貴陽烏當斷裂探測及第四紀活動初步分析*

雷東寧，傅焰林，蔡永建，3，梁 操

(1.中國地震局地震研究所 (地震大地測量重點實驗室)，湖北武漢430071;2.武漢地震工程研究院，湖北武漢430071;3.中國地質(zhì)大學(xué) (武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074;4.貴州省地震局，貴州貴陽550001)

貴陽烏當斷裂探測及第四紀活動初步分析*

雷東寧1，2，傅焰林1，2，蔡永建1，2，3，梁 操4

(1.中國地震局地震研究所 (地震大地測量重點實驗室)，湖北武漢430071;2.武漢地震工程研究院，湖北武漢430071;3.中國地質(zhì)大學(xué) (武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074;4.貴州省地震局，貴州貴陽550001)

通過對烏當斷裂野外實際構(gòu)造地貌、地質(zhì)特征調(diào)查，室內(nèi)斷層物質(zhì)測年分析，結(jié)合地球物理、化學(xué)探測方法，對烏當斷裂的重點地段進行了研究，分析了該斷裂第四紀以來的活動特征。初步研究表明，烏當斷裂帶為傾向SE的逆斷層，第四紀以來有不同強度的活動。經(jīng)斷層泥物質(zhì)測年及綜合地貌特征分析，發(fā)現(xiàn)該斷裂為一條第四紀早更新世弱活動，中更新世強活動的斷裂。斷層泥物質(zhì)電子自旋共振測年(ESR)年齡在647～737 ka之間，表明烏當斷裂在第四紀中更新世早期有活動。

貴陽;烏當斷裂;第四紀活動;斷層泥測年;地球物理、化學(xué)探測

0 前言

烏當斷裂是貴陽市附近一條重要的斷裂，研究該斷裂對于合理認識貴陽地區(qū)地震危險性及城市防震減災(zāi)規(guī)劃有重要意義。阿發(fā)友等 (2008)、范曉華等 (1997)、劉彥良等 (2009)對該斷裂獲得了一些重要的認識，并在本區(qū)開展了許多有助于深入了解該斷裂深部構(gòu)造及區(qū)域演化的工作(萬桂梅等，2008;范祥發(fā)等，1998;封永泰等，2007;鄧新等，2010;于鵬等，2008)，這為研究烏當斷裂提供了最基礎(chǔ)的資料，但這些研究多側(cè)重于黔中隆起演化及深部構(gòu)造，而對于該斷裂的幾何展布、第四紀以來的活動性等方面研究較少。筆者在該區(qū)已開展的一些工作獲得的資料以及前人的研究基礎(chǔ)上，對烏當斷裂的展布特征及第四紀以來的活動性進行分析。

1 烏當斷裂特征

1.1 幾何展布

烏當斷裂為松桃—碧痕營斷裂帶南西段，習慣上稱為烏當斷裂，西起廠興，向北東經(jīng)打桶寨、工學(xué)院、烏當、東風、楊家莊，于上卡堡延出研究區(qū)外，區(qū)內(nèi)長約58 km。該斷裂總體上呈NE向展布，局部呈NEE向。斷裂走向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，在黔靈北、烏當一帶呈向西北凸出的弧形 (圖1)。整條斷裂由若干條NE向次級斷層組成，平面上大體相互平行或有夾角，但各個次級斷層規(guī)模較小，延伸有限。大多分支斷層為逆斷層，少數(shù)具有正斷層性質(zhì) (阿發(fā)友等，2008)。

1.2 地質(zhì)特征

烏當斷裂總體呈NE向，主斷裂面傾向為SE(圖1)，傾角多在35°～70°，一些次級斷層局部地段傾向為NW。該斷裂兩側(cè)發(fā)育上元古界—古近系地層，且地層缺失較明顯。烏當斷裂可能早在震旦紀就形成，具有多期活動的特點，中間經(jīng)歷了約7個活動階段，現(xiàn)處于中新世—喜馬拉雅壓剪性階段 (貴州省地質(zhì)局，1987)。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查及有關(guān)資料，較大的壓性斷裂斷面呈波狀彎曲，形成疊瓦狀復(fù)雜構(gòu)造。本次野外實際地質(zhì)調(diào)查，所獲得的烏當斷裂表現(xiàn)為傾向為SE的逆斷裂，斷裂面上陡下緩，并深切變質(zhì)基底，這與劉彥良等(2009)所做地震剖面顯示基本吻合。

2 地球物理和地球化學(xué)探測

烏當斷裂所經(jīng)過的一些地段被較薄的第四系殘坡積層覆蓋，為了確定該斷裂的展布及幾何特征，我們在久安鄉(xiāng)雪廠村、打通村一帶布置了物化探測聯(lián)合剖面，兩條測線編號分別為 WD1、WD2。WD1 測線起點 (26°30'12.2″N，106°35'46.4″E)，終點 (26°29'56.7″N，106°35'57.2″E);WD2 測線起點 (26°30'33.7″N，106°36'31.2″E)，終點 (26°30'24.5″N，106°36'42.6″E)。為了初步判定斷裂的位置，分別用高密度電法、土氡及氣汞測量方法對烏當斷裂進行了探測。

2.1 久安鄉(xiāng)雪廠村WD1測線

(1)高密度電法:該測線在久安鄉(xiāng)雪廠村一帶，長595 m，電極間距5 m。根據(jù)視電阻率反演結(jié)果，并結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析認為，覆蓋層厚度為0.8～11.2 m，基巖為灰?guī)r，強風化層厚度為0.5～5.4 m。距離測線起點117～121 m和294～298 m處發(fā)現(xiàn)相對低阻異常，視電阻率分別為40～130 Ω·m和42～90 Ω·m，頂部埋深分別約為5.5 m和6.1 m，筆者推測低阻異常區(qū)為斷層破碎帶 (圖2a)。在460 m和510 m處低阻異常出現(xiàn)在剖面頂部，距離地表較近，可能由于地表層水的影響所導(dǎo)致。

(2)氣汞測量:該測線長600 m，氣汞的測點數(shù)為61個，測點間距均為10 m。氣汞背景值取平均值94 ng/m3，標準方差為13 ng/m3，氣汞異常下限值取為120 ng/m3。在距測線起點280～300 m處的氣汞值較高，峰值與背景值的比值約為1.6∶1，推測烏當斷層可能在此處通過 (圖2b)。

(3)土氡測量:該測線長600 m，土氡的測點數(shù)為61個，測點間距均為10 m。土氡背景值取平均值120(脈沖/2分鐘)，均方差為36(脈沖/2分鐘)，異常下限值取為192(脈沖/2分鐘)。在距測線起點300～320 m處土氡值較高，峰值與背景值的比值約為2.3∶1，推測此處為斷層破碎帶位置 (圖2c)。

圖1 研究區(qū)烏當斷裂地質(zhì)構(gòu)造簡圖①根據(jù)1∶50萬地質(zhì)底圖，烏當斷裂局部地段變化依據(jù)實際野外斷裂活動性調(diào)查修編。Fig.1 Geological structure map of the Wudang Fault in study area

圖2 久安鄉(xiāng)雪廠村測線WD1物化探測及地質(zhì)解釋剖面(a)視電阻率反演色度圖及地質(zhì)解釋剖面;(b)氣汞測值圖;(c)土氡測值圖Fig.2 Geophysical-geochemical detection and geological interpreting map of Line WD1 in Xuechang Village，Jiu'an Town(a)Chromaticity diagram inversed by apparent resistivity and geological interpreting section;(b)Measurement value of gas mercury;(c)Measurement value of soil radon

2.2 久安鄉(xiāng)打通村WD2測線

(1)高密度電法:該測線在久安鄉(xiāng)打通村一帶，測線長445 m，電極間距5 m。由視電阻率反演結(jié)果，結(jié)合已有地質(zhì)資料綜合分析，覆蓋層厚度為3.8～17.2 m，基巖為灰?guī)r，強風化層厚度為3.3～11.8 m。距測線起點50～100 m處出現(xiàn)低阻異常，視電阻率為49～200 Ω·m，推測此處可能為斷裂發(fā)育處，其它測線地段未發(fā)現(xiàn)明顯低阻異常 (圖3a)。

(2)氣汞測量:該測線長400 m，氣汞的測點數(shù)為41個，測點間距均為10 m。氣汞背景值取平均值91 ng/m3，標準方差為10 ng/m3，異常下限值取為111 ng/m3。在距測線起點70～90 m處氣汞值較高，峰值與背景值比值約為1.4∶1，推斷此處為斷層通過地段 (圖3b)。

(3)土氡測量:該測線長400 m，土氡的測點數(shù)為41個，測點間距均為10 m。土氡背景值取土氡平均值118(脈沖/2分鐘)，均方差為42(脈沖/2分鐘)，異常下限值取為202(脈沖/2分鐘)。在距測線起點80～100 m的測線段土氡值較高，峰值與背景值比值約為2.2∶1，推測此處為斷層破碎帶位置 (圖3c)。

3 斷裂第四紀活動的地質(zhì)地貌特征

3.1 地貌特征

烏當斷裂地貌特征十分明顯，斷裂北西盤地貌高程為1 200～1 300 m，斷裂南東盤地貌高程為900～1 100 m，斷裂兩側(cè)高程差200～300 m。烏當、東風一帶地貌面起伏不大，地貌差異不甚明顯，而野外觀察局部地貌差異十分清楚。斷裂經(jīng)過東風鎮(zhèn)向東延伸后，斷裂南支地貌差異表現(xiàn)為南東高，北西低 (圖4)。在黔靈山北剖面野外觀察點，斷裂兩盤存在著二十幾米的地貌落差。

圖3 久安鄉(xiāng)打通村測線WD2物化探測及地質(zhì)剖面(a)視電阻率反演色度圖及地質(zhì)解釋剖面;(b)氣汞測值圖;(c)土氡測值圖Fig.3 Geophysical-geochemical detection and geological interpreting map of Line WD2 in Datong Village，Jiu'an Town(a)Chromaticity diagram inversed by apparent resistivity and geological interpreting section;(b)Measurement value of gas mercury;(c)Measurement value of soil radon

圖4 烏當斷裂DEM地貌圖Fig.4 DEM geomorphologic map of Wudang Fault

3.2 地質(zhì)特征

(1)五里沖剖面:在五里沖貴州工學(xué)院附近，烏當斷裂形成高約20 m、長達100 m的赭紅色斷層陡崖。陡崖呈波狀彎曲展布，走向NE30°～40°，傾向140°，傾角70°～80°。斷層上盤為中三疊統(tǒng)中厚層灰?guī)r，下盤為下三疊統(tǒng)砂巖、局部見夾頁巖。斷層破碎帶寬10～12 m，主要由構(gòu)造角礫巖、擠壓片理帶、碎裂巖和厚約20 cm的斷層泥組成(圖5)。斷裂破碎帶內(nèi)擠壓片理、透鏡體發(fā)育，擠壓特征明顯，破碎帶為鈣質(zhì)膠結(jié)，較堅硬。在五里沖一帶的烏當斷裂上采集了兩組斷層泥樣品，編號分別為WLC-1、WLC-2，年代測試結(jié)果分別為647 ka、733 ka，表明斷裂在第四紀早更新世末期—中更新世早期有一定的活動。

(2)高雁剖面:在貴陽市烏當高雁垃圾填埋場，烏當斷裂帶內(nèi)發(fā)育北西向次級斷裂。該次級斷裂構(gòu)成烏當斷裂帶的一部分，其活動反映出烏當斷裂帶的特征。該次級斷裂發(fā)育在奧陶系薄—中厚層泥質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)白云巖中，由一組產(chǎn)狀大致相同的正斷層組成，其上盤依次下降，形成階梯狀斷層組合，斷面產(chǎn)狀215°∠50°。斷裂上斷點進入Qp1+2pal沖洪積物但切穿Qhpal，表明烏當斷裂在第四紀早、中期有過活動 (圖6)。

圖6 貴陽市烏當高雁垃圾場烏當斷裂露頭 (a)及構(gòu)造剖面 (b)Fig.6 Outcrop(a)and tectonic section(b)of Wudang Fault in Gaoyan Dump，Wudang Distinct in Guiyang

(3)黔靈山剖面:在近場區(qū)的黔靈山一帶，可見斷裂在二疊系茅口組灰?guī)r中發(fā)育。斷面傾向南東，傾角約35°，斷面波狀起伏。斷層上盤巖層產(chǎn)狀較下盤稍陡，上盤產(chǎn)狀為310°∠35～40°，無明顯變形及變位，整個斷層在本觀察點處由兩條斷面構(gòu)成 (圖7a，b)。

兩條破裂面構(gòu)成一透鏡體，在透鏡體末端匯合，根據(jù)透鏡體及斷面上的擦痕來看，該斷裂具有明顯的逆斷性質(zhì)。整個透鏡體由斷層角礫巖構(gòu)成，寬約1～2 m，斷層角礫巖已固結(jié)，較為堅硬;上斷面發(fā)育小規(guī)模的斷層泥狀物質(zhì)，為半固結(jié)的斷層泥。采集的含鈣斷層泥物質(zhì)掃描電鏡 (SEM)鑒定顯示，中更新世有活動。

(4)龍里縣竹林村剖面:斷裂以密集擠壓裂面成帶，寬約20 m的破碎帶內(nèi)有大小破裂面十余條，破碎帶內(nèi)除擠壓片理、透鏡體發(fā)育外，靠近滑動面還產(chǎn)出厚度不大的斷層泥 (圖7c，d)，斷裂壓性特征表現(xiàn)明顯。從斷層面上發(fā)育的擦痕來判斷，斷裂具有右旋—逆斷性質(zhì)。采集斷層泥經(jīng)SEM法鑒定結(jié)果顯示，該斷層泥石英砂顆粒為棱角狀，表面形貌桔皮狀結(jié)構(gòu)約占90%，次貝殼狀結(jié)構(gòu)約占10%，可見弧形擦痕。

另外，在偏坡一帶，斷裂發(fā)育在三疊系地層中，斷層帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)半膠結(jié)斷層泥，采集的斷層泥物質(zhì)編號為PP－3，其ESR測年年齡為712 ka。在東風短沖西一帶斷層泥物質(zhì)經(jīng)SEM年齡測試，斷裂在早更新世弱活動，中更新世有強烈活動。在烏當東、楊家莊北東等地采集的斷層泥物質(zhì)均顯示，斷裂在第四紀早、中更新世有活動 (表1)。

圖7 烏當斷裂帶黔靈山北、龍里竹林村露頭及構(gòu)造剖面(a)黔靈山細部露頭照;(b)黔靈山北構(gòu)造剖面;(c)竹林村露頭照;(d)竹林村構(gòu)造剖面Fig.7 Outcrop and geological section of Wudang Fault in north of Qianling Mountain and Zhulin Village，Longli Town(a)Detailed outcrop in north of Qianling Mountain;(b)Tectonic section in north of Qianling Mountain;(c)Outcrop in Zhulin Village;(d)Tectonic section in Zhulin Village

表1 烏當斷裂帶斷層物質(zhì)測年一覽表Tab.1 Fault gouge Dating of Wudang Fault belt

4 結(jié)論與討論

通過對烏當斷裂野外的地貌、地質(zhì)特征的調(diào)查，斷層物質(zhì)測年等分析，并在一些地段布設(shè)地球物理、地球化學(xué)測線。綜合分析認為:(1)烏當斷裂為向南東傾的逆斷層;(2)分支斷層具正斷性質(zhì)，切錯第四紀早、中更新世地層;(3)斷層泥物質(zhì)電子自旋共振測年在647～737 ka之間，顯示斷裂在第四紀中更新世早期有活動;(4)斷層泥物質(zhì)掃描電鏡測年及地貌特征分析認為，斷裂第四紀早更新世有弱活動，中更新世強烈活動。

黔中一帶地表分布第四紀少而薄，受新構(gòu)造隆升的影響，整個地區(qū)處于隆起剝蝕狀態(tài)，僅在一些溝谷地段分布少量第四系殘坡積物、沖洪積物，這為直接分析斷裂第四紀的地質(zhì)證據(jù)帶來較大困難。烏當斷裂穿越研究區(qū)內(nèi)少有的烏當白堊—第四紀盆地，該地段斷裂呈隱伏狀，在烏當盆地開展詳細的地震地質(zhì)工作對深入研究烏當斷裂帶活動性具有重要意義。

烏當斷裂是貴陽市附近重要區(qū)域性斷裂，筆者初步分析了該斷裂的基本地質(zhì)特征、活動性，為本區(qū)防震減災(zāi)規(guī)劃及分析該斷裂潛在地震危險性奠定了基礎(chǔ)。

阿發(fā)友，周洪慶，杜定全.2008.高密度電法在烏當斷層探測中的應(yīng)用［J］.勘察科學(xué)與技術(shù)，(2):58－60.

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范祥發(fā)，王亮，朱大友.1998.黔中—黔東南地區(qū)深部地質(zhì)構(gòu)造和“黔中隆起”重力異常初步解釋［J］.貴州地質(zhì)，15(3):229－233.

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Detecting on Wudang Fault in Guiyang and Preliminary Analysis of its Quaternary Movement

LEI Dong-ning1，2，F(xiàn)U Yan-lin1，2，CAI Yong-jian1，2，3，LIANG Cao4
(1.Key Laboratory of Earthquake Geodesy，Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071，Hubei，China)
(2.Institute of Earthquake Engineering of Wuhan，Wuhan 430071，Hubei，China)
(3.Faculty of Earth Science，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China)
(4.Earthquake Administration of Guizhou Province，Guiyang 550001，Guizhou，China)

Through the field investigation of tectonic landform，geological characteristic and the gouge dating analysis on Wudang Fault in Guiyan，combing with the geophysics and geochemistry detecting method，we study the key segment of Wudang Fault and analyze the movement characteristic of it from Quaternary Period.The results show that Wudang Fault is a reversed fault which trends to the northwest and dips to southeast，and has various movements in different intensity from Quaternary Period.It moved weakly in the Early Pleistocene and moved strongly in the Middle Pleistocene during Quaternary Period by means of fault gouge dating and analyze of comprehensive geomorphic feature.The ESR dating of fault gouge ranges from 647 ka to 737 ka，which suggests that the fault is active in the Middle Pleistocene during Quaternary Period.

Guiyang;Wudang Fault;Quaternary Period activity;fault gouge dating;geophysics and geochemistry detecting

P315.2

A

1000－0666(2012)02－0213－07

2011－07－01.

中國地震局地震研究所基金 (IS200856069)資助.

中國地震局地震研究所宋琛工程師及貴州省地震局工程地震研究中心的人員為野外物探工作的開展、資料解譯提供了幫助，中國地震局地震研究所劉鎖旺研究員為本文的撰寫提出了寶貴建議，在此一并表示感謝。