幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段第四紀(jì)活動(dòng)性

張 鵬 汪 勇 范小平 許 奎 劉嘉彬

(南京工業(yè)大學(xué)， 交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 南京 210009)

0 引言

幕府山-焦山斷裂是展布于南京、 鎮(zhèn)江地區(qū)的一條重要的近EW向斷裂。寧鎮(zhèn)地區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過多次破壞性地震， 這些地震多發(fā)生在NW向斷裂與近EW向幕府山-焦山斷裂的交會(huì)部位(圖 1)。幕府山-焦山斷裂可能為造成較大影響的1624年揚(yáng)州6級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造。近年來， 在江蘇地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一些近EW向斷裂活動(dòng)時(shí)代較新， 如蘇北地區(qū)的栟茶河斷裂為晚更新世活動(dòng)斷裂(顧勤平等， 2017)。目前， 南京、 鎮(zhèn)江地區(qū)一系列跨越斷裂的過江通道正在進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)， 幕府山-焦山斷裂是否為活動(dòng)斷裂、 是否具備較大的地震危險(xiǎn)性， 也成為本區(qū)的關(guān)注焦點(diǎn)。對(duì)幕府山-焦山斷裂的活動(dòng)性質(zhì)、 特性、 最新活動(dòng)時(shí)代進(jìn)行研究， 對(duì)于南京市、 鎮(zhèn)江市的防震減災(zāi)工作具有重大意義。前人針對(duì)其開展的研究主要集中在南京一帶的幕府山—棲霞山段， 并判斷其最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世晚期(侯康明等， 2007, 2012； 嚴(yán)從容， 2009； 宗開紅等， 2016)； 對(duì)該斷裂鎮(zhèn)江段尚未有系統(tǒng)研究， 其最新活動(dòng)時(shí)代也尚不明確。我們結(jié)合“鎮(zhèn)江市活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目對(duì)幕府山-焦山斷裂的鎮(zhèn)江段開展了一系列淺層地震勘探工作， 并在此基礎(chǔ)上選擇代表性場(chǎng)點(diǎn)開展鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)， 研究了幕府山-焦山斷裂的第四紀(jì)活動(dòng)特征。

圖 1 寧鎮(zhèn)地區(qū)地震地質(zhì)背景簡(jiǎn)圖Fig. 1 Schematic map of geological background of Nanjing-Zhenjiang area.1 施官集斷裂； 2 滁河斷裂； 3 江浦-六合斷裂； 4 方山-小丹陽斷裂； 5 南京-湖熟斷裂； 6 幕府山-焦山斷裂； 7 茅山斷裂帶； 8 鳳凰河斷裂； 9 丹徒-建山斷裂； 10 五峰山-西來橋斷裂； 11 蘇錫常斷裂； 12 泰州斷裂

1 區(qū)域地質(zhì)背景

幕府山-焦山斷裂從南京幕府山經(jīng)燕子磯、 棲霞山、 龍?zhí)堆由熘伶?zhèn)江焦山， 全長(zhǎng)約75km， 總體走向近EW向， 斷面傾向N， 斷裂南側(cè)為寧鎮(zhèn)山脈， 北側(cè)為沿江坳陷及揚(yáng)州低崗平原。由于幕府山-焦山斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)作用， 使幕府山、 棲霞山等復(fù)式背斜的北半部發(fā)生大幅度斷陷， 形成了江北的儀征凹陷(為沿江坳陷的一部分)和江南的寧鎮(zhèn)斷塊隆起， 二者沿?cái)嗔寻l(fā)生了顯著的斷塊差異升降運(yùn)動(dòng)。儀征凹陷內(nèi)沉積了巨厚的上白堊統(tǒng)以及較厚的古近系、 新近系， 表明幕府山-焦山斷裂是一條長(zhǎng)期活動(dòng)的正斷層。布格重力異常圖顯示其為EW向負(fù)異常帶， 異常中心與凹陷中心一致。據(jù)地層的分布情況來看， 該凹陷的沉降幅度西段大、 東段小。長(zhǎng)江在該段的分布位置與斷裂走向相吻合， 故該斷裂也被稱為沿江斷裂。該斷裂在句容下蜀鎮(zhèn)附近被NNW向的寶華山-東培山斷裂分割成西段和東段， 即幕府山—棲霞山段和鎮(zhèn)江段(圖 1)。

幕府山-焦山斷裂在南京地區(qū)的西段展布于山體北側(cè)和長(zhǎng)江河谷一帶， 在幕府山、 烏龍山一帶都形成了與斷層走向一致的陡崖； 在棲霞山北緣見斷層出露， N傾， 其上盤形成寬度較大的斷層破碎帶， 最新活動(dòng)已錯(cuò)斷了第四紀(jì)中更新統(tǒng)殘坡積層， 但沒有錯(cuò)斷上覆的第四系上更新統(tǒng)沉積層(侯康明等， 2012)。幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段則隱伏于長(zhǎng)江河漫灘之下， 在遙感影像上并不明顯， 僅在金山北側(cè)形成局部的陡崖。

圖 2 鎮(zhèn)江地區(qū)的主要斷裂和淺層地震測(cè)線位置示意圖Fig. 2 Schematic map of NW-trending faults and location of shallow seismic survey lines in Zhenjiang area.F1五峰山-西來橋斷裂； F2丹徒-建山斷裂； F3幕府山-焦山斷裂； F4汝山-上會(huì)斷裂

在重力小波1階細(xì)節(jié)圖上(圖3a)， 斷裂南側(cè)表現(xiàn)為近EW向?qū)捑彽拇竺娣e高重力異常， 代表寧鎮(zhèn)隆起， 寧鎮(zhèn)隆起含有大量燕山期侵入巖和火山巖系； 斷裂的北側(cè)表現(xiàn)為長(zhǎng)軸方向近EW的低重力圈閉， 代表儀征凹陷， 因此斷裂兩側(cè)的重力異常有很大區(qū)別。重力梯度帶的位置與遙感影像線性特征的位置相吻合。

該斷層在航磁異常1階細(xì)節(jié)圖中(圖3b)沿條帶狀航磁異常分界線分布， 北側(cè)的高異常線性條帶為儀佂凹陷， 中間由于受寧鎮(zhèn)隆起正磁場(chǎng)伴生負(fù)磁場(chǎng)疊加的影響表現(xiàn)為低異常條帶； 南側(cè)受寧鎮(zhèn)隆起影響表現(xiàn)為高異常條帶。重、 磁異常特征表明該斷裂切割深度較大， 是一條深大斷裂。

圖 3 a 幕府山-焦山斷裂重力1階細(xì)節(jié)圖； b 航磁1階細(xì)節(jié)圖Fig. 3 The first order-wavelet transform detail map of the Bouguer gravity anomalies(a) and aeromagnetic anomalies(b) of Mufushan-Jiaoshan Fault.

2 幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段的淺層地震勘探

針對(duì)鎮(zhèn)江地區(qū)覆蓋層較薄的特點(diǎn)， 在充分搜集前人資料的基礎(chǔ)上開展了淺層地震勘探(橫波反射方法)， 針對(duì)幕府山-焦山斷裂共布置了6條測(cè)線， 測(cè)線位置見圖 2。

通過淺層地震勘探獲得的幕府山-焦山斷裂的典型斷點(diǎn)簡(jiǎn)要介紹如下：

fMj1斷點(diǎn)： 位于Mj1測(cè)線上， 由斷點(diǎn)局部疊加剖面(圖4a)可以看出， 基巖反射波組(T1)在815CDP處明顯不連續(xù)， 判斷為fMj1斷點(diǎn)。斷層表現(xiàn)為正斷性質(zhì)， 傾向N， 視傾角約60°， 斷距約7m。

fMj2斷點(diǎn)： 位于Mj2測(cè)線上， 由斷點(diǎn)局部疊加剖面(圖4b)可以看出， 基巖反射波組(T1)在898CDP處明顯不連續(xù)， 判斷為fMj2斷點(diǎn)。斷層表現(xiàn)為正斷性質(zhì)， 傾向N， 視傾角約60°， 視斷距約5m。

fXkmj4斷點(diǎn)： 位于Xkmj4測(cè)線上， 由斷點(diǎn)局部疊加剖面(圖4c)可以看出， 基巖反射波組(T1)在斷點(diǎn)處明顯不連續(xù)， 判斷為fXkmj4斷點(diǎn)。斷層表現(xiàn)為正斷性質(zhì)， 傾向N， 視傾角約60°， 視斷距約7m。

fXkmj5斷點(diǎn)： 位于Xkmj5測(cè)線上， 由斷點(diǎn)局部疊加剖面(圖4d)可以看出， 基巖反射波組(T1)在斷點(diǎn)處明顯不連續(xù)， 判斷為fXkmj5斷點(diǎn)。斷層表現(xiàn)為正斷性質(zhì)， 傾向N， 視傾角約60°， 視斷距約4m。

淺層地震(反射)測(cè)線上的斷點(diǎn)特征見表1。淺層地震勘探成果表明： 幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段的走向?yàn)镹EE， 傾向N， 傾角約為50°～60°， 斷距為3～7m， 以正斷活動(dòng)為主。在地震剖面上， 幕府山-焦山斷裂的各個(gè)斷點(diǎn)均以斷錯(cuò)基巖面為特征， 第四系內(nèi)部層位斷錯(cuò)不明顯。

圖 4 幕府山-焦山斷裂的淺層地震剖面Fig. 4 The shallow seismic sounding profile of Mufushan-Jiaoshan Fault.a fMj1斷點(diǎn)局部疊加剖面及地質(zhì)解釋圖； b fMj2斷點(diǎn)局部疊加剖面及地質(zhì)解釋圖； c fXkmj4斷點(diǎn)局部疊加剖面及地質(zhì)解釋圖； d fXkmj5斷點(diǎn)局部疊加剖面及地質(zhì)解釋圖

表 1 幕府山-焦山斷裂淺層地震勘探工作的斷點(diǎn)特征簡(jiǎn)表Table1 Characteristics of breakpoints in shallow seismic exploration of the Wufengshan-Xilaiqiao Fault

3 幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段的鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)

為查明幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段的第四紀(jì)活動(dòng)性， 在淺層地震勘探的基礎(chǔ)上， 選擇斷點(diǎn)特征最明顯的場(chǎng)點(diǎn)， 分別在句容市下蜀鎮(zhèn)橋頭村和鎮(zhèn)江市京口區(qū)各布設(shè)了1條鉆孔聯(lián)合剖面。

3.1 橋頭村場(chǎng)地的鉆孔聯(lián)合剖面

(1)全新統(tǒng)(Qh)

頂部為一層雜填土， 主體為灰黑色粉砂質(zhì)黏土， 發(fā)育黏土與薄砂層互層的“千層餅”結(jié)構(gòu)。10個(gè)鉆孔的底界埋深為7.1～11.9m， 自南向北增厚。

(4)下白堊統(tǒng)(K1γ)

下白堊統(tǒng)由灰黃色全風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、 灰白色中風(fēng)化花崗巖組成， 與上覆下蜀組下部為不整合接觸。兩側(cè)QM1孔和QT2孔的間距為173m， 基巖面落差為10.9m， 基巖面埋深由南向北逐漸加深； QM4孔與QM3孔的間距為8m， 基巖面落差為3.2m， 基巖面斷錯(cuò)明顯。判斷斷層從QM3孔附近通過。

3.2 金山場(chǎng)地的鉆孔聯(lián)合剖面

圖 6 金山場(chǎng)地的鉆孔對(duì)比與構(gòu)造綜合解釋圖Fig. 6 The drilling joint profiling and integrated tectonic interpretation of the Jinshan site in Zhenjiang.

(1)如東組(Qhr)

(3)下白堊統(tǒng)(K1γ)

下白堊統(tǒng)由黃褐色花崗巖組成， 與上覆下蜀組下部呈不整合接觸?；鶐r面埋深總體由南向北逐漸加深， 基巖面最大落差在JS7孔和JS2孔之間， 落差為14.5m； 其中JS6孔與JS3孔的間距為14m， 落差最為明顯， 為4.1m。由此判斷， 主斷層的位置在JS6孔與JS3孔之間， 如圖 6 所示。

本場(chǎng)地?cái)鄬涌傮w以正斷活動(dòng)為主， 斷層正斷活動(dòng)與長(zhǎng)江侵蝕的共同作用造成了JS7孔和JS2孔之間14.5m的基巖落差。主斷層位于JS6孔與JS3孔之間， 斷點(diǎn)上方的全新統(tǒng)未受斷層影響， 表明其最新活動(dòng)時(shí)間在全新世之前。但該場(chǎng)地更新統(tǒng)基本缺失， 難以判斷斷層最新活動(dòng)的時(shí)間。

4 幕府山-焦山斷裂第四紀(jì)活動(dòng)特征的探討

寧鎮(zhèn)地區(qū)所在的下?lián)P子地塊自印支運(yùn)動(dòng)以來斷裂構(gòu)造十分發(fā)育， 主要有NE向、 NW向和近EW向3組。其中EW向區(qū)域性斷裂多為不同級(jí)別的隆坳邊界斷裂， 主要活動(dòng)于燕山晚期—喜馬拉雅早期， 并控制白堊系上統(tǒng)及古近系沉積， 斷裂性質(zhì)多為正斷層， 為區(qū)域拉伸的產(chǎn)物。NW向斷裂主要表現(xiàn)為平移性質(zhì)， 早期以右行走滑為主； 后期則轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮凶呋?兼具正斷性質(zhì)(張鵬等， 2019)。NE向斷裂主要活動(dòng)于燕山晚期及喜馬拉雅早期， 主要表現(xiàn)為先壓后張， 部分?jǐn)嗔言诠沤o(jì)乃至新近紀(jì)仍有繼承性活動(dòng)(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989)。其中近EW向斷裂和NW向斷裂對(duì)近代地震活動(dòng)， 水系、 地貌以及近期的垂直形變等均起著顯著的控制作用(方大衛(wèi)等， 1992)。近EW向的幕府山-焦山斷裂與NW向的南京-湖熟斷裂及無錫-宿遷斷裂交會(huì)位置附近曾發(fā)生過多次破壞性地震， 1624年揚(yáng)州6級(jí)地震的發(fā)生可能與幕府山-焦山斷裂有密切關(guān)系(圖 1)。

淺層地震探測(cè)成果表明， 幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段的走向?yàn)镹EE， 傾向N， 傾角約為50°～60°， 斷距為3～7m， 以正斷活動(dòng)為主。在地震剖面上， 幕府山-焦山斷裂的各個(gè)斷點(diǎn)都均以斷錯(cuò)基巖面為特征， 第四系內(nèi)部層位斷錯(cuò)不明顯。

在Mj1測(cè)線上實(shí)施了橋頭村場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面。橋頭村場(chǎng)地中更新統(tǒng)之上的地層沒有被斷錯(cuò)的跡象， 中更新統(tǒng)下蜀組下部已被斷層斷錯(cuò)， 中更新統(tǒng)底界在斷層兩側(cè)的位錯(cuò)量為3.2m。根據(jù)地層斷錯(cuò)特征和測(cè)年結(jié)果判斷， 本場(chǎng)地幕府山-焦山斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世晚期， 晚更新世以來無活動(dòng)跡象。

在Xkmj4k測(cè)線上實(shí)施了金山場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面。金山場(chǎng)地?cái)鄬右哉龜嗷顒?dòng)為主， 明顯斷錯(cuò)了基巖面， 斷點(diǎn)上方的全新統(tǒng)未受斷層影響， 表明其最新活動(dòng)時(shí)間在全新世之前。但該場(chǎng)地更新統(tǒng)基本缺失， 難以判斷斷層最新活動(dòng)的時(shí)間。

結(jié)合橋頭場(chǎng)地和金山場(chǎng)地的斷層活動(dòng)特征分析， 幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段的最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世晚期， 未發(fā)現(xiàn)該斷裂自晚更新世以來的活動(dòng)跡象。這一結(jié)果與該斷裂幕府山—棲霞段的活動(dòng)性研究成果一致， 也驗(yàn)證了前人成果的可靠性。幕府山-焦山斷裂作為寧鎮(zhèn)隆起與儀征凹陷的分界斷裂， 其活動(dòng)性相對(duì)較新， 是寧鎮(zhèn)地區(qū)一條地震危險(xiǎn)性較強(qiáng)的主要斷裂。尤其該斷裂與NW向斷裂交界部位， 具備破壞性地震的孕震環(huán)境， 歷史上也曾發(fā)生過多次破壞性地震， 必須高度重視相關(guān)區(qū)域的震害防御相關(guān)工作。

幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段展布區(qū)域受長(zhǎng)江侵蝕作用影響， 第四系以全新統(tǒng)為主， 下更新統(tǒng)缺失， 中更新統(tǒng)缺失或較薄， 因此鉆探查明的地層落差主要發(fā)育在基巖及第四系底部， 造成了識(shí)別斷層最新斷錯(cuò)層位的不確定性， 也難以識(shí)別精確的斷層斷錯(cuò)量。在這種條件下如何更有效地開展斷層活動(dòng)性鑒定工作， 尚有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

(1)淺層地震勘探成果表明： 幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段的走向?yàn)镹EE， 傾向N， 傾角約為50°～60°， 斷距約為3～7m， 以正斷活動(dòng)為主。在地震剖面上， 幕府山-焦山斷裂的各個(gè)斷點(diǎn)均以斷錯(cuò)基巖面為特征， 第四系內(nèi)部層位斷錯(cuò)不明顯。

致謝本工作實(shí)施過程中得到了中國地震局地質(zhì)研究所冉勇康研究員、 楊曉平研究員、 國家自然災(zāi)害防治研究院張世民研究員、 中國地震局地球物理勘探中心方盛明研究員的悉心指導(dǎo)， 得到了江蘇省地震局和鎮(zhèn)江市地震局相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力幫助， 并得到了江蘇省巖土工程勘察院的協(xié)助； OSL樣品年齡由山東省地震局光釋光實(shí)驗(yàn)室測(cè)定， ESR樣品年齡由北京光釋光實(shí)驗(yàn)室有限公司測(cè)定。在此一并表示感謝！