鄂中盆地遠(yuǎn)安斷裂的新活動(dòng)特征及地震地質(zhì)意義

殷娜 余中元 石硯斌 付國(guó)超

摘要：鄂中盆地地處穩(wěn)定的揚(yáng)子克拉通內(nèi)部，但近年來陸續(xù)有中等強(qiáng)度地震發(fā)生，其孕震機(jī)理和發(fā)震構(gòu)造備受關(guān)注。通過高密度電法勘探和野外地表地質(zhì)調(diào)查方法，研究了鄂中盆地遠(yuǎn)安斷裂的新活動(dòng)特征。結(jié)果表明：遠(yuǎn)安斷裂在第四紀(jì)早期構(gòu)造變形強(qiáng)烈，運(yùn)動(dòng)方式以正斷為主兼具右旋走滑分量。盡管斷裂晚第四紀(jì)以來活動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，但仍具備發(fā)生中等強(qiáng)度地震的能力。應(yīng)重視揚(yáng)子克拉通內(nèi)部NW或NNW向斷裂作為中強(qiáng)地震發(fā)震構(gòu)造的可能性，其潛在地震危險(xiǎn)不容忽視。

關(guān)鍵詞：鄂中盆地;遠(yuǎn)安斷裂;新活動(dòng)特征;地震地質(zhì)意義;揚(yáng)子克拉通

中圖分類號(hào)：P315.2??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2021）04-0607-06

0引言

揚(yáng)子克拉通與秦嶺褶皺系以城口—襄樊—廣濟(jì)斷裂分界，主要包括江漢盆地以西的鄂西、鄂西南和湘西北等地。咸豐—鶴峰以北基底由川中式崆嶺群和神農(nóng)架群組成，以南為江南式冷家溪-板溪群基底。前人研究結(jié)果表明，揚(yáng)子克拉通的蓋層褶皺變形和大部分?jǐn)嗔鸦顒?dòng)始于印支期，定型于燕山第Ⅱ幕。晚中生代以來，南大巴山臺(tái)緣褶斷帶呈現(xiàn)強(qiáng)烈?guī)盥∩l(fā)育強(qiáng)烈侵蝕切割的低中山—中山地形，沒有第四紀(jì)斷陷盆地發(fā)育，僅有零星新近紀(jì)山間盆地發(fā)育，如保康馬橋上新世山間斷陷盆地。整體而言，揚(yáng)子克拉通晚新生代以來構(gòu)造變形微弱，屬于比較穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造單元（鄧起東等，2002;張培震等，2014）。

然而，揚(yáng)子克拉通內(nèi)部歷史上卻發(fā)生了一系列中等強(qiáng)度地震，如1989年重慶江北5.4、4.8級(jí)雙震、1631年常德6%級(jí)地震、1856年咸豐大路壩6%級(jí)地震、1931年利川清坪5級(jí)地震、1979年秭歸龍會(huì)觀5.1級(jí)地震、1961年宜都潘家灣4.9級(jí)地震和1969年保康馬良4.8級(jí)地震等（汪素云等，1993;袁寶印，孫建中，1980;胡道功，1997）。這些地震的震中位置多沿?fù)P子克拉通內(nèi)部的NW向或者NNW向斷裂展布，顯示其孕育過程與這些斷裂的新構(gòu)造變形可能存在一定的內(nèi)在聯(lián)系（甘家思等，2000;雷東寧等，2012a，b;王浩乾等，2012）。因此，研究揚(yáng)子克拉通內(nèi)部NW向或者NNW向斷裂的新活動(dòng)特征，有助于分析該地區(qū)的地震孕震機(jī)理與潛在地震危險(xiǎn)性。本文以鄂中盆地內(nèi)部的遠(yuǎn)安斷裂（以下簡(jiǎn)稱：研究區(qū)）為例，基于第四紀(jì)地質(zhì)調(diào)查和高密度電法勘探方法，研究其新構(gòu)造變形特征與孕震模式，并在此基礎(chǔ)上討論NW向或者NNW向斷裂對(duì)揚(yáng)子克拉通內(nèi)部中強(qiáng)震的控制作用與潛在地震危險(xiǎn)性。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)地處揚(yáng)子克拉通的中部，在晚白堊—新生代發(fā)育有NNW向盆嶺伸展構(gòu)造，自西而東為遠(yuǎn)安地塹、當(dāng)陽地壘、荊門地塹、楊坡地壘、漢水地塹和大洪山低隆起。新構(gòu)造期以來，鄂中盆地受青峰—襄樊—廣濟(jì)斷裂帶、青峰斷裂帶和沙湖—岳陽—湘江斷裂帶的控制，繼承了盆嶺剪張性運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，呈現(xiàn)右旋滑動(dòng)性質(zhì)（圖1）。如遠(yuǎn)安地塹呈現(xiàn)陡峻的箱形槽谷地貌，新近系被斷錯(cuò)。歷史地震和現(xiàn)代觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，該地區(qū)有多次中強(qiáng)震（4%～5%）發(fā)生，并且小震和有感地震頻繁發(fā)生。

2地表地質(zhì)調(diào)查

遠(yuǎn)安斷裂整體走向340°～350°，長(zhǎng)約120km，傾向NNE，傾角50°～80°（圖1）。筆者對(duì)遠(yuǎn)安斷裂開展了野外調(diào)查，調(diào)查點(diǎn)具體分布位置見圖1。調(diào)查結(jié)果表明，遠(yuǎn)安斷裂發(fā)育有較為明顯的斷層陡崖地貌特征（圖2）。陡崖在衛(wèi)星影像上的連續(xù)性較好，地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)其主要構(gòu)成了山麓丘陵與平原沖積臺(tái)地的分界線（圖2a、c、d）。D1調(diào)查點(diǎn)顯示地表發(fā)育有高約2m的陡坎微地貌，斷裂沿線的基巖面上發(fā)育有兼具斜滑分量的擦痕（圖2a）;D2調(diào)查點(diǎn)的野外調(diào)查結(jié)果同樣證實(shí)該斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征具有明顯的水平分量，在斷裂剖面上保存有明顯的斜滑擦痕特征（圖2b中白色箭頭代表滑動(dòng)方向）;D3調(diào)查點(diǎn)揭示斷裂沿線發(fā)育有明顯的斷層三角面地貌，斷層構(gòu)成丘陵、山麓和沖洪積平原的分界線;D4調(diào)查點(diǎn)顯示斷層兩盤的巖性差別明顯，且發(fā)育有高約1.5m的斷層陡坎（圖2d中箭頭代表斷層位置）。整體來看，地表的野外調(diào)查沒有發(fā)現(xiàn)斷裂斷錯(cuò)晚第四紀(jì)地層的地質(zhì)地貌現(xiàn)象。

根據(jù)在研究區(qū)附近最新開展的第四系研究成果、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告、地質(zhì)勘察報(bào)告（武漢地震工程研究院，2014;北京防災(zāi)科技有限公司，2020）及本次野外地質(zhì)調(diào)查可知，研究區(qū)的全新統(tǒng)主要分布于長(zhǎng)江及其支流河谷高漫灘一級(jí)階地，其巖性下部為河床相礫石，上部為粉砂及砂質(zhì)黏土，局部為牛軛湖淤泥，厚度通常不大于10m;上更新統(tǒng)組成長(zhǎng)江二、三級(jí)階地，巖性黃褐色黏土、礫石層，厚度平均為20m;中更新統(tǒng)組成四、五級(jí)堆積階地，巖性主要為粉質(zhì)黏土、粗圓礫土、細(xì)沙、黏土，埋深多為25m;下更新統(tǒng)多為強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖、泥質(zhì)砂巖等。本文的測(cè)線L1、L2與L3所通過的位置均為四級(jí)堆積階地，為中更新統(tǒng)地層。

3斷裂高密度電法勘探

考慮到研究區(qū)的覆蓋層特征，本文針對(duì)遠(yuǎn)安斷裂開展了高密度電法剖面勘探，3條測(cè)線分別為L(zhǎng)1、L2、L3，測(cè)線通過處地貌如圖3所示。觀測(cè)儀器是GD-10Supreme 2D分布式高密度電法系統(tǒng)，供電電源為SPP-400超級(jí)電池。測(cè)線采用GPS72型衛(wèi)星定位儀進(jìn)行定位，在測(cè)線起點(diǎn)、拐點(diǎn)和終點(diǎn)均作測(cè)量，得到了每個(gè)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)。對(duì)每條測(cè)線上存在高差變化的電極樁號(hào)進(jìn)行了校正，以提供地形改正所需要的高差數(shù)據(jù)。

L1測(cè)線總長(zhǎng)720m，采用120m滾動(dòng)測(cè)量方式，每個(gè)剖面實(shí)接電極數(shù)均為72路、點(diǎn)距5m。L2測(cè)線總長(zhǎng)480m，剖面實(shí)接電極數(shù)為72路、點(diǎn)距5m。L3測(cè)線總長(zhǎng)360m，剖面實(shí)接電極數(shù)為72路、點(diǎn)距5m。3條測(cè)線均采用偶極β排列系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)，反演深度均為46.6m。

從3條測(cè)線的勘探結(jié)果（圖4）可以看出：在L1測(cè)線250m處（圖4a-3中紅色虛線所示，電阻率反演模型中迭代次數(shù)4次，誤差為4.1%）、L2測(cè)線230m處（圖4b-3中紅色虛線所示，電阻率反演模型中迭代次數(shù)5次，誤差為3.5%）、L3測(cè)線280m處（圖4c-3中紅色虛線所示，電阻率反演模型中迭代次數(shù)5次，誤差為2.8%）均出現(xiàn)一條低阻條帶，推測(cè)為斷層的反映。3條測(cè)線其它位置顯示地層連續(xù)性完整，測(cè)區(qū)無顯著電阻率間斷面。

L1測(cè)線場(chǎng)地地質(zhì)鉆孔顯示25m以上以粉質(zhì)黏土、粗圓礫土、細(xì)沙、黏土等巖性為主（北京防災(zāi)科技有限公司，2020），電阻率均值為55Ω·m;25m以下以強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主，電阻率均值為250·m。本次探測(cè)結(jié)果顯示，L1、L2、L3測(cè)線的整體電阻率分別為5.74～1540·m、7.68～913·m、6.1～2210·m，其相應(yīng)的地質(zhì)解釋剖面圖（圖5）顯示，斷裂的明顯段錯(cuò)了早中更新世含礫黏土和黏土層，晚第四紀(jì)的粉質(zhì)黏土連續(xù)性較好，沒有遭受變形影響，反映斷層的最新活動(dòng)時(shí)代為早第四紀(jì)。

4討論及結(jié)論

4.1討論

目前，盡管人們對(duì)于中國(guó)東部地區(qū)NW向斷裂帶的成因以及新生代演化過程尚存爭(zhēng)議，但是普遍認(rèn)為這些NW向斷裂的活動(dòng)具有新生性、成帶性和復(fù)雜性，其最新活動(dòng)時(shí)代多晚于NE向斷裂，且對(duì)中強(qiáng)地震具有較明顯的控震作用。揚(yáng)子克拉通盆地內(nèi)部發(fā)生的一系列中等強(qiáng)度地震大多都沿著NW向斷裂分布（圖1），如沿著白河—谷城斷裂發(fā)生的1868年5%級(jí)和1959年5.0級(jí)地震;沿著安康一房縣斷裂發(fā)生的公元143年竹山5級(jí)、公元788年竹山6%級(jí)歷史地震;沿著鐘祥斷裂和天門河斷裂也曾發(fā)生過地震。本文重點(diǎn)研究的遠(yuǎn)安斷裂與1948年4.8級(jí)、1969年4.9級(jí)地震的震中分布位置密切相關(guān)，且斷裂上近現(xiàn)代小震相對(duì)頻繁。同時(shí)，研究區(qū)的主壓應(yīng)力軸優(yōu)勢(shì)方向表現(xiàn)為NEE—NWW向（汪素云等，1993;徐燕紅，2016），這對(duì)NW、NNW向斷裂的新活動(dòng)特征可能產(chǎn)生較大影響。顯然，這些NW、NNW向斷裂的最新構(gòu)造變形與克拉通內(nèi)部中強(qiáng)地震的孕育過程可能存在密切聯(lián)系。應(yīng)重視揚(yáng)子克拉通內(nèi)部這些NW向斷裂作為中強(qiáng)地震發(fā)震構(gòu)造的可能性，其潛在地震危險(xiǎn)不容忽視。

4.2結(jié)論

綜合地表地質(zhì)調(diào)查結(jié)果、鉆孔資料，電法勘探等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，筆者認(rèn)為遠(yuǎn)安斷裂早、中更新世構(gòu)造變形強(qiáng)烈，運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)以正斷為主兼具右旋走滑分量，最新活動(dòng)沒有影響晚第四系地層。因此，遠(yuǎn)安地塹斷裂帶為早、中更新世斷裂，具備發(fā)生中強(qiáng)地震的能力。

野外調(diào)查工作得到了湖北省地震局、當(dāng)陽市應(yīng)急管理局及防災(zāi)科技學(xué)院地球科學(xué)學(xué)院的大力協(xié)助。北京防災(zāi)科技有限公司的高志濤、游嘉靖、鄭榮熒和防災(zāi)科技學(xué)院的馬歡、齊亞坤等同事也參與了野外地質(zhì)調(diào)查與高密度電法勘探工作。審稿專家與編輯對(duì)論文提出了寶貴的修改意見。謹(jǐn)致謝忱。

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New Active Characteristics and Seismological Significance of the Yuan'an fault in the Central Hubei Basin

YIN Na， YU Zhongyuan ， SH Yanbin， FU Guochao

（1. Institute of Disaster Prevention Sanhe 065201， Hebei， China）

（2. Hebei Key Laboratory of earthquake Dynamics， Sanhe 065201， Hebei， China）

（3. Institute of Geophysics， China Earthquake Administration， Bejing 100010， China）

Abstract

The central Hubei Basin is located in the interior of the stable Yangtze Craton， but moderate earthquakes have occurred frequently in the Basin in recent years. Thus， its seismogenic mechanism and seismogenie structures have attracted much attention. Taking the Yuan'an Fault in central Hubei Basin as an example， this paper studies its new activity characteristics by means of high - density electrical prospecting and field geological survey. The results show that the tectonic deformation of the Yuan'an Fault was strong in the early Quaternary and the tectonic mode was mainly dominated by normal movement with dextral strike slip component. Although the activity intensity of the fault has been gradually weakening since the late Quaternary， it still has the seismogenic capacity of moderate earthquakes. The research also hints that these nw or NWW strike-slip faults with strong deformation in the early Quaternary play an obvious role in controlling modern medium-and strong-earthquakes in the Yangtze Craton. The possibility that these Nw trending faults， which may be the seismogenic structures for moderate - and strong earthquakes in the craton interior， should be paid more attention to and their potential seismic hazards should not be ignored

Keywords： the central Hubei Basin; the Yuan'an Fault; new activity features; seismogeologicalsignifi-cance： the Yangtze Craton