安徽北部涡河断裂第四纪活动特征及地震危险性初步研究

方良好，童远林，赵朋，王立会，黎哲君

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

安徽北部涡河断裂第四纪活动特征及地震危险性初步研究

方良好，童远林，赵朋，王立会，黎哲君

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

涡河断裂整体走向310°左右，全长约190 km，断裂在卫星影像图和区域重、磁异常图上均有明显显示，是安徽北部一条重要的第四纪活动断裂。本文通过采用高精度重力测量法和激发极化电测深法，对研究区进行物探勘测工作，确定了断裂的大致位置及产出状态，认为涡河断裂埋深150 m左右，断层宽度约为150～200 m，倾角近直立，具正断层性质。结合野外地质调查情况及前人资料，综合分析认为涡河断裂第四纪以来具有较强的活动性，是一条影响范围较广、规模较大的断裂。通过分析涡河断裂与近EW向横向构造的关系，将断裂分成北、中、南三段；结合地震空区理论分析认为南段未来发生M s5级以上地震的危险性最大，其最大震级在5.5级与6级之间。

涡河断裂；第四纪活动特征；断裂分段；地震危险性；最大震级

0 引言

安徽省北部历史上曾发生多次中强以上地震，如1481年涡阳 M s6级地震和1525年亳州M s51/2级地震，对这两次地震前人已做过许多研究工作，认为涡河断裂的最新活动与这两次地震有关[1-3]。由于涡河断裂为隐伏断裂，上覆盖层较厚，前人在研究该断裂时多从区域重磁、遥感及历史文献资料等方面入手，而在断裂较准确的位置、产出状态、埋深、规模及地震活动性等方面的研究程度却较低。依托安徽省地震科研基金重点项目，我们对该断裂展开了地震地质、地震活动性、重力及电法剖面探测等工作，对断裂最新活动特征及未来地震危险性进行初步分析。

1 断裂概况

涡河断裂地处安徽省北部，位于华北断块区内，所处新构造运动分区为江淮断陷盆地区。根据卫星影像解译结果，涡河断裂北西起自亳州市古井镇，经亳州、涡阳、蒙城，向南东延至怀远县荆山附近，整体走向310°左右，全长约190 km，该断裂控制了涡河的发育，在卫星影像上整体线性特征较明显(图1)。涡河断裂断裂在重、磁物探图上有明显的显示，表现为重力、航磁梯度带或拐折部位[4]。通过对1∶50万和1∶20万地质图分析，涡河断裂断错第三系及更老地层构成的褶皱及盆地，切割深度较大，成型于中生代末，第四纪早期曾有过强烈活动[1]；通过对历史地震资料的分析，认为东汉以来该断裂可能有过2～3次较强烈的活动[1-2]。

2 断裂探测

涡河断裂在卫星影像图和区域重、磁异常图上均有明显的显示，但该断裂为隐伏断裂，上覆盖层较厚，为了查明涡河断裂的较准确位置及规模，我们采用高精度重力测量法和激发激化电测深法，利用综合物探勘测方法对指定区域进行物探勘测工作。

2.1 重力剖面

重力剖面位于蒙城县城西北约13 km处，呈北东向展布，向北跨越涡河(位置见图1)。剖面总长约4.5 km，总计有流动重力测点57个。测区地势平坦，测点高程变化不超过3 m。通常情况下，1 m高程差大约能造成重力值0.3×10－5m·s－2的差异。由于手持GPS的测量精度不足以分辨10m以内微小的地形高程变化，因而将所有测点看作在同一个平面上，未对重力值进行高程校正。另外，因测区附近没有绝对重力点可供联测，因而所给出的重力值和重力异常值(自由空气异常)均为相对值。

图1 涡河断裂影像图Fig.1 Imagemap of Guohe Fault

以各测点沿剖面方向至第一个测点(西南端测点)的距离为横坐标轴，测点平差重力值和重力异常值为纵坐标轴，绘制剖面重力值和重力异常值变化曲线图(图2)。

剖面相对重力值变化特征:剖面重力值总体变化趋势为自西南向东北逐渐增大，总变化量接近4.8×10－5m·s－2。重力随距离变化的具体特征为:从0至2500m重力值以稳定的速率(1.2× 10－5m·s－2/km)均匀增加，其中在2100 m处重力值轻微下降；2500 m至3400 m重力增加速率缓慢(0.17×10－5m·s－2/km)，随后又恢复较快的增长速率(1.8×10－5m·s－2/km)。

图2 剖面重力值和重力异常值(相对值)变化曲线图Fig.2 The change curves of the gravity values and the gravity anomaly value(relative)

剖面重力异常(相对值)变化特征:重力异常变化特征和重力值变化特征基本相同，经过纬度

校正后，重力异常总变化量为2.8×10－5m·s－2。从重力异常变化特征来看，剖面自西南向东北存在背景性的重力异常增加，推测是由于较深部(数公里以下)物质密度增加所引起，对该背景性重力异常变化进行扣除后得到的重力异常变化(图2)可以认为是浅表物质密度变化所导致的。从图2可以看出，在距离大约2500 m至3500 m之间存在一个较明显的台阶重力异常变化，幅度达到 1.0×10－5m·s－2，除此之外，在距离约2100～2400 m附近有一个局部重力异常轻微下降区域，幅度约为0.2×10－5m·s－2，考虑到附近测点所在位置为平整的水泥路面，几乎没有高程差异，再结合重力异常变化的波长，推测该局部重力异常变化可能是地下500 m深度范围之内密度异常的反映，这种密度差异可能为涡河断裂垂直运动形成的。

2.2 电法剖面

结合高精度重力剖面测量情况，在重力异常范围内布置一条激电测深测线，最大点距为200 m，最小50 m。测线点共15个，补充点1个，测线总长1.6 km(位置见图1)。

采用视电阻率R0、视极化率M1、根据电测深的电性差异和极化率差异的关系及干扰因素的影响[5-6]，得出涡河断裂激电测深剖面电阻率图(图3)和涡河断裂激电测深极化率图(图4)。以各测点沿剖面方向至第一个测点(西南端测点)的距离为横坐标轴，以地表以下深度为纵坐标轴。两张图中的分别表示:电阻率R0，单位为Ω·m；视极化率M1，单位为%。

图3 激电测深剖面视电阻率图Fig.3 Apparent resistivity of IP sounding profile

图4 激电测深剖面视极化率图Fig.4 Apparent polarizability of IP sounding profile

从激电测深剖面视电阻率图来看，推测断层位置的电阻率值范围在35～55Ω·m之间，在里程桩号600 m左右，剖面下部视电阻率等值线有明显扭曲，呈剧烈抬升状，推测涡河断裂分布在里程桩号600 m左右，具正断层性质。

从激电测深剖面视极化率图来看，断层所引起的高含水、高极化的极化率值范围在2.0% ～3.0%之间。在里程桩号500～700 m左右，深度约150 m以下存在一处高激化率区域，推测涡河断裂分布在里程桩号500～700 m(重力测量里程桩号2100～2400 m)左右，断层的倾角较陡，近直立。该位置与视电阻率成果推测的位置较为吻合，同时也与重力测量的异常位置(位于重力测量里程桩号2100～2400 m)大致吻合。

通过本次综合物探勘测成果来看，涡河断裂埋深150 m左右，断层宽度约为150～200 m，倾角较陡，近直立，具正断性质。

3 断裂第四纪活动特征及规模

根据《新建铁路禹州至亳州至宿州铁路可行性研究》报告，涡河沿线第四纪地层厚约160～200 m，结合图3及图4可以看出，涡河断裂控制了断裂两侧第四系的沉积厚度，断裂两侧垂直落差较大，说明断裂第四纪以来曾有过较强烈的活动。

陆镜元等根据安徽省地矿局第一水文地质大队及水文总站资料编制了横切涡河断裂的构造剖面图(图5)，从图中可以看出涡河断裂控制了两侧第四系的沉积厚度，断裂西侧第四系的厚度大于东侧的厚度；断裂两侧晚更新世地层有较大的垂直位移，反映了断裂第四纪以来具有较强的活动性[1]。

图5 涡河断裂构造剖面图(据陆镜元等，1994)Fig.5 Tectonic section m ap of Guohe Fault

涡河断裂全线均呈隐伏状态，第四纪覆盖层较厚，涡河两侧有少量基岩山零星分布，为了查明断裂的影响范围及可能的次级平行断裂发育情况，我们对断裂两侧有基岩出露的地方开展了地质调查工作。

在蒙城县西北狼山(图1 A点)，一采石坑内发现断层剖面，该断裂发育于震旦纪泥质灰岩内，破碎带宽约1m，由灰色岩石碎块及粉末组成，胶结程度较低，呈松散状，两侧断面较清晰，断裂走向约310°，倾角较陡，近直立(图6)。

在蒙城县西北齐山(图1 B点)，震旦纪页岩、泥质灰岩内发育一条断层破碎带，破碎带宽约1.2 m，由碎裂状页岩及泥灰岩组成，沿断面破碎程度较高，发育片理化碎裂状断层物质，破碎带胶结程度较低，呈松散状；两侧断面较清晰，断裂走向330°左右，倾角较陡，近直立(图7)。

在怀远县西南涂山(图1 C点)，出露一组北西向次级断面，该组断面发育于花岗岩内，产状230°∠65°，该组断面平直光滑，另有与其相交节理发育(图8)。

图6 蒙城县西北狼山断面剖面(镜像南)Fig.6 Fault p rofile at M ount Lang in the northwest of M engcheng County

图7 蒙城县西北齐山断面剖面(镜像南)Fig.7 Fault profile at Mount Qi in the northwest of M engcheng County

上述这些地质考察点离涡河垂直距离1～2.5 km不等，所发现的断层的走向在310°～330°之间，倾向南西，倾角较大或近直立，由断面特征及破碎带胶结程度来看，这些断层第四纪以来具有一定程度的新活动；由前面论述可知，这些断裂的产状和活动性与涡河断裂近似，它们的最新活动受涡河断裂影响，是涡河断裂的次级平行断裂，这些地质现象的存在表明了涡河断裂是一条具有一定影响范围及规模的断裂。

4 断裂沿线地震活动特征

图8 怀远县西南涂山断面剖面(镜像北西)Fig.8 Fault profile at M ount Tu in the sou thwest of Huaiyuan County

根据历史文献[7－8]，涡河断裂沿线两侧25 km范围内1970年以前记载的地震有8次(图9，表1)，最大地震为1481年涡阳6级地震。1481年3月9日涡阳6级地震是涡河断裂上有记载以来发生的最大地震。据史料记载，“亳州(今亳县)地大震。南京、凤阳、庐州(今合肥)、淮安、扬州、和州(今和县)、山东兖州、河南开封等地同时地震有声，房屋摇撼，人心俱惊。安庆府(今安庆市)，望江、潜山、太湖、宿松、桐城、霍丘、定远、山东曲阜、河南州、县(今洛阳地区)、卫辉府(今汲县)。淇县、辉县、鹿邑、固始、商城亦震”[8]。其等震线长轴方向为NW向，与涡河断裂的走向基本一致。该次地震的发生与涡河断裂的最新活动有关。

1970年区域测震台网建立以来，涡河断裂沿线两侧25 km范围内共发生M≥1.0级地震147次(图9)，其中1.0～1.9级地震80次，2.0～2.9级地震63次，3.0～3.9级地震2次，大于4.0级地震2次，最大震级为1999年12月30日4.6级地震[7]。

由图9可以看出，涡河断裂两侧地震活动较强，震级较大的地震一般据断裂较近，其中历史记载的几次较大的地震均沿断裂展布，说明了涡河断裂的最新活动控制了断裂两侧地震活动水平。

5 断裂未来地震危险性分析

涡河断裂(F1)截切近EW向的宿北断裂(F2)和太和－五河断裂(F3)两条区域上规模较大的断裂(图9)，横向构造的存在使得涡河断裂的几何形态和结构存在一定的差异，根据活断层分段原则[9]，以这两条横向构造为界，可将

涡河断裂初步分为北、中、南三段，即宿北断裂(F2)以北为北段，宿北断裂(F2)与太和－五河断裂(F3)之间为中段，太和－五河断裂(F3)以南为南段。

图9 涡河断裂25 km范围内地震震中分布图Fig.9 Epicenter distribution map within 25 km nearby Guohe Fault

表1 断裂附近两侧25 km范围地震目录(1970年之前)Tab.1 Catalog of earthquakeswithin 25 km nearby the fault(before 1970，M≥3)

涡河断裂北段历史上曾发生1525年亳州M s51/2级地震，中段曾发生1481年涡阳M s6级地震，南段自有地震记录以来没有发生过4级以上的地震，应为一个地震空区。由地震空区理论可知[10-14]，涡河断裂南段发生M s≥5级地震的危险性最大，并随着时间的增长而增加。由于涡河断裂南段与北段长度相当，均小于中段，结合区域地震活动性，我们认为南段未来可能发生地震的最大震级在5.5级与6级之间。

6 结论与讨论

由以上叙述分析，我们可以得出以下结论:

(1)涡河断裂埋深150 m左右，断层宽度约为150～200 m，倾角较陡，近直立，具正断层性质。

(2)结合物探、野外地质调查情况及前人资

料，认为涡河断裂第四纪以来具有较强的活动性，是一条具有一定影响范围及规模的断裂。

(3)结合涡河断裂与近EW向横向构造的关系，可将断裂分成北、中、南三段；其中南段未来发生M s5级以上地震的危险性最大，其最大震级在5.5级与6级之间。

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Prelim inary Study on Characteristics of Quaternary Tectonic Activity and Seism ic Hazard of Guohe Fault in Northern Part of Anhui Province

Fang Lianghao，Tong Yuanlin，Zhao Peng，Wang Lihui，Li Zhejun
(Anhui Earthquake Administration，Hefei，Anhui230031，China)

Guohe Fault is obviously shown in satellite images and regional gravity and magnetic anomaly maps.The fault controlled the thickness of Quaternary sediment of both sides.In this paper，by using the high accuracy gravity measurementmethod and induced polarizationmethod，we conductgeophysical survey in the study area.Through the study，we fix approximate location and output state of the fault，the fault depth of150 meters，the width of150－200 meters，nearly vertical dip.According to field geological survey and previous data，we think that the Guohe Fault is a broader，larger scale of Quaternary fault.Through analysis of the relationship between Guohe Fault and EW trending transverse structure，the fault is divided into three sections of north，middle and south.Combined with the seism ic gap theory，we analyze that the potential future M s≥5 earthquakes ismost dangerous on the south segment of the fault，themaximum magnitude between M s 5.5 and M s 6.

Guohe Fault；characteristics of quaternary tectonic activity；segmentation of active fault；seismic hazard；maximum magnitude

P

:A

:1673－8047(2015)01－0019－07

2014－12－26

安徽省地震科研基金重点项目(201203)资助

方良好(1984—)，男，硕士，工程师，主要从事活动构造及其应用等方面的研究。