郯庐断裂带安丘—营县断裂南段（郯城—淮河）晚第四纪活动特征

曹筠 冉勇康 许汉刚 李彦宝 马兴全 张鹏 李丽梅

摘要：通过系统的野外地质地貌调查、浅层地震勘探、钻孔联合剖面和古地震探槽等多方法手段，重点开展郯庐断裂带安丘—莒县断裂南段晚第四纪活动特征研究。结果显示安丘—莒县断裂南段在浅部由2支高倾角兼有挤压逆冲分量的断层组成，其中一支出露地表，以右旋走滑运动为主兼有逆冲分量，是全新世活动断层，而另一支为晚更新世活动断层。

关键词：郯庐断裂带；安丘—莒县断裂；浅部构造格架；断层活动性

中图分类号：P315.2 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2018）02-0280-13

0 引言

郯庐断裂带（以下简称郯庐带）是中国东部规模最大的断裂带，也是华北地区重要的边界构造带（Deng et al，2003），该断裂带的安丘—莒县断裂还是中国东部最大的历史地震（1668年郑城81/2级地震）的发震构造（高维明等，1988；李家灵等，1994a）。因此充分认识郯庐带最新活动断层安丘—莒县断裂晚第四纪活动特征对理解郯庐带的构造演化过程、地震活动性乃至断裂带沿线省份的防灾减灾工作都具有重要的科学和社会意义。

前人对地表出露好、活动性强且有破坏性历史地震记录的安丘—莒县断裂中北段的断层长度、性质、分段以及活动性等问题有较为系统的研究和结论（国家地震局地质研究所，1987；高维明等，1988；李家灵等，1994a；晃洪太等，1994；郯庐活动断裂带地质填图课题组，2013）。而安丘—莒县断裂南段（郯城—淮河）由于受植被覆盖率高、断层隐伏等客观因素制约，有关该段断层的浅部构造格架和晚第四纪活动特征等问题一直没有定论。安丘—莒县断裂南段是现今小震稀疏段、没有破坏性历史地震记录段（易桂喜，闻学泽，2007；国家地震局，1995；中国地震局，1999），还是郯庐带内不同段的交接段，更是处于不同构造单元之间的构造转换部位，是未来强震重点危险段（徐锡伟等，2017），因此正确认识该段的浅部构造格架和断层晚第四纪活动特征至关重要。谢瑞征等（1991）认为安丘—莒县断裂南段是晚更新世活动断层；李家灵等（1991）和李起彤（1994）则认为是全新世活动断层，但在宿迁及其以南地区只发现全新世地裂缝；还有部分学者认为南段是部分段落全新世活动（邓起东等，2007；Liu et al，2015）。随着近年研究工作的不断深入，获得了安丘—莒县断裂宿迁段的浅部构造样式，并推测2分支断层的晚第四纪活动性（张鹏等，2015；许汉刚等，2016）。但目前还没有详尽地层学和年代学的有效证据来论述安丘—莒县断裂南段的晚第四纪活动特征，更没有对安丘—莒县断裂南段进行系统阐述，因此还需要系统地总结论述郯庐带安丘—莒县断裂南段断层的浅部构造格架和晚第四纪活动特征。本文通过在安丘—莒县断裂南段系统的野外地质地貌调查、浅层地震勘探、钻孔联合剖面探测和古地震探槽等研究工作，拟对该段断层的浅部构造格架和晚第四纪活动特征问题进行探讨。

1 郯庐断裂带鲁苏沂沐段几何结构与晚第四纪活动性概述

郯庐断裂带从中国黑龙江省边境蔓延至安徽长江边约2400km，呈“Y”字形，依据新生代以来构造特征、演化历史和地震活动性等特点，可分为东北鹤岗—铁岭段、下辽河—莱州湾段、鲁苏沂沐段和大别山—广济段（郑朗荪等，1988；李家灵等，1994a）（图1a）。东北段为沈阳以北由东支敦化—密山断裂带和西支依兰—伊通断裂带组成，近年在依兰—伊通断裂带发现全新世活动证据（Min et al，2013）。白垩纪受区域NW—SE向拉伸应力作用，鲁苏沂沐段形成4条NNE向主干断层（F1～F4）构成“两堑夹一垒”的构造样式（万天丰等，1996；张岳桥，董树文，2008；Zhu et al，2010），第四纪以来断裂带东地堑内的活动断层为安丘—莒县断裂（F5）（李家灵等，1994a；晃洪太等，1994）。安丘—莒縣断裂可分为北段安丘地震破裂段、中段1668年郑城地震破裂段和南段郯城至淮河岸边（李家灵等，1994b；晃洪太等，1997）。大别山—广济段位于中朝板块与扬子板块的结合带上，嘉山—响水断裂以南，鲁苏沂沐段几条主干断层合并成2支，该段历史地震活动性相对较弱，没有6级以上地震记载（国家地震局地质研究所，1987）。

鲁苏沂沐带南段的5条主干断层（F1～F5）近平行展布并被2条主要的NW向断层（F6，F7）断错。安丘—莒县断裂北中段断错地貌明显，断层附近发育低山、丘陵，滑动速率约为2.3mm/a；南段的断层活动性相对较弱，地势起伏也不大（国家地震局地质研究所，1987）。南段长约180km，走向总体为N5°～15°E。断层经郯城麦坡、新沂何庄村、南马陵山、宿迁市，向南至泗洪重岗山，止于淮河南岸，由一系列次级断层组成（图1）。

参考区域最新第四系研究成果和区域地层研究成果（江苏省地质矿产局，1984）。安丘—莒县断裂南段沿线的全新统以粉砂质黏土，质软黏土为主；而上更新统以富集钙质结核的岩性地层为特点，颜色以棕黄色、灰黄色为主，偶见中、细砂，铁锰结核，可划分2套地层旋回；中更新统以红棕色岩性地层为主，含砂量也比上更新统多，局部含砾石或姜结石；下更新统以砂、砂砾层为主，具有大型斜层理。上更新统较全新统具有含砂量少且质硬，可塑性差，含典型钙质结核等特点，中更新统与上更新统间有明显颜色区别。更新统厚度与该时期水系分布及新构造运动密切相关。

2 安丘—莒县断裂南段浅部构造格架和晚第四纪活动特征

2.1 地貌、地表地质特征

由于人类活动频繁，目前安丘—莒县断裂南段沿线地貌被改造较大，但20世纪60年代的航片记录了区域早期地貌形态。以新沂何庄附近为例，该点断错地貌表现为东高西低的断层崖，断层沿线发育的冲沟被整体右旋位错（图2）。在该沿线选取人为改造较小且可能记录多次断层活动的位错点，实地测量发现冲沟右旋位错且反向陡坎发育。综合考虑人为等因素，测量冲沟右旋位错（12.2±1）m（图3）。安丘—莒县断裂南段的次级断层在平面上呈左阶或右阶的雁列式展布，郯庐带第四纪以来的右旋走滑运动使得断层沿线右旋右阶和右旋左阶的区域形成盆地和低山。

郯城麦坡处断层主要控制晚自垩系王氏组砂岩二段和三段，断层已影响至地表（图4a）。断层两侧地形坡度变化明显，断层带发育白色断层泥。新沂何庄处断层线平直，王氏组暗红色砂岩逆冲至上更新统戚咀组之上，断层附近地层经历了强烈挤压变形，挤压片理和构造透镜体发育（图4b）。南马陵山处断层发育在王氏组与全新统冲洪积磨圆砾石和砂之间，破碎带宽约20m。挤压片理、揉皱及构造透镜体非常发育，透镜体长轴与主断面平行且近直立（图4c）。宿迁北新沂河Ⅰ级阶地处断层断错含姜结石的上更新统，形成约2 m宽的破碎带，断层在全新统灰黑色黏土中隐形，断层影响至现代耕作土底部（图4d）。重岗山段断层陡坎高约1～2m，中新统下草湾组逆冲至全新统之上（图4e），断层带宽小于0.5m，向下归为1支主干断层。

航片及野外实测结果表明安丘—莒县断裂南段表现为右旋走滑运动。露头剖面显不断层为高倾角断层，多为白垩系或新近系逆冲至上更新统或全新统之上，断层最新活动表现为挤压逆冲构造，这与区域现今NEE-SWW的主压应力相耦合（程捷，万天丰，1996；Zhu，Shi，2011；Liu et al，2015）。安丘—莒县断裂南段断层露头剖面均断错至地表，断层明显断错上更新统戚咀组和全新世统，是全新世活动断层（图4）。因此，郯庐带安丘—莒县断裂南段在近地表表现为高倾角走滑断层，同时兼有挤压逆冲性质。

2.2 浅部构造特征

许汉刚等（2016）利用物探资料发现安丘一营县断裂南段的中部宿迁段在浅部由2支断层组成，且2支断层的活动性存在明显差异。活动强的分支（F5-1）断错物探剖面内的全部同相轴，推测为全新世活动断层；活动性相对较弱的分支F5-2）被一定厚度地层所覆盖，没有出露地表，推测可能为晚更新世活动断层。综合现有浅层地震资料（图5）发现安丘—莒县断裂南段整体基本都是由2分支断层组成，只是向南至泗洪重岗山地区后2分支断层可能归于山前的一条断层。安丘一莒县断裂南段2分支断层在浅部都表现为高倾角断层，不同段落随地形起伏变化，断层的倾向也不同。受区域挤压应力作用，剖面上2分支断层各自表现为挤压逆冲构造样式。

如AQ3测线剖面中断层断错了自下而上全部同相轴，由于2分支断层的活动使得2个断层间地层呈向上弧形，且断层附近地层有明显向上拖拽的现象。F5-1西侧基岩埋深较浅，第四系很薄，而两断层之间则较深，推测可能在200～300m，断层F5-2以东的基岩埋深则较稳定在100m以上。AQ5测线剖面中两断层附近绕射波发育，断层附近地层表现为强烈弯曲变形。浅层物探资料结果显示安丘—莒县断裂南段在浅部由2分支断层组成，2分支断层在浅部表现为高倾角断层，向南至泗洪重岗山地区后归于山前一支断层。

2.3 钻孔联合剖面和探槽

综合安丘—莒县断裂南段各测线显示断层特点、测线位置和测线周边场地情况，分别沿AQ3测线和平行AQ5测线布设4排钻孔联合剖面，并在AQ3附近有条件的地方开挖一个古地震探槽。

2.3.1 沿AQ3测线的钻孔联合剖面和探槽

综合测线AQ3周围场地条件，沿测线布设了2排钻孔联合剖面和1个探槽（图6）。

断层F5-1的钻孔剖面揭示王氏组逆冲至第四系之上（图7）。布设钻孔位置的沥青路面比路北侧的麦田高4m多，钻孔剖面所揭露上更新统之上约4m多地层的测年结果明显偏老，且测年结果存在倒转现象，这可能与修路过程后期人为填土或修路时人为扰动等因素有关，因此在路北麦田中开挖探槽（图6，8）。

探槽揭示宿迁组逆冲至第四系之上。探槽中识别的最新一次古地震事件是断层断错层U9，形成断层陡坎，后被层U10所覆盖，层U10形成超覆的坎前堆积。据当地居民介绍，探槽周圍原有小冲沟和河道，因此带来大量磨圆度较好的小砾石和少许砂堆积的层U10，层U10厚约20cm。利用被断错层U，的年龄，限定最新事件发生在（5.9±0.3）ka B.P.以后（图8）。

关于断层F5-2钻孔剖面，在测线AQ3的桩号1920和2020的位置布设钻孔H1h2#和H1h1#作为剖面西端和东端，参考对折定位方法（雷启云等，2011：曹筠等，2015）在两孔之间先后实施孔H1h3#，H1h4#，H1h5#，H1h6#。剖面长100m，最小孔间距7m，最大35m，单孔孔深最大162.2m，最小43.6m，累进进尺522.7m（图6、9）。

在3#的63.5m和67.6m处揭示断层（图9），断层表现为宿迁组逆冲至第四系之上，断层带主要是灰白色掺杂黄棕色砂质黏土。利用3#、5#、6#揭示的灰色黏土层（标志层B）并结合各层在钻孔间的延伸趋势和坡度变化判定断层位置。断层两侧各层随深度增加而断距不断增大，层（11）底界在剖面整体变化不大，可作为断层上断点的上限（图9）。

综合测线AQ3、2排钻孔剖面和探槽结果，限定该场地安丘—莒县断裂Fs，分支最新活动时间晚于（5.9±0.3）ka B.P.。

2.3.2 平行AQ5测线的钻孔联合剖面

综合测线AQ5周围场地条件，沿物探推测的断层走向向南平移，在近平行于测线的位置布设两排钻孔联合剖面（图10）。

（1）断层F5-1钻孔剖面。在对应于桩号5670m和5760m的位置布设孔Nj1#和Nj2#作为剖面西端和东端，在两孔之间先后实施孔Nj3#、Nj4#、Nj5#、Nj6#。剖面长90m，最小孔间距6m，最大30m，单孔孔深最大101m，最小39m，累计进尺447m（图10、11）。

利用剖面中2套黏土层和2套砂层作为标志层（B1～B4）并结合各层在各孔之间的延伸趋势和坡度变化，判断断层位于3#和6#之间。各层随深度增加而断距不断增大，标志层B3顶、底界断距分别为2.5m和4m，而层B4的断距已达到11m。层B1的底界在3#和6#之间没有断距，可作为判断断层上断点的上限（图11）。

（2）断层F5-2钻孔剖面。在对应于桩号6720m和6 630m的位置布设孔N1j1#和N1j2#作为剖面的东端和西端，在两孔之间先后实施孔N1j3#、N1j4#，Nlj5#、N1j6#。剖面长90m，最小孔间距5m，最大30m，单孔孔深最大114m，最小41m，累计进尺517m（图10，12）。

在4#的56.3m处揭露断层（图12），剖面揭示断层上、下盘岩性差别很大，2盘几乎没有可对比层位，这可能与安丘—莒县断裂南段走滑运动有一定关系。结合物探显示断层西倾，断层下盘的几个钻孔揭露的地层坡度起伏不大，可以判断断层上端点位于4#和6#之间。层（19）的底界在4#和6#之间没有变化作为断层上断点的上限（图12）。

综合物探和钻孔、测年结果，限定该场地安丘—莒县断裂F5-1分支最新活动时代晚于距今约4800a； F5-2分支活动时代不早于（13473±41）a B.P.。

3 安丘—莒县断裂南段浅部构造样式和晚第四纪活动特征讨论

以区域岩性地层研究成果比对钻孔剖面所揭露地层，图9剖面揭露的层（12）质软，可塑性好，应为全新统。层（8）～（11）富含钙质结核和姜结石，层（7）明显含砂量增加且向上是1套典型的旋回地层；层（6）开始出现红棕色，且含砂量明显增多，层（6）应为中更新统，其上地层为上更新统。图11剖面的层（13）至地表都是含粉砂质，质软黏土，应为全新统。层（4）（12）是2套典型的正旋回地层，为上更新统。层（3）之下地层主要以褐色为主，因此层（3）是中更新统的顶界。图12剖面层（20）～（25）属于质软，含粉砂质的全新统。更新统上、下盘岩性差别较大，层（6）～（8）是典型的富含钙质结核的上更新统，层（16）～（19）也是典型含钙质结核，1套正旋回的上更新统。剖面其余地层则主要以褐色、棕红色为主，为中更新统。

3个钻孔联合剖面的测年结果较好地符合地层年龄趋势，进一步验证地层单元的划分，同时也为限定断层晚第四纪活动性提供更加充足的证据。测线AQ3场地显示断层F5-1最新活动时代晚于距今5900a，断层F5-2最新活动时代为晚更新世；测线AQ5场地显示断层F5-1最新活动时代晚于距今4800a，断层F5-2最新活动时代明显早于距今13.5ka。综合地表露头剖面、浅层地震勘探、钻孔联合剖面和探槽结果，限定郯庐带安丘—莒县断裂南段断层F5-1是全新世活动断层，断层F5-2是晚更新世活动断层。

安丘—莒县断裂南段是区域重要的走滑调节断层（万天丰等，1996；张岳桥，董树文，2008），走滑运动使得局部剖面的两盘岩性地层不能很好地对比，如图12中钻孔剖面所示，局部露头或剖面中可能显示正断或逆冲性质。结合区域第四纪尤其是晚第四纪以来的构造应力场情况，本文露头剖面、钻孔和探槽结果，郯庐带安丘—莒县断裂南段在近地表表现为高倾角，局部近直立断层。露头剖面中白垩系和新近系逆冲至第四系之上，物探剖面断层附近地层的拖拽现象，钻孔剖面中部分地层显示挤压隆起构造样式，因此断层具有挤压逆冲分量。由于安丘—莒县断裂南段2分支断层存在明显的活动性差异，在第四纪尤其晚第四纪时期的区域挤压应力作用下，随着断层运动的不断调整，2分支断层表现为挤压逆冲构造样式。

综合地貌、露头剖面、浅层地震、钻孔联合剖面和探槽结果显示郯庐断裂带安丘—莒县断裂南段表现为高倾角，局部近直立的右旋走滑断层具有挤压逆冲分量。

4 结论

通过野外地质地貌、浅层地震勘探、钻孔联合剖面和探槽古地震等多方法手段，由地表至浅部的系统论述郯庐带安丘—莒县断裂南段的浅部构造格架和断层晚第四纪活动特征，得出以下结论：

（1）郯庐带安丘—莒县断裂南段在浅部是由2高倾角分支断层组成，延伸至泗洪重岗山地区后2分支断层可能归于山前一条断层。出露地表的分支断层，以右旋走滑运动为主兼有挤压逆冲分量，由于走滑运动使得局部露头剖面的逆冲样式表现地并不十分明显；未出露地表的分支断层在浅层地震和钻孔剖面中都表现为逆冲性质，这些都与区域第四纪以来的主压应力方向相耦合。

（2）郯庐带安丘—莒县断裂南段2分支断层晚第四纪活动性存在非常明显的差异。通过地表露头、浅层地震、钻孔联合剖面和探槽研究结果，断层F5-1是全新世活动断层，而断层F5-2是晚更新世活动断层。

野外工作期间得到宿迁市地震局单士敏副局长和朱红处长的多方协调和帮助，地震动力学国家重点实验室提供了样品的测试服务工作，两位审稿专家对本文提出了宝贵修改意见，在此一并表示感谢。

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