依蘭-伊通斷裂全新世活動的新發(fā)現(xiàn)及其意義

閔 偉 焦德成 周本剛 盛 儉 陳 濤

1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2)寧夏地震局，銀川 7500013)吉林省地震局，長春 130117

依蘭-伊通斷裂全新世活動的新發(fā)現(xiàn)及其意義

閔 偉1)焦德成2)周本剛1)盛 儉3)陳 濤1)

1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2)寧夏地震局，銀川 7500013)吉林省地震局，長春 130117

郯廬斷裂帶東北段依蘭-伊通斷裂歷史上沒有發(fā)生過6級以上地震，一般認為是第四紀早期活動斷裂，為中強地震發(fā)震構(gòu)造。通過高分辨率衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查，在該斷裂多個段落發(fā)現(xiàn)斷錯河流Ⅰ級階地等全新世地貌面、高1～2m的地表陡坎。其中，在通河縣附近的最新地表陡坎長約70km，舒蘭附近的最新地表陡坎長約10km。分別對黑龍江通河縣和吉林舒蘭縣的陡坎進行了探槽開挖，發(fā)現(xiàn)通河段斷層斷錯至近地表，被斷錯的最新地層年齡為距今(1730±40)a，舒蘭段斷層斷錯晚更新世地層，被距今(2360±40)a的黑色炭質(zhì)黏土覆蓋。這些資料表明依蘭-伊通斷裂至少部分段落為全新世以來的活動斷裂，并且發(fā)生過7級以上強震。因此，有必要對依蘭-伊通斷裂晚第四紀以來的活動特征開展詳細研究，以查明該斷裂的空間分布、最新活動時代、分段特征、大震重復(fù)間隔等，為評價未來地震危險性及地震區(qū)劃等提供依據(jù)，對東北地區(qū)的防震減災(zāi)具有重要意義。

依蘭-伊通斷裂 地表破裂 斷層陡坎 全新世

0 引言

郯廬斷裂帶是中國東部規(guī)模最大的斷裂帶(圖1)，1668年在濰坊—嘉山段郯城發(fā)生過中國東部最大的8?級地震。因此，大量的斷裂活動、古地震及第四紀構(gòu)造演化等方面的研究都集中在郯廬斷裂下遼河—萊州灣和濰坊—嘉山段(朱光等，2004;李西雙等，2010)。由于郯廬斷裂帶東北鶴崗—鐵嶺段依蘭-伊通斷裂歷史上沒有6級以上的地震記載，普遍認為晚更新世以來不活動，為中強地震發(fā)震構(gòu)造。因此，對該斷裂的少量研究多為利用遙感和DEM數(shù)據(jù)對依蘭-伊通斷裂幾何形態(tài)及結(jié)構(gòu)特征的分析(荊鳳，2006);以及利用東北地區(qū)歷史地震資料，分析依蘭-伊通斷裂中強震的活動習性(朱永，1999;鄭照福等，2006)，目前還未見關(guān)于該斷裂晚更新世以來活動特征的報道。然而，貫穿東北三省的依蘭-伊通斷裂是東北地區(qū)規(guī)模最大的斷裂，沿斷裂分布有吉林市、長春市、佳木斯市等許多人口密集、經(jīng)濟發(fā)達的市縣，正確認識依蘭-伊通斷裂的最新活動時代及未來強地震危險性，對東北地區(qū)的防震減災(zāi)具有重要意義。高分辨率衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在依蘭-伊通斷裂部分段落斷錯河流Ⅰ級階地，并形成高1～2m的地表陡坎。2010年10月，我們分別對黑龍江通河縣和吉林舒蘭縣的陡坎進行了探槽開挖，兩個探槽之間的直線距離200km以上，都揭露出斷層斷錯晚更新世—全新世地層，這說明至少依蘭-伊通斷裂部分段落是晚更新世以來的活動斷裂。

圖1 郯廬斷裂帶展布與地震活動(據(jù)鄧起東主編，2007修改)Fig.1 The distributions of historical earthquakes and Tanlu Faults

2011年3月11日，日本東北部沿太平洋俯沖帶發(fā)生9.0級特大地震并引發(fā)海嘯，給日本造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，并使日本最大的福島第一核電站產(chǎn)生核泄漏，造成嚴重的次生災(zāi)害。郯廬斷裂帶是西太平洋板塊沿日本島弧向歐亞大陸的斜向運動，在大陸邊緣形成的大型逆走滑斷裂，日本東北部太平洋俯沖帶9.0級特大地震的發(fā)生，更顯郯廬斷裂帶東北段依蘭-伊通斷裂晚第四紀以來活動性研究的緊迫性，研究成果對東北地區(qū)的防震減災(zāi)具有重要意義。本文將簡要介紹在依蘭-伊通斷裂上初步工作所獲得的成果和認識。

圖2 依蘭-伊通斷裂方正縣附近衛(wèi)星影像特征Fig.2 Satellite image showing the distribution of Yilan-Yitong Fault near Tonghe County.Googlearth截圖，箭頭所指為斷層陡坎

1 依蘭-伊通斷裂黑龍江通河段的地質(zhì)地貌表現(xiàn)

依蘭-伊通斷裂是郯廬斷裂帶的東北段(鶴崗—鐵嶺段)的組成部分 (圖1)，通河段由相互平行的東、西兩條斷裂組成，構(gòu)成一個寬約10～20km的地塹，兩條斷裂相距10km左右，呈NE向分別展布于松花江東、西兩側(cè)。衛(wèi)星影像上西支線性特征明顯，特別是通河縣附近，斷裂新活動形成的微地貌特征明顯，表現(xiàn)為一個高約1～2m的地貌陡坎，南從通河縣南張油坊村，北至通河清河鎮(zhèn)北，長約70km，斷錯晚更新世以來地層構(gòu)成的各種地貌面。圖2為方正縣附近局部衛(wèi)星影像特征，一系列長軸為NE向的小水泡沿陡坎斷續(xù)分布。而東支斷裂在衛(wèi)星影像上沒有發(fā)現(xiàn)新活動的微地貌顯示。

2 黑龍江通河段探槽開挖

在通河祥順鄉(xiāng)以南，地貌上有一個相向而傾、相距約1km的陡坎控制的地塹 (圖3)，烏拉渾河流經(jīng)該地塹，地塹內(nèi)為烏拉渾河低階地沉積物。西側(cè)陡坎在哈哈泡附近高約2m(圖3)，向北高度逐漸降低并消失，從哈哈泡向NE延伸約5km。東側(cè)陡坎在祥順鄉(xiāng)以南傾向NW，祥順鄉(xiāng)以北傾向SE，并延伸連續(xù)。

圖3 依蘭-伊通斷裂在通河縣南樓村附近控制的地塹及探槽TC位置Fig.3 Satellite image showing the graben and location of trench TC

垂直西側(cè)陡坎開挖1個探槽TC(圖3)，探槽主要揭露出1條主斷層，由2～3個斷層面組成寬約20～40cm左右的斷層帶，斷層傾向NW，傾角80°左右。圖4a為探槽SW壁斷層處照片，圖4b為探槽SW壁斷層處剖面，沿f1斷層斷至近地表，斷錯全新世層⑤黑色黏土，被厚約10cm的現(xiàn)代耕植土覆蓋，并沿斷層卷入近地表的黑色黏土。斷層f2斷錯晚更新世層⑥，被層⑤覆蓋。

圖4 祥順鄉(xiāng)南樓村探槽SW壁Fig.4 Southwestern wall of trench at Nanlou village.

圖5a為探槽NE壁斷層處照片，圖5b為探槽NE壁斷層處剖面，發(fā)育3條小斷層，與SW壁基本相同，沿f2和f3斷層斷至近地表，斷錯全新世層④黑色黏土，被厚約10cm的現(xiàn)代耕植土覆蓋，并沿斷層卷入層⑥棕黃色粉細砂。斷層f1斷錯晚更新世層⑤，被層④覆蓋。

在NE壁采集了5個14C樣品(圖5b)，經(jīng)貝塔實驗室(Beta Analytic Inc.)測試，其年齡分別為：NL-TC-14C-1為距今60左右，NL-TC-14C-2為距今(4710±40)a，NL-TC-14C-4為距今(29450±190)a，NL-TC-14C-5為距今(34300±250)a，NL-TC-14C-6 為距今(1730±40)a。由年齡樣品測試結(jié)果可以看出，斷層斷錯的最新地層年齡為距今(1730±40)a。

圖5 祥順鄉(xiāng)南樓村探槽NE壁Fig.5 Northeastern wall of trench at NanLou village.

3 吉林舒蘭段探槽開挖

圖6 依蘭-伊通斷裂吉林舒蘭段衛(wèi)星影像特征Fig.6 Satellite image showing the distribution of Yilan-Yitong Fault in Shulan County.Googlearth截圖，箭頭所指為斷層陡坎

圖7 斷層斷錯地貌面形成不同高度的斷層陡坎Fig.7 Fault scarps of varied heights formed from offset geomorphic surfaces due to faulting.

依蘭-伊通斷裂吉林段控制一系列新近紀斷陷盆地，盆地內(nèi)第四系不很發(fā)育，斷裂新活動地貌特征沒有黑龍江段明顯，經(jīng)對衛(wèi)星影像詳細解譯，在舒蘭西南側(cè)發(fā)現(xiàn)1個走向NE，影像特征不很清晰的地貌陡坎，陡坎長約10km，圖6為該陡坎的局部衛(wèi)星影像特征。經(jīng)野外現(xiàn)場調(diào)查，陡坎高約1～3m，斷錯不同高度的地貌面，Ⅰ級地貌面上的陡坎高1m左右，Ⅱ級地貌上的陡坎高2～3m(圖7)，Ⅱ級地貌面上的陡坎往往具有多個坡折，反映斷裂發(fā)生過多次快速錯動事件。垂直該陡坎開挖1個探槽TC(圖6)，探槽NE壁剖面如圖8所示，揭露出1條主要斷層f2，傾向NW，傾角70°，為高角度逆斷層，層⑤新近系灰綠色泥巖沿斷層f2逆沖于層④晚更新世砂黏土之上，頂部被一個楔型沉積的黑色亞黏土層覆蓋。在層②底部取1個樣品14C-1，經(jīng)貝塔實驗室測定，其年齡為距今(2360±40)a。根據(jù)陡坎地貌特征及覆蓋斷層的地層年齡判斷，該斷層全新世有過活動。

圖8 吉林舒蘭探槽剖面Fig.8 Cross-section of the trench at Shulan，Jilin Province.

4 結(jié)論與討論

依蘭-伊通斷裂長度超過600km，通過對部分段落的高分辨率衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查，在黑龍江通河和吉林舒蘭附近發(fā)現(xiàn)斷錯河流Ⅰ級階地等全新世地貌面、高1～2m的地表陡坎。其中，通河縣附近的最新地表陡坎長約70km，舒蘭附近的最新地表陡坎長約10km。在通河縣祥順鄉(xiāng)南樓村陡坎開挖的探槽揭露出1條由2～3個斷層面組成的寬約20～40cm的斷層帶，斷層傾向NW，傾角80°左右。斷層斷錯的最新地層為距今(1730±40)a，根據(jù)斷層陡坎的地貌特征推測它為距今(1730±40)a以來的1次7級以上地震的地表破裂帶。在吉林舒蘭垂直陡坎開挖的探槽揭示該斷裂至少晚更新世以來有過活動。

前人資料一般認為依蘭-伊通斷裂晚更新世以來不活動，為中強地震發(fā)震構(gòu)造。我們最近在黑龍江通河和吉林舒蘭的工作表明，依蘭-伊通斷裂部分段落為晚更新世—全新世活動斷裂，并且歷史上發(fā)生過7級以上強震。因此，有必要對依蘭-伊通斷裂進一步開展深入的工作，以確定活動段的分布范圍、最新破裂時代及大震重復(fù)間隔等，為東北地區(qū)未來地震危險性評價、地震區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。

致謝 野外工作期間得到謝富仁、陳國星、田勤儉、徐錫偉、冉勇康、何宏林、尹功明等專家的現(xiàn)場指導(dǎo)，在此深表感謝。

鄧起東主編.2007.中國活動構(gòu)造圖(1/400萬)［Z］.北京：地震出版社.

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THE SIGNIFICANCE OF DISCOVERY ON HOLOCENE ACTIVITY ON THE YILAN-YITONG FAULT IN NORTHEAST CHINA

MINWei1)JIAO De-cheng2)ZHOU Ben-gang1)SHENG Jian3)CHEN Tao1)
1)Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China

2)Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region，Yinchuan 750001，China

3)Earthquake Administration of Jilin Province，Changchun 130117，China

No earthquake greater than M6 has been documented on the Yilan-Yitong Fault，and no trace of activity since the late pleistocene has been seen either at the northeastern section of the famed Tanlu grand fault zone in eastern China.Thus this fault is recognized active in the early Quaternary and capable of generating moderate quakes.By analyzing high-resolution satellite images and field work，a 70km-long geomorphic scarp in Tonghe County of Heilongjiang Province and a 10km-long geomorphic scarp in Shulan County of Jilin Province were discovered.The scarps are 1 ～2m high and offset the young terraces.Subsequently，the trench at Tonghe County revealed fault displacement which almost reaches the surface.The uppermost stratum dislocated by the fault is dated to be 1730 ±40 years B.P.Analysis of geomorphic feature of the fault scarp and the trench profile suggests thatan M≥7 paleoearthquake occurred along the fault since 1730±40 B.P.The trench at Shulan County reveals the faulted late Pleistocene stratum covered by stratum dated to be 2360 ±40 years B.P.All these data suggest that some segments of Yilan-Yitong Fault are active since Holocene and M7 earthquake occurred.So，further detailed research will be necessary to determine the range of the latest activity of this fault，the time of the rupture and recurrence intervals ofmajor earthquakes.These data will be of great significance for earthquake zonation and assessment of seismic risk in this region.

Yilan-Yitong Fault，surface rupture，fault scarp，Holocene

P315.2

A

0253-4967(2011)01-0141-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.01.014

2011-03-08收稿，2011-03-14改回。

地震行業(yè)科研專項重大項目(200908001)資助。

閔偉，男，1964年生，1985年畢業(yè)于中山大學(xué)地質(zhì)系，1998年在中國地震局地質(zhì)研究所獲得博士學(xué)位，研究員，主要從事活動構(gòu)造及工程地震研究，電話：010-62009152，E-mail：dzs_min@yahoo.com.cn。