伊通-舒兰断裂带四平段14C定年及构造意义

闫东晗 徐智涛 徐岳仁 孙立影 冯靖乔 韩 迪

1 中国地震局火山研究所，长春市净月大街5788号，130117 2 吉林省工程地震研究中心，长春市净月大街5788号，130117 3 中国地震局地震预测研究所，北京市复兴路63号，100036

NE向的依兰-伊通断裂带是郯庐断裂带的北延，也是吉林省地区重要深大断裂带之一。伊通-舒兰断裂带为依兰-伊通断裂带南段在吉林省内的分支[1]，伊通-舒兰断裂带四平段位于吉林省四平市伊通满族自治县。由于依兰-伊通断裂带地区没有6级以上的地震记载，并且地处地震活动相对较弱的东北地震区，因此对该断裂带的研究较少，并且普遍认为该断裂带晚更新世以来不活动，为中强地震发震构造。侯治华等[2]发现通河段断层断错至近地表，对伊通-舒兰段活动特征和地震活动性进行初步研究后估算出舒兰段的晚更新世垂直滑动速率；闵伟等[3]首次在黑龙江省通河-方正一带和吉林省舒兰市发现依兰-伊通断裂带最新活动时间为全新世晚期，长度约70 km。吉林省舒兰市开挖的探槽和遥感解译结果显示，依兰-伊通断裂带舒兰附近有约10 km的地震地表破裂带，揭示了舒兰段的全新世晚期活动，由此巅覆了之前依兰-伊通断裂带全新世以来活动性较弱的传统认知。

近年来，伊通-舒兰断裂带上的小地震活动有所增强，因此有必要对其进行详细的活动性研究。本文研究区位于吉林省中部伊通-舒兰断裂带四平段，详细的野外构造地质调查与综合分析表明，断裂带内发育的NW向断裂连续性较好。

本文在区域地质构造调查、地球物理资料和遥感解译的基础上，对伊通-舒兰断裂带四平-靠山段NE向隐伏断层的时代、性质及构造意义进行探讨与研究。同时在伊通-舒兰断裂带四平段无人机影像解译和野外调查基础上，通过对吉林省四平市伊通满族自治县靠山镇的陡坎进行槽探并观察剖面，综合14C年代学测试等方法，对伊通-舒兰断裂带四平段活动性及其地质意义作出初步判断。

1 研究区地质概况

研究区域为伊通-舒兰断裂带四平段靠山镇一带(124°50′～125°20′E，43°14′～43°32′N)，位于敦密断裂带西北方向(图1(a))。区内的构造单元以伊通盆地为主，伊通盆地位于郯庐断裂带北段依兰-伊通断裂带内，为第三纪走滑拉分盆地，总体上属于伊通盆地和大黑山地垒的组合。伊通盆地南部与伊舒地堑相邻，西北紧靠大黑山地垒，东南紧邻那丹哈达岭地体，是受边界走滑断裂控制、夹持在2大隆起之间的狭长地堑式盆地[4]。

图1 中国东北地质构造

研究区内地形复杂，伊舒地堑内出露岩性以第三系和第四系松散堆积物为主，研究区中部紧邻大黑山地垒的区域为本次研究的主要对象。依兰-伊通断裂带在研究区内由2条相互平行的NE向分支断裂构成，总体走向为50°～55°。东支断裂倾向SE，倾角陡，表现为伸展断层性质；西支断裂在地堑两端倾向NW且表现为逆断层性质，而在地堑中部倾向SE，表现为正断层性质，断面倾角多大于70°[5]。

伊通-舒兰断裂带四平段总体呈NE走向，经过公主岭市靠山镇，属于天山-兴安地层区，最古老的地层为下古生界。新生代地层主要为第三系和第四系：第三系主要分布于公主岭和伊通满族自治县之间的伊舒地堑内，岩性主要为陆相碎屑沉积砂岩、砾岩以及泥岩和基性火山岩；第四系为一套松散堆积物，广泛分布于松辽盆地和伊舒地堑内。其中，中更新世分布较广，根据地貌、构造等划分为荒山组和东风组；晚更新世可划分为顾乡组和群力组；全新世地层分布较广，主要分布于较大河流及其支流的一级阶地上部、高、低河漫滩及河床中，根据地貌、岩性、岩相、同位素年龄等可划分为早全新世温泉河组、中全新世地层和晚全新世地层，晚全新世地层又分为低河漫滩相和河床相。

受到构造活动的影响，研究区的侵入岩活动十分强烈，规模较大，多呈岩基或岩株产出，集中分布于大黑山丘陵地带和伊舒地堑东部山地。主要的侵入岩有：华力西晚期(二叠纪)黑云母斜长花岗岩，多出露在伊通以南的那丹哈达岭山体与大黑山地垒上；华力西晚期(二叠纪)花岗岩，主要出露在公主岭以东的大黑山地垒上；印支期(三叠纪)花岗岩，广泛出露在研究区的隆起区；燕山早期(侏罗纪)花岗岩和碱长花岗岩，主要出露在伊通满族自治县北部，少许出露在伊通满族自治县东部(图1(b))。

2 研究方法

根据高分辨率卫星影像解译和野外调查发现，依兰-伊通断裂带部分段落断错河流一级阶地上存在高1～2 m的地表陡坎。Min等[6]分别在黑龙江通河县和吉林舒兰市的陡坎上开挖探槽，揭露出断层断错晚更新世-全新世地层。

为满足研究区断层探察的需要、判断断裂位置、为活动性提供依据，在伊通满族自治县靠山镇区域约30 km2范围内进行无人机航拍。经过高程解译发现，区域盆山构造界线较为清晰，适合沿北东方向进行野外地质构造调查、探槽施工和钻探等工作。

伊通-舒兰断裂带四平段在研究范围内基本被第四系覆盖，属于隐伏断裂。断层活动，尤其是新构造时期的活动，往往会在地表留下地貌痕迹，一些山区的地貌痕迹非常明显，可在卫星图片中清楚识别。本文借助无人机对影像上的关键部位进行拍摄，发现陡坎的延续长度约300 m，高度为0.5～6 m(图2(a))，这些地貌陡坎断续向二龙湖西岸延伸，槽探后发现断裂活动未延伸至第四系地层，说明陡坎并不属于新构造。

根据卫星影像以及无人机航拍资料发现，在伊通满族自治县靠山镇太平村白土沟西刘家屯东存在一个高度约6 m的陡坎。对该处进行详细的实地调查及横向追索后，在该陡坎上下各打3个钻孔并横跨开挖探槽(图2(b))，勘探孔间距7.60～24.30 m、孔深19.40～24.90 m、总进尺130.60 m。探槽长30.00 m、宽6.00 m、深6.00 m，总土方量1 080 m3。

图2 陡坎、探槽、钻孔位置及联合柱状图

3 实验结果

为确定伊通-舒兰断裂带西支四平段的最新活动时代，从地表耕表土、粉质粘土、泥质砂岩、砂砾岩4个层位中挑选含碳屑、有机物较多的样品共8份(图3(b))，送往美国BETA实验室进行AMS14C测年。测年结果与样品剖面校正曲线如表1所示。可以看出，地表耕表土、粉质粘土、泥质砂岩、砂砾岩的年龄分别为-70～6 270 BP、60～7 780 BP、110～21 780 BP、11 740～26 100 BP。

图3 探槽剖面与解译

表1 伊通-舒兰断裂14C测年结果

4 讨 论

对探槽2壁的剖面进行清理后，以2 m×2 m的方格进行挂网。探槽剖面出露的断层主要集中在西侧的探槽底部晚更新世(11 740～26 100 BP)的破碎砂砾石层中，呈现多组密集分布。其出露特点为：1)剖面西侧的分支断层倾向NW，以缓倾角逆冲错断近直立的地层，但错距不大；剖面东侧的分支断层倾向SE，呈相反的方向缓倾角发生逆冲，在地貌陡坎位置对应的断层处倾角变陡；2)中部的砂砾石层中并未发现断层，中部地层与下部地层呈现侵蚀接触，侵蚀面在地貌陡坎两侧无明显水平差，断裂两侧老地层错动明显，断裂活动未延伸至第四系地层。剖面地层可分为4套主体地层(图3(b))，其中下部为层理近直立的红褐色与灰白色相间的砾岩层，该套地层内发育多条断层，但地层错断的位错量较小。上部的3套地层中，最上层为灰黑色的土壤层，厚度为0.4～0.6 m；中部为2套黄褐色的砂砾石层，夹杂有灰绿色、红褐色的泥沙层透镜体，砂砾石层在剖面中出现挤压变形，但该套地层内的断层出露并不清楚，断层西侧和东侧的厚度相差1～2 m。由剖面下部出露的多条断层产状可知，探槽所在位置的构造活动以挤压为主，断层在陡坎两侧的逆冲倾角相反。但陡坎西部的2条断层倾角较陡，层1内的位错量较为明显，层2和层3内的位错量并不清晰，推测可能是由于其松散程度较差，因此表现出弥散式的变形。层2内的泥沙层透镜体出现挤压上翘变形，是地层变形的重要证据。

陡坎处的断层剖面表现为西侧的地层逆冲至东侧盆地沉积地层，断层产状较陡，而陡坎两侧的其他次级断层分别向相反方向逆冲，但错动量较小，推测陡坎可能由逆冲形成。F1断层在下部地层中的出露较为清晰，虽然在中部砂砾石层中形迹不清楚，但其可能与上部泥质砂层透镜体的变形有关，因此层2下部地层的变形可能与F1的活动有关。F1在地层中出露较为清晰，贯穿1～2层，在陡坎处的断层表现为西侧地层逆冲至东侧盆地沉积地层。东侧F5、F6斜穿F4，但并未贯穿层2，逆冲方向与西侧相反，但错动量较小。

探槽下部近直立的地层产状表明，依兰-伊通断裂带在探槽位置的挤压变形特征强烈，但下部的砾石层在断层附近的层面出露近乎水平，并未有明显的陡坎地貌。推测可能在该套地层形成后的演化过程中，依兰-伊通断裂带曾遭受过强烈的挤压变形和地表侵蚀，随后与后期的地层发生侵蚀不整合接触。后期的构造变形以陡坎处的逆冲变形为主，而断层在上部地层变现为弥散变形，断层迹线不清晰。断层活动的结果表现为断层陡坎的形成与保留。

从现有的资料来看，断层的活动方式与舒兰、通河、汤原等探槽主断面直接出露至地表的方式有明显差异，说明断裂在该段内的活动性较弱，或者活动特征主要表现为沿地表地层的挤压变形。AMS14C定年结果显示，断层活动年代应早于26 100 BP，属于前第四纪断裂构造[7-8]。

5 结 语

1)根据探槽揭露的断层情况及周边地形地貌特征，判断四平市伊通县靠山镇白土沟村探槽剖面西侧的分支断层倾向NW, 以缓倾角(30°～34°)逆冲错断近直立的地层，但错距不明显；剖面东侧的分支断层倾向SE(40°～45°)，呈相反的方向缓倾角发生逆冲，在地貌陡坎位置对应的断层处倾角变陡。

2)中-上部地层中并未发现断层，中部地层与下部地层呈现侵蚀接触，侵蚀面在地貌陡坎两侧无明显的水平差，断裂两侧老地层错动明显，断裂活动未延伸至第四系地层。14C定年结果显示，探槽揭露的断层活动年代应早于26 100 BP，属于前第四纪断裂构造。