湘东南地区地震构造环境分析＊

肖和平 缪卫东

(1)湖南省地震局,长沙 410004 2)武汉地震工程研究院,武汉 430071)

湘东南地区地震构造环境分析＊

肖和平1)缪卫东2)

(1)湖南省地震局,长沙 410004 2)武汉地震工程研究院,武汉 430071)

从湖南省东南地区的大地构造、新构造特征及主要第四纪断裂活动研究入手,分析了区域地震构造环境,认为新构造运动期间,地壳运动以大面积整体性缓慢抬升为主要形式,兼有间歇性不均匀抬升活动;区域断裂多为第四纪活动断裂,并存在中更新世活动断裂,然而断裂的现今活动不甚明显,对区域地质构造的分割性和控制性较弱。

湘东南地区;地震构造环境;地壳运动;断裂;控制

1 引言

湖南省东南地区地处华南活动地块腹地,包括湖南省邵阳市、衡阳市、郴州市,南西毗邻广西壮族自治区全州县,东南及南侧毗邻广东省韶关、连南,东为江西等地区。随着国民经济建设的发展,湘东南地区的高速公路、电站、铁路等工程建设项目日益增多,作者将结合这些工程场地地震安全性评价的工作成果,试对湘东南地区的构造环境进行初步分析。

2 地质构造背景

研究区处于华南褶皱系大地构造单元的湘桂褶皱带、赣粤褶皱带。华南褶皱系是早古生代地槽经加里东运动褶皱回返形成的地槽褶皱系。基底由下古生界浅变质岩系组成,固结程度低的震旦系-志留系的地槽型建造 (复理石、类复理石及少量碳酸盐岩和火山岩等)。晚加里东运动使华南地槽全面褶皱回返转化为地台,并与扬子准地台合拼,发育了类似扬子准地台的中泥盆统-中三迭统沉积盖层。自印支运动以来,华南褶皱系成为西太平洋大陆边缘活化带的重要组成部分。在燕山运动期间,华南褶皱系以大规模中、酸性火山喷发和岩浆侵入为特点,断裂活动强烈,使上古生代至中生代沉积岩层和褶皱基底岩系发生不同程度的变形,形成一系列褶皱和堆积了巨厚红色砂岩建造、类磨拉石建造的拉张盆地。喜山运动以来,华南褶皱系表现继续上升抬隆,局部沿断裂形成断陷盆地,早期断裂活动强烈,其后逐步减弱,进入相对稳定的发展阶段。进一步可划分湘桂褶皱、赣粤两褶皱带。

湘桂褶皱带内震旦纪和早古生代以复理石、类复理石沉积建造为主,夹有少量碳酸盐岩和硅质岩,总厚 10 000～20 000 m,加里东运动褶皱回返。泥盆纪-中三叠纪沉积厚约 10 000 m的沉积盖层,以碳酸盐建造为主,部分是单陆屑、硅质岩、含煤建造。印支运动使盖层全面褶皱,海水全部退出。燕山和喜马拉雅期块断运动较剧烈,沿部分断裂发育有陆相盆地,沉积一套红色复陆屑、类磨拉斯和含煤、含膏盐建造。

赣粤褶皱带内为新元古代～早古生代该带强烈沉降,形成厚 20 000 m左右的复理石、类复理石建造及夹海相火山岩、火山碎屑-沉积建造和硅铁质页岩。末期的加里东运动使之褶皱隆起。上古生界和下、中三叠统厚约 35 000～60 000 m,均属于地台型碎屑建造及碳酸盐建造,印支运动结束海侵之后进入了大陆边缘活动阶段。燕山和喜马拉雅运动以断块作用为主,形成了一系列断陷盆地和拱曲。

区域内有衡阳-永州断裂带、茶陵-临武、万安 -遂川-汝城等断裂带。在衡阳 -永州断裂带北西侧的北东-北北东向和北西西向断裂自新构造运动以来具有较强的活动性,历史上曾发生过中强地震,现今小震时有发生;东南侧的湘东南、湘赣断块内呈北东向雁列的断裂发育,其内发育中新生代断陷盆地。区域内的北西向断裂延伸不甚连续、规模较小、平面上呈斜列展布。此外,在断块隆起区内地震活动较微弱。

3 新构造运动特征

区域北侧为衡阳拗陷盆地、南侧为横亘的南岭山脉。衡阳拗陷盆地①湖南省地矿局区测队.零陵幅、衡阳幅区域地质调查报告[R]. 1975.[1]微呈椭圆型,长约 112 km,宽约 82 km。在白垩纪后期曾与湘潭盆地相通。该盆地海西期已具雏形,燕山晚期基本定型,喜山期仍有活动。印支期末拉分成盆地,接受晚三迭至侏罗纪沉积,燕山早期末进一步拉伸,形成一系列张性或张剪切裂隙。喜马拉雅运动第一幕时,控制边界的断裂反向活动,左旋挤压剪切使盆地堆积物变形,形成北东向次级褶皱,先存断裂向盆地扩张、切割,同时产生一系列新的同向的平推正断的断裂。中更新世的新构造运动,使盆地的沉降中心逐渐向北东迁移,在湘江两岸沉积了中更新统的网纹黏土和砾石层该盆地呈不规则菱形拗陷盆地,总体轴向北东向。盆地底起伏不平,盖层 (中新生界)结构较复杂,厚度大于 3 500 m,最厚达 5 000 m。

根据盆地的特性,可进一步划分为两个凸起,两个凹陷,即鸡笼街凸起、石牛峰凸起和西凹陷带、东凹陷带。

新构造活动最直观的形迹表现就是现代地形地貌。区域南侧为南岭山脉,有武功山、骑田岭、诸广山等,最高为海拔 2 042 m的八面山。区内地壳垂直和水平运动速率皆较小,新构造运动以大面积整体性缓慢抬升为主,并兼有间歇性不均匀抬升运动,在地形地貌上表现为自西北向东南的梯状降低,区域断裂带的分割性较弱,以整体性运动为特点,并伴有微弱的断裂活动和断块差异运动：一是湘赣交界处的诸广山、九岭山等地强烈抬升;二是中新生代盆地的萎缩,如新近纪以来,区内的衡阳、茶陵-永兴等红色碎屑岩堆积盆地大多结束了发育史,逐渐抬升遭受剥蚀形成丘陵和台地。区域内古近系和第四系地层分布在盆地内或沿湘江水系及其支流的岸边。在新构造抬升区内,形成Ⅵ级夷平面。一级夷平面(Ⅰ)标高 1 600～1 250 m,二级夷平面 (Ⅱ)标高1 300～1 200 m,三级夷平面 (Ⅲ)标高 1 200～800 m,四级夷平面 (Ⅳ)标高 800～650 m,五级夷平面(Ⅴ)标高 600～450 m,六级夷平面 (Ⅵ)标高 450～300 m。此外,沿湘水系及其支流形成 6级以上的河流阶地,即基座阶地 (T0)标高 4～10 m,一级阶地(T1)标高 10～15 m,二级阶地 (T2)标高 15～25 m,三级阶地(T3)标高 25～35 m,四级阶地 (T4)标高45～55 m,五级阶地 (T5)标高 60～75 m,六级阶地(T6)标高 80～110 m。从老至新的剥夷面相对高度、阶地相对高差幅度、变化幅度逐渐变小,表明区域的新构造运动呈逐渐减弱的趋势,也反映了断块差异运动,即在湘赣边界地区,呈现出山岭和盆地交错或相间大致平行雁形排列的地貌格局。

4 区域断裂活动性研究② 北京中震创业工程科技研究院(中国地震局地质研究所),湖南省防震减灾工程研究中心,中国地震灾害防御中心.湖南桃花江核电厂可行性研究阶段地震安全性评价报告[R].2007.-⑤ 武汉地震工程研究院,湖南省防震减灾工程研究中心.湘桂铁路衡阳-永州段主控工程场地地震安全性评价报告[R].2008.

区域内主要断裂走向以北东向为主,次为北北东和北西向(图 1)。现将主要断裂特征简述如下：

1)邵阳-新宁断裂带

该断裂为崇阳-宁乡断裂的南段,北起湖南宁乡,往西南经娄底、邵阳、新宁直至广西兴安以南,总体走向 30°～45°,多倾向北西,倾角 30°～50°,北东端消失于湖北崇阳一带,全长约 600 km。

1.第四系 2.古近系 3.白垩-古近系 4,基岩 5.断裂 6.正断裂 7.河流 8.M5.0～5.9 9.M≥4.75 10.区域应力场(1)邵阳-宁乡断裂;(2)衡阳-永州断裂;(3)桂林-南宁断裂;(4)茶陵-临武断裂; (5)万安-隧川-汝城断裂;(6)连南-阳山断裂;(7)郴州断裂

东北段断裂在地形地貌上表现出一定的差异性,具有东高西低的特点。在宁乡至娄底之间,断裂对乌江的流向有控制作用,河道线状延伸达 50余千米,涟水的一级支流也沿断裂分布。沿着断裂带,槽形谷地比较发育,尤以高阳至夏铎铺一带最为典型。

在宁乡县灰汤镇赵家山,可见发育在第四纪松散沉积层中的断裂构造。断裂上下盘的地层岩性基本相同,均为一套松散状灰白色砂砾石层,成分以石英长石为主,间夹紫红色砂砾及花岗岩团块,与该地区广泛分布的一套燕山期花岗岩及白垩纪紫红色砂岩有关,砂砾粒径以 1 cm为主,少数可达 5～7 cm。在下盘地层中采集电子自旋共振年代样品 (E-HNH1),测试结果为距今 (446±44)ka。样品采集层层理清晰,倾角较缓,其中,断裂上盘的地层走向355°,倾向西,倾角 9～10°,下盘走向 5°,倾向西,倾角 5～7°,上盘地层倾角略大。断面平直,断裂构造带宽 10～30cm,主断面走向 22°,倾向北西,倾角67°,倾角较陡。采集断层物质热释光年代样品 (TLHN-H1)测试结果为 (387±38)ka。根据断面及其上下盘地层产状的特点,可以认为这是一条逆走滑断裂,属于中更新世断裂。

乌江沿邵阳-宁乡断裂线状延伸,第四纪断裂露头点所在的层状地貌面属于乌江 T4阶地。在穿越乌江的河流阶地横剖面图上,乌江至少发育 5级河流阶地,但在西岸缺失 T5阶地,T1～T4级阶地在河流两岸基本上可以对比,其中,T5级阶地海拔高度170～180 m,T4～T1海拔高度依次为 124～130 m、107～114 m、94 m和 87 m,河床海拔高度为 85 m,也即 T5～T1阶地相对河面高度依次为85～95 m、39～45 m、22～29 m、9 m和2 m。根据区域地质资料、野外对阶地面沉积物观察和部分测年资料,区内的T5～T3级阶地分别为中更新世的早、中、晚期;T2阶地为晚更新世阶地,T1阶地属全新世①。T5多为侵蚀阶地,其他阶地为基座阶地或堆积阶地。在断裂露头的延伸方向上,T4阶地面在断裂两侧不存地形高程上的差异,以缓慢起伏的山丘为主,也不存在线状分布构造地貌现象,反映出在该层状地貌面发育以来、即中更新世中晚期以来该断裂已基本停止活动。

西南段断裂的构造地貌及地质表现不如东北段明显,但 1970年以来仪器记录的中小地震发生的频度很高,为一条中小地震密集带。

综上所述,根据该断裂直接断错中更新世松散堆积层、发育平直新鲜的滑动面以及在断裂延伸线乌江 T4阶地不存在构造变动的迹象等,并结合地震活动性分析,推测邵阳-宁乡断裂望城-新宁段为早-中更新世断裂,崇阳-望城段为早更新世活动断裂。

2)衡阳-永州断裂带

该带(包括长寿街-永安断裂)由数条次级断裂组成,延伸长达几百千米,北起江西省古市盆地,向西南经长寿街、株州、衡阳、宁远伸入广西境内。总体走向 30°～40°,倾向北西,倾角 40°～60°。该断裂带是湘东-鄂东断块隆起区与武陵-雪峰山隆起区构造单元的分界构造。同时是控制长平 (长沙-平江)盆地和衡阳盆地的断裂构造,并切入白垩纪-古近纪盆地,造成红层局部片理化和破碎。

八田井-白鹭坳次级断裂带旁侧的江北西岸 4级河流阶地上(7°08.734′N,112°50.889′E)断裂在中更新统显露(图 2),裂隙走向 40°～50°。在地面上 (27°08.735′N,112°50.890′E),发育走向 40°近垂直的裂隙。据测年 (TL、ESR)资料,盖层距今173.25±19.06 ka和 183.77±20.21 ka,断裂带样品测年距今 292±29 ka,说明该断裂在中更新世早期有过活动。

图 2 衡东县永和第四系中裂隙带剖面Fig.2 Profile of the Quaternary faults in Yonghe of Hengdong county

图3 泉溪镇大众村断裂剖面Fig.3 Profile of the Dazongcun faults in Dazong village of Quanxi town

据测年 (TL、ESR)资料,盖层距今 231.07±25.42 ka,断裂带样品测年距今 340±34 ka,说明该断裂在中更新世早期有过活动。

3)桂林-南宁断裂

该断裂由数条大致平等的断裂组成,南起越南,经来宾、柳州、桂林,总长约 650 km,走向北东 45°,倾向北西或南东,倾角 30°～60°。

断裂发育在寒武系-新近系中,断距可达 1 km。破碎带宽数米到数十米不等,带内发育挤压透镜体、角砾岩、糜棱岩、硅化、片理化和擦痕等构造形迹。

该带具继承性活动特性,新生代以来仍有明显活动,控制着广西的地貌轮廓及新生代盆地的分布。断裂以西以中低山为主,东部以低山、丘陵、平原为主,新生代盆地较发育。沿断裂形成串珠状的第四纪盆地和谷地,有的地方可作为控制盆地的边缘构造(如来宾、宾阳等地第四纪盆地)。由于断裂活动使一些同级地貌面出现高程差异,在东北段,形成狭长的断裂谷地,成为湘桂走廊,并分布一系列上升泉和温泉。灵川附近曾发生震级 4.75级地震。

4)茶陵-武临断裂

该断裂带分别控制茶陵-永兴盆地东、西缘的构造。区内构造是三都-郴州-连山断裂 (亦称三都-观音座莲断裂带),是茶永盆地的东缘构造,走向北东20°,倾向北西-南东 (走向枢纽性质),倾角 60°～80°,截切中新生代盆地。历史上有地震活动,1640年 11月于郴州附近发生过 4.75级地震;现今也有地震发生,1982年 11月 16日,在湖南省宜章、临武和广东省连县交界处发生了一次ML4.0地震。

课外培训机构也推波助澜。用夸大其词、虚构的离奇故事，甚至用煽动性语言来点燃家长的焦虑情绪，以达到自身谋利的目的。今年年初，教育部严肃整治校外培训，一些违规的课外培训机构被关闭。但是，一些培训被转移到网上，成为网上课堂。中小学生们依旧在上培训课，只是坐在家里面对电脑。

5)万安-遂川-汝城断裂带

该断裂带总体走向北东 50°左右,在赣西控制着吉安白垩～古近纪盆地的南东缘。由一系列逆冲断裂或压剪性斜冲断裂组成,带内发育硅化破碎、片理化、挤压扁豆体,控制着中生代盆地的形成和发展及加里东期、燕山期花岗岩的侵入。

在汝城交通广场(25°33′42.3″N,113°40′34.03″E)断裂裸露。断裂发育在侏罗系中 (图 4),破碎带宽约 25 m。其内发育 5条挤压片理带,第一组产状：走向 10°～25°,倾向北西,倾角 70°～80°;第二组产状：走向 320°～350°,倾向北东或南西,倾角70°～80°。第二组呈顺时针正断扭错近南北向断裂。前两组断裂均为影响上覆第四纪坡积地层,表明该断裂在第四纪以来活动不甚强烈。

该断裂向南西断续延伸,在汝城一带温泉水温高达 100℃。沿断裂及断裂附近有地震活动,1992年12月 22日在湖南省汝城县大坪乡发生ML4.2地震。

图 4 汝城交通广场北东向断裂剖面Fig.4 Profile of NE-trending faults in Transport Plaza of Rucheng

6)连南-阳山断裂带⑥广东省佛山地质局.广东西江、北江、韩江流域核电工程初步可靠性研究阶段专题报告——北江流域界滩、白沙洞、白鹤候选厂址区域范围地质构造图说明书(1：500000)[R].2006.

该带系郴州-怀集断裂带的次级构造,它为多条次级断裂组成,总体走向约北西 55°。北西起九嶷山南侧,经连县、阳山,长约 125 km,控制、切割了广东省怀集、星子、连州、乐昌狗牙洞、坪石和湖南省的茶陵白垩～古近纪盆地。沿断裂带有定向的片理化、糜棱岩、构造矿物发育,常常引起地层的缺失或老地层逆掩新地层之上,具压剪力学性质。

地球物理场资料反映,为一系列北北东向展布的布格重力异常,表现为密集或扭曲带,向上延拓15、20、30 km,将浅部密谋体影响删除后仍有反映。据不完全统计,沿断裂带有 18处温泉涌溢,形成地热异常区,并控制着连江的流向。综上所述,它是一条新生代以来活动的断裂。1996年 8月 22日在连县一带发生ML3.0左右的小震群活动。

7)郴州断裂带

该断裂带地表形迹不甚明显,在卫星影像上可见一条宽又亮的浅色条带,整体呈帚状展布。据地球物理资料,沿断裂带下壳结晶基底为狭窄的陡倾断裂带,总体走向为北西 40°,倾向北东。断裂造成位于上盘莫霍面逆冲抬升 2～5 km,断裂于上地壳内为一系列剪切褶皱、断裂和剪切重熔花岗岩等构造形迹。在剖面上,表现自下 (韧性流层)而上 (地表)的辫状撒开。

在永州市白水镇五家岭 (26°25′30.5″N,111° 58′41.8″E)断裂祼露,走向 320°,倾向北东,倾角75°。破碎带为三迭纪砂质页岩和砂岩,其内为挤压片理化,宽约 15 m。该地质点位于湘江河流支流的白水河三级阶地之上,均为中更新统覆盖,上覆地层没有错动迹象(图 5)。

沿白水河上游的双凤村(26°22′31.7″E,111°55′42.1″N)出露奥陶纪砂质页岩和砂岩、灰岩,地层陡峻,倾角 65°～90°,走向 330°,破碎带宽约 10 m。带内主要表现为挤压片理化,东侧地层产状明显相顶(图 6)。

综上所述,该断裂为早更新世活动的断裂。

图 5 白水镇五家岭北西向断裂剖面Fig.5 Profile ofNW faults inWujialing ofBaishui Town

图6 双凤村北西断裂剖面Fig.6 Profile ofNW faults in Shuangfeng village

5 地震构造环境评估

研究区地处华南褶皱系的湘桂赣粤褶皱带内,经历了多次构造运动。特别是燕山运动对区内的地质构造影响和改造最为强烈,使区内地层普遍褶皱,并相伴形成一系列北北东-北东向断裂,沿这些断裂形成一些断陷盆地。新构造运动期间,区内沉积了古近系～下更新统或中更新统岩层,地壳运动以大面积整体性缓慢抬升为主要运动形式,并兼有间歇性不均匀抬升活动。在地貌上表现为自西北向东南的梯状降低,主要区域断裂多为早～中更新世活动的第四纪断裂,现今活动已不明显,这些断裂对区域地质构造的分割性和控制性已减弱,故区域内不存在发生 6.0级以上强震地震构造的环境。但是,经对中国东部中强地震的研究[2],一般而言,中强地震发生在早第四纪(早～中更新世)活动断裂附近, 5～6级地震均与第四纪断陷盆地发育、分布有关。中国东部存在一些现今构造活动较弱、但仍可能发生中等强度地震 (如 5～6级)的地区,如区内的衡阳-永州中更新世活动断裂带。此外,在主要断裂与其他方向断裂交汇地带,特别是各级新构造单元边界及断块隆起区边缘具备发生中强地震的构造条件。

1 湖南省地质矿产局.湖南省区域地质志[M].北京：地质出版社,1988.

2 向宏发,等.中国东部中强地震发生的地震地质标志初探[J].地震地质,2008,30(1)：202-208.

ANALYSIS OF SEISMOTECTONIC ENVIRONM ENT IN SOUTHEAST OF HUNAN PROVINCE

Xiao Heping1)andMiaoWeidong2)

Starting with the research on the basic characteristics of tectonic,neotectonic and the activity of dominatingQuaternary fault in the southeast of Hunan province,the regional seismotectonic environment was analyzed.It is recognized that during the neotectonic movement period,the crust has mainly undergonely entire and slowly elevatedmovement alongwith inter mittence uneven elevated movement.The regional faults generally occured in the Quaternary and some in the mid-Pleistocene,but there are no distinctive activities nowadays,and the regional tectonic setting is slightly affected by them.

the southeast of Hunan region;seismotectonic evironment;crustalmovement;fault;control

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0100-06

2009-11-23

科技部科技支撑项目2006BA13B01

肖和平,男,高级工程师,主要从事防震减灾事业.E-mail：mmiao@163.com

P315.63

A

(1)Earthquake Adm inistation of Hunan Province,Changsha 410004 2)W uhan Institute of Earthquake Engneering,W uhan 430071)