引用本文
方良好, 疏鹏, 路硕, 郑颖平, 杨源源, 潘浩波, 李鹏飞. 2020. 桥头集-东关断裂合肥盆地段活动特征. 震灾防御技术, 15(4): 767-776, DOI:10.11899/zzfy20200411.
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桥头集-东关断裂合肥盆地段活动特征
方良好1,2) 疏鹏1,2) 路硕1,2) 郑颖平1,2) 杨源源1,2) 潘浩波1) 李鹏飞1)
1) 安徽省地震局, 合肥 230031
2) 郯庐断裂带中南段重点研究室, 合肥 230031
[基金项目]:中国地震局地震科技星火计划青年项目(XH19017Y);合肥市地震活断层探测及地震危险性分析(340100)
[收稿日期]:2020-04-20
[作者简介]:方良好, 男, 生于1984年。硕士, 工程师。主要从事活动构造及其应用研究工作。E-mail: logfang@163.com
摘要

北西走向的桥头集-东关断裂与郯庐断裂带南段相交切,横跨合肥盆地及其东缘的隆起区,在合肥盆地内呈隐伏状态。本研究跨桥头集-东关断裂合肥盆地段布设3条浅层地震勘探测线,揭示断裂浅部构造特征。解译出的FP1、FP2和FP3断层性质相同,倾向一致,上断点深度相近,反映出桥头集-东关断裂合肥盆地段是一条走向NW、倾向SW、具有逆断分量的断裂。3条浅层地震反射剖面中第四系的底界面反射波组TQ呈连续近水平展布,表明桥头集-东关断裂两侧的第四系厚度无明显变化。在浅震剖面解译的基础上,布设了1条跨断层钻孔联合剖面,剖面揭露出的第四系没有被错动。结合本区第四系地层发育情况及钻孔地层年龄分析,认为桥头集-东关断裂中更新世以来不活动。根据本文探测结果,尚不能排除桥头集-东关断裂早更新世有一定的弱活动。

关键词: 桥头集-东关断裂  合肥盆地  地震反射剖面  钻孔联合剖面  断裂活动性  


引言

郯庐断裂带是中国东部规模较大的一条NNE向断裂带,沿该断裂带自北向南分布一些与郯庐断裂带交切的NW向断裂。这些迁就或沿袭早期断裂发育的NW向断裂对郯庐断裂的新活动有着重要影响,共同构成了郯庐断裂的新构造活动(国家地震局地质研究所,1987),它们对郯庐断裂带的分段(高维明等,1991李家灵等,1994徐杰等,1999晁洪太等,1998姜文亮等,2011熊振等,2016)、地震孕育和破裂(晁洪太等,1998熊振等,2016朱艾斓等,2018)起着重要的控制作用。

桥头集-东关断裂北西起自六安炎刘,向南东经大杨、沿南淝河向南东延伸,在桥头集附近与郯庐断裂相交,再沿巢湖北东岸抵东关,全长约100多千米(图 1)(姚大全等,2009)。断裂横跨合肥盆地及其东缘的浮槎山-张八岭隆起区,根据断裂出露情况将其分为2段,大致以桥头集为界,以东为隆起区段,以西为合肥盆地段。断裂在隆起区段断续出露,在合肥盆地段呈隐伏状态。在隆起区,有学者对桥头集附近NW向基岩断裂进行了研究,根据断层充填物热释光(TL)测年结果,得出该处断层在晚更新世有3次构造活动(姚大全等,2009)。中国地震局地质研究所在桥头集、银屏山一带对断裂进行了调查,根据断层地貌、地震活动水平及断层泥ESR测年结果,认为该断裂最新活动时代为早中更新世2。断裂进入合肥盆地后,地貌特征与隆起区段截然不同。现有研究认为在合肥市余老庄、农科院至东门一线,断裂两侧晚更新世以来第四系厚度不一致,认为其是活动断层(姚大全等,2004),但合肥地区是典型的中等强度地震活动区(张杰等,2005刘东旺等,2008)。桥头集-东关断裂合肥盆地段穿过合肥城区,该断裂第四纪活动特征如何,对合肥地区地震构造识别及地震危险性研究具有重要意义。本文跨桥头集-东关断裂合肥盆地段布设3条浅层地震勘探测线,获得近地表高精度浅层地震剖面;在浅震解译的基础上布设1条跨断层钻孔联合剖面,结合合肥地区第四系地层发育情况及钻孔地层年龄结果,对桥头集-东关断裂合肥盆地段第四纪活动特征进行分析和讨论。

2 中国地震局地质研究所,2007. 安徽芜湖核电站芭茅山厂址可行性研究阶段地震安全性评价报告.


图 1 桥头集-东关断裂构造图 Fig. 1 Tectonic map of Qiaotouji-Dongguan fault
1 研究区地质构造概况

研究区位于安徽省中部,跨华北板块和扬子板块2个一级大地构造单元(图 1(a))(聂峰等,2015)。受郯庐断裂带的控制,研究区内的主要地貌为合肥盆地及其东部的丘陵隆起区。合肥盆地是侏罗纪以来发育的陆相沉积盆地(朱光等,2011),在盆地发育早期受大别造山带影响较大,中后期郯庐断裂带的影响成为主导因素(陈海云等,2004)。新近纪至第四纪早期,区域发生挤压,合肥盆地活动反转,整体处于隆起状态,大部分地区缺失新近系和下更新统(陈海云等,2004刘国生等,2006戴寅等,2011);中更新世早中期开始,盆地由隆起转为较弱的下降,沉积了下蜀组杂色黏土、粉质黏土(管后春等,2015路硕等,2019)和全新世冲、湖积地层。盆地东侧丘陵隆起区主要由晚太古代-元古代变质岩系组成,第四纪以来处于隆起状态,大部分地区缺失第四纪沉积,仅在巢湖沿岸及现代河流两岸有少量第四系堆积。

合肥盆地东缘发育多条与郯庐断裂带相交切的NW向断裂,桥头集-东关断裂是其中规模较大的一条。断裂除重力图上有显示外,地表在桥头集附近基岩破碎带超过200m(姚大全等,2004)。断裂表现出一定的线性特征,如桥头集附近错断的山体、巢湖东北岸及裕溪河的线性地貌(图 1(b))。在撮镇-梁园人工地震剖面中,该断裂位于撮镇南,切割了古近系及以前地层,切割深度达12km,新生代以来具有多期活动特征(姚大全等,2004)。

2 浅层地震反射剖面特征

为确定断裂的准确位置、断层上断点和断裂近地表构造等特征,跨桥头集-东关断裂布设3条浅层地震反射剖面,其中CX1长约4.1km,CX2长约4.0km,CX3长约8.1km(图 1(b))。本文所采用的观测系统和参数为:采样长度1s、采样间隔0.5ms、M18/612型可控源激发、道间距2m、炮间距10m、160道接收、16次覆盖。

2.1 浅层地震反射剖面CX1

图 2为CX1测线的反射波时间叠加剖面,该剖面经过地段的地层界面反射波组非常丰富。剖面中TQ反射能量较强,界面较清晰,能够较好地追踪,总体呈近水平形态展布,埋深为30—45m。根据测线南面BK3钻孔揭露,第四系底界埋深约41m,之下为白垩系。因此,将浅层地震剖面揭示的强反射波组TQ解释为第四系的底界面反射。


图 2 CX1测线时间叠加剖面及其解译结果 Fig. 2 Stacked time sections and geologic interpretation for survey line CX1

第四系之下的基岩地层,在测线桩号1560m附近可以看到一条由上到下较明显的断层分界线。桩号1560m以南,地层反射能量较强、反射震相丰富;以北地层反射能量减弱。根据区域基岩地质图3图 3),南边下伏基岩为白垩系,北边为古近系。依据上述特征,在桩号1560m附近解译出FP1是一条倾向SW的逆断层,可分辨的上断点断错至TQ底界。

3 安徽省地质局区域地质调查队,1978. 1:20万合肥定远幅基岩地质图.


图 3 研究区基岩地质图 Fig. 3 Geological map of bedrock in study area
2.2 浅层地震反射剖面CX2

图 4为CX2测线的反射波时间叠加剖面。剖面揭示的TQ地层反射总体呈近水平形态展布,整条剖面都能够较可靠地追踪,其反射能量在剖面北段较强、南段较弱,埋深35m左右。根据测线北西向BK1钻孔揭露,第四系底界埋深约31m,之下为白垩系。因此,将浅层地震剖面揭示的强反射波组TQ解释为第四系的底界面反射。


图 4 CX2测线时间叠加剖面及其解译结果 Fig. 4 Stacked time sections and geologic interpretation for survey line CX2

从图中可以看出,在测线桩号1950m附近,TQ以下的地层存在一条自上而下向南倾的反射特征分界线,其南、北两侧的地层反射波组特征明显不同,南侧地层反射能量较强、反射震相丰富,双程走时0.7s以上可分辨出多组基岩地层反射,而其北侧基岩内部则基本看不到地层反射。根据区域基岩地质图(图 3),测线下伏基岩为古近系。据上述特征,解释了断层FP2倾向SW,具有逆断层性质,断错至TQ底界。

2.3 浅层地震反射剖面CX3

图 5为CX3测线的反射波时间叠加剖面,剖面揭示的TQ地层反射总体呈近水平形态展布,反射能量相对较弱,但仍能较可靠地追踪,埋深30—35m。根据测线北东向BK1钻孔揭露,第四系底界埋深约31m,之下为白垩系。因此,将浅层地震剖面揭示的TQ解释为第四系的底界面反射。


图 5 CX3测线时间叠加剖面及其解译结果 Fig. 5 Stacked time sections and geologic interpretation for survey line CX3

从图中可以看出,TQ之下有2组特征明显的地层反射,分别为T1和T2。其中T2反射波的反射能量较强,在整条剖面都能够清晰分辨,在其之下几乎看不到任何地层反射,表明该界面是一个波阻抗差异明显的分界面。根据反射波组特征和断层在剖面上的判断依据,在该剖面共解释了2条断层,为FP3和FP3.1。由区域基岩地质图(图 3)可知,西侧下伏基岩为侏罗系,东侧为白垩系。

FP3在剖面上倾向SW,表现为逆断层性质,FP3.1表现为正断层性质。根据剖面揭示的断层特征,FP3.1应是FP3的次级断裂,它与FP3相向而倾,二者形成“Y”字形构造,剖面中显示两条断层均断错至TQ底界。

3 钻孔联合剖面特征

为进一步确定桥头集-东关断裂错断的最新地层,在上述3条浅层地震反射剖面解译的基础上,选择上断点最清晰可靠的FP1作为跨断层钻孔联合剖面的验证点。布设1条长70m的跨断层钻孔联合剖面(编号ZKPM),位置如图 1(b)所示,该剖面由7个深度35.42—39.60m、间距7—18m的钻孔组成,每个钻孔均打穿第四系,揭露出下伏基岩(图 6)。跨FP1钻孔联合剖面共揭露出9套地层,其中U2—U9为下蜀组(路硕等,2019),具体特征如下:


注:FM代表铁锰结合及铁锰氧化物;Ca代表钙结核;Ⓔ代表ESR年龄
图 6 ZKPM钻孔联合剖面地质解释图 Fig. 6 The composite drilling geological section of ZKPM

U1:回填土,厚0.5—4.2m;

U2:灰褐-褐黄色黏土,含少量铁锰结核及零星钙结核,厚9.2—14.7m;

U3:浅灰黄-棕黄色粉质黏土夹细砂,含少量铁锰结核,厚2.2—7.2m;

U4:黄-黄褐色中粗砂、细砾,厚0.4—1.8m;

U5:黄褐-黄色粉质黏土、细砂,含零星团块状铁锰氧化物,厚<3m;

U6:黄色黏土,夹钙结核,横向延伸超出钻孔范围,含少量铁锰氧化物和零星细粒铁锰结核,厚8.9—11.1m;

U7:棕褐色粉质黏土、细砂,局部含粗砂,含少量铁锰结核、铁锰氧化物及少量钙结核,厚1.0—4.2m;

U8:青灰-红褐-灰红色黏土,钙结核富集,含少量铁锰结核和铁锰氧化物,厚2.2—3.8m;

U9:红色泥质粉砂、细砂岩,风化程度较高,为下伏基岩。

图 6可以看出,下伏基岩(U9)顶面基本处于相同埋深,第四系内部发育的粗砂、细砾层(U4)也处于大致相同的深度,浅震解译断层FP1两侧的第四系(U1—U8)未见明显错动。

新近纪至第四纪早期,合肥盆地整体处于隆起状态,大部分地区缺失新近系和下更新统(陈海云等,2004刘国生等,2006戴寅等,2011)。根据合肥盆地BK2钻孔第四系研究成果,BK2中更新统不整合在下伏基岩之上,钻孔揭示Qh底界为1.2m,Qp3底界为5m,5—35.1m为Qp2地层(路硕等,2019)。本次得到的U6地层ESR年龄为502±94ka和549±55ka,与BK2研究结果基本一致,结合合肥盆地第四系发育情况,本次钻孔联合剖面揭示的最老第四纪地层为中更新统。由于钻孔联合剖面揭示的中更新世以来地层没有被断错,因此断层FP1中更新世以来不活动。

4 结论及讨论

本文利用地震反射勘探方法跨桥头集-东关断裂合肥盆地段布设3条浅层地震反射剖面,结合浅震解译结果布设1条跨断层钻孔联合剖面,获得了断裂的浅部构造特征和最新活动情况,初步得到以下认识:

(1)实测断点平面展布显示的断裂空间位置与现有研究对该断裂展布的认识一致;解译出的FP1、FP2和FP3断层性质相同,倾向一致,上断点错断深度相近,反映出桥头集-东关断裂合肥盆地段是一条走向NW、倾向SW、具有逆断分量的断裂;从断裂切割的早期地层及构造看,该断裂具有左旋运动特征。

(2)3条浅层地震反射剖面中第四系的底界面反射波组TQ连续近水平展布,表明桥头集-东关断裂两侧的第四系厚度无明显变化。

(3)跨断层钻孔联合剖面显示揭露出的第四系没有被错动,结合本区第四系地层发育情况及钻孔地层年龄结果,认为桥头集-东关断裂中更新世以来不活动。

桥头集-东关断裂的活动情况与断裂所在地区的新构造环境有关。野外探测结果、历史与现代地震活动性,普遍认为郯庐断裂带合肥盆地及以南段总体活动较弱,没有超过MS6以上的地震记载,大部分地段活动时代被鉴定为早中更新世(朱艾斓等,2018赵朋等,2018秦晶晶等,2018杨源源等,2019)。郯庐断裂带是本区规模最大的控制性构造,受其影响,与其呈共轭破裂关系的NW向断裂(徐杰等,2003)最新活动性较弱,尚不能排除其第四纪早更新世有一定程度的活动,根据本文钻孔联合剖面探测结果,基岩上覆地层为富含结核的粘土层,基岩顶界面没有显示明显落差,可能由于断裂活动强度较弱。

致谢: 文中ESR样品由中国地震局国家重点实验室新年代室测试;浅层地震反射勘探由中国地震局地球物理勘探中心实施;钻孔联合剖面探测由中国地震局地质研究所杨晓平研究员负责实施,在此一并表示感谢。
参考文献
晁洪太, 李家灵, 崔昭文, 等, 1998. 山东中部一条明显的北西向中强地震带[J]. 华北地震科学, 16(2): 23-29.
陈海云, 舒良树, 张云银, 等, 2004. 合肥盆地中新生代构造演化[J]. 高校地质学报, 10(2): 250-256. DOI:10.3969/j.issn.1006-7493.2004.02.011
戴寅, 胡望水, 汤济广, 等, 2011. 合肥盆地构造演化、差异变形及油气勘探前景[J]. 中国地质, 38(6): 1584-1592. DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2011.06.018
高维明, 郑朗荪, 1991. 郯庐断裂带的活断层分段与潜在震源区的划分[J]. 中国地震, 7(4): 87-91.
管后春, 李运怀, 刘道彬, 等, 2015. 合肥盆地下蜀黄土年龄及物源探讨[J]. 中国地质, 42(2): 664-675. DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2015.02.024
国家地震局地质研究所, 1987. 郯庐断裂[M]. 北京: 地震出版社, 116-139.
姜文亮, 张景发, 陈丁, 等, 2011. 利用遥感、重力多源信息研究郯-庐断裂带苏-鲁段构造特征[J]. 地球学报, 32(2): 143-153. DOI:10.3975/cagsb.2011.02.02
李家灵, 晁洪太, 崔昭文, 等, 1994. 郯庐活断层的分段及其大震危险性分析[J]. 地震地质, 16(2): 121-126.
刘东旺, 姚大全, 沈小七, 等, 2008. 基于新生代活动构造背景的地震重点危险区域综合研究——以安徽为例[J]. 地震地磁观测与研究, 29(4): 1-6. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2008.04.001
刘国生, 朱光, 牛漫兰, 等, 2006. 合肥盆地东部中-新生代的演化及其对郯庐断裂带活动的响应[J]. 地质科学, 41(2): 256-569. DOI:10.3321/j.issn:0563-5020.2006.02.008
路硕, 尹功明, 宋为娟, 等, 2019. 合肥下蜀土地球化学特征及其古气候意义[J]. 地质力学学报, 25(3): 428-439.
聂峰, 石永红, 张忠宝, 等, 2015. 安徽北部郯庐断裂两侧基底岩石年龄及对郯庐断裂初始开启时间的限定[J]. 科学通报, 60(24): 2315-2326.
秦晶晶, 石金虎, 张毅, 等, 2018. 郯庐断裂带合肥段五河-合肥断裂构造特征[J]. 地球物理学报, 61(11): 4475-4485. DOI:10.6038/cjg2018M0002
熊振, 李清河, 张元生, 等, 2016. 郯庐断裂带鲁苏皖段未来强震可能发生地段初探[J]. 地震地质, 38(4): 964-977. DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2016.04.013
徐杰, 宋长青, 高战武, 1999. 营口-潍坊断裂带新生代活动的特征[J]. 地震地质, 21(4): 289-300. DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.1999.04.001
徐杰, 马宗晋, 陈国光, 等, 2003. 中国大陆东部新构造期北西向断裂带的初步探讨[J]. 地学前缘, 10(S1): 193-198.
杨源源, 姚大全, 郑海刚, 等, 2019. 郯庐断裂带明光-定远池河镇段的新活动性[J]. 震灾防御技术, 14(1): 152-163.
姚大全, 刘加灿, 叶峰, 等, 2004. 地震韵律的研究方法初探——以合肥市断层活动习性综合探讨为例[J]. 地球物理学进展, 19(3): 663-671. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2004.03.029
姚大全, 刘东旺, 翟洪涛, 等, 2009. 安徽肥东桥头集南西第四纪断层活动习性[J]. 震灾防御技术, 4(3): 308-311. DOI:10.3969/j.issn.1673-5722.2009.03.007
张杰, 沈小七, 王行舟, 等, 2005. 利用层析成像的结果探讨安徽及邻区中强地震深部构造背景[J]. 中国地震, 21(3): 350-359. DOI:10.3969/j.issn.1001-4683.2005.03.006
赵朋, 郑海刚, 姚大全, 等, 2018. 郯庐断裂带安徽太湖段第四纪新活动研究[J]. 大地测量与地球动力学, 38(12): 1251-1255.
朱艾斓, 徐锡伟, 王鹏, 等, 2018. 以精定位背景地震活动与震源机制解研究郯庐断裂带中南段现今活动习性[J]. 地学前缘, 25(1): 218-226.
朱光, 朴学峰, 张力, 等, 2011. 合肥盆地伸展方向的演变及其动力学机制[J]. 地质论评, 57(2): 153-166.