引言

郯庐断裂带是中国东部一支大型断裂带,南起自长江北岸的广济地区,向北经安徽、江苏、山东,跨越渤海,经东北三省,进入俄罗斯境内,在我国境内长达2400多公里。该断裂在1668年发生过山东郯城8.5级大地震,形成上百公里的地表破裂(方仲景等,1987;高维明等,1988;李家灵等,1994;晁洪太等,1997)。然而对于地表破裂的延伸问题,一直存在争议。目前,针对地表破裂的长度及起止点存在三种观点:(1)从莒县至宿迁,长约230km(方仲景等,1987);(2)从左山至宿迁北晓店,长约160km(高维明等,1988);(3)从莒县小土岭至郯城窑上,长约130km(李家灵等,1994;晁洪太等,1997;图1)。争论的焦点集中在地表破裂是否跨过郯城窑上,这个问题关系到断层分段及其相关的区域地震危险性评价。

图 1 郯庐断裂带展布及地貌图(绿色矩形为剖面位置) Fig. 1Geomorphology and distribution of the Tancheng-Lujiang fault zone (Green rectangle indicates the trench location)

因此,本文在研究过程中,在郯城窑上南北两侧开挖清理探槽剖面,获得了两侧地震断错的活动特征。经过对比分析,回答了郯城地震地表破裂的向南延伸问题。

1 地震地质背景

郯庐断裂带位于山东、江苏境内的部分又称为沂沭断裂带,介于西侧的鲁西隆起与东侧的苏鲁造山带之间,由4条近于平行的断层构成:昌邑-大店断裂(F1)、白芬子-浮来山断裂(F2)、沂水-汤头断裂(F3)、鄌郚-葛沟断裂(F4)。它们分别为中生代“两堑夹一垒”复式地堑系的边界断裂(高维明等,1980)。在F1和F2所控制的东地堑内新发育的晚第四纪活动断层称为安丘-莒县断裂(F5)(图1;高维明等,1988;李家灵等,1994;晁洪太等,1994)。

郯庐断裂带起源于印支期华北与华南板块的碰撞造山运动之中,早白垩世期间发生了大规模的左行平移。晚白垩世—古近纪期间,郯庐断裂带转变成巨型的伸展构造,控制发育了一系列陆相断陷盆地。新近纪初期起动的挤压活动,使这些断陷盆地同步抬升和闭合,断裂带的逆冲活动断断续续延续至今(朱光等,2004;Zhu等,2009)。安丘-莒县断裂的活动具时空不均一性,被划分为3段,分别是安丘段、莒县-郯城段和新沂-宿迁段,它们的活动特征以右旋走滑为主,兼有逆冲(晁洪太等,1994;1997)。最新的对其北段的活动性质研究也得到同样的结果(何宏林等,2004;王志才等,2005;2015;宋方敏等,2005;杨晓平等,2006)。通过对断裂带周边四百多条水系的分布形态进行详细的测量分析,认为郯庐断裂在全新世具有右旋走滑的运动特征(Huang,1993)。然而,郯庐断裂带南段的重岗山-王迁段晚更新世以来逆冲活动强烈(沈小七等,2015)。

2 探槽剖面

研究区位于郯城市东侧的马陵山区,选择的两个探槽剖面分别位于窑上阶区两侧的两个小段:华侨-窑上段和麦坡-何庄段。阶区北侧的华侨-窑上段,地貌上位于马陵山东侧,总体走向N10°E左右,断层主要表现为逆冲为主兼有走滑性质,倾向东,北部倾角较陡,南部变缓,断层迹线总体呈弧形。阶区南侧的麦坡-何庄段,在麦坡村东,断层呈直线状,表现为白垩纪王氏组二段紫红色砂岩以高角度逆冲到王氏组三段砖红色砂泥岩之上,同时兼有走滑运动分量。由于泥岩易被侵蚀,加上断层两侧地层颜色形成鲜明对比,所以地貌上非常壮观,该处建有麦坡活断层遗址。

2.1 华侨剖面

在华侨村东,Google Earth卫星影像清楚显示了断层陡坎地貌,但由于人为改造严重,断层西侧冲沟多被夷为平地,对识别断层运动学性质产生误导。因此,本研究使用上世纪六十年代的航片影像资料解译了断层沿线的数条冲沟(图2)。大多数冲沟没有明显的水平位错,只有8号冲沟显示有右旋错动,但是,8号冲沟南侧有人为修造的梯田,人为改造情况未知。在华侨砖厂南侧,由于工程开挖,致使断层裸露(34°49.57′,118°29.78′),断层东倾70°,剖面显示白垩纪青灰色砂泥岩地层逆冲到Q2-3姜红色黏土之上,顶部仅被很松散的现代沉积物覆盖(图3a及3b)。该断层剖面可见新鲜的断层泥,剖开断层泥两侧围岩物质,断层擦痕明显,侧伏方向S,侧伏角60°(图3c)。该剖面南侧有一位错冲沟,位错约12m,形成断塞塘沉积,开挖探槽后,断层上覆沉积较松散,为现代堆积。该处为1668年郯城地震的地表破裂带(李家灵等,1994;晁洪太等,1997)。

图 2 华侨村东断层地貌图 Fig. 2Geomorphology of the fault trace around the eastern of Huaqiao village
图 3 华侨村东断层剖面 Fig. 3The profile of the Tanlu fault in the eastern of Huaqiao village
2.2 麦坡剖面

在郯城麦坡遗址,Google Earth影像及航片显示断层迹线明显,近于一条直线(图4a),我们在航片上解译了跨断层的数条冲沟,其中标号为1、2、6和7的冲沟被右旋位错(图4b)。断层西侧为白垩纪砖红色砂泥岩,东侧为白垩纪紫红色砂岩,二者成断层接触。在其北侧约800m处清理了一个大型地质剖面(34°33.36′,118°25.62′),该剖面揭示的地层从新到老分层,详细描述如下(图5):

U1:粘土层,含有植物根茎。

U2:浅棕红色粘土层夹有墨绿色粘土,底部含有约8cm厚的细砂层。在粘土中采集了两个碳十四样品C-MP-1/2;在细砂层中采集了三个光释光样品OSL-MP-1/2/3。

U3:棕黄色粗砂层,厚约0.5—0.8m。

U4:浅黄色中粗砂层夹灰黑色交错层理。

U5:黄色粗砂层含有细砾。

U6:砂砾石层,由于断层F2下盘已经很薄,我们对上盘的该层不做细的划分。

U7:白垩纪砖红色砂岩。

剖面揭示了两支断层的存在,位于西支的F1断层近于直立,其西盘为白垩纪砖红色砂岩,东盘为第四系更新统于泉组地层(见区域地质资料),该断层活动以走滑为主;位于东支的F2断层,明显位错了U3地层达2m,上盘下降,下盘抬升,为正断。F2断错最新地层U2,之后经历一段时期的侵蚀过程,上升盘的U2地层被完全侵蚀,U3地层被部分侵蚀。U1地层覆盖在F2之上,最新断错事件的时代被约束在U2与U1沉积之间。遗憾的是,在U2中采集到的两个碳十四样品经美国Bata实验室测试,均因碳含量过少没有得到测试结果。采集的光释光样品,尚在中国地震局地质研究所国家地震动力学重点实验室测试中。至今,我们尚不能确定该段断层的最新活动时代,但根据U2、U1地层沉积物特征分析,推测最新断错事件发生在全新世以来,但早于1668年。

图 4 郯城麦坡断层地貌图 Fig. 4Geomorphology of the fault around the Maipo village of Tancheng County
图 5 麦坡探槽剖面 Fig. 5The profile of the Maipo trench
3 讨论及结论

通过郯城窑上阶区两侧开挖清理的剖面的对比研究发现,郯庐断裂窑上-华侨段破裂的性质以逆冲为主兼有走滑分量,南侧的麦坡-何庄段最新活动性质具有明显的正断特征,并且最新断层活动没有断错全新世U1地层。另外,从断裂几何展布上分析,郯城地震的地表破裂自窑上向北延伸成右阶阶区,而自窑上向南的断层几何展布为左阶阶区,阶区宽度约为3km(图1),该阶区可能起到障碍体的作用。因此,综合分析,1668年郯城地震的地表破裂没有跨过窑上阶区。本研究结果支持李家灵等(1994)研究的认识。

前人对郯庐断裂运动学特征的研究结果,多为以右旋走滑为主兼有逆冲分量(晁洪太等,1994;1997;何宏林等,2004;王志才等,2005;2015;宋方敏等,2005;杨晓平等,2006),而我们的剖面揭示郯庐断裂地震断层不同段落的活动特征是不同的,具有复杂性。现今,郯庐断裂地震断层是一种低滑移速率下断层新的表现形式,因而对郯庐断裂活动断层进行分段分析、对比研究及分段进行地震危险性评价尤为重要。

参考文献
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