區(qū)域性地震安全性評價目標區(qū)地震構造特征研究
——以三江口港產城新區(qū)為例

李 蕾，聶冠軍，楊欽杰，李 海

（廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧 530022）

0 引言

工程場地地震安全性評價是地震工程的重要內容，目的是為建設工程提供抗震設計地震動參數或抗震設防標準[1]。區(qū)域性地震安全性評價是對高新技術開發(fā)區(qū)、經濟（技術）開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)和產業(yè)聚集區(qū)及其它有條件的區(qū)域，由政府統一組織開展的區(qū)域性地震安全性評價工作。其工作成果不但可為目標區(qū)內的一般建設工程提供科學的抗震設防參數，也可為制訂防震減災對策、土地規(guī)劃利用提供重要依據。

城市范圍內直下型活動斷裂突發(fā)錯動產生的直下型大地震，直接威脅城市和人民生命財產安全[2]。因此在區(qū)域性地震安全性評價工作中，詳細研究目標區(qū)范圍內的地震地質構造特征，特別是查明目標區(qū)直下型斷層活動情況就顯得十分重要。中國地震局在2019年印發(fā)的《區(qū)域性地震安全性評價工作大綱（試行）》中明確規(guī)定，對目標區(qū)應開展斷層控制性調查與探測，查明目標區(qū)是否有斷層，并對目標區(qū)地震構造評價和斷裂活動性分析工作方法、工作精度有詳細要求[3]。

三江口港產城新區(qū)是來賓市全方位開放發(fā)展的窗口，旨在打造廣西內陸承接東部產業(yè)轉移的樞紐。該新區(qū)位于廣西來賓市興賓區(qū)紅水河、象州縣柳江、武宣縣黔江交匯的三江口區(qū)域，核心區(qū)包括高安、武宣、石龍3個片區(qū)共10個地塊。本文以三江口港產城新區(qū)區(qū)域性地震安全性評價項目為例，介紹了其核心區(qū)（評價目標區(qū)）的構造特征和斷裂活動性研究工作，以期為今后其它類似地區(qū)開展同類工作提供參考。

1 地震構造背景

三江口港產城新區(qū)及其鄰區(qū)大地構造位置位于華南褶皺系的贛湘桂粵加里東褶皺帶。在早古生代，該區(qū)為地槽發(fā)育時期，志留紀末的加里東運動結束了地槽發(fā)育的歷史，轉化為準地臺，形成近東西向構造；晚古生代該區(qū)地質構造運動相對較弱；印支期該區(qū)形成北東向構造；燕山期，在整體抬升的背景下，該區(qū)東部發(fā)生斷陷和拗陷，形成陸相盆地，斷塊升降運動顯著[4]；新生代以來，該區(qū)基本繼承了燕山期構造活動的特征，以間歇性抬升運動為主[5]。柳江是目標區(qū)及鄰區(qū)的主要河流，河谷開闊，多為“U”型寬谷，兩岸發(fā)育有四級第四紀河流階地，根據階地性質和階地級差分析認為，該區(qū)域第四紀期間表現為間歇性的升降運動，特別是中更新世以來以間歇性抬升運動為主，不同斷塊抬升程度又存在差異性，具體表現為地形的西低東高，東側受大瑤山山系抬升影響，抬升幅度大于西部的丘陵、溶蝕平原區(qū)[6]。

在目標區(qū)及周邊25 km 范圍內的近場區(qū)，褶皺多為印支期短軸狀平緩開闊褶皺。近場區(qū)中部褶皺較多，主要包括南沖背斜、高達背斜等，褶皺軸向10°～15°，長10～50 km，寬5～15 km，局部有交叉；由于受到斷裂的破壞，有的已殘缺，如南沖背斜僅保留西翼，且被斷層切割而使地層呈單斜重復多次。近場區(qū)附近有兩條區(qū)域性斷裂的分支斷裂通過，桂林—南寧斷裂的分支斷裂呈近南北向—北東向分布在近場區(qū)北部，永福—武宣斷裂的分支斷裂呈近南北向、北西向分布在近場區(qū)的東南部。因此，在近場區(qū)形成的斷裂構造系統大致呈近南北向分布，還分布少量北東向和北西向斷裂，已有研究認為，這些斷裂均為早第四紀斷裂或前第四紀斷裂[6]。

2 目標區(qū)地層

三江口港產城新區(qū)共10個地塊，目標區(qū)囊括了這些地塊的長約30 km，寬約27 km 的矩形范圍（圖1）。目標區(qū)出露的地層主要有石炭系、二疊系和第四系。其中，石炭系在目標區(qū)的北部和東部大范圍分布，主要巖性為灰?guī)r、白云巖和灰色薄—中層狀硅質巖等。二疊系主要分布在目標區(qū)的西南部，主要巖性為薄層砂巖、灰?guī)r和頁巖。第四系在目標區(qū)中部大范圍分布，其面積占目標區(qū)近30%，主要為更新統和全新統。全新統（Qh）主要分布在目標區(qū)北部黔江、柳江及其支流龍興—高龍一帶，沉積物類型為洪積、沖積為主，其成分以亞砂土、粘土為主，夾礫石層?？偤穸?5～30 m，下部為礫石層，厚5 m 左右，上部為亞砂土、亞粘土，厚10～30 m。更新統（Qp）主要分布在目標區(qū)中部，成因為洪積、沖積和殘坡積，總厚度4.5～40 m，下部為礫石層，厚1～40 m，上部為棕色粘土、亞粘土，厚度1～30 m。此外，在目標區(qū)的東南部和西南部為未分層的第四系（Q），巖性以粘土、亞粘土為主，偶夾礫石、碎石，階地不明顯，成因類型有沖積、洪積和殘坡積，厚0～20 m。

3 目標區(qū)地質地貌特征

為研究目標區(qū)的構造特征，對目標區(qū)開展了衛(wèi)星影像分析和地形地貌分析（圖1），編制了3 條跨目標區(qū)控制性地質地貌剖面圖（圖2、圖3）。以馬鞍山斷裂（F9）和高安斷裂（F20）為界，目標區(qū)中部地勢明顯低于東西兩側，形成凹陷地形地貌，第四紀沉積全都發(fā)育在目標區(qū)中部地勢較低的區(qū)域（圖3），綜合這些特征推測目標區(qū)中部發(fā)育斷陷盆地，F9和F20斷裂可能是該斷陷盆地兩側的控制性邊界斷裂。為進一步論證目標區(qū)發(fā)育斷陷盆地的可能性，對F9和F20斷裂開展了詳細的調查研究。從衛(wèi)星影像和DEM 數字高程來看，F9和F20均沿山腳線發(fā)育（圖1），其較高的一側發(fā)育200～300 m 的灰?guī)r山體，較低的一側為海拔100 余米的巖溶盆地，存在明顯的高差（圖3），暗示這兩條斷裂歷史上曾發(fā)生過強烈的正斷活動。現場調查也發(fā)現，沿F9和F20均發(fā)育線型盆山分界線（圖4a 和b），在一些地區(qū)山前發(fā)育十余米高的洪沖積臺地（圖4a）；同時還發(fā)現F9正斷斷錯山體的現象，斷裂兩側的山體存在明顯的高差（圖4c）；此外，沿F20發(fā)育斷層三角面（圖4d），雖然斷層三角面已經被侵蝕破壞，但依然非常矚目。這些現象說明F9和F20歷史上均發(fā)生過強烈的正斷活動，在兩者之間形成斷陷盆地。

圖4 沿F9和F20發(fā)育的盆山分界地質地貌Fig.4 Geological geomorphology of basin-mountain boundary developed along F9 and F20

地質地貌調查表明，F9和F20的下盤都發(fā)育十余米的洪沖積臺地，但是在這些臺地沉積中均未發(fā)現斷裂活動痕跡（圖5）。兩條斷裂出露的露頭也顯示，斷裂活動對第四紀洪沖積/坡積物并無影響（圖6）。此外，在F9斷裂與柳江相交匯的地段，河流兩側盆地的地貌面沒有垂直向的高差。這些現象都說明兩條控盆斷裂晚第四紀以來沒有新的活動。另一方面，場地中部發(fā)育的斷陷盆地中沉積物都為更新統（圖2），說明該盆地的形成在更新世或之前。綜合分析認為，目標區(qū)及周邊區(qū)域新構造期繼承了燕山期構造活動的特征，以整體性間歇性升降運動和斷塊差異性抬升為主，目標區(qū)內發(fā)育的斷陷盆地及其控盆斷裂可能是新構造運動的產物，推測其最新活動時代為早第四紀。

圖5 F9和F20之上發(fā)育的山前洪沖積臺地中的沉積物照片Fig.5 Photos of sediments in Piedmont flood alluvial platform developed above F9 and F20

圖6 F20斷裂的露頭照片Fig.6 Outcrop photo of F20 fault

4 目標區(qū)斷裂活動性

鑒定斷裂活動性的方法很多，目前主要有地質調查、遙感、物探、地球化學和鉆探等[7]。為了研究目標區(qū)斷裂的活動性，此次工作主要采用高分辨率遙感影像解譯、地形地貌分析和地震地質調查等方法。根據衛(wèi)星影像分析和地形地貌分析結果、1：20 萬幅來賓地質圖及地震地質調查結果，綜合確定共有3 條斷裂通過目標區(qū)（圖1 和圖2），分別為黃蘭斷裂（F29）、龍團斷裂（F30）和老虎山斷裂（F31）。

圖1 目標區(qū)地質地貌Fig.1 Geology and geomorphology of the target area

圖2 目標區(qū)地震構造圖Fig.2 Seismic structure map of the target area

4.1 斷裂活動性調查

4.1.1 黃蘭斷裂（F29）

該斷裂走向近南北，傾向東或西，左旋走滑性質，通過黃蘭、龍樓和大山等地，長約10 km，切割二疊系和石炭系。在花塘東800 m，斷裂發(fā)育在礫巖中，產狀陡立，沿斷面發(fā)育左旋走滑性質的擦線。露頭上部覆蓋兩層地層，下部為卵石層，厚1～8 m，上部為棕色粘土，厚度1～3 m，卵石層和粘土層組合與目標區(qū)更新統地層一致。斷層均發(fā)育在底部的礫巖中，未切入上覆卵石和粘土層中（圖7a）。在黃蘭南200 m，斷裂破碎帶寬10 m左右，內部發(fā)育斷層、角礫巖和構造碎裂巖。斷層產狀不一，其中該露頭中部的斷層規(guī)模最大，斷面呈S形彎曲，兩側發(fā)育角礫巖和構造碎裂巖，露頭頂部覆蓋0～10 m 厚的卵石層和1～3 m 厚的粘土層，斷層發(fā)育在底部的二疊系砂巖中，未見切入上覆卵石和粘土層（圖7b）。從衛(wèi)星影像來看，該斷裂對地形地貌有一定影響，且地勢越高斷裂跡象越明顯。在斷裂通過丘陵區(qū)時，沿斷裂發(fā)育線性谷地；在丘陵區(qū)邊緣與平原的交接處沿斷裂發(fā)育沖溝；在平原區(qū)斷裂跡象消失。根據沉積物質遷移規(guī)律，丘陵區(qū)中心地帶地勢高，為剝蝕區(qū)，丘陵外圍平原區(qū)是接受沉積的區(qū)域。丘陵區(qū)斷裂線性地貌發(fā)育說明斷裂在新構造期有過活動，在平原區(qū)斷裂跡象消失，一方面是因為被沉積物覆蓋，另一方面也說明斷裂近期不活動，未造成沉積覆蓋層的擾動。此外，該斷裂對現代水系沒有控制作用，在黃蘭附近該斷裂與紅水河垂直相交，未見紅水河發(fā)生偏移現象。

圖7 黃蘭斷裂構造剖面圖Fig.7 Structural profile of the Huanglan fault

4.1.2 龍團斷裂（F30）

該斷裂走向北西，傾向南西，傾角75°左右，正斷性質，長約6 km。在龍團南西2 km，斷裂發(fā)育在二疊系砂巖中，斷裂破碎帶寬約6 m，內部發(fā)育斷層和角礫巖。斷層產狀較陡，可見其正斷錯斷砂巖層理，視斷距約0.4 m。該露頭中部沿斷層發(fā)育角礫巖帶，寬2 m 左右，硅質膠結；露頭頂部覆蓋一層黑色粘土，厚0.5 m 左右，未見斷層切入其中（圖8a）。在龍團南南東4 km，斷裂發(fā)育在二疊系砂巖中，斷裂破碎帶寬約3，內部發(fā)育多條斷層，正斷錯斷砂巖層理，露頭頂部覆蓋一層含礫石的坡積層，厚0.2 m 左右，未見斷層切入其中（圖8b）。遙感影像顯示沿斷裂線性負地貌發(fā)育較好，但對現代水系沒有控制作用。

圖8 龍團斷裂構造剖面圖Fig.8 Structural profile of the Longtuan fault

4.1.3 老虎山斷裂（F31）

該斷裂走向北西，傾向北東，通過古辣、鐵帽山林場等地，長約8 km。在鐵帽山林場南西200 m，斷裂發(fā)育在二疊系砂巖中，斷裂破碎帶寬約10 m，內部發(fā)育多條斷層，傾向北東，產狀陡立，切割砂巖巖層，但對層理的擾動不大，巖層整體較完整。該露頭頂部覆蓋兩層土層，底部為含礫石的坡積層，上部為粘土質殘積層，未見斷層切入其中（圖9a）。在鐵帽山林場北西3 km，斷裂發(fā)育在二疊系砂巖中，斷裂破碎帶寬約6 m，內部發(fā)育一條斷層和大量節(jié)理，斷層為逆斷性質。該露頭頂部覆蓋一層含礫石的坡積層，厚約0.5 m，未見斷層切入其中（圖9b）。從遙感影像上觀察，該斷裂東南段對地貌有一定的控制作用，沿斷裂發(fā)育線性谷地，但其西北段對地形地貌影響不大，兩條北東向的小河在垂直通過斷裂時未發(fā)生偏移。

圖9 老虎山斷裂構造剖面圖Fig.9 Structural profile of the Laohushan fault

4.2 斷裂活動性鑒定

從區(qū)域地質構造演化歷史來看，燕山運動后，研究區(qū)進入大陸邊緣活動帶發(fā)展階段，地殼整體處于伸展環(huán)境，發(fā)生多次大幅斷塊隆升和斷塊沉陷運動；新構造期以來，地殼轉變?yōu)檎w抬升背景下的差異升降運動。從地震地質調查結果來看，黃蘭斷裂（F29）、龍團斷裂（F30）和老虎山斷裂（F31）均發(fā)育在石炭系和二疊系老地層中，斷裂破碎帶規(guī)模較小，膠結程度較高，均未切入露頭頂部覆蓋的晚第四紀坡積礫石層或殘積粘土層，說明它們在晚第四紀以來沒有活動。鑒于這3 條斷裂對地貌均有一定的控制作用，表現為沿斷裂局部發(fā)育線性谷地；但是它們對現代水系沒有控制作用，多條溪流在垂直通過斷裂時未發(fā)生偏移。結合區(qū)域地質構造演化歷史，并綜合以上各現象，鑒定這3條斷裂的活動時代為早第四紀，與目標區(qū)發(fā)育的斷陷盆地形成時代一致，可能是斷陷盆地形成過程中發(fā)育的伴生斷裂。

5 結論

（1）通過遙感解譯，地形地貌分析、地質調查綜合推斷目標區(qū)中部發(fā)育斷陷盆地，近場區(qū)F9和F20斷裂為盆地控盆斷裂，目標區(qū)10個地塊皆位于盆地內。根據盆地內沉積物特征、F9和F20斷裂的活動特征，以及目標區(qū)構造背景特征綜合推斷該斷陷盆地的形成時代為早第四紀。目標區(qū)及其周邊的新構造活動以整體性間歇性升降運動和斷塊差異性抬升為主，目標區(qū)內發(fā)育的斷陷盆地正是新構造運動的產物。

（2）共有3 條斷裂通過目標區(qū)，它們的活動時代均為早第四紀。這三條斷裂的最新活動時代與目標區(qū)斷陷盆地形成時代一致，且都位于斷陷盆地內部，可能為該斷陷盆地形成過程中發(fā)育的伴生斷裂。

（3）鑒于目標區(qū)為基巖裸露區(qū)，斷層露頭清晰，依靠高分辨率遙感影響解譯、地形地貌分析和地震地質調查等方法能夠對斷裂位置和活動性鑒定提供足夠的證據，故未開展槽探和斷層樣品測年工作。本次工作開展的目標區(qū)斷陷盆地和斷裂構造最新活動性和成生關系研究，可供今后其它類似地區(qū)開展同類工作提供參考。