落兒嶺-土地嶺斷裂幾何結構及晚第四紀活動特征初探1

疏 鵬 路 碩 方良好 鄭穎平 宋方敏

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落兒嶺-土地嶺斷裂幾何結構及晚第四紀活動特征初探1

疏 鵬1，2）路 碩1）方良好1）鄭穎平1）宋方敏2）

1）安徽省地震局，合肥 230031 2）中國地震局地質研究所，活動構造與火山重點實驗室，北京 100029

落兒嶺-土地嶺斷裂是東大別地區重要的發震構造，然而限于自然地理條件等因素，前人對其的研究并不充分。本文以發生多次中強地震的落兒嶺-土地嶺斷裂為研究對象，在高精度衛星影像解譯的基礎上，通過詳細的野外地質地貌調查，尤其是對典型斷層剖面進行分析，研究落兒嶺-土地嶺斷裂的斷錯地質地貌特征、幾何結構及活動特征。通過野外調查并結合其他資料分析認為落兒嶺-土地嶺斷裂為發育于大別造山帶內部的一條走向NE、向NW陡傾的斷裂帶。依據地質地貌特征及地震活動性，斷裂可以劃分為楊樹溝-黑石渡段和黑石渡-橫塘崗鄉段兩個幾何段落。斷裂最新活動時代為中更新世晚期—晚更新世早期，斷裂最新活動繼承了中生代以來的運動方式，以兼具右旋走滑的拉張正斷為主。

落兒嶺-土地嶺斷裂 典型剖面 幾何結構 活動時代 運動性質

引言

落兒嶺-土地嶺斷裂是皖鄂交界地區一條重要的NE走向的斷裂，是規模較大的霍山-羅田破裂帶北段在安徽境內的組成部分。一般認為霍山-羅田斷裂南起于湖北英山縣雷店鎮北，向NE經草盤鎮，進入安徽境內，穿過東淠河和霍山縣北，可能延伸至定遠附近，控制著鄂皖地區多數中強地震的發生（甘家思等，1981）。落兒嶺-土地嶺斷裂為此破裂帶在東大別霍山地區的組成部分，對霍山地區的地震活動呈較強的控制作用。自有文字記載以來沿斷裂發生過6級以上地震兩次，分別為1652年3月23日6級地震和1917年1月24日6?級地震，震中烈度達Ⅶ度和Ⅷ度（安徽省地震局，1990）。史料記載沿斷裂發生5—5.9級地震7次，震中烈度Ⅵ—Ⅶ度（安徽省地震局，1990）。現代小震也沿斷裂叢集分布，自1970年建立數字測震臺網以來，共發生震群多達近20次（安徽省地震編目系統，內部資料）（圖1）。該斷裂通過人口密集、經濟發達的霍山縣城，因此準確厘定斷裂的空間展布，活動時代等特征能為抗震設防提供科學有效的依據（徐錫偉，2006）。然而大別山地區山高林密，第四系分布非常缺乏，目前尚未有針對此斷裂的系統研究。筆者擬通過本項目開展較為系統的針對落兒嶺-土地嶺斷裂的幾何結構、活動時代、斷錯地貌、運動特征等方面的研究，以充實關于該斷裂活動的基礎資料。

地震目錄來自安徽省地震局，斷裂改自區域地質構造圖。主要斷裂名稱：F1霍山-羅田斷裂，F2-1—F2-4郯廬斷裂帶，F3青山-曉天斷裂，F4金寨-舒城斷裂，F5肥西-韓擺渡斷裂，F6肥中斷裂

1 地質構造背景及研究現狀

研究區隸屬于構造背景復雜的秦嶺-大別褶皺系東緣，為華北陸塊與揚子陸塊碰撞形成的造山帶（許志琴等，1986；安徽省地質礦產局，1987）。褶皺系向北與華北陸塊以肥西-韓擺渡斷裂為界，向東與揚子陸塊以郯廬斷裂為界，包含了大別山隆起和北淮陽地槽褶皺系兩個次級構造單元。中生代以后褶皺系進入斷塊差異活動階段，大別山持續隆起，北淮陽則下降形成盆地，即舒城凹陷，并與合肥盆地一起構成了大別造山帶的后陸盆地（圖1）。大別造山帶經歷了海洋板塊的形成、大洋板塊向大陸板塊俯沖碰撞、洋盆閉合、陸陸俯沖及超高壓-高壓變質巖的形成和折返等漫長復雜的構造演化，為中外地質學家所關注（徐樹桐等，1992，1994；王清晨等，1998；吳利仁，1998；許志琴等，1986；Chemenda等，1996）。

甘家思等（1981）認為大別造山帶內部發育北東向霍山-羅田破裂帶，一直延伸至定遠附近，為一強震構造線，大約鄂皖地區一般的強震都沿此帶發生，而落兒嶺-土地嶺斷裂為霍山-羅田破裂帶在安徽省境內落兒嶺附近的次級斷裂。落兒嶺斷裂僅僅是長約10余千米的3條破碎帶，從爛泥坳延伸至落兒嶺附近，為剪性斷裂。安徽省地震局（1974）和安徽省地質礦產局（1987）稱該斷裂為土地嶺正斷層，從霍山縣祝家鋪往南延伸至土地嶺以南，為傾向南東的高角度走滑正斷層；姚大全等（1999，2003）認為該斷裂南起于楊樹溝附近，北至霍山縣北，通過斷層泥樣品TL測試及顯微構造分析，認為其為晚更新世活動斷裂；劉東旺等（2015）、張杰等（2004）研究認為落兒嶺-土地嶺斷裂即為霍山-定遠斷裂，從霍山延伸至定遠附近，為重要的區域性斷裂，長300余千米。由此可見，目前對該斷裂的研究還很不充分，研究結果存在較大的分歧，甚至不同文獻對該斷裂名稱的引用都較混亂，因此有必要系統地對該斷裂的斷錯地質地貌、幾何展布及活動時代等特征開展深入研究。

通過在東大別地區的野外工作，筆者較認可前人的“落兒嶺-土地嶺斷裂即為霍山-羅田斷裂的北段”這一說法。為方便起見，本文將落兒嶺-土地嶺斷裂定義為霍山-羅田主斷裂在安徽境內的土地嶺以北的段落，因此本文研究區范圍也限于霍山縣土地嶺以北的段落（圖2）。

本文研究區西南起自土地嶺以南的道士沖鄉，往北東跨大別造山帶及其前陸盆地兩個構造單元，兩者以F4金寨-舒城斷裂為界（圖1，圖2）。在大別造山帶內廣泛分布前震旦系大別山群灰黑色斜長片麻巖、二長片麻巖、角閃巖及大理巖及不整合于其上的中上侏羅統灰色中厚層安山質凝灰巖、角礫巖及砂巖和砂質頁巖，在造山帶內部零星分布有燕山期侵入巖。僅在大別山東麓附近的東西淠河沿岸地表分布有全新統現代沖積層。造山帶前陸盆地由舒城凹陷及合肥盆地構成，兩者大致以F5肥西韓擺渡斷裂為界，都是中生代形成的凹陷盆地。第四紀以來地殼穩定下沉，現今地表基本為上更新統—全新統沖積層覆蓋，局部的孤立殘丘出露古近系及新近系紫紅色砂礫巖或中侏羅統長石砂巖、粉砂巖（圖2）。不同的地貌格局說明這兩個地貌單元新生代以來經歷了不同的構造演化歷史。

2 斷裂幾何結構

通過衛星影像解譯及野外地質地貌調查，筆者認為落兒嶺-土地嶺斷裂在東淠河-黑石渡附近分為兩個地質地貌特征差異顯著的段落：土地嶺-黑石渡段和黑石渡以北段。

土地嶺-黑石渡段南起于土地嶺楊樹溝附近，走向NE55°—60°，經落淚紅、太子廟、馬家嶺至黑石渡附近，斷裂在此段表現為由多條斷層組成的一個寬約2—3km的斷層破碎帶，沿破碎帶發育線狀溝谷地貌（圖3，圖4（a））。由于老斷裂破碎帶十分發育，在沿溝谷修建的318省道附近，隨處可見出露的基巖剖面，破碎帶多發育有韌性變形的糜棱巖、脆性變形的角礫巖等構造變形帶，有的剖面見有指示新活動的新鮮的斷層泥發育。

黑石渡以北段斷裂的走向與南段稍有不同，斷裂整體走向向N偏轉。斷裂從霍山縣城北及縣城北東的復覽山西側通過，再往北由近NEE走向變成NE走向，從片狀展布的崗丘谷地通過。衛星影像及野外調查證實斷裂北段的斷錯地貌特征不如南段明顯，可能指示其活動性要弱于南段。

F1落兒嶺-土地嶺斷裂，F3青山-曉天斷裂，F4金寨-舒城斷裂，F5肥西韓擺渡斷裂

3 斷裂斷錯典型剖面及地貌特征

沿土地嶺-黑石渡段發育線性極好的“V”型槽谷，并發育大量的基巖破碎帶，系由落兒嶺-土地嶺斷裂活動所形成。這些剖面雖是基巖露頭，但在一定程度上也可以反映斷裂的幾何特征及運動性質。圖3為南段衛星影像及典型地質地貌觀察點分布圖。

3.1 楊樹溝附近斷層地質地貌特征

在楊樹溝四道灣附近公路北側（圖2、3中h60點，31°17′44.4″N，116°04′24.7″E），在修建房屋剝離出的剖面中，見黃褐色的前震旦系片麻巖中發育有4條整體傾向NW的高角度斷層，斷層面向下有收斂的趨勢，構成了寬度超過2.5m的斷層破碎帶，帶內為構造角礫巖及碎裂巖。根據斷層面附近巖層的拖曳及片理形態，斷層顯示逆斷層性質，顯示出NW盤向SE盤的逆沖。f1斷面見近水平的擦痕，擦痕側伏向約240°，側伏角約15°，擦痕所在斷面發育灰褐色斷層泥，斷層泥細膩柔軟，厚度約1cm，指示活動性質較新（圖4（b）中黑色方框及圖4（c））。依據擦痕形態及斷面上殘留的小階步判斷斷層最新活動以右旋走滑為主。

圖3 楊樹溝-黑石渡段斷裂衛星影像及野外觀察點（衛星影像來自Google Earth）

（a）h59點斷層槽谷照片，（b）h60點剖面照片，黑色方框為斷層泥及擦痕斷面（c）h60點剖面素描圖，（d）擦痕及斷層泥細節圖

3.2 馬家嶺附近斷層剖面特征

霍山縣馬家嶺的h56點（31°20′38.3″N，116°09′54.6″E），在一農田旁開挖的剖面上，見該段的6條斷層f1、f2、f3、f4、f5、f6切割前震旦紀青灰色片麻巖及侵入到片麻巖中的灰白色石英脈，斷層上覆上更新統—全新統坡殘積耕植土，剖面上6條斷層皆為傾向NW的高傾角正斷層。f1、f2之間為寬約2m尚有原巖結構的粗碎裂巖，順f2還發育有一層薄的斷層泥帶，較固結。f3、f6構成片麻巖與石英脈之間的界線，f4則構成暗綠色基性巖脈與石英脈之間的界線。石英脈被切割，基性巖脈則順斷層侵入（圖5）。依據剖面上地層及石英脈的拖曳方面判斷其最新活動為拉張正斷。

（a）馬家嶺h56觀察點斷層剖面照片，（b）為剖面素描圖

3.3 太子廟露頭及探槽剖面特征

霍山縣落兒嶺鎮太子廟的h57觀察點（31°19′46.2″N，116°07′30.2″E），在簡易公路旁開挖出的剖面上，見該斷裂的9條斷層f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9切割前震旦紀淺灰色片麻巖、石英片巖和燕山期花崗巖。f1、f2是兩條主斷層，它們之間的斷層破碎帶寬0.5—1.1m（圖6），沿斷面還發育尚未固結的棕褐色斷層泥，取斷層泥樣品H57-ESR-01，ESR測試結果為（169±16）ka。f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9皆發育在前震旦紀淺灰色片麻巖、石英片巖中，其規模要小于f1、f2。根據石英脈被位錯判斷，斷層在剖面上表現為正斷層性質。但根據f1、f2斷面上水平擦痕判斷，斷層的最新活動性質應是走滑正斷層。

f1和f2頂部表層砂土厚約30cm，順斷層的延伸方向，似乎有一裂隙并充填有灰褐色砂質粘土，寬10—15cm（圖6（a）和（b））。為確定該砂質粘土是否受到斷層活動影響，在頂部進行了探槽揭露，探槽長約3m，高約1m（圖6（c）和（d））。

探槽剖面顯示，斷層f1、f2向上并未影響到坡積層。斷層兩側基巖面和上覆晚更新世坡積層厚度雖然有一定的變化，但主要是受原始地形影響所致。在坡積層的下部，于松散粘土中分別取得OSL樣品，OSL樣品H57-OSL-02測試結果為（8.94±0.72）ka。

太子廟剖面揭示兩組傾向相反且近于直立的共軛正斷層，分析認為傾向NW的f1、f2為主斷層且活動時代較新。由斷層斷錯地層確認其活動時代當晚于（169±16）ka B.P.，早于（8.94±0.72）ka B.P.，最新活動時代為中更新世晚期—晚更新世早期。依據主斷面f1和f2上的擦痕及階步判斷其最新活動具有一定的右旋走滑分量。由此可知斷裂最新活動為中更新世晚期—晚更新世早期，以具有右旋走滑分量的正斷為主。

（a）太子廟露頭剖面，（b）太子廟剖面素描圖，（c）太子廟露頭頂部探槽剖面照片，（d）太子廟露頭頂部探槽素描圖

3.4 楊家下院剖面特征

霍山北楊家下院附近的h68觀察點（31°25′44.5″N，116°23′9.8″E），在修路剝離的剖面上（圖7），見東北段斷裂2—3組斷層切割侏羅系棕灰色砂礫巖、棕紅色砂巖、黃褐色砂巖，斷層性質皆為傾向NW的正斷層。其中剖面上北支規模較大，中上侏羅統棕紅色中厚層砂巖與半風化上侏羅統黑石渡組J3h黃褐色砂巖之間的界線垂直位移量約2.8m，且被斷錯的上侏羅統J3h在下降盤的厚度明顯大于上升盤的厚度，為明顯的生長地層。斷層下部出現3條分支，它們之間為厚0.1—2m的破碎帶，沿中間分支還發育1—2cm厚的灰白色斷層泥，斷層泥較細膩柔軟，指示活動較新。取ESR樣品H68-ESR-01，ESR樣品測試結果為（281±28）ka，推測ESR測試結果可能由于斷層基巖的淋濾作用而偏老。被斷錯的黃褐色砂巖J3h在斷層兩盤厚度差異較大，NW盤厚度超過5m，SE盤厚度不足1—2m，顯示出正斷層長期運動形成的生長地層的特征（圖7（b）、（d））。因而斷裂在中生代中晚期為對地層發育有一定控制作用的生長正斷層，顯示出持續活動的特征。最新的全新統的堆積物則未受到斷層的擾動（圖7（c））。在公路東側的剖面上顯示出同樣的特征（圖7（e）、（f）），兩盤基巖對應層的垂直正斷位移約3—4m（圖7（e）中a與a’、b與b’），兩盤厚層的紫紅色砂巖之上發育厚度差異明顯的上侏羅統黑石渡組黃褐色砂巖，斷層斷錯該套黃褐色砂巖至地表，該套黃褐色砂巖也顯示出正斷層特有的生長地層特征（圖7（e）、（f））。綜合分析認為，斷裂北段仍然表現為傾向NW的陡傾斷裂，中生代顯示出持續拉張正斷，并伴隨中生代生長地層的發育。最晚的活動為可能為中更新世晚期—晚更新世早期。

（a）楊家下院公路西側露頭照片，（b）（c）公路西側露頭斷層處細節照片（d）公路西側斷層露頭素描圖，（e）公路東側露頭整體照片，（f）公路東側斷層露頭細節照片

4 討論及結論

關于落兒嶺-土地嶺斷裂的幾何結構，前人認識的分歧主要在于其北端延伸的問題，目前尚未有相關地質或地球物理證據證明其在大別造山帶的前陸盆地仍然存在。前人曾認為該霍山-羅田斷裂帶延伸至定遠附近并控制了中強地震的發生，而事實上定遠附近的強震主要受控于NNE走向的郯廬斷裂，并非受控于霍山-羅田斷裂帶。筆者搜集了大別及鄰區的深部重力及電磁資料，均顯示在大別造山帶的前陸盆地內斷裂在深部并無明顯反映2，同時現代的小震分布也在盆地內部變得明顯的散亂，不構成條帶且尚未發生過S5.0以上地震。據此，筆者認為該斷裂向北延伸止于區域性盆山邊界斷裂金寨-舒城斷裂，即落兒嶺-土地嶺斷裂為大別造山帶內部的斷裂，并未延伸到造山帶的前陸盆地中。同時，筆者搜集到霍山及鄰區的共5條大地電磁剖面數據及其二維和三維反演結果，其中兩條跨NE向的落兒嶺-土地嶺斷裂的NW向剖面分別位于為黑石渡附近跨霍山盆地和落兒嶺南的大別山內部，大地電磁的反演結果較好地揭示了落兒嶺-土地嶺斷裂，但兩側測點的視電阻率曲線形態基本相似，數值都表現為高電阻率，反映出斷裂兩側地殼介質的電性結構差別不大，差異帶在深部往NW方向延伸約十余千米，與中地殼的低阻層銜接，為中上地殼斷裂。野外多數露頭剖面上斷裂傾向NW，而從近代小震的分布看，多數地震也是沿斷裂NW側附近密集分布，因此斷裂在深處也是傾向NW的陡傾斷裂，與本論文研究得出的斷裂形態吻合較好3。

該斷裂斷錯地貌清晰，特別是西南段土地嶺-黑石渡一帶，斷層谷筆直延伸，同時在衛星影像上也有較清晰的線性顯示。野外基巖剖面斷層泥樣品測試結果顯示斷裂最新活動時代晚于（169±16）ka B.P.，早于（8.94±0.72）ka B.P.，即斷裂最晚活動為中更新世晚期—晚更新世早期，同時筆者踏勘了斷裂通過處東淠河階地，也發現在斷裂通過處東淠河全新世T0和T1階地平整完好，未見斷錯地貌，指示斷裂全新世以來未活動（圖8），而T2階地被人工建筑或農田所覆蓋，未能找到有效的指示斷裂活動性的證據。

圖8 斷裂通過處東淠河階地地貌

典型剖面的生長地層特征揭示斷裂自中生代中晚期以來發生持續拉張正斷，造成了斷裂NW盤上侏羅統厚度大于SE盤厚度，同時剖面上多處擦痕階步及斷裂通過處東淠河大型肘狀右旋拐彎都說明斷裂最新運動具有一定的右旋分量。劉澤民等（2015）基于波形反演2014年4月20日霍山地區S4.3地震震源機制，認為該地震為區域近東西向擠壓、近南北向拉張應力場的作用下落兒嶺-土地嶺斷裂的一次右旋正斷。斷裂的高傾角產狀及野外剖面多揭示出斷裂具有正斷性質，斷裂最新運動為具有右旋分量的拉張正斷，顯示出斷裂中新生代運動特征的繼承性，可能反映了中新生代以來東大別區域構造應力場的繼承性。

綜上所述，本文研究結果認為落兒嶺-土地嶺斷裂為廣義上霍山—羅田斷裂在安徽境內的部分，斷裂西南起于楊樹溝附近，走向約NE60°，傾向NW，可能延伸至大別山北緣的橫塘崗鄉附近，可以劃分為楊樹溝-黑石渡段和黑石渡-橫塘崗鄉段兩個地質地貌及地震活動性差異明顯的段落。該斷裂最新活動時代為更新世—晚更新世早期，以伴有右旋走滑的拉張正斷為主。

致謝：匿名審稿人對本文提出了諸多修改意見，令作者受益匪淺。本文中的ESR和OSL年齡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試，在此表示感謝。

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Preliminary Study on Geometry Structure and Activity Features of Luo’ erling-Tudiling Fault in Late Quaternary

Shu Peng1, 2), Lu Shuo1), Fang Lianghao1), Zheng Yingping1)and Song Fangmin2)

1) Anhui Earthquake Agency, Hefei 230031, China 2) Key Laboratory of Active Tectonics and Volcanology, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

Luo’ erling-Tudiling fault is one of the most important seismogenic structures in east Dabie region. However, there has been no sufficient research on this fault due to its geographical location and natural conditions. Based on interpretation of high-resolution satellite images and detailed field investigation, we take Luo’erling-Tudiling fault as our research object and conduct a systematical study on its geological and geomorphic features, geometry structure and activity features. By field survey and analysis of other related data, we conclude that Luo’ erling-Tudingling fault was developed within the Dabie Orogen, stretching northeastward with a deep dip angle to the northwest. According to geological and geomorphic characteristics and seismic activity, this fault is mainly composed two segments, the southern one of which starts from Yangshugou and extends to Heishidu while the northern one stretches from Heishidu to Hengtanggan Town. This study confirmed that Luo’erling-Tudingling fault had experienced multiple extensional normal faulting during middle Mesozoic. Dominated by normal faulting with a certain amount of dextral strike-slip component, its latest activity occurred in early period of late Pleistocene.

Luo’erling-Tudingling fault; Typical profile; Geometry structure; Kinematic features; Faulting era

疏鵬，路碩，方良好，鄭穎平，宋方敏，2018．落兒嶺-土地嶺斷裂幾何結構及晚第四紀活動特征初探．震災防御技術，13（1）：87—97．

10.11899/zzfy20180108

合肥市地震活斷層探測及地震危險性分析項目資助

2 張景發等，2014．《合肥活斷層探測及地震危險性分析項目-高分辨率遙感、重磁信息處理解譯研究專題報告》

3 長江大學，2015．《安徽霍山歷史地震區大地電磁探測研究報告》

2017-04-11

疏鵬，男，生于1989年。工程師，在讀博士研究生。主要從事活動構造及構造建模等研究。 E-mail：shupeng0607@163.com

路碩，女，生于1988年。助理工程師。主要從事活動構造及地層學研究。E-mail：624572431@qq.com