雷東寧,王斌戰(zhàn),喬岳強

(1.中國地震局 地震研究所 地震大地測量重點實驗室,湖北 武漢 430071; 2.武漢地震工程研究院,湖北 武漢 430071; 3.湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

鄂東北商城—麻城—團風斷裂中段第四紀活動與新構造變形模式初步探討

雷東寧1,2,王斌戰(zhàn)3,喬岳強1,2

(1.中國地震局 地震研究所 地震大地測量重點實驗室,湖北 武漢 430071; 2.武漢地震工程研究院,湖北 武漢 430071; 3.湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

分析商城—麻城—團風斷裂中段第四紀活動在地質(zhì)、地貌及水系等方面的特征,并結合震源機制解分析斷裂活動的區(qū)域及局部現(xiàn)今構造應力場,歸納出該斷裂中段新構造變形模式。研究認為該斷裂中段最新活動時代在中更新世中期—晚期;現(xiàn)今以正斷層兼右旋走滑分量活動為主;區(qū)域及局部NE-NEE向構造應力場背景和殼幔尺度差異隆升控制著斷裂的活動方式。

商城—麻城—團風斷裂;構造應力場;正斷兼走滑;新構造變形模式

商城—麻城—團風斷裂(以下簡稱“麻團斷裂”)是鄂東北一條重要的斷裂,構成分割秦嶺—大別褶皺帶內(nèi)桐柏斷塊與大別斷塊的邊界構造帶,控制著鄂東北的地震構造環(huán)境。新構造期以來,該斷裂中北段在早第四紀有不同程度的活動。前人不同程度的從該斷裂的地殼形變[1]、構造應力場[2-3]、孕震特征[4-6]、活動性[7-10]、發(fā)育與演化[11]等進行了研究,但近幾十年來相關的研究報道甚少。隨著近幾年對該斷裂研究的更加深入,初步獲得了一些成果和認識。本文在前人研究的基礎上,對麻城—團風斷裂中段構造地貌、斷層剖面等特征進行了調(diào)查,并通過分析區(qū)域現(xiàn)今構造應力場特征,給出了該斷裂的新構造變形模式,為深入認識該斷裂活動性和區(qū)域地震構造環(huán)境、評估該斷裂地震危險性提供基礎資料。

1 麻團斷裂中段幾何結構與第四紀活動

1.1 麻團斷裂幾何結構

麻團斷裂北起商城,向南經(jīng)麻城、新洲、團風一帶,長約240 km。斷裂總體走向NNE,麻城以北傾向SEE,具有逆沖性質(zhì);麻城以南傾向NWW,具有正斷性質(zhì),并兼有右旋走滑分量。根據(jù)斷裂幾何特征及活動性質(zhì)大致可以分為三段:北段為商城—麻城黃土咀,中段為黃土咀—團風,南段為團風以南段。

中段北起黃土咀,向南經(jīng)閻家河、白果、夫子河、舊街、淋山河,止于團風(長江以北),延伸長約75 km。斷層在平面上呈NNE走向彎曲展布,僅在麻城南局部呈向西凸出的弧形(圖1)。本段斷層傾向NWW,局部地段地質(zhì)調(diào)查顯示,傾向E,傾角約在50°～75°之間。據(jù)已有資料及野外地震地質(zhì)調(diào)查,斷裂在剖面上呈現(xiàn)陡傾,斷面較為平直。

1.2 斷裂地質(zhì)活動特征

沿斷裂發(fā)育較大的破碎帶,局部地段斷面可見斷層泥、斷層角礫巖帶。從衛(wèi)星影像及DEM圖上清晰可見北北東向線性構造。在野外調(diào)查過程中,見斷面多發(fā)育在老地層與東湖群之間,最新活動以正斷層為主,主要典型剖面如下:

(1) 麻城棗林灣剖面。在麻城棗林灣一帶,元古界片麻巖與白堊系—古近系砂礫巖以斷層接觸,發(fā)育寬達100多米的構造巖帶,帶內(nèi)發(fā)育角礫巖,角礫巖呈半膠結狀,兩側構造帶片理化較為強烈。斷面傾向W,傾角45°,斷面平直。斷層正傾滑運動導致上盤砂巖地層發(fā)生撓曲變形(圖2-a)。

(2) 麻城閻家河葉家灣剖面。在麻城葉家灣,斷裂規(guī)模不大,主帶寬約1 m左右。斷面傾向E,傾角64°。帶內(nèi)發(fā)育角礫巖、紫紅色斷層泥,多數(shù)呈透鏡體狀,斷面上見鏡面。受斷裂影響,兩側地層受明顯牽引作用(圖2-b)。斷層上斷點未切割第四系全新統(tǒng)殘坡積層。本觀察點斷層產(chǎn)狀與其他觀察點獲得結果相反,反映了斷裂多期活動的特點,同時,通過查閱有關資料及交流,該斷裂在中段確實存在反傾向地質(zhì)剖面。

圖1 麻團斷裂中段地震構造圖Fig.1 Seismic tectonic map of the middle segment of the Ma-Tuan faultF1-1.麻團斷裂中段;F1-2.南段;F1-3.北段;F2.大田鋪斷層;F3.萬義—龍井斷層;F4.贏山尖—古洞寺斷層;1.第四系;2.白堊系;3.前白堊系;4.巖體;5.早、中更新世斷裂;6.晚更新世斷裂;7.一般斷裂;8.區(qū)域構造應力場方向;9.斷裂分段。

(3) 在夫子河鎮(zhèn)人工開挖房屋后,中元古界地層中見到斷層面(圖2-c、圖2-d)。斷層兩盤巖性為片麻巖,夾酸性巖脈,巖層產(chǎn)狀NW∠35°。斷層斷錯酸性巖脈,錯距在3.5～4 m左右。斷層面產(chǎn)狀NW∠75°,帶寬約1 m,內(nèi)部發(fā)育構造角礫巖,發(fā)育斷層泥狀物質(zhì)?？拷鼣嗝鎯蓚鹊貙蛹皫r脈均有拖曳現(xiàn)象,伴生構造發(fā)育,顯示斷層具有正斷層性質(zhì)。

(4) 在麻城永豐水庫人工剖面上,可見主斷裂出露部位(圖2-e、圖2-f)。斷層上盤為白堊系—古近系磚紅色含鈣質(zhì)粉砂巖、含礫粗砂巖。地層傾向NW,傾角較緩,約10°。斷層下盤出露太古界大別山群地層,巖性以片麻巖為主,含部分石英巖,地層產(chǎn)狀變化較大,發(fā)育多組節(jié)理。斷層構造巖帶寬約8 m,主要發(fā)育構造角礫巖。

在麻城桃林河,斷裂發(fā)育在太古界變質(zhì)巖系與白堊系—古近系砂礫巖中,斷裂表現(xiàn)為強烈的破碎帶,內(nèi)發(fā)育斷層構造巖,并見保存較好的斷層三角面。斷層泥ESR年齡為(324±30)ka B.P.*中國地震局地質(zhì)研究所、中國地震局工程力學研究所,西氣東輸二線工程場地地震安全性評價報告,2008。。在麻城市白果鄉(xiāng)明山水庫,也見到相似的斷層發(fā)育特征,帶內(nèi)采集的斷層物質(zhì)ESR年齡為(404±45)ka B.P.*中國地震局地質(zhì)研究所、中國地震局工程力學研究所,西氣東輸二線工程場地地震安全性評價報告,2008。。在白果一帶出露斷層剖面上,采集的斷層泥樣SEM測定顯示,斷裂在中更新世有明顯活動,晚更新世有弱活動,并具有黏滑特性。

1.3 地貌及水系特征

斷裂中段麻城—新洲盆地東緣地貌反差強烈,東側為低山、低中山區(qū),西側盆地內(nèi)部為壟崗河流寬谷地貌。斷層線性影像清晰,由硅化斷層角礫巖構成的斷層三角面成排展布,并發(fā)育斷階狀多級臺地,臺地前緣發(fā)育斷層河谷(圖3-a)。

在高分辨率衛(wèi)星影像上可見沖溝、山脊等微地貌也具有右旋特征。閻家河—舊街之間,斷裂右旋走滑造成水系具有右旋扭曲特征(圖3-b)。在閻家河南舉水支流上這種特征更加清晰,舉水支流從斷裂東側山區(qū)流出,由于受地形控制,均向南彎曲匯入舉水,但在匯入處受斷裂影響均表現(xiàn)出向北彎曲的弧形,斷裂造成的水系扭曲位移達2 km左右。

1.4 斷層活動性分析

根據(jù)野外地質(zhì)地貌調(diào)查、斷層帶內(nèi)物質(zhì)年齡測試等資料顯示,該斷裂在第四紀中更新世存在活動的依據(jù)。另外,在麻城黃土咀,斷層帶內(nèi)發(fā)育的構造巖寬約25 m左右,從斷面上觀察,晚第四紀以來活動不明顯。同時,在麻城閻家河一帶發(fā)現(xiàn)有溫泉出露,距離斷裂較近,表明現(xiàn)今仍有一定的弱活動。

2 區(qū)域現(xiàn)今構造應力場

從中國現(xiàn)今地殼應力圖上來看,研究區(qū)位于兩個一級構造應力場分區(qū)的過渡地帶[12],但局部構造應力場有一定差異,表現(xiàn)出明顯的分區(qū)性。根據(jù)25個區(qū)域中小地震的震源機制解,初步獲得了區(qū)域現(xiàn)今構造應力場狀態(tài),區(qū)域總體上處于NE-SW向主壓應力場背景下。

圖2 麻團斷裂中段斷層地質(zhì)剖面Fig.2 Geological section of the middle segment of the Ma-Tuan fault

圖3 麻團斷裂中段斷層地貌及水系右旋扭曲Fig.3 The geomorphology and right-lateral bending of water system in the middle segment of the Ma-Tuan fault

根據(jù)應力方向差異,區(qū)域可以劃為三個局部應力分區(qū),麻團斷裂中段位于Ⅲ區(qū)。該區(qū)局部應力場與區(qū)域應力場略有差異,為NEE-SWW向,但基本一致。區(qū)域現(xiàn)代構造應力場主體以NE-SW為主,局部主應力與區(qū)域主應力存在差異,應力分區(qū)界線大致與區(qū)域一級新構造分區(qū)界線相吻合,體現(xiàn)出不同新構造單元有著不同的應力狀態(tài)(圖4)。李安然等(1984)研究認為,該區(qū)構造應力P軸方位為39°,T軸方位為150°。麻城地震震源機制解表明[13],P軸走向77°,仰角66°,T軸走向159°,仰角0°,錯動類型為正斷層性質(zhì),這些認識與麻團斷裂現(xiàn)今活動方式比較吻合,表明了斷裂活動受應力場的控制作用。

圖4 區(qū)域現(xiàn)代構造應力場及分區(qū)Fig.4 Regional modern tectonic stress field and zoning1.震源機制解主壓應力方位;2.局部主壓應力方位;3.應力分區(qū);4.現(xiàn)代應力場方向;5.應力場分區(qū)界線。

3 地殼形變與新構造變形模式

3.1 現(xiàn)今地殼形變

晚中生代—新生代以來,麻團斷裂處于伸展構造環(huán)境,第四紀以來則以張剪性為主。根據(jù)前面野外地質(zhì)調(diào)查斷層剖面顯示,斷裂最新活動以正斷層活動為主,斷面上擦痕及水系分布具有右旋特征。1959年和1973年二期水準測量結果表明,斷裂東側表現(xiàn)為山地隆升,年速率約為1.02～1.22 mm·a-1,西側盆地則表現(xiàn)為下降,年速率約為-0.62～-4.29 mm·a-1?？鐢鄬訙y量右旋張剪速率為0.5～1.0 mm·a-1。

3.2 新構造變形模式

麻團斷裂是一條早期深層次韌性剪切滑脫向晚期脆性斷裂轉換的過渡型右旋走滑正斷層,轉換時間約在126—119 Ma之間[9-11],即燕山運動晚期完成這一構造體制的轉換。前白堊紀期間,斷裂以壓剪性活動為特征,發(fā)育較寬的糜陵巖、硅化巖帶。斷裂帶內(nèi)及旁側有燕山期花崗巖分布,并經(jīng)受強烈的動力變質(zhì)。白堊紀—第三紀期間,在區(qū)域伸展構造體制的影響下,控制了麻城—新洲斷陷盆地的形成,并接受巨厚的陸相紅色碎屑巖沉積。斷裂帶沿線有新生代溢流的玄武巖分布。第四紀時期,斷裂繼承性復活主要表現(xiàn)為伸展構造背景下的構造隆升作用。斷裂兩側地形反差較大,水系特征、河流階地高程明顯不同。申重陽等(1994)的研究認為,麻城6級地震發(fā)生在區(qū)域重力異常等值線梯度最大處、磁力異常區(qū)兩局部正異常間的低值帶以及莫霍面及居里面隆起區(qū)邊緣。

區(qū)域現(xiàn)今構造應力P軸為NE-SW向,麻團斷裂所在的應力分區(qū)P軸為NEE-SWW向,主壓應力軸與麻團斷裂走向夾角接近垂直,這為斷裂右旋滑動提供了動力來源。根據(jù)深部地殼結構及地球物理場特征分析認為,殼幔尺度的垂直差異上隆可能為該斷裂伸展運動提供了主要動力來源,使得該斷裂活動具有正斷性質(zhì),并控制著麻城—新洲中新生代盆地的形成、發(fā)育和演化。同時,在該盆地東緣形成同生沉積構造角礫巖,盆地總體上呈一東斷西超的半地塹伸展盆地[10]。通過以上分析,本文歸納出麻團斷裂帶構造變形模式如圖5所示。

圖5 麻團斷裂構造變形模式圖Fig.5 The tectonic deformation pattern of the Ma-Tuan fault1.太古界—元古界地層組成的山地;2.中—新生代盆地;3.剖面上為傾滑斷層,平面上為走滑斷層;4.正斷層;5.逆斷層;6.斷層分段位置;7.地震震中;8.遠離讀者;9.向著讀者;F1-F4.同圖1;F5.磨子潭斷層;F6.信陽—金寨斷層;右上角框圖為區(qū)域斷裂體系及應力場優(yōu)勢方向。

4 結論與討論

通過對麻團斷裂帶中段地質(zhì)、地貌、水系等的分析調(diào)查,結合斷裂活動的區(qū)域及局部現(xiàn)今構造應力場,歸納出了麻團斷裂帶中段構造變形模式,初步分析認為,麻團斷裂中段最新活動時代在中更新世中—晚期;舊街—閻家河一帶水系右旋扭曲,活動方式以正斷為主,兼右旋走滑特征;區(qū)域及局部NE-NEE向現(xiàn)今構造應力場背景和殼幔尺度差異隆升為斷裂活動提供了主要驅動力。

在中國東部,由于植被覆蓋、第四系覆蓋較厚以及斷裂活動強度較弱,開展斷裂活動性研究存在一些困難。麻團斷裂在中段靠近團風一帶,斷裂呈隱伏狀態(tài)。近些年來,在該地段已經(jīng)開展了一些地球物理探測,初步獲得了一些成果,但關于斷裂活動的細部特征還有待加強。只有系統(tǒng)研究斷裂不同的活動段,才能更加深入認識該斷裂活動習性,合理地評估斷裂的地震、地質(zhì)危險性,為工程抗震提供科學依據(jù)。

致謝:感謝中國地震局地震研究所劉鎖旺研究員對本文提出的寶貴意見與建議。

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(責任編輯：于繼紅)

A Preliminary Study on the Quaternary Activities and the New TectonicDeformation Modes of Shangcheng-Macheng-Tuanfeng Fault in Northeast Hubei

LEI Dongning1,2,WANG Binzhan3,QIAO Yueqiang1,2

(1.KeyLaboratoryofEarthquakeGeodesy,HubeiEarthquakeAgency,Wuhan,Hubei430071; 2.WuhanInstituteofEarthquakeEngineeringCo.,Ltd,Wuhan,Hubei430056; 3.GeophysicalExplorationBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Wuhan,Hubei430056)

This paper analyzes the characteristics of the Quaternary activities in the middle of the Shangcheng-Macheng-Tuanfeng fault in geology,geomorphology and water system,and analyzes the regional and local tectonic stress field of the fault activity by combining with the focal mechanism.And the new tectonic deformation pattern in the middle of the fault is summarized.The results show that the latest activity of the middle of the fault is in the middle Pleistocene to late stage.Nowadays,it is component active in normal fault and dextral strike slip.The regional and local NE-NEE tectonic stress field background and the crust-mantle scale discrepant uplifting control the behavior of the fault.

Shangcheng-Macheng-Tuanfeng fault; tectonic stress field; positive fault and strike slip; new tectonic deformation pattern

P534.63; P546

A

1671-1211(2017)05-0526-05

2017-03-16;改回日期2017-04-10

中國地震局社會公益研究項目(1521401800062)。

雷東寧(1980-),男,高級工程師,碩士,構造地質(zhì)學專業(yè),從事地震地質(zhì)、活動構造等方面的工程應用與研究工作。E-mail:lei_dongning@163.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170830.1152.008.html數(shù)字出版日期2017-08-30 11:52

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.003