鎮江地區主要NW向斷裂的第四紀活動性

張 鵬 許 奎 范小平 張媛媛 汪 勇 郝景潤

(南京工業大學，交通運輸工程學院，南京 210009)

0 引言

鎮江市及周邊地區曾經發生過多次破壞性地震，這些地震多發生在NW向斷裂與近EW向幕府山-焦山斷裂的交會部位(圖1)。過去針對鎮江地區NW向斷裂的活動性研究非常有限：苗巧銀等(2016)通過地震剖面、野外考察等工作推測五峰山-西來橋斷裂第四紀以來有過活動，而對丹徒-建山斷裂的第四紀活動性尚無針對性研究。淺層地震勘探方法具有分辨率高和探測結果可靠等優點，近年來在江蘇地區的城市活動斷層探測中取得了良好效果(張鵬等，2015，2019；許漢剛等，2016；顧勤平等，2019)。在超淺層探測條件下，將橫波反射勘探方法與小間距鉆探聯合剖面工作相結合進行斷層活動性評價的效果最佳(鄧起東等，2007；張鵬等，2015)。本研究依托 “鎮江市活動斷層探測與地震危險性評價”項目，針對本區覆蓋層的特點，利用淺層地震橫波反射勘探方法查明了鎮江地區2條NW向斷裂的空間展布情況，并進行了斷層的精確定位，進而利用對折法(雷啟云等，2011)進行小間距跨斷層鉆孔聯合剖面探測，結合多種測年方法查明了2條斷裂的第四紀活動性。本研究的成果對于城市防震減災、城市規劃及土地利用都具有重要意義。

圖1 鎮江地區地震地質背景簡圖Fig.1 Schematic map of geological background of Zhenjiang area.1 施官集斷裂；2 滁河斷裂；3 江浦-六合斷裂；4 方山-小丹陽斷裂；5 南京-湖熟斷裂；6 幕府山-焦山斷裂；7 茅山斷裂帶；8 鳳凰河斷裂；9 丹徒-建山斷裂；10 五峰山-西來橋斷裂；11 蘇錫常斷裂；12 泰州斷裂

1 區域地質背景

鎮江市及其鄰區在大地構造單元上位于下揚子地塊內。本區自印支運動以來構造運動頻繁，褶皺和斷裂構造十分發育。區域內主要斷裂按走向可分為NW向、NE向和近EW向3組。據現有資料分析，鎮江地區第四紀可能有活動跡象的主要斷裂有4條(圖2)，它們在地質地貌上或地球物理探測資料上均有明顯的顯示，分別為NW向的五峰山-西來橋斷裂(F1)和丹徒-建山斷裂(F2)、近EW向的幕府山-焦山斷裂(F3)和NE向的汝山-上會斷裂(F4)。

圖2 鎮江地區主要的NW向斷裂和淺層地震測線位置示意圖Fig.2 Schematic map of NW trending faults and the shallow seismic line sites in Zhenjiang area.F1五峰山-西來橋斷裂；F2丹徒-建山斷裂；F3幕府山-焦山斷裂；F4汝山-上會斷裂

五峰山-西來橋斷裂又稱大路-姚橋斷裂，展布于鎮江東部大路鎮、姚橋鎮一帶(圖2)，走向NW，傾向NE，具正斷性質，長約34km。該斷裂西側出露早白堊世火山巖，東側則分布晚白堊世碎屑巖及第四系。該斷裂也是本區重要的地貌分區界線：其西側為寧鎮低山丘陵區，東側為長三角平原區。五峰山-西來橋斷裂在布格重力異常圖上的痕跡清晰。由重力一階細節圖(圖3a)可知，斷裂帶從重力等值線梯度變化處通過，局部地區出現了重力高異常圈閉。綜合分析重力資料可知，該斷裂在深度方向上延伸至中下地殼，在上地殼范圍內影響其兩側的地質體，使其出現密度差異。在航磁一階細節圖中(圖3b)，五峰山-西來橋斷裂的北端沿航磁高異常圈閉邊緣分布，中間穿過航磁低異常圈閉軸部，末端沿航磁異常圈閉過渡帶分布。

圖3 鎮江地區2條NW向斷裂的重力一階細節圖(a)和航磁一階細節圖(b)Fig.3 The first order-wavelet transform detail map of the Bouguer gravity anomalies(a)and aeromagnetic anomalies(b)of NW-trending faults in Zhenjiang area.

丹徒-建山斷裂又稱鎮江-黃墟斷裂，該斷裂自鎮江焦山東側經黃墟、建山延伸至訪仙鎮附近(圖2)，長約30km，是埤城-孟河復式背斜西南翼的邊界斷裂(江蘇省地質礦產局，1984)。該斷裂的NE側廣泛分布前震旦系淺變質巖系及震旦系，SW側則分布白堊系火山碎屑巖及第四系。該斷裂也是一條明顯的地貌分界線，斷裂NE側為一系列低山，如馬跡山、水晶山、頂山和黃山等，SW側則為低崗平原區。由重力一階細節圖可知(圖3a)，斷裂帶在丹陽段從重力等值線梯度變化處通過；在丹陽市的局部地區出現了重力高異常圈閉。綜合分析重力資料可知，該斷裂在深度方向上延伸至中下地殼，在上地殼范圍內影響其兩側的地質體，使其出現密度差異。從航磁一階細節圖中(圖3b)可知，該斷裂北端沿條狀航磁高異常邊緣分布，斷裂南端沿等值線同向扭曲展布。丹徒-建山斷裂對現代地形地貌、第四紀沉積具有一定的控制作用，表現出一定的新活動性。

本區地層震旦系—第四系均有出露，發育良好，研究程度高。區內古生代地層為一系列海陸交替的碳酸鹽-碎屑巖沉積，在寧鎮山脈有大片出露；侏羅紀后以陸相沉積為主。晚白堊世和新生代地層發育于構造凹陷及盆地中。鎮江地區的第四系可分為2大沉積區：寧鎮山脈北側及東側為長江三角洲平原沉積區，寧鎮山脈周緣及南側為低山丘陵沉積區。長江三角洲平原沉積區的第四系包括以灰綠、灰黃色河床相粗砂礫石沉積為主的下更新統，以長江河道沉積為主的中更新統，以河床相、漫灘相及河口相堆積為主的上更新統和以三角洲相沉積為主的全新統。寧鎮低山丘陵沉積區的第四系主要分布于崗丘、山麓地帶，成因類型較多，厚度不大，一般為幾m至數十m。地層主要由中更新統柏山組和中—上更新統下蜀組黃土組成(邵家驥，1999)。

2 鎮江地區NW向斷裂的淺層地震勘探

本研究針對鎮江地區覆蓋層較薄的特點，在充分搜集前人資料的基礎上開展了淺層地震勘探(橫波反射方法)，針對五峰山-西來橋斷裂共布設了6條測線，針對丹徒-建山斷裂共布設了6條測線，測線位置見圖1。

2.1 五峰山-西來橋斷裂淺層地震勘探

通過淺層地震勘探獲得的五峰山-西來橋斷裂的典型斷點簡要介紹如下：

fwx1斷點：位于Wx1測線上，由斷點局部疊加剖面(圖4a)可以看出，基巖反射波組(T3)在斷點處明顯不連續，判斷為fwx1斷點。斷層表現為正斷性質，傾向NE，視傾角約為60°，斷距約為 9m。

fwx2斷點：位于Wx2測線上，由斷點局部疊加剖面(圖4b)可以看出，基巖反射波組(T3)在斷點處明顯不連續，判斷為fwx2斷點。斷層表現為正斷性質，傾向NE，視傾角約為60°，視斷距為約5m。

fwx3斷點：位于Wx3測線上，由斷點局部疊加剖面(圖4c)可以看出，基巖反射波組(T3)在斷點處明顯不連續，判斷為fwx3斷點。斷層表現為正斷性質，傾向NE，視傾角約為60°，視斷距約為8m。

淺層地震(反射)測線上的斷點特征見表1。淺層地震勘探成果表明：五峰山-西來橋斷裂的走向為NNW，傾向NE，傾角約為60°，斷距為5～9m，以正斷活動為主。在地震剖面上，五峰山-西來橋斷裂的各個斷點都以斷錯基巖面為特征，第四系內部層位斷錯不明顯。

表1 五峰山-西來橋斷裂淺層地震勘探工作斷點的特征簡表Table1 Characteristics of breakpoints in shallow seismic exploration of Wufengshan-Xilaiqiao Fault

2.2 丹徒-建山斷裂淺層地震勘探

通過淺層地震勘探獲得的丹徒-建山斷裂的典型斷點簡要介紹如下：

fdj1斷點：位于Dj1測線上，由斷點局部疊加剖面(圖5a)可以看出，基巖反射波組(T3)在斷點處明顯不連續，判斷為fdj1斷點。斷層表現為正斷性質，傾向SW，視傾角約為55°，斷距約為7m。

圖5 丹徒-建山斷裂淺層地震剖面Fig.5 The shallow seismic sounding profile of Dantu-Jianshan Fault.a fdj1 斷點局部疊加剖面及地質解釋圖；b fxkdj1 斷點局部疊加剖面及地質解釋圖；c fxkdj3 斷點局部疊加剖面及地質解釋圖

fxkdj1斷點:位于Xkdj1測線上，由斷點局部疊加剖面(圖5b)可以看出，基巖反射波組(T3)在斷點處明顯不連續，判斷為fxkdj1斷點。斷層表現為正斷性質，傾向SW，視傾角約為55°，斷距約為5m。

fxkdj3斷點:位于Xkdj3測線上，由斷點局部疊加剖面(圖5c)可以看出，基巖反射波組(T3)在斷點處明顯不連續，判斷為fxkdj3斷點。斷層表現為正斷性質，傾向SW，視傾角約為55°，斷距約為5m。

淺層地震(反射)測線上的斷點特征見表2。淺層地震勘探成果表明：丹徒-建山斷裂走向NW，傾向SW，傾角約為50°～55°，斷距為2～7m，以正斷活動為主。在地震剖面上，丹徒-建山斷裂的各個斷點均以斷錯基巖面為特征，第四系內部層位斷錯不明顯。

表2 丹徒-建山斷裂淺層地震勘探工作的斷點特征簡表Table2 Characteristics of breakpoints in shallow seismic exploration of Dantu-Jianshan Fault

3 鎮江地區NW向斷裂鉆孔聯合剖面探測

為查明鎮江地區2條NW向斷裂的第四紀活動性，在淺層地震勘探的基礎上，選擇斷點特征最明顯的場點，分別在大路鎮和訪仙鎮各布設了1條鉆孔聯合剖面。

3.1 大路鎮場地鉆孔聯合剖面

圖6 大路鎮場地鉆孔聯合剖面Fig.6 The drilling joint profiling in the Dalu site of Zhenjiang.

(1)如東組(Qhr)

全新統如東組的沉積厚度較大，底界埋深約為66～68m，可劃分為如東組上段、如東組中段和如東組下段。如東組上段(Qhr3)由填土、灰黃色粉砂質黏土、青灰色—灰黑色泥質粉砂、粉砂和粉細砂組成，底界埋深約為22m。如東組中段(Qhr2)由灰黑色粉砂、青灰色泥質粉砂組成，底界埋深約為39～42m。如東組下段(Qhr1)由灰黑色粉砂、青灰色細砂、中細砂和中粗砂組成，底界埋深64～68m。

DL1孔埋深36.6m處的14C樣品年齡為(2i770±30)a。DL5孔埋深62m處的14C樣品年齡為(9i830±30)a。這2個年齡數據很好地限定了本處全新統的發育情況。此外，在埋深2.6～61.7m處獲得的多個光釋光(OSL)樣品的年齡為(0.5±0.4)～(34.39±1.17)ka，這些測年數據的可靠性較14C數據稍差。前人的鉆孔資料將該地區的全新統厚度均劃分為20～30m，而在本場地獲得全新統的厚度為64～68m，表明受長江侵蝕作用影響，本處第四系主體為巨厚的全新統沉積。

上更新統滆湖組由灰黑色粉砂、細砂、中粗砂組成，底界埋深約為80m，為河床相、邊灘相沉積。DL1孔埋深67.6m處的OSL樣品年齡為(209.96±5.91)ka，該結果可信度差，不予采信；DL1孔埋深78.9m處的OSL樣品年齡為(36.03±1.36)ka，與地層劃分一致。

中更新統啟東組由含大量礫石粗砂層組成，底界埋深約為86～92m，為河床相沉積。啟東組底界的深度變化較大，其最大落差在DL3孔和DL6孔之間，落差為2m；其頂界則在各個鉆孔中均深約81m，未被斷層影響。本場地中更新統頂部未被斷層斷錯，但斷點兩側2個鉆孔的啟東組底界埋深位差為2m，判斷為蘇錫常斷裂中更新世早期的最新活動所致。

(5)上白堊統浦口組(K2p)

上白堊統浦口組由棕褐色泥巖組成，與上覆海門組為不整合接觸。兩側DL1孔和DL2孔的間距為90m，基巖面落差為9.1m，驗證了存在斷層；DL4孔與DL5孔的間距為10m，基巖面位錯量達3.2m，垂直斷錯明顯。判斷斷層從DL4孔附近通過。在DL4孔泥巖巖心中(深99.7m)見到斷層滑動面，擦痕發育，側伏角為60°(圖6)，據此判斷斷層性質為左旋正斷，正斷分量大于走滑分量。

該場地中更新統之上的地層沒有被斷錯的跡象，中更新統底界已被斷層斷錯，位錯量為2m。下更新統底界在斷層兩側的位錯量為3.2m，基巖面最大落差達9.1m。巖心中發育的斷層面特征表明斷層最新的活動性質為E傾正斷，同時兼具左旋走滑特征。根據地層斷錯特征，判斷本場地五峰山-西來橋斷裂的最新活動時代為中更新世早期。

3.2 訪仙鎮場地鉆孔聯合剖面

圖7 訪仙鎮場地鉆孔聯合剖面Fig.7 The drilling joint profiling in the Fangxian site of Zhenjiang.

(1)全新統(Qh)

頂部為素填土，上部為黃褐色粉砂質黏土，下部為深灰色泥質粉砂、粉砂質黏土及灰黑色粉砂質黏土。該層起伏較大，底界埋深為6.7～27.6m。FX6孔中深17.9m處的14C樣品年齡為(7i490±30)a，與地層劃分一致。

頂部為灰藍色黏土標志層，上部為灰黃色粉砂質黏土、灰黃色黏土，中部為灰黃色泥質粉砂，下部為褐黃色粉砂質黏土、灰黃色泥質粉砂、灰黃色粉砂質黏土。該層底界起伏也較大，底界埋深為32～41.9m。FX3孔中深13.9m處的OSL樣品年齡為(9.0±0.6)ka，深20.2m處的OSL樣品年齡為(310±48)ka，深28.5m處的OSL樣品年齡為(47.2±5.9)ka，深33.5m處的OSL樣品年齡為(63.6±4.3)ka，與地層劃分一致。

中更新統下蜀組下部主要由灰黃色黏土、粉砂質黏土組成。底界埋深為47～50m，該層自南向北增厚，底界較平，頂界變化較大(本場地在晚更新世為古河塘沉積環境，導致下蜀組下部在西部2個鉆孔處被侵蝕減薄)。FX3孔中深37.9m處的ESR樣品年齡為(249±24)ka，深44.4m處的ESR樣品年齡為(310±48)ka，與地層劃分一致。判斷本場地內中更新統下蜀組下部未被斷層斷錯。

中更新統柏山組整體為黃褐色含角礫粉砂質黏土，底界埋深為54～60.7m，西厚東薄。FX3孔中深56.8m處的ESR樣品年齡為(486±48)ka，與地層劃分一致。該層底界的最大位錯在FX4孔和FX6孔之間，位錯量為2m，判斷本場地柏山組底部可能被斷層斷錯。

(5)上白堊統浦口組(K2p)

上白堊統浦口組主要由紅色泥巖組成，與上覆柏山組為不整合接觸。FX5孔和FX1孔之間基巖的最大落差為6.7m，驗證了斷層的存在；FX4孔與FX6孔的間距為6m，基巖面落差達2m，垂直落差明顯，判斷斷層從FX6孔附近通過。

本場地中更新統之上的地層沒有被斷錯的跡象，中更新統底部可能被斷層影響：柏山組在斷層兩側的底界落差為2m，基巖面最大落差為6.7m。綜合淺層地震解譯判斷本處的斷層為S傾的正斷層。由于本處柏山組被斷錯的證據并不充分，判斷本場地丹徒-建山斷裂的最新活動時代為早更新世—中更新世早期。

4 鎮江地區主要NW向斷裂的第四紀活動特征探討

鎮江地區所在的下揚子地塊自印支運動以來，斷裂構造十分發育。其中NW向斷裂對近代地震活動，水系、地貌以及近期的垂直形變等均具有顯著的控制作用(方大衛等，1992)。長三角地區NW向蘇錫常斷裂的最新活動時代為中更新世早期，第四紀內部層位斷錯量約為3m(張鵬等，2019)。五峰山-西來橋斷裂和丹徒-建山斷裂在空間上可以看作是蘇錫常斷裂向NW的延伸段落(圖1)，其活動性也較為一致。

大路鎮場地上，中更新統之上的地層沒有被斷錯的跡象，中更新統底界已被斷層斷錯，位錯量為2m。下更新統底界在斷層兩側的位錯量為3.2m，基巖面最大落差達9.1m。巖心中發育的斷層面特征表明斷層的最新活動性質為正斷，兼具左旋走滑特征。根據地層斷錯特征，判斷五峰山-西來橋斷裂的最新活動時代為中更新世早期。

訪仙鎮場地上，中更新統之上的地層沒有被斷錯的跡象，中更新統底部可能被斷層影響：柏山組底界在斷層兩側的落差為2m，基巖面的最大落差為6.7m。由于本處柏山組被斷錯的證據并不充分，判斷丹徒-建山斷裂的最新活動時代為早更新世—中更新世早期。

本研究表明，鎮江地區2條NW向斷裂在第四紀以來都有過明顯活動，是本區地震危險性相對較大的主要斷裂。蘇錫常斷裂附近曾經發生過999年常州5級地震和1501年蘇州4級地震；在丹徒-建山斷裂與近EW向的幕府山-焦山斷裂交會的位置附近也曾發生過多次破壞性地震，震級最大的為1624年揚州6級地震，表明該NW向斷裂與破壞性地震的相關性較強(王浩男等，2016；吳中海等，2016)。因此，這2條斷裂與近EW、NW向斷裂交會部位是鎮江地區進行震害防御工作應重點關注的區域。

在鎮江地區開展斷層的第四紀活動性鑒定工作存在較大困難，主要原因包括：基巖埋深較淺，覆蓋層內部分層差異小，導致地球物理勘探方法的效果不理想；缺失低山丘陵沉積區下更新統，且下蜀組黃土內部中、上更新統的界限難以分辨；長三角平原沉積區則受長江侵蝕作用影響，第四系以全新統為主，中、下更新統缺失或較薄。此外，鉆探查明的地層落差主要發育在基巖及第四系底部，很難判斷是沉積差異還是斷層斷錯所致。因此，雖然本文通過一系列工作初步查明了2條斷層的第四紀活動性，但對斷層最新斷錯層位的認定仍存在不確定性，難以更精細地定量確定斷層最新活動時代，這是本次研究的不足之處。

5 結論

(1)淺層地震勘探成果表明：五峰山-西來橋斷裂傾向NE，傾角約為60°，斷距約為5～9m，以正斷層活動為主。丹徒-建山斷裂傾向SW，傾角約為50°～55°，斷距約為2～7m，以正斷層活動為主。在地震剖面上，五峰山-西來橋斷裂和丹徒-建山斷裂的各個斷點均以斷錯基巖面為特征，第四系內部層位斷錯不明顯。

(2)大路鎮場地上，中更新統之上的地層沒有被斷錯的跡象，中更新統底界已被斷層斷錯，位錯量為2m。判斷五峰山-西來橋斷裂的最新活動時代為中更新世早期。訪仙鎮場地上，中更新統之上的地層沒有被斷錯的跡象，中更新統底部可能被斷層影響。判斷丹徒-建山斷裂的最新活動時代為早更新世—中更新世早期。

致謝本工作得到了中國地震局地質研究所冉勇康研究員和中國地震局地球物理探測中心方盛明研究員的悉心指導、江蘇省地震局和鎮江市地震局相關領導的大力幫助及江蘇省巖土工程勘察院的協助；14C樣品年齡由美國Beta實驗室測定，OSL樣品年齡由山東省地震局光釋光實驗室測定，ESR樣品年齡由北京光釋光實驗室有限公司測定。在此一并表示感謝!