引用本文
赵朋, 姚大全, 杨源源, 郑海刚, 方良好. 郯庐断裂带大红山段晚第四纪以来的新活动[J]. 地震地质, 2017,39(3): 550-560.
ZHAO Peng, YAO Da-quan, YANG Yuan-yuan, ZHENG Hai-gang, FANG Liang-hao. THE NEW ACTIVITY OF TAN-LU FAULT ZONE IN SEGMENT OF DAHONGSHAN SINCE LATE QUATERNARY[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2017,39(3): 550-560.  
Doi:10.3969/j.issn.0253-4967.2017.03.008
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郯庐断裂带大红山段晚第四纪以来的新活动
赵朋1,2, 姚大全1,2,*, 杨源源1, 郑海刚1, 方良好1
1 安徽省地震局, 合肥 230031
2 安徽省地震局, 郯庐断裂带中南段重点研究室, 合肥 230031
*通讯作者: 姚大全, 男, 研究员, E-mail: daquany@ah.eq.gov.cn。

〔作者简介〕 赵朋, 男, 1982年生, 2009年在中国地震局地质研究所获硕士学位, 工程师, 研究方向为地震地质及地震中长期预测, 电话: 13635516032, E-mail: zp20031688@163.com。

收稿日期: 2015-07-27
基金项目: 安徽省公益性地质工作项目(2015-g-25)与地震科技星火计划青年项目(XH16018Y)共同资助
摘要

活动断裂的最新活动与地震事件的关系至关紧要。以郯庐断裂带苏皖交界处的泗洪县峰山乡大红山段开挖的探槽为主要研究对象, 结合前人工作的对比分析, 识别编录晚第四纪以来的变形现象, 分析其活动习性。2个探槽剖面均揭示了明显的断层现象, 显示断层错断了晚更新世含砾石黏土层, 表现为张扭运动形式。结合地层年代样品测试结果, 分析认为该断层段所在地区第四纪以来发生过多次地震活动, 断层最新活动时代为晚更新世晚期, 最近1次地震事件发生在12~2.5ka BP。

关键词: 郯庐断裂带; 大红山段; 晚更新世晚期; 地质探槽
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2017)03-550-11
THE NEW ACTIVITY OF TAN-LU FAULT ZONE IN SEGMENT OF DAHONGSHAN SINCE LATE QUATERNARY
ZHAO Peng1,2, YAO Da-quan1,2, YANG Yuan-yuan1, ZHENG Hai-gang1, FANG Liang-hao1
1 Anhui Earthquake Administration, Hefei 230031, China
2 Key Laboratory on the Study of Middle-Southern Segment of Tanlu Fault Zone, Anhui Earthquake Administration, Hefei 230031, China
Abstract

The relationship between the latest activity of active fault and seismic events is of the utmost importance. The Tan-lu fault zone in eastern China is a major fault zone, of which the active characteristics of the segments in Jiangsu, Shandong and Anhui has been the focus of research. This study takes the Dahongshan segment of the Tanlu Fault in Sihong County as the main research area. We carried out a detailed geological survey and excavated two trenches across the steep slope on the southwest side of the Dahongshan. Each trench shows fault clearly. Combining the comparative analysis of previous work, we identified and cataloged the late Quaternary deformation events and prehistoric earthquake relics, and analyzed the activity stages and behavior of this segment.
Fault gonge observed in the trench profiles shows that multiple earthquake events occurred in the fault. The faulting dislocated the Neogene sandstone, black gravel layer and gray clay layer. Brown clay layer is not broken. According to the relations of dislocated stratums, corresponding14C and OSL samples were collected and dated. The result indicates that the Dahongshan segment of the Tanlu Fault has experienced strong earthquakes since the late Quaternary. Thrust fault, normal fault and strike-slip fault are found in the trenches. The microscopic analysis of slices from fault shows that there are many stick-creep events taking place in the area during the late Quaternary. Comprehensive analysis shows that there have been many paleoearthquakes in this region since the late Quaternary, the recent active time is the late Pleistocene, and the most recent earthquake event occurred in(12~2.5ka,BP).
The neotectonic activity is relatively weak in the Anhui segment(south of the Huaihe River)of Tanlu fault zone. There are difficulties in the study of late Quaternary activity. For example, uneven distribution of the Quaternary, complex geological structure, larger man-made transformation of surface and so on. The progressive research may be able to promote the study on the activity of the Anhui segment of Tanlu fault zone.

Keyword: Tanlu fault zone; Dahongshan segment; late late Pleistocene; geological trench
0 引言

郯庐断裂带是东亚大陆上展布的1条巨型构造带, 在中国境内延伸约2, 400km, 切穿中国东部不同的大地构造单元, 结构复杂。它不仅是地壳断块差异运动接合带, 也是地球物理场变异带和深源岩浆活动带, 还是1条地震活动带(徐嘉炜等, 1992, 1995)。

从地震活动强度分析, 郯庐断裂带可分为3段: 北段(肇兴— 沈阳)有史记载以来只发生过M5.8地震, 但最新研究表明该段有发生多次强烈地震活动的地质遗迹(闵伟等, 2011); 中段(沈阳— 宿迁段)发生8$\frac{1}{2}$级地震1次, 7.0~7.9级地震7次, 6级以上强震主要集中在郯庐断裂带中段(晁洪太等, 1999); 南段(宿迁— 广济)未记载到6级以上的历史地震, 以前认为其结构较为简单, 地震活动强度不大。近些年来, 众多研究者(谢瑞征等, 1990, 1991; 李家灵等, 1991, 1994; 翟炳松等, 1992; 晁洪太等, 1994; 李起彤, 1994; 施炜等, 2003; 邓起东, 2007; 张鹏等, 2011)在大量工作的基础上, 得出相似结论, 即地处郯庐断裂带南段北端的苏皖交界部位(即宿迁— 五河段)具有较强的新活动。姚大全等(2012)通过该段内的安徽泗县赤山和江苏泗洪重岗山等地的探槽开挖、 构造活动和史前地震痕迹识别研究显示, 苏皖交界地区晚第四纪以来发生过多次史前地震活动。

郯庐断裂带苏皖交界段处于中国东部经济较为发达地区, 加强该段的断层活动习性和史前地震研究, 对所在地区有效减轻可能产生的震害影响具有重要意义。笔者在上述工作基础上, 多次到郯庐断裂带苏皖交界段开展野外调查(图1), 选择合适地点开挖探槽, 进行对比和综合分析, 获得新发现, 取得新认识。

图1 郯庐断裂带苏皖交界大红山段位置示意图Fig. 1 Location of Dahongshan segment, Tan-Lu fault zone.

1 郯庐断裂带大红山段活动基本特征

郯庐断裂带鲁苏皖段的活动特征存在一定的差异性, 特别是苏皖交界的泗洪— 明光段, 作为郯庐断裂带上的1个“ 节点” , 其活动特征研究尤为重要。该“ 节点” 大致以淮河为中心, 其北侧的孙牌坊村探槽表明断层在晚更新世晚期至全新世早期仍有活动(谢瑞征等, 1991; 翟炳松等, 1992), 而其南侧的明光一带则为低山丘陵区, 目前还没有断层第四纪以来活动的确切证据。

郯庐断裂带大红山段位于江苏泗洪县峰山乡(图2), 南滨淮河。断裂带在大红山一带表现为断续延伸、 呈NNE向展布的低矮山丘或岗地地貌, 如大红山和其北侧的小红山, 相对高差最大仅20~30m, 在其西侧, 见断续分布的NNE向延伸的陡坡, 在岗地西缘呈现多条平行或雁列状展布, 部分地段陡坡被人为改造为田埂(图3)。闵伟等①(① 北京中震创业科技研究院, 2012, 江苏盱眙核电项目可研阶段地震安全性评价报告。)曾在大红山一带开展槽探工作, 探槽剖面展现多条断错不同层位的断层, 在一定程度上揭示了该段断层的新活动特征。

图2 大红山地区探槽位置示意图
a 卫星遥感图, 据Google地图; b 地质简图, 据1:20万盱眙幅区域地质图Fig. 2 Location of trenches in Dahongshan segment.

图3 原始陡坡及人为改造田埂微地貌Fig. 3 The original slope and man-made ridge.

2 大红山南侧探槽特征分析

为了深化对该段断层活动性的分析和认识, 在淮河北岸的峰山乡大红山南部开挖2个探槽(位置见图2), 探槽位于断续展布的NNE向陡坡延长线上(图4)。2个探槽编号分别为Tc1和Tc2, 其中Tc1走向95° , 长度约15m, 深3m, 宽2.5m; Tc2位于Tc1北侧约20m处, 走向94° , 长度约12m, 深2.5m, 宽2.5m, 该探槽作为对比分析探槽。

图4 探槽位置及周围地貌示意图Fig. 4 Trench location and surrounding topography.

2.1 探槽(Tc1)特征分析

Tc1北壁现象较清楚(图5), 剖面各地层及断层结构具体描述如下。

图5 大红山探槽Tc1北壁剖面
1 灰棕色黏土; 2 灰黑色含砾石黏土; 3 浅棕黄色粉砂质亚黏土; 4 棕红色堆积物; 5 破碎带; 6 砂岩; 7断层; 8 14C取样点; 9 光释光取样点; 10 地层序号Fig. 5 Profile of northern wall of the trench Tc1, Dahongshan.

①黏土层: 灰棕色, 顶部为耕植土层, 厚约30cm, 含植物根茎, 疏松。下部为黏土层, 含少量砾石和风化状铁锰结核, 未受人为活动扰动。

②灰黑色含砾石黏土层: 该层分为2层, 上部为灰黑色黏土, 含少量砾石; 下部为灰黑色砾石层, 富集铁锰结核, 砾石磨圆度好, 母岩多为灰白色石英质。该层厚度稍有变化, 为1个重要标志层。

③粉砂质亚黏土: 浅棕黄色, 含少量砾石及铁锰结核, 与下伏基岩呈不整合接触关系。

④古堆积: 在下伏基岩上形成的1个古侵蚀洼地, 堆积了磨圆较差、 大小不一的本源砾石、 砂土, 以及磨圆较好的外源砾石, 直径大者约5cm。

⑤破碎带: 夹于2组断层之间, 灰白、 灰黄色, 较松散, 上部含棕灰色竖向黏土条带, 另含少量灰绿色黏土团块, 未见明显的原岩结构, 曾受断层活动扰动而破碎变形明显。

⑥砂岩: 棕黄— 棕红色砂层, 弱— 强风化状, 较软。断层两侧砂岩具有差异性, 其中左侧砂岩含竖向条带黏土、 少量棕色黏土及灰绿色黏土团块。最左侧则含有较多的斜向灰绿色黏土条带, 以及不连续棕灰色黏土条带, 表明该侧基岩受断层活动影响存在一定程度的变形。断层右侧基岩原岩结构清晰, 较为完整。

该剖面显示下伏基岩为新近系峰山组砂岩(层⑥), 其上依次沉积了浅棕黄色粉砂质亚黏土层、 灰黑色含黏土砾石层以及灰棕色黏土层。其中浅棕黄色粉砂质亚黏土(层③)与下伏基岩、 上覆灰黑色含黏土砾石层(层②)均呈不整合沉积接触关系。探槽揭露出2组断层, 倾向相反, 右侧1组为主断层。主断层产状为10° /SE/∠65° , 断层底部发育泥状断层物质, 宽约30cm, 向上变窄。底部断层泥显示不同的颜色, 可识别出灰黑、 青灰、 灰白色, 表明断层经历了多期活动事件。左侧断层相对较为细小, 且上部产状变化较大。 2组断层错断了不同层位的地层。其中左侧断层主要发育于砂岩内, 且向上错断了浅棕黄色粉砂质亚黏土层, 但未延伸入灰黑色含砾石黏土层中。右侧主断层断错了新近系峰山组砂岩, 浅棕黄色粉砂质亚黏土层(层③)和灰黑色含砾石黏土层(层②), 顶部灰棕色黏土层(层①)未见明显错动。

为确定各地层的沉积年代, 本次工作在相应地层采集了光释光样品和14C样品(取样位置见图5)并送样测试。具体为在灰棕色黏土层(层①)下部采集14C样品Szc-8; 灰黑色含砾石黏土层(层②)上部、 中部、 下部分别采集14C样品Szc-1、 Szc-4、 Szc-5, 以及光释光样品Szo-4; 浅棕黄色粉砂质亚黏土层(层③)采集光释光样品Szo-1、 Szo-2。送样测试结果表明灰棕色黏土层(层①)为全新世地层, 灰黑色含砾石黏土层(层②)为晚更新世晚期— 全新世早期地层, 浅棕黄色粉砂质亚黏土层(层③)为中更新世地层, 结果数据详见表1和表2。

表1 大红山探槽14C样品测年结果 Table1 14C sample dating results of Dahongshan trench
表2 大红山探槽光释光样品测年结果 Table2 OSL sample dating results of Dahongshan trench

综合上述分析以及断层形态来看, 断层第四纪以来经历了多次地震活动事件, 表现为2组断层错断了第四纪不同时代的地层。其中左侧断层最后1次活动时代为中更新世晚期— 晚更新世; 右侧主断层经历了多期活动, 最新活动错断了灰黑色含砾石黏土层②, 上覆灰棕色黏土层①没有被错断的痕迹, 表明断层最新活动时代至少为晚更新世晚期。

2.2 探槽(Tc2)特征分析

作为对比探槽的Tc2, 其北壁地层、 断层结构相对简单(图6)。剖面地层描述如下。

图6 大红山探槽Tc2北壁剖面
1 灰棕色黏土; 2 灰黑色含黏土砾石层; 3 浅棕黄色粉砂质亚黏土; 4 破碎带; 5 砂岩; 6 断层; 7 14C取样点; 8 光释光取样点; 9 地层序号Fig. 6 Profile of northern wall of the trench Tc2, Dahongshan.

①黏土层: 顶部为棕色耕植土, 含植物根系。下部灰棕色黏土层, 含砾石, 铁锰结核。该层厚度不均, 顶部受人为扰动较大。

②含黏土砾石层: 主要为黑色砾石, 砾石磨圆好。该层厚度不一, 砾石间填充灰黑色黏土。断层延伸入该层内。

③粉砂质亚黏土: 浅棕黄色, 含少量砾石和铁锰结核, 与下伏砂岩呈不整合接触。

④破碎带: 2组断层之间为断层破碎带, 带内夹有少量黏土团块。受断层活动扰动而较为松散破碎。

⑤砂岩: 棕黄— 浅棕红色, 弱— 强风化状, 较软。断层左侧砂岩夹有斜向条带状棕色黏土及灰绿色黏土团块, 下部较少。断层右侧上部夹粉砂质黏土块, 底部保留原岩特征。

该剖面地层关系与Tc1类似, 下伏基岩为新近纪浅棕黄— 棕红色砂岩, 浅棕黄色粉砂质亚黏土(层③)与下伏基岩以及上覆灰黑色含黏土砾石(层②)呈不整合接触关系。灰黑色含黏土砾石层的上、 下界面均有起伏, 与Tc1不同的是, 该层砾石间填充的灰黑色黏土较少, 且上部未见灰黑色黏土发育。剖面顶部被连续分布的灰棕色黏土(层①)覆盖。探槽揭露出2组倾向相反的断层, 形态与Tc1北壁剖面稍有不同, 但揭示了类似的断层现象。其中左侧断层为单支小断层, 右侧为主断层, 产状为6° /SE/∠62° , 断层底部亦发育不同颜色的断层泥。

从断层错断关系上来看, 2组断层表现了与Tc1剖面较为一致的现象。左侧断层错断的最新地层为浅棕黄色粉砂质亚黏土(层③), 而右侧主断层错断的最新地层为灰黑色含黏土砾石层(层②), 但顶部灰棕色黏土(层①)靠近断层位置较薄, 且受人类耕作影响明显, 未识别出断层错断痕迹。在灰黑色含黏土砾石层②的上部采集光释光样品Szo-5, 灰棕色黏土层①中部采集14C样品Szc-7(取样位置见图6), 测试结果分别为晚更新世晚期和全新世(详见表1, 2), 这说明断层的最新活动时代可达晚更新世晚期, 与探槽Tc1的结果基本一致。

2.3 大红山南侧探槽揭示现象的初步认识

上述2探槽揭示的现象具有较好的一致性, 共同揭露了郯庐断裂带大红山段的构造新活动习性, 显示该段第四纪以来经历了多次地震活动事件。据2个探槽标志层的断错情况及样品年代测定结果来看, 断层的最新活动时代至少为晚更新世晚期(12ka, BP)。对于最新1次地震事件的发生时间, 可由Tc1中灰黑色黏土层②(12, 990~12, 730a, BP)和灰棕色黏土层①(2, 460~2, 345a, BP), 以及Tc2中灰黑色砾石层②((20.1± 0.7)ka, BP)和棕色黏土层①(795~695a, BP)进行限定。2个探槽最新活动事件限定时段间隔均较大, 显示2套地层沉积间隔了较长时间, 相比较来说Tc1的数据更接近最新事件时代, 即该断层最新地震事件发生在距今1.2万a以后, 且0.25万a以来未见明显活动。

根据前人的研究资料, 郯庐断裂带新近纪经历了强烈的挤压逆冲活动, 第四纪以来以逆右旋走滑为主, 个别地段为正右旋走滑(高维明等, 1991; 李家灵等, 1991; 晁洪太等, 1992; 程捷等, 1996; 薄万举等, 1996; 朱光等, 2002)。郯庐断裂带苏皖交界段亦具有这样的特点, 表现为断层在不同段的运动表现形式具有差异性, 而同一段不同时期的运动方式也不一样。如本次工作的大红山地区断层新活动表现为张扭形式, 其北侧的孙牌坊一带则表现为压扭性质(谢瑞征等, 1991)。郯庐带安徽赤山段发育的一系列EW向冲沟有规律地发生转折, 表明断层不仅具有逆冲活动, 还具有右旋平移性质(汤有标等, 1990)。同样在大红山段, 闵伟等①(① 北京中震创业科技研究院, 2012, 江苏盱眙核电项目可研阶段地震安全性评价报告。)开挖的探槽揭露出清晰的断层擦痕(图7), 显示为正右旋走滑。综合分析认为该段断层第四纪以来经历了复杂活动过程, 断层最新活动表现出来的正断特征, 可能为断层存在走滑分量的地表表现形式。

图7 正右旋走滑断层擦痕Fig. 7 Right-lateral slip normal fault and fault striation.

3 结论及思考

通过本次探槽工作, 揭露了郯庐断裂带苏皖交界处淮河以北大红山段的新活动习性, 显示第四纪以来发生过多次地震活动。 该段断层的最新活动时代为晚更新世晚期(12ka, BP), 最新1次地震事件发生于12~2.5ka, BP, 不足之处是由于第四纪不同时期沉积层测样年龄间距较大, 未能更好地限定最新的地震事件。对比赤山段的工作(汤有标等, 1990; 姚大全等, 2012)和重岗山段的工作(姚大全等, 2014), 赤山段和重岗山段探槽研究表明: 两者构成相向对冲格局, 赤山段晚白垩纪砂岩和早、 中更新世砾石层向E逆覆于晚第四纪沉积之上, 重岗山段晚白垩纪砂岩和新近纪砂岩向W逆覆于晚第四沉积之上, 中间形成宽约6km的晚第四纪挤压性断陷盆地。大红山段为重岗山段的南延部分, 其新活动与重岗山段活动有相似性, 不同的是大红山段出现较明显的张扭活动痕迹。沿郯庐断裂带再向南, 即淮河以南的嘉山— 女山一带张性构造活动也有所体现, 造成了女山一带上新世— 更新世期间玄武岩浆的喷溢活动。

郯庐断裂带安徽段(淮河以南段)晚第四纪活动性研究存在一定程度的困难, 主要表现在: 1)构造关系复杂, NNE向的郯庐断裂带与NW、 NWW向的构造体系相互交织; 2)第四系分布不均, 甚至缺失, 且地表后期人为改造较大; 3)安徽段没有6级以上历史强震记载, 或许第四纪活动较弱。苏皖交界泗洪— 明光段作为郯庐断裂带上的1个重要“ 节点” , 淮河南北两侧地质地貌特征、 出露断层形态、 对第四系的影响等方面存在显著差异, 活动性北新南老。通过包括本次工作在内的递进式研究, 或许可以作为今后开展工作的1个方向。

致谢 衷心感谢邓起东院士、 闵伟研究员在论文修改期间给予的细心指导; 感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见和建议。

The authors have declared that no competing interests exist.

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