粵東濱海斷裂帶第四紀活動特征研究1

李 峰 環(huán)文林

1）中國地震災害防御中心，北京 100029

2）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

引言

東南沿海濱海斷裂帶是1 條活動強烈的地震構造帶，華南沿海歷史上發(fā)生的強震多與該帶的活動密切相關（陳恩民等，1984；魏柏林，2001），如1600 年南澳7 級地震、1604 年泉州海外7?地震、1918 年南澎7.3 級地震等，均發(fā)生在該帶，其中粵東濱海斷裂帶是其重要組成部分。部分學者認為粵東濱海斷裂帶是重要的海陸構造分界線，同時也是東南沿海火山巖帶與珠江口外坳陷分界線，但對于其展布位置，長期以來存在不同看法，對斷裂幾何結構和最新活動時代的認識缺乏系統(tǒng)研究。以《中國巖石圈動力學地圖集》（《中國巖石圈動力學地圖集》，1989）為代表的“廣東省地震構造圖”中標示的濱海斷裂位置，大致平行于海岸線連續(xù)分布，距離海岸25～30 km，該位置相當于李唐根等（1992）推測的南澳-香港斷裂帶分布范圍。梁德華（1982）明確了劉以宣（1981）提出的珠江口拗陷北緣斷裂為粵東濱海斷裂的看法，并指出廣東陸地上發(fā)育一系列走向NE30°～NE40°的壓性斷裂，當其一旦延伸至沿海海域，即被阻隔在北東東向的珠江口盆地坳陷北緣斷裂帶以北，從而建立了有別于陸地和近海的北北東-北東向新華夏系“北東東向南海系”。中科院南海海洋研究所等單位通過研究南海北部深地震反射剖面，證實南澳濱海附近海陸兩側地殼結構確實存在明顯差異和不協(xié)調性，并認為這種現(xiàn)象是由區(qū)域深大斷裂-濱海斷裂帶引起的（趙明輝等，2003）。近年來，多數(shù)研究者已傾向于認為珠江口盆地北緣斷裂為粵東濱海斷裂，如丁原章等（1995）、詹文歡等（1996）、欒錫武等（2011）、國土資源部廣州海洋地質調查局編制的《汕頭幅（1∶100 萬）海洋區(qū)域地質調查與編圖報告》（1999）、廣東省地震局編制的《廣東省地震構造圖集》（魏柏林，2000）等，均基本認為珠江口北緣斷裂為濱海斷裂，其位置距海岸40～70 km。

考慮粵東濱海斷裂帶展布位置、構造性質和活動時代對相關潛在震源區(qū)劃分與地震危險性分析、粵東沿海重大工程選址等均有重要影響，本文結合近年來南海北部海域地質地貌、地震反射剖面、深部探測、地震活動等的研究成果，對粵東濱海斷裂帶第四紀活動特征開展綜合分析。

1 斷裂深部構造背景

近年來，中國科學院南海海洋研究所、國土資源部廣州海洋地質調查局（原地質礦產(chǎn)部第二海洋地質調查大隊）、石油部門、地震部門等，從不同角度對南海北部大陸架及其周圍地區(qū)地殼結構進行大量研究。濱海斷裂帶海洋一側與陸地一側地殼結構特征明顯不同，華南沿海地區(qū)中地殼厚度（18 km）較下地殼厚度（12 km）略大，而南海東北緣地殼結構則不同，ESP-E 剖面（Nissen 等，1995）上地殼厚度（6 km）小于下地殼厚度（21 km），OBS-Ⅱ剖面（Chen 等，1998）上下地殼厚度相當（10 km），說明上地殼物質占總地殼物質的百分比與華南沿海地區(qū)明顯不同，具有陸殼向洋殼轉換的過渡地殼特征。2001 年8 月，中科院南海海洋研究所與廣東省地震局、臺灣海洋大學等單位合作，在南海東北部完成了海陸聯(lián)合深地震探測（丘學林等，2003），聯(lián)合測線垂直于濱海斷裂帶構造走向，總長500 多千米，探明了上下連續(xù)的低速破碎帶，根據(jù)其所在位置及地球物理特征，推測為濱海斷裂帶。斷裂帶兩側地殼結構不同（圖1），北側具有陸殼結構典型特征，上地殼下部存在低速層；南側為減薄型陸殼，局部地區(qū)可能發(fā)育下地殼高速層，是低、高速層發(fā)生明顯變化的分界斷裂（趙明輝等，2004）。

圖1 南海東北部海陸聯(lián)測濱海斷裂帶地球物理特征剖面及地殼結構剖面Fig. 1 Geophysical profile (upper) and crustal structure profile (lowwer) of the coastal fault zone from land Sea joint survey in the northeast of the South China Sea

郝天珧等（2011）進一步以南海重磁數(shù)據(jù)為基礎，以多道地震、OBS 探測剖面和地震層析成像結果為約束，通過正、反演擬合，構建了多條深部物性結構剖面。南海北部陸緣珠江口盆地自北部斷階帶至南部隆起區(qū)一帶的地殼中存在下地殼高密度（2.92 g/cm3）層，與前人提出的下地殼高速層位置基本一致，推斷高密度層與淺表巖漿巖一樣，是侵入火山巖在海底擴張后陸緣裂解過程的產(chǎn)物，本研究區(qū)巖漿活動相對于粵西地區(qū)更活躍。

根據(jù)南海東北部航磁異常符號、強度、梯度、形態(tài)、走向及組合關系等，珠江口外至臺灣海峽沿濱海斷裂存在磁場分區(qū)界線，此界線以北為劇烈變化磁場區(qū)，以南為低值寬緩變化磁場區(qū)，如圖2 所示，圖中等值線單位為nT。這意味著兩者之間可能存在1 條具大地構造分區(qū)作用的區(qū)域性大型斷裂帶，其兩端已延出本區(qū)域外，總長超千米。沿該帶有一系列僅東西向展布的局部磁異常呈雁列狀排列，可進一步推測該斷裂帶具有走滑活動性（國土資源部廣州海洋地質調查局，1999）。南海東北部空間重力異常背景總體呈西北低（以負值為主）、東南高（以正值為主），異常走向（軸向）以北東-北北東向為主如圖3 所示，圖中等值線單位為mGal，濱海斷裂以北為閩粵大陸東南部短波長局部異常區(qū)，以南為臺灣海峽-珠江口拗陷區(qū)長波長寬緩負異常帶，重力負異常中心線大致對應磁場分區(qū)線（即濱海斷裂帶）。

圖2 南海東北部磁異常平面圖Fig. 2 Plane map of magnetic anomaly (Δ T) in northeastern South China Sea (isoline unit: NT)

圖3 南海東北部空間重力異常圖Fig. 3 Spatial gravity anomaly map of northeast South China Sea (isoline unit: MgAl)

2 斷裂幾何展布

根據(jù)深部構造資料，粵東濱海斷裂帶位于珠江口外拗陷北緣，即珠江口盆地北緣。珠江口盆地是以新生代沉積為主的大型盆地（龔再升等，1992），走向北東東，長800 km，寬100～300 km，盆地規(guī)模達15 萬km2，新生代沉積厚度達10 000 m 以上，沉積速率0.12～0.25 mm/a。主要被北東東向斷裂帶控制，斷裂活動以正傾滑為基本特征。1982 年，中海油海洋研究中心將珠江口盆地以新生界1 000 m 等厚線圈定的盆地內部劃分為三隆三坳，加上盆地以北的萬山隆起，共7 個新構造單元，呈北東東向分布，自北向南為萬山隆起、北部斷階、珠一坳陷、珠二坳陷、珠三坳陷、東沙隆起和神狐暗沙隆起，如圖4 所示（龔再升等，1992）。本研究區(qū)內主要包括萬山隆起、北部斷階、珠一坳陷和東沙隆起。

圖4 珠江口盆地新構造單元劃分示意圖Fig. 4 Division of Neotectonic units in the Pearl River Mouth Basin

上述根據(jù)磁力和重力異常推導的粵東濱海深大斷裂帶，正好位于珠江口外拗陷北緣及臺灣海峽坳陷帶西側，說明珠江口盆地北緣斷裂帶是粵東濱海斷裂帶新生代活動的直接表現(xiàn)。由于該斷裂帶的存在及其長期活動，奠定了珠一坳陷雛形，然后沿斷裂帶進一步拉張形成統(tǒng)一的坳陷帶。因此與坳陷帶方向不協(xié)調的表層新生代斷裂可視為與濱海深大斷裂帶呈雁列狀排列的關系。

珠江口盆地內斷裂按其展布方向，主要可劃分為北東-北東東向、北西-北西西向和近東西向。其中北東-北東東向斷裂分布在珠江口盆地南、北緣，是控制珠江口坳陷盆地的主要斷裂帶，主要形成于新生代早期的斷陷作用，控制古近系沉積，第四紀以來仍較活躍，是主要的強震發(fā)生帶。北西-北西西向斷裂形成時間同北東-北東東向斷裂，可能是北東-北東東珠江口裂谷斷陷時期的轉換斷層，控制了珠江口斷陷盆地東西方向分塊差異。東西向斷裂分布在盆地西南部，控制珠江口南部盆地的形成與發(fā)展。這些斷裂控制了后期新近系蓋層構造特征差異，并影響了區(qū)內第四紀沉積、海域地貌形態(tài)、岸線形態(tài)、水系分布和地震活動等（國土資源部廣州海洋地質調查局，1999）。

粵東濱海斷裂帶由多條次級斷裂斜列組合而成（圖5），走向北東東-北東，整體傾向東南，局部傾向北西，傾角較陡。各次級斷裂間被北西向-近東西向斷裂分隔，可分為南澳海外段（F8-1）、汕頭海外段（F8-2）、陸豐海外段（F8-3）、汕尾海外段（F8-4）和擔桿島海外段（F8-5）。

圖5 粵東濱海斷裂帶及地震勘探剖面位置示意圖Fig. 5 Location of coastal fault zone and seismic exploration section in eastern Guangdong

3 斷裂第四紀活動特征

本研究收集了分布于南海東北部海區(qū)的人工地震反射剖面，對粵東濱海斷裂帶第四紀以來活動特征加以分析。主要的海洋地質調查資料來源于國土資源部廣州海洋地質調查局（原地質礦產(chǎn)部第二海洋地質調查大隊）完成的《汕頭幅（1∶100 萬）海洋區(qū)域地質調查與編圖報告》（1999）、《南海珠江口盆地海洋工程地質調查報告（1∶20 萬）》（1990）、《中國海區(qū)及鄰域地質地球物理特征》（劉光鼎，1992）及中國科學院南海海洋研究所等（1989）、中國地震局地球物理研究所（2006-2009）等單位組織完成的專題研究成果，其主要測線分布位置如圖5 所示。

分析方法以《南海珠江口盆地海洋工程地質調查報告（1∶20 萬）》為例，通過應用高分辨率淺層剖面儀、單道地震系統(tǒng)和多道地震系統(tǒng)等物探方法，可查明海底以下100 m 左右深度范圍內的淺層地質結構，并了解1 000 m 深度以內的地質概況。其中，淺層剖面儀主要查明全新世和晚更新世地層上部斷裂活動情況；單道地震系統(tǒng)較淺層剖面儀具有較大的穿透能力，可查明第四紀分層和中更新世-全新世斷裂錯斷層位、錯距等；多道地震系統(tǒng)具有較高的分辨率和更大的穿透深度，可查明第四紀、新近系分層和斷層活動情況。因而綜合3 種儀器能夠滿足海底地層層序的劃分，查明活動斷層分布和錯斷最新地層情況。由上述3 種儀器觀測結果綜合得到研究區(qū)地震震相界面劃分與第四紀層序劃分，如表1 所示（地質礦產(chǎn)部第二海洋地質調查大隊，1990）。

表1 珠江口盆地第四紀層序劃分與地震反射界面對比表Table 1 Quaternary sequence division and seismic reflection interface correlation in the Pearl River Mouth Basin

由圖5 可知，位于珠江口盆地北緣的粵東濱海斷裂帶由多條較大的正斷裂斜列組合而成，總體走向N60°E，傾向SE，分別對應珠一坳陷的5 個次級坳陷。該斷裂帶主要控制古近紀沉積，新近紀以來活動逐漸減弱。據(jù)地質礦產(chǎn)部第二海洋地質調查大隊（1990）人工地震勘探資料，古近系底面落差1 000～3 000 m，中新統(tǒng)上段底面落差在100 m 以內。該斷裂帶大體上沿40～50 m 海水等深線展布，水下聲吶探測顯示沿斷裂存在明顯海底地貌變化，并控制了兩側地貌和第四紀的發(fā)育，該斷裂帶第四紀期間具有明顯活動。

3.1 濱海斷裂帶南澳海外段（F8-1）

根據(jù)中國科學院南海海洋研究所等（1989）的研究成果，粵東韓江口外1932 號、L8901 號人工地震反射剖面揭示了濱海斷裂帶南澳海外段（F8-1）的構造特征。該斷裂已成為新生代強烈沉陷的盆地西界，且在地殼表層表現(xiàn)為正斷傾滑性質（圖6）。但根據(jù)震源機制解-主壓應力的優(yōu)勢軸向和GPS站點位移矢量方向均為北西西向的情況，可推斷濱海斷裂具有右旋走滑-逆傾滑性質。根據(jù)斷裂兩側鉆孔資料分析與對比估算，晚更新世末以來，濱海斷裂東盤下降了20～30 m，公元1600 年以來發(fā)生過至少2 次M≥7 級大地震，現(xiàn)代地震記錄顯示沿該斷裂帶為現(xiàn)今小震活動相對密集帶，于晚更新世-全新世有強烈活動。

圖6 粵東韓江口外1932 號人工地震反射剖面Fig. 6 No. 1932 artificial seismic reflection profile outside hanjiangkou, eastern Guangdong

L8901 號人工地震反射剖面（圖7）位于珠一坳陷東北端（或稱韓江凹陷），跨閩浙斷隆和珠一坳陷。在斷隆區(qū)，上新統(tǒng)-第四紀直接覆蓋在前新生界地層上，厚約100 m，Tg 界面近水平；東段基底發(fā)生大規(guī)模斷落，斷距近200 m，其內發(fā)育近千米新近系地層。

圖7 L8901 號人工地震反射剖面Fig. 7 No. L8901 artificial seismic reflection profile

3.2 濱海斷裂汕頭海外段（F8-2）

汕頭海外1889 號人工地震反射剖面（圖8）和H1 剖面位于珠一坳陷東北端，跨東山隆起和珠一坳陷，坳陷沉積厚度約3 000 m。地震剖面可劃分為3 個層組，從剖面上看，濱海斷裂未穿過第四紀早期地層。綜合認為汕頭海外段（F8-2）斷裂最新活動時代為第四紀早期。

圖8 汕頭海外1889 號人工地震反射剖面（局部）Fig. 8 No. 1889 artificial seismic reflection profile of Shantou overseas (local)

3.3 陸豐海外段（F8-3）

由一系列NEE 走向正斷層組成，構成傾向南東的一組斷階，傾角50°～70°，斷距變化較大，由深層向淺層逐漸減小。斷裂兩端分別被NWW 向珠一坳陷中部北西西向斷裂（F23）和臺灣淺灘西南斷裂（F24）所截，延伸長度約130 多千米。

本段因缺乏有效的淺層地震剖面，故綜合區(qū)域新構造活動背景及相鄰F8-4 活動特征，推斷F8-3 最新活動時代為晚更新世早期。

3.4 汕尾海外段（F8-4）

由走向NEE、傾向南東的1 組斷階組成，斷裂兩端均被NWW 向珠一坳陷中部斷裂所截，延伸長度約60 多千米，在ZD60 測線多道地震剖面上，如圖9、圖10（b）所示（地質礦產(chǎn)部第二海洋地質調查大隊，1990），T2層斷距為140 m，向上至T13 斷距為30 m，顯示在第四紀早中期F8-4-1 斷層仍有活動；在單道地震剖面上（圖10（a））（地質礦產(chǎn)部第二海洋地質調查大隊，1990），F(xiàn)8-4-1 斷錯R4界面，綜合分析其最新活動時代為中更新世晚期-晚更新世早期。

圖9 多道地震測線ZD-60 顯示的F8-4-1 斷裂Fig. 9 F8-4-1fault revealed by multi-channel seismic line zd-60

圖10 ZD-60 測線單道、多道地震解釋剖面Fig. 10 Single channel and multi channel seismic interpretation profiles of the zd-60 line

3.5 擔桿島海外段（F8-5）

總體上由自北而南的3 組NEE 向一系列平行正斷層組成，斷裂帶寬達30～60 km，長70 多千米。其中每組斷裂又由數(shù)條更次一級斷層組成，均為斷面南傾的正斷層。

F8-5-1 分布擔桿列島東南外海，為單道和多道地震資料同時揭示的1 條斷層，分布在ZD00～ZD24測線上，呈近東西向弧形展布，傾向南東。ZD00 測線單道地震勘探結果（圖11）顯示該斷層錯斷R4、R3界面，最大斷距16 m，顯示其最新活動時代為晚更新世早期；在多道地震資料上顯示基底大斷裂性質（圖12），南盤為下降盤，北盤為上升盤，見花崗巖，由深至淺斷距逐漸減小，T2層斷距達480 m，T12 層斷距15 m，控制珠江口盆地新生代沉積。

圖11 ZD00 測線單道地震解釋剖面Fig. 11 Single channel seismic interpretation profile of the zd-00 line

F8-5-2 走向東西，傾向南，傾角58°，多道地震剖面顯示（圖12），第三系最大錯距100 m、錯斷最高層位T11，單道地震剖面顯示錯斷晚更新世的底界R3界面，表明該斷層最新活動時代為晚更新世早期。

圖12 ZD00 測線多道地震解釋剖面Fig. 12 Multi -channel seismic interpretation profile of the zd-00 line

F8-5-3 走向東西，傾向南，傾角65°。多道地震剖面顯示（圖10（b）），錯斷層位為T1-T2，最大錯距50 m，單道地震剖面顯示錯斷R3界面（圖10（a）），最大錯距15 m，表明該斷層最新活動時代為晚更新世早期。

根據(jù)以上分析，F(xiàn)8-5 最新活動時代為晚更新世早期。

4 結論與建議

綜合南海東北部地球物理研究成果，粵東濱海斷裂帶兩側地殼結構不同，北側具有陸殼結構典型特征，南側為減薄型陸殼，是低、高速層發(fā)生明顯變化的分界斷裂。受濱海斷裂帶控制的珠江口盆地位于南海北部陸緣區(qū)，是海底擴張后陸緣裂解過程的產(chǎn)物。由磁力和重力異常推導的粵東濱海深大斷裂帶位置，說明珠江口盆地北緣斷裂是粵東濱海斷裂帶新生代活動的直接表現(xiàn)。由于該斷裂帶的存在及其長期活動，奠定了珠一坳陷雛形，然后沿斷裂帶進一步拉張形成統(tǒng)一的坳陷帶，斷裂在地殼表層主要表現(xiàn)為正斷傾滑運動性質。

淺層人工地震反射剖面反映，粵東濱海斷裂帶由多條較大的正斷裂斜列組合而成，總體走向N60°E，傾向SE，其分段分別對應珠一坳陷的5 個次級坳陷。該斷裂帶主要控制古近紀沉積，新近紀以來活動逐漸減弱。斷裂帶大體上沿40～50 m 海水等深線展布，水下聲吶探測顯示沿斷裂存在明顯海底地貌變化，并控制了兩側地貌和第四紀的發(fā)育，第四紀期間具有明顯活動。其中，濱海斷裂帶南澳海外段（F8-1）為全新世活動斷裂，也是歷史強震活動帶和現(xiàn)今小震活動的相對密集帶；汕頭海外段（F8-2）為早第四紀斷裂；陸豐海外段（F8-3）、汕尾海外段（F8-4）與擔桿島海外段（F8-5）為晚更新世活動斷裂。

上述結論已應用于粵東沿海多個重大工程選址與地震區(qū)劃工作中，對于科學評價華南沿海地區(qū)地震危險性、全面認識區(qū)域地震構造特征具有重要價值。

需注意，濱海斷裂帶南澳海外段（F8-1）展布位置受地震活動帶的影響，推測其局部已位于珠江口盆地以外，但迄今為止尚未取得可靠的淺層探測剖面控制，因此該斷層段可靠位置與活動特征有待進一步研究驗證。

另外，粵東濱海斷裂帶被北西向斷裂切割為多段，受新生代后期來自本區(qū)東側強烈擠壓作用，推動基底斷塊沿北西向斷裂發(fā)生大規(guī)模左行活動形成。因此，北西向斷裂可視為珠江口盆地裂谷斷陷時期的轉換斷層，控制新生代沉積，也控制了珠江口斷陷盆地東西向分塊差異，部分較大規(guī)模斷裂的表層斷裂向上斷錯至海底，屬全新世活動斷裂。相比之下，北東向粵東濱海斷裂帶主要控制古近紀沉積，新近紀以來活動已逐漸減弱。考慮在海域地震記錄有限的背景下，北西向活動斷裂可能是強震發(fā)震構造，對區(qū)域地震危險性分析產(chǎn)生較大影響，而目前針對與濱海斷裂帶相關的北西向斷裂活動性研究還很薄弱，應在今后的相關工作中給予重視。

在海域斷裂活動性分析中，綜合應用高分辨率淺層剖面儀、單道地震系統(tǒng)和多道地震系統(tǒng)，可查明海底以下從100 m 深度以內的地質構造特征，能夠滿足海底地層層序劃分，查明活動斷層分布及其錯斷的最新地層，是分析海域活動構造特征的有效手段，可作為海域斷裂活動性探測的推薦方法。此外，海域第四紀地層時代劃分也是確定斷層活動時代的關鍵依據(jù)，今后詳細分辨粵東濱海斷裂帶活動特征時，需收集更多的海域鉆孔地層資料作為佐證。

致謝 感謝中國地震局地球物理研究所時振梁研究員、潘華研究員、陳文彬副研究員、宋毅盛副研究員、李金臣副研究員，中國地震局地質研究所周本剛研究員，中國地震災害防御中心吳健研究員等專家的悉心指導和全力協(xié)助，感謝審稿專家提出寶貴意見和建議。