吉林省松原地區(qū)孤店斷裂活動(dòng)性研究

王　雷　沈　軍　于曉輝　萬永魁尉　洋　邵　博　楊傳成

1)防災(zāi)科技學(xué)院， 河北三河　065201 2)山東省地震局， 濟(jì)南　250014 3)中國地震局蘭州地震研究所， 蘭州　730000

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吉林省松原地區(qū)孤店斷裂活動(dòng)性研究

王雷1，2)沈軍1)*于曉輝1)萬永魁1)尉洋3)邵博1)楊傳成2)

1)防災(zāi)科技學(xué)院， 河北三河065201 2)山東省地震局， 濟(jì)南250014 3)中國地震局蘭州地震研究所， 蘭州730000

松原孤店斷裂斷裂活動(dòng)性發(fā)震構(gòu)造1119年前郭地震

0　引言

21世紀(jì)初全球仍處于最新一次的地震活動(dòng)高潮中(鄧起東， 2012)。在國內(nèi)主要表現(xiàn)在青藏高原及其周緣活動(dòng)塊體上， 如2001年昆侖山口西8.1級(jí)地震、 2008年四川汶川8.0級(jí)地震、 2008年新疆于田7.3級(jí)地震、 2010年青海玉樹7.1級(jí)地震、 2013年四川蘆山7.0級(jí)地震等。在這一地震活動(dòng)高潮背景下， 中國東北地震弱活動(dòng)區(qū)也有一定的響應(yīng)， 如2006年吉林松原發(fā)生了5.0級(jí)地震。自2013年以來， 松原地區(qū)4～5級(jí)地震不斷， 其中最大為2013年11月23日查干花5.8級(jí)地震， 該地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)性成為被人們關(guān)注的問題。

扶余-肇東斷裂是1條貫穿松原地區(qū)的NE-SW向的重要斷裂， 該斷裂在地震資料上顯示不同分段具有不同的活動(dòng)性差異； 其中南段扶余—肇東查干花段(簡(jiǎn)稱扶余-肇東斷裂， F2)為早中更新世斷裂， 中段扶余—肇東孤店段(簡(jiǎn)稱孤店斷裂， F1)為晚更新世斷裂(圖1)。在查干花附近， 存在多條規(guī)模較小的NW向斷裂組， 稱為查干花斷裂組(F3)， 屬于前第四紀(jì)斷裂。近年來， 松原地區(qū)連續(xù)發(fā)生的MS5.5、MS5.3、MS5.8和MS5.0地震的震群特征可能與F3斷裂的構(gòu)造特征有關(guān)。緊鄰目標(biāo)區(qū)的孤店斷裂地處松遼盆地中央凹陷區(qū)南部的扶新隆起帶西南端， 位于長嶺凹陷與華字井階地的分界線附近， 屬于典型的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造(付憲弟等， 2010)。另外， 孤店斷裂位于前人推測(cè)的1119年前郭地震Ⅶ度烈度區(qū)內(nèi)， 該斷裂未來的發(fā)震能力和對(duì)目標(biāo)區(qū)的影響程度需加以重視。

圖1　孤店斷裂及研究區(qū)位置Fig. 1　Gudian Fault and position of the study area.斷裂根據(jù)石油資料解譯確認(rèn)， 1119年地震烈度等震線和震中位置為吳戈等(1988)推測(cè); F1孤店斷裂， F2扶余-肇東斷裂， F3查干花斷裂組

本文在收集和分析石油勘探資料的基礎(chǔ)上， 利用淺層物探、 鉆探、 釋光測(cè)年及地貌測(cè)量手段， 研究其淺層結(jié)構(gòu)和活動(dòng)性， 旨在為松原市活動(dòng)斷裂探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供可靠的參數(shù)與信息， 并對(duì)1119年地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行初步討論， 以期對(duì)松原地區(qū)的地震研究有所幫助。

1　斷裂的平面幾何特征

松遼盆地是活動(dòng)斷裂隱伏區(qū)， 斷裂活動(dòng)形跡不同程度地被第四系覆蓋， 很難直接尋找到斷裂位置。但是， 該地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的石油， 石油行業(yè)曾做過深層地震勘探， 獲得了大量的石油勘探資料。針對(duì)孤店斷裂， 從石油部門收集了三維地震構(gòu)造平面圖T04(下白堊統(tǒng)嫩江組4段底界)、 T1(下白堊統(tǒng)嫩江組底界)、 T2(下白堊統(tǒng)姚家組底界)3個(gè)反射層剖面和14個(gè)二維深部地震剖面(圖2)。項(xiàng)目組從石油勘探資料入手， 解釋與分析， 發(fā)現(xiàn)松原市西南有1條NW向的孤店斷裂(石國平等， 1985)， 其北端與NE向的第四紀(jì)活動(dòng)斷裂扶余-肇東斷裂(李傳友等， 1999a)相連。石油勘探構(gòu)造平面圖中， 孤店斷裂與扶余-肇東斷裂NE向的蓋子井—達(dá)里巴鄉(xiāng)段的地下破裂寬度和程度相同， 以1段圓弧平滑連接， 本文中將兩者合稱為孤店斷裂。

圖2　孤店斷裂地震勘探剖面(修改自吉林油田資料)Fig. 2　Seismic prospecting profile across Gudian Fault(modified from the data of Jilin Oil Field).中間剖面為下白堊統(tǒng)嫩江組底界面(T1反射層剖面)三維地震勘探構(gòu)造平面圖； 1—14為控制孤店斷裂的二維地震勘探剖面

孤店斷裂為弧形斷裂， 北起達(dá)里巴鄉(xiāng)， 經(jīng)蓋字井、 孤楊、 深井子、 巨龍山村， 南至菜園子。該斷裂在下白堊統(tǒng)嫩江組底界破裂總長度約為66km。依據(jù)斷裂獨(dú)立破裂段中間破裂寬， 兩端變窄、 尖滅這一特征， 通過三維地震構(gòu)造平面圖T04反射層， 將孤店斷裂分為3段， 即達(dá)里巴鄉(xiāng)—蓋字井—孤楊段、 孤楊—深井子—巨龍山村段和巨龍山村—菜園子段。其中， 蓋字井—孤楊和孤楊—深井子2段破裂連續(xù)、 顯著， 說明斷裂新活動(dòng)集中在這2段， 活動(dòng)性比其他段更為強(qiáng)烈。

2　斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)與活動(dòng)時(shí)代

2.1運(yùn)動(dòng)性質(zhì)

松遼盆地位于太平洋板塊西側(cè)東亞活動(dòng)大陸邊緣， 發(fā)育在大陸內(nèi)部太古宇—元古宇基底之上， 盆地內(nèi)多火山和巖漿活動(dòng)(宋均秋， 2008)。在早白堊世因巖漿上涌， 發(fā)生裂陷擴(kuò)張， 形成正斷性質(zhì)的斷裂； 早白堊世嫩江期—晚白堊世明水期末， 太平洋板塊向W運(yùn)動(dòng)， 擠壓盆地， 盆地內(nèi)發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)， 原來的正斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏀嗔眩?新生代古近紀(jì)松嫩平原處于弱伸展階段； 至新近紀(jì)松遼盆地停止運(yùn)動(dòng)(陳昭年等， 1996； 張功成等， 1996； 李娟等， 2002； 宋均秋， 2008)。

二維地震勘探1—14號(hào)剖面共同反映了孤店斷裂早期拉張， 晚期擠壓的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。同時(shí)， 揭示了斷裂錯(cuò)斷地層的特征， 反射軸由上至下分為T02(古近系依安組底界)、 T06(下白堊統(tǒng)嫩江組3段底界)、 T07(下白堊統(tǒng)嫩江組2段底界)、 T1和T2。如圖2 中的6—10號(hào)剖面， 孤楊—深井子一帶斷裂切穿古近系依安組底界， 剖面中依安組以上地層信息缺失； 如圖2 中的5號(hào)剖面， 孤店斷裂錯(cuò)動(dòng)至下白堊統(tǒng)嫩江組3段底界； 如圖2 中的11號(hào)剖面， 巨龍山村附近孤店斷裂錯(cuò)動(dòng)至下白堊統(tǒng)嫩江組底界， 孤楊—深井子一帶斷裂活動(dòng)性強(qiáng)于其它段。

以二維地震反射剖面SYL19(圖3)為例， 孤店斷裂切穿上白堊統(tǒng)明水組頂界， 傾向SE， 斷面呈鏟形， 下部寬緩、 上部陡直。T2反射軸以下， 斷裂上盤下降， 具正斷性質(zhì)； T2反射軸以上， 斷裂上盤多層同相軸向上拱， 且斷距由下至上逐漸減小， 具逆斷性質(zhì)。下部正斷層在早期斷陷階段形成， 上部逆斷層為反轉(zhuǎn)期產(chǎn)物， 表明早期該地區(qū)受拉張力作用， 后期處于擠壓應(yīng)力狀態(tài)。因此， 孤店斷裂的受力狀態(tài)與松遼盆地形成過程中的受力情形一致。

SYL19地震剖面(圖3)中， 可見白堊系及更老地層內(nèi)的斷裂信息， 但是缺失新生代以來的地層信息， 要反映斷裂的最新運(yùn)動(dòng)方式、 受力情況， 還需結(jié)合淺層勘探剖面。那樣， 既能反映斷裂的最新活動(dòng)性質(zhì)、 產(chǎn)狀和位置， 又能揭露斷裂深部的結(jié)構(gòu)信息， 完整地顯示斷裂的演化過程和受力狀態(tài)。

在深井子， 沿垂直斷裂方向布設(shè)淺層物探測(cè)線。在不同地層、 巖性的分界面， 反射波反射信號(hào)增強(qiáng)。如圖4， 解譯出10條反射軸， 從上到下分別為T0(第四系中間層)、 T01(第四系底界)、 TNt(新近系泰康組底界)、 TNd(新近系大安組底界)、 T02、 T03(上白堊統(tǒng)明水組底界)、 T04、 T06、 T1、 T2， 其中T2反射層信號(hào)較弱、 反射波組較短。根據(jù)反射波組特征和斷層判別依據(jù)， 解譯出1條傾向E、 錯(cuò)動(dòng)第四系的逆斷層。斷層上盤斷面處地層出現(xiàn)大幅度隆起， 局部造成地層錯(cuò)斷， 遠(yuǎn)離斷面地層趨于平行； 斷層下盤， 地層整體呈水平展布。T2層斷距最大， T1層次之， 向上逐漸減小， T01層以上難以分辨。

圖4　深井子淺層地震反射疊加時(shí)間剖面Fig. 4　Interpretation of Shenjingzi section of shallow seismic reflection.a 中T01為第四系底界， TNt為新近系泰康組底界， TNd為新近系大安組底界， T02為古近系依安組底界， T03為下白堊統(tǒng)明水組底界， T1為下白堊統(tǒng)嫩江組底界； b 中的藍(lán)色線條代表鉆孔

2.2活動(dòng)時(shí)代

作者參與的松原市活斷層探測(cè)項(xiàng)目 “控制性鉆孔探測(cè)與第四紀(jì)剖面的建立”專題中將第四系由下至上劃分為： 1)下更新統(tǒng)白土山組冰水堆積， 巖性以中厚層紅褐色、 黃褐色、 灰白色砂礫石堆積為主， 其中夾有薄層狀、 透鏡狀和中厚層狀的灰綠色含砂黏土層(俗稱 “狼屎泥”)； 2)中更新統(tǒng)荒山組沖洪積和大青溝組河湖堆積， 其中前者分布于高平原區(qū)， 巖性為1套黃褐色、 棕褐色中厚層亞黏土(有地質(zhì)資料把該層稱為黃土狀土或老黃土)； 3)上更新統(tǒng)沖積和風(fēng)成堆積， 其中后者以砂黃土常見； 4)全新統(tǒng)成因類型復(fù)雜， 沖積、 湖積、 沼澤堆積、 風(fēng)積、 洪積和坡積及其混合類型的堆積都有。

為查明斷裂上斷點(diǎn)和最新活動(dòng)情況， 根據(jù)淺層勘探結(jié)果， 在編號(hào)1,800m處共布設(shè)7個(gè)鉆孔， 如圖4b， 采用對(duì)折法， 逐步逼近， 控制斷裂的具體位置， 斷裂上盤布設(shè)4個(gè)鉆孔， 下盤布設(shè)3個(gè)鉆孔。鉆孔具體布設(shè)參數(shù)如表1。

表1　鉆孔布設(shè)具體參數(shù)

Table 1　Parameters of the drilling layout

編號(hào)經(jīng)度(E)緯度(N)相對(duì)標(biāo)高/m孔間距/m深度/mzk2124°31'17.26″44°49'51.59″0.48—64zk3124°31'20.39″44°49'49.01″0.7510565zk6124°31'21.00″44°49'48.52″0.852044zk7124°31'21.29″44°49'48.29″0.891044zk4124°31'21.52″44°49'48.06″0.88942zk5124°31'22.10″44°49'47.52″0.982141zk1124°31'23.82″44°49'47.02″04155

孤店斷裂深井子段第四紀(jì)沉積物主要包括黃色、 褐色粉土、 粉質(zhì)黏土， 灰色、 灰白色砂、 礫、 含砂礫黏土。地層從上至下具體描述如下：

層①主要為灰黑、 灰褐色粉砂質(zhì)黏土， 頂部為填土， 屬于全新統(tǒng)(Q4)。

層②主要為淺黃色、 黃褐色粉土， 夾有粉砂， 質(zhì)地較軟， 屬于上更新統(tǒng)(Q3)。該層底界平均深度10.4m， 從NW至SE， 在該層底界7個(gè)鉆孔的埋深依次為11m(zk2)、 11m(zk3)、 11m(zk6)、 10.15m(zk7)、 9.6m(zk4)、 10m(zk5)、 10m(zk1)。

層③主要為黃褐色和棕褐色的中厚層粉質(zhì)黏土， 含有星散分布的礫石和分布不均的鐵錳結(jié)核， 局部有白色粉末狀的菌絲體， 屬于中更新統(tǒng)荒山組(Q2h)。該層底界平均深度19.38m。從NW至SE， 在該層底界7個(gè)鉆孔的埋深依次為22.2m(zk2)、 21m(zk3)、 22.85m(zk6)、 20m(zk7)、 18.3m(zk4)、 18.2m(zk5)、 13.1m(zk1)。

層④主要為橘紅色含礫粉質(zhì)黏土， 屬于下更新統(tǒng)(Q1)。

層⑤主要為灰白色的砂、 礫石， 局部夾有灰白色、 灰綠色含砂礫黏土層， 砂粒徑多變， 含F(xiàn)e3+呈黃褐色， 屬于下更新統(tǒng)白土山組(Q1b)。

圖5　深井子聯(lián)合鉆孔剖面Fig. 5　Combined drilling profile in Shenjingzi.①全新統(tǒng)耕植土； ②上更新統(tǒng)黃土； ③中更新統(tǒng)老黃土； ④橘紅色含礫粉質(zhì)黏土； ⑤下更新統(tǒng)白土山組灰白色砂、 礫、 含砂礫黏土； a為zk2的層④中存在的裂縫， 充填青灰色淤泥， 新鮮狀， 深27.2～28.3m； b為zk7的層③中存在的裂縫， 充填青灰色淤泥， 新鮮狀， 深14.8～15.0m； 釋光樣品zk2-1-OSL測(cè)得年齡>50ka， 屬晚更新世

從聯(lián)合鉆孔剖面(圖5)看， 層⑤和層④屬于白土山組。 層④的橘紅色含礫粉質(zhì)黏土呈透鏡體狀。 從zk6至zk1該組地層發(fā)生傾斜， 與物探剖面中的SE向隆起一致。層③荒山組底界從zk6至zk1總體傾斜； zk6與zk7之間落差2.85m， 坡降最大， 斷層在2孔之間活動(dòng)。在鉆探過程中發(fā)現(xiàn)zk7的14.8～15.0m深處粉質(zhì)黏土中存在裂縫， 如圖5b， 充填青灰色淤泥， 近直立， 長20cm， 可能是斷裂活動(dòng)留下來的證據(jù)。zk2的27.2～28.3m深度處也存在不規(guī)則裂縫， 如圖5a， 充填青灰色淤泥， 新鮮狀。在局部的軟土層中存在裂縫， 有可能是最新斷裂活動(dòng)導(dǎo)致。在zk6與zk7中層②底部落差0.85m， 同層中坡降最大， 而層②中部的黃褐色粉土層無明顯落差， 該層頂界黃色粉土層也無明顯變化， 表明斷裂在晚更新世活動(dòng)。

zk2埋深10.1m處的粉砂、 粉土樣品(zk2-1-OSL)釋光年齡>50ka。該樣品采自zk2上更新統(tǒng)下部的淺黃色粉土層， 淺黃色粉土上方有1層黃褐色粉土， 上更新統(tǒng)上部為馬蘭黃土。樣品采集的位置對(duì)應(yīng)到zk7和zk6也在黃褐色粉土層下方的淺黃色粉土層中。上覆兩側(cè)黃褐色粉土層未錯(cuò)斷， 為上斷點(diǎn)推測(cè)位置。在東北晚更新世標(biāo)準(zhǔn)地層中， 鉆孔剖面中上更新統(tǒng)下部的淺黃色粉土層與顧?quán)l(xiāng)屯組相對(duì)應(yīng)， 顧?quán)l(xiāng)屯組頂部夾有黑色古土壤，14C年齡為(33.66±3.27)ka， 顧?quán)l(xiāng)屯組之上覆蓋馬蘭黃土(王友勤等， 1975)。因此， 推測(cè)斷裂錯(cuò)斷地層距今(33.66±3.27)～50ka。

3　深井子段地表變形

從地貌上看， 如圖6a中， 孤店斷裂北段處于低平原沉降區(qū)， 南段位于高平原隆升區(qū)。斷裂控制著兩側(cè)地層的發(fā)育， 東側(cè)抬升， 西側(cè)下降。由孤楊， 經(jīng)深井子， 至巨龍山， 斷裂上盤地表明顯高于下盤， 基本沿?cái)嗔炎呦蚍植?。在鉆孔探測(cè)場(chǎng)地的SE延伸方向， 地形表現(xiàn)為大的斜坡。為獲得斜坡的變形量， 以1m為點(diǎn)間距， 利用GPSRTK測(cè)量?jī)x沿鉆孔剖面方向?qū)崪y(cè)了1條800m的AB剖面。數(shù)據(jù)經(jīng)處理， 如圖6 顯示， B端地勢(shì)高于A端9m。

下更新統(tǒng)白土山組、 中更新統(tǒng)荒山組在鉆孔剖面東南2.5km處的采砂場(chǎng)中出露， 上部有薄層上更新統(tǒng)黃土， 該層黃土與鉆孔探測(cè)中的上更新統(tǒng)黃色粉土屬于同一層。根據(jù)地貌測(cè)量結(jié)果， 變形帶B端地勢(shì)高于A端9m。鉆孔剖面位于變形帶地勢(shì)低的一側(cè)(A端)， 下盤3個(gè)鉆孔(zk2、 zk3和zk6)上更新統(tǒng)底界距地表11m， 推算得變形帶兩側(cè)落差20m。該現(xiàn)象充分表明晚更新世以來深井子地區(qū)發(fā)生地表變形， 仍有構(gòu)造活動(dòng)。

圖6　跨斷層地形實(shí)測(cè)剖面Fig. 6　Measured topography section across Gudian Fault.a 孤店斷裂DEM數(shù)據(jù)； b a中AB段(黃線)對(duì)應(yīng)的地形實(shí)測(cè)剖面； Q4全新世地層； Q3晚更新世地層； Q2中更新世地層； Q1早更新世地層， 頂部為風(fēng)化殼； zk1—zk7為鉆孔

4　結(jié)論與討論

綜上所述， 孤店斷裂是1條弧形斷裂， 沿達(dá)里巴鄉(xiāng)—蓋字井—孤楊—深井子—巨龍山村—菜園子展布， 分為3段。斷裂內(nèi)部各分段走向NW或NE。在三維地震構(gòu)造平面圖T1反射層上， 斷裂長66km。該斷裂傾向E， 具逆斷性質(zhì)， 錯(cuò)斷晚更新世地層， 屬于晚更新世活動(dòng)斷裂。根據(jù)鉆探結(jié)果， 結(jié)合變形帶兩側(cè)地表落差9m， 推算得上更新統(tǒng)底界垂直變形20m， 晚更新世以后孤店斷裂仍有構(gòu)造活動(dòng)。

目前， 關(guān)于1119年地震的發(fā)震斷裂仍沒有定論， 我們結(jié)合孤店斷裂所做的工作， 推測(cè)孤店斷裂可能是1119年地震的發(fā)震斷裂， 主要依據(jù)如下：

(1)李傳友等(1999a)從構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析， 認(rèn)為發(fā)震構(gòu)造走向NW或NE， 與孤店斷裂各分段的走向一致。

(2)孤店斷裂是前人圈定的震中位置(吳戈等， 1988)或活動(dòng)構(gòu)造帶內(nèi)(李傳友， 1999a)活動(dòng)性最強(qiáng)的斷裂。

(3)深井子鉆孔探測(cè)結(jié)果和測(cè)年數(shù)據(jù)顯示， 孤店斷裂在晚更新世活動(dòng)。雖然沒有錯(cuò)斷地表的證據(jù)， 但上更新統(tǒng)底界垂直20m的落差， 說明晚更新世以后孤店斷裂仍有強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)， 可能表現(xiàn)為盲斷層、 活動(dòng)褶皺， 也可能仍以斷層形式存在。因此， 孤店斷裂很可能與1119年地震有關(guān)。

致謝在松原市活斷層探測(cè)過程中， 松原市地震局孟凡斌局長、 金顯廷科長等給予了大力支持， 吉林省地震局盛儉高級(jí)工程師給予了技術(shù)指導(dǎo)； 文中石油資料由吉林油田提供， 淺層地震勘探資料由吉林省煤田地質(zhì)物探公司提供， 鉆孔資料由吉林建筑工程學(xué)院勘測(cè)公司施工獲得， 光釋光測(cè)年在山東省地震工程研究院釋光實(shí)驗(yàn)室完成； 成文過程中， 山東省地震局晁洪太研究員、 王志才研究員給予了指導(dǎo)和幫助； 審稿過程中， 2位專家提出了寶貴的修改意見: 謹(jǐn)在此一并致謝。

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1)InstituteofDisasterPrevention，Sanhe，Hebei065201，China2)EarthquakeAdministrationofShandongProvince，Jinan250014，China3)LanzhouInstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdministration，Lanzhou730000，China

Abstract

RESEARCH ON ACTIVITIES OF THE GUDIAN FAULT IN SONGYUAN， JILIN PROVINCE

WANG Lei1，2)SHEN Jun1)YU Xiao-hui1)WAN Yong-kui1)

YU Yang3)SHAO Bo1)YANG Chuan-cheng2)

Songyuan， Gudian Fault， activity of the fault， seismogenic structure， Qianguo earthquake in 1119 AD

2015-04-22收稿， 2015-10-14改回。

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(ZY20150317)、 松原市活斷裂探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)項(xiàng)目與中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(ZY20120102)共同資助。
*

沈軍， 研究員， E-mail: shenjuneq@qq.com。

P315.2

A

0253-4967(2016)02-447-11

王雷， 男， 1988年生， 防災(zāi)科技學(xué)院在讀碩士研究生， 主要從事地震地質(zhì)研究， E-mail： wangleifz0421@qq.com。

doi:10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.02.017