郯廬斷裂帶赤山段中晚更新世之交的史前地震遺跡

姚大全 湯有標 沈小七 陳安國 鄭海剛 趙 鵬 鄭穎平 李 光 肖偉鵬

(安徽省地震局，合肥 230031)

郯廬斷裂帶赤山段中晚更新世之交的史前地震遺跡

姚大全 湯有標 沈小七 陳安國 鄭海剛 趙 鵬 鄭穎平 李 光 肖偉鵬

(安徽省地震局，合肥 230031)

赤山地處安徽省泗縣東北部，為郯廬斷裂帶西支斷裂通過處。以往研究認為，郯廬斷裂帶赤山段第四紀以來有較為明顯的活動。此次在垂直于赤山段開挖的多個探槽中均揭露出史前地震遺跡(多期逆斷型崩積楔)，具體表現(xiàn)為斷層上盤磚紅色上白堊統(tǒng)砂巖或黃白色中更新統(tǒng)礫石層向東疊置于褐黃色中、上更新統(tǒng)黏土之上。在楔狀體根部均發(fā)現(xiàn)向NW陡傾的斷裂，陡立的斷面向上轉(zhuǎn)變?yōu)榫弮A的上翻垮落面。多條探槽揭示的斷裂點的連線總體呈NNE走向，斷裂通過處的上盤后緣大部分殘留了凸起地貌，部分EW向沖溝被斷裂右旋扭錯。多條探槽兩壁都一致顯示出從西向東的推擠垮塌痕跡。其中Tc1～Tc4表現(xiàn)為磚紅色砂巖(K2)逆沖垮落于黃褐色含鐵錳結(jié)核黏土(Q2p-3)之上，Tc5則表現(xiàn)為紅砂巖(K2)和黃白色礫石層(Q2p)逆沖垮塌于上述的黏土之上。在幾個探槽的逆斷型崩積楔上均揭示出此段曾有多次逆斷型崩積事件發(fā)生，個別探槽揭露楔體較少，可能與其所處的位置、揭露深度和剝蝕殘存的高度有關(guān)。對開挖探槽及光釋光測年結(jié)果的詳細分析初步得出，郯廬斷裂帶赤山段在中、晚更新世之交曾多次發(fā)生大規(guī)模逆斷型黏滑事件，即曾多次發(fā)生史前大地震。

郯廬斷裂帶 赤山 中晚更新世 史前地震

0 引言

活動斷裂最新錯動與地震事件的關(guān)系研究是一個重要的基礎(chǔ)問題。筆者以華北與華南活動地塊接壤地帶的江淮地區(qū)為主要研究區(qū)，選擇可能存在史前地震遺跡的斷裂帶的關(guān)鍵部位，開挖大型探槽，識別編錄史前地震事件痕跡，分析事件期次及其特性，結(jié)合樣品年代測定，回溯史前地震變形歷史。本文重點報道的是郯廬斷裂帶赤山段史前地震研究的新進展。

1 郯廬斷裂帶赤山段基本特征

位于安徽泗縣北東部的赤山，是突起于淮北平原之上并呈NNE向伸延的低緩丘崗，海拔40m左右，制高點牛王殿海拔為46.71m。赤山西側(cè)出露晚白堊世磚紅色砂巖，其上不均勻覆蓋了中更新統(tǒng)黃皮礫石層及更新地層;東側(cè)則廣泛分布黃褐色中、上更新統(tǒng)黏土和更新時代堆積。郯廬斷裂帶西界斷裂從赤山東坡通過(圖1)，構(gòu)成上述不同地層的分界。

郯廬斷裂帶赤山段在剖面上表現(xiàn)為逆斷性質(zhì)，它將斷裂西側(cè)的晚白堊世磚紅色砂巖逆沖于東側(cè)的中、晚更新世褐黃色黏土之上。局部形成斷層陡坎，這些陡坎斷斷續(xù)續(xù)，縱貫赤山，其連線與斷裂走向一致。在斷裂附近部分沖溝顯現(xiàn)右旋扭錯地貌(圖2)。

筆者1990年開挖的Tc9和Tc19探槽(位置見圖1)揭露出逆斷型崩積楔，表現(xiàn)為砂巖沿斷面上沖垮落在下盤黏土之上，形成楔狀體。據(jù)此初步分析郯廬斷裂帶在赤山區(qū)段曾發(fā)生史前地震事件(湯有標等，1990)。由于當(dāng)時限于人力、物力，挖掘的規(guī)模和深度有限，對變形事件是否完整被揭示，逆斷型崩積楔是否帶有普遍性，尚存在疑問。

不久前，課題組重返赤山，進行大規(guī)模機械挖掘，垂直于斷裂開挖了多條大型探槽，揭示出較為豐富的構(gòu)造變形現(xiàn)象，如存在多期逆斷型崩積楔，并采集了楔狀體上、下黏土測年樣品和斷錯物質(zhì)原態(tài)微觀分析樣。

圖1 a研究區(qū)位置;b赤山所在郯廬斷裂帶構(gòu)造略圖Fig.1 Tectonic sketch of the trough location，Chishan segment，Tancheng-Lujiang Fault zone.

2 探槽揭示的構(gòu)造變形現(xiàn)象及特征初析

2.1 Tc1探槽

探槽處于研究區(qū)段北端，長 12m、寬1.5m、深3.3m，走向276°。在探槽南壁掛網(wǎng)編錄。該探槽揭露出2個逆斷型崩積楔體，推測其形成過程系斷面西側(cè)的地層在地震力的作用下由西向東沿斷面突然上沖，沖過地表的物質(zhì)因重力作用垮落在下盤，構(gòu)成楔狀體堆積。類似過程間歇式重復(fù)發(fā)生，就構(gòu)成新的楔狀體堆積。

楔體由磚紅色破碎狀砂巖構(gòu)成。上楔體靠根部完整，向東斷續(xù)分布，反映垮塌滾落過程;楔體下部破碎砂巖中混入黏土，顯示上楔體在推覆垮落過程中在楔體根部產(chǎn)生擠壓混雜。根部斷裂產(chǎn)狀:275°∠60°(圖3)。經(jīng)釋光法年代測定，上、下楔覆蓋的土層樣年齡分別為(173.6±10.4)ka BP 和(185.2±11.1)ka BP。

圖2 赤山段斷裂構(gòu)造地貌Fig.2 Tectonic geomorphology of the fault at Chishan segment.

圖3 Tc1探槽南壁剖面(a)和底面結(jié)構(gòu)(b)圖Fig.3 Section(a)of the southern wall and floor(b)of the trench Tc1.

2.2 Tc2探槽

緊鄰1號探槽南側(cè)，斷裂通過處的沖溝被小幅度右旋扭折，且在近斷面處上沖一側(cè)出現(xiàn)隆起地形。探槽長 10.6m、寬1.5m、深5.7m，總體走向近EW，中間向北微凸。掛網(wǎng)編錄探槽北壁。揭露出2個楔體:上楔體為紫紅色、磚紅色破碎砂巖。下楔體則由磚紅色破碎砂巖構(gòu)成，其中上楔體規(guī)模較小，下楔體較大，推測該楔體所代表的事件強度大。根部斷裂在探槽西壁顯露，產(chǎn)狀:287°∠55°。

下楔體破碎砂巖中見鐵錳結(jié)核，可能是后期被黏土混染所致。楔體根部斷裂嵌入基巖(圖4)。上、下楔體覆蓋土層樣年齡測定值分別為(148.7±10.4)ka BP 和(190.1±15.2)ka BP。

圖4 Tc2探槽北壁照片(a)和剖面(b)Fig.4 Photo(a)and section(b)of the northern wall of the trench Tc2.

2.3 Tc3探槽

探槽開挖處近EW向沖溝受斷裂作用呈右旋扭折，斷面上呈凸起地貌。探槽長8m、寬1.5m、深6m，總體走向80°。探槽清晰地揭露出2個楔體，上楔體較為完整，剖面上呈根部稍厚向東逐漸尖滅的三角楔，非常典型。下楔體不太規(guī)則，砂巖上沖垮落堆積在黏土之上，其上又被黏土覆蓋，上沖斷面陡立。斷層產(chǎn)狀:280°∠72°(圖5)。上楔體覆蓋的土層樣年齡測定值為(117.7±7.14)ka BP。

圖5 Tc3探槽北壁剖面(a)和底面結(jié)構(gòu)(b)圖Fig.5 Section(a)of the northern wall and floor(b)of the trench Tc3.

2.4 Tc4探槽

該探槽開挖在砂巖與黏土接觸部位，地表因人工改造斷錯地貌不明顯。探槽長5m、寬1.5m、深4m，總體走向40°。在北壁掛網(wǎng)編錄。探槽壁揭示出豐富的變形現(xiàn)象:可識別出3期楔體，下楔體和上楔體主要由單一破碎砂巖組成;中楔體表現(xiàn)為砂巖和黏土混雜堆積，被上楔體穿切;根部斷面陡立，向上直接斷到地表淺部，推測系循老斷面產(chǎn)生的新活動痕跡，斷面產(chǎn)狀:275°∠74°，上楔體上及上、中、下楔體覆蓋的土層樣年齡測定值分別為(138.5±8.3)ka、(159.1±9.5)ka、(161.0±9.6)ka 和(177.7±10.6)ka BP(圖6)。

2.5 Tc5探槽

探槽位于EW向大路南側(cè)，因人工改造，斷錯地貌不明顯。探槽長11m、寬1.8m、深4.8m，總體走向近EW。掛網(wǎng)編錄北壁。探槽揭示2期楔體，上楔體中除礫石層外還有砂巖碎塊混雜其中，向遠離上沖垮落面方向延伸甚遠，上楔體以磚紅色砂巖為主，期次越晚巖石顏色越新。下楔體為中更新統(tǒng)礫石層，呈現(xiàn)典型的逆斷型三角楔(圖7)。

探槽西端砂巖和礫石層堆積組合與東側(cè)礫石層呈斷層接觸，接觸處向NW陡傾，接觸帶為厚約15cm的灰白色斷層泥，上覆現(xiàn)代堆積，向南礫石層中有一組近直立的細粒層，可能為斷層泥帶，此帶應(yīng)為主帶。上、下楔體覆蓋的土層樣年齡測定值分別為(118.7±8.3)ka和(147.3±8.8)ka BP。探槽西端見上翻帶根部斷裂，產(chǎn)狀:280°∠66°。

圖6 Tc4探槽北壁剖面(a)和底面(b)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Section(a)of the northern wall and floor(b)of the trench Tc4.

圖7 Tc5探槽北壁剖面(a)和底面(b)結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Section(a)of the northern wall and floor(b)of the trench Tc5.

3 主要發(fā)現(xiàn)和初步認識

本次工作的新進展可概括為以下幾個方面。

所有探槽揭露出的斷層點的連線總體呈NNE走向，大部分斷層點處殘留凸起地貌，部分EW向沖溝呈現(xiàn)右旋扭錯景觀。少數(shù)探槽如Tc1和Tc5在斷錯地貌上無明顯顯示，多數(shù)是人為改造所致。

所有探槽兩壁都一致表現(xiàn)為從西到東的推擠垮塌痕跡。其中Tc1-Tc4表現(xiàn)為磚紅色砂巖(K2)逆沖垮落于黃褐色含鐵錳結(jié)核黏土(Q2-3p)之上，Tc5則表現(xiàn)為紅砂巖(K2)和黃白色礫石層(Q2p)逆沖于Q2-3p黏土之上。

所有探槽內(nèi)均發(fā)現(xiàn)楔狀體根部存在向NW陡傾的逆斷裂，向上則逐漸過渡為緩傾的上沖垮落面，部分表現(xiàn)為多次上沖垮落面(疊置面)，即多期楔體和下伏地層接觸面。

所有探槽均揭示出逆斷型崩積楔，但期次不等，有1期，有2期的，如Tc1和Tc3，也有3期的，如Tc2，Tc4和Tc5，個別探槽揭露出的楔體較少可能與其所處的位置、揭露深度和剝蝕殘存的高度有關(guān)。

根據(jù)熱釋光年代測定值初步認為，赤山段在中、晚更新世之交曾發(fā)生多次逆沖垮塌事件，其年代值自新到老依次可歸納為以下幾組:(117.7±7.14)ka 和(118.7±8.3)ka BP;(138.5±8.3)ka、(147.3±8.8)ka 和(148.7±10.4)ka BP;(159.1± 9.5)ka、(161.0± 9.6)ka BP、(173.6±10.4)ka 和(177.7±10.6)ka BP;(185.2±11.1)ka BP;(190.1±15.2)ka BP。多數(shù)居于中、晚更新世之交，反映該斷裂段在這一時間段內(nèi)曾發(fā)生多次逆沖推覆式劇烈構(gòu)造變形。

現(xiàn)有對史前地震的研究認為，逆斷型崩積楔是史前地震的典型標志之一(丁國瑜，1982;Schwartz，et al.，1984;姚大全等，1993，2004;James，1996;Yeats，1996;冉勇康等，1999，2004;鄧起東等，2000)。依據(jù)探槽揭露的崩積楔規(guī)模，推測郯廬斷裂帶赤山段，在中、晚更新世之交曾多次發(fā)生大規(guī)模逆斷型黏滑事件，即曾多次發(fā)生史前大地震。有關(guān)斷錯物質(zhì)的定向微觀分析研究正在進行中。

應(yīng)當(dāng)說明的是，本文釋光樣品年齡測定值均＞100ka，考慮到這些樣品均取自同一地區(qū)類似地層，同層多點采集樣品的實測結(jié)果一致性較好，且不同層位采集的樣品測定值也與野外觀察到的上下與新老關(guān)系有較好吻合，因此認為樣品年代數(shù)值是客觀的。

致謝 承蒙合肥工業(yè)大學(xué)徐嘉煒教授指導(dǎo)，在此深表謝意!

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PREHISTORIC EARTHQUAKES IN CHISHAN SEGMENT OF TANCHENG-LUJIANG FAULT ZONE DURING MID-LATE PLEISTOCENE

YAO Da-quan TANG You-biao SHEN Xiao-qi CHEN An-guo ZHENG Hai-gang ZHAO Peng ZHENG Ying-ping LI Guang XIAO Wei-peng

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

Chishan is located in the northeastern Sixian county，Anhui Province.The western branch fault of Tangcheng-Lujiang Fault zone passes through this area.According to the previous researches，the Chishan segment of Tancheng-Lujiang Fault zone is obviously active since Quaternary.

Trenches excavated perpendicular to the Chishan segment of Thancheng-Lujiang Fault zone for this study have revealed many prehistoric earthquake remains—themulti-phase reverse faulting colluvialwedges，represented as thewestern brick-red sandstone of the late Cretaceous ormaize gravel stratum of themid Pleistocene of the hanging wall of the fault overlapping eastward themid-late Pleistocene brown clay.In the base of thewedges，steep NW-dipping faultswere found，and upward，the steep fault planes turned to gently dipping collapse planes.

As revealed by the trenches，the connection line of the breaking points strikes NNE in general，heaving landforms are preserved atmost part of the tailing edge of the hanging wall in the places the fault passes through，and some EW-trending gullies were offset by right-lateral faulting.Evidences of collapse under west-to-east extrusion are revealed unanimously in several trenches.Among them，Tc1-Tc4 show that the brick-red limestone(K2)overthrust and collapsed on the yellow-brown clay containing ferro-manganese nodules(Q2p-3);Tc5 reveals that the yellowish-white gravel(Q2p)and the limestone(K2)overthrust and collapsed on the aforementioned clay.

Reverse faulting colluvialwedges are found on both walls of each of the 8 trenches，but the number ofwedges revealed in different trenches is different:there is1 wedge in some trenches，and 2 wedges in Tc1 and Tc3，3 wedges in Tc2，Tc4 and Tc5，and in individual trenches，few wedges are revealed，thismay be related to the trench's location，depth and height of the remaining denudation.

From the analysis of the trenches and the thermoluminescence dating results，we can conclude preliminarily thatmultiple large-scale reverse faulting stick-slip events took place on the Chishan segment of the Tancheng-Lujiang Fault zone duringmid-late Pleistocene，that is to say，many pre-historic strong earthquakes occurred.

Tanlu Fault zone，Chishan，mid-late Pleistocene，pre-historic earthquake

P315.2

A

0253-4967(2012)01-0093-07

10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.009

2011-03-15收稿，2011-08-30改回。

地震行業(yè)科研專項(200808064)和安徽省科技攻關(guān)計劃項目(08010302204)共同資助。

姚大全，男，1956生，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，理學(xué)碩士，研究員，主要從事地震地質(zhì)、史前地震識別研究工作，電話:0551-5571484，E-mail:daquany@aheq.gov.cn。