南宁盆地Ⅲ级阶地——断层控制下的埋藏阶地

严小敏, 李细光, 汪劲草

(1.桂林理工大学,广西桂林 5410041;2.广西壮族自治区地震局,广西南宁 530022)

南宁盆地Ⅲ级阶地
——断层控制下的埋藏阶地

严小敏1, 李细光2, 汪劲草1

(1.桂林理工大学,广西桂林 5410041;2.广西壮族自治区地震局,广西南宁 530022)

采用热释光(TL)测年的方法对南宁盆地城区埋藏阶地及南宁盆地外围地区三级阶地进行了年代学对比,发现两者形成年代相近,从而确定城区埋藏阶地为三级阶地。同时对城区工程钻孔中出现阶地物质的钻孔进行统计分析,通过Sufer软件做出城区三级阶地厚度等值线图和顶面高程等值线图,找出城区三级阶地沉降特点,结合心圩-韦村断裂峙村至老口段及屯里断裂中更新世活动特点,认为南宁盆地三级阶地的沉降,与心圩-韦村断裂的峙村至老口段中更新世持续而剧烈活动有关,其沉降中心持续沿往东南方向迁移,但东南面边界为屯里断裂控制,从而使城区沉降最为明显。

南宁盆地;三级阶地;沉降运动;心圩-韦村断裂

南宁盆地自新生代以来在总体抬升的背景下,局部地区存在沉降运动(潘顺安,2000)。笔者通过野外调查发现南宁盆地外围大部分地区(图1)可见发育有Ⅰ～Ⅳ级河流阶地,局部地方甚至可见Ⅴ、VI级阶地。而在南宁盆地,据城市工程钻孔资料,发现很多地方出现埋藏阶地,阶地顶面标高在68～76 m不等,而现今邕江水面年平均标高为68 m左右,这说明南宁盆地存在沉降运动,虽然地质志上简略的提到了存在内叠阶地,甚至推断是由断层活动导致,但对于是哪级阶地发生沉降,又是由哪条断裂引起及如何影响并没有做深入的探讨。笔者主要通过热释光年代学数据进行对比,确定埋藏阶地为三级阶地;同时整合城市工程勘探钻孔中出现卵石层的钻孔进行统计,并根据统计数据运用sufur软件确定做出南宁城区三级阶地的沉降中心;最后结合心圩-韦村断裂峙村至老口段及屯里断裂的活动性来研究断裂对南宁盆地Ⅲ级阶地沉降的成因。

1 南宁盆地地质概况

南宁盆地是在燕山运动之后叠加在古生界褶皱基底,邕宁背斜之上受断裂控制而发育起来的新生代断陷盆地(肖义越等,1993)。在区域新构造位置上,主要位于桂西黔西南断块差异掀斜隆起区西南面、及桂东南断块差异隆起区西面的中部,由于受新构造运动的影响,南宁盆地主要以间隙性振荡性抬升为主,形成邕江两岸Ⅵ级阶地。在地貌上南宁盆地由于受青藏高原隆起的影响(袁宝印等,1999),使得南宁北高南低。

研究区构造情况较简单,北面为控制盆地发育的心圩-韦村大断裂,断裂由数条产状相近的正断层或数米至数十米宽的破碎带组成(班波等1989),最新资料显示该断裂最新活动时期为中更新世。紧邻断裂发育的为夹于高峰隘—白沙背斜、邕宁背斜之间的南宁向斜,该向斜形成于喜马拉雅期(图1),由第三系组成,南翼舒缓,倾角5～15°,倾向NW,北翼由于受心圩-韦村大断裂的影响,倾角较陡达15～30°,褶皱轴向北东,靠近南宁盆地北端,由于基底形态呈南缓北陡,东高西低,而且两端上翘,使其有“簸箕”状之说(吴少斌等,2002)。

2 南宁盆地河流阶地特征

图1 南宁盆地地质构造略图Fig.1 The simplified tectonic map of Nanning basin

河流阶地有两个形成阶段。首先,在侵蚀基准面稳定的情况下,河流以侧蚀为主,拓宽河谷同时堆积冲积层,形成阶地面;然后侵蚀基准面下降,河流下切侵蚀,切开冲积层甚至基岩,形成阶地陡坎,导致阶地侵蚀基准面变化的主要有地壳运动和气候变化两大因素(潘保田等,1995)。南宁地区自第四纪以来总共有六次抬升运动,分别为更新世浔江期、白沙早期、白沙晚期和望高早期、望高晚期、全新世。气候也由凉爽型过渡到温湿,雨量逐渐增加,植被也由草原型转变为森林型。正是新构造运动及气候的耦合作用导致南宁盆地形成了Ⅵ级河流阶地。但是在整体抬升的情况下,南宁城区大部分地区钻孔却打到了卵石层,说明市区部分地区出现了沉降现象。下面分别论述南宁周边及城区阶地差异情况:

2.1 南宁盆地周边阶地分布情况

南宁盆地周边地区普遍发育有Ⅰ～Ⅳ级阶地,只在南部的五象岭一带极少部分地区可见Ⅴ、Ⅵ级阶地残余物质。为了更好的了解南宁市周边阶地情况,笔者通过实测剖面的手段来控制和掌握他们的分布及抬升情况。因为河流主要发育于河床宽窄突变处或流向转折处(贾建称等,2006),笔者分别在仙葫大桥附近及老口圩的那佐附近河流转折处选择了两条实测剖面(图1)进行了调查。调查表明南宁盆地周边地区未受控盆断裂影响的地区,阶地分布完整、连续,为新构造及气候耦合作用形成的正常阶地抬升。

(1)仙湖大桥阶地剖面。剖面北起邕江岸边,南至那平岭东面的140高地,全长900 m,剖面方向南东(图2)。该剖面卵石层清楚易辨(照片1),阶地呈梯状分布,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级阶地面分别位于77 m,85 m,102 m和123 m处,没有沉降现象,为不受断裂影响的正常抬升阶地。

(2)老口圩那佐阶地剖面。剖面北起邕江岸边,南至龙山村南面124.2高地,全长1 400 m,剖面方向北西西(图3)。该剖面同样阶地分布清楚,为梯型递增,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级阶地面分布位于77 m,84 m,105 m,没有出现沉降现象,为不受断裂影响的正常抬升阶地。

2.2 南宁盆地阶地分布情况及年代确定

南宁盆地由于城区建设其地表阶地面已经被破坏,无法得知地表阶地分布情况,但是通过收集和分析城区工程钻孔资料,可知在盆地地表下面存在一埋藏阶地,其分布范围呈似棱形状,与南宁盆地形状基本一致(图1)。

为了确定该埋藏阶地年代,笔者对沉降区中五个钻孔及南宁盆地周边正常三级阶地进行了取样,沉降区钻孔样品采自钻孔埋深约4～5 m处的土黄色粘土(图4),三级阶地样品采自三级阶地上部土黄色粘土(图5)。取样时,将直径约5cm的钢管一端密封,另一端插入土黄色粘土层,取出后将两端用锡纸和胶带密封,然后寄中国地震局地壳应力研究所热释光实验室进行测试。

图2 仙葫大桥段河流阶地横剖面图Fig.2 The cross-section of terraces in Xianhu bridge

照片1 仙葫大桥Ⅲ级阶地Photo.1 The third terraces in Xianhu bridge

通过测试结果知五个钻孔样品(表1)热释光年龄为(146.32±12.44)～(302.90±25.75)ka,而南宁盆地周边地区三级阶地样品(表2)热释光年龄分别为(112.54±8.57)ka和(125.40±10.67)ka。它们测试年龄相近,都为中更新世晚期形成,同时与区域报告中三级阶地形成于中更新世相吻合,故可确定沉降区埋藏阶地为邕江三级阶地。

图3 老口圩那佐段河流阶地横剖面图Fig.3 The cross-section of terraces in Nazuo Laokou village

表1 沉降区部分钻孔样品的热释光(TL)年龄Tab.1 The TL ages of part drills in land-subsidence area

表2 南宁盆地周边地区三级阶地热释光年龄表Tab.2 The TL ages of the third terrace around Nanning basin

3 南宁盆地城区Ⅲ级阶地沉降特征分析

3.1 数据的收集与处理

为了弄清楚南宁盆地三级阶地变形的特征,笔者收集了广西工程防震研究院2004年至2009年所有南宁市区安评报告中的钻孔资料,其中142个为具有卵石层的钻孔柱状图,为了使这些钻孔能够具有代表性,按一定的间隔比例挑选了其中75个均匀分布于市区的钻孔。由于这些钻孔并非充满整个研究区,同时结合了广西南宁地质图集中的砂砾石层分布图,运用插值的方法补充了77个数据,从而使整个研究区采集的数据具有代表性及统计意义。在这些资料中我们主要统计了以下两组数据:

(1)三级阶地顶部标高 HL,计算方法为:

其中 HD为钻孔地面标高,h为钻孔顶面至三级阶地顶部粘土层深度。

(2)三级阶地厚度L,即三级阶地顶面至底面铅直距离。计算方法为:

其中D为钻孔顶面至卵石层底部深度。

统计出这二组数据后,再用surfer软件以纬度为横坐标,经度为纵坐标,分别以这二种数据为等值线采用软件里面克里克网格方法来做出三级阶地厚度变化图(图6)及顶部沉降图(图7),从而能直观清楚的找出三级阶地沉降中心及三级阶地厚度变化特征。

3.2 沉降区三级阶地变形特征

在沉降区三级阶地厚度图(图6)中可知,超过20 m区分布很有特点,在峙村至老口段断裂东南侧主要位于大塘、心圩乡、西乡塘、苏坡及石埠村等地,最深处达36 m;在市中心主要位于上尧乡、地委大院、火车站一带,其厚度较大,最深处达32 m;在屯里断裂北西侧主要位于亭子镇至南湖一带,最厚处达33 m。以上说明城区三级阶地在沉积过程中保存很完整,几乎未遭受剥蚀作用。南宁盆地周边地区三级阶地厚度仅在1～6 m之间,在抬升过程中遭受风化剥蚀严重。说明南宁盆地周边地区与市区在同一时期抬升与沉降运动差异巨大。

城区三级阶地卵石层沉降中心很有特点(图5),受沉降中心总体可分为三个区域,一个为心圩韦村断裂峙村至老口段的南面,似弓形,长轴方向近北东向与断裂走向一致,短轴方向北西,与断裂倾向相一致;一个为市中心,南宁站附近沉降最为严重,最低点68 m即位于此处;一个为屯里断裂的南侧断裂上盘,南湖至亭子镇一带。

3.3 南宁盆地三级阶地沉降区成因分析

南宁盆地周边阶地为正常的抬升阶地与区域性抬升相一致,而南宁盆地三级阶地却很大一部分已经沉降到邕江河面以下,这说明在南宁盆地受断裂控制明显。通过上述南宁盆地三级阶地沉降特征及断裂本身活动性特征可推断南宁盆地城区Ⅲ级阶地沉降主要受心圩-韦村断裂峙村至老口段及屯里断裂控制。

峙村至老口段断裂位于心圩-韦村断裂最西面,走向北东,倾向南东,大部分隐伏于第四系望高组砂粘土层,在那丁坡村一带有断层出露(图8),从中采集了断层泥样(NN-SC-01,NN-SC-02,NN-SC-03)及上覆残积层粘土样(NN-SC-04)(表3)。取样时,将直径约5 cm的钢管一端密封,另一端插入断层泥及残积粘土层中,取出后将两端用锡纸和胶带密封,然后寄中国地震局地壳应力研究所热释光实验室进行测试。

通过测年数据(表3)知该段断裂活动时间为(130.29±14.33)ka～(158.30±17.41)ka,时代为中更新世晚期,从倾角来看该断裂为北陡南缓的铲式正断层。南宁城区沉降中心很好的吻合了该断裂的构造特性,首先,沉降中心的长轴方向及短轴方向分别与断裂的走向及倾向相一致,由于卵石层处于铲式正断层上盘,从而将导致沉降中心持续的往南运移;其次城区卵石层厚度很大,最最厚处达33 m,可知城区三级阶地大部分未遭受搬运剥蚀,说明城区三级阶地与断裂为同沉积构造;正是由于峙村至老口段断裂在中更新世持久而剧烈的活动,直接导致了如今南宁城区大部分三级阶发生沉降。

表3 心圩-韦村断裂丁坡村处断层样热释光(TL)年龄Tab.3 The TL ages of fault clay in Dingpo village of Xinxu-Wei village fracture

图8 心圩-韦村断裂峙村至老口段断层剖面图(地点:丁坡)Fig.8 The cross-section of Xinxu-Wei village fracture to the Laokou

屯里断裂位于屯里村附近,走向北东东,为倾向北西的正断层。该断裂的活动最新活动年代也为中更新世①南宁市城市轨道交通2号线工程场地地震安全性评价报告书(2008年).,正是该断裂的活动使本来由于心圩韦村峙村至老口段产生的三级阶地沉降活动进一步加剧,同时也限制了沉降区继续往东南方向扩展。

4 初步认识

(1)南宁盆地周边阶地未出现沉降现象主要以抬升作用为主,三级阶地标高在90～116 m,而在南宁城区地表以下存在邕江三级阶地面,并且最低处标高为68 m,甚至比现今邕江河面都低10余米,证明城区出现强烈的沉降运动。

(2)导致邕江城区三级阶地沉降的主要原因为心圩-韦村断裂峙村至老口段及屯里断裂中更新世以来活动有过强烈的活动,且城区三级阶地卵石层与峙村至老口段断裂为同沉积构造,正是由于峙村至老口段断裂在中更新世持久而剧烈的活动,直接导致了如今南宁城区大部分位于三级阶地之上。在东南面边界为屯里断裂控制,从而使城区沉降最为明显。

(3)建议做更详尽的城市活断层研究,以定量的方式确定心圩-韦村断裂、屯里断裂等城区内断层的活动性,从而整体掌握南宁盆地的整体活动性及断裂活动可能产生的危害。同时区域性右江断裂从南宁盆地西南侧通过,是否对南宁盆地沉降区有影响还有待进一步研究。

班波,邓德贵.1989.南宁盆地心圩-韦村断裂的特征及发展[J].广西地质,2(2):71-76.

贾建称,李建伍,王根厚,等.2006.索曲流域现代河流阶地对南羌塘陆块新构造运动的反演[J].东华理工学院学报,29(1):17-21.

潘保田,李吉军,朱俊杰.1995.黄河中游阶地与构造——气候旋回[A].地貌·环境·发展[C].北京:科学出版社:26-30.

潘顺安.2000.南宁市新构造运动特征及其意义[J].广西地质,13(1):11-15.

吴少斌,孔繁业.2002.南宁市地热田成因分析[J].广西地质,15(1):43-47.

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袁宝印,侯亚梅.1999.百色旧石器遗址的若干地貌演化问题[J].人类学学报,18(3):215-224.

The Third Terrace in Nanning Basin——A Buried Terrace by Contraled Fauct

YAN Xiao-min1, LI Xi-guang2, WANGJin-cao1(1.Guilin University of Technology,Guilin,GX 541004,China;2.Seismological Bureau of Guangxi Zhuang Municipality,Nanning,GX 530022,China)

The city buried terrace and the third terrace of the surrounding area of Nanning basin are found that both of them is formed in a similar age by comparing their geochronology with the thermoluminescence(TL)dating methods,it can determine that the city buried terrace is the third terrace.At the same time,the drillings with terrace material of the city project are counted and analysed,used the software of Sufer to draw the thickness isoline graphs and the top elevation isolines of the city third terrace,the sedimentation characteristics of the city third terrace are found,coupling the characteristics of pleistocene from Xinxu-Wei village fracture to the Laokou and Tunli fracture,the sedimentation of the third terrace in Nanning basin have some connection with the sustaining and violent activities of the pleistocene from Xinxu-Wei village fracture to the Laokou and Tunli fracture are considered,the subsidence center keeps up a steady move to the South-East,but the boundary of the South-East are controlled by Tunli fracture,so the sedimentation of the city becomes more obvious.

Nanning basin;the third terrace;movement of sedimentation;Xinxu-Wei village fault

P546

A

1674-3504(2010)01-029-07

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.01.005

2009-03-25

广西科学研究与技术开发计划项目“广西北部湾经济区深浅构造耦合作用及其与地震关系研究”(桂科攻 0816006-6)和“广西北部湾经济区发震构造与未来地震潜势研究”(桂科攻0993001-1)联合资助

严小敏(1984—),男,研究生,主要从事地震地质方面的研究。E-mail:minshihuei@163.com