郯廬斷裂帶中段F5斷裂淮河—女山湖段的古地震與垂直滑動速率

楊源源 李鵬飛 路 碩 疏 鵬 潘浩波方良好 鄭海剛 趙 朋 鄭穎平 姚大全

1)安徽省地震局，合肥 230031 2)安徽蒙城地球物理國家野外科學(xué)觀測研究站，亳州 233527

0 引言

郯廬斷裂帶是中國東部NNE走向的一條巨型斷裂帶，起源于中三疊世華北克拉通與華南陸塊陸-陸碰撞的造山過程中，自形成以來經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過程(Li，1994； Chung，1999； Gilderetal.，1999； Zhuetal.，2009)。郯廬斷裂帶中段主體展布于濰坊—嘉山(明光)一帶，由多條主干斷裂形成“兩塹夾一壘”的構(gòu)造格局(高維明等，1980； 朱光等，2001)，第四紀(jì)期間受到近EW向的擠壓，具有右旋逆沖性質(zhì)，并表現(xiàn)為一條強(qiáng)震活動帶(國家地震局地質(zhì)研究所，1987； 郯廬活動斷裂帶地質(zhì)填圖課題組，2013； 劉備等，2015； 張鵬等，2015； 朱光等，2018)。安丘-莒縣斷裂(F5)為郯廬斷裂帶中段東地塹內(nèi)的最新活動斷層，分為安丘—莒縣段、 莒縣—郯城段及新沂—泗洪段，各為獨立的破裂單元(晁洪太等，1994，1995； 李家靈等，1994)。其中，F(xiàn)5斷裂新沂—泗洪段(圖 1)歷史上無5級以上地震記載，但被揭示存在全新世古地震事件(曹筠等，2015，2018； 楊源源等，2016； 張鵬等，2019)，為重要的歷史地震地表破裂空段(徐錫偉等，2017)。

圖 1 郯廬斷裂帶新沂—泗洪段的構(gòu)造略圖Fig. 1 Structure sketch of the Xinyi-Sihong segment of the Tanlu fault zone.F1昌邑-大店斷裂； F2白芬子-浮來山斷裂； F3沂水-湯頭斷裂； F4鄌郚-葛溝斷裂； F5安丘-莒縣斷裂

近年來，針對F5斷裂新沂—泗洪段新活動性研究的一個重要進(jìn)展是發(fā)現(xiàn)其向S延伸進(jìn)入安徽境內(nèi)的淮河—女山湖之間，長約20km，斷裂展布于浮山—紫陽山一線的白堊紀(jì)紅色砂巖隆起(崗地)邊緣緩坡，最新活動時代達(dá)全新世早期(楊源源等，2017； 趙朋等，2017a，2018)。取得的主要認(rèn)識包括： 1)F5斷裂淮河—女山湖段的線性影像特征清晰，斷裂跡線單一、 連續(xù)，主要沿浮山—紫陽山—獨龍山—陡山一線的山體邊緣展布，斷續(xù)發(fā)育斷層陡坎； 2)斷裂地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或表現(xiàn)為單一斷面，或表現(xiàn)為寬十余米的斷層破碎帶并具花狀構(gòu)造特征，斷面多傾向E； 3)斷裂性質(zhì)多變，露頭剖面可見低角度逆沖斷層，也有高角度正斷層； 4)存在與F5斷裂江蘇段嶂山閘、 重崗山及孫牌坊等地類似的全新世黑土充填楔遺跡，其代表的古地震事件年代約為全新世早期。

總體而言，目前對于F5斷裂淮河—女山湖段的幾何展布、 結(jié)構(gòu)特征及活動性質(zhì)已有比較清楚的認(rèn)識，但古地震研究方面仍較為薄弱，已揭示的古地震事件較為零星，且均為單探槽研究結(jié)果，缺乏多探槽的綜合對比分析。另外，尚未針對該段開展滑動速率研究，影響了對斷裂整體活動水平的認(rèn)識。因此，本次在前期工作的基礎(chǔ)上，選取關(guān)鍵地段開挖探槽進(jìn)行古地震研究，并通過多探槽綜合對比分析給出了較為可靠的古地震事件； 通過測量探槽附近斷層陡坎的高度，結(jié)合相關(guān)地層測年數(shù)據(jù)，計算了斷裂垂直滑動速率； 同時，進(jìn)一步結(jié)合其他學(xué)科資料，基于F5斷裂淮河—女山湖段的古地震研究成果，對該段的地震危險性進(jìn)行分析。本研究成果豐富了對于郯廬斷裂帶安丘-莒縣斷裂(F5)晚第四紀(jì)整體活動特征的認(rèn)識，為蘇皖交界地區(qū)的地震中長期預(yù)測提供了新的資料。

圖 2 F5斷裂淮河—女山湖段的幾何展布圖Fig. 2 Distribution map of Huai River—Nüshan Lake section of the Fault F5.底圖為高分1號影像； 黑色小方框代表前期探槽，紅色小方框代表本次探槽； 紅色線條表示全新世活動斷裂，紫色線條表示早—中更新世活動斷裂，虛線表示斷裂隱伏。F1昌邑-大店斷裂； F5安丘-莒縣斷裂

1 古地震事件

F5斷裂淮河—女山湖段地處淮河南岸的丘陵隆起剝蝕區(qū)，斷裂沿線第四系發(fā)育差，厚度薄，多為沖積、 坡積成因，上更新統(tǒng)成層性差，普遍缺失全新統(tǒng)，致使古地震研究的開展存在一定困難。目前在該段的浮山東麓、 紫陽山西側(cè)及陡山西麓一帶均有探槽控制(圖 2)，普遍揭示斷層斷錯晚更新世黏土或亞黏土層，最新活動時代可達(dá)全新世早期。本次通過在該段開挖的古地震專題探槽——三塘南探槽和前期已發(fā)表探槽資料，綜合分析該段晚第四紀(jì)的古地震活動特征。

1.1 三塘南探槽現(xiàn)象

三塘南探槽位于淮河南岸三塘村東側(cè)的浮山東麓。浮山為近SN向崗地，頂部出露白堊紀(jì)紅色砂巖，坡麓地段為第四系松散層覆蓋，往東與淮河沖積平原逐漸過渡。坡麓地段斷續(xù)發(fā)育走向NNE的斷層陡坎，指示F5斷裂的位置，三塘南探槽即跨斷層陡坎開挖(圖 3)。該探槽長30m、 寬3m、 深3m，走向近EW。主要現(xiàn)象集中于探槽西端5m范圍內(nèi)，即斷層陡坎下紅色砂巖與第四紀(jì)松散地層接觸處，再向東20余米的探槽剖面上第四系平整、 連續(xù)，未見發(fā)育次級斷裂。開挖時探槽南壁西端遭受破壞，故僅展示探槽北壁西端的構(gòu)造現(xiàn)象(圖 4)。

圖 3 三塘南探槽附近的地貌特征Fig. 3 Geomorphological features near Santangnan trench.

探槽北壁揭露地層包括： ①黃色砂土，頂部為灰黑色薄層耕植土，底部含少量白色礫石，粒徑為0.5～1cm； ②人工填土，礫石層夾粗砂、 亞黏土，礫石為砂巖碎屑，棱角狀，粒徑為1～5cm； ③棕黃色黏土，土質(zhì)潮濕，含豎向斷續(xù)灰綠色泥質(zhì)條帶，具蠕蟲狀構(gòu)造特征； ④黃色亞黏土，底部局部夾粗砂及細(xì)小礫石； ⑤黃色黏土，稍硬，偶夾細(xì)小碎石； ⑥灰黃色黏土，堅硬，土質(zhì)較純； ⑦暗紅色砂巖，強(qiáng)風(fēng)化，為斷層擠壓作用形成的強(qiáng)破碎帶； ⑧紫紅色砂礫巖，中等風(fēng)化，較為破碎。

根據(jù)巖性特征、 光釋光(OSL)測年結(jié)果和區(qū)域地層對比判斷，層③—層⑤應(yīng)為晚更新世地層，層⑥為中更新世地層，層⑦、 層⑧為白堊紀(jì)地層。

圖 4 三塘南探槽北壁照片(a)及剖面圖(b)Fig. 4 The photo(a)and log(b)of the north wall of Santangnan trench.

探槽頂部遭受破壞，即層①、 層②為現(xiàn)代人工堆積物，中下部揭示第四系黏土與白堊系砂礫巖呈斷層接觸，構(gòu)造現(xiàn)象較為復(fù)雜。該處斷層帶寬1～2m，由4條次級斷層組成，多數(shù)斷面近直立。斷層帶中發(fā)育紫紅色斷層泥及擠壓破碎帶。根據(jù)各次級斷層與相關(guān)地層的切蓋關(guān)系可以判定F5斷裂上發(fā)生了4次古地震活動。斷裂的第1次活動表現(xiàn)為f1的逆沖運(yùn)動，斷錯層⑥，f1旁側(cè)發(fā)育構(gòu)造破碎帶，層⑥頂部發(fā)育古地震崩積楔Ⅰ，巖性為礫石層夾黏土，時代推測為中更新世晚期，之后崩積楔Ⅰ上發(fā)育層⑤。斷裂的第2次活動表現(xiàn)為f2逆沖斷錯古地震崩積楔Ⅰ及層⑤，斷層頂部發(fā)育古地震崩積楔Ⅱ，巖性為混雜堆積的礫石層，層⑤的測年結(jié)果顯示該次事件的時代為(112.5±4.5)kaBP以來，推測為晚更新世早期，之后崩積楔Ⅱ上發(fā)育層④。斷裂的第3次活動表現(xiàn)為f3逆沖斷錯古地震崩積楔Ⅱ及上覆黏土層④，發(fā)育古地震崩積楔Ⅲ，時代推測為晚更新世中期，之后崩積楔Ⅲ上發(fā)育層③。斷裂的第4次活動表現(xiàn)為f1、 f4斷錯層③，斷層表現(xiàn)為張裂特征，并伴隨走滑楔入作用形成張裂楔，頂部被層②覆蓋，張裂楔的測年結(jié)果顯示，該次事件發(fā)生在(15.7±2.0)kaBP以來，即晚更新世晚期以來。

綜上，該探槽揭示F5斷裂淮河—女山湖段自中更新世晚期以來發(fā)生過4次古地震事件，前3次表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)，最后1次為拉張性質(zhì)。斷層早期的逆沖擠壓運(yùn)動在探槽剖面中形成3套古地震崩積楔及f1斷層旁側(cè)的紫紅色斷層泥，晚期張裂活動在探槽剖面中形成1套古地震張裂楔堆積。遺憾的是，在該探槽中采集了4個OSL樣品，僅獲得2個樣品的測年結(jié)果。該探槽揭示斷層自中更新世晚期以來具有先壓后張的構(gòu)造運(yùn)動特征，最新1次古地震事件發(fā)生于走滑拉張背景之下，時代為(15.7±2.0)kaBP以來，即晚更新世晚期以來。

1.2 多探槽對比研究

三塘南探槽揭示了F5斷裂發(fā)生過4次古地震事件，前3次事件發(fā)生于中更新世晚期—晚更新世晚期之間，最新1次事件發(fā)生于晚更新世晚期以來，即(15.7±2.0)kaBP以來。該探槽雖然揭示了較為豐富的古地震現(xiàn)象，但由于測年原因未能控制各次古地震事件的具體年代。所幸前期筆者在其他地段開挖的多個探槽均揭示了類似的古地震現(xiàn)象，可以進(jìn)行古地震事件的綜合對比分析。

據(jù)浮山探槽資料(圖5d)可知，該處F5斷裂自下而上斷錯層④、 ③、 ②，其中層④底界未揭露，斷距未知，層③與層②底界斷距不等，表現(xiàn)出下大上小的特征，反映斷層至少發(fā)生過2次活動。其中1次活動事件(古地震)發(fā)生于層③形成之后、 層②形成之前，根據(jù)測年結(jié)果可知該事件的年代范圍為(67.6±4.8)～(10.6±0.8)kaBP。最新1次活動事件發(fā)生于層②形成之后、 層①形成之前，年代范圍為(10.6±0.8)～(7.6±0.5)kaBP。斷層頂部被層①覆蓋，表明層①形成之后，即(7.6±0.5)kaBP以來斷層未發(fā)生過斷錯地表的事件。

圖 5 F5斷裂淮河—女山湖段典型探槽的剖面圖Fig. 5 Typical trench profile on the Huai River—Nüshan Lake section of the Fault F5.圖a、 d修改自趙朋等(2017a)； 圖b修改自趙朋等(2018)； 圖c修改自楊源源等(2017)

據(jù)三塘探槽資料(圖5a)可知，F(xiàn)5在浮山東麓表現(xiàn)為由多條次級斷面組成的斷層破碎帶，顯示具有“負(fù)花狀”構(gòu)造特征，特別是東部f1、 f3斷層之間形成了微型地塹。另外，西側(cè)f1(主斷層)表現(xiàn)出與浮山剖面類似的斷錯特征，即層④、 層③的斷距不等，反映斷層至少發(fā)生了2次活動事件。其中一次事件斷錯層④，頂部被層③覆蓋，發(fā)生于(58.4±4.2)～(18.7±0.3)kaBP。另一次事件斷錯層③，頂部被層②覆蓋，發(fā)生于(18.7±0.3)～(3.6±0.4)kaBP。

據(jù)豬廠探槽資料(圖5b)可知，F(xiàn)5在紫陽山西北側(cè)為由多條次級斷面組成的逆沖斷層帶，斷層早期表現(xiàn)為緩傾角的逆沖斷層，晚期在逆沖斷面的基礎(chǔ)上發(fā)生張裂，形成張裂楔。早期逆沖事件斷錯層③，時代在層③形成之后、 層④形成之前，即(42.47±4.84)～(10.83±1.17)kaBP。晚期張裂事件發(fā)生在層④形成之后、 層②形成之前，即(10.83±1.17)～7.83kaBP。

朱劉探槽(圖5c)位于紫陽山西南側(cè)，存在與豬廠探槽類似的斷層活動特征。該探槽揭示了3次古地震事件： 第1次事件斷層斷錯層⑧、 層⑦、 層⑥，造成層⑥局部缺失并了形成紅色泥巖構(gòu)造楔Ⅰ，該次事件發(fā)生在層⑥形成之后、 層⑤形成之前，推測時代為中更新世晚期； 第2次事件斷層斷錯層⑤、 層④，造成層⑤頂部被輕微拖曳并形成紅色泥巖構(gòu)造楔Ⅱ，該次事件發(fā)生在層④形成之后、 層③形成之前，即20.10～13.46kaBP。第3次事件為斷層發(fā)生張裂活動，導(dǎo)致層③黑土物質(zhì)沿斷面灌入、 填充，形成黑土條帶及黑土充填楔，該次事件發(fā)生在層③形成之后，即10.92～10.89kaBP以來。

另據(jù)前期開挖的六谷堆探槽的結(jié)果，該處斷層斷錯晚更新世黃色黏土，其黏土層中部樣品的OSL測年結(jié)果指示斷層自(28.8±2.1)kaBP以來發(fā)生過古地震事件(圖5e)。

三塘探槽與浮山探槽均揭示斷裂發(fā)生了2次古地震事件，通過剖面分析可判定均為斷層張裂活動所致。本次開挖的三塘南探槽與三塘探槽僅相距300m，地貌特征也一致，卻僅記錄到1次張裂事件，分析認(rèn)為其北壁剖面上f1與f4之間的張裂楔可能為2次張裂事件疊加的產(chǎn)物，或最新1次張裂事件因探槽頂部遭受人為破壞而缺失。這說明，三塘南探槽北壁上的構(gòu)造現(xiàn)象應(yīng)為5期事件疊加形成，即早期為3次逆沖擠壓事件，形成3套逆沖崩積楔，晚期為2次張裂事件，形成1套張裂楔。

上述情況表明，中更新世晚期以來F5斷裂上應(yīng)至少發(fā)生過5次古地震事件，但多數(shù)探槽僅揭示了2、 3次事件。由于部分探槽地層樣品的測年結(jié)果不理想，已有的測年結(jié)果也存在一定誤差，導(dǎo)致難以通過單個探槽完整確定古地震事件的期次和時代。這里采用古地震研究的逐次限定法(毛鳳英等，1995； 冉勇康等，2014)，對多探槽的結(jié)果進(jìn)行相互對比和校正，力求對較新的古地震事件進(jìn)行約束(圖 6)。

圖 6 F5斷裂淮河—女山湖段古地震事件的時空分布圖Fig. 6 Sketch map of the temporal and spatial distributions of paleoearthquakes on Huai River—Nüshan Lake section of the Fault F5.

前期的探槽資料分析表明，浮山探槽、 三塘探槽、 豬廠探槽和朱劉探槽均有2次事件可對比。除六谷堆探槽外，最新一次事件在各探槽中均表現(xiàn)為張裂或正斷活動，各探槽的測年結(jié)果集中指示其發(fā)生于全新世早期，其下限年代采用朱劉探槽中層③中上部的14C 測年結(jié)果限定，上限年代采用豬廠探槽層②的14C 測年結(jié)果限定，得到的事件年代為10.92～7.83kaBP。次新一次事件在浮山探槽、 三塘探槽表現(xiàn)為正斷，在豬廠探槽、 朱劉探槽、 六谷堆探槽表現(xiàn)為逆沖； 除朱劉探槽外，其余探槽的測年結(jié)果都較為分散； 該次事件的下限年代采用朱劉探槽層③中下部的14C 測年結(jié)果限定，上限年代采用三塘探槽層③的OSL測年結(jié)果限定，得到事件年代為20.36～(18.7±0.3)kaBP。需要說明的是，三塘南探槽的單探槽分析結(jié)果與上述限定結(jié)果在時代上稍有出入，認(rèn)為應(yīng)是該探槽整體測年結(jié)果不理想及探槽中(15.7±2.0)kaBP的測年數(shù)據(jù)誤差較大所致。另外，更早期的古地震事件因測年問題未能得到控制，這些事件在不同地段可能均為逆沖性質(zhì)，浮山段三塘南探槽的古地震崩積楔和紫陽山段豬廠探槽、 朱劉探槽中的緩傾角逆沖斷層及有關(guān)的地震構(gòu)造楔即為證據(jù)。

綜上，基于現(xiàn)有資料，通過逐次限定法得到F5斷裂淮河—女山湖段有年代約束的最新2次古地震事件，其年代依次為20.36～(18.7±0.3)kaBP和10.92～7.83kaBP。

2 垂直滑動速率

滑動速率是活動構(gòu)造研究的重要運(yùn)動學(xué)參數(shù)，指某個時段內(nèi)斷裂錯動的速度，代表斷裂的長期和平均活動水平，可定量比較不同斷裂帶或同一斷裂帶不同時段的相對活動性(鄧起東等，2004； 張培震等，2008)。目前，針對F5斷裂的滑動速率研究多以討論水平滑動速率為主(Huang，1993； 王華林，1995； 宋方敏等，2005； Jiaoetal.，2016； 李康等，2019)，且主要集中于水系較發(fā)育、 變形相對明顯的山東段，斷裂的垂直滑動速率鮮有報道。F5斷裂淮河—女山湖段局部地段發(fā)育穩(wěn)定、 連續(xù)的斷層陡坎，筆者前期跨部分陡坎開挖了多個地質(zhì)探槽，可比較好地控制陡坎的性質(zhì)和地層年代，為該段的垂直滑動速率計算提供了支撐。

2.1 研究思路

斷裂垂直滑動速率可通過斷裂兩盤對應(yīng)地質(zhì)地貌體的垂直位移量除以相應(yīng)位移所發(fā)生的時間得到。F5斷裂總體為以右旋走滑為主，兼有逆沖分量的斷層，但在浮山段開挖的3個探槽結(jié)果顯示該段新近活動主要為正斷特征，與斷裂的整體活動性質(zhì)不符。分析認(rèn)為，該段出現(xiàn)正斷現(xiàn)象有可能為斷裂走滑運(yùn)動和復(fù)雜幾何變化所造成的局部視正斷層現(xiàn)象。因此，本次選擇在以逆沖運(yùn)動為主的紫陽山段和陡山段開展斷裂的滑動速率研究。當(dāng)然，即便在逆沖段落也可能由于斷裂走滑運(yùn)動形成局部的視“斷層陡坎”，因此進(jìn)行斷層陡坎測量時需要考慮該情況。一般而言，因本區(qū)斷裂沿線第四系巖性變化較大，視“斷層陡坎”下伏斷層兩側(cè)的第四系層位通常難以對比，且不同部位的視“斷層陡坎”高度差異也較大。因此，為了盡可能排除視“斷層陡坎”的影響，測量斷層陡坎時遵循2個原則： 1)選擇在陡坎高度較為穩(wěn)定的段落進(jìn)行測量； 2)在已開挖的探槽附近進(jìn)行測量，同時確保探槽中斷層兩側(cè)有可對比的第四系層位。另外，由于斷裂沿線地表多呈剝蝕狀態(tài)，還應(yīng)選擇在地表有第四系覆蓋的地段進(jìn)行陡坎測量，確保陡坎上、 下為同一地貌面。由于本段地表不同部位的剝蝕、 改造程度不一，確定斷層陡坎形成的時代(斷錯地貌面時代)存在一定難度，本次主要基于跨陡坎探槽中的斷錯地層與測年結(jié)果進(jìn)行分析，并結(jié)合前文限定的古地震事件年代進(jìn)行綜合考慮。

陡坎測量采用大疆精靈4RTK無人機(jī)進(jìn)行航拍，通過影像處理獲取陡坎附近的高精度DEM模型(分辨率達(dá)亞米級)，然后垂直陡坎或斷裂方向提取地形剖面線以獲取垂直位移量。對每個研究地段提取2條剖面線，一條沿已開挖的探槽提取，另一條跨探槽附近陡坎最顯著的位置提取。由于自然或人為因素常導(dǎo)致陡坎上、 下地形起伏不平，獲得跨斷層陡坎地形剖面線后需要對其進(jìn)行校正或擬合以求取合理的垂直位移量。目前多采用Thompson等(2002)提出的模式進(jìn)行擬合計算，其原理是分別對斷層的上、 下盤擬合出2條直線，2條直線在斷層帶內(nèi)的平均高差代表斷層上、 下盤之間的垂直位移(俞晶星，2013)。通過該模式可在不清楚斷層與陡坎面交接關(guān)系的情況下計算陡坎高度，并可進(jìn)行相應(yīng)的誤差分析(圖7a)。本次提取的跨斷層陡坎剖面線均鄰近探槽，斷層與陡坎面的交接關(guān)系清楚，因此采用簡化的Thompson模式計算陡坎高度，即人工對陡坎上、 下或斷層兩盤擬合直線，取2條直線通過斷層與陡坎面交點所在垂線的高差作為陡坎高度或斷層垂直位移量(圖7b)。

圖 8 朱劉探槽附近無人機(jī)航拍影像(a)、 地貌(b)與地形剖面(c，d)Fig. 8 Aerial image of UAV(a)，landform(b)and topographic profile(c，d)near Zhuliu trench.

2.2 計算結(jié)果

2.2.1 紫陽山段

選擇在紫陽山西南側(cè)的朱劉探槽附近進(jìn)行陡坎測量(圖8a)。該處F5斷裂發(fā)育于以白堊紀(jì)紅色砂巖為主體的丘陵緩坡中部，緩坡頂部地表可見紅色砂巖出露，第四系松散層自上而下覆蓋于緩坡之上。該緩坡主要發(fā)育2級陡坎，早期陡坎的上地貌面為坡頂面，下地貌面為緩坡面，晚期陡坎位于緩坡面上，斷層新活動導(dǎo)致緩坡面發(fā)生變形，表現(xiàn)為農(nóng)地中一致的近SN向的撓曲現(xiàn)象(圖8b)。朱劉探槽跨晚期陡坎開挖，顯示緩坡上第四系的厚度為3～4m，向下可能逐步增厚。在探槽附近橫跨整個緩坡提取了2條地形剖面線(圖8c，d)。其中，通過剖面線1擬合得到早期陡坎高度Hn1=1.9m，晚期陡坎高度Hn2=0.7m。通過剖面線2擬合得到早期陡坎高度Hn1=2.5m，晚期陡坎高度Hn2=1.0m。早期陡坎形成時代早，由于坡面侵蝕作用后退至目前位置，其原始高度可能遠(yuǎn)大于擬合數(shù)值，推測為晚第四紀(jì)以來形成。

下面將討論晚期陡坎的形成時代。朱劉探槽跨晚期陡坎開挖，清楚地揭示了陡坎所跨地貌面的下伏地層特征(圖5c)。該處層①、 層②為近現(xiàn)代坡積物，時代新，并受人為耕作活動影響； 層③為黑色黏土，14C 測年結(jié)果指示其時代為全新世早期，厚度薄，僅在斷層附近發(fā)育； 層④為地貌面下伏主體地層，厚度穩(wěn)定，其時代應(yīng)該代表該緩坡面的形成時代。再者，從朱劉探槽揭示的現(xiàn)象來看，斷層的最新活動表現(xiàn)為層③的輕微張裂，形成黑土充填楔，未造成層③明顯變形。在本區(qū)其他地段開挖的探槽結(jié)果也顯示斷層最新的張裂活動位錯幅度均不大，不足以形成目前的陡坎高度。因此，本處晚期陡坎應(yīng)是斷裂最新一次逆沖運(yùn)動所致，即發(fā)生于層④形成以來。層④頂部的14C 測年結(jié)果為20.36～20.10kaBP，表明該晚期陡坎形成于近2萬年以來，應(yīng)與前文分析得到的本段最新2次古地震作用有關(guān)。可能由于本段斷裂的逆沖分量被各次級低角度逆沖斷層所吸收，使得探槽中的地層無明顯斷距，故這里用晚期陡坎擬合高度的最大值1.0m作為斷層垂直位移量，位移起始時間為20.36～20.10kaBP，計算得到朱劉探槽附近斷裂的垂直滑動速率約為0.05mm/a。

2.2.2 陡山段

F5斷裂陡山段發(fā)育處的地貌特征與紫陽山段較為類似，不同的是斷裂發(fā)育于丘陵緩坡的中上部，地表僅見1級斷層陡坎。該處陡坎延伸長約200m，較為連續(xù)，其余地段地勢平緩，人為改造嚴(yán)重。跨陡坎提取2條地形剖面線(圖 9)。剖面線1跨六谷堆探槽，擬合得到的陡坎高度為0.9m； 剖面線2跨地表陡坎最顯著處，擬合得到的陡坎高度為1.4m； 本處的陡坎高度與紫陽山段朱劉探槽附近晚期的陡坎高度(Hn2)較為接近，表明兩者的形成時代一致。據(jù)六谷堆探槽的結(jié)果可知，陡坎兩側(cè)第四系較薄，缺失全新世地層； 斷層總體E傾，自東向西發(fā)生逆沖運(yùn)動形成該陡坎(圖5e)。斷層的最新逆沖運(yùn)動造成地下層①(黃色黏土)底部被斷錯0.8m，與剖面線1擬合得到的晚期陡坎高度0.9m相差不大，表明該段地表陡坎高度基本能代表陡坎下方層①的斷距。因此，這里取陡坎高度1.4m作為層①的最大位移量。探槽北壁層①的OSL測年結(jié)果為(28.8±2.1)kaBP，由于樣品采集于地層中部，實際的垂直位錯起始年代應(yīng)比該測年值更年輕。同時，根據(jù)前文的古地震分析結(jié)果和紫陽山段晚期陡坎的形成時代分析認(rèn)為，本處的斷層陡坎也應(yīng)形成于近2萬年以來。因此，采用2萬年前作為1.4m位移量的起始時間，計算得到六谷堆探槽附近斷裂垂直滑動速率約為0.07mm/a。

圖 9 六谷堆探槽附近無人機(jī)航拍影像(a)、 地貌(b)與地形剖面(c，d)Fig. 9 Aerial image of UAV(a)，landform(b)and topographic profile(c，d)near Liugudui trench.

3 地震危險性分析

李家靈等(1994)曾提出F5斷裂新沂—泗洪段全新世存在2次古地震事件，1次發(fā)生于約8000aBP時，1次發(fā)生于4960～3510aBP，古地震復(fù)發(fā)間隔約為4000a。本次揭示F5斷裂淮河—女山湖段的最新2次古地震年代為20.36～(18.7±0.3)kaBP和10.92～7.83kaBP。其中，10.92～7.83kaBP的事件對應(yīng)上述約8000aBP時的事件，以全新世早期黑土充填楔為代表。該次事件的相關(guān)證據(jù)在宿遷嶂山閘附近(彭貴等，1990)、 嶂山南側(cè)(楊源源等，2016)、 泗洪重崗山(謝瑞征等，1991a； 沈小七等，2015)、 淮河以北孫牌坊(謝瑞征等，1991b)及淮河以南紫陽山(楊源源等，2017)等地均有發(fā)現(xiàn)，表明為一次全段破裂事件。

目前，4960～3510aBP的全新世中晚期古地震事件在F5斷裂泗洪重崗山—新沂南馬陵山長達(dá)80km的段落上是普遍存在的。例如，李起彤(1994)發(fā)現(xiàn)F5斷裂在橋北鎮(zhèn)一帶斷錯全新世黏土層，14C 測年結(jié)果為(6995±115)aBP，在重崗山一帶斷錯的全新世黏土層的14C 測年結(jié)果為(4960±135)aBP； 曹筠等(2015)在宿遷合歡路北側(cè)開挖的探槽揭示F5斷裂最新一次古地震事件斷錯了(5.9±0.3)kaBP以來的地層； 宿遷市活斷層探測項目在F5斷裂上實施了跨斷裂的鉆孔聯(lián)合剖面探測，揭示全新統(tǒng)底部黑色淤泥質(zhì)黏土(14C 測年結(jié)果為(6.159±0.045)～(4.853±0.012)kaBP)被斷錯近1m(許漢剛等，2016)； 張鵬等(2019)在重崗山后陳村探槽剖面發(fā)現(xiàn)F5斷層斷錯了全新世黏土層，逆沖量約為0.5m，推測斷裂最新一次活動的時間在(4.1±0.3)kaBP之后、 (3.1±0.4)kaBP之前。但是，在F5斷裂泗洪重崗山以南—女山湖長達(dá)65km的段落上，包括淮河以北大紅山段(趙朋等，2017b)和本次研究的淮河—女山湖段均未發(fā)現(xiàn)該次事件的證據(jù)，原因可能是現(xiàn)有工作存在不足，或記錄缺失，或該次事件向S終止于泗洪重崗山一帶。

上述情況表明，4960～3510aBP的全新世中晚期古地震事件在F5泗洪以南段落(泗洪—明光段)可能沒有發(fā)生(即終止于重崗山一帶)，也可能尚未被揭示。這兩者的區(qū)別在于分析F5斷裂泗洪—明光段的地震危險性時最近一次古地震的離逝時間不同，即該段作為地震破裂空段是約4000a沒有發(fā)生強(qiáng)震還是約8000a沒有發(fā)生強(qiáng)震，但這并不影響該段最近一次古地震離逝時間已較長的事實，即該段始終屬于強(qiáng)震危險段落。另外，古地震研究以外的資料也指示該段存在強(qiáng)震危險性。熊振等(2016)將郯廬斷裂帶泗洪南(王集)—嘉山一帶與1668年郯城8級地震的震中地區(qū)進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)兩處在深、 淺地質(zhì)構(gòu)造、 新構(gòu)造運(yùn)動、 地震活動性等方面存在較大的相似性，提出了郯廬斷裂帶泗洪南(王集)—嘉山(明光)一帶存在發(fā)生7級及以上強(qiáng)震可能性的觀點。朱艾瀾等(2018)基于地震精定位和震源機(jī)制解研究認(rèn)為，郯廬泗洪—嘉山(明光)段是歷史地震未破裂段，現(xiàn)今小地震活動不活躍，可能更易于應(yīng)力積累，是值得關(guān)注的段落。李臘月等(2020)則基于1999—2007年、 2013—2017年2期GPS水平運(yùn)動速度場數(shù)據(jù)，采用塊體負(fù)位錯模型反演了郯廬斷裂帶中南段不同段的斷層閉鎖程度和滑動虧損速率，結(jié)果顯示泗洪以南—嘉山(明光)段的斷層閉鎖程度較高，閉鎖深度達(dá)25km，易于應(yīng)力積累。

綜上，F(xiàn)5斷裂泗洪—明光段發(fā)生強(qiáng)震的危險性相對較高。該段從江蘇泗洪縣重崗山以南—安徽明光市女山湖以北，段落總長約65km，最近一次古地震的離逝時間已較長，現(xiàn)今小地震不活躍，閉鎖程度較高，易于應(yīng)力積累，存在發(fā)生7級及以上強(qiáng)震的危險性。

4 結(jié)論與問題

本文對郯廬斷裂帶中段安丘-莒縣斷裂(F5)淮河—女山湖段的古地震事件與垂直滑動速率進(jìn)行了專題研究，結(jié)合研究成果分析了蘇皖交界地區(qū)的地震危險性。取得的主要認(rèn)識包括：

(1)F5斷裂淮河—女山湖段中更新世晚期以來發(fā)生過至少5次古地震事件，厘定的最近2次古地震事件年代為20.36～(18.7±0.3)kaBP和10.92～7.83kaBP；

(2)F5斷裂淮河—女山湖段紫陽山一帶的垂直滑動速率約為0.05mm/a，陡山一帶的垂直滑動速率約為0.07mm/a，該段整體屬于弱活動斷層；

(3)F5斷裂泗洪—明光段最近1次古地震的離逝時間已較長，現(xiàn)今小地震不活躍，閉鎖程度較高，易于應(yīng)力積累，存在發(fā)生7級及以上強(qiáng)震的危險性。

目前，F(xiàn)5斷裂淮河—女山湖段雖揭示了與F5斷裂江蘇段一致的全新世早期古地震事件(10.92～7.83kaBP)，但未能揭示泗洪重崗山—新沂南馬陵山一帶普遍存在的全新世中晚期古地震事件(4960～3510aBP)。由于本段地質(zhì)地貌特征的復(fù)雜性(如山前多級陡坎)、 斷裂新活動地貌受自然剝蝕和人為改造的嚴(yán)重程度及筆者認(rèn)識水平的不足，現(xiàn)有工作對該次事件在區(qū)內(nèi)是否存在還不能明確交代。再者，受地表改造與測年誤差影響，目前獲得的斷裂垂直滑動速率可能不夠精確。另外，該段地表沖溝發(fā)育較差，也難以找到其他水平位移標(biāo)志，暫未獲得斷裂水平滑動速率數(shù)據(jù)。未來對于上述問題還需要深入研究。

致謝審稿專家對論文提出了寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝！