郯廬斷裂帶明光—定遠(yuǎn)池河鎮(zhèn)段的新活動(dòng)性1

楊源源 姚大全 鄭海剛 趙 朋 方 震 汪小厲 李軍輝

1）安徽省地震局，合肥 230031

2）郯廬斷裂帶中南段重點(diǎn)研究室，合肥 230031

引言

郯廬斷裂帶是中國東部的巨型斷裂帶，縱貫湖北、安徽、江蘇、山東及東北三省，總體呈NNE向延伸，在中國境內(nèi)長達(dá)2400km。根據(jù)斷裂帶所穿切的大地構(gòu)造單元、自身結(jié)構(gòu)構(gòu)造及地震活動(dòng)性等方面的差異分為3段，遼寧昌圖以北為北段，昌圖至淮河南岸為中段，淮河南岸至長江北岸的湖北廣濟(jì)為南段（方仲景等，1986；國家地震局地質(zhì)研究所，1987）。郯廬斷裂帶南段絕大部分位于安徽境內(nèi)，由于斷裂沿線第四紀(jì)地層發(fā)育較差且斷裂多從基巖區(qū)或隱伏于盆地內(nèi)部通過，導(dǎo)致其第四紀(jì)活動(dòng)性研究進(jìn)展較慢。以往普遍認(rèn)為該段最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世，晚更新世以來不活動(dòng)（方仲景等，1980；湯有標(biāo)等，1988，1990；鄭穎平等，2012；劉備等，2015）。近年來，郯廬斷裂帶南段第四紀(jì)活動(dòng)性研究取得重要進(jìn)展。在淮河南岸到安徽女山湖一帶發(fā)現(xiàn)郯廬斷裂存在清晰的線狀地貌，斷層發(fā)育于浮山—紫陽山一線的中生代紅色砂巖隆起邊緣緩坡，多個(gè)探槽剖面揭示斷層斷錯(cuò)了晚更新世黏土層，最新活動(dòng)方式具右旋拉張性質(zhì)，最新活動(dòng)時(shí)代達(dá)到全新世早期（姚大全等，2017；趙朋等，2017；楊源源等，2017）。

為進(jìn)一步研究郯廬斷裂帶在女山湖以南的新活動(dòng)情況，本文選取與淮河—女山湖段斷層跡線呈一致延伸方向、并具有一定斷層地貌顯示的明光—定遠(yuǎn)池河鎮(zhèn)段進(jìn)行遙感解譯、地質(zhì)地貌調(diào)查、探槽開挖及年代樣品測(cè)試等工作，以此獲得淮河—女山湖以南段郯廬斷裂帶第四紀(jì)的活動(dòng)性，從而更深入地認(rèn)識(shí)郯廬斷裂帶第四紀(jì)以來的演化特征。

1 研究區(qū)概況

郯廬斷裂帶在安徽境內(nèi)自東向西分別由嘉山-廬江斷裂、池河-太湖斷裂、石門山斷裂、五河-合肥斷裂4條主要斷裂構(gòu)成（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1987）。本文研究的郯廬斷裂帶明光至定遠(yuǎn)池河鎮(zhèn)段落位于合肥盆地北緣與嘉山（明光）盆地交匯部位，段落內(nèi)發(fā)育斷裂為郯廬斷裂帶安徽段四大主干斷裂之一的池河-太湖斷裂。受中國東部大陸邊緣廣泛的伸展活動(dòng)影響，郯廬斷裂帶在白堊紀(jì)至古近紀(jì)期間表現(xiàn)為巨型伸展構(gòu)造，控制了合肥盆地與嘉山盆地的斷陷、裂陷活動(dòng)，晚第三紀(jì)至第四紀(jì)期間區(qū)域發(fā)生擠壓，斷裂帶及盆地活動(dòng)反轉(zhuǎn)，研究區(qū)處于隆起狀態(tài)，大部分地區(qū)缺失第四紀(jì)沉積（劉國宏等，2003；陳海云等，2004；許世紅等，2007；Zhu等，2010，2012）。由于斷裂帶及盆地第四紀(jì)隆起幅度較弱，目前研究區(qū)及周邊主要呈現(xiàn)為中生代伸展期間的地貌格局，即研究區(qū)內(nèi)部為盆地緩丘陵地貌，東、西兩側(cè)分別為張八嶺隆起、淮南斷褶皺帶及大鞏山地壘構(gòu)成的山地，郯廬斷裂帶各主干斷裂構(gòu)成盆、山邊界斷裂或穿切盆地而過（圖1，其中圖1（a）據(jù)許志琴（1984）；圖1（b）據(jù)安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局（1987）、姚大全等（2004）、曹筠等（2017）、楊源源等（2017））。盆地兩側(cè)山體隆起主要由晚太古代—元古代變質(zhì)巖系組成，盆地內(nèi)部則發(fā)育中新生代地層，盆內(nèi)地層時(shí)代劃分及巖性見表1（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1987；吳躍東等，2002；吳海權(quán)等，2004）。

本文主要對(duì)池河-太湖斷裂及其旁側(cè)次級(jí)平行斷層進(jìn)行研究。池河—太湖斷裂在本區(qū)從合肥盆地及嘉山盆地內(nèi)部通過，總體呈隱伏狀態(tài)，該斷裂相對(duì)其余郯廬主干斷裂具有較新活動(dòng)特征。斷裂的新活動(dòng)控制了池河河谷的發(fā)育，導(dǎo)致池河順斷裂呈NNE向流淌匯入女山湖。在遙感影像上，池河總體表現(xiàn)為寬約1km的北北東向延伸的淺色帶（姚大全等，2004）。經(jīng)遙感解譯及野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷裂沿線絕大部分地段為緩丘陵平原地貌特征，僅少數(shù)地段為高出平原的崗地，指示了斷裂位置。斷裂沿線崗地地貌由北向南分布在明光市土山村、定遠(yuǎn)縣石塘岳及周王一帶，本次在上述崗地邊緣進(jìn)行探槽開挖以揭示斷裂新活動(dòng)特征。

表1 研究區(qū)中新生代地層 Table1 A brief description of Mesozoic and Cenozoic strata in the study area

續(xù)表

圖1 研究區(qū)構(gòu)造 Fig.1 Distribution of faults in the study area

2 探槽點(diǎn)地貌及剖面

2.1 明南土山村探槽

明光市明南街道土山村南東600m處存在古近紀(jì)紅色砂巖隆起形成的小山崗，長軸呈南北向，南北長近600m，東西寬300m，高80余米。在隆起西側(cè)存在斷續(xù)延伸的線性陡坎，陡坎走向近NS，高1—2m，陡坎東側(cè)地表出露古近系定遠(yuǎn)組紅色砂巖，陡坎西側(cè)為晚第四紀(jì)松散堆積，為揭示陡坎構(gòu)造性質(zhì)，在陡坎下方農(nóng)地中緩坡處開挖探槽（圖2）。

該探槽東西向布置，長約22m，寬2.5m，深約4m。南、北兩壁揭示現(xiàn)象基本一致。以北壁為例，探槽地層可以分為6層（圖3）：①亞黏土層，土黃色，含細(xì)小礫石，鐵錳結(jié)核，植物根系；②灰棕色黏土層，粘性較大，頂部為灰黑色，下部棕灰色，含少量礫石以及鐵錳結(jié)核；③礫石層夾黏土，該層不連續(xù)，局部形成洼斗，礫石聚集較多，該層延伸與層⑤較為一致；④土黃色黏土，粘性較大，含鐵錳結(jié)核，夾于2套砂巖之間；⑤棕紅色砂巖，全風(fēng)化狀，相對(duì)松散，呈舌狀延伸；⑥棕紅色砂巖，頂部風(fēng)化狀，下部較為完整，中間夾磨圓較好的條狀分布的礫石及黃綠色泥質(zhì)條帶。

為確定各地層的沉積年代，在相應(yīng)地層采集了光釋光（OSL）樣品和14C樣品，取樣位置見圖3，測(cè)試結(jié)果見表2。根據(jù)層①14C測(cè)年結(jié)果判斷其為全新世晚期地層；根據(jù)OSL測(cè)年結(jié)果及巖性特征判斷層②、層③為晚更新世地層；層④為1套黏土層，根據(jù)OSL測(cè)年結(jié)果及層序關(guān)系判斷為中更新世地層；根據(jù)區(qū)域地層資料，層⑤、層⑥均為古近紀(jì)地層。

圖2 土山村探槽附近Google影像（a）、（b）及地貌（c）、（d） Fig.2 Google images (a),(b) and geomorphology (c),(d) near the trench of the Tushan village

該探槽揭示池河-太湖斷裂在該處表現(xiàn)為逆沖活動(dòng)特征，將層⑤古近紀(jì)棕紅色砂巖逆沖于層④中更新世黏土層之上，斷層面東傾，傾角較緩。斷層上面被層③晚更新世礫石層覆蓋，層③底界不平，應(yīng)為斷層逆沖之后斷層陡坎上方礫石順坡侵蝕堆積所形成，即層③地層形態(tài)應(yīng)為逆沖運(yùn)動(dòng)后自然堆積形成。受斷層逆沖活動(dòng)影響，古近紀(jì)與中更新世地層產(chǎn)狀發(fā)生向東掀斜，晚更新世地層則無上述特征，反映其未受斷層活動(dòng)影響。上述情況表明，斷層在中更新世存在較強(qiáng)逆沖活動(dòng)，晚更新世以來不活動(dòng)。

圖3 土山村探槽北壁照片（a）、局部照片（b）與剖面圖（c） Fig.3 The photo (a),local photo (b) and log (c) of the north wall of Tushan trench

表2 探槽剖面年齡樣品測(cè)試結(jié)果 Table2 Dating results of samples from the exploratory trench

2.2 池河石塘岳探槽

石塘岳1號(hào)探槽位于定遠(yuǎn)縣池河鎮(zhèn)石塘岳西側(cè)，該處存在古近紀(jì)紅色砂巖隆起，隆起呈南北向，南北長250m，東西寬65m，相對(duì)高度10—20m。隆起西緣存在較好線性特征，有長近100m、高約0.5m的地貌陡坎，陡坎西傾，與紅色砂礫巖隆起向盆地傾沒方向一致（圖4（a））。陡坎上方為紅色砂礫巖，下方為耕植土層覆蓋，深度不明。為確定陡坎的構(gòu)造性質(zhì)，跨陡坎開挖石塘岳1號(hào)探槽，探槽走向近東西，長20m，寬3m，深2m（圖4（b））。

探槽兩壁揭示地層及構(gòu)造現(xiàn)象一致。以北壁為例，探槽頂部層①為厚5—10cm的薄層耕植土，下方層②為紅色砂巖擠壓破碎帶，發(fā)育密集節(jié)理面（圖5）。紅色砂巖傾向南東，傾角30°—45°，顯示遭受了自東向西的擠壓掀斜作用。探槽揭示該處無斷層通過，表明上述地貌陡坎不是斷層陡坎，可能為差異侵蝕作用導(dǎo)致的局部地形隆起。

圖4 石塘岳附近Google影像（a）、1號(hào)探槽附近地貌（b）及2號(hào)探槽附近地貌（c） Fig.4 Google image map (a) near Shitangyue，geomorphology near trench No.1（b） and geomorphology near trench No.2 (c)

石塘岳1號(hào)探槽揭示石塘岳西側(cè)古近紀(jì)隆起邊緣陡坎不是斷層陡坎，即該處不是斷層通過位置，不存在新生活動(dòng)斷裂。在石塘岳村東發(fā)現(xiàn)古近紀(jì)砂礫巖與白堊紀(jì)紅色砂巖接觸界線，界線處地形為一丘陵邊緣緩坡，無明顯陡坎。在上述地層界線附近開挖石塘岳2號(hào)探槽，探槽長16m，寬3m，深4m，走向近東西，揭示了斷層的存在（圖4（c））。

探槽兩壁揭示地層及現(xiàn)象基本一致，主要在北壁開展工作（圖6）。探槽揭示4套地層：①黏土層，土黃色，質(zhì)純，緊密，有一定粘性；②礫石層，礫徑1—3cm，磨圓差；③砂礫巖，褐紅色—紫紅色，擠壓破碎嚴(yán)重；④淺紅色砂巖，質(zhì)純，堅(jiān)硬。

根據(jù)區(qū)域地層資料判斷，層③為古近紀(jì)地層，層④為白堊紀(jì)地層，根據(jù)地層特征判斷層①為晚更新世地層。探槽揭示了池河-太湖主斷層，斷裂傾向南東，傾角緩，造成層④白堊系紅色砂巖逆沖于層③古近系砂礫巖之上，砂礫巖擠壓破碎嚴(yán)重，層③頂部發(fā)育層②細(xì)礫石層，可能代表斷層運(yùn)動(dòng)后存在較長時(shí)間的剝蝕堆積。斷層上方為層①晚更新世黏土層覆蓋。上述現(xiàn)象表明古近紀(jì)以來斷層發(fā)生了強(qiáng)烈逆沖運(yùn)動(dòng)，晚更新世以來斷層不活動(dòng)。

2.3 池河周王探槽

周王探槽位于定遠(yuǎn)縣池河鎮(zhèn)西5km處，周王村民組東側(cè)白堊紀(jì)紅色砂巖隆起西緣。在遙感影像上，該紅色砂巖隆起呈現(xiàn)為一南北向展布的線性條紋，長700m左右（圖7（a））。通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)該線性條紋為紅砂巖隆起西緣陡坎，高度0.5—1.5m，連續(xù)性非常好（圖7（b））。該陡坎東側(cè)紅砂巖出露地表，西側(cè)地表為晚第四紀(jì)松散沉積覆蓋。為確定陡坎構(gòu)造性質(zhì)，在陡坎下方開挖周王探槽，探槽長18m，寬2.5m，深2.5m，走向近東西。

圖5 石塘岳1號(hào)探槽北壁照片（a）與剖面（b） Fig.5 The photo (a) and log (b) of the north wall of Shitangyue No.1 trench

圖6 石塘岳2號(hào)探槽北壁（局部）照片（a）與剖面（b） Fig.6 The photo (a) and log (b) of the north wall (partial) of Shitangyue No.2 trench

圖7 周王探槽附近Google影像（a）及地貌（b） Fig.7 Google images (a) and geomorphology (b) near the trench of the Zhouwang village

探槽北壁揭示地層（圖8）：①灰黑色耕植土，淤泥質(zhì)，厚3—10cm；②灰黑色黏土層，松軟，底界不平，內(nèi)部發(fā)育節(jié)理面；③紅色砂巖，受斷層擠壓破碎，強(qiáng)風(fēng)化，發(fā)育多組傾向東或西的裂隙面。根據(jù)區(qū)域地層資料判斷層③為白堊紀(jì)地層，根據(jù)OSL測(cè)試結(jié)果判斷層②為晚更新世地層（表2）。

該探槽揭示了郯廬次級(jí)斷裂——?jiǎng)⒓忆?下馬鋪斷裂及其擠壓破碎帶。劉家鋪-下馬鋪斷裂總體呈隱伏狀態(tài)，走向約20°，為東傾的壓型斷裂，目前研究資料較少，推測(cè)深部可能收斂于池河-太湖斷裂。有鉆孔資料揭示該斷裂東側(cè)張橋組地層缺失，斷層破碎帶附近巖石變形強(qiáng)烈以及有大角度斜向破裂面及擦痕1鐵道部第四勘察設(shè)計(jì)院，1988.京滬高速鐵路池河特大橋工程勘測(cè)報(bào)告.。姚大全等（2004）基于斷層泥SEM測(cè)試結(jié)果認(rèn)為斷裂在中更新世有過較強(qiáng)活動(dòng)。本次探槽揭示劉家鋪-下馬鋪斷裂在剖面上包括2條主要斷層f1、f2及其它小斷層和節(jié)理面。f1應(yīng)為主斷層，表現(xiàn)為2條小斷層組成的斷層破碎帶，寬20cm左右，斷面傾向南東，傾角較陡。f2產(chǎn)狀與f1相近，未發(fā)育斷層破碎帶及斷層泥。上述斷層形態(tài)表明該處紅色砂巖隆起為近東西向擠壓作用形成。層②為晚更新世黏土層，其中發(fā)育較多節(jié)理面，但與下方紅色砂巖中斷層不貫通，表明斷層未延入層②之中。層②底界凹凸不平，且在探槽南壁不對(duì)稱發(fā)育（圖9），表明該層是順紅砂巖頂部侵蝕面堆積所形成，非斷層后期影響所致。上述情況表明，晚更新世沉積以后斷層不活動(dòng)。

3 斷裂新活動(dòng)性分析

本次開挖的探槽均位于盆地內(nèi)部，所揭示斷裂為池河-太湖斷裂及其旁側(cè)的次級(jí)平行斷裂。各探槽開挖部位均存在新構(gòu)造隆起及局部地段的線性陡坎，為斷裂帶最新活動(dòng)部位。土山村探槽、石塘岳2號(hào)探槽及周王探槽顯示斷裂在前晚更新世地層中呈現(xiàn)為擠壓逆沖，斷錯(cuò)最新地層時(shí)代為中更新世，未發(fā)現(xiàn)晚更新世以來活動(dòng)的直接證據(jù)。在研究區(qū)以南的肥東龍泉山西麓山洪張村揭露的池河-太湖斷裂露頭上，見元古代雙山組大理巖和晚白堊世張橋組紅色碎屑巖呈斷層接觸，斷面近直立，頂部無更新沉積物覆蓋，底部見紅色未固結(jié)的斷層泥，采集的斷層泥樣品經(jīng)電子自旋共振法（ESR）測(cè)定年齡為（698±89）ka，說明斷裂在中更新世有過較為強(qiáng)烈的活動(dòng)（圖10）。另外，姚大全（1992）在明光市城區(qū)南側(cè)進(jìn)行的鉆孔資料分析證實(shí)了郯廬隱伏斷層的存在，認(rèn)為斷裂活動(dòng)時(shí)間在晚更新世之前。綜合本次研究結(jié)果及前人研究資料認(rèn)為，郯廬斷裂帶明光—定遠(yuǎn)池河鎮(zhèn)段最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世，晚更新世以來不活動(dòng)。

圖8 周王探槽北壁照片（a），局部照片（b）、（c）與剖面（d） Fig.8 The photo (a) ,local photo (b),(c) and log (d) of the north wall of Zhouwang trench

圖9 周王探槽南壁照片（a）與剖面（b） Fig.9 The photo (a) and log (b) of the south wall of Zhouwang trench

圖10 肥東山洪張斷層剖面 Fig.10 Outcrop of Shan Hongzhang fault in Feidong County

4 結(jié)論與討論

通過對(duì)郯廬斷裂帶明光-定遠(yuǎn)池河鎮(zhèn)段進(jìn)行遙感解譯、地表地質(zhì)調(diào)查、探槽開挖及年代樣品測(cè)試，初步得到以下結(jié)論：

（1）郯廬斷裂帶明光-定遠(yuǎn)池河鎮(zhèn)段發(fā)育于盆地內(nèi)部，總體呈隱伏狀態(tài)，線性影像特征較差，其新活動(dòng)主要表現(xiàn)為控制了池河河谷的發(fā)育及沿明南土山村、池河石塘岳、池河周王等地展布的線性崗狀地貌。

（2）郯廬斷裂帶明光-定遠(yuǎn)池河鎮(zhèn)段最新活動(dòng)方式具擠壓逆沖性質(zhì)，最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世，晚更新世以來不活動(dòng)。

由于該段線性影像特征較差，斷裂出露地點(diǎn)不多，本次開挖的各探槽又缺乏相應(yīng)的對(duì)比探槽研究，可能導(dǎo)致對(duì)斷裂新活動(dòng)性認(rèn)識(shí)不足。另外，該段雖然與淮河—女山湖段在遙感影像上呈一致延伸，但是在最新活動(dòng)方式及時(shí)代上卻存在較大差異，表明郯廬斷裂帶在明光市至女山湖間可能存在分段。對(duì)于上述問題尚需進(jìn)一步研究。

致謝：本文14C樣品由美國BETA年代實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成；ESR（電子自旋共振）樣品由地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試；OSL（光釋光）樣品由山東地震局年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試；野外地質(zhì)調(diào)查得到冉勇康研究員、王虎副研究員的指導(dǎo)，在此一并表示感謝。