庐断裂带全新世活动断裂活动特征及其地震破裂

庐断裂带全新世活动断裂活动特征及其地震破裂

0fps地震地质元当带历史悠久，不仅控制了从变质岩基质到沉积层的构造发育，而且还受中国东部最重要的活动带（图1a、方仲景等，1986）。该断裂带中部的沂沭断裂带是由东、西2条地堑构成的地堑-地垒构造系,4条边界断裂由东向西分别为F1,F2,F3,F4。另一条重要的全新世断裂是发育于东地堑内的F5断裂,它包括了东地堑内F1和F22条边界断裂带中所有的全新世活动断层,长约360km,大致分成3个破裂段:从北到南分别为北段——安丘段,对应公元前70年安丘地震;中段——莒县—郯城段,对应1668年郯城8.5级地震;南段——新沂—泗洪段,对应距今3510～4960a的1次古地震事件(图1b,李家灵等,1994a;李家灵等,1994b;晁洪太等,1995)。已有的文献(李家灵等,1994;晁洪太等,1995)表明,公元前70年安丘地震破裂带沿F2断层发育,而1668年郯城地震破裂带沿或靠近F1断层发育。此外,沿郯庐断裂带还开展了一些古地震方面的研究,如在1668年郯城8.5级地震的破裂段上发现3次大的古地震事件,分别发生在距今3500a,6000～7000a和10000a(林伟等,1987)。2003年底,我们在考察沭河断裂带(沂沭断裂带东地堑北段)时,在莒县夏庄乡东南的胡家孟晏,发现了1条长约7km的地震破裂带(图1c)。1断层崖类型图表2在2条近NNE向断裂(F1和F2)之间,莒县夏庄乡东南的胡家孟晏,发现1条长约7km的地震破裂带。该破裂带走向N30°E,其南北延长线与东地堑的东、西边界F1和F2断裂的夹角约15°,与主水系沭河近于平行(图1c)。胡家孟晏地震破裂带发育在白垩系王氏组(K2W)紫红色砂岩或砂砾岩构成的山坡上,走向和区域地貌线(如冲沟和山脊线等)基本一致。破裂带的北端出现在丁家村南约500m、NE走向山梁的东南坡,再向北则隐没于夏庄盆地东缘的盆地堆积物中;南端终止于赵家岭西500m。该处断层崖逐渐降低,最终隐伏于西北庄以北的第四纪堆积物中(图1c)。野外观察发现,地震破裂主要表现为高0.2～2m、平均0.5m左右的低断层崖(图2),断层崖前,有时表现为宽6～10m的凹地。在断层崖东侧的凹地内或东倾缓坡上土壤层相对较厚,大多开垦为耕地;而西侧土壤层相对较薄,多为基岩出露。该破裂带在航空像片上表现为1条陡崖,清晰平直的线性构造。在该破裂带的中部,即胡家孟晏附近,我们实测了4条跨破裂带的地形剖面(图3)。从这些剖面中得出如下认识:1)垂直错距变化较大,在0.2～2m之间;2)除断层崖地形外,在断层崖前缘还存在凹地(地形剖面②);3)总体向东倾斜的山坡在断层崖上升盘局部地段发生向西的反向倾斜(地形剖面③和④),表明该处的断层活动存在逆冲分量。同时,该破裂带以右旋活动的方式断错了跨越破裂带向东流动的小冲沟。在胡家孟晏西北200m处,实测了相距仅10m的2条冲沟的右旋位错,位错量分别为2.5m和7.7m(图4)。2次古地震事件中崩积破坏的年龄和发生年代在胡家孟晏西北,即位于4条跨断层崖地形实测剖面的中间开挖了1条长7m、深1m的探槽。图5表示该探槽的南壁。2个西倾的断层面反映了该处断层活动存在的逆冲分量,而约25cm厚的断层泥则反映了该处断层活动的长期性。在表层耕作土壤层之下,断层东盘发育了3层含泥砂砾混杂堆积,与同一盘出露的2层相对较稳定的流水堆积层(层③和层⑤)交错沉积。由于该探槽开挖于1条冲沟内,流水的侵蚀作用不仅使冲沟处的断层崖不复存在,也使该3层楔状混杂堆积遭受强烈侵蚀,顶部被蚀平。依据以下2点,推测它们是3次古地震事件所造成的地震崩积楔:1)为楔状混杂堆积;2)没有发现任何局部流水作用的痕迹。在前2个崩积楔(层④和层⑥)中,分别采集了热释光样WTL-06和WTL-07,测年结果分别为(12530±1060)aBP和(36420±3090)aBP1;此外,表层耕作土壤层(层①)下部为灰黑色含泥炭沙土,其14C测年结果为cal(2140±190)aBP2。考虑到崩积楔是地震后快速堆积的结果,上述所测得的崩积楔年龄应该反映的是地震之前覆盖在断层之上的最新堆积物的年龄,所以崩积楔与其下伏的地层年龄相当,即崩积楔3(层②)与层③年龄相近,而崩积楔2(层④)与层⑤年龄相近。这样,我们可以推测3次古地震的发生年代如下:第1次古地震事件发生在(12530±1060)aBP和(36420±3090)aBP之间;第2次地震事件晚于(12530±1060)aBP;第3次地震事件(最新1次)早于(2140±190)aBP。遗憾的是此项研究没有采集到层②,层③,层⑤的年代样品,上述分析只是初步看法,有待将来进一步的工作。3断尾沟冲沟的形成时代从上述探槽揭示的现象可以判断胡家孟晏地震破裂带不是产生于1次地震,而是由多次地震造成的。前述的相距10m、分别被右旋位错了2.5m和7.7m的2条冲沟(图4),也说明了该破裂带的多次活动,因为1次地震几乎不可能在相距如此之近的两点产生差距如此之大的水平位错。如图4a所示,断层上升盘上的冲沟为较宽的“U”字断尾沟,应具有较长的发育历史,而断层下降盘的冲沟较小,应该是最近1次地震前形成于断层上升盘的断尾沟前,因此2.5m应该代表最近1次地震事件的位错量。另一方面,图4b所示的情形相反,断层下降盘上的冲沟为较宽的“U”字形断头沟,具有较长的发育历史,而断层上升盘上发育2条较小的冲沟,悬于断层崖之上。根据图4b所示的断错地貌,也推测出3次可能的地震事件(图6):第1次地震(Ⅰ)使西盘的冲沟C1发生2.1m的右旋位移,然后断层东盘上的断头沟顶端的溯源侵蚀在断层西盘上产生小冲沟C2;图4a所示最新1次地震事件(Ⅲ)产生2.5m的水平位错;7.7m的总位错减去第1次地震2.1m和第3次地震2.5m的水平位移,剩余的3.1m应该是介于上述2次地震之间的第2次地震(Ⅱ)所造成的水平位错。该结果与上述通过探槽推测出的3次古地震事件的期次大体相当。此外,在这3次地震之前应该还存在1次地震,尽管我们无法估计此次地震的水平位错量。这次地震使跨断层冲沟产生右旋位移,然后断层东盘上的断头沟顶端的溯源侵蚀在断层西盘上产生小冲沟C1。4材料的性质和年龄前已述及,自潍坊至嘉山存在1条长达360km的全新世活动断裂带(F5),它是郯庐断裂带东地堑中所有全新世活动断层的统称,作为全新世活动断层胡家孟晏地震破裂带应该归属F5断裂。但依据目前的资料还无法确定该断裂带是属于F5断裂带中已知的地震破裂带,还是一条独立的地震破裂带。要搞清这个问题,尚需进一步的研究。F5断裂带可以划分为3个独立的破裂段:安丘段,莒县—郯城段和新沂—泗洪段。1668年郯城8.5级地震发生在莒县—郯城段,其地震断层的长度与该断层破裂段的长度基本一致,达130km(李家灵等,1994a;李家灵等,1994b;晁洪太等,1995)。胡家孟晏地震破裂带靠近1668年郯城8.5级地震破裂带的北段,相距仅仅7km。但是,考虑到下面几点理由,胡家孟晏地震破裂带也可能是一个独立的破裂段。(1)地震事件的发生年代1668年郯城8.5级地震破裂带所在的莒县—郯城段在全新世多次活动,除1668年郯城8.5级地震外还有3次大的古地震事件,分别发生在距今3500a,6000～7000a和10000a(林伟等,1987);胡家孟晏地震破裂带也是晚更新世晚期以来多次活动的结果,水系断错地貌和探槽都揭示出了3次古地震事件,根据探槽的研究,估计这3次古地震发生的年代为:第1次古地震事件发生在(12530±1060)aBP和(36420±3090)aBP之间;第2次地震事件晚于(12530±1060)aBP;第3次地震事件(最新1次)早于(2140±190)aBP。尽管年代测定存在一定的不确定性,但是根据探槽揭示出的覆盖于断层之上的地层年代,至少可以说胡家孟晏地震破裂带在(2140±190)aBP以来没有地震活动,即1668年郯城8.5级地震没有影响到该破裂带。(2)城8.5级地震后的震如果考虑测年结果的不确定性,即使不排除胡家孟晏地震破裂带在1668年郯城8.5级地震发生时活动过,还有一种可能是胡家孟晏地震破裂带是1668年郯城8.5级地震后的触发地震造成的。据史料记载,郯城8.5级地震后发生过2次7.1级和6次6～6.9级