蘇北—濱海斷裂北段最新活動時代研究1

朱孟浩 閔 偉 劉金瑞 任治坤 馮英辭

1）中國地震局地震與火山災害重點實驗室，中國地震局地質研究所，北京 100029

2）中國科學院邊緣海與大洋地質重點實驗室，南海海洋研究所，廣州 510301

3）中國科學院南海生態環境工程創新研究院，廣州 510301

引言

蘇北-濱海斷裂位于南黃海濱海向蘇北陸區過渡地區，是中國東部沿海重要斷裂（許兵等，1984；田建明等，2004；王斌等，2008；李旭東等，2018；王恩惠等，2020），如圖1 所示。斷裂整體走向北西，根據幾何展布，可分為北段、中段和南段。沿斷裂帶及附近地區發生過十余次破壞性地震，其中最大地震為1927 年2 月3 日6?級地震，最近地震為1984 年5 月21 日南黃海6.2 級地震（王斌等，2008；王恩惠等，2020）。中強地震活動幾乎全部發生在南部坳陷內部，表明活動斷裂主要分布在南部坳陷，即蘇北-濱海斷裂中段和南段，但斷裂北段活動性仍不明確。本文利用小多道地震探測技術，對蘇北-濱海斷裂北段斷裂特征和活動性進行研究，為分析近海海域構造環境下的強震發生構造背景，并進行發震構造判定提供資料。

1 地質背景與研究進展

1.1 區域地質背景

研究區主要位于蘇北-南黃海盆地，處于華南板塊下揚子陸塊，是歐亞板塊與太平洋板塊相互作用的關鍵區域，新生代構造活動活躍，是我國東部中強地震多發區之一（崔敏等，2017）。蘇北-南黃海盆地是發育在中、古生界逆沖推覆體基底上的中新生界陸相盆地，由晚白堊世和新生代地層構成，其結構、規模和區域分布受逆沖推覆體控制。中生代以來，蘇北-南黃海盆地經歷了復雜的構造演化，晚侏羅世至早白堊世，蘇北－南黃海盆地內發育逆沖推覆構造體系；晚白堊世至古近紀，在太平洋板塊俯沖機制下，進入伸展盆地發育階段，包括晚白堊世坳陷盆地發育階段和古近紀斷陷盆地發育階段，顯示盆嶺構造特征；新近紀以來，在喜馬拉雅造山作用下，進入坳陷盆地發育階段，斷陷盆地整體沉降為大型坳陷盆地，廣覆以新近系和第四系地層（練銘祥等，2001；楊琦等，2003；劉東鷹，2010）。

更新世以來，南黃海陸架經歷了多次海退-海侵旋回，從而沉積了現今的南黃海西部地層。結合QC2地質鉆孔及相關文獻，對各時期沉積地層沉積相和沉積年代進行劃分。早更新世晚期，沉積地層為河流、濱岸沉積，末期發生1 次海侵，轉為濱海淺海相沉積。中更新世沉積地層發生2 次海侵事件，沉積了約30 m厚地層，海陸相沉積交替，沉積環境復雜。晚更新世沉積地層以海相沉積為主，地層厚約30 m，局部沉積粗顆粒物。全新世沉積地層沉積了海底面以下約20 m 厚地層，具海侵跡象（萬鵬等，2016）。

研究區內斷裂構造主要為北東向、北西向2 組，各組發育歷史、規模和性質等存在區別，在區域地質構造演化中的作用也不同。蘇北盆地內控凹陷斷層均為NE 向展布，如洪澤-溝墩斷裂、鹽城-南洋岸斷裂。南黃海盆地南部坳陷控凹斷層表現為NW 向展布，如蘇北-濱海斷裂（圖1、圖2）。資料表明，北東向斷裂總體活動水平相對較弱，并以張性斷裂為主，發生破壞性地震的概率較低；中部隆起區為構造穩定區，無破壞性地震記錄；南部坳陷和勿南沙隆起區屬地震多發區，地震強度屬長江中下游-黃海地震帶中最高。北西向蘇北-濱海斷裂是現今活動強烈的孕震構造，沿斷裂帶及附近地區發生過十余次破壞性地震，但地震均發生在斷裂中段和南段，北段活動性仍需進一步研究。

圖1 江蘇—南黃海地區地震構造Fig. 1 The main faults distribution in Jiangsu—South Yellow Sea region

圖2 蘇北—濱海斷裂及鄰區構造簡圖Fig. 2 Simplified geological map of the littoral fault zone and its adjacent region

1.2 研究進展

對于蘇北-濱海斷裂的認識較早，但對其幾何展布和斷裂特征的爭議較大，研究程度較低。許兵等（1984）通過地質、重力和航磁延拓資料分析，認為濱海斷裂為基底型斷裂，根據震中分布將斷裂劃為強活動斷裂。袁迎如（1988）通過斷裂處海底地形為長條狀洼地，認為是蘇北沿岸大斷裂（蘇北-濱海斷裂）近期活動的表現。1990 年頒布的l∶100 萬南通幅《前晚第三紀基巖地質圖》上，在距海岸15～30 km 處標注了濱海大斷裂位置，北段位于廢黃河口至射陽河口外約15 km 的海域；中段位于海豐農場海岸外30～40 km的暗沙-莊家沙一帶；南段位于呂四鎮東約19 km 處的海域，各段之間不連續分布，并呈右旋活動，截斷了數條北東向斷裂。陳新（1991）通過與蘇北海岸相平行的狹長帶內地震活動集中分布、震源機制解主破裂面及等震線長軸方向，結合海洋地質地貌，認為蘇北-濱海斷裂實際存在。高中和（2000）根據《前晚第三紀基巖地質圖》斷裂走向及3 處喜山期玄武巖分布，認為蘇北-濱海斷裂是控制了蘇北海岸線發育的北西向地殼斷裂，并根據海域地震活動強度、強震類型、活動周期及叢集性等明顯與陸地地震不同的特征，認為該斷裂是蘇北與南黃海新構造運動和現代構造運動的重要分界線，并結合CL8714 剖面補充了《前晚第三紀基巖地質圖》中不同段斷層空缺。田建明等（2004）通過對江蘇地區及南黃海海域歷史地震資料特點的分析，發現斷裂處地震活動頻度較高、強度較大，認為濱海大斷裂控制蘇北-南黃海盆地及其內部構造發生雙震型和震群型地震序列。黃耘等（2008）通過地震重定位，發現蘇北-濱海斷裂兩側地震活動存在明顯不同，斷裂東側海域較西側陸地地震密集、小震活躍，認為北西向大斷裂（蘇北-濱海斷裂）構造可能對北東向斷裂和地震活動具有控制作用。王斌等（2008）根據CL8714 剖面處理結果，分析偏移剖面、迭加剖面及相位剖面，認為該斷裂帶切割了第四紀地層上部層位，據此判斷該斷裂帶由數條斷裂組成，為全新世活動斷裂帶。并根據地震活動討論其幾何分段上的活動性，認為中段和中南段活動性強，北段為地震空區。李旭東等（2018）通過分析地震分布特征，認為NW 向蘇北-濱海斷裂作為主要發震斷裂，控制了該區的地震活動。王恩惠等（2020）通過雙差定位法對鹽城地區小震重新定位，認為區域內蘇北-濱海斷裂活動性最強，發生多次破壞性地震。

綜上所述，已有學者認為蘇北-濱海斷裂為北西向全新世活動斷裂，且活動性強。但北段活動性與中段可能存在差異，對其研究不足。本文采用小多道地震探測技術，對蘇北-濱海斷裂北段斷裂特征與活動性進行研究。

2 數據獲取與分析

2.1 研究方法

對于海域活動斷裂，通常采用以下方法進行探測和研究：利用潛水探查船對不同深度海域進行海底考查，利用地震反射技術探測活動斷裂，利用聲波反射技術探測晚第四紀最新活動斷裂（鄧起東等，2002）。本研究采用小多道地震探測技術，對蘇北-濱海斷裂北段活動性進行調查。小多道地震探測技術具有精度高、分辨率高、信噪比高、穿透能力強、干擾源少等特點（邢磊，2012；趙成彬等，2011；李小軍等，2020；吳德城等，2020），適應于研究區地質條件。

根據調查區域水深及斷裂走向，為探測斷裂北段活動時代，布設測線YC2、YC5，測線長度分別為48 km和42 km（圖1、圖2）。

本次調查采用24 道小多道地震采集系統，道間距為3 m，地層分辨率為30 cm，可滿足淺部高精度調查需求。震源系統采用GEO 電火花震源，根據調查區水深和探測深度，采用800 J 能量，既能滿足探測深度需求，又能減少水深較淺導致的多次波現象。觸發時間間隔為1 s，采樣率為10 000 Hz，電纜和震源沉放深度為0.4 m。

從數據采集效果來看，地震數據信噪比較高，穿透約200 ms，深度在170 m 左右，但調查區水深較淺（10～20 m），剖面記錄上仍存在較強多次波。

數據處理重點提高地震數據信噪比和壓制多次波，具體流程如下：原始數據導入→建立觀測系統→振幅校正→濾波→速度分析→動校正→疊加→疊后時間偏移→自適應減法壓制多次波→信號增強。

由處理后的小多道地震剖面可知，多次波壓制較好，深部層信息得到較清晰的地層結構，可為后期開展活動斷裂分析提供數據支持。

2.2 數據分析

2.2.1 地震反射界面和地震單元

研究區有大面積淺層氣分布，淺層氣大部分地震反射特征為大面積聲學空白，即上部連續的較強反射界面完全屏蔽下部地層地震信號形成的大片屏蔽區。區內存在的淺層氣切斷了地層連續性，為地震資料解釋工作帶來一定難度。對研究區獲得的淺地層剖面數據進行濾波和增益處理后，運用地震地層學方法，通過判別削蝕、頂超、上超和下超等地震單元接觸關系（趙月霞，2003），識別出一系列由區域內連續可追蹤的同相軸確定的不整合或假整合地震反射界面T0～T3。

T0 為海底反射界面，即水下巖土與水體分界面，以強振幅、高能量、高連續性為特征，其起伏形態反映了海底地形變化。

T1 為強振幅、中高連續性反射界面，起伏變化明顯，可見強烈的潮流切割侵蝕現象，大部分地區可連續追蹤對比。該界面構成了海底面下地震單元界面，廣布于本區，界面以下地層常受削截和侵蝕切割作用。

T2 為中強振幅、連續性較好的反射界面，界面較平坦，對下伏地層侵蝕削截作用十分明顯，界面上、下地層結構明顯不同。

T3 具有較弱振幅和較高頻率，層連續性好，起伏變化明顯，基本能在全區追蹤，但很多地方受后期改造已不連續。

依據上述不整合面，將反射剖面同研究區內的鉆孔QC2 資料進行對比。該孔位置34°18′N，122°16′E，所處平均水深為49.05 m，孔深108.83 m，是南黃海地區較深且采取率較高的孔井，由青島海洋地質研究所于1984 年5 月鉆得，用于查明南黃海第四紀地層及海陸對比，具有較完整的地層層序和較精確的ESR 測年數據，可作為南黃海地層對比和古環境研究主體資料（陶倩倩，2009）。為此，采用該鉆孔資料判別可識別的反射界面。盡管QC2 所在構造單元為隆起區，斷裂活動相關盆地部分在南部坳陷內，但第四系以來區域內無大的構造運動（楊琦，2003；劉東鷹，2010），因此認為QC2 所揭示地層與測區地層層序相似，可用QC2 資料進行地層對比。由于沉積環境不同，可能造成沉積厚度差異。結合地震反射波組連續性、頻率、振幅、內部結構特征及外部反射形態對研究區地震地層進行仔細跟蹤對比，共劃分出4 個地震地層單元（圖3），由新至老依次命名為U1、U2、U3、U4。

圖3 鉆孔QC2 柱狀圖與測線YC5 剖面對照Fig. 3 Comparison of core QC2 and the profile of YC5

U1 單元位于反射界面T0、T1 之間，為地層剖面所揭示的最上部層序，為全新世以來形成的海相沉積。由于受海底地形變化和現代潮流運動影響，該層聲學反射波特征和區域分布在橫向上具有較大變化。全新世沉積物在南黃海近海分布總體呈近岸厚、遠岸薄的特點，該層向東延伸，逐漸與海底重合，層內反射呈平行層狀或斜交“S”形進積層理，聲學相位連續清晰，向東傾斜。

U2 單元在研究區廣泛分布，為晚更新世沉積，包括2 次海陸沉積旋回，從上而下分為：末次冰期時形成的陸相沉積，可分辨出古河道、古湖泊、古洼地及古風化殼等陸相沉積；晚更新世晚期形成的海相地層，低振幅，低能量，高連續性；晚更新世中期形成的雜亂充填結構陸相沉積；晚更新世早期形成的低振幅、高連續性區域性海相沉積。

U3 單元為中更新世沉積地層，內部層位可細分為地震相雜亂中更新世末期陸相地層；連續性強、振幅中等、具有較大厚度的中更新世晚期海相地層；層內為雜亂相反射中更新世中后期陸相地層；振幅中等、連續性較強的中更新世中期海相地層。

U4 單元為早更新世晚期海相沉積，基本為連續成層地層，近岸為三角洲前緣相沉積環境，可見前積反射特征，依據反射特征的不同，可分為上下2 個亞層。上層連續性中等、振幅較高，具有潮間帶及潮下帶淺海地震相特征；下層連續性好、振幅很低、呈平行結構，明顯為淺海相沉積。

對南黃海QC2 孔33 個樣品進行石英砂測年研究，獲得基本正常的年代序列。根據地層剖面與鉆孔剖面的對比（楊繼超，2014），地層單元地質時代劃分如表1 所示。

表1 地層單元地質時代劃分Table 1 Seismic unit age and era division table

2.2.2 斷裂識別結果

地震剖面上的斷層特征與地質剖面特征相對應，一般情況，地層錯斷反射波同相軸發生錯斷，地層破碎帶地震波同相軸發生畸變或出現反射空白帶。根據反射波同相軸發生錯斷、形狀突變、分叉或合并及數目突然增加、減少或消失等一般識別特征，對本次采集的地震剖面逐個進行斷層解釋，共識別出10 個斷點（表2）。其中，YC5 測線上識別出7 個斷點（圖4），YC2 測線上識別出3 個斷點（圖5）。

圖4 YC5 測線斷裂解釋Fig. 4 Interpretation of the profile of YC5

圖5 YC2 測線斷裂解釋Fig. 5 Interpretation of the profile of YC2

表2 剖面識別斷點Table 2 List of profile recognition breakpoints

將斷點位置投影至圖2 上，發現斷點分布相對密集。將斷點F1 和F8、F2 和F9、F3 和F10 分別相連，可得到數條近平行的斷裂，這些斷裂寬度在4 km 內，走向149°～150°，傾向北東，斷點處傾角55°～75°。已有研究主要根據海底地形、小震精定位后地震活動分布及深部資料等推斷蘇北-濱海斷裂大致走向和位置，本研究通過小多道地震探測確定的斷裂位置，與已有研究標注和描述的蘇北-濱海斷裂走向和位置大致一致（許兵等，1984；高中和等，2000；田建明等，2004；王斌等，2008；李旭東等，2018；王恩惠等，2020）。測線剖面上未見其他明顯斷點，結合區域構造，認為F1、F2、F3、F4、F8、F9、F10 反映的斷層為蘇北-濱海斷裂北段，為平行斷裂組成的斷裂帶；F5、F6、F7 反映的斷層為鹽城-南洋岸斷裂在海域的延伸。

3 蘇北-濱海斷裂北段最新活動時代

由于調查技術手段不同，利用已有研究成果進行斷裂比對，既可促進斷裂構造的綜合研究，同時也可驗證本次斷裂構造解釋結果的準確性和可靠性。然而，根據不同研究資料或研究者得到的斷層名稱、空間位置及斷層特征有所差異。此外，較大規模的斷裂存在分段性，不同區段斷裂走向和傾角有所變化，甚至出現傾向或斷層性質相反的情況，且同一斷裂并非只有1 個斷面，往往由多條走向相同的次級斷層組成，這給斷裂有效比對帶來較大困難，需利用各種資料進行多方面綜合分析與判斷。

受淺層氣及其他因素影響，部分區域出現聲學空白區，同相軸連續性較差，但在2 條測線地震剖面上，仍可較好地識別出斷點（圖6、圖7）。地震剖面揭露的斷裂帶位于蘇北-濱海斷裂北段，斷裂帶在YC5、YC2 測線上均有反映（圖4、圖5）。從剖面上來看，YC5 測線上F2、F3 上斷點均錯斷至T2 界面以上，但未錯斷T1 界面（圖6（b）、表2），即在晚更新世仍有活動。F1、F4 上斷點均未錯斷至T2 界面，F1 上部可能為古河道，斷裂在古河道底部，未錯斷至U2 單元；F4 處地震相較雜亂，根據上斷點位置，應未延伸至U2 單元，至少未延伸至U2 單元中部（圖4、圖6（b））。YC2 測線上斷點F9 錯斷至T2 界面以上，即晚更新世地層。盡管上部T1 界面出現異常，但上斷點上方同相軸已連續，因此認為T1 界面異常不是斷層造成的，可能受探測深度或潮流沙變化影響（圖7（b）），F8、F10 均未錯動至T2 界面以上（圖5、圖7（b））。結合2 條測線地震反射剖面，斷裂未切入全新世地層，最新活動時間應為晚更新世，全新世以來無斷裂活動。2 條測線具有較好的一致性，揭示了蘇北-濱海斷裂北段可能為晚更新世活動斷裂。

圖6 YC5 地震成像剖面及解釋（局部）Fig. 6 Part of the profile of YC5 and its interpretation

圖7 YC2 地震成像剖面及解釋（局部）Fig. 7 Part of the profile of YC2 and its interpretation

綜合分析認為，蘇北-濱海斷裂北段為晚更新世活動斷裂。

4 結語

利用小多道地震探測技術，對蘇北-南黃海盆地北部進行探測，結合鉆孔資料對地震剖面進行地層劃分，識別出T0、T1、T2、T3 反射界面，將研究區第四紀地層劃分為U1、U2、U3、U4 地震層序，分別對應全新世、晚更新世、中更新世和早更新世地質時期。

在地震剖面上識別出10 個斷點，通過對照區域地質構造，分別屬于蘇北-濱海斷裂和鹽城－南洋岸斷裂。根據各斷點所在地震剖面地震層序分析，斷層最新活動時代屬于中更新世或晚更新世，全新世停止了活動。

通過對收集資料和采集剖面斷層活動的分析，認為蘇北-濱海斷裂北段為晚更新世活動斷裂。