引用本文
郭鹏, 韩竹军, 周本刚, 周庆, 毛泽斌. 安徽巢湖—铜陵地区中强地震发生的构造标志[J]. 地震地质, 2018,40(4): 832-849.
GUO Peng, HAN Zhu-jun, ZHOU Ben-gang, ZHOU Qing, MAO Ze-bin. TECTONIC INDICATIONS OF OCCURRENCE OF MODERATE-TO-STRONG EARTHQUAKES IN CHAOHU-TONGLING AREA,ANHUI PROVINCE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(4): 832-849.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.04.008
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安徽巢湖—铜陵地区中强地震发生的构造标志
郭鹏1, 韩竹军1,*, 周本刚1, 周庆1, 毛泽斌1,2
1中国地震局地质研究所, 活动构造与火山重点实验室, 北京 100029
2云南省地震局, 昆明 650041
*通讯作者: 韩竹军, 男, 1964年生, 研究员, 博士生导师, 主要从事活动构造与地震危险性研究, E-mail: zjhan0904@163.com。

〔作者简介〕 郭鹏, 男, 1989年生, 中国地震局地质研究所在读博士研究生, 主要从事活动构造研究, 电话: 18813111575, E-mail: guopengpoli@163.com。

收稿日期: 2017-11-08
基金项目: 中国地震局地震行业科研专项(200708003)资助
摘要

安徽巢湖—铜陵地区是中国大陆内部1个典型的中强地震活动区, 曾发生的1585年巢县南 5¾级、 1654年庐江东南 5¼级等4次地震呈NNE向带状展布, 构成了1条醒目的中强地震活动带。野外地表地质调查、 浅层物探、 钻探资料、 年代学样品的采集测试和断裂活动性综合分析等表明该地区矾山断裂、 夏家岭断裂和朗村断裂是前第四纪断裂。铜陵断裂是1条中更新世活动的隐伏断裂, 可发生中强地震, 控制了近地表的3个雁列状构造的演化和发展。4次地震强度呈现了向S递减的特点, 而这与晚新生代无为盆地的凹陷幅度明显大于南边的贵池盆地的特点相一致。在深部构造上, 铜陵断裂空间分布特征对应着1条NNE向布格重力异常梯级带。巢湖—铜陵地区中更新世活动的铜陵断裂、 雁列状分布的构造、 新构造的差异运动以及布格重力异常梯级带与该地区中强地震活动带在空间上的对应性, 显示了它们应是中强地震孕育和发生的构造标志。

关键词: 巢湖—铜陵地区; 铜陵断裂; 中强地震; 新构造; 重力异常
中图分类号:P548 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)04-0832-18
TECTONIC INDICATIONS OF OCCURRENCE OF MODERATE-TO-STRONG EARTHQUAKES IN CHAOHU-TONGLING AREA,ANHUI PROVINCE
GUO Peng1, HAN Zhu-jun1, ZHOU Ben-gang1, ZHOU Qing1, MAO Ze-bin1,2
1)Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration,Beijing 100029, China
2)Yunnan Earthquake Agency, Kunming 650041, China
Abstract

The Chaohu-Tongling area in Anhui Province is a typical moderate-to-strong earthquake active area in the mainland of China. Four earthquakes occurred in this area, displayed as a NNE-trending zonal distribution, including the 1585 M5¾ Chaoxian earthquake and the 1654 M5¼ Lujiang earthquake, which formed a striking moderate-to-strong seismic activity zone. Field survey, shallow geophysical prospecting, drilling data, collection and dating of chronology samples and comprehensive analysis of fault activity indicate that the Fanshan, Xiajialing and Langcun faults are not active since Quaternary. The NNE-trending Tongling Fault is a buried middle-Pleistocene fault, but it can produce moderate-to-strong earthquakes and control the evolution and development of three en echelon geologic structures. The intensity of the four earthquakes is characterized by southward progressive decrease, which is in accordance with the characteristics that the subsidence range of Wuwei Basin is obviously larger than that of Guichi Basin to its south since late Cenozoic. In terms of deep structure, the characteristics of spatial distribution of Tongling Fault indicate that it corresponds to a NNE-striking Bouguer gravity anomaly gradient belt. So there is a spatial correspondence between the middle-Pleistocene Tongling Fault, the en echelon structures, the differential movement of the neotectonics, the Bouguer gravity anomaly gradient belt and the moderate-to-strong seismic activity belt in the Chaohu-Tongling area, indicating that they should be the tectonic indications of occurrence for moderate-to-strong earthquakes.

Keyword: Chaohu-Tongling area; Tongling Fault; moderate-to-strong earthquake; neotectonics; gravity anomaly
0 引言

中国中东部大部分地区一般以中强地震为主要活动特征, 这些地区人口稠密, 中强地震造成的破坏有时比中国西部7级以上大地震造成的灾害还要严重(高孟谭等, 2008; 向宏发等, 2008; Xu et al., 2010; Han et al., 2012)。由于中强地震一般不产生明显的地表断错现象, 因此, 中强地震发生的构造标志比较模糊(高孟谭等, 2008)。在过去的地震构造研究中, 大都把注意力集中在6.5级以上的大地震, 对中强地震发生的构造标志以及构造环境研究相对薄弱, 导致在地震危险性分析中, 往往把中强地震的潜在震源区范围划得很大, 甚至采取提高本底地震震级的方法来处理(鄢家全等, 1996), 而这种不确定性, 对于中强地震活动区的工程抗震设计地震动的参数影响较大(韩竹军等, 2002)。因此, 中强地震发生的构造标志研究既有科学意义, 又有工程应用价值。

安徽巢湖— 铜陵地区及其邻近区域范围是中国大陆内部1个典型的中强地震活动区(丁国瑜等, 1979)。有地震记载以来, 研究区共计有23次4.7~6.5级中强地震, 其中7次4.7~4.9级地震, 13次5.0~5.9级地震, 3次6.0~6.5级地震(图1)。前人对六安— 霍山地区1652年6级地震、 1917年 6¼ 级地震以及溧阳地区1974年 5½ 级地震和1979年6级地震进行过详细研究(叶洪等, 1980; 胡连英等, 1997; 姚大全等, 2003; 侯康明等, 2012)。本次研究主要集中在发生过1585年巢县南 5¾ 级和1654年庐江东南 5¼ 级等4次中强地震的巢湖— 铜陵中部地区, 4次地震呈NNE向带状分布, 构成了1条醒目的中强地震活动带(图1)。然而, 对该地区断裂构造空间展布特征的认识存在分歧。刘海泉等(2008)认为该地区存在1条SN向的巢湖— 铜陵断裂; 翟洪涛等(2009)则认为该地区西侧发育1条NNE向的铜陵断裂(又称为 “ 严家桥-枫沙湖断裂” ), 指出该断裂可能是1585年安徽巢县南地震的发震构造, 但翟洪涛等(2009)所研究的断裂构造位置明显偏离巢湖— 铜陵地区的4次中强地震以及所提供的断点位置, 也未能对这4次中强地震的发震构造进行1个全面的综合研究。区域新构造运动特征、 第四纪盆地和布格重力异常梯级带等与中强地震活动关系密切(张裕明, 1992; 鄢家全等, 1996; 韩竹军等, 2002)。因此, 有必要从断裂的构造控制作用、 新构造运动特征、 晚新生代沉积学以及布格重力异常等方面来理解该地区中强地震发生的构造标志。

图1 巢湖— 铜陵地区及其邻近区域范围主要断裂及MS≥ 4.7级地震震中分布图
基础地质资料参考安徽省地质矿产局(1987); 历史地震资料据国家地震局震害防御司(1995); F1肥中断裂; F2桥头集-东关断裂; F3金寨断裂; F4桐柏-磨子潭断裂; F5霍山-罗田断裂; F6庐江-广济断裂; F6-1昌邑-大店断裂; F6-2安丘-莒县断裂; F6-3沂水-汤头断裂; F6-4鄌郚-葛沟断裂; F7六安断裂; F8湖口-新干断裂; F9东至断裂; F10葛公镇断裂; F11头坡断裂; F12铜陵断裂(严家桥-枫沙湖断裂); F13泾县断裂(江南断裂); F14绩溪断裂带; F15乌镇-马金断裂带; F16滁河断裂; F17江浦-六合断裂; F18方山-小丹阳断裂; F19茅山断裂带; F20施官集断裂; F21南京-湖熟断裂; F22幕府山-焦山断裂; F23休宁断裂带; F24宜丰-景德镇断裂; F25周王断裂; F26昌化-普陀断裂Fig. 1 Distribution map of major faults and epicenter of earthquakes with MS≥ 4.7 in Chaohu-Tongling and its adjacent areas.

如何认识此类地震发生的构造标志是一项具有难度的课题(韩竹军等, 2002; 周本刚等, 2006; Han et al., 2012), 巢湖— 铜陵地区4次带状展布的中强地震为开展此类问题的探索提供了1个较好的范例。通过针对下述问题的研究工作, 有可能更好地理解巢湖— 铜陵地区中强地震发生的构造条件和构造标志: 1)铜陵断裂的构造位置、 空间展布特征以及活动性如何? 2)该地区周缘断裂具有怎样的地质地貌表现, 活动时代如何?围绕着上述问题, 本文通过地质地貌调查, 结合巢湖— 铜陵地区新构造运动背景、 晚新生代沉积学、 布格重力异常等地球物理资料理解该地区中强地震发生的构造标志。

1 区域地震地质背景

巢湖— 铜陵地区地处安徽中南部(图1), 地震区带上主要涉及郯庐地震带及长江下游— 南黄海地震带, 属于典型的中强地震活动区(丁国瑜等, 1979), 最大地震为1831年安徽凤台东北 6¼ 级地震及1917年安徽霍山 6¼ 级地震, 与该地区1585年巢县南 5¼ 级和1654年庐江东南 5¼ 级等4次地震构成1条醒目的中强地震活动带(图1)。

在地质构造上, 巢湖— 铜陵地区位于华北构造区的南部(马杏垣, 1987)。在地球动力学背景上, 西边受祁连-柴达木块体NE向挤压, 东边有太平洋板块NWW向俯冲推挡, 构造应力场中P轴方向主要为NEE-SWW向(谢富仁等, 2004, 2011)。区域内断裂构造相当发育, 主要有NNE— NE向、 NW向、 NWW向和近EW向4组(图1)。NNE向郯庐断裂带斜穿研究区, NE向和NW向断裂主要发育在断裂带以东, NWW向和近EW向断裂主要发育在断裂带以西。中强地震活动带附近区域主要断裂有郯庐断裂带南段的庐江-广济断裂(F6)、 头坡断裂(F11)和周王断裂(F25)。庐江-广济断裂(F6)由2~4条主干断裂组成。燕山期有过左旋平移活动, 对晚白垩世和古近纪的盆地沉积起到明显的控制作用。在新构造分区中该断裂是主要边界之一, 其西侧为大别山断块拱曲隆起区, 东侧是长江谷地断陷区, 沿断裂线性构造地貌发育, 但未见晚更新世以来的活动迹象。NE向的头坡断裂(F11)向NE延至枞阳城南附近。喜山早期(晚白垩世— 古近纪)显示正断性质, 断裂东南盘相对下降, 形成盆地。地貌及断裂剖面上的构造分析均反映该断裂活动微弱。周王断裂(F25)位于皖南山区北麓, 走向NEE— EW。沿断裂岩石硅化、 角砾岩化强烈。据岩相古地理资料分析, 早志留世中期, 石台— 黄山一线EW向坳陷叠加于早期的NE向坳陷之上, 至中志留世坳陷持续下降, 深达1i400m, 说明断裂此时已经形成, 燕山晚期或喜山早期再次活动。

《安徽省区域地质志》(安徽省地质矿产局, 1987年)的基岩地质图上显示沿安徽— 无为西— 铜陵— 贵池东一线存在1条近SN向的物探推测断裂, 该断裂对晚新生代地层有明显的控制作用; 在新构造分区上, 巢湖— 无为等地处于长江北差异隆起区; 安徽无为— 贵池一带曾发生的1585年巢县南 5¾ 级和1654年庐江东南 5¼ 级等4次中强地震呈NNE向带状展布。这些地质、 地球物理资料指示着沿长江谷地近侧可能存在1条NNE向的隐伏断裂— — 铜陵断裂。

2 布格重力异常特征

在深部构造特征上, 巢湖— 铜陵地区的西侧及南侧布格重力场以负值为主, 最低值为-65× 10-5m/s2; 而在巢湖— 铜陵地区及其东部则以正值为主, 最高值约为35× 10-5m/s2(图2)。大致可分为具有不同布格重力异常特征的3个地区。巢湖— 铜陵地区及其以东地区布格重力值以正值为主, 重力等值线走向为NNE— NE向。大别山区布格重力值主要为负值, 重力等值线走向为近EW和NWW向。江南断裂以南布格重力值全为负值, 重力等值线走向为EW向。布格重力异常的这一特征与下地壳界面的起伏有关, 反映了区域大地构造单元的分布范围, 也反映了区域地质构造线的方向。

图2 安徽巢湖— 铜陵地区布格重力异常图
基础资料据国家测绘局一分局1978年编制的《中国重力异常图》Fig. 2 Map of Bouguer gravity anomaly in Chaohu-Tongling area, Anhui Province.

根据区域重力场空间展布、 异常形态及幅值大小等特点, 可将区域重力场分为4类: 1)封闭的似等轴状或条带状重力低值正异常区: 如在巢湖— 铜陵地区, 一系列小型的低值正异常圈闭构造在NNE方向上带状分布, 重力值在-15× 10-5~-5× 10-5m/s2。偶见低值负异常圈闭构造, 这些异常主要反映中— 新生代坳陷或断陷盆地; 2)大型重力低异常区: 如大别山区、 皖南山区, 其分布范围广、 幅值变化大, 重力值在-60× 10-5~10× 10-5m/s2。反映2个地区莫霍面相对下沉, 地壳厚度大; 3)具有明显走向高、 低相间的重力异常带: 主要有NE向和近EW向2组, 反映一系列紧密排列的隆起与坳陷, 如合肥与巢湖之间高、 低相间的重力异常带。同时也反映了断裂构造, 如沿郯庐断裂带、 茅山断裂带、 六安断裂都是陡变的重力梯度带; 4)封闭的似等轴状重力高异常区: 如庐江、 芜湖市等地的重力高异常, 为第四系覆盖层下的基岩隆起或其他相对高密度体。

巢湖— 铜陵地区NEE向布格重力异常小型圈闭构造带, 也构成了其西侧大别山区大型重力低异常区与东侧以负异常为主的江淮地区分界线, 因此, 可以认为, 在深部构造上, 铜陵断裂空间分布特征对应着1条NNE向布格重力异常梯级带(图2)。

3 晚新生代构造运动特征
3.1 晚新生代沉积学特征

在新构造运动背景上, 巢湖— 铜陵地区新构造运动主要表现为弱隆升、 差异性和间歇性3种运动类型。其中以弱隆升为主, 而间歇性运动基本上贯穿整个新构造时期。古近纪、 新近纪以及第四纪早更新世该地区主要表现为大面积弱隆升运动, 区内皆缺失该时期沉积, 该时期断裂活动微弱, 也无岩浆活动。在经历了上新世至早更新世构造运动的稳定阶段之后, 地壳抬升有1个加剧的过程。到了中更新世, 地壳再次处于稳定阶段, 这一时期沿山麓地带普遍发育了蠕虫状黏土层, 该套地层与上覆晚更新世地层有明显的沉积间断, 与下伏的基岩呈渐变过渡关系, 多处可见的蠕虫状黏土是基岩风化的残积物。晚更新世以来, 该地区以缓慢的整体抬升为主, 形成大面积由上更新统地层组成的台地。

铜陵断裂大致可分为南、 北2段, 中间由燕山期基岩山体所分隔, 地表贯通性较差。区内大致以铜陵断裂为界, 存在区内中西部向东部的相对抬升, 铜陵断裂表现为晚新生代长江下游安庆弱上升区与无为沉降区之间的分界线。同时, 巢湖— 铜陵地区中南部相对于北部也存在差异性运动, 中南部表现为缓慢的持续隆升, 地貌上为低山丘陵; 在北部, 晚新生代以来相对沉降, 该时期地层大面积分布, 但沉积厚度较小, 一般为20~50m。区内由上更新统组成的长江T2阶地拔河高度基本相当, 表明晚更新世以来的差异性运动不明显。

铜陵断裂对晚新生代沉积厚度分布有明显的控制作用(安徽省地质矿产局, 1987) (图3)。断裂北段分布着近NE— NEE向的1个盆地和1个凸起, 盆地晚新生代沉积厚度明显加大到150~200m, 凸起晚新生代覆盖层较薄, 厚度为10~20m; 断裂南段西侧沿长江河谷分布贵池北晚新生代盆地, 呈近NE向, 晚新生代沉积厚度明显高于邻近地区, 显示出1条比较典型的斜列状右旋走滑的构造特征。这3个晚新生代盆地和凸起相间排列, 平面上呈串珠状分布, 可以推断在其深部存在1条NNE向的断裂构造带, 该构造带在晚新生代时期的右旋走滑运动, 控制了近地表3个雁列状构造的演化和发展。

图3 铜陵断裂分布图
等厚线、 地层等基础地质资料据安徽省地质矿产局, 1987Fig. 3 Distribution map of the Tongling Fault.

3.2 断裂活动的地质地貌表现

根据区域地质资料, 巢湖— 铜陵地区主要发育1组NNE— 近SN向断裂, 共有主要断裂4条, 它们是铜陵断裂、 矾山断裂、 夏家岭断裂和郎村断裂(图4)。

图4 巢湖— 铜陵地区主要断裂分布图
F1铜陵断裂; F2矾山断裂; F3夏家岭断裂; F4朗村断裂Fig. 4 Distribution map of major faults in Chaohu-Tongling area.

3.2.1 铜陵断裂(F1)

断裂南起贵池西, 经铜陵西的老洲附近, 向北延伸到无为NW, 总体上可分为南、 北2段, 走向NNE, 长约70km, 是1条被长江河谷第四纪地层覆盖的隐伏断裂(图3)。

虽然翟洪涛等(2009)曾对铜陵断裂(又称 “ 严家桥-枫沙湖断裂” )的活动性进行过研究, 但该断裂构造位置明显偏离巢湖— 铜陵地区的4次中强地震以及所提供的断点位置。北京中震创业工程科技研究院等(2007)曾在无为盆地中布设3条浅层物探综合测线剖面① (图3), 其中在梅家楼村北布设了近NW向的浅层地震勘探测线A-1, 结合钻探资料证实了铜陵断裂的存在以及断裂与测线的交会位置; 在十八塔和无为县北侧附近分别布设浅层地震勘探测线B-1和A-2, 钻探资料结果表明物探剖面上的疑似断点并非断层(图3)。

(1)浅层物探、 地质解译与钻探验证

①A-1侧线

A-1测线走向NW, 东起繁昌县荻港南, 过长江和无为盆地后, 西段至无为县杨家桥(图3)。在实际施工中, 考虑施工条件, 共分为17段浅层地震测线段来完成, 其中A-1-8浅层地震勘探测线布设在梅家楼村北, 呈近NWW向。图5为A-1-8测线浅层物探反射叠加剖面和地质解译剖面。从图中可见, 在距地表20m以下的侏罗纪砂岩中, 震相显得十分零乱, 反映受断裂活动影响, 砂岩层发生较强的变动。在测线的3625CDP与4158CDP附近, 基岩反射相位分别出现断点异常(编号为f5、 f6)。2条断层都倾向E, 断层东盘基岩相对抬升, 西盘相对下降, 高差2m左右, 表现为逆断层性质, 上断点深度分别为25m、 23m。但基岩之上第四系内反射波组较为连续。

图5 无为县梅家楼A-1-8测线3625CDP与4158CDP附近地震时间剖面及解译图(左NW, 右SE)①Fig. 5 Seismic reflection time section and explanation near 3625CDP and 4158CDP of the survey line A-1-8 in Meijialou Village, Wuwei County.

为验证上述浅层地震勘探结果, 垂直图3中的f6(铜陵断裂)布置了排成一排的4个钻孔, 由西向东钻孔间距分别是8.3m、 10m、 10m, 其中, ZK21和ZK19两个钻孔在断层下盘, ZK20和ZK18两个钻孔在断层上盘(图6)。

图6 梅家楼西钻孔联合剖面图①Fig. 6 Composite drilling profile map in the west of Meijialou Village.

由图6可见, 4个钻孔都揭示出晚更新世以来的地层及其下的基岩, 根据岩性特征, 由上至下分为7层:

第1层: 灰褐色耕植土、 素填土, 厚度0.6~0.9m。以ZK19孔地面为参考点, 从西向东, ZK21孔埋深0.6m, ZK19孔埋深0.6m, ZK20孔埋深1.2m, ZK18孔埋深1.2m。

第2层: 灰黄色粉砂质黏土, 含少量Fe、 Mn侵染结核, 厚度5.8~6.1m。ZK19孔5.6m深处样品TL测年结果为(53.00± 4.50)ka, 属晚更新世中部堆积。ZK21孔埋深6.7m, ZK19孔埋深6.4m, ZK20孔埋深7.3m, ZK18孔埋深7.1m。

第3层: 灰黄色粉砂质黏土, 可见少量云母碎片, 局部夹少量粉砂, 微层理发育, 厚度5~6.6m。ZK21孔埋深12.8m, ZK19孔埋深13.0m, ZK20孔埋深12.2m, ZK18孔埋深12.8m。

第4层: 灰色淤泥质黏土, 土质软而可塑, 含水份较多, 切面光滑, 无震荡效应, 厚度6.7~8.3m。ZK21孔埋深19.5m, ZK19孔埋深20.0m, ZK20孔埋深20.2m, ZK1孔埋深21.18m。

第5层: 灰色粉砂质黏土, 可见少量云母碎片, 厚度0.5~2.7m。ZK19孔21.3m深处样品TL测年结果为(78.95± 6.70)ka, 属晚更新世下部堆积。ZK21孔埋深22.0m, ZK19孔埋深21.8m, ZK20孔埋深21.6m, ZK18孔埋深21.6m。

第6层: 仅在ZK21孔和ZK19孔见到, 为棕灰、 灰色含砾石团块的黏土, 层理不清, 呈土块状, 厚1.8m。ZK21孔埋深24.0m, ZK19孔埋深23.6m。

第7层: 侏罗系砂岩, 各钻孔皆钻到, 但未见底。

钻探结果显示, 4个钻孔中第1层至第5层皆有堆积, 虽然各层堆积厚度和埋深在各钻孔中有所差别, 但其总厚度和第5层底界的埋深在断层两侧基本相同, 断层两侧ZK19孔和ZK20孔第5层底界的埋深相差仅0.2m, 反映第5层开始堆积以来, 断层已停止活动。根据样品TL测年结果为(78.95± 6.70)ka可知, 至少晚更新世以来断裂不活动。

第6层仅在断层西盘的ZK21孔和ZK19孔出现, 厚度1.8~2m, 其岩性为含砾石团块的黏土, 层理不清, 呈团块状, 具有快速堆积的特征, 而且是位于基岩陡坎的下降盘。因此, 该层是基岩陡坎形成后, 在其前缘形成的快速堆积层。根据第5层TL样品的测年结果, 该层的堆积年龄应是中更新世晚期— 晚更新世初期。

第7层在断层西盘的ZK21孔和ZK19孔中的顶部埋深分别是24.0m和23.6m, 在断层东盘ZK20孔和ZK18孔埋深都为21.6m, 但在断层两侧的ZK19孔和ZK20孔中的埋深却有2m的落差, 2孔相距仅10m, 因此其间应有断层通过。

根据上述浅层地震勘探和钻探, 可得出如下认识:

断层活动使侏罗系地层形成2m高的陡坎, 之后在陡坎前缘快速堆积第6层棕灰、 灰色含砾石团块的黏土, 其堆积年龄应在陡坎形成之后, 但较接近陡坎形成年龄。根据样品TL测年结果, 该层的堆积年龄应是中更新世晚期— 晚更新世初期。由于该层堆积时代虽接近陡坎形成时代, 但却没有受到断层影响, 故断裂最新活动时代应在该层堆积时代之前, 为中更新世末期。

②B-1测线

在十八塔附近布置的B-1测线横波反射地震时间剖面上(图7), 可见基岩顶面(第四系底界面)呈西高东低的斜坡, 斜坡位置与地表陡坎对应, 但基岩顶面斜坡比地表陡坎缓得多。在147CDP(斜坡坡脚)附近, 基岩有微弱错动迹象(图7), 高差1m左右, 埋深约38m, 为疑似断点(平面位置见图3)。

图7 B-1-b3测线地震时间剖面图(左W右E)①Fig. 7 Seismic reflection time section of the survey line B-1-b3.

在疑似断层点两侧(十八塔东)布置了排成一排的3个钻孔ZK15、 ZK16、 ZK17, 其中ZK16、 ZK17在浅层地震勘探推测断层的上升盘, ZK15在下降盘。根据3个钻孔的剖面对比, 陡坎两侧第四系各界面平整, 无明显落差, 疑似断点两侧基岩顶面埋深也基本平整(图8)。证实浅层地震探测揭示的疑似断点并非断层, 地表所见SN向陡坎也非断层陡坎, 而是长江冲刷作用所致。因此, 铜陵断裂并没有经过B-1测线所在的位置, 而是应从侧线西侧穿过(图3)。

图 8 无为县十八塔钻孔联合剖面图①Fig. 8 Composite drilling profile map in Shibata of Wuwei County.

(2)地表地质调查

区域地质测绘资料表明分布在断裂北段南端的燕山期花岗岩及正长岩岩体完整, 不发育贯穿该岩体的NNE向断裂(安徽省地质矿产局, 1987)。根据在断裂北段南端一带的实际调查, 基岩山区的一些近SN向断裂不存在早、 中更新世活动的迹象, 因此断裂没有延伸到基岩山区中(图4)。

综上所述, 浅层物探、 钻孔资料、 地表地质调查以及年代学样品测年结果表明铜陵断裂呈NNE向延伸, 主要表现为1条隐伏断裂, 存在中更新世活动的地质证据。

3.2.2 矾山断裂(F2)

矾山断裂位于该地区西部边缘地带, 南边始于庐江县竹石岭附近, 向北经砖桥, 过刘家洼后, 终止在矾山镇附近, 走向近SN, 长约13km(图4)。在冷塘洼村边的侏罗系砖桥组(Jzh)安山岩及安山质火山碎屑岩中, 可见产状为12° /SE∠71° 的断裂构造带(图9a), 宽0.8~1.0m, 由片理化碎裂岩带组成。断面平整, 其上发育近垂直的擦痕, 略向N侧伏, 侧伏角75° ~80° 。摩擦镜面固结成岩, 断层物质胶结坚硬。凤鸣岗西南边的一小型采石场上发现一断裂露头剖面(图9b), 可见分别倾向W和倾向E的2条断裂, 走向基本上都是近SN向。断裂构造带宽2m左右, 主要由构造碎裂岩组成, 不存在新鲜滑动面。断裂上覆中— 上更新统残积层, 平稳分布, 没有构造扰动迹象。采集断层物质ESR年代样品(HS-J-E1), 测试结果为距今(958± 124)ka, 接近饱和。断裂在地貌上没有显示, 不存在新活动迹象。初步认为该断裂为前第四纪断裂。

图9 巢湖— 铜陵地区主要断裂剖面图
a 庐江县冷塘洼村边断裂剖面图; b 庐江县凤鸣岗西南采石场断裂剖面图; c 无为县土地岭断裂剖面图; d 无为县夏家岭村山间土公路边断裂剖面图; e 铜陵市东南郊大型采石场上断裂剖面图; f 铜陵市郊刘家村西断裂剖面图Fig. 9 Profile map of major faults in Chaohu-Tongling area.

3.2.3 夏家岭断裂(F3)

据1/5 万牛埠幅地质图①和1/20 万铜陵幅地质矿产图②, 夏家岭断裂分布在西边, 近SN走向, 长约4km(图4)。断裂主要发育在侏罗系罗岭组(Jl)中, 岩性为1套粗-细粒岩屑长石石英砂岩夹泥岩、 粉砂岩。在无为县土地岭, 沿山坡修建的公路揭示了长距离的新鲜基岩剖面, 从中可以看出: 侏罗系罗岭组(Jl)的岩层基本上完整分布, 不存在明显的断错现象, 只在半山腰低洼处, 发育1组密集的剪切面, 形成1条宽4~5m的粗碎裂岩带(图9c), 带内构造变形强度不大, 不发育新鲜滑动面, 也未见松软的断层物质条带, 没有后期活动迹象。在夏家岭村西新修建的山间土公路边, 可见发育在侏罗系粗安质角砾凝灰岩及凝灰质粉砂岩中的断裂构造带(图9d)。断面产状为12° /SE∠58° , 断裂构造带主要由构造片理化带组成, 宽1.0m左右, 规模较小。在断裂露头剖面上, 不存在新鲜滑动面, 也不发育断层泥条带, 未见新活动迹象。采集断层物质年代样品(HS-J-E2), 测试结果表明古剂量信号饱和, 年龄> 1i500ka。初步判定为1条前第四纪断裂。

3.2.4 郎村断裂(F4)

朗村断裂位于该地区东南部, 分布在长江右岸的铜陵市东郊。长约10km, 总体走向NNE(图4)。断裂为1条发育在三叠系地层中、 与印支期褶皱伴生的次级断裂构造, 分布在1个NEE向褶皱的翼部。受局部应力场控制, 断裂主要为1条倾向E或SEE的正断裂。在铜陵市东南郊的1个大型采石场上, 可观察到发育在三叠系灰岩中的近SN向断裂构造带(图9e), 主断面产状为172° /E∠64° , 其上可见垂直擦痕, 摩擦镜面固结成岩, 其上覆盖有结晶状方解石, 未受到构造作用的改造。在产状为140° /SW∠84° 的错动面上可见水平擦痕。在这些错动面均未见松软的断层物质条带, 没有后期活动迹象。刘家村西边的山坡上, 可见三叠系和龙山组(Th)和殷坑组(Ty)之间的断层接触(图9f), 断层产状18° /SE∠71° 。受残坡积堆积层覆盖, 断裂出露不很完整。在断裂构造带上, 不存在新鲜滑动面, 也不发育断层泥条带。初步认为该断裂是前第四纪断裂。

4 中强地震构造标志分析

一般而言, 中国大陆地区震级为 6¾ 级以上的地震, 才可以产生不同规模的地震地表破裂带和不同大小的位移(邓起东等, 1992)。对于大部分中强地震的发震构造, 在地表或近地表一般没有晚更新世以来明显断错活动的显示, 主要表现为断错中更世地层, 特别是中更新世晚期的地层(周本刚等, 2006)。1631年常德 6¾ 级地震、 1710年新华 5½ 地震、 1969年阳江6.4级地震、 1976年和林格尔6.3级地震和2005年九江-瑞昌5.7级地震等, 均同中更新世活动的断裂有关(向宏发等, 2008; 鄢家全等, 2008; Han et al., 2012)。根据巢湖— 铜陵地区人工地震勘探、 钻探验证、 野外地质调查和年代学样品测试, 矾山断裂、 夏家岭断裂和朗村断裂规模较小, 不存在新活动迹象, 是前第四纪断裂; 铜陵断裂是1条中更新世活动的隐伏断裂, 没有晚第四纪活动证据, 但可以发生中强地震, 这与一些晚第四纪没有活动的断裂可以发生中强地震的认识相协调(王志才等, 1999; 向宏发等, 2008; 鄢家全, 2008; Han et al., 2012)。在地震活动性方面, 巢湖— 铜陵地区中部仅有的4次 4¾ ~5¾ 级地震均位于NNE向延伸的铜陵断裂上及其邻近地区, 其中最大的1585年巢县南 5¾ 级地震的极震区就位于巢湖— 贵池一带, 1654年庐江东南 5¼ 级地震有感范围的长轴方位与铜陵断裂走向大体一致, 显示了该断裂与这些地震之间的构造联系。

鄢家全等(1996)系统研究了中国东部和华北地区中强地震活动的构造标志, 曾指出中强地震活动与新生代运动具有共生性, 与第四纪盆地等密切相关。巢湖— 铜陵地区4次中强地震活动与晚新生代盆地规模关系密切。4次地震强度呈现了较好的向南递减的特点, 而这与晚新生代无为盆地的凹陷幅度明显大于南边的贵池盆地特点相一致。铜陵断裂大致可分为南、 北 2段, 中间由燕山期基岩山体所分隔, 地表贯通性较差; 在新构造运动特征上, 断裂表现为晚新生代长江下游安庆弱上升区与无为沉降区之间的分界线, 控制了近地表3个雁列状构造(南、 北 2个断裂段与中间凸起)的演化和发展(图10)。铜陵断裂形成于晚印支期(刘海泉等, 2008), 中始新世之后, 在P轴方向主要为NEE-SWW向的区域构造应力场作用下(谢富仁等, 2004, 2011), 运动性质发生变化, 以右旋走滑为主; 铜陵断裂南、 北 2段的右旋走滑运动在中间地带形成了1个挤压阶区, 并使得边界断裂在第四纪早期呈现出逆断层性质。断裂上晚新生代构造雁列状分布的特征, 与瑞昌-武宁断裂上瑞昌盆地和范镇盆地之间的构造关系具有一定的类似性(Han et al., 2012), 推测铜陵断裂很可能是隐伏在上述串珠状构造下方的1条韧性剪切带(图10)。

图10 铜陵断裂与雁列状构造动力学关系模式图Fig. 10 Dynamic model of the relation between Tongling Fault and en echelon structures.

韩竹军等(2002)发现江淮地区中强地震、 新近纪以来活动断裂以及布格重力异常梯级带在空间上有较好的相关性, 指出可以根据布格重力异常梯级带识别中强地震孕育、 发生的构造环境。巢湖— 铜陵地区NEE向布格重力异常小型圈闭构造带, 构成了其西侧大别山区大型重力低异常区与东侧以负异常为主的江淮地区的分界线, 在深部构造上, 铜陵断裂空间分布特征对应着1条NNE向布格重力异常梯级带。因此, 巢湖— 铜陵地区布格重力异常梯级带也可以作为中强地震发生的1个重要标志。

5 小结

通过安徽巢湖— 铜陵地区地质地貌调查、 浅层物探、 钻探验证以及年代学样品的采集测试, 并结合该地区新构造运动背景和地球物理深部资料等, 可以获得如下一些初步认识:

(1)巢湖— 铜陵地区4次地震呈NNE向带状展布, 4次地震强度呈现了较好的向南递减的特点, 而这与晚新生代无为盆地的凹陷幅度明显大于南边的贵池盆地的特点相一致。

(2)矾山断裂、 夏家岭断裂和朗村断裂规模较小, 不存在新活动迹象, 是前第四纪断裂。铜陵断裂呈NNE向延伸, 主要表现为1条中更新世活动的隐伏断裂, 大致可以分为SN 2段, 地表贯通性较差, 但可以发生中强地震。断裂南、 北 2段的右旋走滑运动在中间地带形成了一个挤压阶区, 并使得边界断裂在第四纪早期呈现出逆断层性质。

(3)在新构造运动特征上, 铜陵断裂表现为晚新生代长江下游安庆弱上升区与无为沉降区之间的分界线, 控制了近地表3个雁列状构造的演化和发展。在深部构造上, 铜陵断裂空间分布特征对应着1条NNE向布格重力异常梯级带。

(4)巢湖— 铜陵地区中更新世活动的铜陵断裂、 雁列状分布的构造、 新构造的差异运动以及布格重力异常带与该地区中强地震活动带在空间上的对应性, 显示了它们应是中强地震孕育和发生的构造标志。

The authors have declared that no competing interests exist.

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