郯廬斷裂帶（安徽段）活動特征及現(xiàn)代應力狀態(tài)研究綜述

駱佳驥，周冬瑞，于書媛，楊源源

（安徽省地震局，安徽合肥 230031）

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郯廬斷裂帶（安徽段）活動特征及現(xiàn)代應力狀態(tài)研究綜述

駱佳驥，周冬瑞，于書媛，楊源源

（安徽省地震局，安徽合肥 230031）

摘 要：系統(tǒng)梳理和總結(jié)了前人對郯廬斷裂帶（安徽段）活動特征的研究成果，包括構(gòu)造地貌、活動方式及年代、古地震探槽；應力狀態(tài)的研究成果包括最大主應力方向、穩(wěn)定性及動力機制分析等。綜合前人的研究成果，發(fā)現(xiàn)郯廬斷裂帶（安徽段）活動特征具有分段性，總體上具有東北新、西南老的特點，其最新活動年代為安徽北段的晚更新世；郯廬斷裂帶安徽段的最大主應力為NEE。說明該段整體受到近東西方向的擠壓。

關鍵詞：郯廬斷裂帶（安徽段）；活動特征；應力場特征；最新活動時間

0 引言

大地震與活動構(gòu)造的關系十分緊密。據(jù)鄧起東［1］研究，全部8級、大部分7～7.9級地震均發(fā)生在活動塊體邊界活動構(gòu)造帶內(nèi)，部分6～6.9級地震可能發(fā)生在塊體內(nèi)部的活動構(gòu)造帶上?；顒訑嗔咽腔顒訕?gòu)造的一種，它與地震的關系也更為直接。對于一個斷裂發(fā)育的地區(qū)來說，有無活動斷裂、斷裂活動強度怎樣、發(fā)震能力如何都是至關重要的問題。郯廬斷裂帶是中國東部的一條巨型斷裂帶，在我國境內(nèi)延伸長達2400km，它不僅是一條控礦構(gòu)造帶，而且也是地震活動帶［2］。根據(jù)全帶的大地構(gòu)造位置、展布特征、活動強度等方面的差異性，人們習慣性將其分為三段：遼寧沈陽以北的北段、淮河以南的南段（安徽段），兩者之間的稱為中段［3］。根據(jù)史料記載，郯廬斷裂南段發(fā)生過多次中強地震，自南而北有：1838年黃梅4.7級、1336年宿松4.7級、1497年潛山4.7級、1635年潛山-懷寧間4.7級、1673年合肥5級、1868年定遠5.5級。南段歷史上未記載到6級以上地震［4］。由于斷層應力狀態(tài)和地震活動有密切關系，而郯廬斷裂帶（安徽段）沿線城市密集、人口眾多，因此，本文系統(tǒng)總結(jié)前人對郯廬斷裂帶（安徽段）的活動特征和應力狀態(tài)研究成果，對正確認識該段的新構(gòu)造活動規(guī)律具有重要意義，為進一步了解斷裂帶現(xiàn)今的賦存特征、開展地震監(jiān)測預報工作和進行地震中長期預測提供科學依據(jù)。

1 郯廬斷裂帶（安徽段）活動特征

自1957年航磁調(diào)查發(fā)現(xiàn)該斷裂帶后，對郯廬斷裂帶南段的研究一直在進行，并獲得許多重要成果。郯廬斷裂帶自2005年發(fā)生九江5.7級地震后，中南段地震活動水平一直較弱。但自2011年后該區(qū)及附近4級地震活動明顯增強，且震群活動顯著，存在發(fā)生5～6級地震的可能，也多次被中國地震局劃為重點危險區(qū)。郯廬斷裂南段北起淮河南岸，經(jīng)明光、合肥、桐城、潛山、太湖止于長江以北（見圖1）。在布格重力異常圖上，該段表現(xiàn)為一重力梯度帶，線性異常明顯；在航磁異常圖上，則表現(xiàn)為一劇烈

研究區(qū)斷裂活動性的判定方法，從研究內(nèi)容上分為4大類，分為構(gòu)造地貌、區(qū)域構(gòu)造、活動方式及年代方面、古地震探槽。這些研究內(nèi)容基于不同的理論和技術，從不同的側(cè)面揭示該段斷裂的不同年代的活動程度。筆者主要依托已出版的科技文獻開展資料收集，并集中研究該段的斷裂活動特征。

1.1 構(gòu)造地貌

以往研究普遍提及郯廬斷裂帶（安徽段）沿線具有很好的線性地貌特征。20世紀80年代開始，利用遙感影像對活動斷裂進行解譯，研究斷裂空間分布以及與水系、地貌的關系，推動了活動斷裂定量化研究的深入。湯有標［6］通過衛(wèi)星影像，發(fā)現(xiàn)赤山段顯示深色調(diào)與淺色調(diào)過渡的線性特征；在航片上，呈線狀色帶，赤山呈現(xiàn)北北東向延伸的線狀山丘，顯暗灰色調(diào)。方仲景［3］指出郯廬斷裂帶（安徽段）兩側(cè)的古地形差異顯著，谷中谷和河流階地發(fā)育。沿大別山東南麓的潛山-太湖-宿松段，從大別山區(qū)向東奔流而來的河流在跨越郯廬斷裂時，或表現(xiàn)為順斷裂拐向南西，流經(jīng)一段距離再折向東，或表現(xiàn)為迅速向東南偏轉(zhuǎn)，顯示有右旋扭動之勢［2］。湯有標［7］注意到在桐城—太湖—黃梅一線，郯廬斷裂帶西北側(cè)是陡峻的中高山區(qū)，出露早元古代的變質(zhì)巖；東側(cè)是新生代的孔城—潛山盆地、黃梅盆地，兩者之間為斷層接觸；桐城以南斷裂影像涇渭分明，形如刀切，構(gòu)造地貌反差極為顯著。湯有標等［8］通過航片和衛(wèi)片，發(fā)現(xiàn)合肥盆地以東線性影像清晰，構(gòu)造反差強烈，斷裂控制水系展布，鄰近東源斷裂時發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，向北北東向流去，匯入女山湖。童遠林［9］、連蕓［10］結(jié)合TM、ETM影像和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，太湖地區(qū)構(gòu)造活動強烈，線狀展布的斷層崖以及沿斷層崖分布的沖積扇群、倒鉤狀水系在影像上顯示明顯。姚大全等［11］通過遙感解譯發(fā)現(xiàn)郯廬斷裂帶沿廬江白山到桐城卅鋪一線顯示了1組平行斷層，其中在柯坦-卅鋪一帶，最年輕的水系被斷層右旋扭折。姚大全［12］對郯廬斷裂帶池河段進行了研究，發(fā)現(xiàn)池河附近郯廬斷裂帶北自橫山，南到藕塘呈明顯的線性影響，總體以寬約1km的北北東向延伸的淺色帶表現(xiàn)出來。

上述研究全面勾勒出郯廬斷裂帶（安徽段）的地貌構(gòu)造特征，即總體呈現(xiàn)NNE向線狀展布，斷裂兩側(cè)顯示構(gòu)造性質(zhì)差異和特有的地形地貌景觀，在大別山的水系發(fā)育的地區(qū)發(fā)現(xiàn)水系右旋錯位、倒鉤狀水系。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

新生代以來，郯廬斷裂帶控制了其周圍斷陷盆地及巖漿活動［7，13-14］。沿郯廬斷裂帶南段呈串珠狀分布有一系列盆地，如嘉山盆地（N）、梁園盆地（E-Q）、舒城盆地（E-Q）、孔城—潛山盆地（E）、黃梅盆地（R+Q）。依據(jù)郯廬斷裂帶（安徽段）活斷層構(gòu)造部位的差異，眾多學者相繼對斷裂經(jīng)過的泗縣赤山段、嘉山盆地段、合肥盆地段、大別造山段等區(qū)段開展了重點、細致的研究。

眾多學者利用多種方法對郯廬斷裂帶（安徽段）的區(qū)域構(gòu)造進行研究。湯有標［6-8，13-14］最先論述了郯廬斷裂帶（安徽段）的展布與新活動特征，提出郯廬斷裂帶（安徽段）可劃分為兩條主干斷裂，分別構(gòu)成中生代地塹的邊界斷裂，并論述了多個典型斷層剖面的變形特征。劉備［15］通過野外調(diào)查對嘉山盆地段的活斷層構(gòu)造進行研究，并認為其以右行平移活動為主。朱光［16］利用同位素年齡數(shù)據(jù)，分析斷裂的構(gòu)造演化過程。劉備等［15］通過野外地質(zhì)調(diào)查表明，郯廬斷裂帶（安徽段）活斷層廣泛存在，以右行平移活動為主。

1.3 活動方式及年代

郯廬斷裂帶自20世紀50年代航磁大調(diào)查中被發(fā)現(xiàn)，眾多專家學者對該斷裂帶進行了各方面的研究工作，早期徐嘉偉、方仲景、李家靈、高維明、湯有標、李啟彤等對郯廬斷裂帶的形成演化、運動形式、活動特征、古地震等方面進行了一系列的研究，取得了許多重要的成果，亦為后來的研究奠定了堅實的基礎，如表1［3-21］所示。方仲景［3］指出郯廬斷裂帶（安徽段）活斷層（晚更新以來）較少而小，主要為北北東向的右旋擠壓性質(zhì)。湯有標等［14］指出郯廬斷裂帶（安徽段）多數(shù)斷裂構(gòu)造巖比較新鮮、疏松，表現(xiàn)為老斷裂新活動的產(chǎn)物，零星有第四紀斷層出露。其中在太湖小池，老構(gòu)造巖逆沖到中更新世網(wǎng)紋土之上，垂直斷距達1m，在太湖江壙也揭示類似現(xiàn)象。湯有標［6］從微地貌測量、年代樣品的采集與測定方面獲得斷層最新活動時代、活動方式。姚大全［11］通過斷層泥年齡測試與微觀觀測顯示，郯廬斷裂帶白山-卅鋪一帶在中、晚更新世有過較強烈活動。郯廬池河段在紅土山東側(cè)為晚白堊世張橋組磚紅色砂巖與灰白色晚第三紀礫巖呈斷裂接觸，斷層泥SEM測試結(jié)果表明其形成年代為中更新世。候明金［17，19］認為新近紀的擠壓作用，郯廬斷裂帶（安徽段）表現(xiàn)為逆沖兼小規(guī)模右行。

表1 郯廬斷裂帶（安徽段）區(qū)域活動特征及年代Tab.1 Regional characteristics and activities on Anhui segment of the Tan-Lu fault zone

綜上所述，對郯廬斷裂帶南段進行斷層剖面、斷層泥測齡、地質(zhì)溫度等分析，可為判定斷裂的活動方式以及分段活動年代提供有效的分析依據(jù)。結(jié)合表2前人對郯廬斷裂帶多個區(qū)段的研究，1990年以前的結(jié)果和我們搜集整理的近年來的研究結(jié)果基本一致，新構(gòu)造運動時期郯廬斷裂帶強烈復活，在安徽段形成了一條顯著的右旋走滑的活動方式。有較大差異的是郯廬斷裂帶（安徽段）的活動年代，1990年以前主要通過一些斷層露頭的研究認為，活動年代多為晚更新世，而1990年后，由于新技術的引進以及多學科的相互補充，活動特征研究進入定量化地研究階段，研究結(jié)果表明，郯廬斷裂帶（安徽段）的活動年代具有空間分段性，泗縣的赤山段最新活動時代大約是Q3～Q4，定遠附近的最新活動時代大致為Q1～Q2，合肥至太湖一段的最新活動時代大約為N2～Q1，總體具有東北新、西南老的活動時代特點。［7，11，12，17］

1.4 古地震探槽

自2013年安徽省地震局與合肥市政府聯(lián)合開展“合肥市活斷層探測”工作以來，在郯廬斷裂帶明光-肥東段開挖了2個地質(zhì)探槽，其中在紫陽山東側(cè)開挖于斷層槽谷中的探槽，揭示出白堊紀泥質(zhì)粉砂巖受斷層影響，在斷層兩側(cè)產(chǎn)狀變化較大，上覆多套中-晚更新世坡洪積礫石層也似乎受到斷層的影響，現(xiàn)場驗收后中國地震局多位活動構(gòu)造研究方面的專家建議繼續(xù)深入研究。其中，研究人員在泗縣赤山、泗洪重崗山、五河、河池、太湖、莒縣招賢-宿遷曉店段微觀粘滑蠕滑標志等地區(qū)開展了一系列的探槽研究，如表 2所示［11，22-28］。其中，姚大全［11-12，22］在郯廬斷裂帶池河段、白山-卅鋪段、赤山段進行了卓有成效的工作，論述了斷層微觀變形特征與中-晚更新世強烈活動遺跡。特別是對泗縣赤山段進行了大規(guī)模的探槽開挖工作，揭露了該段中晚更新世曾發(fā)生過史前大地震的現(xiàn)象。近年來，安徽地震局科研人員也相繼對郯廬斷裂中、南段進行了更深入的研究。沈小七［23］在蘇北的郯廬重崗山段發(fā)現(xiàn)多處全新世早期活動證據(jù)，包括全新世早期的兩次古地震事件，在宿遷郯廬嶂山段、泗洪大紅山-峰山段開挖多個古地震探槽，發(fā)現(xiàn)了明確的全新世早期-全新世中晚期活動證據(jù)及多次古地震事件。鄭穎平［24］指出太湖小池的現(xiàn)象并不普遍，規(guī)模較小，不具有代表性，認為該斷裂帶在廬江以南晚更新世以來活動并不強烈。

表2 郯廬斷裂帶（安徽段）區(qū)域構(gòu)造特征Tab.2 The regional tectonic characteristics on Anhui segment of the Tan-Lu fault zone

筆者根據(jù)安徽地震局研究人員近年來的主要研究成果，對郯廬斷裂帶（安徽段）古探槽挖掘研究成果進行統(tǒng)計，結(jié)果如表所示。根據(jù)表中資料推斷，通過不同段的古探槽開挖，郯廬斷裂帶（安徽段）的活動具有分段性，總體上具有東北新，西南老的活動特點，這與郯廬斷裂帶中段（山東段）最活躍的事實一致。

1.5 郯廬斷裂帶（安徽段）活動特征

關于郯廬斷裂帶（安徽段）活動特征的研究，自20世紀80年代起一直進行。研究方法主要集中于遙感解譯、地貌分析、斷層剖面、地質(zhì)溫度計、SEM測試、古探槽開挖等，其中，遙感解譯和地貌分析法主要用于宏觀斷裂活動性分析。通過對郯廬斷裂帶（安徽段）資料綜合分析，安徽段沿線自北向南沿著嘉山盆地、合肥盆地東界與大別山構(gòu)造帶東界分布。除北部嘉山盆地段譽南端由兩條活斷層構(gòu)成外，郯廬斷裂帶（安徽段）主體是一條主干活斷層。其構(gòu)造特征表現(xiàn)為破碎型與斷層泥沿斷裂走向相間出現(xiàn)，從分布上為北部斷層泥，南部破碎帶。綜合前人通過不同手段對斷層擦痕、斷層剖面、斷層泥等現(xiàn)象的判斷，郯廬斷裂帶（安徽段）活斷層的最新活動時代為晚更新世。

2 郯廬斷裂帶（安徽段）應力狀態(tài)

自1957年航磁調(diào)查發(fā)現(xiàn)郯廬斷裂帶之后，對斷裂帶的研究一直進行，近年來，對南段的斷裂活動特征研究逐步深入，并已獲得許多研究成果。如圖1所示，郯廬斷裂帶（安徽段）呈北東向延伸，北從淮河以南的大鞏山地區(qū)，經(jīng)明光市的石馬山，定遠縣的池河，肥東縣的橋頭集，向南經(jīng)廬江、桐城、潛山、太湖、宿松，至長江，長約為400km。整個斷裂由數(shù)條主干斷裂組成。研究地應力狀態(tài)的測試與估算方法大約有26種，按照數(shù)據(jù)源途徑分為5大類，分別為基于巖芯的方法、基于鉆孔的方法、地質(zhì)學方法、地球物理學方法以及基于地下空間的方法［29-37］。筆者主要依托已經(jīng)出版的科技文獻進行數(shù)據(jù)搜集，集中研究安徽段的現(xiàn)今應力狀態(tài)。

2.1 郯廬斷裂帶（安徽段）應力分析

眾多學者對郯廬斷裂帶（安徽段）的區(qū)域應力狀態(tài)進行研究。劉東旺［31］采用近震直達P波和S波垂直向最大振幅比方法，在郯廬斷裂帶（安徽段）及鄰區(qū)反演99次3級左右地震的震源機制參數(shù)，并依據(jù)該參數(shù)推測構(gòu)造應力場；陳數(shù)珍［32］根據(jù)大地水平形變技術得到南段的最大主應力方向；李方全［33］在定遠等區(qū)域進行原地應力測量；許壽椿［34］用數(shù)值模擬方法得出南段的最大主應力方向；張紹志［35］綜合運用原地應力測量、震源機制解、大地形變測量機實地調(diào)查方法推論郯廬斷裂帶南段的構(gòu)造應力場特征。候明金［19］采用計算程序?qū)σ巴庹{(diào)查獲得的斷層面上的擦痕統(tǒng)計分析計算資料安徽段古應力場狀態(tài)。劉澤民［36］利用多個震源機制解郯廬斷裂帶南段地區(qū)的平均應力場。倪紅玉［37］采用力軸張量計算法反演郯廬斷裂帶（安徽段）平均應力場，分析應力場方位時空變化特征及其與周邊中強地震關系。資料匯總?cè)绫?、4所示。

表3 郯廬斷裂帶（安徽段）震源機制解Tab.3 Focal mechanism solutions on Anhui segment of the Tan-Lu fault zone

表4 郯廬斷裂帶安徽帶應力狀態(tài)Tab.4 In-situ stress state on Anhui segment of the Tan-Lu fault zone

筆者根據(jù)表3、4的數(shù)據(jù)，對郯廬斷裂帶（安徽段）最大主應力方向進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示。從圖2分析，郯廬斷裂帶（安徽段）最大主應力方向為NEE，說明安徽段受到近EW向的擠壓作用。

2.2 郯廬斷裂帶（安徽段）應力場特征

隨著資料的積累和研究方法的深入，對郯廬斷裂帶（安徽段）現(xiàn)代地應力場特征的研究正逐步深入。研究方法主要集中在大地水準測量、震源機制解、地應力測量、大地形變、斷面擦痕數(shù)據(jù)計算等資料分析，其中斷面擦痕方法主要用于分析古應力場分析，其他方法研究結(jié)果顯示郯廬斷裂帶（安徽段）周邊目前處于NEE—SWW向的區(qū)域性擠壓背景。中國地震局地質(zhì)研究所［2］利用震源機制解得到的郯廬斷裂區(qū)域地應力狀態(tài)為“南段以SEE向為主”。安徽省地震局［30，36-38］利用震源機制解方法和系統(tǒng)聚類法得到的構(gòu)造應力場結(jié)果一致，即郯廬斷裂帶（安徽段）的地應力狀態(tài)為“近EW向的水平擠壓和近NS向的水平拉張作用”。魏光興等［39］利用震源機制解資料對郯廬斷裂帶南段的應力狀態(tài)進行分析，認為南段（N32°以南安徽境內(nèi)）P軸取向一致性較好，均轉(zhuǎn)為NWW或NW向。對比統(tǒng)計結(jié)果，安徽段存在較大差異，原因可能歸結(jié)于研究方法差異和新數(shù)據(jù)引入所產(chǎn)生的偏差。

3 結(jié)論與討論

（1）總結(jié)前人對郯廬斷裂帶（安徽段）活動性的研究方法，主要集中在搜集地質(zhì)資料的基礎上，利用衛(wèi)星遙感圖像資料對研究區(qū)斷裂進行解譯，確定調(diào)查的重點段落，在野外有目的地進行地形地貌、地層特征、斷裂出露、隱伏斷層等調(diào)查，其中地形地貌、地層特征以描述為主，對斷裂出露進行詳細的分析、繪圖，盡可能采集能夠說明其活動性的樣品，在斷層隱伏段選擇合適地點開展探槽開挖工作，對揭露的斷面進行詳細的分析編錄，并采集相應地層的樣品送樣測試；采取跨斷層薄片樣品，加工磨制后進行微觀掃描分析（這種分析手段在弱活動地區(qū)是非常必要的），綜合判斷郯廬斷裂帶（安徽段）的新活動性及其構(gòu)造意義。

（2）郯廬斷裂帶（安徽段）主體為一條主干活斷層帶，其構(gòu)造結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)破碎帶與斷層泥沿著斷裂走向相間出現(xiàn)的特點，區(qū)內(nèi)斷層主要呈現(xiàn)逆右行平移擠壓運動。綜合前人運用野外調(diào)查與室內(nèi)解譯、分析的結(jié)論顯示，該段的最新活動時代為中更新世。

（3）總結(jié)以往研究筆者認為：晚第三紀以來郯廬斷裂帶持續(xù)受到板塊擠壓運動，出現(xiàn)多次逆沖運動，現(xiàn)代應力測量顯示晚第三紀以來該斷裂遭受近NW向擠壓［40］。應力值大小隨測點和深度變化規(guī)律有待進一步揭示。郯廬斷裂帶（安徽段）應力受華北與華南應力場的共同作用，動力源主要是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用，同時還受到局部動力源的影響（構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶）。郯廬斷裂帶（安徽段）活動時處于應力方向以NEE—EW向為主的區(qū)域擠壓應力狀態(tài)。

綜合前人對郯廬斷裂南段第四紀活動性研究，筆者認為還較為薄弱，已有的研究集中于20世紀80年代，且多表現(xiàn)為定性研究。目前活動構(gòu)造已進入定量化研究階段，有必要對郯廬斷裂帶（安徽段）第四紀以來的新活動特征開展深入工作，理清斷裂相關活動性參數(shù)。另外，郯廬斷裂帶（安徽段）沿線城市密集、人口眾多，加強其新活動特征的研究對于區(qū)域震害防御、地震危險性評價及地震中長期預測具有重要的現(xiàn)實意義，預期結(jié)果可為深入認識整個郯廬斷裂帶南段的新活動特征打開一扇窗口。

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中圖分類號：P315.2

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8047（2016）02-0010-09

收稿日期：2016-03-01

基金項目：安徽省地震局青年扶持基金項目資助（20150503）；安徽省地震局科研合同制項目資助（201511）

作者簡介：駱佳驥（1986—），男，碩士研究生，助理工程師，主要從事區(qū)域地應力狀態(tài)與斷層活動性、強震觀測儀器研究工作。的、狹窄的線性正負異常帶，它們限制大別山正負異常區(qū)和北淮陽負異常帶的東延。自安徽省地震局成立以來，一貫重視區(qū)域地震地質(zhì)調(diào)查研究，對郯廬斷裂帶新活動特征研究進行了大量的研究工作。

Review of Activity Characteristics and Regional Stress State of Tan-lu Fault Zone（Anhui Segment）

Luo jiaji，Zhou Dongrui，Yu Shuyuan，Yang Yuanyuan
（Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China）

Abstract：This paper systematically studies and summarizes the predecessors of Tan-Lu fault zone in Anhui section，research results of activities characteristics include ectonic geomorphology，activities and year，paleoseismic trench；research results of regional stress including maximum principal should force direction，the stability and dynamic mechanism analysis.Based on the former research results，the Tan-Lu fault zone activity characteristic in Anhui section with segmentation，generally with new northeast，old southwest characteristics，the latest activities in Anhui in the northern part of the late Pleistocene；Tan-Lu fault zone in Anhui section of the maximum principal stress is NEE. It shows that the whole of this section is subject to the extrusion of the near and the east.

Keywords：Anhui segment of the Tan-Lu fault zone；activity characteristics；regional stress states；most recent time of activity