依蘭-伊通斷裂方正段晚第四紀(jì)以來的構(gòu)造活動及其地貌表現(xiàn)1

疏 鵬1) 閔 偉1) 劉玉剛1) 余中元2)

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依蘭-伊通斷裂方正段晚第四紀(jì)以來的構(gòu)造活動及其地貌表現(xiàn)

疏 鵬閔 偉劉玉剛余中元

1）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 2）黑龍江省地震局，哈爾濱 150090

方正斷陷是位于依蘭-伊通斷裂中北部的一級負(fù)向構(gòu)造單元，依蘭-伊通斷裂構(gòu)成盆地邊界的控塹斷裂，在盆地中部發(fā)育走滑斷裂（伊漢通斷裂），與邊界斷裂一起構(gòu)成統(tǒng)一的斷裂系統(tǒng)。該中部斷裂的最新活動在地貌上具有明顯的表現(xiàn)，在衛(wèi)星影像上顯示出清晰的線性。筆者在高分辨率衛(wèi)星影像解譯的基礎(chǔ)上，通過野外地質(zhì)地貌觀察測量等手段，分析認(rèn)為此斷裂為一長期活動斷裂，普遍錯斷河流一級階地，并有連續(xù)的斷層陡坎展布，最新的活動時代為全新世，應(yīng)該曾發(fā)生過7級以上地表破裂型地震?，F(xiàn)今以右旋走滑運動為主，兼具垂向滑動分量，并且垂向上表現(xiàn)為樞紐斷層的運動特征。這些結(jié)果與前人認(rèn)為的依蘭-伊通斷裂晚第四紀(jì)以來活動性極弱，東北地區(qū)是我國構(gòu)造最穩(wěn)定的地區(qū)的結(jié)論似乎不甚相符。筆者認(rèn)為還需要更深入的工作，以分析該斷裂與盆地邊界斷裂的關(guān)系，并以科學(xué)的態(tài)度認(rèn)識依蘭-伊通斷裂活動特征，充分認(rèn)識其地震危險性。

依蘭-伊通斷裂 方正斷陷 伊漢通斷裂 地貌面 陡坎 位錯

引言

依蘭-伊通斷裂作為貫穿我國東部的巨型走滑斷裂系統(tǒng)——郯廬斷裂在我國東北地區(qū)的一個重要分支，現(xiàn)今已經(jīng)成為東北地區(qū)一條重要的地貌單元控制邊界和重要的地震帶。依蘭-伊通斷裂主要由兩條相向而傾的控塹斷裂組成，南起于沈陽，走向北東，沿途經(jīng)伊通、舒蘭、哈爾濱、佳木斯、鶴崗等地，直到俄羅斯境內(nèi)，全長800余公里，受一系列北西向斷裂切割，形成一個個相鄰的斷陷和斷?。▓D1）。然而，限于自然地理條件等因素，對依蘭-伊通斷裂的晚第四紀(jì)以來的活動特征尚缺乏足夠的認(rèn)識。前人對該斷裂的研究主要集中在利用遙感資料或DEM數(shù)據(jù)對其幾何形態(tài)的解讀（荊鳳等，2006）；通過歷史地震目錄及震源機制解對依蘭-伊通斷裂及整個東北地區(qū)的地震活動性分析，斷裂運動性質(zhì)及區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場的研究（鄭照福，2006；張鳳鳴等，2005；吳寶峰等，2012）；通過地質(zhì)地貌分析及斷層剖面觀察，對舒蘭-伊通段活動特征的研究（侯治華等，2009），以及在衛(wèi)星影像解譯和野外地質(zhì)地貌調(diào)查的基礎(chǔ)上，基于槽探技術(shù)揭示斷裂的最新活動特征（閔偉等，2011）。本文在依蘭-伊通斷裂方正段1/5萬地質(zhì)填圖的基礎(chǔ)上，通過高分辨率衛(wèi)星影像解譯并結(jié)合野外高精度實時差分GPS（RTK-GPS）測量數(shù)據(jù)，對依蘭-伊通斷裂方正段的最新活動段落的晚第四紀(jì)以來的構(gòu)造活動及地貌特征進(jìn)行初步的研究，旨在為該地區(qū)的強震危險性評估提供科學(xué)依據(jù)。

１ 區(qū)域背景

全長800余公里的依蘭-伊通斷裂帶控制著我國東北地區(qū)的地貌發(fā)育及地震活動（圖1）。小興安嶺、張廣才嶺、三江平原和松遼盆地沿斷裂呈四象限正負(fù)地形對稱分布，斷裂構(gòu)成了主要的盆山邊界。自有文字記載以來，沿斷裂曾發(fā)生過300余次中小地震。斷裂帶上發(fā)生過的最大地震為1960年舒蘭北5.8級地震和1963年6月中俄邊境蘿北地區(qū)5.8級地震。依蘭-伊通斷裂受一系列北西向次級斷裂的切割，形成一個個斷陷和斷隆，地震分布也呈現(xiàn)出明顯的空間不均勻性，反映了斷裂帶分段活動性。根據(jù)地震活動性，依蘭-伊通斷裂大致可以分為三段：沈陽-吉林段；吉林-依蘭段；依蘭-蘿北段（包括境外部分）。地震活動性呈現(xiàn)出明顯的中間弱，兩頭強的特征（葛榮峰等，2009）。

方正斷陷是依蘭-伊通斷裂中北部吉林-依蘭段的一級負(fù)向構(gòu)造單元，斷陷盆地邊界的控塹斷裂即為依蘭-伊通斷裂（圖2）。方正斷陷南接尚志斷隆，北鄰依蘭斷隆，為一新生代發(fā)育的斷陷盆地，現(xiàn)今地表廣泛覆蓋第四系河流沖積物，厚25—85m，且呈現(xiàn)出西厚東薄的總體特征，反映出西支斷裂新生代以來的主控塹作用（王孔偉等，2006）。研究區(qū)內(nèi)自有文字記載和儀器記錄以來，地震稀疏，主要在松花江北岸零星分布幾次2.0—2.6級的小震（國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心），是一地震空區(qū)，一般認(rèn)為依蘭-伊通斷裂此段晚更新世以來不活動或活動很弱。前人通過石油物探資料分析認(rèn)為，方正斷陷中部發(fā)育走滑斷裂系（石油部門稱之為“伊漢通斷裂”，圖2中F2），新生代以來具有右旋走滑特征，伊漢通斷裂的發(fā)育對盆地的沉積充填產(chǎn)生重大影響（胡玉雙等，2010；張明學(xué)等，2011）。中部斷裂與盆地邊界的控塹斷裂一起構(gòu)成統(tǒng)一的斷裂系統(tǒng)，其最新活動性反映了依蘭-伊通斷裂的最新活動。由于石油地震勘探的工作參數(shù)主要針對較深的目標(biāo)層而設(shè)計，無法判斷斷裂的近地表特征及活動性，為此本文通過斷裂沿線的地貌表現(xiàn)研究斷裂晚第四紀(jì)以來的活動特征。

2 斷裂的幾何結(jié)構(gòu)

本文研究的斷陷盆地中部斷裂（圖2中F2）全長約70km，整體呈北東-北北東走向，以松花江左岸哈哈泡為界，斷裂分成蓮花泡-黑魚泡和哈哈泡-新興水庫兩個幾何不連續(xù)段，兩段呈左階斜列展布。斷裂蓮花泡-黑魚泡段起于方正縣螞蟻河左岸蓮花泡附近，往北東方向連續(xù)延伸，過大嘴泡村后通過松花江大拐彎處，北端止于黑魚泡附近，全長30余公里，斷裂通過處除局部受江水侵蝕外均可見高1—2m的斷層陡坎，陡坎傾向南東。斷裂哈哈泡-新興水庫段起于哈哈泡，經(jīng)南樓村、祥順鎮(zhèn)、西北河，延伸至新興水庫北東，全長30余公里，呈北北東走向，斷裂通過處陡坎地貌明顯。其中，斷裂在南樓村附近表現(xiàn)為兩條相距700余米、近于平行展布的斷層陡坎，北西側(cè)斷層陡坎延伸約2—3km，斷層陡坎高約2m，陡坎傾向南東。大致以西北河村為界，陡坎傾向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，西北河以南，陡坎傾向南東，西北河村以北，陡坎傾向北西，并且陡坎高度呈現(xiàn)出明顯的以西北河附近為界，兩端大，中間小的特征。說明斷裂北段具有樞紐斷裂的運動特征，樞紐位置位于西北河附近（圖2）。

3 層狀地貌面

由于第四紀(jì)以來區(qū)域性差異抬升和構(gòu)造運動，造成了我國東北地區(qū)大型水系的變遷和改道。松遼水系格局演變可追溯到早更新世2.48—1.87 Ma B.P.，現(xiàn)今的不同流向的遼河水系和松嫩水系，由一個統(tǒng)一的水系系統(tǒng)發(fā)展演變而來。中更新世長嶺分水嶺開始抬升，分水嶺西北段處于下沉狀態(tài)，被松嫩大湖占據(jù)，直至晚更新世初期，分水嶺隆起范圍擴大，湖泊萎縮，但此時分水嶺并未阻隔所有水系。晚更新世末期，長嶺分水嶺進(jìn)一步隆升，松嫩大湖被抬升而加速外泄，松遼水系才形成今日以長嶺隆起為界，嫩江南流至松遼盆地北部的分水嶺后轉(zhuǎn)向東進(jìn)松花江，松花江擺蕩并發(fā)育多條支流（包括本研究區(qū)螞蟻河支流）。形成現(xiàn)今的遼河水系和松嫩水系面貌（楊景春等，2011）。研究區(qū)內(nèi)較大的河流有松花江及其支流螞蟻河，河流被夾于兩側(cè)低山之間往東-北東方向曲折流淌，河流地貌發(fā)育。研究區(qū)大地貌分區(qū)為盆地內(nèi)水系所形成的沖擊平原地貌。沖擊平原地貌是地殼的相對沉降區(qū)，由松花江上游各水系所搬運的松散物質(zhì)在適宜的地貌環(huán)境下堆積而成。沖擊平原規(guī)模較大，平行于松花江呈帶狀或片狀分布，地面平坦，坡降小。東北地區(qū)氣候溫潤多雨，松花江及其支流常年水流湍急，水量充沛，河床寬闊，河道擺蕩，曲流發(fā)育，見有曲流廢棄形成的牛軛湖及被埋藏的古河道。第四紀(jì)期間，在構(gòu)造和氣候的共同作用下，研究區(qū)內(nèi)河流各級階地沿松花江呈不對稱展布，構(gòu)成高度不同的地貌面。在地球自轉(zhuǎn)偏向力作用下，平原區(qū)河流自身的向右偏轉(zhuǎn)，使得河流發(fā)生側(cè)蝕作用，河流不斷侵蝕凹岸，在凸岸不斷堆積，造成凹岸堆積相對狹窄的高階地，凸岸堆積相對寬闊的低階地的階地發(fā)育特征。本區(qū)河流發(fā)育的各級階地均為堆積階地，階地面極寬，階地面高差小，顯示構(gòu)造抬升十分緩慢，氣候可能是本區(qū)河流階地的主要成因。沿斷裂，從松花江、螞蟻河河谷至松花江左岸的低山山前臺地大致可以分成以下四級地貌面（圖3b）。

第一級地貌面主要為松花江河漫灘相T，分布范圍局限于松花江右岸方正縣城以北局部地段和松花江左岸陸家村以南局部地段，沿江呈狹長條帶狀，與河床連成一體，由Q或Q及現(xiàn)代河流沖擊層構(gòu)成，漲水期可被江水淹沒。區(qū)內(nèi)螞蟻河河漫灘相不發(fā)育。

第二級地貌面為松花江T階地及螞蟻河T階地，兩者大致同期，分布范圍較廣，松花江左岸尤其分布廣泛。在松花江左岸，大致以沿江大壩為界，向南至松花江漫灘為T階地，向北至哈哈泡、躍進(jìn)泡、南樓村以北為一級高階地T'，由全新世沖積層構(gòu)成，大致與山間河流（如烏拉渾河）發(fā)育的局部階地同期，多為黃色亞粘土，亞砂土，二級地貌面拔河高度4—10m。一級階地多被農(nóng)田占據(jù)。在一級階地上取數(shù)個光釋光樣品，經(jīng)由中國地震局地質(zhì)研究所釋光年代室測試，測試結(jié)果如表1所示。從測試結(jié)果可以得知，一級階地年齡約為7—8ka B.P.，為全新世早中期堆積階地。

表1 松花江階地OSL樣品年齡、等效劑量、環(huán)境劑量率及其他相關(guān)參數(shù)

續(xù)表

第三級地貌面為松花江T階地，在通河縣及方正縣伊漢通鄉(xiāng)沿松花江凹岸緊鄰松花江d河床，其余地方與一級階地相接，后緣與三級階地相接。階地面堆積Qg（顧?quán)l(xiāng)屯組），厚15—50m，具明顯的二元結(jié)構(gòu)，下部為黃色砂，砂礫石，上部為灰色、黃色、灰黃色黃土狀粉質(zhì)粘土組成。拔河高度8—30m，多被農(nóng)田、村莊占據(jù)。在二級階地新興水庫北采集OSL砂質(zhì)粘土樣品一個，經(jīng)由中國地震局地質(zhì)研究所釋光年代室測試，測得年齡為（25.9±0.1）ka B.P.（表1），二級階地應(yīng)為晚更新世堆積階地。

第四級地貌面為松花江T階地，位于低山山足面與松花江T階地的過渡地帶，低山山前基本不發(fā)育洪積扇，階地面主要由中更新統(tǒng)黃土狀砂及砂礫石構(gòu)成。三級階地多為旱地，種植有玉米等作物。斷裂基本不通過第四級地貌面。

斷裂通過松花江拐彎處，通過一、二、三級地貌面，除河漫灘相T及局部一級階地T長期被江水侵蝕外，其它地貌面上均可見到明顯的斷層陡坎分布，并且與地貌面具有良好的對應(yīng)性，并且在三級地貌面局部地段，可見斷層作用導(dǎo)致地貌面的小角度掀斜。

4 地質(zhì)地貌特征

4.1斷裂的斷錯地貌

通過衛(wèi)星影像解譯及野外調(diào)查，可以看出斷裂在松花江T、T階地發(fā)育有斷層陡坎，說明斷裂在松花江T、T階地形成以來仍有活動。沿斷裂帶，在斷裂的下降盤發(fā)育諸多小水泡，有的已經(jīng)被廢棄或被改造成農(nóng)田，尤其是在松花江與螞蟻河夾持的T階地上，多數(shù)水泡的長軸方向與斷裂的走向一致，對水泡長度、寬度以及長軸與斷裂走向的夾角統(tǒng)計關(guān)系如表2所示。沿斷裂開挖的一系列探槽也出水嚴(yán)重，顯示出斷裂對地下水通道的強控制作用。

表2 沿斷裂水泡統(tǒng)計表

4.2 斷錯地貌的垂直位移特征

通過野外考察，發(fā)現(xiàn)斷裂錯斷河流一級階地，并在各級地貌面上形成高度不同的斷層陡坎。斷裂通過松花江處，由于江水長期侵蝕作用，在河漫灘及局部一級階地上，斷層活動跡象不明顯。沿斷裂在一級階地和二級階地上分別選取陡坎地貌連續(xù)穩(wěn)定的地段進(jìn)行陡坎剖面測量（圖3b），得到沿斷裂的垂直位錯分布（圖3c），顯示出與地貌面（圖3b）良好的對應(yīng)性，二級階地上陡坎的高度多為（3.6±0.6）m，明顯高于一級階地上的陡坎高度約（1.5±0.7）m，反映出斷裂的長期活動特征。圖4和圖5分別為選取松花江附近的腰屯村南及大嘴泡東松花江附近的一級階地和祥順鎮(zhèn)北二級階地上地貌陡坎影像照片及野外對陡坎進(jìn)行測量的結(jié)果。

斷裂南段，陡坎傾向南東，斷裂北段，從祥順鎮(zhèn)至新興村，陡坎高度呈明顯的兩端大，中間小的整體特征（圖3c），并且陡坎的傾向發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，顯示出斷裂北段的樞紐運動特征。沿斷裂開挖的探槽也揭示出斷層的運動性質(zhì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，南樓附近及大嘴泡附近探槽揭示出了高角度逆斷層，斷層斷錯全新世黃色粘土或細(xì)砂，新興水庫附近的探槽揭示了正斷層作用形成的張裂隙。

4.3 斷錯地貌的水平位移特征

自新生代以來，郯廬斷裂活動由中生代的大規(guī)模左行平移轉(zhuǎn)化為在北北東向主壓應(yīng)力場下的右行走滑的斷裂帶。在衛(wèi)星影像上，能明顯地看到松花江在斷裂通過處發(fā)生了明顯的右旋拐彎，形成美麗的“之”字形河曲地貌。通過野外階地劃分和實測，得出松花江右岸T/T階地陡坎右旋位錯達(dá)到600m。平原區(qū)河流蜿蜒曲折，河道擺蕩，松花江大拐彎可能是由斷裂的長期的右旋走滑，以及水流受地球自轉(zhuǎn)偏向力的河流內(nèi)生動力共同作用的結(jié)果，并且河流的內(nèi)生動力作用可能遠(yuǎn)大于前者的貢獻(xiàn)。

通過野外調(diào)查，在祥順鎮(zhèn)北楊林村北（位置見圖2標(biāo)識）發(fā)現(xiàn)一條發(fā)育于山前的沖溝在流經(jīng)T地貌面時發(fā)生明顯的右旋位錯（圖6、圖7），附近的臺地面也顯示明顯的右旋位錯，此處衛(wèi)星影像線性明顯，斷錯的地貌清晰可辨。

通過衛(wèi)星影像解譯（衛(wèi)星影像拍攝于冬季，該區(qū)域為積雪覆蓋，但卻能更清晰地顯示地貌面的位錯、高差等線性信息），野外大比例地貌填圖（圖6）及地形測量（圖7），并將獲得的地貌解譯圖和衛(wèi)星圖像作反向恢復(fù)，經(jīng)過約（7±2）m和（18±1）m的反向恢復(fù)后，斷裂帶兩側(cè)的沖溝（右岸）及錯斷的T臺地面邊緣能很好的匹配（圖6b、c中虛線紅色圓圈所示），（7±2）m與野外差分GPS實測沖溝位錯（圖7B）大致相當(dāng)。

發(fā)生位錯的沖溝發(fā)育晚于T臺地，T臺地經(jīng)歷的右旋走滑量可能比7m要大，比18m小。此處及附近T地貌面普遍可見約為2—3m的斷層陡坎，代表了T地貌面的垂直位錯，可見水平位錯量與垂直位錯量的比率H/V在3以上，顯示出斷裂以走滑為主，兼具傾滑分量的運動學(xué)特征。

5 結(jié)論與討論

（1）依蘭-伊通斷裂在方正段表現(xiàn)為盆地邊界的控塹斷裂及盆地內(nèi)部的新生斷裂。本次及前人工作發(fā)現(xiàn)最新活動為盆地中部的斷裂，一般認(rèn)為盆地邊界的斷裂晚第四紀(jì)以來活動性很弱，張廣才嶺、小興安嶺山前邊緣線彎曲度大，也反映了盆山邊界的斷裂已經(jīng)歷了的長期的平靜。盆地中部的新生斷裂衛(wèi)星影像線性清晰，地質(zhì)地貌也具有明顯響應(yīng)，是一條全新世活動斷裂，反應(yīng)了依蘭-伊通斷裂的活動性從盆地邊界向盆地內(nèi)部遷移的特征（Wei等，2013）。方正斷陷中部斷裂晚更新世以來長期活動，最后一次活動的離逝時間不長，最新活動以右旋走滑為主，兼具傾滑，垂向傾滑具有樞紐斷層的特征。

（2）斷裂錯斷全新世T階地，并形成長約70km連續(xù)的地貌陡坎。推測這70km的地表破裂帶為盆地中部斷裂的一次破裂形成，基于走滑斷層的破裂長度（取破裂長度L=70km）與震級的統(tǒng)計關(guān)系，估算的古地震震級約為7.2級（Wells等，1994）。而基于東亞走滑型斷層破裂長度L與斷層位錯D的回歸分析，取L=70km得出相應(yīng)的同震走滑量可能為3.7m左右（鄧起東等，1992）。

（3）基于衛(wèi)星影像及野外地貌實測，結(jié)合推算的一次地震的走滑量，考慮到斷裂的規(guī)模及東北地區(qū)的構(gòu)造背景，筆者認(rèn)為發(fā)育于T地貌面上沖溝右旋位錯7m可能代表了2次或以上的地震累積位移，T臺地邊緣約18m的右旋位錯則是3次或更多次地震的累積位移。

（4）GPS觀察結(jié)果顯示，東北塊體以2—3mm/a的速度朝南東運動，它是中國現(xiàn)今構(gòu)造活動最穩(wěn)定的地區(qū)（王小亞等，2002）?，F(xiàn)今儀器記錄結(jié)果顯示在全長800余公里的依蘭-伊通斷裂上，吉林-依蘭段（本文研究區(qū)所處段落）活動性明顯弱于兩端的沈陽-吉林段和依蘭-蘿北段，而在這樣的地震空區(qū)通過一系列現(xiàn)象分析得出全新世曾發(fā)生過7級以上的地表破裂型地震，是否暗示依蘭-伊通斷裂此段目前正處于強閉鎖狀態(tài)，這是需要進(jìn)一步深入討論的問題，同時正確地認(rèn)識其發(fā)震能力和地震危險性也是值得探討的問題。

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Tectonic Activity and Geomorphic Features of the Fangzheng Section of Yilan-Yitong Fault in the Late Quaternary Period

Shu Peng, Min Wei, Liu Yugangand Yu Zhongyuan

1）Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 10029, China 2）Earthquake Administration of Hei Longjiang Province, Haerbin 150090, China

As a negative tectonic unit the Fangzheng depression locates in the north-central part of Yilan-Yitong fault zone, which constitutes the boundary-fault for the Fangzheng basin, while strike-slip fault develops within the basin. The new fault within the basin shows remarkble tectonic deformation and has led to clear geomorphic response, which stands out in the satellite image. Through interpretation of high-resolution satellite images and field work like geological and geomorphological observation and measurement, we find that the new fault has a long-term activity since late Pleistocene, and it offsets the latest terraces resulting in continuous fault scrap. The latest activity should be within the Holocene Epoch and led to a7 earthquake which created the surface rupture. At present, the tectonic movement of the fault is mainly dextral strike-slip with minor vertical displacement which shows the characteristics of pivotal fault. Our results in this paper differ from previous results that Yilan-Yitong fault has a very weak activity and that the Northeast is the most stable block region in China.

Yilan-Yitong fault; Fangzheng depression; Yihantong fault; Planation surface; Scarp; Displacement

國家自然科學(xué)基金（41272235）和我國地震重點監(jiān)視防御區(qū)活斷層地震危險性評價項目共同資助

2013-08-27

疏鵬，男，生于1989年，2011年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為中國地震局地質(zhì)研究所在讀碩士，主要從事活動構(gòu)造研究，E-mail: shupeng0607@163.com

疏鵬，閔偉，劉玉剛，余中元，2014．依蘭-伊通斷裂方正段晚第四紀(jì)以來的構(gòu)造活動及其地貌表現(xiàn). 震災(zāi)防御技術(shù)，9（2）：226—237.