生地表破裂的地震震级不小于6.5级。

德钦—中甸断裂在(22.7±4.8)ka以来在奔子栏以北共发生了2次断错地表的强震事件,由此估算强震平均复发周期为(11.35±2.4)ka(吴富峣等,2019b)。德钦—中甸—大具断裂带马家村—大具段记录了3次古地震事件,发生年代分别为:4 910—45 a BP、7 000 a BP左右和32.93—19.96 ka BP,其南东段强震复发间隔至少大于1 000 a(程理等,2020)。探槽剖面揭示,德钦—中甸断裂北西段(1 140±30)—(1 010±30)a BP发育1次明确的地震事件E1,(570±30)—(410±30)a BP可能还发生了事件E2。可见,德钦—中甸断裂(1 140±30)a以来至少发生了1次强震事件。奔子栏镇东竹林寺往北至德钦县城一带地震离逝时间长,发生大地震的可能性不大(吴富峣等,2019b)。但本文研究表明,德钦—中甸断裂北西段活动造地貌发育,全新世有过强震活动,最新一次事件至少发生在(1 140±30)a BP之后。值得一提的是,据中国地震台网正式测定:2020年9月1日9时4分在云南迪庆州德钦县(28.51°N,98.88°E)发生3.1级地震,该地震震中位置位于贡卡湖北西侧线性槽谷附近,距本研究开挖的探槽不到2 km。此次小震的发生是否为该区地震活动增强的预示,还需进一步研究。

李光涛等(2019)和程理等(2019)相继报道大具一带发现了一条NW向延伸、右旋走滑为主的地震地表破裂带。李光涛等(2019)认为该地表破裂不排除为1996年丽江7.0级地震或1966年中甸6.4级地震造成的可能。程理等(2019)认为该地表破裂对应的地震事件可能不是1996年丽江7.0级地震,而是另一个独立的地震事件,可能发生在距今1 000 a前,震级至少为7.0级左右,其发震断裂可能为中甸—大具断裂,该断裂隶属于德钦—中甸—大具断裂。本文探槽剖面也揭示了1次明确的地震事件,与李光涛等(2019)和程理等(2019)报道的地震地表破裂带年龄相似,但是否有关联还有待进一步研究。

综上可以看出,区域上德钦—中甸—大具断裂各段均孕育过强震,是一条全新世活动断裂带,但各段活动性略有差异,北西分支德钦—中甸断裂强震复发周期似乎比南东段要短得多。尤其是德钦—中甸断裂北西段,假如事件E2真的存在,其发生年代与事件E1的间隔仅约500余年,且其离逝时间与强震间隔也已接近。据此推断德钦—中甸断裂北西段未来发生强震的危险性较高。滇藏铁路的德钦段在空间展布上与德钦—中甸断裂几乎平行,且距离很近,断裂未来地震活动必然会对滇藏铁路的安全运营产生影响。因此,在滇藏铁路未来建设及运营过程中,需要根据相关规范采取相应的抗震设防措施,并加强抗震设防管理及铁路地震灾害监测预警等工作。

本文通过对德钦—中甸断裂进行高分辨率遥感解译及地质地貌调查,结合断层地貌分析,在德钦县北侧山间,贡卡湖北西侧线性槽谷内开挖探槽,并进行精细的探槽剖面解译、古地震研究及地层年代学分析,初步取得以下研究结果:

(1)遥感影像解译及地质地貌调查结果发现,德钦—中甸断裂北西段发育线性槽谷地貌,水系位错等断错地貌、这些断错地貌显示,断裂呈右旋走滑特征; 沿线断层剖面显示,断裂晚第四纪活动明显;

(2)德钦县附近贡卡湖探槽剖面揭示,德钦—中甸断裂北西段断错了全新世地层,且垂向上具有正倾滑分量;

(3)贡卡湖探槽剖面揭示了至少1次地震事件,该事件发生在(1 140±30)—(1 010±30)a BP; 可能还存在另外一次地震事件,该事件可能发生在(570±30)—(410±30)a BP。这表明德钦—中甸断裂北西段全新世有过强震活动。