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安徽淮南地区明龙山-上窑断裂第四纪活动特征
安徽淮南地区明龙山-上窑断裂第四纪活动特征
方良好*, 疏鹏, 路硕, 郑颖平, 林承灏
(安徽省地震局,合肥 230031)
 [收稿日期]: 2016-12-15
摘要

明龙山-上窑断裂是一条逆走滑性质的第四纪活动断裂,长约68km,走向300°-315°。本文在卫星影像解译的基础上,通过野外调查,确定了该断裂的几何展布和分段特征,初步将断裂分为明龙山、上窑、凤阳山3条次级断裂段。通过对断裂经过处的采石场进行详细追索,我们对典型断层剖面进行了描述并采集了断层泥ESR样品,得到的测年结果为(243±24)ka和(126±15)ka,由于淮南地区是典型的中等强度地震活动区,断层晚第四纪以来活动强度较弱,这些测年结果虽不能代表断层最后一次微弱活动的时代,但可以确定断层最后一次强烈活动时代为中更新世晚期至晚更新世早期。结合前人对1831年凤台MS 6¼级地震极震区位置、等震线形态研究及本文对极震区附近断裂展布和活动性的对比分析,我们认为明龙山-上窑断裂为本次地震发震构造的可能性最大。



引言

明龙山-上窑断裂是淮南煤田北缘规模较大的边界断裂(宋传中等,2005),第四纪以来具有一定的活动性(姚大全等,2003陈安国等,2010)。该断裂所在的淮南地区历史上曾发生1831年凤台东北6¼级地震,此次地震是安徽省内有记载以来震级最大的地震之一(沈小七等,2008陈安国等,2010),震中烈度Ⅷ度,造成了“计家集(凤台东北)倒塌草瓦房屋300余间,压死27人;该处毗连之山里集震塌房屋,压死6人;平阿山(怀远、凤台交界处,怀远西南30km,现名为明龙山)裂开数十丈”的严重震害(国家地震局震害防御司,1995)。巨大的地震灾害主要由地下断层突然快速错动所致(徐锡伟,2006),强震的发生往往与构造活动关系密切(张培震等,2013),因此探讨本次地震的发震构造,并对其作出合理的构造解释或提出合理的构造归属,对分析判定本区的地震活动性及未来地震危险性等均具有重要参考意义。本文在卫星影像解译基础上,通过野外地质调查,对明龙山-上窑断裂第四纪最新活动的地貌特征及地质证据进行了研究,结合近年来对公元1831年凤台MS 6¼级地震的最新研究成果,探讨本次地震可能的发震构造,为分析本地区的强震活动特征奠定基础。

1 明龙山-上窑断裂的构造背景及几何分段特征

明龙山-上窑断裂所在的淮南地区位于淮河中游,安徽省中北部,该区总体上为NWW向断层和褶皱构造的发育区,即“淮南对冲式断-褶构造带”(宋传中等,2005)。淮南对冲式断-褶构造带是印支期华北板块与扬子板块碰撞造山的产物,是大别山北侧薄皮推覆构造前锋带和外缘带的主体。区内发育了近东西向的颍上-定远断裂(F4)、阜阳-凤台断裂(F3)、临泉-刘府断裂(F2)和NW—NWW向的明龙山-上窑断裂(F1),这些断裂经过多期运动,构成了复杂的断裂构造格局。其中,以颍上-定远断裂(F4)和阜阳-凤台断裂(F3)为南、北边界,组成了由南向北逆冲的“八公山-舜耕山推覆构造带”;北部为明龙山-上窑断裂(F1)和临泉-刘府断裂(F2)所夹持的“明龙山-上窑推覆构造带”;中间为“淮南扇形复向斜带”,是淮南煤田的主体(图 1)。


F1:明龙山-上窑断裂;F2:临泉-刘府断裂;F3:阜阳-凤台断裂;F4:颍上-定远断裂;F5:涡河断裂
图 1 明龙山-上窑断裂带(b)及区域(a)构造图(据宋传中等(2005)修改) Fig. 1 Tectonic map of Minglongshan-Shangyao Fault (b) and its adjacent area (a) (Modified after Song et al., 2005)

明龙山-上窑断裂带位于淮南对冲式断-褶带内,根据卫星影像解译及野外地质调查可知,断裂沿NW—NWW向系列线性挤压山体(明龙山、上窑、凤阳山)西南缘断续展布,全长约68km,为逆走滑断层,走向300°—315°,倾向NE,倾角70°—85°。明龙山-上窑断裂的几何结构较为清晰,分段特征明显,多条不连续的次级断裂段呈雁列状展布,可初步分为明龙山段(F1-1)、上窑段(F1-2)、凤阳山段(F1-3)等西、中、东3条次级断裂段(图 1(b)图 2)。其中,明龙山段(F1-1)沿明龙山西南缘展布,北西端止于临泉-刘府断裂,往南东延至淮河北岸,走向300°左右,该段断裂在明龙山附近线性特征较明显,构成了山体与平原的界线(图 2)。上窑段(F1-2)沿上窑山西南缘展布,向南东止于武店镇西南,走向300°—305°,该段断裂卫星影像较为清晰,是现代地貌的分界线,断裂东北侧为基岩山,西南侧为淮河冲积平原(图 3)。凤阳山段(F1-3)沿凤阳山西南缘展布,西起武店镇,向东止于颍上-定远断裂附近,走向315°左右,沿断裂可见断裂沟槽等构造地貌现象(图 4)。


图 2 明龙山-上窑断裂影像图 Fig. 2 Satellite image map of Minglongshan-Shangyao Fault

图 3 上窑段断层地貌 Fig. 3 Fault landforms of Shangyao segment

图 4 凤阳山段断层地貌 Fig. 4 Fault landforms of Fengyangshan segment
2 断裂活动的地质剖面特征

第四纪以来构造活动强烈的地区,如中国西部地区,断裂在地表的形迹明显,其最新活动切穿了新地层,可以通过对断层上覆地层以及被断错地层的年龄来限定其活动时代,但对于断裂活动不甚强烈的地区上述方法很难发挥作用。本文研究的淮南地区地处华北与华南地震活动过渡带,属典型的中等强度地震活动区(张杰等,2005刘东旺等,2008姚大全等,2009),第四纪,尤其是晚第四纪以来断裂活动不甚强烈,再加上研究区内风化作用较强,人类活动改造迹象明显,断裂活动的地表形迹很难保存,往往只能通过采石场、路边等基岩区的人工露头来确定断裂的形迹以及其活动性。由于很难找到断裂第四纪剖面,只能通过基岩断裂的断层泥ESR测年来确定断裂上一次活动距今的时间。

为了确定明龙山-上窑断裂带最后一次强烈活动的时间,我们对断裂经过的采石场进行了详细的追索,发现了多个典型的断层剖面,并采集了断层泥ESR样品,具体情况如下:

2.1 明龙山断层剖面

该剖面位于明龙山汪街村一采石场内(图 5,位置见图 1(b)中剖面Ⅰ),剖面内可见寒武纪地层中发育有NW向断层f1和近EW向断层f2。其中f1发育在灰岩内,宽约0.3m,断面较平直光滑,沿断面发育约5mm厚的断层泥,断层泥较新鲜;f2发育在灰岩和片岩之间,宽约0.7m,由断层角砾及岩石粉末组成,胶结程度较低,呈松散状。孙瑛杰等(1999)在对沂沭断裂带大水场剖面断层泥的ESR年代学研究中发现,要想获得断层最后一次活动的ESR年龄,采样时应尽量寻找较薄的断层泥,且可确认断层的最后一次活动通过该断层面。因此,本次采集了沿f1断面发育的厚约5mm的断层泥ESR年龄样品JH34-ESR-1,测年结果为(243±24)ka。


图 5 明龙山汪街村附近断层剖面 Fig. 5 Fault profile nearby Wangjie village, Minglongshan
2.2 上窑断层剖面

在上窑镇老鸪山一带,断裂影像较清晰,断裂沿基岩和谷地交界处分布,表现出明显的线性特征,走向300°左右,地貌上形成不协调的反向陡崖,为断层持续活动的结果(图 6)。在垂直断裂走向开挖的大剖面中,见明龙山-上窑断裂构成的元古代灰色厚层状灰岩与深灰色薄层状灰岩、砂岩之间的界线,断层面连续清晰,沿断面形成厚约3.5m的断层破碎带,破碎带由岩石碎屑及粉末组成,胶结程度较低,呈松散状(图 7,位置见图 1(b)中剖面Ⅱ)。


图 6 上窑镇老鸪山附近断层地貌 Fig. 6 Fault landforms nearby Laogushan, Shangyao

图 7 上窑镇老鸪山附近断层剖面 Fig. 7 Fault profile nearby Laogushan, Shangyao

在上窑镇光明村附近,断层地貌清晰,表现为元古代灰岩构成的线性特征较明显的低山,在低山的西南缘一采石场揭露出的大剖面中,见走向300°左右的断层破碎带(图 8,位置见图 1(b)中剖面Ⅲ)。破碎带宽约2.2m,红褐色,由灰岩碎块及粉末组成,胶结程度较低,呈松散状,沿断面发育一层较薄的断层泥,取该断层泥ESR年龄样品H81-ESR-1,测年结果为(126±15)ka。


图 8 上窑镇光明村附近断层剖面 Fig. 8 Fault profile nearby Guangming, Shangyao
2.3 关于断层最新活动时代的讨论

通过断层泥ESR测年方法测定断层最后一次活动的时代一直广受地质界的关注(Ikeya等,1982孙瑛杰等,1999Skinner,2000Fukuchi,2001林敏等,2005杨坤光等,2006)。研究认为,研究区的地震活动背景越强,断层泥ESR测年结果越能代表断裂最后一次活动的时代(王志才等,2002俞维贤等,2004),但在地震背景较弱至中等强度地区,断层泥ESR测年结果并不代表断层最后一次活动时间,但可以用来研究断裂晚新生代以来的强烈活动情况(Fukuchi,2001姚琪等,2008)。

本次工作得到的断层泥ESR测年结果分别为(243±24)ka和(126±15)ka,由于淮南地区是典型的中等强度地震活动区(张杰等,2005刘东旺等,2008),晚第四纪以来断层活动强度较弱,这些测年结果并不能代表断层最后一次微弱活动时代,但可以确定断层最后一次强烈活动时代为中更新世晚期至晚更新世早期。

另外,区域上在明龙山-上窑断裂西北发育有NW向的涡河断裂(图 1(b)中的F5)。前人研究表明,涡河断裂是一条规模较大的断裂,第四纪以来具有较强的活动性,其最新活动导致了1481年涡阳MS 6级地震和1525年亳州MS 5½级地震的发生(陆镜元等,1992姚大全等,2003陈安国等,2009方良好等,2015)。本文讨论的明龙山-上窑断裂和涡河断裂是同一构造背景下的两条走向相同的断裂,其间垂直距离约20km,断裂沿线均有6级左右地震发生,因此我们认为明龙山-上窑断裂和涡河断裂具有相似的第四纪活动特征。

综合考虑测年结果及与区域内的重要断裂对比,我们推断明龙山-上窑断裂最新活动时代为中更新世晚期至晚更新世早期。

3 1831年凤台6¼级地震发震构造分析

1831年凤台MS 6¼级地震的极震区为包括明龙山在内的一个长轴约4.5km的NW向椭圆区域,极震区烈度为Ⅷ度(陈安国等,2010),本次地震的极震区位于明龙山-上窑断裂带与临泉-刘府断裂带的交汇部位(图 9),地震的发生可能与这两条断裂或其中之一的最新活动密切相关。


图 9 1831年凤台MS 6¼级地震极震区分布图(据陈安国等(2010)修改) Fig. 9 Meizoseismal area of the 1831MS 6¼ earthquake in Fengtai (modified after Chen et al., 2010)

为了确定临泉-刘府断裂第四纪以来的活动情况,我们对该断裂进行了调查。在凤阳山北麓的朱家洼附近(位于研究区东部)一个建筑基坑揭露的剖面上(图 10,位置见图 1(b)中剖面Ⅵ),见该断裂的4条断层(f1—f4)切割了元古代石英砂岩、泥质砂岩,断层性质皆为正断层,断层顶端被褐色砂砾石层(Q3dpl)覆盖。沿各断层面皆形成宽度不等的断层破碎带(f1宽约0.4m、f2宽0.3—1m、f3宽0.3—0.5m、f4宽约0.2mm),破碎带之间的泥质砂岩受断层影响变成了尚有原岩结构的粗碎裂岩,沿f3还形成厚约1cm的断层泥(图 11),取断层泥ESR年龄样品H10-ESR-1,测试结果为(585±95)ka。


图 10 凤阳山北麓朱家洼附近临泉-刘府断裂断层剖面 Fig. 10 Linquan-liufu fault profile nearby Zhujiawa, the north of Fengyangshan

图 11 凤阳山北麓朱家洼附近断层剖面局部放大图 Fig. 11 Partial enlarged detail of fault profile nearby Zhujiawa, the north of Fengyangshan

由测年结果可知,临泉-刘府断裂是一条中更新世早期活动断裂。而前面的讨论表明,明龙山-上窑断裂为中更新世晚期至晚更新世早期断裂,相比临泉-刘府断裂,明龙山-上窑断裂具备发生6级左右地震的构造条件。从地理位置上分析,明龙山-上窑断裂正好位于史料考证确定的1831年凤台地震的极震区内,断裂走向与极震区长轴方向一致,均为NW向,而临泉-刘府断裂走向为NWW—近EW。另外,皖北淮河流域地区的中强震一般都发生在NE、NW和近EW向断裂的交汇部位,而NE、NW向断裂是发震构造(张杰等,2004)。综合分析,我们判断明龙山—上窑断裂为1831年凤台MS 6¼级地震发震构造的可能性最大。

4 结论

根据对明龙山-上窑断裂带的地质地貌调查、年龄样品及1831年凤台MS6¼级地震发震构造的分析,我们得到如下认识:

(1)明龙山-上窑断裂沿NW—NWW向系列线性挤压山体西南缘断续展布,全长约68km,为逆走滑断层,走向300°—315°,倾向NE,倾角70°—85°;按地表出露情况可将断裂初步分为明龙山段、上窑段、凤阳山段等西、中、东3条次级断裂段。

(2)根据断层泥ESR测年结果及与区域内的重要断裂进行对比,我们推断明龙山-上窑断裂为中更新世晚期至晚更新世早期断裂。

(3)结合对1831年凤台MS 6¼级地震极震区位置、形态及区域断裂活动性的研究,我们认为明龙山-上窑断裂为本次地震发震构造的可能性最大。

致谢: 本文的野外工作是在中国地震局地质研究所宋方敏研究员的指导下完成的,文中ESR样品由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测定,在此一并感谢。
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Quaternary Active Features of Minglongshan-Shanyao Fault in Huainan Area of Anhui Province
Fang Lianghao*, Shu Peng, Lu Shuo, Zheng Yingping, Lin Chenghao
(Earthquake Administration of Anhui Province, Hefei 230031, China)
Abstract

Extending with a strike direction of 300°-315° and a total length of 68km, Minglongshan-Shangyao fault kept active in strike slip mode with thrust component since Quaternary. Based on interpretation of satellite images and detailed field investigation, we identified the spatial distribution and segmentations of the fault. This fault consists of three secondary faults, namely Minglongshan segment, Shangyao segment and Fengyangshan segment. Field geological survey at quarries along the fault was carried out including profile description and ESR samples collecting. Dating ages of ESR samples turn out to be (243±24) ka and (126±15) ka. As Huainan area is dominated by moderate earthquakes and faults in this area are not very active since late Quaternary, these dating results cannot be considered as the occurrence time of the most recent earthquake event. However, the most recent strong movement of this fault is dated back to late period of middle Pleistocene and late period of early Pleistocene. Combined with previous studies on location and delineation of magistoseismic area of the 1831 MS6¼ earthquake in Fengyang, we propose that Minglongshan-Shangyao fault is most likely to be the seismogenic structure for this earthquake based on detection and analysis of faults and activity around the magistoseismic area.



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安徽淮南地区明龙山-上窑断裂第四纪活动特征
方良好*, 疏鹏, 路硕, 郑颖平, 林承灏
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20170303