南黄海北部千里岩隆起带的第四纪活动断裂

2013-12-14沈中延周建平高金耀吴招才杨春国陶春辉

地震地质 2013年1期

沈中延周建平高金耀吴招才杨春国陶春辉杨勇张涛

(国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海底科学重点实验室，杭州 310012)

0 引言

千里岩隆起带位于南黄海北部海域，南邻南黄海北部盆地，北接胶东半岛(图1)。胶东半岛上的活动断裂研究开展较多，前人利用遥感、野外露头勘查、探槽勘查、浅层地震剖面、电子自旋共振(ESR)和热释光(TL)等手段获得了胶东半岛主要活动断裂的平面分布、剖面结构、断层野外地质地貌状况及活动时代等信息(费美高等，1996;周本刚等，2002;黄永华等，2007)。研究表明，主要断裂的最新活动时代多数集中在第四纪早、中更新世，仅个别断裂段为晚更新世(周本刚等，2002;黄永华等，2007)。但位于海域的千里岩隆起带的活动断裂研究程度则较低，仅利用声学探测手段对千里岩断裂(即千里岩隆起带北缘断裂)的活动性进行了初步研究(王志才等，2008)。进入21世纪，随着沿海资源的开发利用和沿海经济的发展，保证沿海和海洋工程的安全显得越来越重要(邓起东等，2002)，尤其是地震安全性。位于山东省沿海的千里岩隆起带内部1932年发生过级地震(山东省地震局，2009)，因此，对该隆起带边缘及内部开展活动断裂研究不仅是一项基础地质工作，也对沿海经济活动过程中的防震减灾起到科学指导作用。

图1 研究区布格重力异常及主要断裂Fig.1 Bouguer gravity anomaly and major faults in the Qianliyan Uplift and its adjacent areas.

1 地质背景

千里岩隆起带位于扬子地块和中朝地块的交接地带，关于这2个地块在郯庐断裂以东朝鲜半岛以西区域的古缝合带位置争议较多，主要有以下2类观点:1)缝合带为单一断裂带，但对断裂带位置有以下几种争议:大致沿着莒县到烟台(Yin et al.，1993);五莲－青岛断裂，向NE—NNE延伸进入南黄海(郝天珧等，1998);嘉山－响水断裂，向东进入黄海，大致沿着千里岩隆起带南缘(张文佑等，1984);泗阳－连云港－千里岩断裂(许东禹等，1997);缝合带在苏鲁地区北边(Faure et al.，2001)。2)缝合带不是单一断裂带，而是以五莲－青岛－荣城断裂和嘉山－响水断裂之间的块体一起作为扬子地块的北界(郝天珧等，2004)。

尽管前人对板块边界认识有争议，但可以肯定的是，千里岩隆起带南北边界断裂均为深大断裂。千里岩隆起带南缘断裂带，即南黄海北部断裂带，是嘉山－响水断裂在海域的延伸;北缘断裂带即千里岩断裂带。这2条断裂带在重力异常图上均有明显反映，均表现为密集梯度带。千里岩隆起带南缘断裂带南侧是南黄海北部盆地，总体表现为重力低值异常，千里岩隆起带总体表现为重力高值异常，千里岩断裂北侧总体也表现为重力低值异常(图1)。

千里岩隆起带这一名称来源于千里岩岛，该岛“主要由花岗质构造片麻岩组成，韧性构造变形强烈，在该岛中部构造片麻岩中发现呈透镜状的榴辉岩脉，呈近EW向展布”(韩宗珠等，2007)，榴辉岩的发现暗示千里岩隆起带也与大别山以及胶东超高压变质带一样经历了超高压变质作用。扬子－中朝地块在印支期的碰撞造成了大陆深俯冲、超高压变质和折返，穿过千里岩隆起带的地震剖面显示千里岩隆起带实际上是一个印支－早燕山期的逆冲推覆体，前震旦纪变质岩推覆在古生界之上(杨金玉，2009)，这种挤压逆冲作用使得当时其南侧的南黄海北部盆地为一前陆盆地(冯志强等，2008)。之后，南黄海北部盆地又经历了造山期后陆内断陷盆地阶段(K2—E)和区域沉降覆盖阶段(N—Q)(冯志强等，2008)，形成中－新生代南黄海北部盆地，沉积了大量陆相碎屑岩，钻遇地层累计厚度达9 450m(沿海大陆架及毗邻海域油气区石油地质志编写组，1987)。现有资料揭示晚白垩世以来的拉张断陷作用并没有波及千里岩隆起带内部，因此推测千里岩隆起从晚白垩世以来为长期隆起。

2 探测方法和测线布设

断裂活动性研究主要利用国家海洋局908专项所获得的多道地震资料。地震数据记录长度为1 024ms，最大的纵向分辨率约为3m，炮间距为18.75m。地震震源为气枪震源，采用Secerl公司的Mini G GUN空气枪;地震采集系统采用Geometrics公司生产的R48高分辨率数字地震仪。

地震测线覆盖整个千里岩隆起带，主测线方向为NW－SE向，垂直主构造方向;联络线方向为NE－SW向。大部分主测线切过千里岩隆起带南、北缘断裂(图1)。

3 资料处理与解译

原始地震资料经叠前去噪、地表一致性处理、预测反褶积、速度分析、叠加剖面分析、叠后时间偏移和叠后去噪等一系列处理之后，最终得到的剖面整体结构清楚，断点清晰可靠，能较真实反映地质结构。

对这些处理后的成果剖面进行了层位拾取以及断层解释，其中断层在剖面上的识别依据主要有:1)反射波(组)突然错断;2)反射同相轴突然增多或减少;3)突然出现的波形杂乱或空白条带;4)断面波等。在此基础上，参考重力、磁力和地形资料(主要为重力资料)辅助断层的平面组合。

地震层位时代标定赋予地震层位以时代意义，准确可靠的速度资料是开展这项工作的关键。目前并没有关于南黄海上部地层的详细速度资料公开发表，故本文通过钻井分层(黄7井，图1)及邻近区域其他已进行层位标定的地震剖面(S7线，图1)进行初步标定，其中黄7井提供了第四系底(R1)、上新统底(R2)和中新统底(T2)3个地层界面的约束(图2 a)，S7线提供中更新统底、第四系底(R1)和中新统底(T2)3个界面(图2 b)，通过综合对比，共追踪出5个层位，依次对应于地质上的海底面(SB)、中更新统底、第四系底(R1)、上新统底(R2)和中新统底(T2)。

4 第四纪断裂特征

通过以上解释过程，共识别出3条主要的第四纪断裂，即千里岩隆起带南缘断裂带(SBFZ)、千里岩隆起带2号断裂(F2)以及千里岩隆起带3号断裂(F3)。下文对这些断裂进行分述。

4.1 千里岩隆起带南缘断裂带(SBFZ)

图2 研究区地震剖面层位的时代标定Fig.2 The determination of age of the seismic horizons.

该断裂带是南黄海北部盆地与千里岩隆起带的边界，大致呈NE走向延伸，实际形态为反S形。其中L01、L04和L07 3条主测线没有切过该断裂;L10线及其以东的主测线均切过该断裂带，L10线以西的S7线(侯方辉，2006)也切过它(图1)。断裂带在剖面上表现各异，走向上变化较大。为了更清楚地了解千里岩隆起带南缘断裂带走向上的变化，我们统计了各条剖面上组成该断裂带的断层条数、平均断层间距、褶皱变形强度和最新变形时代等要素(表1)。通过比较发现，千里岩隆起带南缘断裂带在大部分剖面上都由2条断层组成，如L13线，2条断层相距约0.8km，断裂带内部反射较两边杂乱，同向轴不连续，断裂带两侧地层仅发生轻微的褶皱(图3)。但在部分剖面上(L10、L19和L22)断裂带由6～8条断层组成。在大部分剖面上断裂带最新变形时间至少为中更新世，仅L16线上为早更新世。值得注意的是侯方辉(2006)认为S7线上千里岩隆起带南缘断裂带“错断至早更新世地层，并伴生活动褶皱”，但从原图中可以看出该断裂带错断的地层还要更新，明显已经错断了中更新统底面。

断层作用往往伴随着地层的褶皱，在所有切过千里岩隆起带南缘断裂带的主测线上，断裂带附近的地层均出现了褶皱变形，有些褶皱变形较轻微，但部分剖面褶皱变形强度中等—强烈

(如L10和L22)。L10和L22测线上各有一个较明显的背斜，前翼陡、后翼缓，逆冲方向均从SE向NW，暗示SE－NW向的挤压。L22测线上该断裂带的NW界非常清晰，往SE是一个较大型的背斜，褶皱强烈，整个背斜被数条断裂所切割，背斜顶部见地层削截现象，是所有剖面中在该断裂带附近变形最强的一条剖面(图4)。卷入变形的最新地层为下更新统，中－上更新统及全新统近水平产出，基本没有变形，不整合覆盖在下更新统之上。尽管有些断裂切穿了中更新统底面，但依然可以判断该褶皱的变形时间在早更新世末期。

表1 千里岩隆起带南缘断裂带在各剖面上的构造要素Table 1 Structural parameters of the SBFZ on different sections

图3 L13线上的千里岩隆起带南缘断裂带Fig.3 SBFZ on section L13.

图4 测线L22线上的褶皱Fig.4 Fold on section L22.

4.2 其他断裂

4.2.1 千里岩隆起带2号断裂(F2)

仅仅在L16、L19和L22三条测线上有反映，断层较陡直，断距很小，但都可以见到同向轴被错断的现象，错断至下更新统(图5)，走向NE。

图5 L19线上的2号断裂和3号断裂Fig.5 F2 and F3 on section L19.

4.2.2 千里岩隆起带3号断裂(F3)

仅仅在L16、L19、L22和L62线上有反映，断距和地层变形程度较2号断裂大(图5)，走向与2号断裂平行，也为NE向。错断至中－上更新统。

4.2.3 千里岩断裂(QF)

千里岩断裂是千里岩隆起带北界断裂(图1)，前人针对千里岩断裂的声波探测剖面显示大致以朝连岛断裂为界，可把千里岩断裂分为2段，南段晚更新世以来不活动;北段在晚更新世晚期活动(王志才等，2008)，然而在本次调查的地震剖面上却基本没有反映，造成这种不一致性的原因可能是本次调查获得地震剖面的纵向分辨率相对声波浅地层剖面较低，未能揭示一些非常小的错断现象。对于这条断裂详细的第四纪活动性评估需在开展更多更细致工作的基础上再进行。

5 讨论

5.1 断裂变形强弱规律及成因探讨

千里岩隆起带南缘断裂带大致为NE走向，实际形态为反S形，其变形强度在走向上变化较大，根据断裂带断层条数和褶皱变形强度(表1)可以得到如下定性的规律:L10测线变形中等，L13和L16线变形较弱，L19和L22变形较强，L25和L28线变形较弱，另外，也仅在L10和L22线上出现了明显的背斜以及背斜顶部的削截现象。

通过对千里岩隆起带南缘断裂的平面轨迹进行曲率计算，发现曲率大小和变形强弱呈现很好的对应关系，曲率大的地方变形强，曲率小的地方变形弱(图6)。也就是说，反S形的千里岩隆起带南缘断裂带向SE和NW的2个弯曲处变形较强。

图6 千里岩隆起带第四纪断裂和天然地震分布图(3级以上)Fig.6 Quaternary faults and earthquakes(M S≥ 3.0)in study area.

千里岩隆起带2号断裂和3号断裂延伸不是很长，仅在L16、L19和L22线上有反映，也就是说对应于千里岩隆起带向SE凸起的部位。

晚古生代末期—中生代，扬子－中朝两大地块NS向汇聚碰撞造成秦岭－大别－苏鲁造山带的隆升(Ernst et al.，2007)，并被一系列NE走向的大型走滑断层(如郯庐断裂，即墨－牟平断裂)所横向错断。根据区域地质历史，笔者认为千里岩隆起带的雏形就在那时形成。在NS向主压应力作用下，隆起带南缘断裂带的不同区段受力状态明显不同，NE走向区段应以走滑为主，EW走向区段应以挤压为主。而研究区第四纪变形特征与之不同，最大的变形区段在千里岩隆起带向SE和NW的2个弯曲处，由此推断这种状况是受到NW向主压应力所致，从构造背景上来说，应力可能源于菲律宾板块和欧亚板块的NW向汇聚作用。

5.2 断裂第四纪活动性与天然地震活动

千里岩隆起带内大地震很少，3级以上地震大部分都在隆起带边缘或外围。沿着千里岩隆起带南缘断裂带有一些3级以上地震分布，但大部分还是位于南黄海北部盆地内，位于千里岩隆起带内的比较少，在L19线附近有2次3级以上地震，位置上也接近千里岩隆起带向SE凸出的部位。考虑到这条断裂带第四纪变形比较强，发生大地震的可能性也比较大，特别是向SE和NW的2个弯曲处，第四纪变形最强烈，发生压性地震的可能性很大。