基于探槽剖面證據(jù)探討1668年郯城地震地表破裂南延問題1

李　康徐錫偉江國焰譚錫斌趙仕亮中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與火山重點實驗室，北京 1000292）武漢大學(xué)，武漢 430072

基于探槽剖面證據(jù)探討1668年郯城地震地表破裂南延問題1

李康1）徐錫偉1）江國焰2）譚錫斌1）趙仕亮1）
1）中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與火山重點實驗室，北京 100029
2）武漢大學(xué)，武漢 430072

李康，徐錫偉，江國焰，譚錫斌，趙仕亮，2016.基于探槽剖面證據(jù)探討1668年郯城地震地表破裂南延問題.震災(zāi)防御技術(shù)，11 （2）：199—206.doi：10.11899/zzfy20160203

1668年山東郯城發(fā)生8.5級大地震，造成人民生命財產(chǎn)的極大損失。該地震產(chǎn)生上百公里的地表破裂，然而由于歷史記載的缺失，至今對于該破裂的延伸問題一直存在異議，問題爭論的焦點集中在該破裂是否跨過郯城窯上階區(qū)。本研究主要基于航片及衛(wèi)星影像解譯、野外考察及探槽等方法重點研究了窯上階區(qū)南北兩側(cè)斷層的活動特征，為解決這一爭議提供更多的地質(zhì)資料約束。具體的，北側(cè)的華僑探槽剖面揭露出新鮮斷層泥發(fā)育有明顯擦痕，顯示斷層活動具有明顯的逆沖分量，南側(cè)的麥坡探槽剖面揭示了U3地層被正斷斷錯，位錯量約2m，斷層被全新世地層U1覆蓋。另外，郯城地震地表破裂向北傳播為右階階區(qū)，而窯上地區(qū)為3km寬的左階階區(qū)。整體上，本研究認(rèn)為1668年郯城地震地表破裂向南并未穿越窯上階區(qū)，這進一步表明郯廬斷裂活動斷層具有分段性，不同段落的活動性質(zhì)具有差異性，因此對郯廬斷裂不同段落開展活動特征研究和對比分析，并對不同段落分別進行地震危險性評價尤為重要。

郯廬斷裂郯城地震地表破裂探槽剖面活動斷錯

引言

郯廬斷裂帶是中國東部一支大型斷裂帶，南起自長江北岸的廣濟地區(qū)，向北經(jīng)安徽、江蘇、山東，跨越渤海，經(jīng)東北三省，進入俄羅斯境內(nèi)，在我國境內(nèi)長達2400多公里。該斷裂在1668年發(fā)生過山東郯城8.5級大地震，形成上百公里的地表破裂（方仲景等，1987；高維明等，1988；李家靈等，1994；晁洪太等，1997）。然而對于地表破裂的延伸問題，一直存在爭議。目前，針對地表破裂的長度及起止點存在三種觀點：（1）從莒縣至宿遷，長約230km（方仲景等，1987）；（2）從左山至宿遷北曉店，長約160km（高維明等，1988）；（3）從莒縣小土嶺至郯城窯上，長約130km（李家靈等，1994；晁洪太等，1997；圖1）。爭論的焦點集中在地表破裂是否跨過郯城窯上，這個問題關(guān)系到斷層分段及其相關(guān)的區(qū)域地震危險性評價。

圖1　郯廬斷裂帶展布及地貌圖（綠色矩形為剖面位置）Fig.1　Geomorphology and distribution of the Tancheng-Lujiang fault zone （Green rectangle indicates the trench location）

因此，本文在研究過程中，在郯城窯上南北兩側(cè)開挖清理探槽剖面，獲得了兩側(cè)地震斷錯的活動特征。經(jīng)過對比分析，回答了郯城地震地表破裂的向南延伸問題。

1　地震地質(zhì)背景

郯廬斷裂帶位于山東、江蘇境內(nèi)的部分又稱為沂沭斷裂帶，介于西側(cè)的魯西隆起與東側(cè)的蘇魯造山帶之間，由4條近于平行的斷層構(gòu)成：昌邑-大店斷裂（F1）、白芬子-浮來山斷裂（F2）、沂水-湯頭斷裂（F3）、鄌郚-葛溝斷裂（F4）。它們分別為中生代“兩塹夾一壘”復(fù)式地塹系的邊界斷裂（高維明等，1980）。在F1和F2所控制的東地塹內(nèi)新發(fā)育的晚第四紀(jì)活動斷層稱為安丘-莒縣斷裂（F5）（圖1；高維明等，1988；李家靈等，1994；晁洪太等，1994）。

郯廬斷裂帶起源于印支期華北與華南板塊的碰撞造山運動之中，早白堊世期間發(fā)生了大規(guī)模的左行平移。晚白堊世—古近紀(jì)期間，郯廬斷裂帶轉(zhuǎn)變成巨型的伸展構(gòu)造，控制發(fā)育了一系列陸相斷陷盆地。新近紀(jì)初期起動的擠壓活動，使這些斷陷盆地同步抬升和閉合，斷裂帶的逆沖活動斷斷續(xù)續(xù)延續(xù)至今（朱光等，2004；Zhu等，2009）。安丘-莒縣斷裂的活動具時空不均一性，被劃分為3段，分別是安丘段、莒縣-郯城段和新沂-宿遷段，它們的活動特征以右旋走滑為主，兼有逆沖（晁洪太等，1994；1997）。最新的對其北段的活動性質(zhì)研究也得到同樣的結(jié)果（何宏林等，2004；王志才等，2005；2015；宋方敏等，2005；楊曉平等，2006）。通過對斷裂帶周邊四百多條水系的分布形態(tài)進行詳細的測量分析，認(rèn)為郯廬斷裂在全新世具有右旋走滑的運動特征（Huang，1993）。然而，郯廬斷裂帶南段的重崗山-王遷段晚更新世以來逆沖活動強烈（沈小七等，2015）。

2　探槽剖面

研究區(qū)位于郯城市東側(cè)的馬陵山區(qū)，選擇的兩個探槽剖面分別位于窯上階區(qū)兩側(cè)的兩個小段：華僑-窯上段和麥坡-何莊段。階區(qū)北側(cè)的華僑-窯上段，地貌上位于馬陵山東側(cè)，總體走向N10°E左右，斷層主要表現(xiàn)為逆沖為主兼有走滑性質(zhì)，傾向東，北部傾角較陡，南部變緩，斷層跡線總體呈弧形。階區(qū)南側(cè)的麥坡-何莊段，在麥坡村東，斷層呈直線狀，表現(xiàn)為白堊紀(jì)王氏組二段紫紅色砂巖以高角度逆沖到王氏組三段磚紅色砂泥巖之上，同時兼有走滑運動分量。由于泥巖易被侵蝕，加上斷層兩側(cè)地層顏色形成鮮明對比，所以地貌上非常壯觀，該處建有麥坡活斷層遺址。

2.1華僑剖面

在華僑村東，Google Earth衛(wèi)星影像清楚顯示了斷層陡坎地貌，但由于人為改造嚴(yán)重，斷層西側(cè)沖溝多被夷為平地，對識別斷層運動學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。因此，本研究使用上世紀(jì)六十年代的航片影像資料解譯了斷層沿線的數(shù)條沖溝（圖2）。大多數(shù)沖溝沒有明顯的水平位錯，只有8號沖溝顯示有右旋錯動，但是，8號沖溝南側(cè)有人為修造的梯田，人為改造情況未知。在華僑磚廠南側(cè)，由于工程開挖，致使斷層裸露（34°49.57′，118°29.78′），斷層?xùn)|傾70°，剖面顯示白堊紀(jì)青灰色砂泥巖地層逆沖到Q2-3姜紅色黏土之上，頂部僅被很松散的現(xiàn)代沉積物覆蓋（圖3a及3b）。該斷層剖面可見新鮮的斷層泥，剖開斷層泥兩側(cè)圍巖物質(zhì)，斷層擦痕明顯，側(cè)伏方向S，側(cè)伏角60°（圖3c）。該剖面南側(cè)有一位錯沖溝，位錯約12m，形成斷塞塘沉積，開挖探槽后，斷層上覆沉積較松散，為現(xiàn)代堆積。該處為1668年郯城地震的地表破裂帶（李家靈等，1994；晁洪太等，1997）。

2.2麥坡剖面

在郯城麥坡遺址，Google Earth影像及航片顯示斷層跡線明顯，近于一條直線（圖4a），我們在航片上解譯了跨斷層的數(shù)條沖溝，其中標(biāo)號為1、2、6和7的沖溝被右旋位錯（圖4b）。斷層西側(cè)為白堊紀(jì)磚紅色砂泥巖，東側(cè)為白堊紀(jì)紫紅色砂巖，二者成斷層接觸。在其北側(cè)約800m處清理了一個大型地質(zhì)剖面（34°33.36′，118°25.62′），該剖面揭示的地層從新到老分層，詳細描述如下（圖5）：

圖2　華僑村東斷層地貌圖Fig.2　Geomorphology of the fault trace around the eastern of Huaqiao village

U1：粘土層，含有植物根莖。

U2：淺棕紅色粘土層夾有墨綠色粘土，底部含有約8cm厚的細砂層。在粘土中采集了兩個碳十四樣品C-MP-1/2；在細砂層中采集了三個光釋光樣品OSL-MP-1/2/3。

U3：棕黃色粗砂層，厚約0.5—0.8m。

U4：淺黃色中粗砂層夾灰黑色交錯層理。

U5：黃色粗砂層含有細礫。

U6：砂礫石層，由于斷層F2下盤已經(jīng)很薄，我們對上盤的該層不做細的劃分。

U7：白堊紀(jì)磚紅色砂巖。

剖面揭示了兩支斷層的存在，位于西支的F1斷層近于直立，其西盤為白堊紀(jì)磚紅色砂巖，東盤為第四系更新統(tǒng)于泉組地層（見區(qū)域地質(zhì)資料），該斷層活動以走滑為主；位于東支的F2斷層，明顯位錯了U3地層達2m，上盤下降，下盤抬升，為正斷。F2斷錯最新地層U2，之后經(jīng)歷一段時期的侵蝕過程，上升盤的U2地層被完全侵蝕，U3地層被部分侵蝕。U1地層覆蓋在F2之上，最新斷錯事件的時代被約束在U2與U1沉積之間。遺憾的是，在U2中采集到的兩個碳十四樣品經(jīng)美國Bata實驗室測試，均因碳含量過少沒有得到測試結(jié)果。采集的光釋光樣品，尚在中國地震局地質(zhì)研究所國家地震動力學(xué)重點實驗室測試中。至今，我們尚不能確定該段斷層的最新活動時代，但根據(jù)U2、U1地層沉積物特征分析，推測最新斷錯事件發(fā)生在全新世以來，但早于1668年。

圖3　華僑村東斷層剖面Fig.3　The profile of the Tanlu fault in the eastern of Huaqiao village

圖4　郯城麥坡斷層地貌圖Fig.4　Geomorphology of the fault around the Maipo village of Tancheng County

圖5　麥坡探槽剖面Fig.5　The profile of the Maipo trench

3　討論及結(jié)論

通過郯城窯上階區(qū)兩側(cè)開挖清理的剖面的對比研究發(fā)現(xiàn)，郯廬斷裂窯上-華僑段破裂的性質(zhì)以逆沖為主兼有走滑分量，南側(cè)的麥坡-何莊段最新活動性質(zhì)具有明顯的正斷特征，并且最新斷層活動沒有斷錯全新世U1地層。另外，從斷裂幾何展布上分析，郯城地震的地表破裂自窯上向北延伸成右階階區(qū)，而自窯上向南的斷層幾何展布為左階階區(qū)，階區(qū)寬度約為3km（圖1），該階區(qū)可能起到障礙體的作用。因此，綜合分析，1668年郯城地震的地表破裂沒有跨過窯上階區(qū)。本研究結(jié)果支持李家靈等（1994）研究的認(rèn)識。

前人對郯廬斷裂運動學(xué)特征的研究結(jié)果，多為以右旋走滑為主兼有逆沖分量（晁洪太等，1994；1997；何宏林等，2004；王志才等，2005；2015；宋方敏等，2005；楊曉平等，2006），而我們的剖面揭示郯廬斷裂地震斷層不同段落的活動特征是不同的，具有復(fù)雜性?，F(xiàn)今，郯廬斷裂地震斷層是一種低滑移速率下斷層新的表現(xiàn)形式，因而對郯廬斷裂活動斷層進行分段分析、對比研究及分段進行地震危險性評價尤為重要。

晁洪太，李家靈，崔昭文等，1994.郯廬斷裂帶中段全新世活斷層的特征滑動行為與特征地震.內(nèi)陸地震，8（4）：297—304.

晁洪太，李家靈，崔昭文等，1997.郯廬斷裂帶濰坊-嘉山段全新世活斷層的活動方式與發(fā)震模式.地震研究，20（2）：218—226.

方仲景，丁夢林，向宏發(fā)等，1987.郯廬斷裂帶.北京：地震出版社.

高維明，李家靈，孫竹友，1980.沂沭大陸裂谷的生成與演化.地震地質(zhì)，2（3）：11—18.

高維明，鄭朗蓀，李家靈等，1988.1668年郯城8.5級地震的發(fā)震構(gòu)造.中國地震，4（3）：9—15.

何宏林，宋方敏，李傳友等，2004.郯廬斷裂帶莒縣胡家孟晏地震破裂帶的發(fā)現(xiàn).地震地質(zhì)，26（4）：630—637.

李家靈，晁洪太，崔昭文等，1994.1668年郯城8*（1/2）級地震斷層及其破裂機制.地震地質(zhì)，16（3）：229—237.

沈小七，姚大全，鄭海剛等，2015.郯廬斷裂帶重崗山-王遷段晚更新世以來的活動習(xí)性.地震地質(zhì)，37（1）：139—148.

宋方敏，楊曉平，何宏林等，2005.山東安丘-莒縣斷裂小店子蕁矛懺埠段新活動及八定量研究.地震地質(zhì)，27（2）：200—211.

王志才，賈榮光，孫昭民等，2005.沂沭斷裂帶安丘-莒縣斷裂安丘-朱里段幾何結(jié)構(gòu)與活動特征.地震地質(zhì)，27（2）：212—220.

王志才，王冬雷，許洪泰等，2015.安丘-莒縣斷裂北段幾何結(jié)構(gòu)與最新活動特征.地震地質(zhì)，37（1）：176—191.

楊曉平，宋方敏，張?zhí)m鳳等，2006.郯廬斷裂帶青峰嶺斷層上最新一次古地震事件.地震學(xué)報，28（2）：213—218.

朱光，王道軒，劉國生等，2004.郯廬斷裂帶的演化及其對西太平洋板塊運動的響應(yīng).地質(zhì)科學(xué)，39（1）：36—49.

Huang W.，1993.Morphologic patterns of stream channels on the active Yishi Fault，southern Shandong Province，Eastern China:implications for repeated great earthquakes in the Holocene.Tectonophysics，219（4）：283—304.

Zhu G.，Liu G.S.，and Niu M.L.，et al.，2009.Syn-collisional transform faulting of the Tan-Lu fault zone，East China.International Journal of Earth Sciences，98（1）：135—155.

Evidence of Southward Extend of the 1668 Tancheng Earthquake Surface Rupture from Trench Profiles

Li Kang1），Xu Xiwei1），Jiang Guoyan2），Tan Xibin1）and Zhao Shiliang1）
1）Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2）Wuhan University，Wuhan 430072，China

The M8.5 Shandong Tancheng earthquake in 1668，had caused tragic loss of life and disastrous damage to infrastructure along the densely populated Eastern China.The earthquake produced more than a hundred kilometers of surface rupture.Due to the lack of historical documentary records，so far，there have been disagreements for extension southward of the surface rupture.The debate focused on whether it across the Yaoshang sinistral restraining step-over.In this paper，through aerial photo and satellite image interpretation，field investigation and trenching，we study the fault activity characterized on both sides of the area in order to solve the controversy to provide more geological data constraints.The profile of Huaqiao village in the north expose fresh gouge and fault striation，which show that the earthquake faulting is main of thrust with strike slip；the Maipo profile in the south show that the strata of U3 is normal faulting and offset up to 2m，and the fault is covered by the Holocene stratum U1.In addition，the Tancheng earthquake surface rupture is characterized by dextral step-over northward，however，the Yaoshang area is 3km wide sinistral restraining step-over.Overall，we suggest that the surface rupture southward is ending at Yaoshang village.Our results show that activity characteristics of different segments of the fault is different.Thus，segmentation analysis，comparison research and segmented risk assessment of the Tanlu active fault is particularly important.

Tanlu fault；Tancheng earthquake；Surface rupture；Trench；Active faulting

國家自然科學(xué)基金（91214201）資助

2016-03-31

李康，男，生于1985年。博士研究生。主要從事活動構(gòu)造及其地震危險性研究。E-mail：likang8899@aliyun.com