嘉山—廬江斷裂合肥盆地段第四紀活動特征初探

摘要： 嘉山—廬江斷裂是郯廬斷裂帶安徽段的東支主干斷裂，目前對其合肥盆地段第四紀活動特征的研究不足。通過在斷裂沿線關鍵隱伏地段開展淺層地球物理勘探（高密度電法與地質雷達探測），以及在基巖出露區開展遙感解譯與露頭剖面調查工作，對該斷裂合肥盆地段的幾何展布特征與第四紀活動性進行初步探討。結果表明：（1）嘉山—廬江斷裂平面上主要從浮槎山以東的古河盆地內部經張八嶺隆起內部向北延伸，與浮槎山東麓、張八嶺隆起西麓展布的藕塘—清水澗斷裂在名稱上不宜混用;（2）嘉山—廬江斷裂合肥盆地段局部存在較好的線性影像特征，斷裂控制線性溝谷、山脊及部分河流的展布，表明其具有新活動性;（3）嘉山—廬江斷裂合肥盆地段最新活動為逆沖性質，最新活動時代為中更新世中晚期。

關鍵詞： 郯廬斷裂帶; 嘉山—廬江斷裂; 高密度電法; 地質雷達; 第四紀活動性

中圖分類號： P65""""" 文獻標志碼：A"" 文章編號： 1000-0844（2025）02-0426-11

DOI：10.20000/j.1000-0844.20230821001

Preliminary study on the Quaternary activity characteristics

of the Hefei Basin section of Jiashan—Lujiang fault

YANG Yuanyuan^{1， 2}， LI Fei1， LI Pengfei1， PENG Liuya1， SHU Peng1，

PAN Haobo1， CAO Junfeng1， ZHAN Meihuang1， LI Yong1

（1. Anhui Earthquake Agency， Hefei 230031， Anhui， China;

2. Anhui Mengcheng National Geophysical Observatory， Bozhou 233527， Anhui， China）

Abstract：

The Jiashan—Lujiang fault is a major fault of the eastern branch of the Anhui section of the Tan—Lu fault zone， yet the Quaternary activity characteristics of the Hefei Basin section remain understudied. This paper presents an initial investigation into the geometric distribution characteristics and Quaternary activity of the Hefei Basin section. The study used shallow seismic exploration （high-density electrical exploration and ground-penetrating radar detection） in key concealed areas along the fault， as well as remote sensing interpretation and outcrop profiling in the bedrock outcrop areas. The results indicate that： （1） The Jiashan—Lujiang fault mainly extends northward from the interior of Guhe Basin， located east of Fucha Mountain， through the Zhangbaling Uplift. It should not be confused with the Outang—Qingshuijian fault， which is situated at the eastern foot of Fucha Mountain and the western foot of Zhangbaling Uplift; （2） The Hefei Basin section of the Jiashan—Lujiang fault exhibits distinct linear features， influencing the distribution of linear valleys， ridges， and some rivers， indicating recent activity; （3） The latest activity of the Hefei Basin section of the Jiashan—Lujiang fault is characterized by thrusting， with the most recent movement occurring during the middle-late period of Mid-Pleistocene.

Keywords：

Tan—Lu fault zone; Jiashan—Lujiang fault; high-density electrical exploration; ground penetrating radar; Quaternary activity

0 引言

郯廬斷裂帶是中國東部NNE向延伸的巨型斷裂帶，自南向北切穿了不同的大地構造單元，其演化過程與結構特征十分復雜，對區域構造格局具有重要控制作用，也是備受關注的強震活動帶^［1-3］。郯廬斷裂帶南段主體位于安徽境內，寬20～40 km，由4條主干斷裂構成，自西向東依次為五河—合肥斷裂、石門山斷裂、池河—太湖斷裂、嘉山—廬江斷裂^［4］。郯廬斷裂帶南段中池河—太湖斷裂研究較為深入，其淮河—女山湖段、合肥盆地段與大別山東麓段均有相關研究成果^［5-10］;五河—合肥斷裂、石門山斷裂研究程度次之，合肥市活斷層探測工作對其在合肥盆地內的構造特征與活動時代進行了研究^［11-12］。作為郯廬斷裂帶東支主干斷裂的嘉山—廬江斷裂研究最為薄弱，僅廬江段有活動性研究報道^［13］。筆者在開展安徽省第一次全國自然災害風險普查——安徽省1∶25萬地震構造編圖工作時，對該斷裂第四紀活動特征進行了系統梳理，發現主要存在兩個方面的問題：一是斷裂幾何展布模棱兩可，存在從浮槎山東麓經張八嶺隆起西麓延伸，以及從浮槎山東麓古河盆地內部經張八嶺隆起內部延伸兩種表示方案;二是該斷裂第四紀活動特征研究不足，特別是其合肥盆地段的構造特征與活動時代缺乏深入工作。因此，本文在郯廬斷裂帶浮槎山東麓與古河盆地內部關鍵部位開展淺層物探工作，確定嘉山—廬江斷裂在隱伏地段的發育特征，并結合野外露頭剖面調查資料，初步分析該斷裂合肥盆地段的幾何展布與第四紀活動性，以期為認識郯廬斷裂帶安徽段整體特征與區域地震危險性評價提供基礎資料。

1 區域地質背景

郯廬斷裂帶安徽段位于華北地塊、大別造山帶與揚子地塊交界地帶，在安徽省中北部構成華北地塊和大別造山帶張八嶺構造帶的邊界斷裂^［14］。在合肥盆地東側，郯廬斷裂帶石門山斷裂與五河—合肥斷裂發育于盆地內部，池河—太湖斷裂與嘉山—廬江斷裂主要發育于盆地邊緣（圖1）。合肥盆地是大別造山帶和郯廬斷裂帶共同作用產生的中新生代殘留盆地，盆地基底主要形成于印支期，經歷了多期演化;晚白堊紀—古近紀斷陷作用強烈，沉積中心向郯廬斷裂帶遷移;晚第三紀以來盆地全面抬升，大部分地區沉積了不足100 m的河流相沉積物^［15］。張八嶺隆起為郯廬斷裂帶東側NNE向楔形展布的淺變質巖出露區，北段出露綠片巖相的張八嶺群，而南段出露高級變質的肥東雜巖^［16］。受郯廬斷裂帶活動影響，張八嶺隆起邊緣發育有順斷裂展布的早白堊世巖體，隆起內部則發育白堊紀小型山間盆地——章廣盆地。新構造期以來，合肥盆地相對下降，地貌上表現為波狀平原，第四系厚度在30～40 m之間；張八嶺隆起相對上升，地貌上表現為低山丘陵和山間平原，第四系厚度不超過20 m^［4］。郯廬斷裂帶合肥盆地段中強地震活動稀疏，歷史上僅發生了2次5級以上地震，即1868年定遠南51/2級與1673年合肥5級地震，該段嘉山—廬江斷裂上未記錄到破壞性地震，現代地震活動不強。

2 淺層地球物理勘探

目前，嘉山—廬江斷裂在合肥盆地東側的幾何展布存在兩種表示方案（圖1）：一是西線方案，即斷裂（F1-2）從巢湖北岸白馬山東麓起，往北經浮槎山東麓清水澗、張八嶺西麓古城鎮、藕塘鎮、池河鎮一線延伸至明光市，該種方案展布的斷裂也被稱為藕塘—清水澗斷裂；二是東線方案（F1-1），即斷裂從巢湖北岸炯煬鎮起，往北經古河盆地內部欄桿集鎮東、張八嶺隆起內部西王鎮、章廣鎮、藕塘鎮東、池河鎮一線延伸至明光市。目前西線方案使用較為廣泛，多見于公開發表的論著中^{［11-12，17］}，東線方案使用較少，多見于專業地質資料中 蚌埠幅1∶25萬區域地質調查報告.合肥：安徽省地質調查院，2011. 安徽省華北地臺區賦煤構造研究及基巖地質圖編制.合肥：安徽省煤田地質局勘查研究院，2013.。兩種方案對于斷裂在基巖區的展布均有部分露頭剖面證據支持，但在隱伏區則缺乏探測工作。兩種展布方案在隱伏地段的相應斷裂是否存在關系到對嘉山—廬江斷裂幾何展布的準確認識，為此，本文選取浮槎山東麓盆山交界處與古河盆地內部兩處隱伏地段開展淺層地球物理探測工作，為考察斷裂幾何展布特征提供依據。

2.1 高密度電法勘探

2.1.1 方法原理與測線布設

高密度電阻率法是以地下介質體的電阻率差異為前提，通過分析人工場源的分布及變化規律來尋找目標異常體的一種直流電阻率法。它通過A、B電極向地下供電流I，然后在M、N極間測量電位差ΔU，從而求得該記錄點的視電阻率值ρ=KΔU/I（其中K為裝置系數）。本次采用重慶地質儀器廠生產的DZD-8多功能直流電法儀，120道接收，5 m極距，搭配分布式電纜，使用α-排列（溫納）裝置。在古河盆地內柳集東側布設電法測線D01，長度1.2 km［圖2（a）］。該測線橫跨盆地內NE向線狀河流，河流沿線即為推測的隱伏斷裂位置，探測目的是驗證該處斷裂是否存在。在浮槎山東麓盆山交界處布設電法測線D02，長度1.0 km。該測線橫跨基巖崗地與第四系，多種地質資料在基巖與第四系交界處均未標示斷層，探測目的是揭示基巖崗地與第四系之間是否為斷層接觸關系［圖2（b）］。

2.1.2 探測結果及解釋

圖3為D01測線探測結果。剖面上，電性變化自上而下總體呈低阻-中阻-高阻的層狀分布，各電性界面略微向西傾斜，頂部中-低阻帶表現為西側厚、東側薄。根據區域地質資料，測線所在古河盆地處第四系厚度為5～10 m，下伏地層為晚白堊統紅色砂巖，厚度大于165 m。因此，初步判斷剖面頂部的低阻帶（藍色及綠色等值線梯度帶范圍）對應了第四系覆蓋層及全風化砂巖，中上部的中阻帶（黃色等值線梯度帶范圍）對應半風化砂巖，中下部的高阻帶（紅色等值線梯度帶范圍）對應未風化砂巖。值得注意的是，測線水平360～480 m之間高阻帶內部存在近直立的相對低阻帶，可能是構造破碎帶的反映。

圖4為D02測線探測結果。剖面上，視電阻率在橫向上發生顯著突變，總體表現為西側為高阻區，東側為低阻區。據區域地質資料及現場調查，測線中段為崗地，地表出露元古代片麻巖，東段由山麓逐漸過渡至平原，地表為第四系松散層。因此，剖面水平640 m以西的高阻區代表閃長片麻巖的電性特征，以東的低阻區代表古河盆地淺部沉積（白堊系與第四系）的電性特征。高、低阻區之間存在明顯的電性分界帶，帶內存在電性扭曲、梯度異常等現象，該分界帶向南東陡傾，應為大型隱伏斷裂的反映。

2.2 地質雷達探測

2.2.1 方法原理與測線布設

探地雷達是利用天線向地下發射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質內部傳播時遇到介電差異較大的界面會發生反射、透射和折射。兩種介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大;反射回的電磁波由接收天線接收，并被雷達主機精確記錄，再通過信號技術處理，形成全斷面的掃描圖。電磁脈沖波旅行時間公式為：t=4z2+x2v≈2zv（式中：z為探測目標埋深，x為天線間距，因z遠大于x，故式中x可忽略;v為電磁波傳播速度）。本次使用瑞典MALA公司生產的ProEx型探地雷達第三代主機，50 MHz RTA天線，探測深度可達20～40 m，分辨率0.25～1.0 m。儀器主要的探測參數：采集方式為點測，天線偶極子間距4.2 m，時窗范圍811 ns，采樣間隔0.5 m。測線采集完畢后，使用與儀器相配套的地質雷達商用軟件Reflexw進行數據處理。根據電法勘探結果，在電法D01測線上布設雷達測線LD01，長度750 m，在電法D02測線上布設雷達測線LD02，長度600 m，保證兩測線跨越電法探測揭示的構造異常帶。

2.2.2 探測結果及解釋

圖5為LD01測線探測結果。剖面上，地表6 m以淺的范圍反射波清晰可見，波形連續，延伸方向幾乎與地面平行，局部出現弱反射帶。據區域地質資料，6 m以淺的地層應為第四系松散層，即6 m深度上的反射界面代表了第四系底界面，6 m以深的地層均為白堊系紅色砂巖。以測線水平400 m處為界，其東、西兩側存在明顯的反射強弱差異：東側反射較強，反射波組特征明顯，特別是探測深度20～30 m范圍存在一套強反射層，總體向西緩傾，界面起伏不定，顯示有明顯的錯動特征：西側反射較弱，仍可識別出兩套反射層，向東傾斜，橫向不連續。

根據剖面水平400 m處東、西兩側反射強弱特征及兩側地層產狀相頂判斷，該處應存在較大的斷層破裂帶（F1），但由于該處地表為斷層控制的線性河流，造成地下反射較弱、低頻干擾大，斷層形態不清楚。F1東側中部反射層位錯斷應為次級斷層f2、f3活動所致，西側中部（水平180 m下方）地層產狀變化及低頻擾動帶應為次級斷裂f1活動的反映。由于主斷裂帶（F1）上方發育河流，存在顯著低頻震蕩干擾，無法判斷第四系地層的錯斷情況。

圖6為LD02測線探測結果。剖面上4～6 m以淺的范圍存在與地形起伏一致的強反射界面。據區域地質資料可知，剖面水平430 m以西山體主要由元古代片麻巖組成，該段4～6 m深強反射界面可能為片麻巖風化殼的底界;剖面水平430 m以東為第四系覆蓋區，該段4～6 m深強反射界面應為第四系底界。剖面水平430 m處東、西兩側反射差異明顯，西側山體片麻巖內反射較強，存在多個高低錯落的反射波組，產狀水平或略微西傾;東側盆地內反射較弱，隱約可識別出2個反射波組，產狀向東緩傾。

剖面水平440 m處兩側反射波組產狀在深部相頂，表明應為斷層接觸關系，而非第四系與基巖之間的披蓋接觸關系。根據片麻巖內部反射波組的錯斷可識別出次級斷層f1與f1。上述情況表明，浮槎山東麓NNE向線性基巖崗丘邊緣確實存在大型隱伏斷裂（F1），斷面東傾，傾角gt;75°。雷達剖面顯示，該斷裂向上錯動了第四系底界地層。

2.3 小結

在古河盆地內布設的電法D01測線顯示該處基巖內部存在陡立的相對低阻帶，可能是構造破碎帶的反映，跨該低阻帶上方布設的地質雷達LD01測線證實該處確實存在大型斷裂帶，造成兩側地層產狀相頂。在浮槎山東麓盆山交界處布設的電法D02測線與地質雷達LD02測線一致指示了該處存在大型斷裂帶，剖面上斷裂異常均比較顯著;雷達結果還指示斷裂在第四紀有活動。本次淺層物探結果表明，嘉山—廬江斷裂的前述兩種展布方案在相應隱伏區段均有斷層存在的證據。

3 第四紀活動性

在浮槎山東麓、張八嶺隆起一帶對嘉山—廬江斷裂開展了遙感影像解譯與露頭剖面調查工作，結合前期研究資料，分析其第四紀活動特征。遙感影像上，斷裂在不同地段均存在一定線性地貌特征。在張八嶺隆起內郎峰水庫東側表現為NNE向的筆直線性溝谷［圖7（a）］;在張八嶺隆起內章廣盆地一帶斷層走向NNW，西側為中生代巖漿巖構成的線性山脊，東側為山間小平原，兩側色調分異明顯［圖7（b）］;在古河盆地內，斷裂沿線發育多條NE向線狀水系［圖7（c）］;在浮槎山東麓清澗村一帶，斷裂沿NE向線性崗地邊緣展布［圖7（d）］。

在斷裂沿線發現多個露頭剖面。合肥活斷層探測工作曾在藕塘鎮北側虎頭嶺一帶見次級斷裂出露合肥活斷層探測項目專題報告-工作區1∶250 000地震構造圖編圖報告.合肥：安徽省地震工程研究院，2016.［圖8（a）］。斷裂發育于燕山期花崗巖之中，由多條小斷層近平行排列，形成了3 m寬的斷層破碎帶，各斷面總體西傾，傾角較陡。根據次級剪裂面與主斷面的交切關系，判定斷層最新活動為逆沖性質。不同斷面均發育薄層的斷層泥，厚2～5 cm，其電子自旋共振（Electron Spin Resonance，ESR）年齡為（305±43） ka，表明斷層在中更新世中期有活動。

在張八嶺隆起內部的皇甫鄉西側太平村一帶，斷裂發育于元古代灰白色石英片巖中，并形成青灰色斷層帶，寬度1.0～1.5 m。斷層帶內物質破碎較為嚴重，具揉皺和片理化現象，顯示其經歷過強烈擠壓作用［圖8（b）］。斷面較為陡立，總體西傾，傾角85°左右。斷層頂部被晚第四紀坡積礫石層所覆蓋，礫石呈棱角狀，礫徑1～3 cm。該剖面揭示斷層最新活動應為擠壓性質，晚第四紀以來不活動。

據蚌埠市幅1∶25萬區域地質資料，在西王鎮一帶，斷裂構成章廣—西王白堊紀斷陷小紅盆的西邊界。在西王剖面上，主斷層發育于元古代石英片巖與白堊紀紅色砂巖之間，傾向E，傾角較陡［圖8（c）］。砂巖內部發育多個次級斷面，砂巖地層發生牽引，顯示早期發生過同沉積正斷活動，且牽引幅度從下往上變小。斷裂帶內發育斷層角礫巖及擠壓透鏡體、擠壓葉理、牽引褶皺、斷面擦痕等，充填物包括細碎泥與角礫，角礫成分主要為砂巖、粉砂巖、礫巖。根據斷層帶充填有細碎泥等松散物質，初步判定斷裂第四紀以來有活動。

在浮槎山東麓清澗村北，斷裂發育于元古代青灰色石英片巖和元古代灰黃色石英閃長片麻巖之間，斷層傾向SE，傾角34°，斷層帶寬10～15 cm，充填灰黑色斷層泥，半固結，具擠壓片理化現象［圖8（d）］。斷層頂部地表處形成西傾的小陡坎，指示斷層具有自東向西的逆沖運動特征。

嘉山—廬江斷裂總體具有一定線性地貌特征，控制線性溝谷、山脊與河流展布，具有新活動性。該斷裂合肥盆地段由于植被覆蓋與侵蝕改造，露頭剖面出露不佳。因郯廬斷裂帶中生代以來經歷了多次的運動性質轉變^［18］，在西王鎮剖面上保留了郯廬早期的正斷活動特征，其他剖面多顯示出逆沖運動性質，代表了新構造期以來的活動特征。根據虎頭嶺剖面［圖8（a）］斷層帶內充填斷層泥等松散物質，其ESR測年結果［（305±43） ka］表明，斷層在中更新世中期有活動。需要注意的是，嘉山—廬江斷裂在巢湖以南的廬江一帶出露較好，方良好等^［13］發現的3個露頭剖面斷層泥ESR測年結果分別為（305±43） ka、（185±18） ka及（157±25） ka，表明斷裂最新活動時代為中更新世中晚期。考慮兩處研究地段地震構造環境類似，其間并無更新活動的橫向斷裂分隔，因而作為同一條斷裂考慮，其最新活動時代應是一致的。另外，基于探槽開挖或跨斷層鉆孔聯合地質剖面探測方法，前人對郯廬斷裂帶合肥盆地段的池河—太湖斷裂、石門山斷裂、五河—合肥斷裂第四紀活動性進行了研究，揭示各斷裂最新活動時代均為中更新世中晚期，未發現晚第四紀以來活動的證據^［9，12］。因此，基于構造類比，綜合判定嘉山—廬江斷裂合肥盆地段最新活動時代為中更新世中晚期。

4 討論與結論

通過在郯廬斷裂帶浮槎山東麓及古河盆地內關鍵隱伏地段開展高密度電法及地質雷達探測工作，證實兩地段均存在隱伏斷裂;結合基巖區露頭剖面調查結果，表明嘉山—廬江斷裂前述兩種展布方案均有一定依據。目前多采用西線方案表示嘉山—廬江斷裂，而對東線方案關注不多。那么，哪一種展布方案更適合表述嘉山—廬江斷裂是需要討論的問題。

根據橫跨合肥盆地、浮槎山與古河盆地的基巖地質剖面定遠幅、合肥幅地質構造圖（1∶200 000）.合肥：安徽省地質局區域地質調查隊，1979.，藕塘—清水澗斷裂主要構成元古代不同地層（震旦系與下元古界）的分界，其東側的嘉山—廬江斷裂則總體控制了元古代與中生代地層（侏羅系、白堊系）的分界，構造規模可能更大。合肥市活斷層探測與地震危險性評價項目從長豐縣下塘鎮到含山縣仙蹤鎮，跨郯廬斷裂帶布設了走向NW、長87.1 km的深地震反射剖面，所揭示的嘉山—廬江斷裂（藕塘—清水澗斷裂）地表投影位于古河盆地內部欄桿集東側一帶，斷裂上部較陡，中段略緩，下段近直立，可延伸至上地幔頂部，為走滑性質的逆沖深斷裂^［12］。但該深反射剖面并未在浮槎山東麓揭示前述基巖地質剖面中顯示的藕塘—清水澗斷裂。上述情況表明，古河盆地內部確實發育有郯廬主干斷裂，浮槎山東麓發育的藕塘—清水澗斷裂應為一條淺部次級斷層，深部規模不大。因此，考慮嘉山—廬江斷裂所代表的郯廬東支主干斷裂的構造屬性，本文初步提出前述西線方案所示斷裂單獨采用“藕塘—清水澗斷裂”的名稱比較合適，不宜混用“嘉山—廬江斷裂”的稱謂，嘉山—廬江斷裂應采用東線方案表示。需要注意的是，王明^［19］在明光市完成的淺層地震勘探測線（QZ1）揭示了嘉山—廬江斷裂在合肥盆地北緣的淺部特征，認為該斷裂在剖面上位于F1處［圖9（b）］，東側存在次級斷裂DF2、DF3。考慮三者距離較近，本次推測它們總體應為一條斷裂，即藕塘—清水澗斷裂與嘉山—廬江斷裂往北至明光一帶可能已合并，可以統一表示為F1嘉山—廬江斷裂（圖1），即在區域上兩者可能共同構成嘉山—廬江斷裂帶。

根據以上研究和分析，本文對嘉山—廬江斷裂合肥盆地段幾何展布與活動特征進行了初步探討，得出如下主要結論：

（1） 嘉山—廬江斷裂為郯廬斷裂帶的東支主干斷裂，幾何展布上主要從浮槎山以東的古河盆地內部經張八嶺隆起內部向北延伸，與浮槎山東麓、張八嶺隆起西麓展布的藕塘—清水澗斷裂在名稱上不宜混用。

（2） 嘉山—廬江斷裂合肥盆地段局部存在較好的線性影像特征，斷裂控制線性溝谷、山脊及部分河流的展布，表明其具有新活動性。

（3） 嘉山—廬江斷裂合肥盆地段斷裂最新活動為逆沖性質，最新活動時代為中更新世中晚期。

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（本文編輯：張向紅）