郯廬斷裂帶安丘—營縣斷裂南段（郯城—淮河）晚第四紀活動特征

曹筠 冉勇康 許漢剛 李彥寶 馬興全 張鵬 李麗梅

摘要：通過系統的野外地質地貌調查、淺層地震勘探、鉆孔聯合剖面和古地震探槽等多方法手段，重點開展郯廬斷裂帶安丘—莒縣斷裂南段晚第四紀活動特征研究。結果顯示安丘—莒縣斷裂南段在淺部由2支高傾角兼有擠壓逆沖分量的斷層組成，其中一支出露地表，以右旋走滑運動為主兼有逆沖分量，是全新世活動斷層，而另一支為晚更新世活動斷層。

關鍵詞：郯廬斷裂帶；安丘—莒縣斷裂；淺部構造格架；斷層活動性

中圖分類號：P315.2 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）02-0280-13

0 引言

郯廬斷裂帶（以下簡稱郯廬帶）是中國東部規模最大的斷裂帶，也是華北地區重要的邊界構造帶（Deng et al，2003），該斷裂帶的安丘—莒縣斷裂還是中國東部最大的歷史地震（1668年鄭城81/2級地震）的發震構造（高維明等，1988；李家靈等，1994a）。因此充分認識郯廬帶最新活動斷層安丘—莒縣斷裂晚第四紀活動特征對理解郯廬帶的構造演化過程、地震活動性乃至斷裂帶沿線省份的防災減災工作都具有重要的科學和社會意義。

前人對地表出露好、活動性強且有破壞性歷史地震記錄的安丘—莒縣斷裂中北段的斷層長度、性質、分段以及活動性等問題有較為系統的研究和結論（國家地震局地質研究所，1987；高維明等，1988；李家靈等，1994a；晃洪太等，1994；郯廬活動斷裂帶地質填圖課題組，2013）。而安丘—莒縣斷裂南段（郯城—淮河）由于受植被覆蓋率高、斷層隱伏等客觀因素制約，有關該段斷層的淺部構造格架和晚第四紀活動特征等問題一直沒有定論。安丘—莒縣斷裂南段是現今小震稀疏段、沒有破壞性歷史地震記錄段（易桂喜，聞學澤，2007；國家地震局，1995；中國地震局，1999），還是郯廬帶內不同段的交接段，更是處于不同構造單元之間的構造轉換部位，是未來強震重點危險段（徐錫偉等，2017），因此正確認識該段的淺部構造格架和斷層晚第四紀活動特征至關重要。謝瑞征等（1991）認為安丘—莒縣斷裂南段是晚更新世活動斷層；李家靈等（1991）和李起彤（1994）則認為是全新世活動斷層，但在宿遷及其以南地區只發現全新世地裂縫；還有部分學者認為南段是部分段落全新世活動（鄧起東等，2007；Liu et al，2015）。隨著近年研究工作的不斷深入，獲得了安丘—莒縣斷裂宿遷段的淺部構造樣式，并推測2分支斷層的晚第四紀活動性（張鵬等，2015；許漢剛等，2016）。但目前還沒有詳盡地層學和年代學的有效證據來論述安丘—莒縣斷裂南段的晚第四紀活動特征，更沒有對安丘—莒縣斷裂南段進行系統闡述，因此還需要系統地總結論述郯廬帶安丘—莒縣斷裂南段斷層的淺部構造格架和晚第四紀活動特征。本文通過在安丘—莒縣斷裂南段系統的野外地質地貌調查、淺層地震勘探、鉆孔聯合剖面探測和古地震探槽等研究工作，擬對該段斷層的淺部構造格架和晚第四紀活動特征問題進行探討。

1 郯廬斷裂帶魯蘇沂沐段幾何結構與晚第四紀活動性概述

郯廬斷裂帶從中國黑龍江省邊境蔓延至安徽長江邊約2400km，呈“Y”字形，依據新生代以來構造特征、演化歷史和地震活動性等特點，可分為東北鶴崗—鐵嶺段、下遼河—萊州灣段、魯蘇沂沐段和大別山—廣濟段（鄭朗蓀等，1988；李家靈等，1994a）（圖1a）。東北段為沈陽以北由東支敦化—密山斷裂帶和西支依蘭—伊通斷裂帶組成，近年在依蘭—伊通斷裂帶發現全新世活動證據（Min et al，2013）。白堊紀受區域NW—SE向拉伸應力作用，魯蘇沂沐段形成4條NNE向主干斷層（F1～F4）構成“兩塹夾一壘”的構造樣式（萬天豐等，1996；張岳橋，董樹文，2008；Zhu et al，2010），第四紀以來斷裂帶東地塹內的活動斷層為安丘—莒縣斷裂（F5）（李家靈等，1994a；晃洪太等，1994）。安丘—莒縣斷裂可分為北段安丘地震破裂段、中段1668年鄭城地震破裂段和南段郯城至淮河岸邊（李家靈等，1994b；晃洪太等，1997）。大別山—廣濟段位于中朝板塊與揚子板塊的結合帶上，嘉山—響水斷裂以南，魯蘇沂沐段幾條主干斷層合并成2支，該段歷史地震活動性相對較弱，沒有6級以上地震記載（國家地震局地質研究所，1987）。

魯蘇沂沐帶南段的5條主干斷層（F1～F5）近平行展布并被2條主要的NW向斷層（F6，F7）斷錯。安丘—莒縣斷裂北中段斷錯地貌明顯，斷層附近發育低山、丘陵，滑動速率約為2.3mm/a；南段的斷層活動性相對較弱，地勢起伏也不大（國家地震局地質研究所，1987）。南段長約180km，走向總體為N5°～15°E。斷層經郯城麥坡、新沂何莊村、南馬陵山、宿遷市，向南至泗洪重崗山，止于淮河南岸，由一系列次級斷層組成（圖1）。

參考區域最新第四系研究成果和區域地層研究成果（江蘇省地質礦產局，1984）。安丘—莒縣斷裂南段沿線的全新統以粉砂質黏土，質軟黏土為主；而上更新統以富集鈣質結核的巖性地層為特點，顏色以棕黃色、灰黃色為主，偶見中、細砂，鐵錳結核，可劃分2套地層旋回；中更新統以紅棕色巖性地層為主，含砂量也比上更新統多，局部含礫石或姜結石；下更新統以砂、砂礫層為主，具有大型斜層理。上更新統較全新統具有含砂量少且質硬，可塑性差，含典型鈣質結核等特點，中更新統與上更新統間有明顯顏色區別。更新統厚度與該時期水系分布及新構造運動密切相關。

2 安丘—莒縣斷裂南段淺部構造格架和晚第四紀活動特征

2.1 地貌、地表地質特征

由于人類活動頻繁，目前安丘—莒縣斷裂南段沿線地貌被改造較大，但20世紀60年代的航片記錄了區域早期地貌形態。以新沂何莊附近為例，該點斷錯地貌表現為東高西低的斷層崖，斷層沿線發育的沖溝被整體右旋位錯（圖2）。在該沿線選取人為改造較小且可能記錄多次斷層活動的位錯點，實地測量發現沖溝右旋位錯且反向陡坎發育。綜合考慮人為等因素，測量沖溝右旋位錯（12.2±1）m（圖3）。安丘—莒縣斷裂南段的次級斷層在平面上呈左階或右階的雁列式展布，郯廬帶第四紀以來的右旋走滑運動使得斷層沿線右旋右階和右旋左階的區域形成盆地和低山。

郯城麥坡處斷層主要控制晚自堊系王氏組砂巖二段和三段，斷層已影響至地表（圖4a）。斷層兩側地形坡度變化明顯，斷層帶發育白色斷層泥。新沂何莊處斷層線平直，王氏組暗紅色砂巖逆沖至上更新統戚咀組之上，斷層附近地層經歷了強烈擠壓變形，擠壓片理和構造透鏡體發育（圖4b）。南馬陵山處斷層發育在王氏組與全新統沖洪積磨圓礫石和砂之間，破碎帶寬約20m。擠壓片理、揉皺及構造透鏡體非常發育，透鏡體長軸與主斷面平行且近直立（圖4c）。宿遷北新沂河Ⅰ級階地處斷層斷錯含姜結石的上更新統，形成約2 m寬的破碎帶，斷層在全新統灰黑色黏土中隱形，斷層影響至現代耕作土底部（圖4d）。重崗山段斷層陡坎高約1～2m，中新統下草灣組逆沖至全新統之上（圖4e），斷層帶寬小于0.5m，向下歸為1支主干斷層。

航片及野外實測結果表明安丘—莒縣斷裂南段表現為右旋走滑運動。露頭剖面顯不斷層為高傾角斷層，多為白堊系或新近系逆沖至上更新統或全新統之上，斷層最新活動表現為擠壓逆沖構造，這與區域現今NEE-SWW的主壓應力相耦合（程捷，萬天豐，1996；Zhu，Shi，2011；Liu et al，2015）。安丘—莒縣斷裂南段斷層露頭剖面均斷錯至地表，斷層明顯斷錯上更新統戚咀組和全新世統，是全新世活動斷層（圖4）。因此，郯廬帶安丘—莒縣斷裂南段在近地表表現為高傾角走滑斷層，同時兼有擠壓逆沖性質。

2.2 淺部構造特征

許漢剛等（2016）利用物探資料發現安丘一營縣斷裂南段的中部宿遷段在淺部由2支斷層組成，且2支斷層的活動性存在明顯差異。活動強的分支（F5-1）斷錯物探剖面內的全部同相軸，推測為全新世活動斷層；活動性相對較弱的分支F5-2）被一定厚度地層所覆蓋，沒有出露地表，推測可能為晚更新世活動斷層。綜合現有淺層地震資料（圖5）發現安丘—莒縣斷裂南段整體基本都是由2分支斷層組成，只是向南至泗洪重崗山地區后2分支斷層可能歸于山前的一條斷層。安丘一莒縣斷裂南段2分支斷層在淺部都表現為高傾角斷層，不同段落隨地形起伏變化，斷層的傾向也不同。受區域擠壓應力作用，剖面上2分支斷層各自表現為擠壓逆沖構造樣式。

如AQ3測線剖面中斷層斷錯了自下而上全部同相軸，由于2分支斷層的活動使得2個斷層間地層呈向上弧形，且斷層附近地層有明顯向上拖拽的現象。F5-1西側基巖埋深較淺，第四系很薄，而兩斷層之間則較深，推測可能在200～300m，斷層F5-2以東的基巖埋深則較穩定在100m以上。AQ5測線剖面中兩斷層附近繞射波發育，斷層附近地層表現為強烈彎曲變形。淺層物探資料結果顯示安丘—莒縣斷裂南段在淺部由2分支斷層組成，2分支斷層在淺部表現為高傾角斷層，向南至泗洪重崗山地區后歸于山前一支斷層。

2.3 鉆孔聯合剖面和探槽

綜合安丘—莒縣斷裂南段各測線顯示斷層特點、測線位置和測線周邊場地情況，分別沿AQ3測線和平行AQ5測線布設4排鉆孔聯合剖面，并在AQ3附近有條件的地方開挖一個古地震探槽。

2.3.1 沿AQ3測線的鉆孔聯合剖面和探槽

綜合測線AQ3周圍場地條件，沿測線布設了2排鉆孔聯合剖面和1個探槽（圖6）。

斷層F5-1的鉆孔剖面揭示王氏組逆沖至第四系之上（圖7）。布設鉆孔位置的瀝青路面比路北側的麥田高4m多，鉆孔剖面所揭露上更新統之上約4m多地層的測年結果明顯偏老，且測年結果存在倒轉現象，這可能與修路過程后期人為填土或修路時人為擾動等因素有關，因此在路北麥田中開挖探槽（圖6，8）。

探槽揭示宿遷組逆沖至第四系之上。探槽中識別的最新一次古地震事件是斷層斷錯層U9，形成斷層陡坎，后被層U10所覆蓋，層U10形成超覆的坎前堆積。據當地居民介紹，探槽周圍原有小沖溝和河道，因此帶來大量磨圓度較好的小礫石和少許砂堆積的層U10，層U10厚約20cm。利用被斷錯層U，的年齡，限定最新事件發生在（5.9±0.3）ka B.P.以后（圖8）。

關于斷層F5-2鉆孔剖面，在測線AQ3的樁號1920和2020的位置布設鉆孔H1h2#和H1h1#作為剖面西端和東端，參考對折定位方法（雷啟云等，2011：曹筠等，2015）在兩孔之間先后實施孔H1h3#，H1h4#，H1h5#，H1h6#。剖面長100m，最小孔間距7m，最大35m，單孔孔深最大162.2m，最小43.6m，累進進尺522.7m（圖6、9）。

在3#的63.5m和67.6m處揭示斷層（圖9），斷層表現為宿遷組逆沖至第四系之上，斷層帶主要是灰白色摻雜黃棕色砂質黏土。利用3#、5#、6#揭示的灰色黏土層（標志層B）并結合各層在鉆孔間的延伸趨勢和坡度變化判定斷層位置。斷層兩側各層隨深度增加而斷距不斷增大，層（11）底界在剖面整體變化不大，可作為斷層上斷點的上限（圖9）。

綜合測線AQ3、2排鉆孔剖面和探槽結果，限定該場地安丘—莒縣斷裂Fs，分支最新活動時間晚于（5.9±0.3）ka B.P.。

2.3.2 平行AQ5測線的鉆孔聯合剖面

綜合測線AQ5周圍場地條件，沿物探推測的斷層走向向南平移，在近平行于測線的位置布設兩排鉆孔聯合剖面（圖10）。

（1）斷層F5-1鉆孔剖面。在對應于樁號5670m和5760m的位置布設孔Nj1#和Nj2#作為剖面西端和東端，在兩孔之間先后實施孔Nj3#、Nj4#、Nj5#、Nj6#。剖面長90m，最小孔間距6m，最大30m，單孔孔深最大101m，最小39m，累計進尺447m（圖10、11）。

利用剖面中2套黏土層和2套砂層作為標志層（B1～B4）并結合各層在各孔之間的延伸趨勢和坡度變化，判斷斷層位于3#和6#之間。各層隨深度增加而斷距不斷增大，標志層B3頂、底界斷距分別為2.5m和4m，而層B4的斷距已達到11m。層B1的底界在3#和6#之間沒有斷距，可作為判斷斷層上斷點的上限（圖11）。

（2）斷層F5-2鉆孔剖面。在對應于樁號6720m和6 630m的位置布設孔N1j1#和N1j2#作為剖面的東端和西端，在兩孔之間先后實施孔N1j3#、N1j4#，Nlj5#、N1j6#。剖面長90m，最小孔間距5m，最大30m，單孔孔深最大114m，最小41m，累計進尺517m（圖10，12）。

在4#的56.3m處揭露斷層（圖12），剖面揭示斷層上、下盤巖性差別很大，2盤幾乎沒有可對比層位，這可能與安丘—莒縣斷裂南段走滑運動有一定關系。結合物探顯示斷層西傾，斷層下盤的幾個鉆孔揭露的地層坡度起伏不大，可以判斷斷層上端點位于4#和6#之間。層（19）的底界在4#和6#之間沒有變化作為斷層上斷點的上限（圖12）。

綜合物探和鉆孔、測年結果，限定該場地安丘—莒縣斷裂F5-1分支最新活動時代晚于距今約4800a； F5-2分支活動時代不早于（13473±41）a B.P.。

3 安丘—莒縣斷裂南段淺部構造樣式和晚第四紀活動特征討論

以區域巖性地層研究成果比對鉆孔剖面所揭露地層，圖9剖面揭露的層（12）質軟，可塑性好，應為全新統。層（8）～（11）富含鈣質結核和姜結石，層（7）明顯含砂量增加且向上是1套典型的旋回地層；層（6）開始出現紅棕色，且含砂量明顯增多，層（6）應為中更新統，其上地層為上更新統。圖11剖面的層（13）至地表都是含粉砂質，質軟黏土，應為全新統。層（4）（12）是2套典型的正旋回地層，為上更新統。層（3）之下地層主要以褐色為主，因此層（3）是中更新統的頂界。圖12剖面層（20）～（25）屬于質軟，含粉砂質的全新統。更新統上、下盤巖性差別較大，層（6）～（8）是典型的富含鈣質結核的上更新統，層（16）～（19）也是典型含鈣質結核，1套正旋回的上更新統。剖面其余地層則主要以褐色、棕紅色為主，為中更新統。

3個鉆孔聯合剖面的測年結果較好地符合地層年齡趨勢，進一步驗證地層單元的劃分，同時也為限定斷層晚第四紀活動性提供更加充足的證據。測線AQ3場地顯示斷層F5-1最新活動時代晚于距今5900a，斷層F5-2最新活動時代為晚更新世；測線AQ5場地顯示斷層F5-1最新活動時代晚于距今4800a，斷層F5-2最新活動時代明顯早于距今13.5ka。綜合地表露頭剖面、淺層地震勘探、鉆孔聯合剖面和探槽結果，限定郯廬帶安丘—莒縣斷裂南段斷層F5-1是全新世活動斷層，斷層F5-2是晚更新世活動斷層。

安丘—莒縣斷裂南段是區域重要的走滑調節斷層（萬天豐等，1996；張岳橋，董樹文，2008），走滑運動使得局部剖面的兩盤巖性地層不能很好地對比，如圖12中鉆孔剖面所示，局部露頭或剖面中可能顯示正斷或逆沖性質。結合區域第四紀尤其是晚第四紀以來的構造應力場情況，本文露頭剖面、鉆孔和探槽結果，郯廬帶安丘—莒縣斷裂南段在近地表表現為高傾角，局部近直立斷層。露頭剖面中白堊系和新近系逆沖至第四系之上，物探剖面斷層附近地層的拖拽現象，鉆孔剖面中部分地層顯示擠壓隆起構造樣式，因此斷層具有擠壓逆沖分量。由于安丘—莒縣斷裂南段2分支斷層存在明顯的活動性差異，在第四紀尤其晚第四紀時期的區域擠壓應力作用下，隨著斷層運動的不斷調整，2分支斷層表現為擠壓逆沖構造樣式。

綜合地貌、露頭剖面、淺層地震、鉆孔聯合剖面和探槽結果顯示郯廬斷裂帶安丘—莒縣斷裂南段表現為高傾角，局部近直立的右旋走滑斷層具有擠壓逆沖分量。

4 結論

通過野外地質地貌、淺層地震勘探、鉆孔聯合剖面和探槽古地震等多方法手段，由地表至淺部的系統論述郯廬帶安丘—莒縣斷裂南段的淺部構造格架和斷層晚第四紀活動特征，得出以下結論：

（1）郯廬帶安丘—莒縣斷裂南段在淺部是由2高傾角分支斷層組成，延伸至泗洪重崗山地區后2分支斷層可能歸于山前一條斷層。出露地表的分支斷層，以右旋走滑運動為主兼有擠壓逆沖分量，由于走滑運動使得局部露頭剖面的逆沖樣式表現地并不十分明顯；未出露地表的分支斷層在淺層地震和鉆孔剖面中都表現為逆沖性質，這些都與區域第四紀以來的主壓應力方向相耦合。

（2）郯廬帶安丘—莒縣斷裂南段2分支斷層晚第四紀活動性存在非常明顯的差異。通過地表露頭、淺層地震、鉆孔聯合剖面和探槽研究結果，斷層F5-1是全新世活動斷層，而斷層F5-2是晚更新世活動斷層。

野外工作期間得到宿遷市地震局單士敏副局長和朱紅處長的多方協調和幫助，地震動力學國家重點實驗室提供了樣品的測試服務工作，兩位審稿專家對本文提出了寶貴修改意見，在此一并表示感謝。

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