安徽淮南地區明龍山-上窯斷裂第四紀活動特征1

方良好 疏 鵬 路 碩 鄭穎平 林承灝

?

安徽淮南地區明龍山-上窯斷裂第四紀活動特征1

方良好 疏 鵬 路 碩 鄭穎平 林承灝

（安徽省地震局，合肥 230031）

明龍山-上窯斷裂是一條逆走滑性質的第四紀活動斷裂，長約68km，走向300°—315°。本文在衛星影像解譯的基礎上，通過野外調查，確定了該斷裂的幾何展布和分段特征，初步將斷裂分為明龍山、上窯、鳳陽山3條次級斷裂段。通過對斷裂經過處的采石場進行詳細追索，我們對典型斷層剖面進行了描述并采集了斷層泥ESR樣品，得到的測年結果為（243±24）ka和（126±15）ka，由于淮南地區是典型的中等強度地震活動區，斷層晚第四紀以來活動強度較弱，這些測年結果雖不能代表斷層最后一次微弱活動的時代，但可以確定斷層最后一次強烈活動時代為中更新世晚期至晚更新世早期。結合前人對1831年鳳臺S6?級地震極震區位置、等震線形態研究及本文對極震區附近斷裂展布和活動性的對比分析，我們認為明龍山-上窯斷裂為本次地震發震構造的可能性最大。

淮南地區 明龍山-上窯斷裂 1831年鳳臺6?級地震 發震構造

引言

明龍山-上窯斷裂是淮南煤田北緣規模較大的邊界斷裂（宋傳中等，2005），第四紀以來具有一定的活動性（姚大全等，2003；陳安國等，2010）。該斷裂所在的淮南地區歷史上曾發生1831年鳳臺東北6?級地震，此次地震是安徽省內有記載以來震級最大的地震之一（沈小七等，2008；陳安國等，2010），震中烈度Ⅷ度，造成了“計家集（鳳臺東北）倒塌草瓦房屋300余間，壓死27人；該處毗連之山里集震塌房屋，壓死6人；平阿山（懷遠、鳳臺交界處，懷遠西南30km，現名為明龍山）裂開數十丈”的嚴重震害（國家地震局震害防御司，1995）。巨大的地震災害主要由地下斷層突然快速錯動所致（徐錫偉，2006），強震的發生往往與構造活動關系密切（張培震等，2013），因此探討本次地震的發震構造，并對其作出合理的構造解釋或提出合理的構造歸屬，對分析判定本區的地震活動性及未來地震危險性等均具有重要參考意義。本文在衛星影像解譯基礎上，通過野外地質調查，對明龍山-上窯斷裂第四紀最新活動的地貌特征及地質證據進行了研究，結合近年來對公元1831年鳳臺S6?級地震的最新研究成果，探討本次地震可能的發震構造，為分析本地區的強震活動特征奠定基礎。

1 明龍山-上窯斷裂的構造背景及幾何分段特征

明龍山-上窯斷裂所在的淮南地區位于淮河中游，安徽省中北部，該區總體上為NWW向斷層和褶皺構造的發育區，即“淮南對沖式斷-褶構造帶”（宋傳中等，2005）。淮南對沖式斷-褶構造帶是印支期華北板塊與揚子板塊碰撞造山的產物，是大別山北側薄皮推覆構造前鋒帶和外緣帶的主體。區內發育了近東西向的潁上-定遠斷裂（F4）、阜陽-鳳臺斷裂（F3）、臨泉-劉府斷裂（F2）和NW—NWW向的明龍山-上窯斷裂（F1），這些斷裂經過多期運動，構成了復雜的斷裂構造格局。其中，以潁上-定遠斷裂（F4）和阜陽-鳳臺斷裂（F3）為南、北邊界，組成了由南向北逆沖的“八公山-舜耕山推覆構造帶”；北部為明龍山-上窯斷裂（F1）和臨泉-劉府斷裂（F2）所夾持的“明龍山-上窯推覆構造帶”；中間為“淮南扇形復向斜帶”，是淮南煤田的主體（圖1）。

F1：明龍山-上窯斷裂；F2：臨泉-劉府斷裂；F3：阜陽-鳳臺斷裂；F4：潁上-定遠斷裂；F5：渦河斷裂

明龍山-上窯斷裂帶位于淮南對沖式斷-褶帶內，根據衛星影像解譯及野外地質調查可知，斷裂沿NW—NWW向系列線性擠壓山體（明龍山、上窯、鳳陽山）西南緣斷續展布，全長約68km，為逆走滑斷層，走向300°—315°，傾向NE，傾角70°—85°。明龍山-上窯斷裂的幾何結構較為清晰，分段特征明顯，多條不連續的次級斷裂段呈雁列狀展布，可初步分為明龍山段（F1-1）、上窯段（F1-2）、鳳陽山段（F1-3）等西、中、東3條次級斷裂段（圖1（b）、圖2）。其中，明龍山段（F1-1）沿明龍山西南緣展布，北西端止于臨泉-劉府斷裂，往南東延至淮河北岸，走向300°左右，該段斷裂在明龍山附近線性特征較明顯，構成了山體與平原的界線（圖2）。上窯段（F1-2）沿上窯山西南緣展布，向南東止于武店鎮西南，走向300°—305°，該段斷裂衛星影像較為清晰，是現代地貌的分界線，斷裂東北側為基巖山，西南側為淮河沖積平原（圖3）。鳳陽山段（F1-3）沿鳳陽山西南緣展布，西起武店鎮，向東止于潁上-定遠斷裂附近，走向315°左右，沿斷裂可見斷裂溝槽等構造地貌現象（圖4）。

圖2 明龍山-上窯斷裂影像圖

圖3 上窯段斷層地貌

2 斷裂活動的地質剖面特征

第四紀以來構造活動強烈的地區，如中國西部地區，斷裂在地表的形跡明顯，其最新活動切穿了新地層，可以通過對斷層上覆地層以及被斷錯地層的年齡來限定其活動時代，但對于斷裂活動不甚強烈的地區上述方法很難發揮作用。本文研究的淮南地區地處華北與華南地震活動過渡帶，屬典型的中等強度地震活動區（張杰等，2005；劉東旺等，2008；姚大全等，2009），第四紀，尤其是晚第四紀以來斷裂活動不甚強烈，再加上研究區內風化作用較強，人類活動改造跡象明顯，斷裂活動的地表形跡很難保存，往往只能通過采石場、路邊等基巖區的人工露頭來確定斷裂的形跡以及其活動性。由于很難找到斷裂第四紀剖面，只能通過基巖斷裂的斷層泥ESR測年來確定斷裂上一次活動距今的時間。

圖4 鳳陽山段斷層地貌

為了確定明龍山-上窯斷裂帶最后一次強烈活動的時間，我們對斷裂經過的采石場進行了詳細的追索，發現了多個典型的斷層剖面，并采集了斷層泥ESR樣品，具體情況如下：

2.1 明龍山斷層剖面

該剖面位于明龍山汪街村一采石場內（圖5，位置見圖1（b）中剖面Ⅰ），剖面內可見寒武紀地層中發育有NW向斷層f1和近EW向斷層f2。其中f1發育在灰巖內，寬約0.3m，斷面較平直光滑，沿斷面發育約5mm厚的斷層泥，斷層泥較新鮮；f2發育在灰巖和片巖之間，寬約0.7m，由斷層角礫及巖石粉末組成，膠結程度較低，呈松散狀。孫瑛杰等（1999）在對沂沭斷裂帶大水場剖面斷層泥的ESR年代學研究中發現，要想獲得斷層最后一次活動的ESR年齡，采樣時應盡量尋找較薄的斷層泥，且可確認斷層的最后一次活動通過該斷層面。因此，本次采集了沿f1斷面發育的厚約5mm的斷層泥ESR年齡樣品JH34-ESR-1，測年結果為（243±24）ka。

2.2 上窯斷層剖面

在上窯鎮老鴣山一帶，斷裂影像較清晰，斷裂沿基巖和谷地交界處分布，表現出明顯的線性特征，走向300°左右，地貌上形成不協調的反向陡崖，為斷層持續活動的結果（圖6）。在垂直斷裂走向開挖的大剖面中，見明龍山-上窯斷裂構成的元古代灰色厚層狀灰巖與深灰色薄層狀灰巖、砂巖之間的界線，斷層面連續清晰，沿斷面形成厚約3.5m的斷層破碎帶，破碎帶由巖石碎屑及粉末組成，膠結程度較低，呈松散狀（圖7，位置見圖1（b）中剖面Ⅱ）。

在上窯鎮光明村附近，斷層地貌清晰，表現為元古代灰巖構成的線性特征較明顯的低山，在低山的西南緣一采石場揭露出的大剖面中，見走向300°左右的斷層破碎帶（圖8，位置見圖1（b）中剖面Ⅲ）。破碎帶寬約2.2m，紅褐色，由灰巖碎塊及粉末組成，膠結程度較低，呈松散狀，沿斷面發育一層較薄的斷層泥，取該斷層泥ESR年齡樣品H81-ESR-1，測年結果為（126±15）ka。

圖5 明龍山汪街村附近斷層剖面

圖6 上窯鎮老鴣山附近斷層地貌

圖7 上窯鎮老鴣山附近斷層剖面

2.3 關于斷層最新活動時代的討論

通過斷層泥ESR測年方法測定斷層最后一次活動的時代一直廣受地質界的關注（Ikeya等，1982；孫瑛杰等，1999；Skinner，2000；Fukuchi，2001；林敏等，2005；楊坤光等，2006）。研究認為，研究區的地震活動背景越強，斷層泥ESR測年結果越能代表斷裂最后一次活動的時代（王志才等，2002；俞維賢等，2004），但在地震背景較弱至中等強度地區，斷層泥ESR測年結果并不代表斷層最后一次活動時間，但可以用來研究斷裂晚新生代以來的強烈活動情況（Fukuchi，2001；姚琪等，2008）。

本次工作得到的斷層泥ESR測年結果分別為（243±24）ka和（126±15）ka，由于淮南地區是典型的中等強度地震活動區（張杰等，2005；劉東旺等，2008），晚第四紀以來斷層活動強度較弱，這些測年結果并不能代表斷層最后一次微弱活動時代，但可以確定斷層最后一次強烈活動時代為中更新世晚期至晚更新世早期。

另外，區域上在明龍山-上窯斷裂西北發育有NW向的渦河斷裂（圖1（b）中的F5）。前人研究表明，渦河斷裂是一條規模較大的斷裂，第四紀以來具有較強的活動性，其最新活動導致了1481年渦陽S6級地震和1525年亳州S5?級地震的發生（陸鏡元等，1992；姚大全等，2003；陳安國等，2009；方良好等，2015）。本文討論的明龍山-上窯斷裂和渦河斷裂是同一構造背景下的兩條走向相同的斷裂，其間垂直距離約20km，斷裂沿線均有6級左右地震發生，因此我們認為明龍山-上窯斷裂和渦河斷裂具有相似的第四紀活動特征。

綜合考慮測年結果及與區域內的重要斷裂對比，我們推斷明龍山-上窯斷裂最新活動時代為中更新世晚期至晚更新世早期。

圖8 上窯鎮光明村附近斷層剖面

3 1831年鳳臺6?級地震發震構造分析

1831年鳳臺S6?級地震的極震區為包括明龍山在內的一個長軸約4.5km的NW向橢圓區域，極震區烈度為Ⅷ度（陳安國等，2010），本次地震的極震區位于明龍山-上窯斷裂帶與臨泉-劉府斷裂帶的交匯部位（圖9），地震的發生可能與這兩條斷裂或其中之一的最新活動密切相關。

為了確定臨泉-劉府斷裂第四紀以來的活動情況，我們對該斷裂進行了調查。在鳳陽山北麓的朱家洼附近（位于研究區東部）一個建筑基坑揭露的剖面上（圖10，位置見圖1（b）中剖面Ⅵ），見該斷裂的4條斷層（f1—f4）切割了元古代石英砂巖、泥質砂巖，斷層性質皆為正斷層，斷層頂端被褐色砂礫石層（Q3dpl）覆蓋。沿各斷層面皆形成寬度不等的斷層破碎帶（f1寬約0.4m、f2寬0.3—1m、f3寬0.3—0.5m、f4寬約0.2mm），破碎帶之間的泥質砂巖受斷層影響變成了尚有原巖結構的粗碎裂巖，沿f3還形成厚約1cm的斷層泥（圖11），取斷層泥ESR年齡樣品H10-ESR-1，測試結果為（585±95）ka。

圖9 1831年鳳臺MS 6?級地震極震區分布圖（據陳安國等（2010）修改）

圖10 鳳陽山北麓朱家洼附近臨泉-劉府斷裂斷層剖面

由測年結果可知，臨泉-劉府斷裂是一條中更新世早期活動斷裂。而前面的討論表明，明龍山-上窯斷裂為中更新世晚期至晚更新世早期斷裂，相比臨泉-劉府斷裂，明龍山-上窯斷裂具備發生6級左右地震的構造條件。從地理位置上分析，明龍山-上窯斷裂正好位于史料考證確定的1831年鳳臺地震的極震區內，斷裂走向與極震區長軸方向一致，均為NW向，而臨泉-劉府斷裂走向為NWW—近EW。另外，皖北淮河流域地區的中強震一般都發生在NE、NW和近EW向斷裂的交匯部位，而NE、NW向斷裂是發震構造（張杰等，2004）。綜合分析，我們判斷明龍山—上窯斷裂為1831年鳳臺S6?級地震發震構造的可能性最大。

圖11 鳳陽山北麓朱家洼附近斷層剖面局部放大圖

4 結論

根據對明龍山-上窯斷裂帶的地質地貌調查、年齡樣品及1831年鳳臺S6?級地震發震構造的分析，我們得到如下認識：

（1）明龍山-上窯斷裂沿NW—NWW向系列線性擠壓山體西南緣斷續展布，全長約68km，為逆走滑斷層，走向300°—315°，傾向NE，傾角70°—85°；按地表出露情況可將斷裂初步分為明龍山段、上窯段、鳳陽山段等西、中、東3條次級斷裂段。

（2）根據斷層泥ESR測年結果及與區域內的重要斷裂進行對比，我們推斷明龍山-上窯斷裂為中更新世晚期至晚更新世早期斷裂。

（3）結合對1831年鳳臺S6?級地震極震區位置、形態及區域斷裂活動性的研究，我們認為明龍山-上窯斷裂為本次地震發震構造的可能性最大。

致謝：本文的野外工作是在中國地震局地質研究所宋方敏研究員的指導下完成的，文中ESR樣品由中國地震局地質研究所地震動力學國家重點實驗室測定，在此一并感謝。

陳安國，劉東旺，鄭海剛，2009．安徽地區歷史及現代地震活動與斷裂活動性關系研究．華北地震科學，27（4）：16—21．

陳安國，劉東旺，沈小七等，2010．公元1831年安徽鳳臺地震宏觀震中考察．地震學報，32（4）：495—503．

方良好，童遠林，趙朋等，2015．安徽北部渦河斷裂第四紀活動特征及地震危險性初步研究．防災科技學院學報，17（1）：19—25．

國家地震局震害防御司，1995．中國歷史強震目錄（公元前23世紀—公元1911年）．北京：地震出版社，351—352．

林敏，賈麗，丁艷秋等，2005．ESR測年研究中人工輻照吸收劑量的確定．地震地質，27（4）：698—705．

劉東旺，姚大全，沈小七等，2008．基于新生代活動構造背景的地震重點危險區域綜合研究——以安徽為例．地震地磁觀測與研究，29（4）：1—6．

陸鏡元，曹光暄，劉慶忠等，1992．安徽省地震構造與環境分析．合肥：安徽科學技術出版社，73—77．

沈小七，姚大全，劉東旺等，2008．淺談新時期下的地震考古及在江淮地區的應用．國際地震動態，（10）：39—47．

宋傳中，朱光，劉國生等，2005．淮南煤田的構造厘定及動力學控制．煤田地質與勘探，33（1）：11—15．

孫瑛杰，盧演儔，尹功明，1999．沂沭斷裂帶大水場剖面斷層泥的ESR年代學研究．地震地質，21（4）：346—350．

王志才，晁洪太，崔昭文等，2002．青島及鄰區NE向斷裂的第四紀活動性及控震意義．地震地質，24（2）：167—176．

徐錫偉，2006．活動斷層、地震災害與減災對策問題．震災防御技術，1（1）：7—14．

楊坤光，梁興中，謝建磊等，2006．ESR定年：一種確定脆性斷層活動年齡的方法原理與應用．地球科學進展，21（4）：430—435．

姚大全，劉加燦，翟洪濤等，2003．渦陽-鳳臺地區地震活動和地震構造．安徽地質，13（4）：270—274．

姚大全，劉東旺，翟洪濤等，2009．安徽肥東橋頭集南西第四紀斷層活動習性．震災防御技術，4（3）：308—311．

姚琪，陳漢林，張微等，2008．弱震區斷層泥ESR定年的適應性研究-以杭州地區為例．地震學報，30（3）：262—270．

俞維賢，謝英情，張建國等，2004．昆明盆地周邊地區主要斷裂活動時代研究．地震研究，27（4）：357—362．

張杰，沈小七，王行舟等，2004．安徽歷史地震等震線長軸方位分布及地震地質意義．中國地震，20（2）：152—160．

張杰，沈小七，王行舟等，2005．利用層析成像的結果探討安徽及鄰區中強地震深部構造背景．中國地震，21（3）：350—359．

張培震，鄧起東，張竹琪等，2013．中國大陸的活動斷裂、地震災害及其動力過程．中國科學：地球科學，43（10）：1607—1620．

Fukuchi T., 2001. Assessment of fault activity by ESR dating of fault gouge; an example of the 500 m core samples drilled into the Nojima earthquake fault in Japan. Quaternary Science Reviews, 20(5—9): 1005—1008.

Ikeya M., Miki T., Tanaka K., 1982. Dating of a fault by electron spin resonance on intrafault materials. Science, 215(4538): 1392—1393.

Skinner A. R., 2000. ESR dating: is it still an ‘experimental’ technique? Applied Radiation and Isotopes, 52(5): 1311—1316.

方良好，疏鵬，路碩，鄭穎平，林承灝，2017．安徽淮南地區明龍山-上窯斷裂第四紀活動特征．震災防御技術，12（3）：469—479．

Quaternary Active Features of Minglongshan-Shanyao Fault in Huainan Area of Anhui Province

Fang Lianghao, Shu Peng, Lu Shuo, Zheng Yingping and Lin Chenghao

(Earthquake Administration of Anhui Province, Hefei 230031, China)

Extending with a strike direction of 300°—315° and a total length of 68km, Minglongshan-Shangyao fault kept active in strike slip mode with thrust component since Quaternary. Based on interpretation of satellite images and detailed field investigation, we identified the spatial distribution and segmentations of the fault. This fault consists of three secondary faults, namely Minglongshan segment, Shangyao segment and Fengyangshan segment. Field geological survey at quarries along the fault was carried out including profile description and ESR samples collecting. Dating ages of ESR samples turn out to be (243±24) ka and (126±15) ka. As Huainan area is dominated by moderate earthquakes and faults in this area are not very active since late Quaternary, these dating results cannot be considered as the occurrence time of the most recent earthquake event. However, the most recent strong movement of this fault is dated back to late period of middle Pleistocene and late period of early Pleistocene. Combined with previous studies on location and delineation of magistoseismic area of the 1831S6? earthquake in Fengyang, we propose that Minglongshan-Shangyao fault is most likely to be the seismogenic structure for this earthquake based on detection and analysis of faults and activity around the magistoseismic area.

Huainan area; Minglongshan-shangyao fault; 1831S6? earthquake in Fengtai; Seismogenic structure

10.11899/zzfy20170303

安徽省地震科研青年基金（20160612）和“合肥市地震活斷層探測及地震危險性分析”項目聯合資助

2016-12-15

方良好，男，生于1984年。碩士，工程師。主要從事活動構造及其應用研究工作。E-mail：logfang@163.com