嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂第四紀(jì)活動(dòng)特征

路 碩，疏 鵬，方良好，楊源源，鄭穎平，談 昕，潘浩波，宋方敏

(安徽省地震局，安徽 合肥 230031)

0 引言

嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂位于長(zhǎng)江北差異隆起區(qū)，該區(qū)西北邊界為郯廬斷裂帶，東南與長(zhǎng)江河谷沉降區(qū)相鄰。由于該斷裂多數(shù)段落從基巖區(qū)通過(guò)或隱伏于盆地之下，因此對(duì)于該斷裂的研究較少。然而值得注意的是，自有文字記載以來(lái)沿該斷裂發(fā)生過(guò)兩次M>5地震[1-2]，分別為1585年3月6日53/4級(jí)地震和1654年2月17日51/4級(jí)地震，其中1585年巢湖地震震中烈度達(dá)Ⅶ度，造成巢縣墻屋有傾覆，桐城、貴池城垣多裂，合肥、安慶、宿松等地均震的影響；1654年樅陽(yáng)、廬江間地震，舒城、銅陵、廬江等地均有影響。前人在研究1585年巢湖地震的發(fā)震構(gòu)造時(shí)多從淺層地震勘探、鉆探及歷史文獻(xiàn)資料等方面入手，認(rèn)為該地震的發(fā)震構(gòu)造為郯廬斷裂帶、滁河斷裂、橋頭集—東關(guān)斷裂[3]或?yàn)閲?yán)家橋—楓沙湖斷裂[4]。而在斷裂幾何結(jié)構(gòu)及活動(dòng)時(shí)代、性質(zhì)等方面的研究較少?；谝陨锨闆r，本文針對(duì)嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂開(kāi)展了地震地質(zhì)、地震活動(dòng)性及重力等工作，對(duì)斷裂的幾何結(jié)構(gòu)和活動(dòng)特征進(jìn)行研究，認(rèn)為1585年巢湖地震及1654年樅陽(yáng)、廬江間地震的可能與嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂的最新活動(dòng)有關(guān)。

1 地質(zhì)構(gòu)造背景

嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂沿巢湖—無(wú)為—貴池一帶分布，北起嚴(yán)家橋西北，向西南經(jīng)六家店、戚家大山、蜀山鎮(zhèn)、大安山，止于三官山，長(zhǎng)約55km。大地構(gòu)造單元上屬于下?lián)P子陸塊，其西北以郯廬斷裂帶為界,與秦嶺—大別造山帶相接；在地層區(qū)域上屬于揚(yáng)子地層區(qū)，下?lián)P子地層分區(qū)，六和巢縣小區(qū)[5](圖1)。在新構(gòu)造分區(qū)上，處于長(zhǎng)江北差異隆起區(qū)，該區(qū)西北邊界為郯廬斷裂帶,東南與長(zhǎng)江河谷沉降區(qū)相鄰，整體上呈較弱的隆起狀態(tài)。地貌上以丘陵為主,其間有一些侵蝕或斷陷盆地。斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，其斷裂多呈北東向，包括郯廬斷裂，烏江—羅昌河斷裂，嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂及宿松—樅陽(yáng)斷裂。斷裂多沿北東向上山體的邊界展布，第四系沿河流及山體坡麓展布，局部沿長(zhǎng)江及合肥盆地厚度約數(shù)十米，反映了第四紀(jì)以來(lái)的區(qū)域地殼較穩(wěn)定，未有明顯的沉降或隆升。同時(shí)區(qū)域地震活動(dòng)以中小地震為主，自1970年建立數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)以來(lái)，共發(fā)生地震多達(dá)近280次，多沿郯廬斷裂帶、烏江—羅昌河斷裂和嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂分布，最大的兩次地震分別為1585年3月6日53/4級(jí)地震和1654年2月17日51/4級(jí)地震。

主要斷裂名稱(chēng)：F11-F1-4 郯廬斷裂帶；F2 烏江—羅昌河斷裂；F3-1-F3-2嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂；F4 宿松—樅陽(yáng)斷裂(地震目錄來(lái)自安徽省地震局,斷裂改自區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖)圖1 嚴(yán)家橋-楓沙湖斷裂地質(zhì)圖(b)及區(qū)域構(gòu)造圖(a)Fig.1 Geologic map of Yanjiaqiao-Fengshahu Fault(b)and its regional tectonic map (a)

2 斷裂遙感及深部重力特征

根據(jù)區(qū)測(cè)資料，嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂由東、西兩支構(gòu)成[6]，東支從嚴(yán)家橋到戚家大山，長(zhǎng)約55km，沿?cái)嗔训孛采蠟樽呦虮北睎|、由志留系、泥盆系和二疊系等前中生代地層構(gòu)成的長(zhǎng)條狀低山，斷裂主要位于低山東側(cè)；西支北起高林橋東，向南經(jīng)小洪山、蜀山鎮(zhèn)西、止于大安山，長(zhǎng)約50km，沿?cái)嗔训孛采蠟橛珊湎怠W陶系、志留系構(gòu)成走向北北東的長(zhǎng)條狀低山，斷裂主要位于低山東側(cè)。通過(guò)衛(wèi)星影像(圖2)解譯及野外地質(zhì)地貌調(diào)查可知，東支南段發(fā)育在一系列低山丘陵前緣，由北向南分別發(fā)育虎皮山、麻鷹山、眠牛山、獨(dú)山等，屬于半隱伏性斷裂；西支斷裂山脈線(xiàn)性展布清晰，由北向南經(jīng)南汪村、小許、象山垴等地。

圖2 嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂遙感影像特征Fig.2 Remote sensing image features of Yanjiaqiao-Fengshahu Fault

嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂北段表現(xiàn)出形態(tài)特征為NNE向兩支平行的分支斷裂，分支斷裂間構(gòu)成寬2～3km的谷地，其東支斷裂線(xiàn)性規(guī)模較大。而南段影像較為隱晦，多被第四系覆蓋，淺層勘探及鉆探結(jié)果顯示[4]，兩分支斷裂間距為0～1km，東支斷裂的活動(dòng)性是早中更新斷裂。

重力資料揭示，沿?cái)嗔央m不是一條連續(xù)的重力梯度帶，但卻有多個(gè)等值線(xiàn)呈NNE向的異常帶順斷裂延伸，位置靠近嚴(yán)家橋—楓沙湖的東支。在1階重力細(xì)節(jié)圖中(圖3a)，嚴(yán)橋鎮(zhèn)以南，斷裂表現(xiàn)為明顯的串珠狀高重力異常圈閉體，呈近南北方向展布，重力串珠狀現(xiàn)象南延到楓沙湖一帶消失；2～3階重力細(xì)節(jié)圖(圖3b、c)，高異常串珠圈閉進(jìn)一步擴(kuò)大，斷裂仍沿串珠體分布；到了4階重力細(xì)節(jié)圖中(圖3d)，沿?cái)嗔阎亓Ξ惓，F(xiàn)象不明顯，推測(cè)該斷裂切割至中地殼深度。

綜合影像解譯、野外特征、淺層勘探及重力特征等結(jié)果顯示，東支斷裂的規(guī)模更大、活動(dòng)性較強(qiáng)，西支斷裂南段有向東延伸趨勢(shì)，該斷裂重力特征顯示的是能切割至中地殼深度的東支斷裂。東支斷裂應(yīng)為主斷裂，控制著嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂的主要活動(dòng)特征。

3 斷裂活動(dòng)的地質(zhì)剖面特征

嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂段遙感影像線(xiàn)性特征明顯，地貌上北段可以看出有“V”型谷地特征，南段地形較為平緩，且在東支嚴(yán)家橋—皮山—麻鷹山—眠牛山—大河灘段和西支的南汪村—小許—象山垴出露段發(fā)育了大量的基巖破碎帶，系由嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂活動(dòng)所形成。這些剖面雖是基巖露頭，但在一定程度上也可以反映斷裂的幾何特征及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，野外地質(zhì)觀(guān)測(cè)點(diǎn)展布見(jiàn)圖2。

3.1 李家山洼附近斷層剖面特征

李家山洼H80觀(guān)察點(diǎn)(31°23′32.6″N，117°42′48.3″E)，在基建開(kāi)挖的剖面上，揭露出的地層為泥盆紀(jì)黃褐色、紫灰色石英砂巖，灰白、灰綠色含砂礫泥巖，紫紅色頁(yè)巖。其中發(fā)育北北東向斷層，屬該斷裂東支，沿?cái)嗔研纬?0～15cm的青灰色泥狀破碎帶(圖4)，緊貼斷面有片狀斷層泥發(fā)育，斷層泥細(xì)膩柔軟，表明斷裂活動(dòng)時(shí)代較新。取斷層泥樣品H80-ESR-01，測(cè)試結(jié)果為(176±26)ka，表明斷層最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世。

圖4 李家山斷層剖面Fig.4 Fault profile at Lijiashan

3.2 六家店中學(xué)南附近斷層剖面特征

六家店中學(xué)校園南JH09觀(guān)察點(diǎn)(31°17′00″N，117°40′05″E)，在基建開(kāi)挖的剖面上，揭露出的地層為泥盆紀(jì)灰白色、紫灰色石英砂巖、砂巖，其中發(fā)育3條北北東—北東向的斷層(f1～f3)，屬?lài)?yán)家橋—楓沙湖斷裂東支斷層，所構(gòu)成的斷層帶寬度約25m。沿3條斷層皆形成厚20～30cm的斷層破碎帶，緊貼f3還發(fā)育1cm厚的灰色斷層泥(圖5)，取樣品JH09-ESR-01，測(cè)試結(jié)果為(287±28)ka。因此判斷斷層最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世。

圖5 六家店中學(xué)南附近斷層剖面Fig.5 Fault profile nearby area of south to Liujiadian Secondary school

3.3 龍骨山東側(cè)附近斷層剖面特征

嚴(yán)家橋西龍骨山東側(cè)H79觀(guān)察點(diǎn)(31°23′58″N，117°40′38″E)，在采石開(kāi)挖的剖面上，揭露出的地層為寒武系灰色灰?guī)r，其中發(fā)育5條斷層f1、f2、f3、f4、f5，斷層性質(zhì)逆斷層，構(gòu)成的破碎帶寬約10m(圖6)。該剖面屬于該斷裂西支的一個(gè)剖面。沿?cái)嗝姘l(fā)育多條近水平的擦痕，根據(jù)擦痕及斷面階步判斷最新活動(dòng)為右旋走滑，兼有一定的逆沖分量。

圖6 龍骨山東側(cè)附近 H79觀(guān)測(cè)點(diǎn)斷層剖面Fig.6 Fault profile of H79 observation sites nearby the east of Longgushan

嚴(yán)家橋西南龍骨山東側(cè)H78觀(guān)察點(diǎn)(N31°23′56″,E117°40′33″)，在采石坑剖面上，揭露出的地層為寒武紀(jì)灰色灰?guī)r，其中發(fā)育4條斷層f1、f2、f3、f4，剖面上斷層性質(zhì)為逆斷層，所構(gòu)成的破碎帶寬約10m，沿?cái)嗝娼讲梁郯l(fā)育，且皆形成棕紅色斷層泥。該剖面位于龍骨山東緣，屬于斷裂西支的一個(gè)剖面。在f3上取樣品H78-ESR-01，由于信號(hào)不好，無(wú)測(cè)試結(jié)果。

圖7 龍骨山東附近H78觀(guān)測(cè)點(diǎn)側(cè)斷層剖面Fig.7 Fault profile of H78 observation sites nearby the east of Longgushan

3.4 關(guān)于斷層最新活動(dòng)時(shí)代的討論

通過(guò)斷層泥ESR測(cè)試方法測(cè)試斷層最后一次活動(dòng)的時(shí)代的方法被廣泛應(yīng)用[7-9]，尤其是在地震活動(dòng)背景越強(qiáng)地區(qū)，斷層泥ESR測(cè)年結(jié)果越能代表斷裂最后一次活動(dòng)的時(shí)代，但在地震背景較弱至中等強(qiáng)度地震區(qū)，斷層泥ESR測(cè)年結(jié)果并不能代表最后一次活動(dòng)時(shí)間，但可以用來(lái)研究斷裂晚新生代以來(lái)的強(qiáng)烈活動(dòng)情況。本研究區(qū)在有地震記錄以來(lái)，僅發(fā)生了兩次5級(jí)地震，小震記錄相對(duì)較少，地震活動(dòng)背景中等，在野外基巖剖面采集斷層泥樣品，測(cè)試結(jié)果是(176±26)ka 和(287±28)ka，因此確定斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世中晚期。地質(zhì)剖面上，沿?cái)嗝娲蠖嘤薪讲梁郯l(fā)育；結(jié)合斷層地貌綜合分析，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為NEE-SWW向擠壓，斷裂最新活動(dòng)性質(zhì)應(yīng)是以走滑為主。

4 1585年巢湖53/4級(jí)地震及1654年樅陽(yáng)、廬江間51/4級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造分析

破壞性地震的發(fā)生與特定的地殼構(gòu)造或地震構(gòu)造及區(qū)域地殼構(gòu)造動(dòng)力等密切相關(guān)，對(duì)于其活動(dòng)性鑒定，可用探槽、淺層物理技術(shù)和年代技術(shù)等結(jié)合深部探測(cè)手段進(jìn)行評(píng)價(jià)，但對(duì)中等和弱地震活動(dòng)區(qū)來(lái)說(shuō)，確定5～6級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造較為困難，活動(dòng)地區(qū)由于在這些地震發(fā)生時(shí)地表并無(wú)地震破裂帶發(fā)育，在震區(qū)除可發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)早、中期活動(dòng)過(guò)的斷層外，地表常不能發(fā)現(xiàn)晚更新世以來(lái)的活動(dòng)斷層[10-11]。本區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)即具有這樣的特征，因此在研究該區(qū)地震發(fā)震構(gòu)造活動(dòng)時(shí)，要對(duì)控制該區(qū)第四紀(jì)沉積發(fā)育和地貌發(fā)育的線(xiàn)性地貌變異帶及構(gòu)造活動(dòng)的研究外，也要關(guān)注對(duì)沿帶發(fā)育的中等強(qiáng)度地震的研究分析。

安徽歷史地震等震線(xiàn)長(zhǎng)軸方向主要分布在北東、北東東等方向，與震中區(qū)的新生代活動(dòng)斷裂走向有較好的一致性[12]。嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂沿線(xiàn)發(fā)生過(guò)5級(jí)以上地震兩次，分別為1585年3月6日53/4級(jí)地震和1654年2月17日51/4級(jí)地震。圖8給出了1585年地震的Ⅵ度等震線(xiàn)和1654年地震的Ⅳ等震線(xiàn)，可以看到，兩次地震的等震線(xiàn)均呈現(xiàn)NNE-NE向，與嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂與長(zhǎng)軸方向有很好的一致性。另外，1585年的巢湖地震處于嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂與烏江—羅昌河斷裂的位置交匯部位；1654年樅陽(yáng)、廬江地震處于宿松—樅陽(yáng)斷裂與嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂交匯處。通過(guò)野外基巖剖面的斷層泥樣品測(cè)試結(jié)果可知，嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂是一條中更新世中晚期活動(dòng)斷裂。該斷裂為區(qū)域性NEE-SWW向擠壓作用下，調(diào)節(jié)分配了郯廬斷裂帶中南段的應(yīng)力，而NNE向的嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂較地震附近的其他方向斷裂更容易積累應(yīng)力，更具中強(qiáng)地震的發(fā)震能力。通過(guò)以上斷裂活動(dòng)和地震活動(dòng)的分析，認(rèn)為1585巢湖M53/4級(jí)地震及1654年樅陽(yáng)、廬江間M51/4地震的發(fā)生可能與嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂的最新活動(dòng)有關(guān)。

5 結(jié)論

通對(duì)嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂進(jìn)行衛(wèi)星影像解譯與詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查，基于斷層剖面分析、斷層泥年齡樣品測(cè)試及1585年3月6日53/4級(jí)地震和1654年2月17日51/4級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造分析，得到以下認(rèn)識(shí):

(1)嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂在遙感影像上有很好的線(xiàn)性特征，斷裂北起嚴(yán)家橋西北，向西南經(jīng)六家店、戚家大山、蜀山鎮(zhèn)、大安山，止于三官山，長(zhǎng)約55km。該斷裂北段由東、西兩支構(gòu)成，東支從嚴(yán)家橋到戚家大山，長(zhǎng)約55km，西支北起高林橋東，向南經(jīng)小洪山、蜀山鎮(zhèn)西、止于大安山，長(zhǎng)約50km。影像解譯、野外特征、淺層勘探及重力等結(jié)果顯示，它是一條切割至中地殼深度的斷裂，其東支斷裂的規(guī)模更大，活動(dòng)性較強(qiáng)，控制著嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂的主要活動(dòng)特征。

(2)根據(jù)野外露頭剖面調(diào)查分析嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂其活動(dòng)性質(zhì)，斷層擦痕顯示具走滑特征，故推測(cè)該斷裂為斷層活動(dòng)為右旋走滑。斷層泥ESR測(cè)試結(jié)果表明該斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世中期。

(3)基于對(duì)嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂活動(dòng)特征、1585年3月6日53/4級(jí)地震和1654年2月17日51/4級(jí)地震等震線(xiàn)特征及區(qū)域斷裂分布特征的綜合研究，認(rèn)為兩次地震的發(fā)生可能與嚴(yán)家橋—楓沙湖斷裂的最新活動(dòng)有關(guān)。