基于多層次探測研究茅山斷裂帶北延段空間展布特征及第四紀活動性

[摘要] """本文介紹了從深至淺完成對茅山斷裂北延立體式綜合探測方法。使用重力場資料解譯和大地電磁勘探初步定位斷裂，隨后通過淺層地震勘探進行精確定位，最后根據(jù)跨斷點的小間距鉆孔聯(lián)合地質剖面探測法捕獲了上斷點并研判其第四紀活動性。研究發(fā)現(xiàn)：①茅山斷裂帶繼續(xù)向北延伸入鎮(zhèn)江市區(qū)，茅山斷裂帶北延段切割深度至少延伸至中地殼區(qū)域；②茅山斷裂帶北延段淺部區(qū)域表現(xiàn)出正斷性質，傾向東，走向北東，視傾角約為60°，視斷距約為3～5 m；③鉆孔聯(lián)合地質剖面探測結果顯示，斷點兩側基巖面落差較小，上覆第四紀地層未發(fā)現(xiàn)較大的起伏，未見第四紀有明顯活動跡象，綜合判斷茅山斷裂帶北延段為前第四紀斷裂。本項研究初步表明，茅山斷裂在地理空間上可能與江蘇陸域歷史上兩次顯著的地震事件存在聯(lián)系。這一發(fā)現(xiàn)為進一步研究該地區(qū)的發(fā)震構造特征和地震活動規(guī)律提供了新的視角，并可能對今后的相關研究有所啟發(fā)。

[關鍵詞] 茅山斷裂帶北延段; 第四紀活動性; 淺層地震勘探; 鉆孔聯(lián)合剖面" " " " " [DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-093

中圖分類號：P315.2"""""""""文獻標識碼： A""""""""""文章編號： 2096-7780（2024）09-0559-11

0 "引言

茅山斷裂帶由茅山東側斷裂（以下簡稱茅東斷裂）和茅山西側斷裂（以下簡稱茅西斷裂）組成，總體走向北15°～30°東，斷裂帶寬約1.5～4 km，呈現(xiàn)出隆起的特征，而東西兩側則形成了中、新生代的斷陷盆地，該斷裂控制了從古近紀至第四紀的沉積過程。根據(jù)高淳花山剖面的研究，茅西斷裂被認為是一條向東傾斜的低角度逆沖斷裂，活動時間為白堊紀中期，即葛村組（K1g）沉積之后，浦口組（K2p）沉積之前，為前第四紀斷裂。胡連英和徐學思[1]的研究表明，在曹山、芳山、陸家一帶發(fā)現(xiàn)了茅東斷裂晚第四紀活動的證據(jù)，推測其為晚更新世活動斷裂，溧陽一帶曾多次發(fā)生4?～6.0級的破壞性地震，特別是1974年和1979年的兩次現(xiàn)代破壞性地震（溧陽5.5級、6.0級地震）具有逆沖兼具走滑的性質[2]，與茅東斷裂的最新活動性質相一致，與其密切相關。

由于茅山斷裂帶地處三市交界，其與城市之間的位置關系與分段活動性鑒定一直是學者們關注的焦點。1983年石油部門根據(jù)上黨鎮(zhèn)附近鉆探資料，首次提出茅山斷裂帶可能向北延至鎮(zhèn)江市區(qū)內；李成棟[3]對古洞和伏牛山兩礦井進行地質調查時通過隱伏煤層與斷裂帶位置關系及礦壓實驗數(shù)據(jù)進一步證實了茅山斷裂帶北延的可能性；賈紅焱等[4]從遙感、重力、航磁及礦井地質等方面論證了茅山斷裂帶北延至寧鎮(zhèn)地區(qū)；李端璐和趙為民[5]在江蘇句容磨盤山地區(qū)高速公路隧道工程地質勘探中，通過鉆孔確定了茅西斷裂在該區(qū)域的具體展布位置；付萍杰等[6]認為茅西、茅東斷裂隨著地殼深度的增加逐漸合為一條斷裂帶。

基于前人研究的基礎，在“鎮(zhèn)江市活動斷層探測與地震危險性評價”項目中針對茅山斷裂帶北延段可能穿越鎮(zhèn)江市主城區(qū)及規(guī)劃區(qū)的情況下，通過重力場資料解譯、大地電磁勘探、淺層地震勘探及重點場地的鉆孔聯(lián)合剖面探測對茅山斷裂帶北延段的活動性質、特性以及最新活動時期開展了更深入的研究，對于鎮(zhèn)江市的地震危險性評價和防震減災工作至關重要。

1 "地震地質概況

寧鎮(zhèn)地區(qū)在大地構造單元上位于揚子陸塊的二級構造單元下?lián)P子地塊內，在地震區(qū)（帶）劃分圖上位于長江下游—黃海地震帶內，該地震帶是我國東部規(guī)模較大的中強地震活動帶。歷史上鎮(zhèn)江市及其鄰近地區(qū)曾發(fā)生過5次破壞性地震，最大的地震是1624年2月10日江蘇揚州的6級地震，震中烈度達到Ⅷ度（圖1）。張鵬等[7-8]和宗開紅等[9]對鎮(zhèn)江區(qū)域內第四系活動性做過相關研究，鎮(zhèn)江及其鄰近區(qū)域的第四紀地層發(fā)育較為完整，主要分為兩大沉積區(qū)域，以鎮(zhèn)江至韓橋的連線作為分界線。北邊是長江三角洲平原沉積區(qū)，而南邊則是寧鎮(zhèn)低山丘陵沉積區(qū)。在長江三角洲平原沉積區(qū)，第四紀地層包括：下更新統(tǒng)主要由灰綠色和灰黃色的河床相粗砂礫石沉積構成；中更新統(tǒng)主要由長江河道的沉積物組成；上更新統(tǒng)由河床相、漫灘相以及河口相的堆積物組成；全新統(tǒng)主要由三角洲相的沉積物構成。寧鎮(zhèn)低山丘陵沉積區(qū)的第四紀地層主要分布在崗丘和山麓地帶，其成因類型多樣，但總體厚度較薄，通常在幾米到幾十米之間?？傮w來看，鎮(zhèn)江及其鄰近地區(qū)的第四紀地層厚度呈現(xiàn)出南薄北厚、西薄東厚的分布特征。本項目針對茅山斷裂帶北延段布設了多條物探測線進行控制（圖2）。

2 "茅山斷裂帶北延段地球物理場特征

前人也針對茅山斷裂帶周邊的重力、磁場資料做過相關分析和實驗工作[10-14]，本文參考了其中的相關結論。由圖3可見，茅山斷裂帶兩側的重力異常特征較為復雜。重力高異常區(qū)與重力低異常區(qū)在斷裂兩側均有分布，呈交錯出現(xiàn)，斷裂通過位置往往表現(xiàn)為高低值的過渡帶；茅山山脈所在地區(qū)總體表現(xiàn)為重力低異常區(qū)；茅山東側分布的直溪橋—椏溪港盆地的重力異常值則明顯較高，而斷裂沿著重力高與重力低之間的密集等值線過渡帶通過。

在4階以上的細節(jié)圖中，茅山斷裂帶的重力異?，F(xiàn)象依然顯著存在，這表明斷裂帶切割至中下地殼深度。這些重力異常特征為研究提供了重要線索，揭示了斷裂帶的空間分布和深部延伸。此外，重力異常的變化也反映了茅山山脈和東凹陷盆地的地殼構造特征。

利用布格重力資料，成功揭示了茅山斷裂帶的延伸情況。進一步的判斷表明，茅山斷裂帶繼續(xù)向北延伸入鎮(zhèn)江市區(qū)（圖3），而茅山斷裂帶北延段的切割深度至少延伸至中地殼區(qū)域。這一發(fā)現(xiàn)為我們深入理解斷裂帶的地質特征和活動性提供了關鍵線索。

3 "茅山斷裂帶北延段地球物理勘探

3.1 "MT勘探剖面

為了研究茅山斷裂帶北延段深部電性結構，項目組在目標區(qū)內布設了MT（大地電磁）勘探觀測系統(tǒng)，以獲取該區(qū)域地殼介質的電性結構信息。

圖4和圖5展示了目標區(qū)內跨茅山斷裂的MT勘探剖面綜合解譯圖。從圖中可以觀察到，A5與A3剖面的電性結構形態(tài)基本一致。剖面的西側電阻率呈現(xiàn)相對高阻，而東側電阻率則呈現(xiàn)相對低阻。推測電阻率梯度帶可能是茅山斷裂帶的發(fā)育位置。在斷裂帶的西側，電阻率相對較高，可能代表古生界地層；而東側則主要由中生界地層組成。這表明茅山斷裂帶對句容盆地和丹陽凹陷的形成與演化起到了控制作用。

3.2 "淺層地震勘探測線

淺層地震勘探作為一種可信成熟的勘探技術，在地震領域有著廣泛的應用[15-18]。針對茅山斷裂北延段布設了6條淺層地震勘探測線，采用橫波勘探方法?？碧浇Y果表明，其走向NE、視傾角約為60°，視斷距約4 m，總體為東傾的正斷層。斷裂附近淺部變形強烈、呈現(xiàn)階梯狀發(fā)育特征。

3.2.1 "Msby1測線

圖6是Msby1測線動校疊加時間剖面及綜合解釋地質剖面。該疊加剖面信噪比相對較高，覆蓋層內主要層位及基巖頂面反射波組可識別，可識別的反射波組同相軸有2組。T1波組為基巖頂面反射波，界面埋深在18～34 m之間。該反射波組能量較強，橫向不連續(xù)，在1695#cdp（2542.5樁號）點處不連續(xù)，存在約5～8 ms時差，推測為fMsby1斷點，表現(xiàn)為正斷層，斷距約為5～9 m。由1∶50000基巖地質圖揭示，該剖面基巖為白堊系早期侵入巖。

通過單炮原始記錄和折射勘探結果綜合分析后，該斷點特征較為明確，斷點運動學和動力學特征清晰，反射疊加時間剖面信噪比和分辨率相對較高，評價為B級斷點。

3.2.2 "Msby4測線

圖7是Msby4測線動校疊加時間剖面及綜合解釋地質剖面。該疊加剖面信噪比較高，覆蓋層內主要層位及基巖頂面可識別，主要發(fā)育的反射波組同相軸有1組。T0波組為基巖頂面反射波，界面埋深在30～41 m之間。該反射波組能量強，反射波組橫向不連續(xù)，在1250#cdp點（1875樁號）處反射波組不連續(xù)，存在約6 ms時差，推測為fMsby4斷點，表現(xiàn)為正斷層，斷距約為6 m。以上覆層等效速度230 m/s計，基巖面埋深30～41 m。由1∶50000基巖地質圖揭示，該剖面基巖為白堊系上黨組火山巖（K1s）。

通過單炮原始記錄和折射勘探結果綜合分析后，該斷點特征較為明確，斷點運動學和動力學特征清晰，反射疊加時間剖面信噪比和分辨率相對較高，評價為B級斷點。

3.2.3 "Xkmsby1測線

圖8是Xkmsby1測線的動校疊加時間剖面及地質解釋剖面。由圖可見，該時間剖面具有較高的信噪比和較好的橫向連續(xù)性，基巖頂面反射波清晰可辨，主要發(fā)育的反射波組同相軸有1組，即T0波組，為基巖頂面反射波，界面埋深在50～62 m之間。T0反射波同相軸在1800#cdp（2700樁號）處不連續(xù)，存在約40 ms時差，判斷為fXkmsby1斷點，表現(xiàn)為正斷性質，傾向E，視傾角約60°，斷距約3～5 m。由1∶50000基巖地質圖揭示，2700樁號以西基巖為白堊系上黨組火山巖（K1s），在2700樁號以東為白堊系赤山組（K1c）。

該斷點特征較清晰，斷點運動學和動力學特征清晰，反射疊加時間剖面信噪比和分辨率較高，評價為A級斷點。

3.2.4 "Xkmsby2測線

圖9是Xkmsby2測線的動校疊加時間剖面及地質解釋剖面。由圖可見，該時間剖面具有較高的信噪比和較好的橫向連續(xù)性，基巖頂面反射波清晰可辨，主要發(fā)育的反射波組同相軸有1組，即T0波組，為基巖頂面反射波，界面埋深在50～70 m之間。T0反射波同相軸在546#cdp（819樁號）處不連續(xù)，存在約50 ms時差，判斷為fXkmsby2斷點，表現(xiàn)為正斷性質，傾向E，視傾角約60°，斷距約4～5 m。由1∶50000基巖地質圖揭示，819樁號以南基巖為三疊系黃青馬組（T2h），在819樁號以北為三疊系上青龍組（T1s）。

該斷點特征較清晰，斷點運動學和動力學特征清晰，反射疊加時間剖面信噪比和分辨率較高，評價為A級斷點。

4 "茅山斷裂帶北延段鉆孔聯(lián)合地質剖面

長香東場地位于Xkmsby1測線fXkmsby1預測斷點兩側，斷點位于鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)科創(chuàng)新城長香東大道與滬霍線交叉路口以西500 m。

本場地代表性鉆孔CX1孔的地層包括第四系和上白堊統(tǒng)，第四系劃分包括為全新世（Qh）（厚4.2 m），上更新統(tǒng)（Qp3）（厚22.05 m），中更新統(tǒng)（Qp2）（厚31.55 m）。基巖為上白堊統(tǒng)，磚紅色風化含礫砂巖。

（1）上更新統(tǒng)下蜀組上部（Qp3x）。上更新統(tǒng)下蜀組上部由黃褐色粉砂質粘土、粘土組成，含鐵錳質結核?？傮w自西向東增厚。

（2）中更新統(tǒng)下蜀組下部（Qp2x）。中更新統(tǒng)下蜀組下部由黃褐色粘土、粉砂質粘土組成，含鐵錳質結核和鈣質結核。該層厚度在西側略大于東側。

（3）中更新統(tǒng)柏山組（Qp2b）。中更新統(tǒng)柏山組由灰褐色含角礫粘土組成，夾大量鈣質結核和鐵錳質結核。該層厚度較薄，最厚處為CX6孔的3.5 m。

（4）上白堊統(tǒng)赤山組（K2c）。上白堊統(tǒng)由磚紅色含角礫砂巖組成，與上覆柏山組為不整合接觸。CX2孔和CX4孔間距為140 m，基巖面落差2.3 m，基巖面埋深由東向西逐漸減少，減少至CX4孔的58.7 m。其中基巖面最大落差位于CX6孔與CX1孔間，落差1.7 m，孔間距為32.5 m。

在Xkmsby1測線上實施了長香東場地鉆孔聯(lián)合地質剖面，該場地基巖面落差很小，上覆第四紀地層也未發(fā)現(xiàn)較大的起伏。故認為該場地汝山—上會斷裂的活動性較弱，未發(fā)現(xiàn)第四紀有明顯活動跡象（圖10）。此外，在Xkmsby2測線上實施了緯二路場地鉆孔聯(lián)合地質剖面，該場地斷點上方第四系內部層位也未受斷層影響，判斷本處斷層無第四紀以來新活動跡象。綜合判斷茅山斷裂帶北延段為前第四紀斷裂。

5 "討論

（1）研究區(qū)地震活動特征：破壞性地震強度低，頻度高。據(jù)不完全統(tǒng)計，研究區(qū)自公元499年8月以來，共記錄到M≥4?地震12次，其中4.7～4.9級地震5次，5.0～5.9級地震5次，6.0～6.9級地震2次。因此，研究區(qū)是一個能發(fā)生中等地震的地區(qū)。破壞性地震主要發(fā)生在沿溧陽、揚州至鎮(zhèn)江一帶，集中分布的破壞性地震均與區(qū)域地震構造關系密切。1970年1月—2024年6月，研究區(qū)共記錄到2.0≤M≤4.6地震399次，其中2.0～2.9級地震325次，3.0～3.9級地震69次，4.0～4.6級地震5次。小震分布與區(qū)域構造有較強的相關性，如沿高郵盆地、江都隆起、儀征凹陷的邊緣均有小震活動，沿幕府山—焦山斷裂、金壇—南渡斷裂等構造發(fā)育處，小震呈條帶狀分布，溧陽6.0級地震附近小震呈叢集化分布（圖11）。

（2）茅山斷裂帶的北延段，又稱汝山—上會斷裂。該斷裂走向為北東向，西南自句容市上會鎮(zhèn)附近，向北東方向延伸，經(jīng)上黨、官塘、汝山延伸至長江南汊附近，長約24 km。本項目中通過6條淺層地震勘探測線及兩條大地電磁測線探明了斷裂規(guī)模和展布位置，為鎮(zhèn)江城區(qū)規(guī)劃提供了參考依據(jù)。

（3）茅山斷裂帶被許多學者認為是溧陽1979年7月9日6.0級地震的發(fā)震斷裂，據(jù)本次研究表明，其北延段又與可能引起揚州1624年2月10日6級地震的幾條斷裂交匯在一處，將兩個江蘇陸地上最大的兩次地震在地理空間和斷裂構造上關聯(lián)了起來，為今后的研究提供了新的思路。

6 "結論

綜合多層次多手段探測結果，對茅山斷裂北延段進行了活動年代及展布特征的分析，主要得到以下幾點結論：

（1）布格重力和淺層地震勘探資料顯示，茅山斷裂帶繼續(xù)向北延伸入鎮(zhèn)江市區(qū)汝山以東區(qū)域，茅山斷裂帶北延段切割深度至少延伸至中地殼區(qū)域。MT勘探剖面表明，斷裂帶西側古生代地層電阻率呈現(xiàn)相對高阻，斷裂帶東側中生界地層電阻率則呈現(xiàn)相對低阻。

（2）針對茅山斷裂帶北延段布設了6條淺層地震勘探測線。總體上淺部變形強烈、呈現(xiàn)階梯狀發(fā)育特征。綜合分析認為，茅山斷裂帶北延段淺部區(qū)域表現(xiàn)出正斷性質，傾向東，走向北東、視傾角約為60°，視斷距約為3～5 m。

（3）鉆孔聯(lián)合地質剖面探測成果表明，斷點兩次基巖面落差很小，上覆第四紀地層也未發(fā)現(xiàn)較大的起伏。未發(fā)現(xiàn)該斷裂第四紀有明顯活動跡象。綜合判斷茅山斷裂帶北延段為前第四紀斷裂，與茅西、茅東斷裂共同歸屬于茅山斷裂帶。

致謝

工作實施過程中得到了方盛明研究員、冉勇康研究員、楊曉平研究員、張世民研究員的悉心指導，也得到了江蘇省地震局和鎮(zhèn)江市地震局相關領導的大力幫助。在此一并表示感謝！

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[Abstract] """"This paper describes a three-dimensional and comprehensive method for completing the northern extension of the Maoshan fracture zone from deep to shallow. Gravity field data interpretation and geomagnetic survey were used to initially locate the rupture， followed by shallow seismic survey for precise positioning， and finally the upper rupture point was captured and its Quaternary activities were investigated according to the method of joint geologic profile exploration with small spaced drill holes across the rupture point. Research has found： ① The Maoshan fracture zone continues to extend northward into the urban area of Zhenjiang， and the northern extension of the Maoshan fracture zone cuts at least to the mid-crustal region. ② The shallow part of the northern extension of the Maoshan fracture zone shows normal faulting characteristics， with an inclination to the east and a strike to the north-east， an apparent dip of about 60°， and an apparent break distance of about 3～5 m. ③ The results of the joint geologic profile of the boreholes show that the bedrock surface on both sides of the fracture point has a small difference， and the overlying Quaternary strata do not have any large undulation and do not have any obvious signs of Quaternary activity， so it is comprehensively judged that the northern extension of the Maoshan fracture zone is a pre-Quaternary fracture. This study preliminarily suggests that the Maoshan fault may be geospatially linked to two significant seismic events in the history of the Jiangsu landmass. This finding provides a new perspective for further research on the seismogenic tectonic features and seismic activity patterns in the region， and may inspire future related studies.

[Keywords] northern extension of Maoshan fracture zone; Quaternary activities; shallow seismic exploration; composite drilling section

基金項目："鎮(zhèn)江市政府項目“鎮(zhèn)江市活動斷層探測與地震危險性評價”、江蘇省地震局局長基金項目（202301），中國地震局地震星火科技計劃攻關項目（XH24013B）聯(lián)合資助。

*通訊作者："張鵬（1981-），男，副研究員，主要從事活動構造研究。 E-mail：zhpnju@163.com

作者簡介："孟科（1984-），男，工程師，主要從事抗震設防與淺層地震勘探研究。 E-mail：872208271@qq.com