蘇北—濱海斷裂北段最新活動時代研究1

朱孟浩 閔 偉 劉金瑞 任治坤 馮英辭

1）中國地震局地震與火山災(zāi)害重點實驗室，中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2）中國科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室，南海海洋研究所，廣州 510301

3）中國科學(xué)院南海生態(tài)環(huán)境工程創(chuàng)新研究院，廣州 510301

引言

蘇北-濱海斷裂位于南黃海濱海向蘇北陸區(qū)過渡地區(qū)，是中國東部沿海重要斷裂（許兵等，1984；田建明等，2004；王斌等，2008；李旭東等，2018；王恩惠等，2020），如圖1 所示。斷裂整體走向北西，根據(jù)幾何展布，可分為北段、中段和南段。沿斷裂帶及附近地區(qū)發(fā)生過十余次破壞性地震，其中最大地震為1927 年2 月3 日6?級地震，最近地震為1984 年5 月21 日南黃海6.2 級地震（王斌等，2008；王恩惠等，2020）。中強地震活動幾乎全部發(fā)生在南部坳陷內(nèi)部，表明活動斷裂主要分布在南部坳陷，即蘇北-濱海斷裂中段和南段，但斷裂北段活動性仍不明確。本文利用小多道地震探測技術(shù)，對蘇北-濱海斷裂北段斷裂特征和活動性進(jìn)行研究，為分析近海海域構(gòu)造環(huán)境下的強震發(fā)生構(gòu)造背景，并進(jìn)行發(fā)震構(gòu)造判定提供資料。

1 地質(zhì)背景與研究進(jìn)展

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)主要位于蘇北-南黃海盆地，處于華南板塊下?lián)P子陸塊，是歐亞板塊與太平洋板塊相互作用的關(guān)鍵區(qū)域，新生代構(gòu)造活動活躍，是我國東部中強地震多發(fā)區(qū)之一（崔敏等，2017）。蘇北-南黃海盆地是發(fā)育在中、古生界逆沖推覆體基底上的中新生界陸相盆地，由晚白堊世和新生代地層構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)、規(guī)模和區(qū)域分布受逆沖推覆體控制。中生代以來，蘇北-南黃海盆地經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化，晚侏羅世至早白堊世，蘇北－南黃海盆地內(nèi)發(fā)育逆沖推覆構(gòu)造體系；晚白堊世至古近紀(jì)，在太平洋板塊俯沖機(jī)制下，進(jìn)入伸展盆地發(fā)育階段，包括晚白堊世坳陷盆地發(fā)育階段和古近紀(jì)斷陷盆地發(fā)育階段，顯示盆嶺構(gòu)造特征；新近紀(jì)以來，在喜馬拉雅造山作用下，進(jìn)入坳陷盆地發(fā)育階段，斷陷盆地整體沉降為大型坳陷盆地，廣覆以新近系和第四系地層（練銘祥等，2001；楊琦等，2003；劉東鷹，2010）。

更新世以來，南黃海陸架經(jīng)歷了多次海退-海侵旋回，從而沉積了現(xiàn)今的南黃海西部地層。結(jié)合QC2地質(zhì)鉆孔及相關(guān)文獻(xiàn)，對各時期沉積地層沉積相和沉積年代進(jìn)行劃分。早更新世晚期，沉積地層為河流、濱岸沉積，末期發(fā)生1 次海侵，轉(zhuǎn)為濱海淺海相沉積。中更新世沉積地層發(fā)生2 次海侵事件，沉積了約30 m厚地層，海陸相沉積交替，沉積環(huán)境復(fù)雜。晚更新世沉積地層以海相沉積為主，地層厚約30 m，局部沉積粗顆粒物。全新世沉積地層沉積了海底面以下約20 m 厚地層，具海侵跡象（萬鵬等，2016）。

研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為北東向、北西向2 組，各組發(fā)育歷史、規(guī)模和性質(zhì)等存在區(qū)別，在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化中的作用也不同。蘇北盆地內(nèi)控凹陷斷層均為NE 向展布，如洪澤-溝墩斷裂、鹽城-南洋岸斷裂。南黃海盆地南部坳陷控凹斷層表現(xiàn)為NW 向展布，如蘇北-濱海斷裂（圖1、圖2）。資料表明，北東向斷裂總體活動水平相對較弱，并以張性斷裂為主，發(fā)生破壞性地震的概率較低；中部隆起區(qū)為構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，無破壞性地震記錄；南部坳陷和勿南沙隆起區(qū)屬地震多發(fā)區(qū)，地震強度屬長江中下游-黃海地震帶中最高。北西向蘇北-濱海斷裂是現(xiàn)今活動強烈的孕震構(gòu)造，沿斷裂帶及附近地區(qū)發(fā)生過十余次破壞性地震，但地震均發(fā)生在斷裂中段和南段，北段活動性仍需進(jìn)一步研究。

圖1 江蘇—南黃海地區(qū)地震構(gòu)造Fig. 1 The main faults distribution in Jiangsu—South Yellow Sea region

圖2 蘇北—濱海斷裂及鄰區(qū)構(gòu)造簡圖Fig. 2 Simplified geological map of the littoral fault zone and its adjacent region

1.2 研究進(jìn)展

對于蘇北-濱海斷裂的認(rèn)識較早，但對其幾何展布和斷裂特征的爭議較大，研究程度較低。許兵等（1984）通過地質(zhì)、重力和航磁延拓資料分析，認(rèn)為濱海斷裂為基底型斷裂，根據(jù)震中分布將斷裂劃為強活動斷裂。袁迎如（1988）通過斷裂處海底地形為長條狀洼地，認(rèn)為是蘇北沿岸大斷裂（蘇北-濱海斷裂）近期活動的表現(xiàn)。1990 年頒布的l∶100 萬南通幅《前晚第三紀(jì)基巖地質(zhì)圖》上，在距海岸15～30 km 處標(biāo)注了濱海大斷裂位置，北段位于廢黃河口至射陽河口外約15 km 的海域；中段位于海豐農(nóng)場海岸外30～40 km的暗沙-莊家沙一帶；南段位于呂四鎮(zhèn)東約19 km 處的海域，各段之間不連續(xù)分布，并呈右旋活動，截斷了數(shù)條北東向斷裂。陳新（1991）通過與蘇北海岸相平行的狹長帶內(nèi)地震活動集中分布、震源機(jī)制解主破裂面及等震線長軸方向，結(jié)合海洋地質(zhì)地貌，認(rèn)為蘇北-濱海斷裂實際存在。高中和（2000）根據(jù)《前晚第三紀(jì)基巖地質(zhì)圖》斷裂走向及3 處喜山期玄武巖分布，認(rèn)為蘇北-濱海斷裂是控制了蘇北海岸線發(fā)育的北西向地殼斷裂，并根據(jù)海域地震活動強度、強震類型、活動周期及叢集性等明顯與陸地地震不同的特征，認(rèn)為該斷裂是蘇北與南黃海新構(gòu)造運動和現(xiàn)代構(gòu)造運動的重要分界線，并結(jié)合CL8714 剖面補充了《前晚第三紀(jì)基巖地質(zhì)圖》中不同段斷層空缺。田建明等（2004）通過對江蘇地區(qū)及南黃海海域歷史地震資料特點的分析，發(fā)現(xiàn)斷裂處地震活動頻度較高、強度較大，認(rèn)為濱海大斷裂控制蘇北-南黃海盆地及其內(nèi)部構(gòu)造發(fā)生雙震型和震群型地震序列。黃耘等（2008）通過地震重定位，發(fā)現(xiàn)蘇北-濱海斷裂兩側(cè)地震活動存在明顯不同，斷裂東側(cè)海域較西側(cè)陸地地震密集、小震活躍，認(rèn)為北西向大斷裂（蘇北-濱海斷裂）構(gòu)造可能對北東向斷裂和地震活動具有控制作用。王斌等（2008）根據(jù)CL8714 剖面處理結(jié)果，分析偏移剖面、迭加剖面及相位剖面，認(rèn)為該斷裂帶切割了第四紀(jì)地層上部層位，據(jù)此判斷該斷裂帶由數(shù)條斷裂組成，為全新世活動斷裂帶。并根據(jù)地震活動討論其幾何分段上的活動性，認(rèn)為中段和中南段活動性強，北段為地震空區(qū)。李旭東等（2018）通過分析地震分布特征，認(rèn)為NW 向蘇北-濱海斷裂作為主要發(fā)震斷裂，控制了該區(qū)的地震活動。王恩惠等（2020）通過雙差定位法對鹽城地區(qū)小震重新定位，認(rèn)為區(qū)域內(nèi)蘇北-濱海斷裂活動性最強，發(fā)生多次破壞性地震。

綜上所述，已有學(xué)者認(rèn)為蘇北-濱海斷裂為北西向全新世活動斷裂，且活動性強。但北段活動性與中段可能存在差異，對其研究不足。本文采用小多道地震探測技術(shù)，對蘇北-濱海斷裂北段斷裂特征與活動性進(jìn)行研究。

2 數(shù)據(jù)獲取與分析

2.1 研究方法

對于海域活動斷裂，通常采用以下方法進(jìn)行探測和研究：利用潛水探查船對不同深度海域進(jìn)行海底考查，利用地震反射技術(shù)探測活動斷裂，利用聲波反射技術(shù)探測晚第四紀(jì)最新活動斷裂（鄧起東等，2002）。本研究采用小多道地震探測技術(shù)，對蘇北-濱海斷裂北段活動性進(jìn)行調(diào)查。小多道地震探測技術(shù)具有精度高、分辨率高、信噪比高、穿透能力強、干擾源少等特點（邢磊，2012；趙成彬等，2011；李小軍等，2020；吳德城等，2020），適應(yīng)于研究區(qū)地質(zhì)條件。

根據(jù)調(diào)查區(qū)域水深及斷裂走向，為探測斷裂北段活動時代，布設(shè)測線YC2、YC5，測線長度分別為48 km和42 km（圖1、圖2）。

本次調(diào)查采用24 道小多道地震采集系統(tǒng)，道間距為3 m，地層分辨率為30 cm，可滿足淺部高精度調(diào)查需求。震源系統(tǒng)采用GEO 電火花震源，根據(jù)調(diào)查區(qū)水深和探測深度，采用800 J 能量，既能滿足探測深度需求，又能減少水深較淺導(dǎo)致的多次波現(xiàn)象。觸發(fā)時間間隔為1 s，采樣率為10 000 Hz，電纜和震源沉放深度為0.4 m。

從數(shù)據(jù)采集效果來看，地震數(shù)據(jù)信噪比較高，穿透約200 ms，深度在170 m 左右，但調(diào)查區(qū)水深較淺（10～20 m），剖面記錄上仍存在較強多次波。

數(shù)據(jù)處理重點提高地震數(shù)據(jù)信噪比和壓制多次波，具體流程如下：原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入→建立觀測系統(tǒng)→振幅校正→濾波→速度分析→動校正→疊加→疊后時間偏移→自適應(yīng)減法壓制多次波→信號增強。

由處理后的小多道地震剖面可知，多次波壓制較好，深部層信息得到較清晰的地層結(jié)構(gòu)，可為后期開展活動斷裂分析提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 地震反射界面和地震單元

研究區(qū)有大面積淺層氣分布，淺層氣大部分地震反射特征為大面積聲學(xué)空白，即上部連續(xù)的較強反射界面完全屏蔽下部地層地震信號形成的大片屏蔽區(qū)。區(qū)內(nèi)存在的淺層氣切斷了地層連續(xù)性，為地震資料解釋工作帶來一定難度。對研究區(qū)獲得的淺地層剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和增益處理后，運用地震地層學(xué)方法，通過判別削蝕、頂超、上超和下超等地震單元接觸關(guān)系（趙月霞，2003），識別出一系列由區(qū)域內(nèi)連續(xù)可追蹤的同相軸確定的不整合或假整合地震反射界面T0～T3。

T0 為海底反射界面，即水下巖土與水體分界面，以強振幅、高能量、高連續(xù)性為特征，其起伏形態(tài)反映了海底地形變化。

T1 為強振幅、中高連續(xù)性反射界面，起伏變化明顯，可見強烈的潮流切割侵蝕現(xiàn)象，大部分地區(qū)可連續(xù)追蹤對比。該界面構(gòu)成了海底面下地震單元界面，廣布于本區(qū)，界面以下地層常受削截和侵蝕切割作用。

T2 為中強振幅、連續(xù)性較好的反射界面，界面較平坦，對下伏地層侵蝕削截作用十分明顯，界面上、下地層結(jié)構(gòu)明顯不同。

T3 具有較弱振幅和較高頻率，層連續(xù)性好，起伏變化明顯，基本能在全區(qū)追蹤，但很多地方受后期改造已不連續(xù)。

依據(jù)上述不整合面，將反射剖面同研究區(qū)內(nèi)的鉆孔QC2 資料進(jìn)行對比。該孔位置34°18′N，122°16′E，所處平均水深為49.05 m，孔深108.83 m，是南黃海地區(qū)較深且采取率較高的孔井，由青島海洋地質(zhì)研究所于1984 年5 月鉆得，用于查明南黃海第四紀(jì)地層及海陸對比，具有較完整的地層層序和較精確的ESR 測年數(shù)據(jù)，可作為南黃海地層對比和古環(huán)境研究主體資料（陶倩倩，2009）。為此，采用該鉆孔資料判別可識別的反射界面。盡管QC2 所在構(gòu)造單元為隆起區(qū)，斷裂活動相關(guān)盆地部分在南部坳陷內(nèi)，但第四系以來區(qū)域內(nèi)無大的構(gòu)造運動（楊琦，2003；劉東鷹，2010），因此認(rèn)為QC2 所揭示地層與測區(qū)地層層序相似，可用QC2 資料進(jìn)行地層對比。由于沉積環(huán)境不同，可能造成沉積厚度差異。結(jié)合地震反射波組連續(xù)性、頻率、振幅、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及外部反射形態(tài)對研究區(qū)地震地層進(jìn)行仔細(xì)跟蹤對比，共劃分出4 個地震地層單元（圖3），由新至老依次命名為U1、U2、U3、U4。

圖3 鉆孔QC2 柱狀圖與測線YC5 剖面對照Fig. 3 Comparison of core QC2 and the profile of YC5

U1 單元位于反射界面T0、T1 之間，為地層剖面所揭示的最上部層序，為全新世以來形成的海相沉積。由于受海底地形變化和現(xiàn)代潮流運動影響，該層聲學(xué)反射波特征和區(qū)域分布在橫向上具有較大變化。全新世沉積物在南黃海近海分布總體呈近岸厚、遠(yuǎn)岸薄的特點，該層向東延伸，逐漸與海底重合，層內(nèi)反射呈平行層狀或斜交“S”形進(jìn)積層理，聲學(xué)相位連續(xù)清晰，向東傾斜。

U2 單元在研究區(qū)廣泛分布，為晚更新世沉積，包括2 次海陸沉積旋回，從上而下分為：末次冰期時形成的陸相沉積，可分辨出古河道、古湖泊、古洼地及古風(fēng)化殼等陸相沉積；晚更新世晚期形成的海相地層，低振幅，低能量，高連續(xù)性；晚更新世中期形成的雜亂充填結(jié)構(gòu)陸相沉積；晚更新世早期形成的低振幅、高連續(xù)性區(qū)域性海相沉積。

U3 單元為中更新世沉積地層，內(nèi)部層位可細(xì)分為地震相雜亂中更新世末期陸相地層；連續(xù)性強、振幅中等、具有較大厚度的中更新世晚期海相地層；層內(nèi)為雜亂相反射中更新世中后期陸相地層；振幅中等、連續(xù)性較強的中更新世中期海相地層。

U4 單元為早更新世晚期海相沉積，基本為連續(xù)成層地層，近岸為三角洲前緣相沉積環(huán)境，可見前積反射特征，依據(jù)反射特征的不同，可分為上下2 個亞層。上層連續(xù)性中等、振幅較高，具有潮間帶及潮下帶淺海地震相特征；下層連續(xù)性好、振幅很低、呈平行結(jié)構(gòu)，明顯為淺海相沉積。

對南黃海QC2 孔33 個樣品進(jìn)行石英砂測年研究，獲得基本正常的年代序列。根據(jù)地層剖面與鉆孔剖面的對比（楊繼超，2014），地層單元地質(zhì)時代劃分如表1 所示。

表1 地層單元地質(zhì)時代劃分Table 1 Seismic unit age and era division table

2.2.2 斷裂識別結(jié)果

地震剖面上的斷層特征與地質(zhì)剖面特征相對應(yīng)，一般情況，地層錯斷反射波同相軸發(fā)生錯斷，地層破碎帶地震波同相軸發(fā)生畸變或出現(xiàn)反射空白帶。根據(jù)反射波同相軸發(fā)生錯斷、形狀突變、分叉或合并及數(shù)目突然增加、減少或消失等一般識別特征，對本次采集的地震剖面逐個進(jìn)行斷層解釋，共識別出10 個斷點（表2）。其中，YC5 測線上識別出7 個斷點（圖4），YC2 測線上識別出3 個斷點（圖5）。

圖4 YC5 測線斷裂解釋Fig. 4 Interpretation of the profile of YC5

圖5 YC2 測線斷裂解釋Fig. 5 Interpretation of the profile of YC2

表2 剖面識別斷點Table 2 List of profile recognition breakpoints

將斷點位置投影至圖2 上，發(fā)現(xiàn)斷點分布相對密集。將斷點F1 和F8、F2 和F9、F3 和F10 分別相連，可得到數(shù)條近平行的斷裂，這些斷裂寬度在4 km 內(nèi)，走向149°～150°，傾向北東，斷點處傾角55°～75°。已有研究主要根據(jù)海底地形、小震精定位后地震活動分布及深部資料等推斷蘇北-濱海斷裂大致走向和位置，本研究通過小多道地震探測確定的斷裂位置，與已有研究標(biāo)注和描述的蘇北-濱海斷裂走向和位置大致一致（許兵等，1984；高中和等，2000；田建明等，2004；王斌等，2008；李旭東等，2018；王恩惠等，2020）。測線剖面上未見其他明顯斷點，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造，認(rèn)為F1、F2、F3、F4、F8、F9、F10 反映的斷層為蘇北-濱海斷裂北段，為平行斷裂組成的斷裂帶；F5、F6、F7 反映的斷層為鹽城-南洋岸斷裂在海域的延伸。

3 蘇北-濱海斷裂北段最新活動時代

由于調(diào)查技術(shù)手段不同，利用已有研究成果進(jìn)行斷裂比對，既可促進(jìn)斷裂構(gòu)造的綜合研究，同時也可驗證本次斷裂構(gòu)造解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。然而，根據(jù)不同研究資料或研究者得到的斷層名稱、空間位置及斷層特征有所差異。此外，較大規(guī)模的斷裂存在分段性，不同區(qū)段斷裂走向和傾角有所變化，甚至出現(xiàn)傾向或斷層性質(zhì)相反的情況，且同一斷裂并非只有1 個斷面，往往由多條走向相同的次級斷層組成，這給斷裂有效比對帶來較大困難，需利用各種資料進(jìn)行多方面綜合分析與判斷。

受淺層氣及其他因素影響，部分區(qū)域出現(xiàn)聲學(xué)空白區(qū)，同相軸連續(xù)性較差，但在2 條測線地震剖面上，仍可較好地識別出斷點（圖6、圖7）。地震剖面揭露的斷裂帶位于蘇北-濱海斷裂北段，斷裂帶在YC5、YC2 測線上均有反映（圖4、圖5）。從剖面上來看，YC5 測線上F2、F3 上斷點均錯斷至T2 界面以上，但未錯斷T1 界面（圖6（b）、表2），即在晚更新世仍有活動。F1、F4 上斷點均未錯斷至T2 界面，F(xiàn)1 上部可能為古河道，斷裂在古河道底部，未錯斷至U2 單元；F4 處地震相較雜亂，根據(jù)上斷點位置，應(yīng)未延伸至U2 單元，至少未延伸至U2 單元中部（圖4、圖6（b））。YC2 測線上斷點F9 錯斷至T2 界面以上，即晚更新世地層。盡管上部T1 界面出現(xiàn)異常，但上斷點上方同相軸已連續(xù)，因此認(rèn)為T1 界面異常不是斷層造成的，可能受探測深度或潮流沙變化影響（圖7（b）），F(xiàn)8、F10 均未錯動至T2 界面以上（圖5、圖7（b））。結(jié)合2 條測線地震反射剖面，斷裂未切入全新世地層，最新活動時間應(yīng)為晚更新世，全新世以來無斷裂活動。2 條測線具有較好的一致性，揭示了蘇北-濱海斷裂北段可能為晚更新世活動斷裂。

圖6 YC5 地震成像剖面及解釋（局部）Fig. 6 Part of the profile of YC5 and its interpretation

圖7 YC2 地震成像剖面及解釋（局部）Fig. 7 Part of the profile of YC2 and its interpretation

綜合分析認(rèn)為，蘇北-濱海斷裂北段為晚更新世活動斷裂。

4 結(jié)語

利用小多道地震探測技術(shù)，對蘇北-南黃海盆地北部進(jìn)行探測，結(jié)合鉆孔資料對地震剖面進(jìn)行地層劃分，識別出T0、T1、T2、T3 反射界面，將研究區(qū)第四紀(jì)地層劃分為U1、U2、U3、U4 地震層序，分別對應(yīng)全新世、晚更新世、中更新世和早更新世地質(zhì)時期。

在地震剖面上識別出10 個斷點，通過對照區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，分別屬于蘇北-濱海斷裂和鹽城－南洋岸斷裂。根據(jù)各斷點所在地震剖面地震層序分析，斷層最新活動時代屬于中更新世或晚更新世，全新世停止了活動。

通過對收集資料和采集剖面斷層活動的分析，認(rèn)為蘇北-濱海斷裂北段為晚更新世活動斷裂。