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萧山-球川断裂富阳—建德段第四纪活动性研究
萧山-球川断裂富阳—建德段第四纪活动性研究
张鹏*1) 张媛媛1) 马志江2) 白玉3) 王晓东3) 孙明行3)
1)南京工业大学,交通运输工程学院,南京 210009;
2)浙江省地震局,杭州 310013;
3)上海申丰地震新技术应用研究所有限公司,上海 200011
 [收稿日期]: 2018-01-26
摘要

萧山-球川断裂是浙江地区1条大规模的北东向断裂,在该断裂附近曾发生过多次破坏性地震。本文通过地质调查、电法勘探和探槽开挖等方法,对萧山-球川断裂富阳—建德段第四纪活动性进行了研究。萧山-球川断裂富阳—建德段的遥感影像线性特征清楚,对地貌的控制作用较为明显,对山前的第四系发育有明显影响。通过对断裂露头剖面的分析,认为萧山-球川断裂富阳—建德段活动性质以走滑兼具逆冲为主。通过本次开挖的富阳峙山村探槽,结合ESR年龄测定,判定该断裂在第四纪早、中期有过活动,但未断错上覆中更新统上部地层,其最新活动时代为早、中更新世。



引言

萧山-球川断裂是浙江地区1条大规模的北东向断裂,在浙江省内全长约350km,沿线经过平湖、海宁、杭州、富阳、桐庐、建德、常山等重要城市,向西南延至江西省内。该断裂在萧山以北被第四系覆盖,可能仍继续北延经平湖进入上海。萧山-球川断裂由一系列平行的断层组成宽约1—10km不等的断裂带,多为逆冲断裂,总体走向45°—60°,断面倾向北西为主,倾角约65°。沿断裂带有基性和酸性岩脉侵入,该断裂形成于晚元古代,对断裂两侧的震旦纪及古生代沉积有控制作用,东南盘上述地层出露零星,厚度小,而西北盘同期地层分布广、厚度大。

浙江地区总体地震活动性较弱,但在萧山-球川断裂附近,历史上曾发生3次破坏性地震,即929年杭州5级地震、1855年富阳4¾级地震和1867年海宁盐官4¾级地震,这些地震的发生与萧山-球川断裂相关性较强。可见萧山-球川断裂是浙江省内具有发生中强地震可能、地震危险性相对较强的断裂。对穿越城市的重要断层进行探测并评价其活动性是城市建设和防震减灾工作中极其重要的基础性工作(邓起东等,2007任俊杰等,2008)。确定萧山-球川断裂的展布情况及性质、最新活动时代,合理评价其地震危险性,对保障断裂沿线人民生命财产安全和防震减灾工作具有一定意义。

1 萧山-球川断裂概况

萧山-球川断裂形成于晚元古代,对震旦纪及早古生代、晚古生代沉积都有直接的控制作用(浙江省地质矿产局,1989)。萧山-球川断裂在不同时期的活动特征并不相同,在侏罗纪晚期,萧山-球川断裂以逆冲推覆运动为主,使唐家坞组、康山组置于上侏罗统黄尖组之上,表现为较强烈的挤压特点;自早白垩纪以来,其开始转入拉张期,形成了燕山期断裂和断陷盆地,并沉积了下白垩统朝川组(张微等,2008)。因此,萧山-球川断裂经历了早期左旋挤压到后期右旋张扭的构造演化史。

作为浙江地区发育时间早、活动性强、规模大的区域性断裂,对萧山-球川断裂富阳—盐官段晚第四纪活动性的初步研究1认为,其在第四纪晚期可能有过活动。但过去的研究对该断裂的几何结构和第四纪活动性研究程度很低,有关断裂活动性的证据也不充足。

1 浙江省工程地震研究所,2004.萧山-球川断裂(富阳—盐官段)活动性研究报告.

在近年来开展的杭州市活动断层探测与危险性评价工作中2,通过遥感影像解译、野外地震地质探查、探槽开挖、浅层地震探测以及钻孔探测等研究,论证了萧山-球川断裂杭州段的位置和几何展布。该研究结果表明,断裂形成了较宽的断层破碎带,断层泥ESR年龄显示萧山-球川断裂杭州段在中更新世有强烈的活动,但地球物理探测及探槽、钻孔探测并未发现断裂断错基岩上覆的晚更新世地层。由此,认为萧山-球川断裂杭州段最新活动时代为晚更新世之前(姚琪等,2008)。

2 杭州市地震局,2009.杭州市活动断层探测与地震危险性评价技术报告.

本文综合前人资料、卫星影像和野外调查结果,将萧山-球川断裂自北向南分为4段,钱塘江以北为北段(盐官—平湖段),从海宁盐官向北延伸至嘉兴平湖,全段除海宁大横山外均为隐伏区,该段主要靠物探证据推断断裂的存在;孝丰-三门湾断裂以北至钱塘江为杭州段(萧山—钱江段),从萧山向北延伸至钱塘江,该段断裂主体隐伏于第四系之下,有断续分布的零星露头;孝丰-三门湾断裂以南至建德市区为富阳—建德段,该段的展布形态以控制富春江谷地的山前断层为主,遥感影像线性特征清楚;建德市区以南为南段,该段由多条北东向、北北东向断层组成宽约10km的断裂带。针对萧山-球川断裂富阳—建德段,开展了野外地质调查、物探、探槽开挖等工作,以确定其空间展布和活动性。本文在上述工作的基础上,对萧山-球川断裂富阳—建德段的第四纪活动特征进行了探讨。

2 萧山-球川断裂富阳—建德段地貌特征

萧山-球川断裂富阳—建德段由孝丰-三门湾断裂以南向南延伸至建德市区(图 1),全长约110km,本段断裂在山体和平原交界部位通过,在卫星影像上线性特征清晰。该段萧山-球川断裂在富阳东灵桥镇、里山镇带发育于富春江东侧,由多支平行的断层组成,其中发育于山体和平原交界部位的分支断层有多个露头,发育于山体内的1支则形成北东走向线性非常清晰的沟谷(图 2(a))。在桐庐东一带,萧山-球川断裂发育于山体西侧,在地貌上山体与平原的界线非常平直(图 2(b)),表明该断裂对地貌的控制极为明显。山体西侧发育洪积扇,形成向北西倾斜的洪积平原。在建德北一带,萧山-球川断裂发育于山体之间的谷地部位,形成1条狭长的线状谷地,对地貌的控制仍十分明显,两侧山区发育的水系方向也截然不同。


图 1 萧山-球川断裂富阳-建德段地质简图1 2 Fig. 1 The geological map of Fuyang-Jiande segment of Xiaoshan-Qiuchuan fault

1 浙江省区域地质测量大队,1965.1:20万建德幅H-50-24区域地质图及调查报告.

2 浙江省区域地质测量大队,1973.1:20万杭州幅H-51-13区域地质图及调查报告.


图 2 萧山-球川断裂富阳—建德段三维卫星影像 Fig. 2 Three-dimensional satellite image of Fuyang-Jiande segment of Xiaoshan-Qiuchuan fault

为分析萧山-球川断裂富阳—建德段对地貌的控制作用,选择过灵桥镇高浦断层剖面绘制了1条地质地貌剖面(图 3(a)),长7.1km;选择过桐庐峙山村探槽绘制了另1条地质地貌剖面(图 3(b)),长5.6km。从2条地质地貌剖面可以看出,萧山-球川断裂对山前的第四系发育有明显影响,对地貌的控制作用较为明显。一方面,由于萧山-球川断裂带通过的地方易受风化剥蚀,形成线性沟谷;另一方面,在桐庐一带由于断裂两侧岩性不同,北西侧的奥陶系砂、泥岩更易遭受风化侵蚀,由此形成了线性非常好的地貌分界线。


图 3 过萧山-球川断裂地质地貌剖面 Fig. 3 Geologic and geomorphologic profile across Xiaoshan-Qiuchuan fault
3 萧山-球川断裂富阳—建德段野外地质调查
3.1 灵桥镇高浦剖面

灵桥镇高浦剖面(G64考察点)位于杭州市富阳区灵桥镇高浦,同为萧山-球川断裂分支断裂露头剖面。该处断层破碎带发育于凝灰岩体内(图 4),断层走向北东25°,带宽约3m,带内岩石破碎,中部发育5—30cm厚松软黏土类物质,为灰白、灰黄色,粘性很大。断层破碎带西侧呈紫红色,碎裂岩发育;断层破碎带东侧呈淡黄色,下部发育大块坚硬的透镜体,上部则发育韧性变形带。沿断裂带西侧发育花岗岩岩脉。从断层发育特点看,萧山-球川断裂在本处的活动性质以走滑兼具逆冲为主。在断裂带松软黏土类物质内采集的2个ESR测年样结果为(52.98±5.20)×104a B.P.和(17.27±1.70)×104a B.P.。本处松软黏土类物质为断层破碎带在流水淋滤作用下风化形成,并非新鲜断层泥,因此本处断层测年结果具有一定的不确定性。


①侏罗系黑褐色凝灰岩,竖向节理发育;②黄棕色花岗岩岩脉,发育于断裂东侧;③断裂破碎带,碎裂岩发育,中间发育1层灰白色松软断层物质。东侧破碎带呈淡黄色,下部发育透镜体,顶部发育韧性变形带;西侧破碎带呈红褐色
图 4 灵桥镇高浦萧山-球川断裂地质剖面 Fig. 4 Geological section of Xiaoshan-Qiuchuan fault exposed in Gaopu, Linqiao town
3.2 桐庐峙山村探槽

萧山-球川断裂在桐庐一带卫星影像线性特征明显,断裂发育在西侧平原与东侧山体的交界部位,在地貌上也有明显的反映。探槽开挖点选在山坡向平原的过渡地带(图 5)。在探槽开挖前,在该地区进行了多条高密度电法探测工作,获得的电法剖面(图 6)表明,本区域萧山-球川断裂发育于不同岩性的接触部位,断裂两侧电阻率差异非常明显。断裂东侧基岩为高电阻率的侏罗纪火山岩,西侧基岩为低电阻率的奥陶纪泥岩。野外调查表明该地区山体西侧发育第四系冲洪积物,表明具备开挖探槽进行第四纪活动性研究的地质条件。开挖的探槽TC1长21m,平均深度4m,经度119.70°E,纬度29.75°N。


图 5 桐庐县峙山村开挖探槽位置原始地貌 Fig. 5 The primitive landscape of the trench at Zhishan village

图 6 萧山-球川断裂高密度电法剖面 Fig. 6 The high density electrical sections of Xiaoshan-Qiuchuan fault

本探槽揭露的基岩面自东向西逐渐加深,并在断裂附近形成1处基岩陡坎。断层破碎带宽约5m,由高度破碎的黄褐色火山岩和灰黑色断层角砾、深褐色黏土组成(图 7)。分析表明,萧山-球川断裂的多次活动形成了本处的断层破碎带和基岩陡坎,此后断裂带上方沉积了层⑤,随后断裂带新的活动又断错了层⑤。由层④逆冲于层③之上,判断该次最新活动为逆冲活动;此后在上方沉积了层⑥、层⑦、层⑧、层⑨,在层⑥沉积后,断裂带未有明显的活动。层⑧红棕色黏土为本区较典型的中、下更新统之江群(Q1+2 zh)地层,初步判断层⑤、层⑥、层⑦为早更新世地层。在本剖面共获得了7个ESR测年结果,其采样位置如图 7所示。根据测年结果层⑥、层⑦为中更新世地层;层⑧测年结果表明该层为中更新统顶部地层;层④、层⑤测年结果也属中更新世。本剖面表明萧山-球川断裂在本处第四纪以来有过活动,但(27.98±2.5)×104a B.P.以来没有新的活动,最新活动时代判断为早、中更新世。


①黄褐色侏罗纪酸性火山岩;②高度风化破碎的黄褐色火山岩;③高度破碎的黄褐色火山岩夹大量灰黑色断层角砾岩条带,断层角砾呈粉末状;④深褐色黏土夹砂;⑤黄褐色黏土夹砂,底部含部分碎石;⑥灰白色砂质黏土,下部较为坚硬,上部粘性较好;⑦黄棕色砂质黏土;⑧红棕色黏土,局部富集铁锰结核;⑨含大块碎石的较松散坡积土
图 7 桐庐县峙山村探槽南壁镶嵌照片(a)及解译(b) Fig. 7 The mosaic photos (a) and interpretation (b) of the south wall of the trench at Zhishan village
3.3 富春江大坝剖面

剖面(HZ-TL-003考察点)位于距富春江大坝东岸约100m的山边,断层为侏罗系与奥陶系地层的边界(图 8),上盘为奥陶系红褐色泥岩夹砂岩,挤压揉皱强烈,岩石风化严重;下盘为侏罗系黄褐色凝灰岩,断层影响带宽5—6m,岩石破碎,裂隙发育。该断层为逆断层,产状20°/NW∠75°,断面呈竖向波状。断层破碎带内为碎裂岩、断层角砾岩及断层糜棱岩,断层带及影响带宽度大于13m。断层未断错上覆第四纪中更新世地层,根据断层特征判断其最新活动时代在早、中更新世1

1 中国地震局地质研究所,浙江省工程地震研究所,2007.浙西核电厂初步可行性研究阶段地震地质专题报告.


①第四系;②奥陶系泥岩夹砂岩;③断层破碎带;④侏罗系凝灰岩
图 8 富春江大坝东岸萧山-球川断裂地质剖面 Fig. 8 Geological section of Xiaoshan-Qiuchuan Fault exposed in the east coast of Fuchun river
3.4 杨春桥镇剖面

剖面(HZ-JD-003考察点)位于建德市杨春桥镇西南公路北侧山坡上,断裂发育在震旦纪青灰色薄层硅质岩、粉砂质泥岩中(图 9),走向45°—52°,倾向北西,倾角46°—80°,破碎带宽13m。断裂带由2条次级断裂f1、f2组成,两者间夹约9m的节理发育青灰色薄层硅质岩及粉砂质泥岩的碎裂岩。其中f1断层带宽0.8—2.2m,由节理密集带、碎裂岩、断层角砾和半胶结的断层泥(4—20cm)组成1,断层泥的ESR年龄为(145.4±15.0)×104a。

1 中国地震局地质研究所,浙江省工程地震研究所,2007.浙西核电厂初步可行性研究阶段地震地质专题报告.


①青灰色薄层硅质岩、粉砂质硅质岩及粉砂质泥岩,节理发育;②破碎的青灰色薄层硅质岩、粉砂质硅质岩,节理密集,宽1m;③碎裂岩带,由碎裂岩组成的角砾和约1cm的半胶结-胶结的青灰色泥,宽20cm;④胶结的碎裂岩;⑤青灰色薄层硅质岩、粉砂质硅质岩及粉砂质泥岩压碎岩,节理发育;⑥青灰色细角砾岩带,夹有小砾石,砾石定向排列,与断面一致,宽1—2.5m;⑦青灰色薄层硅质岩、粉砂质硅质岩及粉砂质泥岩,节理发育
图 9 建德市杨春桥镇萧山-球川断裂地质剖面 Fig. 9 Geological section of Xiaoshan-Qiuchuan fault exposed in Yangchunqiao town
4 结论

萧山-球川断裂富阳—建德段由孝丰-三门湾断裂以南向南延伸至建德市区,全长约110km。根据前人资料和野外调查结果分析,富阳—建德段的展布形态以控制富春江谷地的山前断层为主,遥感影像线性特征清楚,对山前第四系发育有影响;各断层剖面上断层角砾较为松散,部分剖面发育较松软泥质胶结物,表明第四纪以来有过活动。峙山村探槽开挖初步结果显示断裂进入了第四系底部。根据各剖面断裂特征和探槽开挖结果判断,该段最新活动时代为早、中更新世,活动性质以右旋走滑兼具逆冲为主。

浙江地区为弱地震活动区,断层活动性弱,在这类地区开展断层活动性鉴定工作具有较大的挑战性。通过遥感、物探、地质调查多种手段相结合,尤其在探槽开挖工作中使用高密度电法剖面对断层进行定位,使断层的定位最终达到了较好的效果,不足之处在于该地区断裂露头多发育于基岩出露区,断层顶部无第四系覆盖,确定其最新活动时代较为困难。由于断层泥易受淋滤作用等外部因素影响,ESR测年样品结果往往有较大不确定性,测年结果难以达到较高定量化的精度。本次断层活动性鉴定结果显示萧山-球川断裂富阳—建德段最新活动时代为早、中更新世,与该地区所处的地震构造背景吻合。

致谢: 野外工作得到了浙江大学陈汉林教授、饶刚研究员,江西省地震局卢福水高级工程师,山东省地震局王志才研究员等专家的指导帮助,在此表示衷心的感谢。
参考文献
邓起东, 卢造勋, 杨主恩, 2007. 城市活动断层探测和断层活动性评价问题[J]. 地震地质, 29(2): 189-200. DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2007.02.001
任俊杰, 张世民, 冉洪流, 2008. 活断层定量资料在大震年发生率评定中的应用[J]. 震灾防御技术, 3(3): 282-291. DOI:10.3969/j.issn.1673-5722.2008.03.011
姚琪, 陈汉林, 张微, 等, 2008. 断层泥电子自旋共振测年在杭州城市活动断层探测中的应用[J]. 原子能科学技术, 42(7): 658-661.
张微, 陈汉林, 李启敏, 等, 2008. 基于遥感技术研究萧山-球川断裂带[J]. 科技通报, 24(2): 156-161. DOI:10.3969/j.issn.1001-7119.2008.02.003
浙江省地质矿产局, 1989. 浙江省区域地质志[M]. 北京: 地质出版社.


Characteristic of Quaternary Activities of Fuyang-Jiande Segment of Xiaoshan-Qiuchuan Fault
Zhang Peng*1), Zhang Yuanyuan1), Ma Zhijiang2), Bai Yu3), Wang Xiaodong3), Sun Minghang3)
1) Traffic and Transportation Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 210009, China;
2) Zhejiang Earthquake Agency, Hangzhou 310013, China;
3) Shenfeng Institute of Geological Techniques Co., Ltd., Shanghai 200011, China
Abstract

Xiaoshan-Qiuchuan fault in NE-direction is one of the large-scale faults in Hangzhou area, along which there have been many destructive earthquakes. The activity of this fault in Quaternary is an important reference for Hangzhou area in carrying out seismic prevention and mitigation work. Through field investigation, electric exploration and trench excavation, we have studied the Quaternary activities of Fuyang-Jiande segment of Xiaoshan-Qiuchuan fault. The Fuyang-Jiande segment of Xiaoshan-Qiuchuan fault shows clear lineation on remote sensing image, and has a significant effect on Quaternary development of the piedmont and the control effect on the landscape. The activity feature of Fuyang-Jiande segment of Xiaoshan-Qiuchuan fault is dominated by thrust and strike-slip inferred from the research on the fault exposed profile. Based on trench excavation which is located in Fuyang Zhishan village, combing electron spin resonance dating, we found that the fault was active in early and middle Quaternary, and it has not cut through the above strata of middle Pleistocene.



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萧山-球川断裂富阳—建德段第四纪活动性研究
张鹏*1) 张媛媛1) 马志江2) 白玉3) 王晓东3) 孙明行3)
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20180423