郯廬斷裂帶蘇皖交界段活動特征初探

趙 朋， 姚大全， 楊源源， 鄭海剛， 王行舟， 疏 鵬

(安徽省地震局，合肥 230031)

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郯廬斷裂帶蘇皖交界段活動特征初探

趙 朋， 姚大全*， 楊源源， 鄭海剛， 王行舟， 疏 鵬

(安徽省地震局，合肥 230031)

以郯廬斷裂帶蘇皖交界段淮河以南段為重點(diǎn)，開展地形地貌、斷層露頭等調(diào)查工作，并開挖地質(zhì)探槽，發(fā)現(xiàn)該段斷層錯斷了中更新世地層。對比淮河以北段的斷裂活動特征，認(rèn)為郯廬斷裂帶蘇皖交界段在淮河以南雖然第四紀(jì)仍有過活動，但其活動強(qiáng)度較弱，而該地區(qū)其他方向的斷裂截切作用是其活動性減弱的一個可能原因。

郯廬斷裂帶；蘇皖交界段；中更新世；淮河

0 引言

郯廬斷裂帶是我國東部一條主干斷裂帶，北起中俄邊境的黑龍江鶴崗市、蘿北一帶，沿NNE-NE向往南直至長江岸邊的湖北廣濟(jì)。它是一條規(guī)模巨大的巖石圈斷裂帶，為不同構(gòu)造單元的分界線，控制了兩側(cè)地震地質(zhì)環(huán)境的差異性發(fā)展。狹義的郯廬斷裂帶，即發(fā)育在魯蘇皖3省的斷裂段。該段在地震活動以及地球物理、地貌特征和次級斷裂組成等方面差異性較大，總體來看，山東、江蘇段斷裂活動性較強(qiáng)，在山東莒縣石井[1]、莒縣青峰嶺[2]、郯城紀(jì)莊[3]、江蘇宿遷曉店[4]等多地發(fā)現(xiàn)晚更新世—全新世活動斷層，安徽段活動性相對來說較弱，僅在安徽泗縣赤山見晚更新世活動斷層[5]。其中，位于蘇皖交界處的淮河自西向東流經(jīng)郯廬斷裂帶，兩側(cè)的地形地貌有較大的差異(圖1)，在工程項(xiàng)目的地震安全性評價中，淮河以南段僅根據(jù)地貌特征、第四紀(jì)地層分布推測為早中更新世活動斷裂，但并未有確切的地層證據(jù)。

本文研究的郯廬斷裂帶蘇皖交界段展布于江蘇泗洪、安徽泗縣至五河、明光一帶(圖1)。以太和—五河斷裂為代表的近EW向構(gòu)造是淮北塊體和皖中塊體的分界線[6]，該橫向構(gòu)造大致沿淮河發(fā)育，在研究區(qū)內(nèi)與NNE向郯廬斷裂相交。根據(jù)所切穿的構(gòu)造單元不同，郯廬斷裂帶以淮河為界可分為2段[7]，南、北兩側(cè)斷裂在地形地貌、斷層活動特征、斷層出露情況以及第四紀(jì)地層分布等方面存在顯著不同，其中淮河以北段晚第四紀(jì)以來表現(xiàn)出了較強(qiáng)的活動特征[5,8]。那么淮河以南段是否存在第四紀(jì)以來活動的證據(jù)，即錯斷第四紀(jì)地層方面的證據(jù)，這對于研究郯廬斷裂帶延伸入安徽以后的活動特征具有重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)地貌特征

郯廬斷裂帶蘇皖段為華北陸塊和揚(yáng)子陸塊2個一級大地構(gòu)造單元分界處。該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，除郯廬斷裂帶外，還發(fā)育NE向的淮陰—響水口斷裂、NW向的自來橋—來安斷裂，以及近EW向的太和—五河斷裂等(圖1)?；春幼晕飨驏|流經(jīng)郯廬斷裂帶，作為我國自然地理上的一條天然南北分界線，淮河南、北地形地貌等方面差異較大，而該區(qū)域復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造是造成這種差異的一個重要原因。

1.1 新生代地層

區(qū)域內(nèi)新生代地層成因類型多，巖性復(fù)雜?；春幽媳眱蓚?cè)出露情況不同，淮河以北以第四系為主，淮河以南以前第四紀(jì)地層為主，而第四系多分布于河湖邊、山間凹地等處。新生代地層的性狀特征見表1。

圖1 研究區(qū)衛(wèi)星影像圖及地質(zhì)構(gòu)造簡圖(衛(wèi)星影像據(jù)Google地球)

層位巖性描述分布區(qū)域第四系(Q)全新統(tǒng)松散的亞砂土、亞粘土及細(xì)砂粉砂層河湖沿岸,山麓附近上更新統(tǒng)為褐黃色亞砂土、亞粘土,質(zhì)地較松。平原地區(qū)中更新統(tǒng)上部為褐紅色的亞砂土、亞粘土下部為褐黃色礫石層,砂質(zhì)膠結(jié)泗洪零星分布下更新統(tǒng)上部為橙黃色砂層中部為灰綠、黃綠色砂質(zhì)亞粘土底部為礫石的灰綠色砂土層泗洪零星分布新近系(N)上新統(tǒng)以基性火山噴發(fā)堆積為主,為玄武巖夾少量的湖湘沉積物明光地區(qū)中新統(tǒng)上部為橙黃色砂層中部為淺灰綠色泥頁巖夾泥灰?guī)r下部為銹黃色的長石砂巖及礫巖明光、泗洪等地古近系(E)磚紅色砂巖夾玄武巖明光地區(qū)

1.2 新構(gòu)造運(yùn)動及地貌特征

研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動表現(xiàn)形式多樣，主要表現(xiàn)為大面積的升降、斷裂的新活動、斷陷盆地的發(fā)育和火山活動等。在現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場作用下，新構(gòu)造運(yùn)動主要表現(xiàn)為差異升降運(yùn)動。沿淮河發(fā)育的近EW向構(gòu)造與郯廬斷裂帶相交，淮河以北新構(gòu)造運(yùn)動以垂直升降為主，速度緩慢，具有間歇性、不均勻性和明顯的繼承性，在總的下降趨勢下，有升有降；淮河以南則表現(xiàn)為間歇性升降，以上升為主，陸相沉積及剝蝕交替出現(xiàn)[9]。

區(qū)域內(nèi)地貌主要以平原、波狀平原、丘陵為主，以淮河為界，南北地形差異較大?；春右员睂儆诨幢逼皆瓥|南部以及蘇北平原西部，大部分為沖積平原，地面高程13～19 m，由西向東緩緩傾斜，由古河流沉積物和近代淮河及其支流泛濫沉積物組成，在泗縣山頭、泗洪重崗一帶有零星殘丘出露?；春右阅蠟榈蜕角鹆辏睾蛹昂叿植疾钇皆?，地面高程20～60 m，最高可達(dá)90 m以上，主要為早元古代變質(zhì)巖系組成，部分有第三紀(jì)砂礫巖覆蓋，并有花崗巖出露。波狀平原地區(qū)發(fā)育不均勻第四紀(jì)地層。

2 郯廬斷裂帶蘇皖段斷裂活動特征

郯廬斷裂帶在衛(wèi)星影像圖上有清楚的顯示，該斷裂蘇皖段表現(xiàn)為2條線性條狀色帶，自泗縣、泗洪向南一直延伸到淮河兩岸的峰山、石門口一帶，為郯廬斷裂帶東、西2支主要斷裂的遙感影像表現(xiàn)(圖1)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，線性條帶為受斷裂影響的一系列NNE向的低丘、凹地以及斷續(xù)的水系，其中低丘坡緣還發(fā)育不連續(xù)的斷層陡坎。本次工作在總結(jié)前人資料的基礎(chǔ)上開展野外調(diào)查，重點(diǎn)對淮河以南段進(jìn)行了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查，并開挖了地質(zhì)探槽。

2.1 淮河以南段斷裂活動特征

在淮河以南段明光地區(qū)，針對郯廬斷裂帶東、西2支主要斷層開展野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了一些出露斷面。其中，在紫陽山和石門口斷面較為典型。

明光紫陽鄉(xiāng)紫陽山采石場出露多條基巖斷層，斷層均屬于東支斷裂，斷層發(fā)育于流紋巖與白堊紀(jì)砂巖之間，以及紅砂巖內(nèi)(圖2)。其中，流紋巖與砂巖之間發(fā)育的斷層規(guī)模較大，斷層寬約0.6 m，斷層帶內(nèi)為擠壓破碎物質(zhì)，發(fā)育豐富的擠壓片理、扁豆體、角礫等斷層物質(zhì)，但未見新鮮的滑動面，為郯廬帶早期活動的產(chǎn)物。砂巖內(nèi)發(fā)育的斷層平直，斷面較窄，發(fā)育少量泥狀斷層物質(zhì)，較硬，斷層頂部為礫石坡積層(Q3)覆蓋。該處未見斷層新活動的痕跡。

注：①礫石層 ②流紋巖 ③破碎帶 ④砂巖圖2 紫陽山斷層剖面(照片鏡像N)

在明光市橋頭鎮(zhèn)石門口泄洪口北側(cè)，出露規(guī)模較大斷層，該斷層為郯廬斷裂帶西支斷層，出露基巖為石英片巖與白堊紀(jì)紅砂巖，在西側(cè)的石英片巖內(nèi)發(fā)育一系列的斷層，斷面形態(tài)各異，斷層物質(zhì)固結(jié)堅(jiān)硬，為早期活動的產(chǎn)物。東側(cè)斷層發(fā)育于石英片巖與白堊紀(jì)紅砂巖之間(圖3)，斷面上寬下窄，底部寬約0.2 m，斷層帶內(nèi)發(fā)育斷層擠壓破碎物質(zhì)，靠近石英片巖一面發(fā)育較硬的泥狀物質(zhì)。斷面頂部為一侵蝕凹坑，堆積坡積礫石層(Q2-3)，靠近底部礫石定向排列，但未見和基巖斷面連通，應(yīng)為沿凹坑壁堆積排列形成。

注：①礫石層 ②石英片巖 ③紅砂巖 ④斷層帶圖3 石門口斷層剖面(照片鏡像N)

在緊鄰淮河南側(cè)的明光浮山，野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)發(fā)育NNE向的條形隆起，在隆起的東側(cè)可見不連續(xù)的小型陡坎發(fā)育。本次工作在浮山南側(cè)開挖一探槽(圖1)，揭示了豐富的斷層現(xiàn)象。

該探槽長約6 m，最深處約3 m，寬約2 m，呈EW向展布。探槽南側(cè)剖面如圖4所示，剖面揭示的地層如下：

①耕植土：棕灰色耕植土，含植物根系，少量礫石。

②填土層：棕色堆積土層，人為平整耕地的填土。

③亞粘土：棕紅色，含少量礫石，分布有點(diǎn)狀或短條帶狀灰色粘土，向東側(cè)逐漸減少，上部沿片理呈浸染狀，含少量風(fēng)化狀鐵錳結(jié)核。

④亞粘土：棕黃色，含較多斷面為灰白色礫石，大小不一，發(fā)育的片里面有較多灰色浸染，也有的呈點(diǎn)狀或短條帶狀，含鐵錳結(jié)核，比東側(cè)層③亞粘土稍硬。

⑤礫巖：深棕紅色礫巖，礫徑大小不一。頂部風(fēng)化狀，下部較硬，保留原巖狀態(tài)。

從剖面上來看，斷層發(fā)育于基巖及第四紀(jì)地層中，在底部礫巖與層③亞粘土呈斷層接觸，向上延伸入粘土中；可識別出較為平直的連續(xù)斷層面，斷面兩側(cè)第四系存在顯著差異；斷面產(chǎn)狀走向6°，傾向NW，傾角85°，上部略有變化；沿?cái)嗝媪芾煊谢疑镔|(zhì)，未見有斷層泥發(fā)育，總體來看可能為較弱或者單次構(gòu)造運(yùn)動事件所形成；斷層錯斷了層⑤礫巖、層④棕黃色粘土和層③棕紅色亞粘土，而頂部被受人類活動影響的填土層和耕植土所覆蓋。

剖面中層③、④采集的光釋光樣品測試結(jié)果均>100 kaBP，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層的分布以及性狀特征[10]，層③、層④為中更新統(tǒng)，即斷層錯斷了中更新世地層(Q2)，這說明該斷層在中更新世曾有過活動。根據(jù)地貌特征、錯斷地層關(guān)系，以及揭露斷面傾角較大等現(xiàn)象，表明斷層運(yùn)動形式為擠壓作用下的逆沖運(yùn)動。

注：①耕植土 ②填土 ③亞粘土 ④亞粘土 ⑤礫巖圖4 浮山南側(cè)探槽剖面(照片鏡像S)

2.2 淮河南、北兩側(cè)斷裂活動對比

研究區(qū)域內(nèi)沿淮河發(fā)育的近EW向斷裂與郯廬帶相交，淮河兩側(cè)的地形地貌、地層分布以及斷層活動有較大差異，淮河以北段斷層活動程度相對較強(qiáng)，主要表現(xiàn)為斷層對第四系、水系的控制、地表錯斷最新地層情況等方面。學(xué)者對該地區(qū)開展了活動時代、運(yùn)動性質(zhì)、古地震等方面的研究，其中在淮河以北段發(fā)育較為普遍的晚更新世斷層，包括泗縣赤山、泗洪重崗山、孫牌坊等地。如姚大全等[5]在赤山開挖了一系列探槽，探槽清晰地揭露出2個楔體，砂巖上沖垮落堆積在晚更新世粘土之上(圖5a)，其上又被粘土覆蓋，上沖斷面陡立。沈小七等[11]在泗洪重崗山開挖的探槽北壁揭示出東側(cè)白堊紀(jì)磚紅色砂巖逆沖于晚更新世粘土之上(圖5b)。謝征瑞等[4]在泗洪孫牌坊開挖的探槽剖面顯示，Q3黃土與Q1白色砂層之間發(fā)育斷裂擠壓破碎帶(圖5c)。斷裂擠壓帶內(nèi)發(fā)育灰綠色、黃綠色斷層泥條帶，顯示該斷層至少在晚更新世有過活動。

注：a 泗縣赤山；b 泗洪重崗山；c 泗洪孫牌坊圖5 淮河以北段晚更新世斷層剖面(據(jù)文獻(xiàn)[4]、[5]、[11]，修改)

近年來，筆者在靠近淮河北岸的峰山、大紅山一帶開展的野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，斷裂發(fā)育于NNE向條形崗地的坡緣，線性影像特征明顯(圖1)，對晚更新世地層分布有一定的控制作用?；春右阅隙蔚貐^(qū)由于區(qū)域處于弱隆升狀態(tài)，第四系相對較少且分布不均，但是本次槽探工作表明，郯廬斷裂在該地區(qū)第四紀(jì)以來仍然繼續(xù)活動，錯斷了中更新世地層，即該段最新的活動時代可達(dá)中更新世。以上工作可以得出，郯廬斷裂帶蘇皖段在淮河南北兩側(cè)活動性存在較明顯的差異，淮河以北段的活動時代要新于淮河以南段，且活動強(qiáng)度也明顯強(qiáng)于南段；同時由于受到較為一致的區(qū)域擠壓應(yīng)力，淮河南北2段的斷層運(yùn)動形式較為一致，即均以逆沖運(yùn)動為主，淮河以北段還表現(xiàn)出右旋走滑的特征[12]，而淮河以南段則不明顯。

3 結(jié)論及討論

郯廬斷裂帶蘇皖段為郯廬斷裂帶南延的重要部分，本次工作重點(diǎn)對淮河以南段開展野外地形地貌調(diào)查、斷裂露頭追索，以及探槽開挖工作。野外發(fā)現(xiàn)的斷層剖面顯示斷層經(jīng)歷了多期次不同性質(zhì)的活動，開挖的探槽剖面顯示斷層錯斷了中更新世粘土層，表明郯廬斷裂帶淮河以南段在中更新世仍有過活動，對比淮河以北段普遍存在的晚更新世活動現(xiàn)象，從斷面形態(tài)和發(fā)育規(guī)模來看，該段斷裂的活動程度弱于淮河以北段，但運(yùn)動方式仍和淮河以北段一致，為擠壓逆沖運(yùn)動，這也符合整體區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)。

總體來說，淮河以北段普遍存在晚更新世活動情況，淮河以南段第四紀(jì)以來仍有活動，但是晚更新世以來活動不明顯。從更大的范圍來看，郯廬帶自山東、江蘇至安徽段，最新活動時代逐漸變老、活動程度逐漸減弱。造成這種狀況的原因是多樣的，其中可能的一個原因是沿郯廬帶發(fā)育的一系列的NE向、NW向及近EW向斷裂截切作用，減弱了其活動強(qiáng)度。研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)代小震較少，1990年以來記錄ML≥1.0地震僅14次，最大地震為ML2.9，地震活動較弱，反映了該地區(qū)的應(yīng)力處于積累狀態(tài)。由于第四系的分布不均，該段斷裂晚更新世以來是否存在活動的地質(zhì)證據(jù)，還有待進(jìn)一步地探索。

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Segment Activity Characteristics of the Tan-Lu Fault Zone in the Jiangsu-Anhui Boundary Area

ZHAO Peng,YAO Da-quan*,YANG Yuan-yuan,ZHENG Hai-gang,WAGN Xing-zhou,SHU Peng

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

The structure of Tan-Lu fault zone in the Jiangsu-Anhui boundary area is very complex.This segment can be divided into two parts by the Huaihe river and their tectonic active characteristics are very different.With an emphasis on the south part,the fault segment is investigated according its topography,fault section,trench excavation.The result shows that the fault has dislocated the the stratum of middle Pleistocene.Compared with the north part,the tectonic active of south part in Quaternary was clearly weak.The cutting action of faults in other direction may be one of the possible reasons for the weakening.

Tan-Lu fault zone; fault in the Jiangsu-Anhui boundary area; middle Pleistocene；Huaihe river

趙朋，姚大全，楊源源，等．郯廬斷裂帶蘇皖交界段活動特征初探[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(4):54-59.

2016-09-30

地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH16018Y)；安徽省公益性地質(zhì)工作項(xiàng)目(2015025)

趙朋(1982—)，男，山東德州人，工程師，主要從事中長期預(yù)報及地震地質(zhì)研究工作．E-mail：zp20031688@163.com

*通訊作者：姚大全(1956—)，男，安徽桐城人，研究員，主要從事地震地質(zhì)研究工作．E-mail：daquany@aheq.gov.cn

P315.2

A

1003-1375(2016)04-0054-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.04.009