伊通-舒蘭斷裂帶四平段14C定年及構造意義

閆東晗 徐智濤 徐岳仁 孫立影 馮靖喬 韓 迪

1 中國地震局火山研究所，長春市凈月大街5788號，130117 2 吉林省工程地震研究中心，長春市凈月大街5788號，130117 3 中國地震局地震預測研究所，北京市復興路63號，100036

NE向的依蘭-伊通斷裂帶是郯廬斷裂帶的北延，也是吉林省地區重要深大斷裂帶之一。伊通-舒蘭斷裂帶為依蘭-伊通斷裂帶南段在吉林省內的分支[1]，伊通-舒蘭斷裂帶四平段位于吉林省四平市伊通滿族自治縣。由于依蘭-伊通斷裂帶地區沒有6級以上的地震記載，并且地處地震活動相對較弱的東北地震區，因此對該斷裂帶的研究較少，并且普遍認為該斷裂帶晚更新世以來不活動，為中強地震發震構造。侯治華等[2]發現通河段斷層斷錯至近地表，對伊通-舒蘭段活動特征和地震活動性進行初步研究后估算出舒蘭段的晚更新世垂直滑動速率；閔偉等[3]首次在黑龍江省通河-方正一帶和吉林省舒蘭市發現依蘭-伊通斷裂帶最新活動時間為全新世晚期，長度約70 km。吉林省舒蘭市開挖的探槽和遙感解譯結果顯示，依蘭-伊通斷裂帶舒蘭附近有約10 km的地震地表破裂帶，揭示了舒蘭段的全新世晚期活動，由此巔覆了之前依蘭-伊通斷裂帶全新世以來活動性較弱的傳統認知。

近年來，伊通-舒蘭斷裂帶上的小地震活動有所增強，因此有必要對其進行詳細的活動性研究。本文研究區位于吉林省中部伊通-舒蘭斷裂帶四平段，詳細的野外構造地質調查與綜合分析表明，斷裂帶內發育的NW向斷裂連續性較好。

本文在區域地質構造調查、地球物理資料和遙感解譯的基礎上，對伊通-舒蘭斷裂帶四平-靠山段NE向隱伏斷層的時代、性質及構造意義進行探討與研究。同時在伊通-舒蘭斷裂帶四平段無人機影像解譯和野外調查基礎上，通過對吉林省四平市伊通滿族自治縣靠山鎮的陡坎進行槽探并觀察剖面，綜合14C年代學測試等方法，對伊通-舒蘭斷裂帶四平段活動性及其地質意義作出初步判斷。

1 研究區地質概況

研究區域為伊通-舒蘭斷裂帶四平段靠山鎮一帶(124°50′～125°20′E，43°14′～43°32′N)，位于敦密斷裂帶西北方向(圖1(a))。區內的構造單元以伊通盆地為主，伊通盆地位于郯廬斷裂帶北段依蘭-伊通斷裂帶內，為第三紀走滑拉分盆地，總體上屬于伊通盆地和大黑山地壘的組合。伊通盆地南部與伊舒地塹相鄰，西北緊靠大黑山地壘，東南緊鄰那丹哈達嶺地體，是受邊界走滑斷裂控制、夾持在2大隆起之間的狹長地塹式盆地[4]。

圖1 中國東北地質構造

研究區內地形復雜，伊舒地塹內出露巖性以第三系和第四系松散堆積物為主，研究區中部緊鄰大黑山地壘的區域為本次研究的主要對象。依蘭-伊通斷裂帶在研究區內由2條相互平行的NE向分支斷裂構成，總體走向為50°～55°。東支斷裂傾向SE，傾角陡，表現為伸展斷層性質；西支斷裂在地塹兩端傾向NW且表現為逆斷層性質，而在地塹中部傾向SE，表現為正斷層性質，斷面傾角多大于70°[5]。

伊通-舒蘭斷裂帶四平段總體呈NE走向，經過公主嶺市靠山鎮，屬于天山-興安地層區，最古老的地層為下古生界。新生代地層主要為第三系和第四系：第三系主要分布于公主嶺和伊通滿族自治縣之間的伊舒地塹內，巖性主要為陸相碎屑沉積砂巖、礫巖以及泥巖和基性火山巖；第四系為一套松散堆積物，廣泛分布于松遼盆地和伊舒地塹內。其中，中更新世分布較廣，根據地貌、構造等劃分為荒山組和東風組；晚更新世可劃分為顧鄉組和群力組；全新世地層分布較廣，主要分布于較大河流及其支流的一級階地上部、高、低河漫灘及河床中，根據地貌、巖性、巖相、同位素年齡等可劃分為早全新世溫泉河組、中全新世地層和晚全新世地層，晚全新世地層又分為低河漫灘相和河床相。

受到構造活動的影響，研究區的侵入巖活動十分強烈，規模較大，多呈巖基或巖株產出，集中分布于大黑山丘陵地帶和伊舒地塹東部山地。主要的侵入巖有：華力西晚期(二疊紀)黑云母斜長花崗巖，多出露在伊通以南的那丹哈達嶺山體與大黑山地壘上；華力西晚期(二疊紀)花崗巖，主要出露在公主嶺以東的大黑山地壘上；印支期(三疊紀)花崗巖，廣泛出露在研究區的隆起區；燕山早期(侏羅紀)花崗巖和堿長花崗巖，主要出露在伊通滿族自治縣北部，少許出露在伊通滿族自治縣東部(圖1(b))。

2 研究方法

根據高分辨率衛星影像解譯和野外調查發現，依蘭-伊通斷裂帶部分段落斷錯河流一級階地上存在高1～2 m的地表陡坎。Min等[6]分別在黑龍江通河縣和吉林舒蘭市的陡坎上開挖探槽，揭露出斷層斷錯晚更新世-全新世地層。

為滿足研究區斷層探察的需要、判斷斷裂位置、為活動性提供依據，在伊通滿族自治縣靠山鎮區域約30 km2范圍內進行無人機航拍。經過高程解譯發現，區域盆山構造界線較為清晰，適合沿北東方向進行野外地質構造調查、探槽施工和鉆探等工作。

伊通-舒蘭斷裂帶四平段在研究范圍內基本被第四系覆蓋，屬于隱伏斷裂。斷層活動，尤其是新構造時期的活動，往往會在地表留下地貌痕跡，一些山區的地貌痕跡非常明顯，可在衛星圖片中清楚識別。本文借助無人機對影像上的關鍵部位進行拍攝，發現陡坎的延續長度約300 m，高度為0.5～6 m(圖2(a))，這些地貌陡坎斷續向二龍湖西岸延伸，槽探后發現斷裂活動未延伸至第四系地層，說明陡坎并不屬于新構造。

根據衛星影像以及無人機航拍資料發現，在伊通滿族自治縣靠山鎮太平村白土溝西劉家屯東存在一個高度約6 m的陡坎。對該處進行詳細的實地調查及橫向追索后，在該陡坎上下各打3個鉆孔并橫跨開挖探槽(圖2(b))，勘探孔間距7.60～24.30 m、孔深19.40～24.90 m、總進尺130.60 m。探槽長30.00 m、寬6.00 m、深6.00 m，總土方量1 080 m3。

圖2 陡坎、探槽、鉆孔位置及聯合柱狀圖

3 實驗結果

為確定伊通-舒蘭斷裂帶西支四平段的最新活動時代，從地表耕表土、粉質粘土、泥質砂巖、砂礫巖4個層位中挑選含碳屑、有機物較多的樣品共8份(圖3(b))，送往美國BETA實驗室進行AMS14C測年。測年結果與樣品剖面校正曲線如表1所示。可以看出，地表耕表土、粉質粘土、泥質砂巖、砂礫巖的年齡分別為-70～6 270 BP、60～7 780 BP、110～21 780 BP、11 740～26 100 BP。

圖3 探槽剖面與解譯

表1 伊通-舒蘭斷裂14C測年結果

4 討 論

對探槽2壁的剖面進行清理后，以2 m×2 m的方格進行掛網。探槽剖面出露的斷層主要集中在西側的探槽底部晚更新世(11 740～26 100 BP)的破碎砂礫石層中，呈現多組密集分布。其出露特點為：1)剖面西側的分支斷層傾向NW，以緩傾角逆沖錯斷近直立的地層，但錯距不大；剖面東側的分支斷層傾向SE，呈相反的方向緩傾角發生逆沖，在地貌陡坎位置對應的斷層處傾角變陡；2)中部的砂礫石層中并未發現斷層，中部地層與下部地層呈現侵蝕接觸，侵蝕面在地貌陡坎兩側無明顯水平差，斷裂兩側老地層錯動明顯，斷裂活動未延伸至第四系地層。剖面地層可分為4套主體地層(圖3(b))，其中下部為層理近直立的紅褐色與灰白色相間的礫巖層，該套地層內發育多條斷層，但地層錯斷的位錯量較小。上部的3套地層中，最上層為灰黑色的土壤層，厚度為0.4～0.6 m；中部為2套黃褐色的砂礫石層，夾雜有灰綠色、紅褐色的泥沙層透鏡體，砂礫石層在剖面中出現擠壓變形，但該套地層內的斷層出露并不清楚，斷層西側和東側的厚度相差1～2 m。由剖面下部出露的多條斷層產狀可知，探槽所在位置的構造活動以擠壓為主，斷層在陡坎兩側的逆沖傾角相反。但陡坎西部的2條斷層傾角較陡，層1內的位錯量較為明顯，層2和層3內的位錯量并不清晰，推測可能是由于其松散程度較差，因此表現出彌散式的變形。層2內的泥沙層透鏡體出現擠壓上翹變形，是地層變形的重要證據。

陡坎處的斷層剖面表現為西側的地層逆沖至東側盆地沉積地層，斷層產狀較陡，而陡坎兩側的其他次級斷層分別向相反方向逆沖，但錯動量較小，推測陡坎可能由逆沖形成。F1斷層在下部地層中的出露較為清晰，雖然在中部砂礫石層中形跡不清楚，但其可能與上部泥質砂層透鏡體的變形有關，因此層2下部地層的變形可能與F1的活動有關。F1在地層中出露較為清晰，貫穿1～2層，在陡坎處的斷層表現為西側地層逆沖至東側盆地沉積地層。東側F5、F6斜穿F4，但并未貫穿層2，逆沖方向與西側相反，但錯動量較小。

探槽下部近直立的地層產狀表明，依蘭-伊通斷裂帶在探槽位置的擠壓變形特征強烈，但下部的礫石層在斷層附近的層面出露近乎水平，并未有明顯的陡坎地貌。推測可能在該套地層形成后的演化過程中，依蘭-伊通斷裂帶曾遭受過強烈的擠壓變形和地表侵蝕，隨后與后期的地層發生侵蝕不整合接觸。后期的構造變形以陡坎處的逆沖變形為主，而斷層在上部地層變現為彌散變形，斷層跡線不清晰。斷層活動的結果表現為斷層陡坎的形成與保留。

從現有的資料來看，斷層的活動方式與舒蘭、通河、湯原等探槽主斷面直接出露至地表的方式有明顯差異，說明斷裂在該段內的活動性較弱，或者活動特征主要表現為沿地表地層的擠壓變形。AMS14C定年結果顯示，斷層活動年代應早于26 100 BP，屬于前第四紀斷裂構造[7-8]。

5 結 語

1)根據探槽揭露的斷層情況及周邊地形地貌特征，判斷四平市伊通縣靠山鎮白土溝村探槽剖面西側的分支斷層傾向NW, 以緩傾角(30°～34°)逆沖錯斷近直立的地層，但錯距不明顯；剖面東側的分支斷層傾向SE(40°～45°)，呈相反的方向緩傾角發生逆沖，在地貌陡坎位置對應的斷層處傾角變陡。

2)中-上部地層中并未發現斷層，中部地層與下部地層呈現侵蝕接觸，侵蝕面在地貌陡坎兩側無明顯的水平差，斷裂兩側老地層錯動明顯，斷裂活動未延伸至第四系地層。14C定年結果顯示，探槽揭露的斷層活動年代應早于26 100 BP，屬于前第四紀斷裂構造。