郯廬斷裂帶淮河南到女山湖段晚第四紀(jì)以來(lái)的新活動(dòng)

姚大全 鄭海剛 趙朋 楊源源 王行舟 繆鵬陶月朝 方震 李軍輝 王俊 汪小勵(lì)

安徽省地震局，合肥市長(zhǎng)江西路558號(hào) 230031

0 引言

郯廬斷裂帶淮河以北魯蘇皖交界段落晚第四紀(jì)以來(lái)存在新活動(dòng)，已成為業(yè)界共識(shí)（方仲景等，1987；高維明等，1988；晁洪太等，1994；吳哲，2011；姜文亮等，2011；姚大全等，2012、2014；郯廬活動(dòng)斷裂帶地質(zhì)填圖課題組，2013；沈小七等，2015；劉保金等，2015；劉備等，2015；許行剛等，2016），但對(duì)其淮河以南段的活動(dòng)習(xí)性，卻由于斷裂出露不佳、研究程度偏低等原因，至今仍鮮見(jiàn)報(bào)道。已有的報(bào)道多將郯廬斷裂帶淮河以南段視為新活動(dòng)不明顯段落，如一些研究者認(rèn)為，郯廬斷裂帶第四紀(jì)活動(dòng)總趨勢(shì)自江蘇向北到山東境內(nèi)強(qiáng)度大，向南到安徽強(qiáng)度減弱，具有分段活動(dòng)特征（謝瑞征等，1991）；晚更新世至今，淮河以北地區(qū)，尤其是沂沭斷裂帶，斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，其性質(zhì)為右行走滑-逆沖（程捷等，1996）；淮河以北的泗洪段晚更新世以來(lái)有明顯活動(dòng)，而淮河以南的安徽段未發(fā)現(xiàn)斷錯(cuò)第四系剖面，斷裂破碎帶膠結(jié)堅(jiān)硬，普遍被晚更新世以來(lái)洪積礫石層覆蓋，判斷淮河以南安徽段的最新活動(dòng)時(shí)代為第四紀(jì)早期（張鵬等，2015）。

自2014年6月以來(lái)，我們?cè)谧曰春右阅系母∩街僚胶卑兜牧榷鸭s20km的郯廬斷裂帶沿線開(kāi)展了較為詳細(xì)的遙感資料解析和野外調(diào)查，以此為基礎(chǔ)，選擇構(gòu)造地貌顯著部位進(jìn)行探槽開(kāi)挖，并分別對(duì)各探槽進(jìn)行系統(tǒng)編錄取樣和宏、微觀分析，初步得出該段郯廬斷裂晚第四紀(jì)以來(lái)有過(guò)活動(dòng)的結(jié)論。本文將對(duì)此工作進(jìn)行擇要介紹。

1 地貌特征

在衛(wèi)星影像圖上，自淮河南岸的浮山向南至女山湖畔的六谷堆，沿線斷續(xù)分布著呈NNE向延展的線狀低山殘丘，山體出露的多為前第四紀(jì)地層，向兩側(cè)很快降低為大片第四系所覆的低地（圖1）。

圖1 研究區(qū)段地質(zhì)構(gòu)造及探槽開(kāi)挖地貌位置

2 探槽綜合分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)對(duì)比勘測(cè)，選擇斷裂上線性地貌明顯、有疑似構(gòu)造陡坎、有第四系覆蓋且便于施工的部位，設(shè)計(jì)和開(kāi)挖了5組探槽，自北向南依次為浮山、三塘、豬場(chǎng)、朱劉和六谷堆等探槽（圖1），以下?lián)衿渲械娜痢⒅靹⒑土榷训忍讲劢沂镜男禄顒?dòng)跡象進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.1 三塘探槽剖面

三塘探槽垂直于斷層陡坎，位于陡坎東側(cè)坡下。該陡坎高約1m，呈近 SN向伸延（圖1），探槽長(zhǎng)約15m，深約4m，寬約3m，呈近EW向展布。探槽北壁揭示的地層自上至下分別為：層①黑褐色耕植土，厚度約0.2m；層②淺灰、淺黃色亞粘土，厚0.1～0.3m，松軟，為全新世晚期堆積（具測(cè)齡數(shù)據(jù)）；層③灰黃色、灰褐色粘土，厚0.3～1.0m，含鐵錳和鈣質(zhì)結(jié)核，局部為青灰色，松軟，根據(jù)區(qū)域地層層位初步對(duì)比，推測(cè)屬上更新統(tǒng)；層④褐色、褐紅色粘土，質(zhì)硬，內(nèi)賦存白色或淺色蠕蟲(chóng)狀條帶，應(yīng)為早-中更新統(tǒng)沉積；層⑤棕紅色礫石層，礫石棱角明顯，大小相對(duì)均勻，粒徑多為幾至十幾毫米，固結(jié)，為上白堊統(tǒng)紅色碎屑巖（圖2）。

圖2 三塘探槽北壁剖面（標(biāo)注前后對(duì)比，下同）

由圖2可見(jiàn)，剖面上可清晰識(shí)別出3條斷層，即東側(cè)斷層向西陡傾，西側(cè)斷層向東中陡傾，依次切割層⑤～層②，東側(cè)斷層切割層③和層④，中間斷層面東傾，中陡傾角，與東側(cè)斷層構(gòu)成一個(gè)楔狀堆積，楔體上部為青灰色粘土層。剖面顯示，晚第四紀(jì)以來(lái)至少曾發(fā)生2次高速變形，第1期變形發(fā)生在層②堆積以前，層②堆積后又發(fā)生第2期變形（圖2）。變形過(guò)程中形成的楔狀堆積為史前地震遺跡（Hudnut et al，1989）。

現(xiàn)場(chǎng)采集的14C樣品（樣品位置參見(jiàn)圖2）測(cè)試結(jié)果分別為：St-C-1，BP 1050～1025a；St-C-2，BP 3210～3025a。均為全新世晚期，表明在該時(shí)期斷層仍有活動(dòng)。

原態(tài)分別采集斷面樣品，在保持原態(tài)前提下固定包裝和運(yùn)回，待其自然緩慢干透，在真空狀態(tài)下注入固化劑，再置于恒溫狀態(tài)下均勻固化，磨制定向薄片，然后放在顯微鏡下進(jìn)行顯微觀測(cè)。結(jié)果表明，微觀變形痕跡豐富多樣。其中，西側(cè)斷層2號(hào)樣品（圖3）薄片鏡下觀測(cè)識(shí)別出局部強(qiáng)碎裂、鋸齒狀張裂、切礫斷層等高速變形現(xiàn)象，并見(jiàn)多期活動(dòng)痕跡，其中不乏緩慢運(yùn)動(dòng)調(diào)整痕跡的存在，這在一定程度上豐富了宏觀研究的內(nèi)容。

圖3 三塘探槽北壁剖面2號(hào)樣品（Stb-2）微觀變形特征

2.2 朱劉探槽剖面

朱劉探槽垂直于斷層陡坎開(kāi)挖，該陡坎高約 0.3m，呈近 SN向延伸（圖1），探槽長(zhǎng)約20m，寬3m，深約4.5m。探槽走向近EW。該探槽揭示的地層自上至下依此為：層①淺黃白色細(xì)砂-粉細(xì)砂，厚0.2～0.4m，考慮其緊鄰淮河南側(cè)，推測(cè)應(yīng)屬淮河泛濫堆積；層②淺棕紅色亞粘土，質(zhì)較純，延伸較穩(wěn)定，厚約0.5m，松軟，屬全新世沉積；層③黑色粘土，含淺色砂質(zhì)條帶，系上層順裂縫灌入，層厚0.2～0.3m，質(zhì)軟，向西側(cè)尖滅，據(jù)測(cè)齡數(shù)據(jù)，屬晚更新世晚期到全新世早期沉積；層④灰黑色粘土，含鐵錳結(jié)核，較硬，厚約1.0m，據(jù)測(cè)齡數(shù)據(jù)，屬晚更新世晚期沉積；層⑤淺黃色粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳結(jié)核，質(zhì)硬，厚約0.5m，地層類(lèi)比為晚更新世沉積；層⑥棕黃或棕紅色粘土，含礫，厚約0.5m，類(lèi)比為早中更新世沉積；層⑦棕紅色砂巖，強(qiáng)風(fēng)化；層⑧棕紅色泥質(zhì)砂巖，強(qiáng)風(fēng)化（圖4）。

圖4 朱劉探槽北壁剖面

該剖面揭示了3條斷層，反映了斷裂的2期活動(dòng)，其中，第1期為擠壓性質(zhì)，表現(xiàn)為F1、F2、F3疊瓦狀逆沖錯(cuò)斷地層④、⑤及以下地層，時(shí)代為層④之后、層③之前。第2期為拉張性質(zhì)，體現(xiàn)為F3斷錯(cuò)層③及以下地層，應(yīng)為老斷層面基礎(chǔ)上的新活動(dòng)，導(dǎo)致層③黑土向下陷落。層⑤、⑥小幅度錯(cuò)位，活動(dòng)時(shí)代在層③沉積之后、層②形成之前。層③中C14測(cè)定年代分別為BP 13460～13280a、BP 10920～10890a，因而，該處斷層活動(dòng)時(shí)代處于晚更新世晚期到全新世早期（圖4），最新活動(dòng)顯示為陷落變形，屬高速變形遺留下來(lái)的痕跡。

2.3 六谷堆探槽剖面

六谷堆探槽也是垂直于斷層陡坎開(kāi)挖，該陡坎高0.3～0.8m，呈近 SN向延伸（圖1），總長(zhǎng)約40m（剖面展示的約10m），寬3.5m，深約2.5m，探槽走向近EW。該探槽地層自上而下依次為粘土層和基巖（圖5）：粘土標(biāo)為層①，為黃色粘土，致密，較硬，富含鐵錳結(jié)核，底部見(jiàn)灰白色鈣質(zhì)結(jié)核，層厚0.3～0.8m，推測(cè)為上更新統(tǒng)；基巖標(biāo)記為層②、③、④、⑤，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告對(duì)比推測(cè)，其皆為上白堊統(tǒng)，自左至右分別為：層②強(qiáng)風(fēng)化棕紅色砂巖，含棕紅色風(fēng)化殘留團(tuán)塊；層③紫紅色砂巖風(fēng)化殼，泥質(zhì)，較為堅(jiān)硬；層④棕紅色砂巖，發(fā)育裂隙；層⑤淺棕紅色砂巖，較破碎，中上部夾灰白色鈣質(zhì)結(jié)核，夾大量來(lái)自層①的黃色粘土條帶。

該剖面揭示中生代碎屑巖中的2組斷層，其走向均為NNE，一組西傾，近陡立；另一組東傾，傾角稍緩。2組斷層都延入其上的黃色粘土中，后者在斷層兩側(cè)顯示2個(gè)不同高度的臺(tái)階，東高西低，斷層處為其轉(zhuǎn)折處，該轉(zhuǎn)折與地表陡坎完全吻合（圖1、5），反映了斷裂在黃色粘土層沉積后曾有過(guò)活動(dòng)，東部相對(duì)抬升，西側(cè)下掉，顯示沖斷變形。土層中所見(jiàn)的一系列平行縱向裂隙帶，也許可用高速推擠過(guò)程中后緣出現(xiàn)的引張來(lái)解釋。至于斷裂最新活動(dòng)時(shí)間，則有待于黃色粘土年代測(cè)定結(jié)果。根據(jù)當(dāng)?shù)氐谒南蒂Y料初步對(duì)比認(rèn)為，應(yīng)屬晚更新世沉積。

圖5 六谷堆探槽北壁

3 結(jié)論和討論

通過(guò)以上3個(gè)探槽剖面的簡(jiǎn)要分析，得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）郯廬斷裂帶淮河南到女山湖段斷裂線性構(gòu)造地貌清晰；

（2）斷裂錯(cuò)斷的最新地層為上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)地層；

（3）斷裂最新活動(dòng)在剖面上顯示有張有壓，沿走向多變，反映出總體不能排除具走滑變形的特征；

（4）斷裂最新活動(dòng)方式多表現(xiàn)為粘滑，典型表現(xiàn)為線狀分布的地表陡坎、楔體堆積、地震斷層和地震裂縫等，與此相對(duì)應(yīng)，微觀上表現(xiàn)為局部強(qiáng)碎裂、鋸齒狀張裂、切礫斷層等。

最新活動(dòng)特征與淮河以北段落既有共同點(diǎn)，也略有不同之處。共同點(diǎn)在于都具有典型的斷裂活動(dòng)地貌，最新活動(dòng)時(shí)間均達(dá)到晚第四紀(jì)；不同之處在于探槽剖面上表現(xiàn)的最新活動(dòng)狀態(tài)似有差異，淮河以北挖掘得到的探槽在剖面上多顯示擠壓特征，如赤山、嶂山和重崗山等段落（姚大全等，2013、2014；沈小七等，2015；楊源源等，2016），以南探槽剖面揭示的現(xiàn)象似乎表現(xiàn)為以引張為主，究其原因，可能與斷裂最新活動(dòng)總體表現(xiàn)為走滑為主、斷裂兩盤(pán)多數(shù)表現(xiàn)為異地巖層相接等有關(guān)，考慮到現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)以NEE向擠壓為主，斷裂總體上仍應(yīng)為以逆平移為其最新活動(dòng)狀態(tài)，只不過(guò)局部或表層的表現(xiàn)形式不一而已。另外，這種情況也可能與有些學(xué)者提出的走滑斷層兩側(cè)變形四象限分布的現(xiàn)象相似（高翔等，2014）。當(dāng)然，這還有待于進(jìn)一步的工作予以證實(shí)。

以上僅扼要介紹了近期發(fā)現(xiàn)的郯廬斷裂帶淮河南到女山湖段最新活動(dòng)形跡和初步認(rèn)識(shí)，而微觀分析、年代測(cè)定分析等正在進(jìn)行，可期待更深入、更系統(tǒng)的分析和研究結(jié)果陸續(xù)產(chǎn)出。

致謝：感謝冉勇康研究員、柴熾章研究員、閔偉研究員、何宏林研究員的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和幫助。