郯廬斷裂帶安徽明光段紫陽山探槽及其意義

趙朋 姚大全 鄭海剛 楊源源繆鵬 李軍輝 疏鵬

1）安徽省地震局，合肥市長江西路558號 230031

2）郯廬斷裂帶中南段重點研究室，合肥 230031

0 引言

郯廬斷裂帶是我國東部一條主干斷裂帶，北起中俄邊境的黑龍江鶴崗市、蘿北一帶，沿NNE-NE向往南經(jīng)吉林、遼寧，跨渤海后經(jīng)山東、江蘇、安徽，向南延伸至長江岸邊的湖北廣濟。它是一條規(guī)模巨大的巖石圈斷裂帶，做為不同構造單元的分界線，控制了兩側地震地質環(huán)境的差異性發(fā)展。狹義的郯廬斷裂帶，即指發(fā)育于魯、蘇、皖3省的斷裂段。自該斷裂帶被發(fā)現(xiàn)以來，人們對其進行了大量的調查和研究工作，特別是對于展布于山東、江蘇的斷裂帶中段，已取得豐碩的成果（湯有標等，1990；李家靈等，1991、1994；翟炳松等，1992；晁洪太等，1994；謝瑞征等，1990、1991；李起彤等，1994，；張鵬等，2011、2015；曹筠等，2015；許漢剛等，2016）。現(xiàn)有研究資料表明，郯廬斷裂帶山東-江蘇段新活動較為強烈，在山東莒縣青峰嶺（宋方敏等，2005）、郯城紀莊（李家靈等，1991）、江蘇宿遷（謝瑞征等，1991；張鵬等，2015）等地都發(fā)現(xiàn)晚更新世-全新世活動斷層，而安徽段的活動性則相對較弱。

郯廬斷裂帶明光段位于蘇皖交界處（圖1），以淮河為界，前人在淮河以南段零星發(fā)現(xiàn)一些第四紀斷層露頭，多認為最新活動時代為早中更新世（方仲景等，1980；湯有標等，1988；姚大全等，2004），未有晚更新世活動的確鑿證據(jù)。近年來，筆者在淮河南北兩側的江蘇泗洪的大紅山、峰山，安徽明光的浮山、紫陽山一帶開展了多次野外地質地貌和斷層露頭調查工作，發(fā)現(xiàn)斷裂對該地區(qū)的第四紀地層分布具有控制作用，在紫陽北側開挖的探槽顯示，該段斷裂在第四紀以來，甚至晚更新世以來仍具有較強的活動。

圖1 郯廬斷裂帶蘇魯皖段地質簡圖（據(jù)安徽省地質礦產(chǎn)局（1986）文獻修改編繪）

1 研究區(qū)域地質背景

郯廬斷裂帶東支斷裂（F1-1）自北向南經(jīng)淮河，由江蘇泗洪縣峰山鄉(xiāng)進入安徽省明光市紫陽山一帶（圖1），地貌上由北側的蘇北平原（間或殘丘，如重崗山、大紅山等），進入到張八嶺隆起區(qū)北部，地勢逐漸增高，地形起伏變大。

區(qū)域內地層成因類型多，巖性復雜?；春右阅系貐^(qū)前第四紀地層大面積出露，而第四系多分布于河湖邊、山間凹地等處（圖2）。第四系（Q）各個統(tǒng)均有出露，其中下更新統(tǒng)上部為橙黃色砂層，中部為灰綠、黃綠色砂質亞黏土，底部為夾礫石的灰綠色砂土層；中更新統(tǒng)上部為褐紅色的亞砂土、亞黏土，下部為褐黃色礫石層，砂質膠結；上更新統(tǒng)為褐黃色亞砂土、亞黏土，質地較松；全新統(tǒng)為松散的亞砂土、亞黏土及細砂粉砂層，主要分布河湖沿岸、山麓或山間洼地地區(qū)。

圖2 紫陽山探槽Tc1、Tc2位置

郯廬斷裂帶東支斷裂（F1-1）在研究區(qū)域內沿條形崗地（浮山、紫陽山）呈NNE向展布，部分地方呈隱伏狀態(tài)。斷裂兩側第四系厚度、分布范圍上具有明顯差異，這種差異性在衛(wèi)星影像圖上表現(xiàn)為NNE向的線性色帶（圖2）。

紫陽山位于淮河南側的明光市紫陽鄉(xiāng)西北（圖2），最高點位于山體南側，向北為 NEE向的波狀崗地，斷層沿崗地的西坡延伸。在前期衛(wèi)星影像解譯和微地貌調查的基礎上，在紫陽山北部崗地邊緣（二郎廟村西北約1.5km，圖2）開挖地質探槽Tc1，探槽走向EW向，長約20m，寬約2.5m，最深處約4m（圖3），該探槽揭示了豐富的斷層新活動現(xiàn)象和證據(jù)。在三塘東側開挖了探槽Tc2，亦揭示了斷層現(xiàn)象。

2 紫陽山探槽特征

2.1 地質探槽Tc1

圖3 探槽Tc1布置及附近微地貌

圖4 探槽Tc1北壁拼圖及剖面

探槽Tc1兩壁均較為完整，斷層清楚，現(xiàn)象豐富（圖4、5）。探槽剖面揭露的地層由上至下可以分為8層，主要為下伏基巖和上覆黏土層、砂土層等。剖面地層以及斷層帶的詳細特征描述如下。

探槽北壁剖面（圖4）地層可以分為8個層類，各地層性狀特征為：

①耕植土：土灰色，含礫石，較多植物根系，受耕作活動擾動，厚度＜0.1m。

②灰黑色亞黏土：含細小礫石，局部存在，主要沉積于探槽東側主斷層位置，下部與層④界線不明顯，顯示向下斷續(xù)延伸。

③土黃色黏土：含鐵錳結核、鈣結核以及少量礫石。該層僅在探槽中部小部分缺失，厚度不一，在右側斷層處沉積特征明顯，厚度＞0.5m，該層多處被斷層錯動，為一重要的標志層。

④灰黃色土：含細礫黏土，無沉積層理，為土黃色黏土與灰黑色黏土的混雜土層，呈規(guī)整的倒三角形的楔狀，最底部距離地面＞2m。

⑤次玄武巖：灰棕色，靠近斷層位置呈破碎狀，右側原巖較為完整。

⑥棕紅色泥狀土：較軟，含不均勻分布礫石，有磨圓。該層為一斷層揉皺帶，與次玄武巖呈斷層接觸，可以識別出多組次級斷面，為多期次活動的結果。

圖5 探槽Tc1南壁拼圖及剖面

⑦礫石夾土層：該層含較多礫石，礫徑大小不一，多處有巨礫（直徑近1m），磨圓程度不一，分布較為混雜，礫石間所夾土較松散，與層⑥中土層相比含水少。

⑧紅砂巖全風化層：全風化紫紅色土狀，局部少量礫石，松散狀。

該探槽剖面揭示的地層、斷層現(xiàn)象較為豐富?？傮w來看，剖面上部的地層①、②、③為第四紀沉積層，除頂部的層①耕植土外，層②、③具有一定的沉積韻律。下部的地層⑤、⑧為下伏基巖，結構相對完整，而層⑥、⑦為夾于2套基巖之間的斷層擾動帶。根據(jù)擾動帶內的含礫大小、含土塑性特征情況以及受擾動程度等方面的差異可分為⑥、⑦兩套地層，2層均參與了斷層活動或受斷層活動影響，其中層⑥為斷層揉皺帶，主要發(fā)育含少量礫石的泥狀斷層物質，層內發(fā)育的黏土條帶和擠壓面均與斷面方向一致；層⑦為斷層混雜帶，表現(xiàn)為大小不一的礫石夾土層的混雜帶。

該剖面顯示發(fā)育有2組斷層（圖4），其中西側斷層f1發(fā)育于破碎帶與紅砂巖之間，向上延伸入土黃色黏土中，即斷層錯斷了地層③，顯示逆沖特征。東側主斷層f2較為復雜，斷層下部表現(xiàn)為次玄武巖層⑤與揉皺帶層⑥呈斷層接觸，而斷層上部發(fā)育多條分支斷層，包括左側傾角較緩的兩條分支斷層f2-1、f2-2以及右側呈倒三角形的楔體（圖6）。根據(jù)斷層f2與地層的錯動關系，該斷層活動可以被識別出2期次。前期活動與西側斷層f1相似，表現(xiàn)為分支斷層f2-1、f2-2向上延伸入土黃色黏土層③之中，表現(xiàn)為逆沖形式，且錯斷了地層③；較晚的活動呈現(xiàn)張性特點，表現(xiàn)為沿主斷面發(fā)生張裂，使得上部的土黃色黏土層③和灰黑色土層②沿斷面向下貫入，形成形態(tài)較為規(guī)整的倒三角形楔體④（張裂楔）。

為確定斷層的活動時代，本次工作根據(jù)各地層的厚度、物質成分等實際情況，在第四紀地層采集了光釋光（OSL）樣品和14C樣品并送樣測試。具體采樣情況為：在斷層f2上部的土黃色黏土層③采集OSL樣品Zco4；在張裂楔內采集OSL樣品Zco2；在張裂楔上部的灰黑色亞黏土層②內采集14C樣品Zcc1（圖4）。

樣品測試結果（表1、2）顯示，土黃色黏土層③為晚更新世中期地層（（42.47±4.84）ka BP），張裂楔④內土層的時代為晚更新世晚期-全新世早期（（10.83±1.17）ka BP），而灰黑色亞黏土層②為全新世地層（（7960～7830）a BP）。綜合上述分析，斷層在晚更新世-全新世早期仍發(fā)生過較強活動，其中在晚更新世中期表現(xiàn)為逆沖特征，晚更新世晚期-全新世早期活動表現(xiàn)為張裂特征，沿斷層張裂面形成了倒三角形楔體。

探槽Tc1南壁剖面揭示了與北壁剖面類似的地層情況和斷層現(xiàn)象，僅在局部斷層形態(tài)和地層厚度上略有不同。探槽南壁剖面地層與北壁剖面一致（圖5），分別為：①耕植土；②灰黑色亞黏土；③土黃色黏土；④灰黃色土；⑤次玄武巖；⑥棕紅色泥狀土；⑦礫石夾土層；⑧紅砂巖全風化層。各地層與北壁剖面的區(qū)別主要表現(xiàn)為：土黃色黏土層③厚度要比北壁剖面大；層⑥、層⑦所含礫石大小和數(shù)量與北壁有所不同；倒三角楔體內土黃色黏土更多一些。

同樣，南壁剖面揭示了與北壁剖面類似的斷層現(xiàn)象，即發(fā)育有兩組斷層（圖5），西側斷層f1發(fā)育于破碎帶與紅砂巖之間，向上錯斷了土黃色黏土層③，顯示逆沖特征；東側主斷層f2上部分支斷層f2-1、f2-2錯斷了土黃色黏土層③，表現(xiàn)為逆沖特點；后期沿主斷面發(fā)生張裂，形成了倒三角形楔體④（張裂楔）（圖6）。各條斷層僅在產(chǎn)狀等方面略有不同，如f1下部具有分支；f2傾角稍陡一點等。

圖6 探槽Tc1剖面張裂楔細節(jié)圖

表1 探槽 Tc1、Tc2光釋光（OSL）樣品測年結果

表2 探槽（Tc1）14C樣品測年結果

綜合北壁剖面的取樣情況，在南壁剖面的第四紀地層采集了光釋光（OSL）樣品樣品并送樣測試，具體采樣情況為：在斷層 f1上部的土黃色黏土層③采集 OSL樣品 Zco7、Zco8；在張裂楔內采集 OSL樣品Zco6（圖5）。

樣品測試結果（表1）顯示了與北壁相近的結果，即土黃色黏土層③為晚更新世晚期-全新世早期地層（34.5±1.5～9.4±0.8）ka BP，張裂楔④內土層的時代為晚更新世晚期（17.5±0.5）ka BP，稍有不同的是地層③上部樣品Zco8較為年輕，可能是靠近地表混入了上部較新土層的原因；而楔體④因為含有更多的土黃色黏土而年齡偏老。綜合南壁的地層、斷層和樣品結果可以得出與北壁一致的結果，即斷層在晚更新世-全新世仍發(fā)生過較強活動。斷層表現(xiàn)出來的逆沖、張裂2種形式，可能的原因是由于斷層傾角較陡，致使同一斷層沿走向延伸方向或在縱向剖面上其傾向不盡相同，因而在一些地方也可以見到表現(xiàn)為正斷或逆斷特征（國家地震局地質研究所，1986）。

2.2 地質探槽Tc2

結合遙感衛(wèi)星影像顯示的斷層線性影像的位置，在探槽Tc1北側約3km處開挖地質探槽Tc2（圖2）。探槽EW向布置，長約12m，寬約3m，最深為2.6m，位于 NNE向條形崗地的東坡。該處現(xiàn)地表面要低于周圍山坡的原始地表面，結合周圍環(huán)境分析，探槽位置地表曾受人為取土采石影響，揭示的探槽剖面現(xiàn)象相對簡單，現(xiàn)簡述如下。

探槽剖面（圖7）揭露地層為下伏基巖、上覆土層、人工擾動土層、耕植土等4套地層。剖面地層詳細情況如下。

①耕植土：雜色，含植物根系，較多礫石，大小不一，人為擾動層。

②填土：棕褐色，松散，為含礫石砂土層。該層為人工采石后的殘留填土。

③亞黏土：棕紅-土黃色，含白色小礫石，磨圓較差。少量粉末狀鐵錳結核，少量點狀、短條狀灰色侵染。斷層左側地層底部礫石較多，與下伏基巖呈不整合接觸。斷層右側地層黏性較大，含較多粉末狀鐵錳結核，部分侵染到節(jié)理中。發(fā)育面狀節(jié)理，面內有灰色侵染物質，表現(xiàn)為較多的點狀或短條狀灰色侵染物。

④砂礫巖：白堊紀棕褐色礫巖，上部風化狀，較軟，下部呈原巖狀態(tài)，堅硬。

該探槽受其西側的人為采石影響，地表土層部分剝離，并堆積了采石殘渣。但未受擾動的下伏黏土層和基巖，揭露出斷層現(xiàn)象。斷層下部產(chǎn)狀為8°／SE∠85°，其兩側黏土層在顏色、侵染條帶、鐵錳結核含量等方面存在的差異（圖7）；斷面較窄，局部見微礫定向排列和小透鏡體發(fā)育。在左側黏土層（層③）上部采取1個光釋光樣品fso1（圖7），年代樣品測試結果為＞150ka BP。與前述區(qū)域地層類型相對比，地層③符合中更新世沉積地層特征。這說明斷層錯斷了中更新世地層，即斷層在該段中更新世仍有過活動。

3 明光段斷層新活動特征及其意義

圖7 探槽Tc2北壁拼圖及剖面

郯廬斷裂帶東支斷裂由江蘇省峰山鄉(xiāng)延伸入安徽省明光市紫陽山地區(qū)，本次工作跨斷層開挖2個探槽，其中探槽Tc1顯示斷層錯斷了基巖上覆的土黃色黏土層，較新的灰黑色黏土層也參與了斷層后期發(fā)生的張裂活動；探槽Tc2表明斷層錯斷了中更新世黏土層。綜合地層年代樣品測試結果，可認為該段斷層在晚更新世以來仍有較強的活動，最新活動時代可達晚更新世-全新世早期，表現(xiàn)形式既有逆斷，也有張裂，可能的原因是傾角較陡的斷層在縱剖面上呈現(xiàn)出來的不同形式。這也體現(xiàn)了該段斷層活動的多期次性以及區(qū)域構造應力場的復雜性。

郯廬斷裂帶江蘇-山東段以較強烈的新活動著稱，1668年7月25日山東郯城、莒縣間發(fā)生的級大地震震中即位于斷裂帶山東段內（圖1），該地震為我國大陸東部板塊內部一次最強烈的地震。雖然江蘇段未見有強震的歷史記錄，但如引言中所述，該段斷裂新活動和山東段類似，即在晚更新世-全新世斷層仍然有強烈活動的地質證據(jù)。郯廬斷裂帶經(jīng)江蘇向南延伸入安徽省內，以兩省相鄰處的淮河為界，其南北兩側地形地貌特征、新構造運動等存在差異，淮河以南的安徽段僅太湖小池等見第四紀早中期活動的斷層剖面證據(jù)（湯有標等，1988）。本次工作在安徽明光段發(fā)現(xiàn)了斷裂晚更新世-全新世仍有較強活動的地質證據(jù)，表明郯廬斷裂帶在向南延伸入安徽省內后，至少在淮河南側的明光段紫陽山地區(qū)延續(xù)了晚更新世以來較強的活動特征。這一結果深化了對郯廬斷裂帶安徽段新活動的認識，對于該地區(qū)中長期地震預測、地震危險性分析等工作具有較為重要的意義。

4 結論

本次工作在郯廬斷裂帶蘇皖交界處開展野外地質地貌調查基礎上，重點在淮河以南的明光段紫陽山地區(qū)開挖2個地質探槽，編錄測樣后對該段斷層的新活動進行了研究分析。研究結果表明，安徽明光段斷層在晚第四紀以來仍有過較強的活動，主要結論如下：

（1）郯廬斷裂帶淮河南、北兩側地形地貌差異較大，淮河以北以平原為主，間或低矮殘丘（重崗山、大紅山等）；淮河以南地區(qū)以丘陵崗地為主，地形起伏變大。該段斷層對第四紀地層有較為明顯控制作用，且沿斷層發(fā)育的殘丘、條形崗地（紫陽山等）呈線性分布。

（2）在明光段紫陽山北側開挖的地質探槽Tc1顯示斷層錯動了晚第四紀地層，綜合地層年代樣品測試結果認為該段斷層晚第四紀以來仍有較強的活動，最新活動時代為晚更新世-全新世早期。

（3）本次工作中探槽揭露的斷層剖面顯示了不同的斷層特征，如有逆沖、張裂現(xiàn)象等，可能的原因是由于斷層傾角較陡，致使同一斷層沿走向延伸方向或在縱向剖面上其傾向不盡相同，因而表現(xiàn)為張裂或逆斷，這也顯示了斷層活動的多期次性以及區(qū)域構造應力場的復雜性。

致謝：文中14C樣品由美國BETA實驗室測試，光釋光樣品由中國地震局地殼應力研究所及山東地震局年代學實驗室測試。論文撰寫過程中得到王志才、李麗梅、楊傳成等的悉心指教，匿名評審人對論文的修改提出了中肯的建議，在此一并表示感謝。