离石断裂带的构造及其地震危险性.doc

离石断裂带的构造及其地震危险性第2期(总第69期)1992年6月山西地震EARTHQUAKERESEARCHINSHANXINjlun离石断裂带的构造及其地震危险性蛆盘熬(山西省地震局)林伟张德成(国家地震局分析璜报中心)捕翼季头蓬(中国科学院地质研究所)Plss在山西断陷带西侧吕粱隆起的西坡上,有人认为有一条纵贯垒区的离石断裂带,井把其作为鄂尔多斯断块和太行山断块的分界断裂,本文通过近期的工作结果及对深部构造,岩浆活动和钻孔资料的分析,认为把离石断裂带作为构造单元的分界断裂的依据不足.,-z0关鼍毫亘擅l性畦鳓致诈.lIOSI窖一般所指的离石断裂带位于山西断陷带西侧吕梁隆起的西坡上,是一条新生代以来仍有一定活动,总体走向为北北西的断裂带.历史上,沿这一带曾发生过4次5.OM5.5级的地震,特别是1967年12月在蒲县附近接连发生的两次5.O5.4的地震,引起人们对该断裂的关注.但是对该断裂的规模和性质及其在区域构造上所处的地位的看法却不一致,这对研究构造单元的划分及其在地整活动中所起的作用有很大的影响.张步春等人(1980)最先明确提出,它是华北断块区内部的一条主要断裂,称其为鄂尔多斯东缘断裂主要是依据其形成的时代早(20亿年左右),切割的深度大(切过奠霍界面),形成时伴随有超基性火山岩(年龄约1720亿年)活动,并有深源的金伯和岩在断裂附近发育该断裂自南而北由蒲县一带沿吕梁山西侧延伸,经县直达河曲以北.但是邓起东等人(1980)只把其划到中阳附近.1981年出版的中国地震烈度区刺工作报告中,将其命名为离石大断裂,认为它在新生代以来继续活动.但在这期间,黄汲清(1979),李春昱(1982)等编制大地构造图时没把它作为一条主要断裂孙殿卿等人(1984)也只把该断裂带作为一条主要断裂刺到交口附近c.1伽.6年马杏垣主编昀中国及邻近海域岩石圈动力学图中把该断裂划到了黑茶山以北,认为是一条新活动不明显的断层.但是在同一年张步春等人发表的文章中,再次提到了该断裂带,只是改称为蒲县断裂,只延伸到交口附近.目前,对离石断裂带的起点认识大都一致,即从临汾西的七郎庙开始.但是向北延伸的看法不一.较多的人认为延伸到交口附近,至多从交口以北转为北东向进入太古界的变质岩出露区.另有一些人认为它贯穿山西西部隆起区西侧,一直延伸到河曲附近,是鄂尔多斯断块与太行山断块的分界线.1对离石断爱带的认识1.1断裂带的出露情况一I992年第2期阎海歌等离石断裂带的构造及其地震危险性9ORKo60<M<69C50,M-<5047<M<9嗨田臼目图1吕桀隆起上的主要断裂及震中据目前掌握的资料,可把一般所说的离石断裂带分为3段(见图1):南段从七郎庙开始经蒲县至交口,走向近南北,垒长约50余km,一般称蒲县断裂.这段由多条断裂组成束状出露在古生代地层中,露头较好,连续延伸.从卫星照片上看,线性特征明显.从中阳至离石以北为中段,在中阳附近虽有大面积基岩出露,但是这时断层已经零散,各条断层的走向变化较大,延伸不远.本段断裂可分为两支,沿离石坳陷盆地东西两侧分布.从中阳开始经离石西向北的一支总体走向为3,20.3O.西,都属正断层,出露在二叠系和石炭系地层中,在离石以北断裂中部弯曲并向东突出.此段可称为狭义的离石断裂,总体长5Bkm另一支从中阳开始以北东向走向,进入大面积出露的太古界混合杂岩区(见图2),这一支中逆断层和正断层均有.离石坳陷盆地被第四系覆盖,未见断裂形迹.在该坳陷盆地的北部,从离石县的略口开始为北段,在趋点附近出露的基岩带上,见到一条断层出露,规模较小,破碎带宽仅2m左右从方山县以北再出现鲢断层较零乱,产状变化也大,随着基岩出露逸向北北东方向分布,且逐渐稀少.在北端的大平头附近出露的断层多变为北东东和北西西走向.向北断续出露,止于界河口南,总长80kin左右,本段断裂为西倾的逆冲断层,元古界变质岩逆冲于寒武系,奥陶系地层之上,此段有人称为河曲断裂,实际由界柯仁I往北在保德,河曲一带断裂形迹不清.南段主要以逆断层和一些互相平行的正断层组成束状断裂带,整亡#上呈舒缓波状,以挤压为主.中段的断层走向呈北北东或北北西向,以正断层为主.北段主要出露在峪口至方山一带,为逆冲断层组成.各段力学性质的差异,表明它们之问不存在一致_构构造应力场.1.2深部构连表现厦岩浆活动航磁和重力异常分析表明,北东向的异常特征突出,沿所谓离石断裂带未见异常显示.根据对莫霍面埋深的研究,在吕粱山隆起区也来见异常.1967q一在衙县发生ffl5.4级地震的震源深度为BOkm,说明当地断层有一定的破裂深麈,但是还不能认为谈断裂带为一条切穿莫霍面的大地构造单元的分界断裂据赵忠新对短周期地磁异常的研究,认为鄂尔多斯块体的东界应是在汾河地堑-,.该区的超基性岩脉主要发商在上顶山到界河口之问.这些超基性岩脉限制性地分布在太古界或元古界中,其上常诲占生界覆盖.岩脉的走向变化很大,大多数岩脉的走向为近东西向,其它岩脉多为北西走向,个别岩脉的走向为北东向,以超基性岩脉为主有人认为这些者晦与谚断裂带的形成有关.但是它们的走向与断裂的走向艰不一致不县受断裂拉制的特lD山西地震1992年第2期图2离石地区地质图(据山西省地质局亚煤管局资料编制)1上三叠系陆相黄绿色,红色砂岩夹泥岩,2中下三叠统红色砂告吏页岩,3=叠系海陆交替相黄绿灰白色秒岩夹炭质页岩,煤层,4石炭系海陆交替相砂岩黑色页岩,石灰岩,铝土页岩史燥层,5中,下奥陶豌海相石灰岩,白云岩,泥藏岩(中统)灰岩的白云岩底部夹页岩(下统),6寒武系海相石灰岩(竹叶状,鲕状)及紫色页岩,泥岩7寒武系及震旦系,8震旦系(上元古界)砾岩,砂岩,页岩及鞍山岩9下元古界(谆沱群)千枚岩夹砂岩,结晶白云岩1o上太古界(吕粱山群)黑云斜长片麻岩,变鞑岩,变基性火成岩,角闳片岩及很台片麻岩;1l晚太古代,翔花岗岩类(片麻花岗岩,二民花岗岩的斜民花岗岩;12超基性岩类,鞍山期,太古代班期,13燕山晚期偏碱性岩类(碱性岩,二I垂岩,正长斑岩,正长岩等)14地层界限1,5剥掉新生界推测的地层界限;16不整合界限,17正断层(或平移一._l【断层);18逆断层19平移断层20性质不断层21岩屠产状点,难以将两者的活动联系起来.山西省地质局在离石附近北J【河下游发现爆破角砾岩,岩体呈筒状,直径数m至数lore,角砾包括震旦系砂岩,寒武一奥陶系灰岩,艇结物为超基性岩(扦栏云煌岩),同时在南川河西柳林伍家淘有燕山期的基性,超基性岩,呈岩盖,岩墙侵入到二叠系地层中.尽管这些岩体零星分布,主要出露在离石附近,但是是否与该断裂有茭,仍需研宽.图3离石一l地区地质构造l?3断距有入根据本区断裂两侧的古生界与太古19年第2期阃海歌等;离石断裂带的构造及其地震危险性11界呈断层接触,认为太古界是由该断裂大规模错断上泉的.但是从地层出露的情况看,卒区内的太古界,元古界原米出露的位置就高.在局部基岩出露区可见到太古界与寒武系呈不整合接触.因此,在这种情况下,古生界与太古界之间出现断层接触的现象不一定说明该断裂的断距大.从该断袭带中段的断距来看,规模并不大.离石一中阳地区是一个台燥系地层的向斜构造,向斜西翼被F1,F2断层破坏(图3),该向斜平缓开阔,其东翼倾角l0,西翼倾角I5.40.断层F1走向北4O西,倾向北东,倾角70.8O.,长约16km.断层F2为石炭一二叠系与中奥陶系灰岩接触,走向北20.3O.东,倾向北西,倾角7O.,长约25km.均为正断层.根据离石地区煤田勘探资料编黼的l号井煤虎板(C)埋藏的等高线图,F1和F2石炭系煤系地层与奥陶系灰岩接触,其断层落差可达400m同时根据钻孔剖面中取得的各时代地层前等标高线图,FI和F2石炭煤系地层与奥陶系灰岩接触其断层落差也达400多襄1石炭系曩=叠慕地层平均厚度m.并根据钻孔剖面中取得的各时代地层厚度(表I),参照1O号井煤底扳标高及孔口衰高,孔深资料推算,两条断层的垂直断距达600630m,4个剖面所得数据基本一致.一些学者将南,中,北三段统称为离石断裂.实际上,从野外分布的形迹特正来看,南段至中段在交口一带在i0km区间内断层零星出露,并不成带.中段与北段也是被此不相连接的,把它们作为一条划分大地构造单元的边界断裂带的依据似不充分把鄂尔多斯断块内,沿区域性的平缓褶皱翼部断层相对密集发育的地段.作为一条大地构造分界线亦似不妥当.应注意到先提出离石断裂带的张步春在后来发表的文章中则只称蒲县断裂,北端只延伸到交口附近.笔者认为这样处理是合适的.2离石断裂带第四纪以来的活动厦其地震危险性2.I第四纪的活动性野外调查中,在南段和北段设发现第四纪以来的活动迹象.在中段中阳西2km处的狐尾淘剖面中发育有一条走向近南北的断层,可见到奥陶系灰岩与二叠系砂岩,页岩呈断层接触.倾角为87,破碎带宽2m左右.在之上的基岩剥蚀面上,覆盖着岩性不同的两层黄土,下层为碎石夹土层及红色亚粘土夹黄土层,剖面中称层(见图4),上层为黄土层,其底都台砾石,剖面中称屠,此层厚约lO余m.在层(1)中未发现断层,在圆圈.固s圜s国e团曰s口,I黄上2冲击古砾砂层3冲积.啦积角跞砂盆4红色拈土5砂岩采戚岩6石灰岩7币整舟B料蚀僚蚀界限9采样点殛编号圈4璃石断屠采样点素描剖面1山西地震1992年第2期囊2掉品厦年代样品编号土层类型年龄(x10)年离4黄土7.g4eO.39离3黄土6.35:0.32离2中砂11.901-0.59商1红色亚粘土10.73O.35囊3县纂起区上的Mz5地一层中见到两条平行的断层,走向近南北向,垂直断距可达0.5m,为正断层,断层断开展而被层所覆盖,来穿入上覆含砾黄土层.2lIl,.1磁学fI窜JE/p./擘|J;oo广邬州10图5山西地区仪器测定的地震震中分布图(1970.-1986ML兰3)在层的黄土层中,采集了3个样品,采集层位及编号见图4,经热释光方法测定的年龄见表2.从表2可见,未被断层断开的上覆黄土热释光年龄为6.351011.910年,从样品层位及年龄分析数据是可信的.在层的红色亚粘土由的断层下盘取的离1(F)样品,经热释光法测定,其年龄为(10.730.35)10年,这一数值基本上与层底部含砾砂土年龄(11.970.59>10相接近,根据上述年龄,可认为该剖面中的离石断裂新活动年龄为u.O010年左右.该层内样品热释光年龄代表该断层最后一次活动年龄,相当于晚更新世中期以来该断层没有再活动.2?2地震活动背号分析在吕梁隆起区,沿着这些断裂的附近地区,曾发生过(有文字记载)4.75.4Ms地震共6次其中55.4Ms的地震4次,3次在蒲县附近,1次在离石县城的北面(见图1).1967年12月发生的两次5.05.4M0地震,在震中附近没发现地表有明显的构造变动.震中区的最高烈度为6度强.在这以前发生勺两次5级多构地震,造成个别民居和庙宇的坍塌.根据对历史记载的研究,估计震中烈度为67度.这些地震活动反映出这一地区的断裂有一定的活动性.从L【J西现今地震震中分布图(图5)上看到,在这一带现今小震活动很少根据对山西现今小震活动与垂直形变对应关系的研究,凡是在隆起区附近垂直形变等值线较密的地段,反映现今垂直形变强烈,小震活动也相应地密集.如在太原东山一带,昔阳一和顺之问和恒山隆鼍旧西南角等处.从吕粱隆起区上小震稀少,可判断该区现今的垂直形变不强,比断陷带东侧的隆起区要弱.在隆起区,地震活动的强度和额度与垂直差异话动的强度也有对应关系地震相对集中1992年第2期阁海歌等t离石断带的构造及其地震危险性13一一在坳陷盆地附近,由于隆起区内的垂直差异运动比断陷带内弱得多,地震活动的强度和颊度也弱,而且坳陷盆地与震中的分布关系也不如断陷带内那样显着,相对有些离散.吕粱隆起区便处在这一背景下,由于缺乏小震,在形变过程中产生的弹性应变能易于积累起来,形成较大的地震.这一地区内的垂直差异性运动和断裂的现代活动性都较弱,没有孕育Ms6地震的条件.因此在这一带一般可能不会发生MB6地震,取Ms=5.5,利用山西的烈度衰减经验公式(按等效圆)I=3.69l十1.242Ms一1.2821h(D十5)一烈度,M8一震级D一震中距计算,6度圈的直径约70kin.最高烈度圈的一般不会高于7度.利用烈度衰减经验公式计算,出现的7度圈的半径约1okra.3结语吕梁隆起区是一研究程度薄弱的地区,有许多方面的工作仍是空白,缺乏较系统的研究工作.笔者根据对现有资料的研究,有限的野外考察和总结前人的工作后,对离石断裂带有下几点看法:离石断裂带作为鄂尔多斯断块东缘断裂的依据不足.沿这一带的断裂在第四纪的晚更新世以来没有活动或有较弱的活动.根据山西地区地震活动的特点,所讨论地区的现今垂直差异性运动较弱,在该地区及断裂附近不具备发生Ms6地震的条件参考文献张步春等.华北断块区构造单元的划分及其边界问题.北京t科学出版社,198o邓起东等.华北断块区新生代现代地质构造特征.北京t科学出版社,198o黄避青等.中国大地构造图(1:400万).北京t地图出版社,1979李春昱.亚洲大地构造图(I:800万).北京地图出版社,1982孙殿卿等.中华人民共和国及其毗邻海医构造体系图.北京地图出版社,1984张步春等.山西地震带地震地质背景.北京地震出版社,1986孙忠新.鄂尔多斯地块周缘的构造性异常.西北地震,1988.(增刊)阎海歌.饯谈山西潜在震源区的划分.山西地震,1989(1).1418温春生.山西地震带衰减近似关系.山西地震,1987(3).1417123456789山西地震TheStructureandEarthquakeEndangermentofLishiFaultZone.YanHalge(SeismologicalBureauofShanxiProvihe(:)LinWeffanZhangDecheng(CenterofAnalysisandForecast,StateSeismologcaIBureau)LiXiangLag(InstituteofGeology,ChineseAeademyotScience)1992年第2期Abstracl5nineop1h.ldthatthereexlsa.LishiFauttZoneunnigthx_ghthewh.Ie0ILtillalIgReglon.ntheup_wpingwpe.he霄estsideo1ShanxiRiftandfha11tcanre套aedastheboundaryfhte朋theErdu.sBl.ckan