郯廬斷裂帶五河段幾何展布和結(jié)構(gòu)特征

李鵬飛，疏 鵬，路 碩，楊源源，方良好

（安徽省地震局，安徽 合肥 230031）

郯廬斷裂帶是中國東部一條規(guī)模巨大的NNE走向的活動(dòng)斷裂帶，自1957年航磁大調(diào)查中被發(fā)現(xiàn)以來，已有50余年的研究歷史。郯廬斷裂帶在長期的發(fā)展演化過程中，在空間上表現(xiàn)為分段差異活動(dòng)，在時(shí)間上則具多期活動(dòng)的特點(diǎn)（徐嘉煒等，1992；朱光等，2005）。隨著研究的深入，不同學(xué)者對(duì)郯廬斷裂帶分布在山東及蘇北境內(nèi)的中段，即昌邑—大店斷裂、白芬子—浮來山斷裂、沂水—湯頭斷裂、鄌郚—葛溝斷裂和安丘—莒縣斷裂等5條近平行的斷裂系開展了豐富的研究工作，并且認(rèn)為安丘—莒縣斷裂可能止于淮河附近（晁洪太等，1994；李家靈等，1994；王志才等，2005；曹筠等，2017；楊源源等，2017），淮河為郯廬斷裂帶活動(dòng)性的分界點(diǎn)。本文針對(duì)郯廬斷裂帶在淮河附近五河地區(qū)的斷裂幾何結(jié)構(gòu)及活動(dòng)特征進(jìn)行研究，通過高精度衛(wèi)星影像解譯、野外地質(zhì)地貌調(diào)查等方法獲得隱伏斷裂的幾何展布、活動(dòng)性質(zhì)、活動(dòng)特征等重要的活動(dòng)構(gòu)造學(xué)定量參數(shù)，以期為更系統(tǒng)全面地討論郯廬斷裂帶的破裂分段提供參考，同時(shí)為區(qū)域地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和城市規(guī)劃提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地震地質(zhì)背景

五河地區(qū)位于蚌埠隆起北緣，處于郯廬斷裂帶中段與南段交匯部位，斷裂構(gòu)造發(fā)育；研究區(qū)地處丘陵地貌與平原地貌交界地帶，總體地勢略呈南北高中間低的趨勢，大體以淮河為界，以南為波狀起伏的丘崗，以北為地勢平坦的平原；地層劃分上屬阜陽地層分區(qū)和兩淮地層分區(qū)交界處，地表大部分為第四系所覆蓋，主要為全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)出露，中更新統(tǒng)零星出露。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育多條斷裂，除北東向郯廬斷裂帶外，還發(fā)育有近東西向與北東向斷裂等，且中小地震活動(dòng)較為頻繁。1970年以前，研究區(qū)內(nèi)記載多次4級(jí)以上歷史地震，最大一次為1829年11月五河地震，發(fā)生在郯廬斷裂帶與近東西向的太和—五河斷裂交匯部位；1970年以來，中小地震主要分布在郯廬斷裂帶沿線附近，最大地震是1979年3月4日五河西M4.0地震（見圖1）。

圖1 區(qū)域地震構(gòu)造圖

2 五河段構(gòu)造特征分析

郯廬斷裂帶是中國東部一條巨型斷裂帶，總體上呈北北東走向，綿延2 400多千米，中生代以來經(jīng)歷過長期復(fù)雜的演化，該斷裂帶在五河地區(qū)主要由4條主干斷層組成（見圖2）。

2.1 烏云山—合肥斷裂（F1）

該斷裂為郯廬西界斷裂，其定遠(yuǎn)以北段在宏觀地貌上有顯示，構(gòu)成山體與西側(cè)平原的分界；定遠(yuǎn)以南斷裂基本隱伏于合肥盆地之下，經(jīng)地層分析和年代測試工作可知，合肥盆地隱伏區(qū)烏云山—合肥斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代在中更新世晚期（鄭穎平等，2020）；推測在五河縣附近從城區(qū)東側(cè)通過，斷裂通過處河流改道拐彎明顯，淮河以北為平原，淮河以南為緩丘地貌。通過地質(zhì)地貌調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在花園湖東多處見連續(xù)的殘存低丘（見圖3），多由古近系或白堊系基巖構(gòu)成，在殘丘邊緣見有基巖破碎帶，寬度數(shù)米至數(shù)十米不等，基巖斷面見有近水平擦痕，推測可能為F1斷裂通過處。由于該斷裂在研究區(qū)內(nèi)處于隱伏狀態(tài)，為探明該斷裂的幾何結(jié)構(gòu)與最新活動(dòng)時(shí)代，利用GEODE分布式地震儀針對(duì)該斷裂布設(shè)2條淺層地震勘探測線N1、N2（見圖2）。N1測線剖面長度為1 520 m，偏移距為80 m，道間距為2 m；N2測線剖面長度為1 320 m，偏移距72 m，道間距為2 m。

圖4為N1測線深度剖面及地質(zhì)解譯圖，上部在100 m、140 m和160 m左右深度出現(xiàn)三組連續(xù)性較好的同相軸，下部在220 m、320 m和340 m左右深度出現(xiàn)三組連續(xù)性較差的同相軸，反射波組在599～974 m段同相軸發(fā)生錯(cuò)斷、匯合，且同相軸深度變深，形成為斷塊區(qū)域。根據(jù)以上界面變化特征，推斷該條剖面600 m處存在一條南東東傾向的正斷層，上斷點(diǎn)深度約100 m，斷距約10 m，傾角約50°，可能已經(jīng)影響到T1底界面。根據(jù)區(qū)域資料，T1界面可能為第四紀(jì)底界面。T3界面可能為基巖頂界面。根據(jù)T1界面僅僅受到微弱的變形擾動(dòng)，我們推測可能反映了斷裂第四紀(jì)早期活動(dòng)，晚期不活動(dòng)，或活動(dòng)微弱。

圖4 N1測線淺層地震深度剖面及地質(zhì)解譯

圖5為N2測線深度剖面及地質(zhì)解譯圖，在120 m、140 m和160 m左右深度出現(xiàn)三組連續(xù)性較好的同相軸，反射波組同相軸在335 m段同相軸發(fā)生錯(cuò)斷。根據(jù)以上界面變化特征，推斷該條剖面由NE至SW 方向，335 m處存在斷層F4：上斷點(diǎn)深度約110 m，斷距約12 m，傾角約40°；斷層性質(zhì)為正斷型，斷層明顯斷錯(cuò)T1界面。T1界面為第四系底界面，T3界面為白堊系基巖頂界面。T3界面以下的雜亂反射為白堊系基巖內(nèi)部反射。

圖5 N2測線淺層地震深度剖面及地質(zhì)解譯

鉆孔資料顯示，研究區(qū)第四系厚度多在70 m以上，第四系頂部為素填土，中部為上更新統(tǒng)中砂-粉細(xì)砂，底部為中更新統(tǒng)粉細(xì)砂-粘土層，下伏地層為中新統(tǒng)砂礫巖；結(jié)合鉆孔等資料，推測N1和N2物探剖面上第一個(gè)強(qiáng)反射層T1對(duì)應(yīng)松散砂粘土（QP2）與砂礫巖（N2）之間的反射界面，在兩條物探剖面上，T1界面均不同程度受到斷層活動(dòng)的影響，尤其是N2測線，斷層斷錯(cuò)T1界面明顯，并影響到其上的Qp2底部，因此推測該斷裂為早中更新世斷裂。

2.2 桑澗子—廣寒橋斷裂（F2）

桑澗子—廣寒橋斷裂又稱朱頂—石門山斷裂，定遠(yuǎn)以北段宏觀地貌特征顯著，斷裂位于大鞏山地壘與東側(cè)明光盆地之間，盆山間線性色調(diào)分異十分明顯，特別在明光石門山一帶，山體東緣呈筆直延伸，在定遠(yuǎn)以南斷裂基本隱伏于合肥盆地之下。通過地質(zhì)地貌調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在五河縣喬子健水庫附近，均能見到連續(xù)的緩丘地貌或斷層槽谷（圖6A，B，C），推測斷裂從喬子健水庫穿過，在喬子健水庫南的人工采石坑，見基巖斷層出露，發(fā)育有清晰的斷層擦痕（圖6D，E，F(xiàn)）。沿?cái)嗔淹?0 km，在白山凌水庫周郭村附近開挖的探槽，顯示上白堊統(tǒng)砂巖與元古代片麻巖呈斷層接觸，斷層上覆中晚更新統(tǒng)粘土未受斷層影響，判斷斷裂為早中更新世斷裂。

圖6 桑澗子—廣寒橋斷裂斷錯(cuò)地貌特征

2.3 池河—西山驛斷裂（F3）

池河—西山驛斷裂又稱池河—太湖斷裂，該斷裂是郯廬斷裂帶最重要的分支斷裂，在安徽境內(nèi)延伸較好，遙感影像特征最為明顯。研究區(qū)內(nèi)斷裂以淮河為界，分為淮河以南段和淮河以北段。施煒等（2003）研究認(rèn)為，由于一些NW 向構(gòu)造的分割、控制和調(diào)整，郯廬斷裂南北分段差異性極為明顯，使其在地震活動(dòng)強(qiáng)度和地震破裂特征上顯示出明顯的分段性。淮河以北段由蘇皖交界的宿遷、重崗山、孫牌坊、大紅山和小紅山，直至淮河，地貌形態(tài)反映比較明顯。在各地的剖面上都存在王氏組紫紅色砂頁巖逆沖到晚更新世黃土之上這一特征，擠壓破碎帶寬度從幾米到50多米，帶內(nèi)發(fā)育擠壓扁豆體、斷層泥。

李起彤（1994）針對(duì)該斷裂北段做了大量研究工作，通過在橋北鎮(zhèn)西側(cè)和重崗山西側(cè)開挖的探槽，發(fā)現(xiàn)斷裂錯(cuò)斷了全新世地層，認(rèn)為該斷裂蘇皖交界附近全新世至少有過一次活動(dòng)；通過在重崗山和嶂山一帶的探槽開挖，認(rèn)為最新活動(dòng)時(shí)代為全新世初期（沈小七等，2015；楊源源等，2016）；通過在浮山一帶的探槽開挖表明該斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為全新世早期（趙朋等，2017）。斷裂南段在淮河—女山湖之間的紫陽山—獨(dú)龍山—陡山一線存在南北向展布的線狀崗地或隆起，崗地邊緣斷裂與池河—太湖斷裂在女山湖以北的延伸跡線較為吻合。明光紫陽鄉(xiāng)紫陽山采石場出露多條基巖斷層，斷層發(fā)育于流紋巖與白堊紀(jì)砂巖之間，以及紅砂巖內(nèi)。其中流紋巖與砂巖之間發(fā)育的斷層規(guī)模較大，斷層寬約0.6 m，斷層帶內(nèi)為擠壓破碎物質(zhì)，發(fā)育豐富的擠壓片理、扁豆體、角礫等斷層物質(zhì)，但未見新鮮的滑動(dòng)面，為郯廬帶早期活動(dòng)的產(chǎn)物。砂巖內(nèi)發(fā)育的斷層平直，斷面較窄，發(fā)育少量泥狀斷層物質(zhì)，較硬，斷層頂部為礫石坡積層（Q3）覆蓋。該處未見斷層晚第四紀(jì)活動(dòng)的痕跡（見圖7）。因此，綜合判斷池河—西山驛斷裂在淮河以北為晚更新世活動(dòng)，在淮河以南為早中更新世活動(dòng)。

圖7 紫陽二郎村西斷層照片及剖面素描圖

2.4 藕塘—清水澗斷裂（F4）

藕塘—清水澗斷裂又稱嘉山（明光）—廬江斷裂，為郯廬東界斷裂，是華北板塊與蘇魯造山帶交界斷裂，走向北北東，在衛(wèi)星圖片上有清晰的顯示。在女山湖南北均呈隱伏態(tài)，無地貌顯示，以南則由明南大橫山經(jīng)仁和集、藕塘鎮(zhèn)至界牌集東，總體線性特征較差，斷裂多從變質(zhì)巖區(qū)內(nèi)部或邊緣通過，新活動(dòng)性不明顯。在研究區(qū)以南的古城集東北的人工剝離剖面（見圖8）上，見該段斷裂的5條斷層（f1、f2、f3、f4、f5）切割白堊紀(jì)棕色砂巖，f1、f2走向北東，傾向北西，斷層性質(zhì)為正斷型，兩條斷面之間為尚有原巖結(jié)構(gòu)的粗碎裂巖，寬約4 m，f1斷面上近水平擦痕發(fā)育，北東向側(cè)伏，傾伏角8°。f3、f4和f5走向?yàn)楸蔽骰虮北蔽?，傾向?yàn)槟衔?，f3和f5為正斷層，f4為逆斷層，f4和f5之間也為尚有原巖結(jié)構(gòu)的粗碎裂巖，寬約5 m。剖面中f1、f2、f3和f5上部都有一層坡洪積礫石層堆積，估計(jì)其堆積時(shí)代為晚更新世，其中f2和f5上部礫石層的厚度變大。實(shí)地觀察，斷層沒有影響該套礫石層。斷裂帶內(nèi)中生代碎屑巖沉積厚度達(dá)到數(shù)千米，而斷裂東側(cè)則缺失大部分古、中生代地層，據(jù)以往研究資料，針對(duì)該斷裂實(shí)施的跨該斷裂鉆孔聯(lián)合剖面探測結(jié)果表明，該斷裂沒有明顯斷錯(cuò)晚第四紀(jì)地層。綜合分析認(rèn)為，藕塘—清水澗斷裂屬于第四紀(jì)早中更新世斷裂。

圖8 古城集東北斷層剝離剖面素描圖

3 結(jié)論

本文對(duì)郯廬斷裂帶在淮河附近五河地區(qū)的斷裂幾何結(jié)構(gòu)及活動(dòng)特征進(jìn)行了初步研究，通過高分辨率衛(wèi)星影像解譯、野外地質(zhì)地貌調(diào)查、淺震探測等手段，對(duì)郯廬斷裂帶五河段取得如下認(rèn)識(shí)：（1）郯廬斷裂帶五河段由4條近于平行的北東向斷裂構(gòu)成。（2）池河—西山驛斷裂構(gòu)造地貌線性特征明顯，以淮河為界，分為活動(dòng)差異明顯的南北兩段，淮河以北段最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世，活動(dòng)性較強(qiáng)。（3）結(jié)合地貌和地質(zhì)調(diào)查等資料，烏云山—合肥斷裂、桑澗子—廣寒橋斷裂和藕塘—清水澗斷裂均發(fā)育在基巖山體內(nèi)，未見斷錯(cuò)第四系剖面，推測這3條斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為早中更新世。

致謝：審稿人對(duì)本文提出了諸多修改意見，令作者受益匪淺，在此表示感謝。