郯庐断裂带赤山段中晚更新世之交的史前地震遗迹

姚大全 汤有标 沈小七 陈安国 郑海刚 赵 鹏 郑颖平 李 光 肖伟鹏

(安徽省地震局，合肥 230031)

郯庐断裂带赤山段中晚更新世之交的史前地震遗迹

姚大全 汤有标 沈小七 陈安国 郑海刚 赵 鹏 郑颖平 李 光 肖伟鹏

(安徽省地震局，合肥 230031)

赤山地处安徽省泗县东北部，为郯庐断裂带西支断裂通过处。以往研究认为，郯庐断裂带赤山段第四纪以来有较为明显的活动。此次在垂直于赤山段开挖的多个探槽中均揭露出史前地震遗迹(多期逆断型崩积楔)，具体表现为断层上盘砖红色上白垩统砂岩或黄白色中更新统砾石层向东叠置于褐黄色中、上更新统黏土之上。在楔状体根部均发现向NW陡倾的断裂，陡立的断面向上转变为缓倾的上翻垮落面。多条探槽揭示的断裂点的连线总体呈NNE走向，断裂通过处的上盘后缘大部分残留了凸起地貌，部分EW向冲沟被断裂右旋扭错。多条探槽两壁都一致显示出从西向东的推挤垮塌痕迹。其中Tc1～Tc4表现为砖红色砂岩(K2)逆冲垮落于黄褐色含铁锰结核黏土(Q2p-3)之上，Tc5则表现为红砂岩(K2)和黄白色砾石层(Q2p)逆冲垮塌于上述的黏土之上。在几个探槽的逆断型崩积楔上均揭示出此段曾有多次逆断型崩积事件发生，个别探槽揭露楔体较少，可能与其所处的位置、揭露深度和剥蚀残存的高度有关。对开挖探槽及光释光测年结果的详细分析初步得出，郯庐断裂带赤山段在中、晚更新世之交曾多次发生大规模逆断型黏滑事件，即曾多次发生史前大地震。

郯庐断裂带 赤山 中晚更新世 史前地震

0 引言

活动断裂最新错动与地震事件的关系研究是一个重要的基础问题。笔者以华北与华南活动地块接壤地带的江淮地区为主要研究区，选择可能存在史前地震遗迹的断裂带的关键部位，开挖大型探槽，识别编录史前地震事件痕迹，分析事件期次及其特性，结合样品年代测定，回溯史前地震变形历史。本文重点报道的是郯庐断裂带赤山段史前地震研究的新进展。

1 郯庐断裂带赤山段基本特征

位于安徽泗县北东部的赤山，是突起于淮北平原之上并呈NNE向伸延的低缓丘岗，海拔40m左右，制高点牛王殿海拔为46.71m。赤山西侧出露晚白垩世砖红色砂岩，其上不均匀覆盖了中更新统黄皮砾石层及更新地层;东侧则广泛分布黄褐色中、上更新统黏土和更新时代堆积。郯庐断裂带西界断裂从赤山东坡通过(图1)，构成上述不同地层的分界。

郯庐断裂带赤山段在剖面上表现为逆断性质，它将断裂西侧的晚白垩世砖红色砂岩逆冲于东侧的中、晚更新世褐黄色黏土之上。局部形成断层陡坎，这些陡坎断断续续，纵贯赤山，其连线与断裂走向一致。在断裂附近部分冲沟显现右旋扭错地貌(图2)。

笔者1990年开挖的Tc9和Tc19探槽(位置见图1)揭露出逆断型崩积楔，表现为砂岩沿断面上冲垮落在下盘黏土之上，形成楔状体。据此初步分析郯庐断裂带在赤山区段曾发生史前地震事件(汤有标等，1990)。由于当时限于人力、物力，挖掘的规模和深度有限，对变形事件是否完整被揭示，逆断型崩积楔是否带有普遍性，尚存在疑问。

不久前，课题组重返赤山，进行大规模机械挖掘，垂直于断裂开挖了多条大型探槽，揭示出较为丰富的构造变形现象，如存在多期逆断型崩积楔，并采集了楔状体上、下黏土测年样品和断错物质原态微观分析样。

图1 a研究区位置;b赤山所在郯庐断裂带构造略图Fig.1 Tectonic sketch of the trough location，Chishan segment，Tancheng-Lujiang Fault zone.

2 探槽揭示的构造变形现象及特征初析

2.1 Tc1探槽

探槽处于研究区段北端，长 12m、宽1.5m、深3.3m，走向276°。在探槽南壁挂网编录。该探槽揭露出2个逆断型崩积楔体，推测其形成过程系断面西侧的地层在地震力的作用下由西向东沿断面突然上冲，冲过地表的物质因重力作用垮落在下盘，构成楔状体堆积。类似过程间歇式重复发生，就构成新的楔状体堆积。

楔体由砖红色破碎状砂岩构成。上楔体靠根部完整，向东断续分布，反映垮塌滚落过程;楔体下部破碎砂岩中混入黏土，显示上楔体在推覆垮落过程中在楔体根部产生挤压混杂。根部断裂产状:275°∠60°(图3)。经释光法年代测定，上、下楔覆盖的土层样年龄分别为(173.6±10.4)ka BP 和(185.2±11.1)ka BP。

图2 赤山段断裂构造地貌Fig.2 Tectonic geomorphology of the fault at Chishan segment.

图3 Tc1探槽南壁剖面(a)和底面结构(b)图Fig.3 Section(a)of the southern wall and floor(b)of the trench Tc1.

2.2 Tc2探槽

紧邻1号探槽南侧，断裂通过处的冲沟被小幅度右旋扭折，且在近断面处上冲一侧出现隆起地形。探槽长 10.6m、宽1.5m、深5.7m，总体走向近EW，中间向北微凸。挂网编录探槽北壁。揭露出2个楔体:上楔体为紫红色、砖红色破碎砂岩。下楔体则由砖红色破碎砂岩构成，其中上楔体规模较小，下楔体较大，推测该楔体所代表的事件强度大。根部断裂在探槽西壁显露，产状:287°∠55°。

下楔体破碎砂岩中见铁锰结核，可能是后期被黏土混染所致。楔体根部断裂嵌入基岩(图4)。上、下楔体覆盖土层样年龄测定值分别为(148.7±10.4)ka BP 和(190.1±15.2)ka BP。

图4 Tc2探槽北壁照片(a)和剖面(b)Fig.4 Photo(a)and section(b)of the northern wall of the trench Tc2.

2.3 Tc3探槽

探槽开挖处近EW向冲沟受断裂作用呈右旋扭折，断面上呈凸起地貌。探槽长8m、宽1.5m、深6m，总体走向80°。探槽清晰地揭露出2个楔体，上楔体较为完整，剖面上呈根部稍厚向东逐渐尖灭的三角楔，非常典型。下楔体不太规则，砂岩上冲垮落堆积在黏土之上，其上又被黏土覆盖，上冲断面陡立。断层产状:280°∠72°(图5)。上楔体覆盖的土层样年龄测定值为(117.7±7.14)ka BP。

图5 Tc3探槽北壁剖面(a)和底面结构(b)图Fig.5 Section(a)of the northern wall and floor(b)of the trench Tc3.

2.4 Tc4探槽

该探槽开挖在砂岩与黏土接触部位，地表因人工改造断错地貌不明显。探槽长5m、宽1.5m、深4m，总体走向40°。在北壁挂网编录。探槽壁揭示出丰富的变形现象:可识别出3期楔体，下楔体和上楔体主要由单一破碎砂岩组成;中楔体表现为砂岩和黏土混杂堆积，被上楔体穿切;根部断面陡立，向上直接断到地表浅部，推测系循老断面产生的新活动痕迹，断面产状:275°∠74°，上楔体上及上、中、下楔体覆盖的土层样年龄测定值分别为(138.5±8.3)ka、(159.1±9.5)ka、(161.0±9.6)ka 和(177.7±10.6)ka BP(图6)。

2.5 Tc5探槽

探槽位于EW向大路南侧，因人工改造，断错地貌不明显。探槽长11m、宽1.8m、深4.8m，总体走向近EW。挂网编录北壁。探槽揭示2期楔体，上楔体中除砾石层外还有砂岩碎块混杂其中，向远离上冲垮落面方向延伸甚远，上楔体以砖红色砂岩为主，期次越晚岩石颜色越新。下楔体为中更新统砾石层，呈现典型的逆断型三角楔(图7)。

探槽西端砂岩和砾石层堆积组合与东侧砾石层呈断层接触，接触处向NW陡倾，接触带为厚约15cm的灰白色断层泥，上覆现代堆积，向南砾石层中有一组近直立的细粒层，可能为断层泥带，此带应为主带。上、下楔体覆盖的土层样年龄测定值分别为(118.7±8.3)ka和(147.3±8.8)ka BP。探槽西端见上翻带根部断裂，产状:280°∠66°。

图6 Tc4探槽北壁剖面(a)和底面(b)结构图Fig.6 Section(a)of the northern wall and floor(b)of the trench Tc4.

图7 Tc5探槽北壁剖面(a)和底面(b)结构图Fig.7 Section(a)of the northern wall and floor(b)of the trench Tc5.

3 主要发现和初步认识

本次工作的新进展可概括为以下几个方面。

所有探槽揭露出的断层点的连线总体呈NNE走向，大部分断层点处残留凸起地貌，部分EW向冲沟呈现右旋扭错景观。少数探槽如Tc1和Tc5在断错地貌上无明显显示，多数是人为改造所致。

所有探槽两壁都一致表现为从西到东的推挤垮塌痕迹。其中Tc1-Tc4表现为砖红色砂岩(K2)逆冲垮落于黄褐色含铁锰结核黏土(Q2-3p)之上，Tc5则表现为红砂岩(K2)和黄白色砾石层(Q2p)逆冲于Q2-3p黏土之上。

所有探槽内均发现楔状体根部存在向NW陡倾的逆断裂，向上则逐渐过渡为缓倾的上冲垮落面，部分表现为多次上冲垮落面(叠置面)，即多期楔体和下伏地层接触面。

所有探槽均揭示出逆断型崩积楔，但期次不等，有1期，有2期的，如Tc1和Tc3，也有3期的，如Tc2，Tc4和Tc5，个别探槽揭露出的楔体较少可能与其所处的位置、揭露深度和剥蚀残存的高度有关。

根据热释光年代测定值初步认为，赤山段在中、晚更新世之交曾发生多次逆冲垮塌事件，其年代值自新到老依次可归纳为以下几组:(117.7±7.14)ka 和(118.7±8.3)ka BP;(138.5±8.3)ka、(147.3±8.8)ka 和(148.7±10.4)ka BP;(159.1± 9.5)ka、(161.0± 9.6)ka BP、(173.6±10.4)ka 和(177.7±10.6)ka BP;(185.2±11.1)ka BP;(190.1±15.2)ka BP。多数居于中、晚更新世之交，反映该断裂段在这一时间段内曾发生多次逆冲推覆式剧烈构造变形。

现有对史前地震的研究认为，逆断型崩积楔是史前地震的典型标志之一(丁国瑜，1982;Schwartz，et al.，1984;姚大全等，1993，2004;James，1996;Yeats，1996;冉勇康等，1999，2004;邓起东等，2000)。依据探槽揭露的崩积楔规模，推测郯庐断裂带赤山段，在中、晚更新世之交曾多次发生大规模逆断型黏滑事件，即曾多次发生史前大地震。有关断错物质的定向微观分析研究正在进行中。

应当说明的是，本文释光样品年龄测定值均＞100ka，考虑到这些样品均取自同一地区类似地层，同层多点采集样品的实测结果一致性较好，且不同层位采集的样品测定值也与野外观察到的上下与新老关系有较好吻合，因此认为样品年代数值是客观的。

致谢 承蒙合肥工业大学徐嘉炜教授指导，在此深表谢意!

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PREHISTORIC EARTHQUAKES IN CHISHAN SEGMENT OF TANCHENG-LUJIANG FAULT ZONE DURING MID-LATE PLEISTOCENE

YAO Da-quan TANG You-biao SHEN Xiao-qi CHEN An-guo ZHENG Hai-gang ZHAO Peng ZHENG Ying-ping LI Guang XIAO Wei-peng

(Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China)

Chishan is located in the northeastern Sixian county，Anhui Province.The western branch fault of Tangcheng-Lujiang Fault zone passes through this area.According to the previous researches，the Chishan segment of Tancheng-Lujiang Fault zone is obviously active since Quaternary.

Trenches excavated perpendicular to the Chishan segment of Thancheng-Lujiang Fault zone for this study have revealed many prehistoric earthquake remains—themulti-phase reverse faulting colluvialwedges，represented as thewestern brick-red sandstone of the late Cretaceous ormaize gravel stratum of themid Pleistocene of the hanging wall of the fault overlapping eastward themid-late Pleistocene brown clay.In the base of thewedges，steep NW-dipping faultswere found，and upward，the steep fault planes turned to gently dipping collapse planes.

As revealed by the trenches，the connection line of the breaking points strikes NNE in general，heaving landforms are preserved atmost part of the tailing edge of the hanging wall in the places the fault passes through，and some EW-trending gullies were offset by right-lateral faulting.Evidences of collapse under west-to-east extrusion are revealed unanimously in several trenches.Among them，Tc1-Tc4 show that the brick-red limestone(K2)overthrust and collapsed on the yellow-brown clay containing ferro-manganese nodules(Q2p-3);Tc5 reveals that the yellowish-white gravel(Q2p)and the limestone(K2)overthrust and collapsed on the aforementioned clay.

Reverse faulting colluvialwedges are found on both walls of each of the 8 trenches，but the number ofwedges revealed in different trenches is different:there is1 wedge in some trenches，and 2 wedges in Tc1 and Tc3，3 wedges in Tc2，Tc4 and Tc5，and in individual trenches，few wedges are revealed，thismay be related to the trench's location，depth and height of the remaining denudation.

From the analysis of the trenches and the thermoluminescence dating results，we can conclude preliminarily thatmultiple large-scale reverse faulting stick-slip events took place on the Chishan segment of the Tancheng-Lujiang Fault zone duringmid-late Pleistocene，that is to say，many pre-historic strong earthquakes occurred.

Tanlu Fault zone，Chishan，mid-late Pleistocene，pre-historic earthquake

P315.2

A

0253-4967(2012)01-0093-07

10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.009

2011-03-15收稿，2011-08-30改回。

地震行业科研专项(200808064)和安徽省科技攻关计划项目(08010302204)共同资助。

姚大全，男，1956生，毕业于合肥工业大学构造地质学专业，理学硕士，研究员，主要从事地震地质、史前地震识别研究工作，电话:0551-5571484，E-mail:daquany@aheq.gov.cn。