〔作者简介〕 杨源源,男, 1988年生, 2013年于中国地震局地震预测研究所获构造地质学硕士学位, 工程师, E-mail:yuanyuanyang_1988@126.com。
安丘-莒县断裂(F5)为郯庐断裂带中段东地堑内最新活动断裂。近年来, F5江苏段研究成果丰硕, 发现不同地段普遍存在全新世活动性, 运动方式以右旋走滑兼挤压逆冲为主。 以往研究未讨论过F5在淮河以南安徽境内的延伸情况以及进一步的活动性问题。文中选取与F5 江苏段线性影像特征延伸一致的淮河南岸郯庐紫阳山段作为突破口, 通过遥感影像解译、 地质地貌调查和探槽开挖, 初步得到以下认识: 1)紫阳山段线性构造地貌特征清晰, 断层发育于浮山至紫阳山一线的中生代红色砂岩隆起边缘缓坡, 为安丘-莒县断裂(F5)过淮河后的南延部分; 2)朱刘探槽开挖揭示, 该段错断了晚更新世晚期黏土层, 晚更新世晚期-全新世早期黑色黏土层受断层活动影响沿断面灌入、 填充, 形成黑色断层条带及黑土充填楔, 表明断层最新活动时代达全新世早期; 3)朱刘探槽开挖揭示, 该段第四纪以来存在至少3次古地震事件, 第1次古地震事件推测年代为第四纪早、 中期, 第2次古地震事件年代为20.10~13.46ka BP, 第3次古地震事件年代为(10.15±0.05)~(8.16±0.05)ka BP。 上述研究成果弥补了对郯庐断裂带安徽段晚第四纪活动性认识的不足, 为安徽省的地震监测和震害防御工作提供了基础数据。
Anqiu-Juxian Fault(F5) is the latest active fault in the eastern graben of the middle segment of the Tanlu fault zone. In recent years, the research results of F5 in Jiangsu Province are abundant, and it is found that Holocene activity is prevalent in different segments, and the movement pattern is dominated by dextral strike-slip and squeezing thrust. The Anhui segment and the Jiangsu segment of the Tan-Lu fault zone are bounded by the Huaihe River. Previous studies have not discussed the extension and activity of F5 in the south of the Huaihe River in Anhui Province. This paper chooses the Ziyangshan segment of Tanlu fault zone in the south of the Huaihe River as the breakthrough point, which is consistent with the linear image feature of extension of F5 in Jiangsu Province. Through the remote sensing image interpretation, geological and geomorphological investigation and trench excavation, we initially get the following understanding: (1)The linear structural features of the Ziyang segment are clear, and the fault is developed on the gentle slope of the Mesozoic red sandstone uplift along the Fushan-Ziyangshan, which is the southern extension of the Anqiu-Juxian Fault(F5); (2)The excavation of the Zhuliu trench reveals that the late Pleistocene clastic layers are interrupted, and the late late Pleistocene to early Holocene black clay layers are filled along the fault to form black fault strips and black soil-filled wedges, indicating that the latest active age of the fault is early Holocene; (3)The excavation of Zhuliu trench reveals that there are at least 3 paleo-earthquake events since the Quaternary, the first paleo-seismic event is dated to the early and middle Quaternary, and the 2nd paleo-seismic event is 20.10~13.46ka BP, the age of the third paleo-seismic event is(10.15±0.05)~(8.16±0.05)ka BP. These results complement our understanding of the late Quaternary activity in the Anhui segment of the Tanlu fault zone, providing basic data for earthquake monitoring and seismic damage prevention in Anhui Province.
郯庐断裂带是中国东部重要的地质构造带和地震活动带(国家地震局地质研究所, 1987; 徐嘉炜等, 1992), 中生代以来经历了复杂的演化过程(Xu, 1993; Xu et al., 1994; Wan, 1996)。该断裂带的第四纪活动历史, 以及对中国东部地区的地震危险性预测工作和震害防御事业的影响一直备受关注, 尤其是2008年汶川地震和2011年日本东北大地震的发生, 促使我们重新审视该断裂带的活动性和地震危险性。
安丘-莒县断裂(F5)为郯庐断裂带中段东地堑内的最新活动断裂(高维明等, 1991; 李家灵等, 1991, 1994; 晁洪太等, 1994), 历史上发生过公元前70年安丘M7地震和1668年郯城M8
F5 在江苏境内的空间展布与晚第四纪活动情况已大致查明, 其南延是终止于淮河北岸还是跨越淮河进入安徽境内以及其晚第四纪活动情况成为当前亟待解决的问题。以往研究中, 方仲景等(1980)认为郯庐断裂带安徽段活断层较少而小, 多数地段覆盖于断裂带上的晚更新世地层并未变动; 汤有标等(1988)认为郯庐断裂带安徽段最新活动时代为中更新世, 即在太湖小池出露老构造岩逆冲到中更新世网纹土之上, 垂直断距达1m; 姚大全等(2004)则基于断层泥年龄测试与微观观测认为, 郯庐断裂带白山-卅铺一带在中、 晚更新世有过较强烈活动。可见, 对于郯庐断裂带安徽段是否存在晚第四纪活动未达成共识, 对于F5 是否进入安徽境内也未有探讨。为了明确上述问题, 本文选取与F5 江苏段线性影像特征延伸一致的淮河南岸紫阳山一带作为突破口, 通过遥感影像解译、 地质地貌调查和探槽开挖, 揭示了郯庐安徽紫阳山段存在晚第四纪活动性, 最新活动时代达全新世, 为F5 在安徽境内的延伸部分。本次研究成果补充了我们对郯庐断裂带安徽段晚第四纪活动性认识的不足, 为安徽省的地震监测和震害防御工作提供了重要的基础数据。
F5 线性影像特征在江苏大红山一带表现为NNE向的深、 浅色调分异, 往南至峰山乡北侧仍有显示, 表现为断续延伸的线性条带; 南延追踪至潼河村一带线性特征较差, 但潼河村东西两侧色调分异仍然存在; 潼河村往南过淮河至安徽浮山一带, 又出现了NEE向的线性色调分异, 甚至较大红山一带更为清晰, 该线性色调分异一直可以追踪至紫阳山一带。上述3段线性影像在空间上呈右阶斜列展布(图2)。
本文将线性影像特征清晰的浮山-紫阳山一带简称为郯庐紫阳山段。该段沿淮河南岸的浮山东麓展布, 呈NNE向延伸至紫阳山南侧, 长约9km。进一步的影像分析及实地调查表明, 浮山东麓至三塘村东, F5断层构成晚白垩世红色砂岩山体隆起与淮河冲积平原的分界; 三塘村东至猪场北一带, 基岩山体未见出露, 断层从淮河冲积平原通过, 地表形迹模糊; 猪场南至朱刘村西, 断层又出露于红色砂岩隆起西缘, 两侧色调分异更加明显; 再往南断层形迹又趋于模糊(图3a)。中生代红色砂岩隆起遭受后期剥蚀改造, 形成呈NNE向线性延伸边缘平缓的岗状残丘, 残丘边缘缓坡上常有厚度不均的第四纪坡积物覆盖, 多为黄色-棕黄色的亚黏土、 黏土(图3b)。紫阳山主峰由中生代火山岩岩体组成, 位于红色砂岩隆起东南侧, 红色砂岩隆起东侧与淮河冲积平原也存在明显的线性色调分异, 初步认为是F5东侧次级断层F5-1 的通过位置, F5-1 的地表出露规模比F5小(图3c)。
在紫阳山红色砂岩隆起西侧南缘, 线性断层地貌特征仍有显示, 表现为近SN向的丘陵缓坡, 主要出露晚第四纪亚黏土, 未见中生代红色砂岩出露(图3d)。朱刘探槽位于丘陵缓坡中部(33° 03'56.4″N, 118° 04'13.7″E), 长20m, 宽2.5m, 深5m, 走向近EW, 探槽揭示了F5断层的最新活动特征。
探槽北壁(图4)、 南壁(图5)都揭示出良好的地层序列和断裂展布特征。以北壁为例, 从上往下依次揭露的地层为: ①浅黄白色细砂-粉砂质耕植土, 含铁锰结核, 厚20~40cm; ②浅棕红色亚黏土, 含细小砂砾, 底部含少量铁锰结核; ③黑色黏土, 含铁锰结核, 局部夹断断续续的白色砂质条带; ④灰黑色黏土, 含铁锰结核较多, 片理面有灰黑色物质侵染, 顶部与层③呈过渡关系; ⑤浅黄色黏土, 含少量钙质结核和铁锰结核, 结核粒径1~2cm, 上部有灰黑色泥质条带; ⑥棕黄色黏土, 含细砾、 铁锰结核, 底部砾石相对较多, 砾径一般< 1cm; ⑦棕红色砂岩, 强风化, 多破碎呈粉碎状; ⑧较纯的棕红色泥岩, 强风化。
根据区域地质资料对比判断, 层⑧和层⑦为晚白垩纪地层, 层①至层⑥为第四纪地层, 其间缺失了古近纪、新近纪地层。14C样品测年结果(均为土壤样品)表明, 层④形成于晚更新世, 层③为晚更新世晚期-全新世早期地层①; 推测层⑤和层⑥形成于第四纪早、 中期。
探槽北壁揭示出3条断层带, 自西向东分别为f1、 f2和f3, 整体上形成了宽约16m的构造变形带(图4)。3条断层带下部均出露于晚白垩系红色砂岩中, 上部切入第四纪地层。断层带f1、 f2倾角相对较小, 并具有向上逐渐减小的趋势; 在红色砂岩与黏土交界处, f2断层面如镜面般平整光滑, 发育倾向擦痕(图6a); 层⑤顶部向上轻微拖曳的现象, 反映了断层的逆冲运动特征; 2条断层向上延伸进入并终止于层④之中, 剖面上表现为清晰的黄白色线性条带, 其中f1迹线终止于层④中部, f2迹线终止于层④中上部(图6b)。断层带f3底部发育于晚白垩系红色砂岩中, 表现为1条强烈风化挤压破碎带, 挤压破裂面与构造透镜体发育。断层带f3整体上倾角相对较大, 在层④中表现为1个由3条相对清晰的断面组成的断层束, 在层③之中断层形迹难以识别。但是, 沿断面断续充填了来自层③的黑土物质, 形成黑色的断层形迹或条带(图6c)。黑土物质在断层底部红色砂岩与黏土分界处较为集中,
形成黑土充填楔(图6d)。该现象表明, 层③形成之后断层有过活动。
探槽南壁地层与北壁基本对应, 揭示了f2、 f3 2条断层带, 断层带f1未见出露(图5)。断层带f2在南壁发育情况比北壁好, 断层形迹相对清晰, 一直延伸到层④顶部(图6e)。对层②进行了精细刮铲, 肉眼观测显示f2未延伸进入该层。在层④断层迹线上与层②断层推测延伸线上分别取薄片样品ZLB-18、 ZLB-21, 其中样品ZLB-18微观变形表现为绕砾变形和定向条带(图7a), 样品ZLB-21未见上述变形特征(图7b), 表明断层未切入层②。断层带f3表现为2-3条断面组成的断层束, 黑土物质主要在左侧断面附近充填, 表现为黑土充填楔或黑色线性条带(图6f)。
探槽两壁揭示现象较为一致, 断层带f1、 f2、 f3在宏观上均断错了层④, 该层中部土壤样品14C测年结果为20.36~20.10ka, BP, 表明晚更新世晚期以来断层存在活动(图4)。肉眼观测显示断层似未延入层③之中, 但根据断层带f3断面上充填层③的黑土物质并形成黑土充填楔判断, 层③形成以后断层有过活动。层③中2个土壤样品的14C测年结果为13.46~13.28ka, BP及10.92~10.89ka, BP, 表明层③为晚更新世晚期-全新世早期地层, 即断层最新活动时代达到全新世早期。
通过探槽北壁现象分析表明, 该探槽揭示了第四纪以来的3次古地震事件。第1次事件断层断错层⑧、 层⑦、 层⑥, 造成层⑥局部缺失并形成了红色泥岩构造楔Ⅰ (图4, 6g), 该次事件发生在层⑥之后, 层⑤之前, 推测时代为第四纪早、 中期。第2次事件断层断错层⑤、 层④, 造成层⑤顶部轻微拖曳并形成红色泥岩构造楔Ⅱ (图4, 6g), 该次事件发生在层④之后, 层③之前, 即20.10~13.46ka, BP。第3次事件为断层活动导致层③黑土物质沿断面灌入、 填充, 形成黑土条带及黑土构造楔, 该次事件发生在层③之后, 即10.92~10.89ka, BP以来。需要说明的是, 在探槽南壁黑土充填楔取土样测得14C年龄为17.54~17.28ka, 黑土充填楔年代比层③偏老, 可能与断错过程中混入了层④物质有关。
目前, 以全新世黑土物质充填断面代表的古地震事件在F5江苏段已有多次报道。彭贵等(1990)将新沂嶂山闸附近揭示的黑色黏土称为地裂缝沉积物, 并进行了系统的14C年龄测定。李家灵等(1991)根据其测试结果认为该地裂缝沉积物代表的古地震事件发生在距今8, 230~5, 250a之间, 很可能更接近8, 230a。翟炳松等(1992)在泗洪孙牌坊发现全新世黑土呈楔形贯入断层带, 贯入深度达2m。沈小七等(2015)在泗洪重岗山也揭示了沿断面填充的黑土层, 14C年龄为10.18~10.10ka, 并认为在该年代之后断裂上发生过1次古地震事件。杨源源等(2016)综合多方面的研究成果, 将上述古地震事件年龄限定在(10.15± 0.05)~(8.16± 0.05)ka, 本次研究揭示的黑土充填楔与前人的研究结果具有可对比性, 即第3次事件的具体年代应落在该年代范围内。
本文对安丘-莒县断裂(F5)在淮河以南安徽境内的延伸情况进行了初步研究, 发现在淮河南岸紫阳山一带存在清晰的线性影像特征, 与F5江苏大红山段线性影像特征呈一致延伸。通过进一步的遥感解译、 地质地貌调查及探槽开挖, 对郯庐断裂带安徽紫阳山段取得如下认识:
(1)该段线性构造地貌特征显著, 断层发育于浮山至紫阳山一线的中生代红色砂岩隆起边缘缓坡, 为安丘-莒县断裂(F5)过淮河后的南延部分。
(2)朱刘探槽开挖揭示, 该段错断了晚更新世晚期黏土层, 晚更新世晚期-全新世早期黑色黏土层受断层活动影响沿断面灌入、 填充, 形成黑色断层条带及黑土充填楔, 表明断层最新活动时代达全新世早期。
(3)朱刘探槽开挖揭示, 该段第四纪以来存在至少3次古地震事件, 第1次古地震事件推测年代为第四纪早、 中期; 第2次古地震事件年代为20.10~13.46ka, BP; 第3次古地震事件年代为(10.15± 0.05)~(8.16± 0.05)ka, BP。
本次研究主要揭示了安丘-莒县断裂(F5)在淮河南岸安徽紫阳山段保持继续延伸, 最新活动时代达全新世早期, 且全新世黑土充填楔代表的古地震事件与F5江苏段多个地点揭露的古地震事件可以对比。上述结论主要基于单个探槽的分析得出, 是否具有普遍性还需要更多依据的支持。其次, 本次研究仅指出紫阳山段最新活动时代达到全新世早期, 由于部分地层样品年龄不完整而未能控制具体时代。最后, F5在紫阳山段的活动方式及其往南延伸的情况本文没有涉及。对于上述问题还需要进一步研究。
致谢 审稿专家对论文提出了宝贵意见, 野外调查和后续工作得到了合肥工业大学徐嘉炜教授, 中国科学技术大学施行觉教授, 中国地震局地质研究所冉勇康研究员、 何宏林研究员等的指导和帮助, 在此一并表示感谢。
The authors have declared that no competing interests exist.
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