苏北—滨海断裂北段最新活动时代研究1

朱孟浩 闵 伟 刘金瑞 任治坤 冯英辞

1）中国地震局地震与火山灾害重点实验室，中国地震局地质研究所，北京 100029

2）中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室，南海海洋研究所，广州 510301

3）中国科学院南海生态环境工程创新研究院，广州 510301

引言

苏北-滨海断裂位于南黄海滨海向苏北陆区过渡地区，是中国东部沿海重要断裂（许兵等，1984；田建明等，2004；王斌等，2008；李旭东等，2018；王恩惠等，2020），如图1 所示。断裂整体走向北西，根据几何展布，可分为北段、中段和南段。沿断裂带及附近地区发生过十余次破坏性地震，其中最大地震为1927 年2 月3 日6½级地震，最近地震为1984 年5 月21 日南黄海6.2 级地震（王斌等，2008；王恩惠等，2020）。中强地震活动几乎全部发生在南部坳陷内部，表明活动断裂主要分布在南部坳陷，即苏北-滨海断裂中段和南段，但断裂北段活动性仍不明确。本文利用小多道地震探测技术，对苏北-滨海断裂北段断裂特征和活动性进行研究，为分析近海海域构造环境下的强震发生构造背景，并进行发震构造判定提供资料。

1 地质背景与研究进展

1.1 区域地质背景

研究区主要位于苏北-南黄海盆地，处于华南板块下扬子陆块，是欧亚板块与太平洋板块相互作用的关键区域，新生代构造活动活跃，是我国东部中强地震多发区之一（崔敏等，2017）。苏北-南黄海盆地是发育在中、古生界逆冲推覆体基底上的中新生界陆相盆地，由晚白垩世和新生代地层构成，其结构、规模和区域分布受逆冲推覆体控制。中生代以来，苏北-南黄海盆地经历了复杂的构造演化，晚侏罗世至早白垩世，苏北－南黄海盆地内发育逆冲推覆构造体系；晚白垩世至古近纪，在太平洋板块俯冲机制下，进入伸展盆地发育阶段，包括晚白垩世坳陷盆地发育阶段和古近纪断陷盆地发育阶段，显示盆岭构造特征；新近纪以来，在喜马拉雅造山作用下，进入坳陷盆地发育阶段，断陷盆地整体沉降为大型坳陷盆地，广覆以新近系和第四系地层（练铭祥等，2001；杨琦等，2003；刘东鹰，2010）。

更新世以来，南黄海陆架经历了多次海退-海侵旋回，从而沉积了现今的南黄海西部地层。结合QC2地质钻孔及相关文献，对各时期沉积地层沉积相和沉积年代进行划分。早更新世晚期，沉积地层为河流、滨岸沉积，末期发生1 次海侵，转为滨海浅海相沉积。中更新世沉积地层发生2 次海侵事件，沉积了约30 m厚地层，海陆相沉积交替，沉积环境复杂。晚更新世沉积地层以海相沉积为主，地层厚约30 m，局部沉积粗颗粒物。全新世沉积地层沉积了海底面以下约20 m 厚地层，具海侵迹象（万鹏等，2016）。

研究区内断裂构造主要为北东向、北西向2 组，各组发育历史、规模和性质等存在区别，在区域地质构造演化中的作用也不同。苏北盆地内控凹陷断层均为NE 向展布，如洪泽-沟墩断裂、盐城-南洋岸断裂。南黄海盆地南部坳陷控凹断层表现为NW 向展布，如苏北-滨海断裂（图1、图2）。资料表明，北东向断裂总体活动水平相对较弱，并以张性断裂为主，发生破坏性地震的概率较低；中部隆起区为构造稳定区，无破坏性地震记录；南部坳陷和勿南沙隆起区属地震多发区，地震强度属长江中下游-黄海地震带中最高。北西向苏北-滨海断裂是现今活动强烈的孕震构造，沿断裂带及附近地区发生过十余次破坏性地震，但地震均发生在断裂中段和南段，北段活动性仍需进一步研究。

图1 江苏—南黄海地区地震构造Fig. 1 The main faults distribution in Jiangsu—South Yellow Sea region

图2 苏北—滨海断裂及邻区构造简图Fig. 2 Simplified geological map of the littoral fault zone and its adjacent region

1.2 研究进展

对于苏北-滨海断裂的认识较早，但对其几何展布和断裂特征的争议较大，研究程度较低。许兵等（1984）通过地质、重力和航磁延拓资料分析，认为滨海断裂为基底型断裂，根据震中分布将断裂划为强活动断裂。袁迎如（1988）通过断裂处海底地形为长条状洼地，认为是苏北沿岸大断裂（苏北-滨海断裂）近期活动的表现。1990 年颁布的l∶100 万南通幅《前晚第三纪基岩地质图》上，在距海岸15～30 km 处标注了滨海大断裂位置，北段位于废黄河口至射阳河口外约15 km 的海域；中段位于海丰农场海岸外30～40 km的暗沙-庄家沙一带；南段位于吕四镇东约19 km 处的海域，各段之间不连续分布，并呈右旋活动，截断了数条北东向断裂。陈新（1991）通过与苏北海岸相平行的狭长带内地震活动集中分布、震源机制解主破裂面及等震线长轴方向，结合海洋地质地貌，认为苏北-滨海断裂实际存在。高中和（2000）根据《前晚第三纪基岩地质图》断裂走向及3 处喜山期玄武岩分布，认为苏北-滨海断裂是控制了苏北海岸线发育的北西向地壳断裂，并根据海域地震活动强度、强震类型、活动周期及丛集性等明显与陆地地震不同的特征，认为该断裂是苏北与南黄海新构造运动和现代构造运动的重要分界线，并结合CL8714 剖面补充了《前晚第三纪基岩地质图》中不同段断层空缺。田建明等（2004）通过对江苏地区及南黄海海域历史地震资料特点的分析，发现断裂处地震活动频度较高、强度较大，认为滨海大断裂控制苏北-南黄海盆地及其内部构造发生双震型和震群型地震序列。黄耘等（2008）通过地震重定位，发现苏北-滨海断裂两侧地震活动存在明显不同，断裂东侧海域较西侧陆地地震密集、小震活跃，认为北西向大断裂（苏北-滨海断裂）构造可能对北东向断裂和地震活动具有控制作用。王斌等（2008）根据CL8714 剖面处理结果，分析偏移剖面、迭加剖面及相位剖面，认为该断裂带切割了第四纪地层上部层位，据此判断该断裂带由数条断裂组成，为全新世活动断裂带。并根据地震活动讨论其几何分段上的活动性，认为中段和中南段活动性强，北段为地震空区。李旭东等（2018）通过分析地震分布特征，认为NW 向苏北-滨海断裂作为主要发震断裂，控制了该区的地震活动。王恩惠等（2020）通过双差定位法对盐城地区小震重新定位，认为区域内苏北-滨海断裂活动性最强，发生多次破坏性地震。

综上所述，已有学者认为苏北-滨海断裂为北西向全新世活动断裂，且活动性强。但北段活动性与中段可能存在差异，对其研究不足。本文采用小多道地震探测技术，对苏北-滨海断裂北段断裂特征与活动性进行研究。

2 数据获取与分析

2.1 研究方法

对于海域活动断裂，通常采用以下方法进行探测和研究：利用潜水探查船对不同深度海域进行海底考查，利用地震反射技术探测活动断裂，利用声波反射技术探测晚第四纪最新活动断裂（邓起东等，2002）。本研究采用小多道地震探测技术，对苏北-滨海断裂北段活动性进行调查。小多道地震探测技术具有精度高、分辨率高、信噪比高、穿透能力强、干扰源少等特点（邢磊，2012；赵成彬等，2011；李小军等，2020；吴德城等，2020），适应于研究区地质条件。

根据调查区域水深及断裂走向，为探测断裂北段活动时代，布设测线YC2、YC5，测线长度分别为48 km和42 km（图1、图2）。

本次调查采用24 道小多道地震采集系统，道间距为3 m，地层分辨率为30 cm，可满足浅部高精度调查需求。震源系统采用GEO 电火花震源，根据调查区水深和探测深度，采用800 J 能量，既能满足探测深度需求，又能减少水深较浅导致的多次波现象。触发时间间隔为1 s，采样率为10 000 Hz，电缆和震源沉放深度为0.4 m。

从数据采集效果来看，地震数据信噪比较高，穿透约200 ms，深度在170 m 左右，但调查区水深较浅（10～20 m），剖面记录上仍存在较强多次波。

数据处理重点提高地震数据信噪比和压制多次波，具体流程如下：原始数据导入→建立观测系统→振幅校正→滤波→速度分析→动校正→叠加→叠后时间偏移→自适应减法压制多次波→信号增强。

由处理后的小多道地震剖面可知，多次波压制较好，深部层信息得到较清晰的地层结构，可为后期开展活动断裂分析提供数据支持。

2.2 数据分析

2.2.1 地震反射界面和地震单元

研究区有大面积浅层气分布，浅层气大部分地震反射特征为大面积声学空白，即上部连续的较强反射界面完全屏蔽下部地层地震信号形成的大片屏蔽区。区内存在的浅层气切断了地层连续性，为地震资料解释工作带来一定难度。对研究区获得的浅地层剖面数据进行滤波和增益处理后，运用地震地层学方法，通过判别削蚀、顶超、上超和下超等地震单元接触关系（赵月霞，2003），识别出一系列由区域内连续可追踪的同相轴确定的不整合或假整合地震反射界面T0～T3。

T0 为海底反射界面，即水下岩土与水体分界面，以强振幅、高能量、高连续性为特征，其起伏形态反映了海底地形变化。

T1 为强振幅、中高连续性反射界面，起伏变化明显，可见强烈的潮流切割侵蚀现象，大部分地区可连续追踪对比。该界面构成了海底面下地震单元界面，广布于本区，界面以下地层常受削截和侵蚀切割作用。

T2 为中强振幅、连续性较好的反射界面，界面较平坦，对下伏地层侵蚀削截作用十分明显，界面上、下地层结构明显不同。

T3 具有较弱振幅和较高频率，层连续性好，起伏变化明显，基本能在全区追踪，但很多地方受后期改造已不连续。

依据上述不整合面，将反射剖面同研究区内的钻孔QC2 资料进行对比。该孔位置34°18′N，122°16′E，所处平均水深为49.05 m，孔深108.83 m，是南黄海地区较深且采取率较高的孔井，由青岛海洋地质研究所于1984 年5 月钻得，用于查明南黄海第四纪地层及海陆对比，具有较完整的地层层序和较精确的ESR 测年数据，可作为南黄海地层对比和古环境研究主体资料（陶倩倩，2009）。为此，采用该钻孔资料判别可识别的反射界面。尽管QC2 所在构造单元为隆起区，断裂活动相关盆地部分在南部坳陷内，但第四系以来区域内无大的构造运动（杨琦，2003；刘东鹰，2010），因此认为QC2 所揭示地层与测区地层层序相似，可用QC2 资料进行地层对比。由于沉积环境不同，可能造成沉积厚度差异。结合地震反射波组连续性、频率、振幅、内部结构特征及外部反射形态对研究区地震地层进行仔细跟踪对比，共划分出4 个地震地层单元（图3），由新至老依次命名为U1、U2、U3、U4。

图3 钻孔QC2 柱状图与测线YC5 剖面对照Fig. 3 Comparison of core QC2 and the profile of YC5

U1 单元位于反射界面T0、T1 之间，为地层剖面所揭示的最上部层序，为全新世以来形成的海相沉积。由于受海底地形变化和现代潮流运动影响，该层声学反射波特征和区域分布在横向上具有较大变化。全新世沉积物在南黄海近海分布总体呈近岸厚、远岸薄的特点，该层向东延伸，逐渐与海底重合，层内反射呈平行层状或斜交“S”形进积层理，声学相位连续清晰，向东倾斜。

U2 单元在研究区广泛分布，为晚更新世沉积，包括2 次海陆沉积旋回，从上而下分为：末次冰期时形成的陆相沉积，可分辨出古河道、古湖泊、古洼地及古风化壳等陆相沉积；晚更新世晚期形成的海相地层，低振幅，低能量，高连续性；晚更新世中期形成的杂乱充填结构陆相沉积；晚更新世早期形成的低振幅、高连续性区域性海相沉积。

U3 单元为中更新世沉积地层，内部层位可细分为地震相杂乱中更新世末期陆相地层；连续性强、振幅中等、具有较大厚度的中更新世晚期海相地层；层内为杂乱相反射中更新世中后期陆相地层；振幅中等、连续性较强的中更新世中期海相地层。

U4 单元为早更新世晚期海相沉积，基本为连续成层地层，近岸为三角洲前缘相沉积环境，可见前积反射特征，依据反射特征的不同，可分为上下2 个亚层。上层连续性中等、振幅较高，具有潮间带及潮下带浅海地震相特征；下层连续性好、振幅很低、呈平行结构，明显为浅海相沉积。

对南黄海QC2 孔33 个样品进行石英砂测年研究，获得基本正常的年代序列。根据地层剖面与钻孔剖面的对比（杨继超，2014），地层单元地质时代划分如表1 所示。

表1 地层单元地质时代划分Table 1 Seismic unit age and era division table

2.2.2 断裂识别结果

地震剖面上的断层特征与地质剖面特征相对应，一般情况，地层错断反射波同相轴发生错断，地层破碎带地震波同相轴发生畸变或出现反射空白带。根据反射波同相轴发生错断、形状突变、分叉或合并及数目突然增加、减少或消失等一般识别特征，对本次采集的地震剖面逐个进行断层解释，共识别出10 个断点（表2）。其中，YC5 测线上识别出7 个断点（图4），YC2 测线上识别出3 个断点（图5）。

图4 YC5 测线断裂解释Fig. 4 Interpretation of the profile of YC5

图5 YC2 测线断裂解释Fig. 5 Interpretation of the profile of YC2

表2 剖面识别断点Table 2 List of profile recognition breakpoints

将断点位置投影至图2 上，发现断点分布相对密集。将断点F1 和F8、F2 和F9、F3 和F10 分别相连，可得到数条近平行的断裂，这些断裂宽度在4 km 内，走向149°～150°，倾向北东，断点处倾角55°～75°。已有研究主要根据海底地形、小震精定位后地震活动分布及深部资料等推断苏北-滨海断裂大致走向和位置，本研究通过小多道地震探测确定的断裂位置，与已有研究标注和描述的苏北-滨海断裂走向和位置大致一致（许兵等，1984；高中和等，2000；田建明等，2004；王斌等，2008；李旭东等，2018；王恩惠等，2020）。测线剖面上未见其他明显断点，结合区域构造，认为F1、F2、F3、F4、F8、F9、F10 反映的断层为苏北-滨海断裂北段，为平行断裂组成的断裂带；F5、F6、F7 反映的断层为盐城-南洋岸断裂在海域的延伸。

3 苏北-滨海断裂北段最新活动时代

由于调查技术手段不同，利用已有研究成果进行断裂比对，既可促进断裂构造的综合研究，同时也可验证本次断裂构造解释结果的准确性和可靠性。然而，根据不同研究资料或研究者得到的断层名称、空间位置及断层特征有所差异。此外，较大规模的断裂存在分段性，不同区段断裂走向和倾角有所变化，甚至出现倾向或断层性质相反的情况，且同一断裂并非只有1 个断面，往往由多条走向相同的次级断层组成，这给断裂有效比对带来较大困难，需利用各种资料进行多方面综合分析与判断。

受浅层气及其他因素影响，部分区域出现声学空白区，同相轴连续性较差，但在2 条测线地震剖面上，仍可较好地识别出断点（图6、图7）。地震剖面揭露的断裂带位于苏北-滨海断裂北段，断裂带在YC5、YC2 测线上均有反映（图4、图5）。从剖面上来看，YC5 测线上F2、F3 上断点均错断至T2 界面以上，但未错断T1 界面（图6（b）、表2），即在晚更新世仍有活动。F1、F4 上断点均未错断至T2 界面，F1 上部可能为古河道，断裂在古河道底部，未错断至U2 单元；F4 处地震相较杂乱，根据上断点位置，应未延伸至U2 单元，至少未延伸至U2 单元中部（图4、图6（b））。YC2 测线上断点F9 错断至T2 界面以上，即晚更新世地层。尽管上部T1 界面出现异常，但上断点上方同相轴已连续，因此认为T1 界面异常不是断层造成的，可能受探测深度或潮流沙变化影响（图7（b）），F8、F10 均未错动至T2 界面以上（图5、图7（b））。结合2 条测线地震反射剖面，断裂未切入全新世地层，最新活动时间应为晚更新世，全新世以来无断裂活动。2 条测线具有较好的一致性，揭示了苏北-滨海断裂北段可能为晚更新世活动断裂。

图6 YC5 地震成像剖面及解释（局部）Fig. 6 Part of the profile of YC5 and its interpretation

图7 YC2 地震成像剖面及解释（局部）Fig. 7 Part of the profile of YC2 and its interpretation

综合分析认为，苏北-滨海断裂北段为晚更新世活动断裂。

4 结语

利用小多道地震探测技术，对苏北-南黄海盆地北部进行探测，结合钻孔资料对地震剖面进行地层划分，识别出T0、T1、T2、T3 反射界面，将研究区第四纪地层划分为U1、U2、U3、U4 地震层序，分别对应全新世、晚更新世、中更新世和早更新世地质时期。

在地震剖面上识别出10 个断点，通过对照区域地质构造，分别属于苏北-滨海断裂和盐城－南洋岸断裂。根据各断点所在地震剖面地震层序分析，断层最新活动时代属于中更新世或晚更新世，全新世停止了活动。

通过对收集资料和采集剖面断层活动的分析，认为苏北-滨海断裂北段为晚更新世活动断裂。