安徽淮南地區(qū)明龍山-上窯斷裂第四紀活動特征1

方良好 疏 鵬 路 碩 鄭穎平 林承灝

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安徽淮南地區(qū)明龍山-上窯斷裂第四紀活動特征1

方良好 疏 鵬 路 碩 鄭穎平 林承灝

（安徽省地震局，合肥 230031）

明龍山-上窯斷裂是一條逆走滑性質(zhì)的第四紀活動斷裂，長約68km，走向300°—315°。本文在衛(wèi)星影像解譯的基礎上，通過野外調(diào)查，確定了該斷裂的幾何展布和分段特征，初步將斷裂分為明龍山、上窯、鳳陽山3條次級斷裂段。通過對斷裂經(jīng)過處的采石場進行詳細追索，我們對典型斷層剖面進行了描述并采集了斷層泥ESR樣品，得到的測年結果為（243±24）ka和（126±15）ka，由于淮南地區(qū)是典型的中等強度地震活動區(qū)，斷層晚第四紀以來活動強度較弱，這些測年結果雖不能代表斷層最后一次微弱活動的時代，但可以確定斷層最后一次強烈活動時代為中更新世晚期至晚更新世早期。結合前人對1831年鳳臺S6?級地震極震區(qū)位置、等震線形態(tài)研究及本文對極震區(qū)附近斷裂展布和活動性的對比分析，我們認為明龍山-上窯斷裂為本次地震發(fā)震構造的可能性最大。

淮南地區(qū) 明龍山-上窯斷裂 1831年鳳臺6?級地震 發(fā)震構造

引言

明龍山-上窯斷裂是淮南煤田北緣規(guī)模較大的邊界斷裂（宋傳中等，2005），第四紀以來具有一定的活動性（姚大全等，2003；陳安國等，2010）。該斷裂所在的淮南地區(qū)歷史上曾發(fā)生1831年鳳臺東北6?級地震，此次地震是安徽省內(nèi)有記載以來震級最大的地震之一（沈小七等，2008；陳安國等，2010），震中烈度Ⅷ度，造成了“計家集（鳳臺東北）倒塌草瓦房屋300余間，壓死27人；該處毗連之山里集震塌房屋，壓死6人；平阿山（懷遠、鳳臺交界處，懷遠西南30km，現(xiàn)名為明龍山）裂開數(shù)十丈”的嚴重震害（國家地震局震害防御司，1995）。巨大的地震災害主要由地下斷層突然快速錯動所致（徐錫偉，2006），強震的發(fā)生往往與構造活動關系密切（張培震等，2013），因此探討本次地震的發(fā)震構造，并對其作出合理的構造解釋或提出合理的構造歸屬，對分析判定本區(qū)的地震活動性及未來地震危險性等均具有重要參考意義。本文在衛(wèi)星影像解譯基礎上，通過野外地質(zhì)調(diào)查，對明龍山-上窯斷裂第四紀最新活動的地貌特征及地質(zhì)證據(jù)進行了研究，結合近年來對公元1831年鳳臺S6?級地震的最新研究成果，探討本次地震可能的發(fā)震構造，為分析本地區(qū)的強震活動特征奠定基礎。

1 明龍山-上窯斷裂的構造背景及幾何分段特征

明龍山-上窯斷裂所在的淮南地區(qū)位于淮河中游，安徽省中北部，該區(qū)總體上為NWW向斷層和褶皺構造的發(fā)育區(qū)，即“淮南對沖式斷-褶構造帶”（宋傳中等，2005）?；茨蠈_式斷-褶構造帶是印支期華北板塊與揚子板塊碰撞造山的產(chǎn)物，是大別山北側薄皮推覆構造前鋒帶和外緣帶的主體。區(qū)內(nèi)發(fā)育了近東西向的潁上-定遠斷裂（F4）、阜陽-鳳臺斷裂（F3）、臨泉-劉府斷裂（F2）和NW—NWW向的明龍山-上窯斷裂（F1），這些斷裂經(jīng)過多期運動，構成了復雜的斷裂構造格局。其中，以潁上-定遠斷裂（F4）和阜陽-鳳臺斷裂（F3）為南、北邊界，組成了由南向北逆沖的“八公山-舜耕山推覆構造帶”；北部為明龍山-上窯斷裂（F1）和臨泉-劉府斷裂（F2）所夾持的“明龍山-上窯推覆構造帶”；中間為“淮南扇形復向斜帶”，是淮南煤田的主體（圖1）。

F1：明龍山-上窯斷裂；F2：臨泉-劉府斷裂；F3：阜陽-鳳臺斷裂；F4：潁上-定遠斷裂；F5：渦河斷裂

明龍山-上窯斷裂帶位于淮南對沖式斷-褶帶內(nèi)，根據(jù)衛(wèi)星影像解譯及野外地質(zhì)調(diào)查可知，斷裂沿NW—NWW向系列線性擠壓山體（明龍山、上窯、鳳陽山）西南緣斷續(xù)展布，全長約68km，為逆走滑斷層，走向300°—315°，傾向NE，傾角70°—85°。明龍山-上窯斷裂的幾何結構較為清晰，分段特征明顯，多條不連續(xù)的次級斷裂段呈雁列狀展布，可初步分為明龍山段（F1-1）、上窯段（F1-2）、鳳陽山段（F1-3）等西、中、東3條次級斷裂段（圖1（b）、圖2）。其中，明龍山段（F1-1）沿明龍山西南緣展布，北西端止于臨泉-劉府斷裂，往南東延至淮河北岸，走向300°左右，該段斷裂在明龍山附近線性特征較明顯，構成了山體與平原的界線（圖2）。上窯段（F1-2）沿上窯山西南緣展布，向南東止于武店鎮(zhèn)西南，走向300°—305°，該段斷裂衛(wèi)星影像較為清晰，是現(xiàn)代地貌的分界線，斷裂東北側為基巖山，西南側為淮河沖積平原（圖3）。鳳陽山段（F1-3）沿鳳陽山西南緣展布，西起武店鎮(zhèn)，向東止于潁上-定遠斷裂附近，走向315°左右，沿斷裂可見斷裂溝槽等構造地貌現(xiàn)象（圖4）。

圖2 明龍山-上窯斷裂影像圖

圖3 上窯段斷層地貌

2 斷裂活動的地質(zhì)剖面特征

第四紀以來構造活動強烈的地區(qū)，如中國西部地區(qū)，斷裂在地表的形跡明顯，其最新活動切穿了新地層，可以通過對斷層上覆地層以及被斷錯地層的年齡來限定其活動時代，但對于斷裂活動不甚強烈的地區(qū)上述方法很難發(fā)揮作用。本文研究的淮南地區(qū)地處華北與華南地震活動過渡帶，屬典型的中等強度地震活動區(qū)（張杰等，2005；劉東旺等，2008；姚大全等，2009），第四紀，尤其是晚第四紀以來斷裂活動不甚強烈，再加上研究區(qū)內(nèi)風化作用較強，人類活動改造跡象明顯，斷裂活動的地表形跡很難保存，往往只能通過采石場、路邊等基巖區(qū)的人工露頭來確定斷裂的形跡以及其活動性。由于很難找到斷裂第四紀剖面，只能通過基巖斷裂的斷層泥ESR測年來確定斷裂上一次活動距今的時間。

圖4 鳳陽山段斷層地貌

為了確定明龍山-上窯斷裂帶最后一次強烈活動的時間，我們對斷裂經(jīng)過的采石場進行了詳細的追索，發(fā)現(xiàn)了多個典型的斷層剖面，并采集了斷層泥ESR樣品，具體情況如下：

2.1 明龍山斷層剖面

該剖面位于明龍山汪街村一采石場內(nèi)（圖5，位置見圖1（b）中剖面Ⅰ），剖面內(nèi)可見寒武紀地層中發(fā)育有NW向斷層f1和近EW向斷層f2。其中f1發(fā)育在灰?guī)r內(nèi)，寬約0.3m，斷面較平直光滑，沿斷面發(fā)育約5mm厚的斷層泥，斷層泥較新鮮；f2發(fā)育在灰?guī)r和片巖之間，寬約0.7m，由斷層角礫及巖石粉末組成，膠結程度較低，呈松散狀。孫瑛杰等（1999）在對沂沭斷裂帶大水場剖面斷層泥的ESR年代學研究中發(fā)現(xiàn)，要想獲得斷層最后一次活動的ESR年齡，采樣時應盡量尋找較薄的斷層泥，且可確認斷層的最后一次活動通過該斷層面。因此，本次采集了沿f1斷面發(fā)育的厚約5mm的斷層泥ESR年齡樣品JH34-ESR-1，測年結果為（243±24）ka。

2.2 上窯斷層剖面

在上窯鎮(zhèn)老鴣山一帶，斷裂影像較清晰，斷裂沿基巖和谷地交界處分布，表現(xiàn)出明顯的線性特征，走向300°左右，地貌上形成不協(xié)調(diào)的反向陡崖，為斷層持續(xù)活動的結果（圖6）。在垂直斷裂走向開挖的大剖面中，見明龍山-上窯斷裂構成的元古代灰色厚層狀灰?guī)r與深灰色薄層狀灰?guī)r、砂巖之間的界線，斷層面連續(xù)清晰，沿斷面形成厚約3.5m的斷層破碎帶，破碎帶由巖石碎屑及粉末組成，膠結程度較低，呈松散狀（圖7，位置見圖1（b）中剖面Ⅱ）。

在上窯鎮(zhèn)光明村附近，斷層地貌清晰，表現(xiàn)為元古代灰?guī)r構成的線性特征較明顯的低山，在低山的西南緣一采石場揭露出的大剖面中，見走向300°左右的斷層破碎帶（圖8，位置見圖1（b）中剖面Ⅲ）。破碎帶寬約2.2m，紅褐色，由灰?guī)r碎塊及粉末組成，膠結程度較低，呈松散狀，沿斷面發(fā)育一層較薄的斷層泥，取該斷層泥ESR年齡樣品H81-ESR-1，測年結果為（126±15）ka。

圖5 明龍山汪街村附近斷層剖面

圖6 上窯鎮(zhèn)老鴣山附近斷層地貌

圖7 上窯鎮(zhèn)老鴣山附近斷層剖面

2.3 關于斷層最新活動時代的討論

通過斷層泥ESR測年方法測定斷層最后一次活動的時代一直廣受地質(zhì)界的關注（Ikeya等，1982；孫瑛杰等，1999；Skinner，2000；Fukuchi，2001；林敏等，2005；楊坤光等，2006）。研究認為，研究區(qū)的地震活動背景越強，斷層泥ESR測年結果越能代表斷裂最后一次活動的時代（王志才等，2002；俞維賢等，2004），但在地震背景較弱至中等強度地區(qū)，斷層泥ESR測年結果并不代表斷層最后一次活動時間，但可以用來研究斷裂晚新生代以來的強烈活動情況（Fukuchi，2001；姚琪等，2008）。

本次工作得到的斷層泥ESR測年結果分別為（243±24）ka和（126±15）ka，由于淮南地區(qū)是典型的中等強度地震活動區(qū)（張杰等，2005；劉東旺等，2008），晚第四紀以來斷層活動強度較弱，這些測年結果并不能代表斷層最后一次微弱活動時代，但可以確定斷層最后一次強烈活動時代為中更新世晚期至晚更新世早期。

另外，區(qū)域上在明龍山-上窯斷裂西北發(fā)育有NW向的渦河斷裂（圖1（b）中的F5）。前人研究表明，渦河斷裂是一條規(guī)模較大的斷裂，第四紀以來具有較強的活動性，其最新活動導致了1481年渦陽S6級地震和1525年亳州S5?級地震的發(fā)生（陸鏡元等，1992；姚大全等，2003；陳安國等，2009；方良好等，2015）。本文討論的明龍山-上窯斷裂和渦河斷裂是同一構造背景下的兩條走向相同的斷裂，其間垂直距離約20km，斷裂沿線均有6級左右地震發(fā)生，因此我們認為明龍山-上窯斷裂和渦河斷裂具有相似的第四紀活動特征。

綜合考慮測年結果及與區(qū)域內(nèi)的重要斷裂對比，我們推斷明龍山-上窯斷裂最新活動時代為中更新世晚期至晚更新世早期。

圖8 上窯鎮(zhèn)光明村附近斷層剖面

3 1831年鳳臺6?級地震發(fā)震構造分析

1831年鳳臺S6?級地震的極震區(qū)為包括明龍山在內(nèi)的一個長軸約4.5km的NW向橢圓區(qū)域，極震區(qū)烈度為Ⅷ度（陳安國等，2010），本次地震的極震區(qū)位于明龍山-上窯斷裂帶與臨泉-劉府斷裂帶的交匯部位（圖9），地震的發(fā)生可能與這兩條斷裂或其中之一的最新活動密切相關。

為了確定臨泉-劉府斷裂第四紀以來的活動情況，我們對該斷裂進行了調(diào)查。在鳳陽山北麓的朱家洼附近（位于研究區(qū)東部）一個建筑基坑揭露的剖面上（圖10，位置見圖1（b）中剖面Ⅵ），見該斷裂的4條斷層（f1—f4）切割了元古代石英砂巖、泥質(zhì)砂巖，斷層性質(zhì)皆為正斷層，斷層頂端被褐色砂礫石層（Q3dpl）覆蓋。沿各斷層面皆形成寬度不等的斷層破碎帶（f1寬約0.4m、f2寬0.3—1m、f3寬0.3—0.5m、f4寬約0.2mm），破碎帶之間的泥質(zhì)砂巖受斷層影響變成了尚有原巖結構的粗碎裂巖，沿f3還形成厚約1cm的斷層泥（圖11），取斷層泥ESR年齡樣品H10-ESR-1，測試結果為（585±95）ka。

圖9 1831年鳳臺MS 6?級地震極震區(qū)分布圖（據(jù)陳安國等（2010）修改）

圖10 鳳陽山北麓朱家洼附近臨泉-劉府斷裂斷層剖面

由測年結果可知，臨泉-劉府斷裂是一條中更新世早期活動斷裂。而前面的討論表明，明龍山-上窯斷裂為中更新世晚期至晚更新世早期斷裂，相比臨泉-劉府斷裂，明龍山-上窯斷裂具備發(fā)生6級左右地震的構造條件。從地理位置上分析，明龍山-上窯斷裂正好位于史料考證確定的1831年鳳臺地震的極震區(qū)內(nèi)，斷裂走向與極震區(qū)長軸方向一致，均為NW向，而臨泉-劉府斷裂走向為NWW—近EW。另外，皖北淮河流域地區(qū)的中強震一般都發(fā)生在NE、NW和近EW向斷裂的交匯部位，而NE、NW向斷裂是發(fā)震構造（張杰等，2004）。綜合分析，我們判斷明龍山—上窯斷裂為1831年鳳臺S6?級地震發(fā)震構造的可能性最大。

圖11 鳳陽山北麓朱家洼附近斷層剖面局部放大圖

4 結論

根據(jù)對明龍山-上窯斷裂帶的地質(zhì)地貌調(diào)查、年齡樣品及1831年鳳臺S6?級地震發(fā)震構造的分析，我們得到如下認識：

（1）明龍山-上窯斷裂沿NW—NWW向系列線性擠壓山體西南緣斷續(xù)展布，全長約68km，為逆走滑斷層，走向300°—315°，傾向NE，傾角70°—85°；按地表出露情況可將斷裂初步分為明龍山段、上窯段、鳳陽山段等西、中、東3條次級斷裂段。

（2）根據(jù)斷層泥ESR測年結果及與區(qū)域內(nèi)的重要斷裂進行對比，我們推斷明龍山-上窯斷裂為中更新世晚期至晚更新世早期斷裂。

（3）結合對1831年鳳臺S6?級地震極震區(qū)位置、形態(tài)及區(qū)域斷裂活動性的研究，我們認為明龍山-上窯斷裂為本次地震發(fā)震構造的可能性最大。

致謝：本文的野外工作是在中國地震局地質(zhì)研究所宋方敏研究員的指導下完成的，文中ESR樣品由中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學國家重點實驗室測定，在此一并感謝。

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Quaternary Active Features of Minglongshan-Shanyao Fault in Huainan Area of Anhui Province

Fang Lianghao, Shu Peng, Lu Shuo, Zheng Yingping and Lin Chenghao

(Earthquake Administration of Anhui Province, Hefei 230031, China)

Extending with a strike direction of 300°—315° and a total length of 68km, Minglongshan-Shangyao fault kept active in strike slip mode with thrust component since Quaternary. Based on interpretation of satellite images and detailed field investigation, we identified the spatial distribution and segmentations of the fault. This fault consists of three secondary faults, namely Minglongshan segment, Shangyao segment and Fengyangshan segment. Field geological survey at quarries along the fault was carried out including profile description and ESR samples collecting. Dating ages of ESR samples turn out to be (243±24) ka and (126±15) ka. As Huainan area is dominated by moderate earthquakes and faults in this area are not very active since late Quaternary, these dating results cannot be considered as the occurrence time of the most recent earthquake event. However, the most recent strong movement of this fault is dated back to late period of middle Pleistocene and late period of early Pleistocene. Combined with previous studies on location and delineation of magistoseismic area of the 1831S6? earthquake in Fengyang, we propose that Minglongshan-Shangyao fault is most likely to be the seismogenic structure for this earthquake based on detection and analysis of faults and activity around the magistoseismic area.

Huainan area; Minglongshan-shangyao fault; 1831S6? earthquake in Fengtai; Seismogenic structure

10.11899/zzfy20170303

安徽省地震科研青年基金（20160612）和“合肥市地震活斷層探測及地震危險性分析”項目聯(lián)合資助

2016-12-15

方良好，男，生于1984年。碩士，工程師。主要從事活動構造及其應用研究工作。E-mail：logfang@163.com