广西苍梧贺街-夏郢断裂遥感影像和小震分布

潘黎黎，凌 铭，李细光

（1.广东省珠海工程勘察院，广东 珠海 519002；2.桂林理工大学，广西 桂林 541006；3.广西壮族自治区地震局，南宁 530022）

0 引言

2016 年7 月31 日广西梧州苍梧县沙头镇发生MS5.4 地震，此次地震是广西地区近年来的最大地震，震源深度10 km，极震区烈度为Ⅶ度。地震造成梧州市苍梧县、贺州市八步区和平桂区多个行政村建筑物遭受不同程度破坏，直接经济损失近亿元。目前，已有学者对与本次地震相关的震源机制、震源参数、震前震后的地磁和重力异常、震害特征等方面进行了不同程度的研究。例如，利用不同地震台网数字波形资料分别对苍梧5.4 级地震震源机制及震源参数进行了详细研究[1-5]；苍梧5.4 级地震前后震区及邻区的地磁或重力异常研究[6-11]；也有一些学者从不同观点入手分析了苍梧5.4 级地震的震害特征[4,12-14]。多数研究都或多或少地提及与此次地震发震构造关系密切的区域性贺街-夏郢断裂[4]，本文拟利用遥感影像解译及断裂附近小震精定位资料，结合野外地震地质调查，分析贺街-夏郢断裂在影像上表现出的线性标志、地貌、地层及水系标志，结合该断裂与震区小震的空间分布关系，探讨贺街-夏郢断裂沿线影像特征及小震分布特征。

1 地质背景

贺街-夏郢断裂大地构造上位于华夏陆块与南华活动带①广西壮族自治区数字地质图2006 年版说明书（1:50 万）.广西壮族自治区地质矿产勘查开发局，2006.接合部位，是华夏陆块与南华活动带两个二级构造单元的分界线（图1a），其东侧是桂东褶皱系鹰扬关褶皱带，西侧位于桂中-桂东北褶皱系大瑶山隆起[15]。新构造位置上位于桂东南断块隆起区、赣粤轻微断隆区和粤桂断隆区及桂中轻微隆起区的结合部位[16]（图1b）。苍梧MS5.4 地震宏观震中位于贺街-夏郢断裂西侧6 km 附近[4]，该断裂南起梧州夏郢镇，经苍梧县石桥镇、沙头镇，向北经过贺州市步头镇、贺街镇，总长约110 km，整体走向20～40°，倾角40～50°，呈舒缓波状，断面整体倾向NW，为逆冲断层（图1c）。断裂在低山丘陵中延伸，沿断裂形成少量断层谷地，控制了一些长条形第四纪谷地。该断裂是一条具多期活动的断层，中生代有过强烈活动，新近纪以来和早更新世有过明显的活动②信都Ⅱ变电所地震安全性评价报告[R].广西工程防震研究院，2014.。

图1 研究区构造分区

2 遥感解译

2.1 数据、方法选取

活动构造学研究与地形地貌密切相关，遥感技术在活动构造研究中的应用越来越深入，并成为活动构造研究中不可或缺的重要技术方法，为活动构造研究提供了丰富的定量化数据[17]。为研究贺街-夏郢断裂沿线及附近的地质地貌特征，对贺街-夏郢断裂进行高分辨率遥感影像解译。本研究使用的遥感影像数据（表1）为GF-1 WFV 16 m 宽覆盖数据、GF-1 PMS 2 m/8 m 全色/多光谱数据、GF-2 PMS 1 m/4 m 全色/多光谱数据以及SRTMDEM 数据。其中，SRTMDEM 数据主要用于辅助高分遥感影像正射处理和DEM 地貌分析，以提高正射校正处理的精度，并且可将正射后的遥感影像叠加在DEM 上，形成三维场景，提高构造解译的精度。通过对比分析，选取Gram-Schmidt Spectral Sharpening（GS）融合算法，GS 光谱锐化融合无波段限制，保持原有影像的光谱信息，影像保真效果较高、对比度高，边缘信息清晰。解译时采用GS 数据融合方法将GF-1 PMS 2 m全色波段数据和8 m 多光谱波段数据进行融合得到2 m 分辨率的彩色图像，将GF-2 PMS 1 m 全色波段数据和4 m 多光谱波段数据进行融合得到1 m 分辨率的彩色图像。通过数据融合的手段，能保留全色数据的高空间分辨率信息和纹理特征、以及多光谱波段的光谱信息（色彩），更好地应用于活动构造解译工作。

2.2 影像解译标志

影像解译标志分为直接解译标志和间接解译标志[18]。直接解译标志指的是地物属性在影像上的直观表现，如地物的色调、大小、形状、阴影、纹理等；间接标志则指与地物相关、有内在联系，通过一定的分析能够推知地物性质的一类影像特征[19-20]。在对活动构造进行解译时，除了解译断裂在影像上表现出的线性特征外，还需要对沿断裂带受断裂活动控制形成的各类地貌现象做解译[17,21-23]。本文贺街-夏郢断裂主要参考的解译标志有：同一地层或地貌单元被线性错断、色调差异较大的两种不同地貌单元线性接触、线性分布的槽谷地貌、线性分布的断层陡坎或断层三角面、山脊线发生同步位错现象、河流发生同步偏转及线性分布的一系列断头沟。

表1 本文使用的遥感数据类型及时相信息

2.3 解译结果分析

利用GF-1 WFV 16 m 分辨率宽覆盖影像数据，结合DEM 及控制点对影像进行正射校正，依据断层在影像上表现出的线性标志、地貌、地层以及水系标志，对贺街-夏郢断裂及附近范围的地貌现象、地层分布及主要断层分布进行解译。

从断裂解译图上可以看到区内的断裂较发育，走向主要为NE-NNE 向和NW 向（图2）。其中，贺街-夏郢断裂贯穿了整个解译区，该断裂在遥感影像上线性特征具有明显的分段性。自夏郢镇毓秀起，沿NE20°～40°方向，经六堡镇义到村附近，到石桥镇盆地西北角新塘附近，断裂两侧的地层和地貌特征也没有太大差异，在六堡镇义到附近遥感影像上线性特征非常的弱，对沿途水系无错移，而且在岩性地层以及地貌特征上也没有太明显的反应（图2，图3a）。据推测，由于断层活动时代较早，又发育在基岩山体里，所以在影像上反应不明显；贺街-夏郢断裂由南向北进入石桥-沙头盆地后，从盆地的西北边缘经过，线性特征清楚，地貌上西北部为山地，东南为有低矮丘陵的盆地（图2，图3b），断裂沿石桥-沙头盆地西北边缘到石桥北果园脚附近穿过东安江，分支为2 条近平行次级断裂，东支沿石桥-沙头小盆地东边缘发育，西支控制山前平原NE 向水系（图3c），在遥感图像上线性特征比较清楚，在地貌上的反应也比较明显（图2，图3c～3d），向北穿过一段基岩山谷到步头镇白石口（图3e）；在步头镇附近沿着第四纪谷地向北延伸到贺街镇西北（图3f），构成贺街盆地的西边界，但遥感影像上线性较模糊，向北穿过贺州北部的山体，进入富川盆地，断裂走向不固定，整体呈舒缓波状。

2.4 野外调查

为进一步验证遥感影像解译结果，进行了野外地震地质调查。在义到村附近露头D01（图2），断裂切割寒武系地层，破碎带较宽，主要由碎裂化砂岩、硅质胶结角砾岩、劈理化带等组成（图4a）。破碎带南侧地层为紫红色砂岩-土黄色泥岩互层，泥岩有劈理折射现象；露头处第四纪覆盖层为薄层土黄色残坡积物，断裂未对其造成影响；露头及附近断裂沿线对山体地形没有水平和垂直方向的错动，线性负地形地貌不发育，也未发现断裂对水系有控制作用，推测该断裂在露头处第四纪以来未有活动。在石桥盆地培中村附近露头D02 处（图2），贺街-夏郢断裂破碎带宽约8 m，主要由碎裂化砂岩，黄色泥质胶结角砾岩，构造透镜体等组成（图4b，4d～4e）。断面上有至少两期擦痕和阶步发育，早期擦痕上覆褐红色铁质薄膜，指示左旋走滑性质，晚期擦痕为白色，指示正-右旋走滑性质；断裂沿走向经过谷地和盆山界线位置，控制石桥盆地北缘（图4f～4g）。在步头镇磨刀排附近露头D03（图2）处可见断裂破碎带宽约16 m，发育在泥盆系砂岩中，主要表现为劈理化带，断面附近发育灰白色硅化带（图4c，4h～4i），指示断裂经历过挤压运动，沿走向，断裂通过山间宽谷。

图2 贺街-夏郢断裂及附近断裂遥感影像图

3 地震活动性

3.1 数据、方法选取

小震的空间分布与断层的走向及深部几何展布密切相关[24]，通常利用小震来研究断层，因此小震位置精度将会直接影响对断裂活动的研究结果。为进一步探讨贺街-夏郢断裂的活动情况，收集了1970—2018 年发生在断裂附近的26 条ML2.0 地震（表2），采用双差定位方法[25]进行精定位。其中，ML5.0～5.9 范 围 的1 次 地 震 记 录 为2016 年7 月31 日17 时18 分广西苍梧5.4 级地震。这些地震中1970 —2006 年的波形记录为模拟记录，仅有12 条ML2.0 以上地震记录。由于双差定位方法需要较多的地震记录组成地震对，才能进行定位，这12 次地震的震相较少，不符合双差定位条件。因此，本文仅采用属于数字记录且震相较多的2010—2018 年的14 条地震记录进行精定位。

3.2 采用的地壳速度结构模型

近年来，贺街-夏郢断裂附近区域无5.0 级以上地震记录，前人对该区域的地壳结构研究也较少，缺乏精细的速度结构模型。贺街-夏郢断裂附近最近的台站为贺州台（HZS），周依等[5]利用贺州台记录的苍梧5.4 级地震数据，使用远震接收函数方法[26]反演了HZS 台下方的速度结构，得到贺街-夏郢断裂附近地区地壳厚度约为30 km，并考虑贺街-夏郢断裂所在桂东地区的地质情况及CRUST2.0 全球地壳速度及密度模型，建立了该区域的一维速度结构模型（表3）。本文小地震精定位研究采用此地壳分层速度模型。

图4 野外露头剖面图及照片

3.3 小震精定位结果分析

1970—2018 年期间，贺街-夏郢断裂附近区域共发生ML2.0 以上地震26 次，精定位前小震主要分布在贺街-夏郢断裂以北诸多断裂交汇的部位，苍梧5.4 级地震发生在贺街-夏郢断裂中部范围多条断裂包围的空间位置。研究数据主要为2010—2018 年期间贺街-夏郢断裂附近的中小地震（图5a，表4），采用双差定位法进行精定位（图5b，图6）后可以看出，小震更明显地集中在贺街-夏郢断裂北的其他断裂上，与贺街-夏郢断裂联系小，而苍梧5.4 级地震及其余震主要发生在贺街-夏郢断裂中部范围多条断裂包围的空间位置。

表2 贺街-夏郢断裂附近区域1970—2018 年12 月地震记录统计

4 讨论

综合遥感影像解译和小震精定位结果，贺街-夏郢断裂夏郢镇毓秀村-石桥镇新塘段（南段，图2）从基岩山体中通过，遥感影像显示的线性特征不明显，沿线及附近区域在1970 年以来也无ML2.0 及以上地震记录，初步推测该段贺街-夏郢断裂第四纪以来不活动；石桥镇新塘-步头镇白石口段（中段，图2）整体线性特征比较清楚，基本上沿第四纪盆地边缘、谷地及线性山谷发育，断层两侧地貌特征明显，苍梧5.4 级地震及其余震分布在该段断裂附近，推测该段贺街-夏郢断裂第四纪以来有过活动；步头镇白石口以北段落（北段，图2）经过基岩山体时有一定的线性表现，相比夏郢镇毓秀村-石桥镇新塘段穿过基岩山体时线性略好，随后沿第四纪较宽阔谷地发育，本段附近无ML2.0 及以上地震记录，可以判定该段（北段）断裂第四纪以来可能有过活动（表5）。

表3 苍梧地区地壳分层速度模型[5]

图5 苍梧5.4 级地震震区2010—2018 年地震震中分布图

表4 贺街-夏郢断裂附近地震分布情况

5 结语

图6 重定位后地震三维和二维空间分布图

表5 贺街-夏郢断裂附近遥感影像特征与小震分布情况

贺街-夏郢断裂是与苍梧MS5.4 地震密切相关的一条区域性断裂，同时也是苍梧地区的主要断裂带，查明该断裂的地震地质、地质地貌、活动性、最新活动时代等特征对苍梧地区的城市建设、建筑物抗震设防等具有重要意义。综合分析遥感影像解译和小震精定位成果，初步将贺街-夏郢断裂由南向北分为3 段，即南段、中段及北段（图2，表5）。中段在卫星影像上线性特征明显，控制石桥-沙头盆地发育，次级断裂控制NE 向水系，附近有小震活动，苍梧5.4 级地震发生在此段，初步推测中段贺街-夏郢断裂第四纪以来应该有过活动，甚至可能晚更新以来仍有活动；北段影像上有一定的线性特征，沿盆地边缘第四纪谷地发育，小震活动弱，初步推测北段第四纪以来可能有一定活动；南段卫星影像上线性特征不明显，多发育在基岩山体中，对沿途水系无影响，无小震活动，初步推测南段第四纪以来不活动。贺街-夏郢断裂各段的具体活动时代和活动强度，还需要进一步的槽探、钻探及年代学等研究。