華南地區地震活動與K-N地層分布關系研究1

夏志遠潘 華李金臣

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

華南地區地震活動與K-N地層分布關系研究1

夏志遠2潘 華3李金臣

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

華南內陸地區地震活動以中強地震為主，第四紀以來活動斷裂不發育，因此，對發震構造條件的認識存在較大不確定性。本文著眼于中生代以來構造演化進程對形成本地區地質構造背景和地震活動特征的重要意義，統計分析了該地區地震活動分布與K-N地層的關系。結果表明，兩者之間具有非常顯著的相關性，可以將K-N地層分布區作為該地區發震構造鑒定和潛在震源區劃分的重要條件之一，并初步認為華南地區特殊的地質構造演化歷史是該地區K-N地層分布區地震活動性較強的主要原因。

中強地震 小震密集區 發震構造 K-N地層

引言

華南內陸地區屬于地震活動水平較弱區域，地震強度和頻度均比較低，鮮有7級以上地震發生，6級以上地震也較少，破壞性地震以5級左右中強地震為主。由于該地區新構造活動背景較弱，第四紀活動的斷裂不發育，晚更新世以來的活動斷層僅數條，難以以斷裂活動來解釋這些中強地震的發生。以往在核電廠等重大工程地震安全性評價發震構造鑒定以及潛在震源區劃分中，較為強調第四紀以來的構造活動背景對中強地震活動的控制，但這一原則在本地區的應用中遇到較大困難，致使本區域中強地震發震構造的鑒定存在較大的不確定性。一些研究成果也從諸多方面提出了中強地震發震構造的標志和特征，大致有以下幾點：①中強地震多發生在第四紀（早、中更新世）活動斷裂帶附近，尤其是伴有第四紀玄武巖或溫泉集中出露地段；②中強地震常發生在新構造斷、坳陷盆地的發育、分布區，特別是斷陷陡深帶內或大型拗陷的次級拗陷內；③具有明顯第四紀活動的構造地貌特征的地區，如地貌斷階帶和構造分水嶺等處也有中強地震發生；④小震叢集帶內或附近有發生中強地震的可能；⑤中地殼層內深變質巖系中，底面存在低速、高導層、埋藏深度變化較大地段及布格重力異常梯級帶均是中強地震易發生地段（向宏發等，2008；鄢家全等，1997；鄢家全等2008；李起彤等，1989；李起彤等 1990；謝瑞征等，1997；韓竹軍等，2002；沈得秀，2006）。但這些發震構造標志對本地區地震構造環境的針對性依然存在不足，尤其是較為強調將第四紀早、中更新世（Q1-2）斷裂作為發震構造，過分關注斷裂與地震的關系。根據該地區的構造條件，華南地區的第四紀地層大范圍缺失，鑒定第四紀斷裂活動性本身就有困難。本文統計了研究區183條主要斷裂活動年代鑒定方法，結果表明，鑒定出的139條Q1-2斷裂中，通過斷錯地層等可靠標志鑒定出的Q1-2斷裂僅11條，僅占鑒定出的Q1-2斷裂總數的7.91%（表1），其它大多數是根據測年、物探等不確定性很大的手段得到的鑒定結果，而且還有很大一部分斷裂的活動特征表現較老，僅依據工程保守性原則確定為第四紀早期活動斷層，這些斷裂的確切活動年代是有待商榷的。另一方面，盡管該地區常將Q1-2斷裂作為發震構造，但我國其它地區地震活動特點卻反映出Q1-2斷裂與地震活動的關系并不密切，相關性不強，難以作為主要的發震構造鑒定標志。

綜上所述，在華南內陸地區發震構造的鑒定，還需要發掘其他的構造條件作為補充。

作者在研究華南地區中強地震發震背景時，發現該地區地震活動與白堊紀至第三紀地層（K-N地層）的分布之間存在較強的相關性（夏志遠，2010）。為此，本文專門就兩者之間的相關性進行了統計分析與研究，以期發掘兩者之間的統計關系及其構造聯系，以作為對華南地區中強地震發震構造鑒定標志的補充，同時擴展類似中等或弱地震活動區發震構造背景的研究思路。

表1 鑒定斷裂活動年代的方法1① 中國地震局地球物理研究所，2007. 河南南陽核電廠可行性研究階段地震安全性評價報告.② 中國地震局地球物理研究所，2004. 高溫氣冷堆核電示范工程（安徽）初可研階段懷寧縣候選廠址地震調查和安全性評價報告.③ 北京中震創業工程科技研究院，中國地震局地球物理研究所，江蘇省地震工程研究院，2007. 江蘇第二核電廠可研階段地震安全性評價報告.④ 中國地震局地質研究所，武漢地震工程研究院，2007. 大唐國際湖北鐘祥核電工程初可階段地震地質專題報告.⑤ 北京中震創業工程科技研究院，湖南省防震減災工程研究中心，2008. 湖南常德核電廠可行性階段地震安全性評價報告.⑥ 北京中震創業工程科技研究院，江西省防震減災工程研究所，2007. 大唐國際江西核電項目初可研階段地震地質專題研究報告.⑦ 北京中震創業工程科技研究院，2008. 浙江三門核電廠地震安全性評價復核報告.⑧ 中國地震局地球物理研究所，福建地震地質工程勘察院，2007. 福建三明核電廠初步可行性研究階段地震調查與評價報告.⑨ 中國地震局地球物理研究所，2007. 粵東地區第二核電廠工程初步可行性研究階段地震調查與評價專題報告.⑩ 中國地震局地質研究所，中國地震局工程力學研究所，廣東省地震局，2006. 廣東臺山核電項目可行性研究階段地震安全性評價報告.中國地震局地質研究所，江蘇工程物理勘察院，2007. 廣西第二核電廠工程初步可行性研究階段地震地質專題報告.中國地震局地質研究所，廣西壯族自治區地震局，2005. 廣西桂東核電項目初可階段地震地質專題報告.Table 1 The methods of faults active time determination

表1 鑒定斷裂活動年代的方法1① 中國地震局地球物理研究所，2007. 河南南陽核電廠可行性研究階段地震安全性評價報告.② 中國地震局地球物理研究所，2004. 高溫氣冷堆核電示范工程（安徽）初可研階段懷寧縣候選廠址地震調查和安全性評價報告.③ 北京中震創業工程科技研究院，中國地震局地球物理研究所，江蘇省地震工程研究院，2007. 江蘇第二核電廠可研階段地震安全性評價報告.④ 中國地震局地質研究所，武漢地震工程研究院，2007. 大唐國際湖北鐘祥核電工程初可階段地震地質專題報告.⑤ 北京中震創業工程科技研究院，湖南省防震減災工程研究中心，2008. 湖南常德核電廠可行性階段地震安全性評價報告.⑥ 北京中震創業工程科技研究院，江西省防震減災工程研究所，2007. 大唐國際江西核電項目初可研階段地震地質專題研究報告.⑦ 北京中震創業工程科技研究院，2008. 浙江三門核電廠地震安全性評價復核報告.⑧ 中國地震局地球物理研究所，福建地震地質工程勘察院，2007. 福建三明核電廠初步可行性研究階段地震調查與評價報告.⑨ 中國地震局地球物理研究所，2007. 粵東地區第二核電廠工程初步可行性研究階段地震調查與評價專題報告.⑩ 中國地震局地質研究所，中國地震局工程力學研究所，廣東省地震局，2006. 廣東臺山核電項目可行性研究階段地震安全性評價報告.中國地震局地質研究所，江蘇工程物理勘察院，2007. 廣西第二核電廠工程初步可行性研究階段地震地質專題報告.中國地震局地質研究所，廣西壯族自治區地震局，2005. 廣西桂東核電項目初可階段地震地質專題報告.Table 1 The methods of faults active time determination

注 NAnQ、NQ1-2、NQ3-4分別是研究區內前第四紀斷裂、早中更新世斷裂和晚更新世以來斷裂的數目。

不同活動年代的斷裂數目 斷錯地層 地貌 測年 物探 方法未知 合計 百分比（/斷裂總數）斷裂活動年代鑒定方法NAnQ5 6 0 7 11 29 15.85% NQ1-211 38 27 15 48 139 75.96% NQ3-40 5 7 2 1 15 8.19%合計 16 49 34 24 60 183百分比（/斷裂總數） 8.74% 26.78% 18.58%13.11% 32.79%

1 研究區地質構造演化基本特征

本文的研究范圍在行政區劃上包括湖北、湖南、江西、浙江、福建、廣東和廣西全境以及陜西、河南、安徽、江蘇、重慶和貴州的部分地區，跨越中朝準地臺、秦嶺褶皺系、揚子準地臺和華南褶皺系四大一級大地構造單元（圖1）。新構造期以來，太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖，及印度板塊與歐亞板塊碰撞共同影響我國東部地區，但這種影響在華南地區明顯減弱。太平洋板塊的俯沖，造成琉球和臺灣地區構造和地震活動劇烈，但其影響從俯沖帶向華南內陸地區急速衰減；而印度板塊對歐亞大陸的碰撞，造成青藏地區急速隆起，并發生地殼物質向東側的滑移，對我國東部地區產生影響，但這種影響主要集中在南北構造帶附近，對華南內陸地區的影響急劇減弱，所以華南地區的構造作用較弱，缺乏強震（丁國瑜等，1991），是我國地震活動性水平中等偏弱的地區。

圖1 區域大地構造分區和中強地震分布圖（據翟國民（1995）修改）Fig.1 Regional tectonic divisions and earthquake distribution（revised from Zhai Guomin, 1995）

印支運動是中國地質構造發展史上一個極為重要的轉折時期，具有劃時代意義。在華南地區，強烈的構造作用使秦嶺殘留洋最后封閉，秦嶺-大別褶皺系最終形成，把揚子地臺和華北地臺連為一體，構成我國東部統一的大陸，結束了以地臺、地槽并存為特征的構造發展階段，轉變為大陸邊緣活化階段。隨后的燕山運動是繼印支運動以來對華南地區大地構造格局影響最為深刻的一次構造運動。運動中形成的北北東或北東向斷裂以及大量的中新生代盆地奠定了該地區的構造格局。喜馬拉雅運動大多繼承了燕山運動的構造格局，并在此基礎上發展演化。由于新構造運動以來受到北西向區域構造應力的作用而一直處于擠壓狀態，因此全區地殼以階段性大規模緩慢波狀隆起為主，在先成或新生斷裂的影響或制約下伴隨局部范圍的斷塊差異性沉降，但無論從規模上還是活動強度上都無法與燕山運動相提并論（任紀舜等，1999）。在整體隆起的構造背景下，該地區較少沉積第四紀（Q）地層，僅在部分繼承性沉降地區有Q地層沉積，如南陽盆地、江漢-洞庭湖盆地和鄱陽湖盆地等地區，同時在地殼隆升過程中，第四紀之前的地層也遭到剝蝕破壞，如第三紀（E-N）地層在該地區分布面積很小，僅有零星分布。全區大面積分布著中生代及其之前的地層。其中，白堊紀（K）地層分布面積較廣，在整個地區都有較大范圍的分布，尤其是鄂湘贛及浙閩粵桂地區，K地層成片分布。

2 華南地區中強地震與K-N地層的相關性統計

本文選取了截止至2009年5月研究區內的M≥4.7地震，共216例（圖1）。其中，M4.7—4.9級地震84例，M5.0—5.9級地震112例，M6.0—6.8級地震20例，最大地震震級M 6，有3例。可見，該地區的破壞性地震活動性水平無論從頻次上還是強度上均較低，且以7級以下中強地震活動為主。

2.1 統計原則

在統計時，滿足以下情形之一時，認為地震與K-N地層相關：①地震落在K-N地層分布區；②若地震沒有落在K-N地層分布區，則地震與K-N地層分布區距離應不大于5km（5km為地震Ⅰ類定位精度的定位誤差最小值）。考慮到研究區內K-N地層多呈孤立成塊分布，在空間上較為分散，因此，為保證統計的合理性，在K-N地層分布區確定時，要求K-N地層出露在空間上具有一定的規模（大于25km2）或零星但成群出露。這一要求，也保證了統計中的K-N地層是在一定的構造背景上的沉積地層，而不是隨機分布的殘留地層。

2.2 與K-N地層相關的中強地震統計

依照上述統計原則，得到在研究區內與K-N地層分布相關的中強地震數目為125例（圖2），占該區M≥4.7級破壞性地震總數的57.87%（表2）。

同時作為比較，還統計了Q地層分布區中強地震的個數，研究區內共有36例中強地震與Q地層分布區相關（表2），占該區M≥4.7級破壞性地震總數的16.67%。

表2 研究區內中強地震各震級檔地震數目統計Table 2 Number of moderate-earthquakes with different magnitude intervals in the study area

統計數據表明，就地震數目而言，地震活動與K-N地層分布的關系相比較Q地層分布表現出更強的相關性。

圖2 研究區與K-N地層相關的中強地震分布Fig.2 Distribution of moderate earthquakes related to the K-N strata

2.3 中強地震與K-N地層分布區的相關性分析

研究區總面積144.70萬km2。其中，K-N地層分布面積14.51萬km2（表3），占該研究區總面積的10.03%。Q地層分布面積為25.44 萬km2（表3），占研究區總面積的17.58%。

表3 研究區內不同年代地層分布面積Table 3 Area distribution of different strata units in the study area

由以上統計數據可知，研究區內K-N地層面積占全區總面積的10.03%，而與K-N地層相關的中強地震數目卻占全區中強地震總數的57.87%，即在大約十分之一的較小面積上，發生了區內一半以上的破壞性地震，顯示出在華南內陸地區中強地震活動與K-N地層的分布之間存在非常顯著的相關性。

研究區內Q地層面積占全區總面積17.58%，而與Q地層相關的中強地震數目僅占全區中強地震總數的16.67%。可見，華南內陸地區中強地震與Q地層之間的相關性較與K-N地層之間的相關性要弱得多。

本區地震活動與K-N地層分布的強相關性說明，對于華南內陸地區而言，中生代晚期至新生代早期（K-N）的構造形跡可能與該區地震活動之間存在一定的構造聯系，而這種相關性特征之前一直被忽略。

進一步的統計顯示，與K-Q地層相關的161例中強地震中，70.81%的地震（共114例）與K地層相關（表4）。而K地層面積僅占K-Q地層分布面積的33.09%，這反映出中生代晚期（K）的殘留構造形跡在現代構造環境中表現出較強的地震活動性，其中的構造意義需要重視。

表4 各地層上的中強地震數目Table 4 Number of moderate earthquakes in the different strata units

2.4 中強地震在K-N地層分布區的分布特征分析

為了解區域中強地震在K-N地層分布區內的分布特征，本文進一步對中強地震與各K-N地層之間的空間相對關系作了統計。

在研究區內與K-N地層分布相關的125例中強地震中，落在K-N地層分布區內部的地震為30例，落在K-N地層分布區邊緣5km范圍內的中強地震為95例，分別占24%和76%。對地震與Q地層空間關系的統計也類似，在研究區內36例與Q地層分布區相關的震例中，落在分布區內的中強地震為10例，落在Q地層分布區邊緣5km范圍內的中強地震為26例，分別占27.78%和72.22%（表5）。

表5 地層不同部位發生的中強地震數目Table 5 Number of moderate earthquakes occurred on different positions of strata units

以上統計數據表明，中強地震更多地發生在地層邊界附近。因為地層邊界附近往往是地殼差異性升降較大的地區，這里更容易引起巖層形變，形成應力集中，易引發地震。

3 小震與K-N地層的相關性統計

為進一步對研究區內地震活動與K-N地層分布的關系進行研究，本文對1.0≤M＜4.7級小震與K-N地層分布的關系也進行了統計分析。

研究區內自1970年至2009年5月，共記錄到1.0≤M＜4.7級小震16235例。區內小震在空間分布上表現出較大彌散性，與強地震活動區相比，本區內的小震發生頻次不高，強度也較低，大部分小震震級在4級以下，M4.0—4.6級地震僅有47例。反映出本區地震活動較弱的特點。

3.1 小震的統計原則

對于地震活動構造背景研究而言，小震的密集分布更加具有構造意義，為此，本文將以小震密集分布區來統計分析小震活動與K-N地層間的關系。

小震密集分布的判定原則：在一群小震中，以每個小震為中心，5km為半徑畫出的區域相交連接而成片分布時，則認為它們是密集分布的，其分布區域確定為小震的密集分布區。為保證小震密集度，在劃小震密集區時，每個密集區內至少要有5例小震。

圖3給出小震密集分布區確定的一個例子。本文采用網格點密集值計算方法（王健，2001）計算了小震的密集值，也繪制在圖3中，結果表明按本文原則判定的小震密集區與小震的密集值分布對應較好。

圖3 小震密集區劃分示例Fig. 3 An example of delimiting the micro-earthquake concentrated area

在統計中，當小震密集區50%的面積與K-N地層分布區重合時，則判定該小震密集區與K-N地層相關。

3.2 與K-N地層相關的小震活動

圖4 研究區內與K-N地層相關的小震密集帶分布Fig. 4 Map showing relation between distribution of micro-earthquake concentrated are and the K-N strata

依照上述原則，在研究區內共確定出小震密集區 287處（圖 4），小震密集區總面積共16.2997萬km2，占該地區總面積的11.26%。其中，與K-N地層相關的小震密集區147處，面積8.7867萬km2，占該地區總面積的6.07%；與K-N地層無關的小震密集區140處，面積7.513萬km2，占該地區總面積的5.19%。（表6）。

表6 小震密集區個數Table 6 Number of micro-earthquake concentrated are

小震密集區內共包括小震數13886個，占研究區小震總數目16235個的85.53%。其中與K-N地層相關的小震9439個，占該區小震總數目的58.14%；與K-N地層無關的小震4447個，占該區總小震數目的27.39%（表7）。

表7 研究區小震數目統計Table 7 Statistical analysis of number of micro-earthquakes in the study of area

3.3 小震活動與K-N地層的相關性分析

上述統計結果可以歸納出以下的認識：

① 研究區內小震密集區僅占該總面積的約十分之一，但其發生的小震數目竟占小震數目總數的85%以上，表明小震的密集分布特征是顯著的。

② 與K-N地層相關的小震密集區、與K-N地層無關的小震密集區，數目和面積大致相當，但兩者所包含的地震數目有差別，前者發生的小震數目占總數的58.14%，而后者僅占總數的27.39%，表明靠近K-N分布區，更易發生小震的密集。

③ 研究區內K-N地層面積占全區總面積的10.03%，而與K-N地層相關的小震密集區個數占全區小震密集區總數的51.22%，而發生的小震數目占到研究區內小震總數的67.97%，即在大約十分之一的較小面積上，發生了區內一半以上的小震密集活動區和近七成的小震數目，顯示出在華南內陸地區小震活動與K-N地層的分布之間存在非常顯著的相關性。

4 討論與結論

華南內陸地區地震活動水平中等偏弱，該地區地震活動與K-N地層的分布有非常密切的關系，本文的統計結果表明：

① 占研究區總面積10.03%的K-N地層分布區上，分布著區內57.87%的中強地震，顯示出華南地區中強地震與K-N地層之間較強的相關性。

② 研究區內小震活動呈現密集分布的特征，且占研究區總面積10.03%的K-N地層分布區上，分布著51.22%的小震密集分布區及67.97%的小震活動，顯示出在華南內陸地區小震活動與K-N地層的分布之間存在非常顯著的相關性。

對于K-N地層分布區地震活動性相對較高的原因，筆者的初步研究結果認為其與華南地區特殊的地質構造演化歷史有關。燕山運動晚期，本區形成大量北北東-北東向斷裂和中新生代斷、坳陷盆地，基本奠定了華南地區的構造格局。接下來的喜山運動，使本區地球動力學背景發生改變，導致以大規模緩慢隆起為主要的構造運動方式，但其規模和活動強度遠遠弱于燕山晚期的構造運動，因此，該地區新構造運動不足以改變中生代晚期形成的構造格局。在中生代晚期構造活動差異強烈的地區，在新構造時期整體隆起的背景下，差異性依然會殘留一些影響，但不再以差異活動為構造運動方式，造成總體地震活動較弱，而局部相對地震活動密集。在現今依然殘留的K-N地層分布地區，一般而言是中生代晚期劇烈變形沉積巨厚中生代晚期地層的地區，反映了強烈差異活動的背景。

限于篇幅，上述只是給出了筆者對華南內陸地區K-N地層分布區地震活動水平相對較強原因的初步分析與探討，更加詳細的有關其原因和機制的研究分析成果，將另文發表。

綜上所述，本文認為目前的實際資料已經反映出華南內陸地區K-N地層分布區具有相對較高的地震活動水平，K-N地層分布區與地震的發震位置之間存在顯著的相關性。因此，在華南內陸地區鑒定地震發震構造背景或劃分潛在震源區時，除了對活動構造予以關注外，還應更加關注中生代中晚期以來的構造形跡，尤其是K-N地層分布區。

致謝：感謝中國地震局地球物理所邵磊在小震密集度計算方面給予的幫助。

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The Relationship Between Seismic Activity and Distribution of the K-N Strata in South China

Xia Zhiyuan, Pan Hua and Li Jinchen

(Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China)

The seismic activities in southern China inland are characterized by moderate earthquakes, where the Quaternary active faults do not develop. As the results, there is a great deal of uncertainty in understanding the seismogenic structure in this area. This article focuses on the significance of the structural evolution process since the Mesozoic era to the background of geological structure and seismic activity characteristics, and then statistically analyzes the relationship between the distribution of seismic active regions and the K-N strata. The result shows that there is significant correlation between them, and the distribution of the K-N strata can be taken as one of the important indexes for identifying seismogenic structures and delineating potential seismic source area.

Moderate earthquake; Dense area of micro-earthquakes; Seismogenic structure; The K-N strata

夏志遠，潘華，李金臣，2010. 華南地區地震活動與K-N地層分布關系研究. 震災防御技術，5（4）：387—397.

地震行業專項（200708003）《核電廠地震安全問題研究》和國家科技支撐計劃項目（2006BAC13B01）資助

2010-06-12

夏志遠，男，生于1985年。中國地震局地球物理所在讀研究生。主要從事地震活動性和發震構造方面的研究。E-mail：xiazhy09@163.com

潘華，男，生于1966年。中國地震局地球物理研究所研究員。E-mail：panhua.mail@163.com