吉林省松原地区孤店断裂活动性研究

2016-08-22于晓辉万永魁尉杨传成

地震地质 2016年2期

关键词：松辽盆地白垩深井

王　雷　沈　军　于晓辉　万永魁尉　洋　邵　博　杨传成

1)防灾科技学院，河北三河　065201 2)山东省地震局，济南　250014 3)中国地震局兰州地震研究所，兰州　730000

吉林省松原地区孤店断裂活动性研究

王雷1，2)沈军1)*于晓辉1)万永魁1)尉洋3)邵博1)杨传成2)

1)防灾科技学院，河北三河065201 2)山东省地震局，济南250014 3)中国地震局兰州地震研究所，兰州730000

松原孤店断裂断裂活动性发震构造1119年前郭地震

0　引言

21世纪初全球仍处于最新一次的地震活动高潮中(邓起东， 2012)。在国内主要表现在青藏高原及其周缘活动块体上，如2001年昆仑山口西8.1级地震、 2008年四川汶川8.0级地震、 2008年新疆于田7.3级地震、 2010年青海玉树7.1级地震、 2013年四川芦山7.0级地震等。在这一地震活动高潮背景下，中国东北地震弱活动区也有一定的响应，如2006年吉林松原发生了5.0级地震。自2013年以来，松原地区4～5级地震不断，其中最大为2013年11月23日查干花5.8级地震，该地区的构造活动性成为被人们关注的问题。

扶余-肇东断裂是1条贯穿松原地区的NE-SW向的重要断裂，该断裂在地震资料上显示不同分段具有不同的活动性差异；其中南段扶余—肇东查干花段(简称扶余-肇东断裂， F2)为早中更新世断裂，中段扶余—肇东孤店段(简称孤店断裂， F1)为晚更新世断裂(图1)。在查干花附近，存在多条规模较小的NW向断裂组，称为查干花断裂组(F3)，属于前第四纪断裂。近年来，松原地区连续发生的MS5.5、MS5.3、MS5.8和MS5.0地震的震群特征可能与F3断裂的构造特征有关。紧邻目标区的孤店断裂地处松辽盆地中央凹陷区南部的扶新隆起带西南端，位于长岭凹陷与华字井阶地的分界线附近，属于典型的正反转构造(付宪弟等， 2010)。另外，孤店断裂位于前人推测的1119年前郭地震Ⅶ度烈度区内，该断裂未来的发震能力和对目标区的影响程度需加以重视。

图1　孤店断裂及研究区位置Fig. 1　Gudian Fault and position of the study area.断裂根据石油资料解译确认， 1119年地震烈度等震线和震中位置为吴戈等(1988)推测; F1孤店断裂， F2扶余-肇东断裂， F3查干花断裂组

本文在收集和分析石油勘探资料的基础上，利用浅层物探、钻探、释光测年及地貌测量手段，研究其浅层结构和活动性，旨在为松原市活动断裂探测与地震危险性评价提供可靠的参数与信息，并对1119年地震的发震构造进行初步讨论，以期对松原地区的地震研究有所帮助。

1　断裂的平面几何特征

松辽盆地是活动断裂隐伏区，断裂活动形迹不同程度地被第四系覆盖，很难直接寻找到断裂位置。但是，该地区蕴藏着丰富的石油，石油行业曾做过深层地震勘探，获得了大量的石油勘探资料。针对孤店断裂，从石油部门收集了三维地震构造平面图T04(下白垩统嫩江组4段底界)、 T1(下白垩统嫩江组底界)、 T2(下白垩统姚家组底界)3个反射层剖面和14个二维深部地震剖面(图2)。项目组从石油勘探资料入手，解释与分析，发现松原市西南有1条NW向的孤店断裂(石国平等， 1985)，其北端与NE向的第四纪活动断裂扶余-肇东断裂(李传友等， 1999a)相连。石油勘探构造平面图中，孤店断裂与扶余-肇东断裂NE向的盖子井—达里巴乡段的地下破裂宽度和程度相同，以1段圆弧平滑连接，本文中将两者合称为孤店断裂。

图2　孤店断裂地震勘探剖面(修改自吉林油田资料)Fig. 2　Seismic prospecting profile across Gudian Fault(modified from the data of Jilin Oil Field).中间剖面为下白垩统嫩江组底界面(T1反射层剖面)三维地震勘探构造平面图； 1—14为控制孤店断裂的二维地震勘探剖面

孤店断裂为弧形断裂，北起达里巴乡，经盖字井、孤杨、深井子、巨龙山村，南至菜园子。该断裂在下白垩统嫩江组底界破裂总长度约为66km。依据断裂独立破裂段中间破裂宽，两端变窄、尖灭这一特征，通过三维地震构造平面图T04反射层，将孤店断裂分为3段，即达里巴乡—盖字井—孤杨段、孤杨—深井子—巨龙山村段和巨龙山村—菜园子段。其中，盖字井—孤杨和孤杨—深井子2段破裂连续、显著，说明断裂新活动集中在这2段，活动性比其他段更为强烈。

2　断裂运动性质与活动时代

2.1运动性质

松辽盆地位于太平洋板块西侧东亚活动大陆边缘，发育在大陆内部太古宇—元古宇基底之上，盆地内多火山和岩浆活动(宋均秋， 2008)。在早白垩世因岩浆上涌，发生裂陷扩张，形成正断性质的断裂；早白垩世嫩江期—晚白垩世明水期末，太平洋板块向W运动，挤压盆地，盆地内发生构造反转，原来的正断裂转变为逆断裂；新生代古近纪松嫩平原处于弱伸展阶段；至新近纪松辽盆地停止运动(陈昭年等， 1996；张功成等， 1996；李娟等， 2002；宋均秋， 2008)。

二维地震勘探1—14号剖面共同反映了孤店断裂早期拉张，晚期挤压的运动性质。同时，揭示了断裂错断地层的特征，反射轴由上至下分为T02(古近系依安组底界)、 T06(下白垩统嫩江组3段底界)、 T07(下白垩统嫩江组2段底界)、 T1和T2。如图2 中的6—10号剖面，孤杨—深井子一带断裂切穿古近系依安组底界，剖面中依安组以上地层信息缺失；如图2 中的5号剖面，孤店断裂错动至下白垩统嫩江组3段底界；如图2 中的11号剖面，巨龙山村附近孤店断裂错动至下白垩统嫩江组底界，孤杨—深井子一带断裂活动性强于其它段。

以二维地震反射剖面SYL19(图3)为例，孤店断裂切穿上白垩统明水组顶界，倾向SE，断面呈铲形，下部宽缓、上部陡直。T2反射轴以下，断裂上盘下降，具正断性质； T2反射轴以上，断裂上盘多层同相轴向上拱，且断距由下至上逐渐减小，具逆断性质。下部正断层在早期断陷阶段形成，上部逆断层为反转期产物，表明早期该地区受拉张力作用，后期处于挤压应力状态。因此，孤店断裂的受力状态与松辽盆地形成过程中的受力情形一致。

SYL19地震剖面(图3)中，可见白垩系及更老地层内的断裂信息，但是缺失新生代以来的地层信息，要反映断裂的最新运动方式、受力情况，还需结合浅层勘探剖面。那样，既能反映断裂的最新活动性质、产状和位置，又能揭露断裂深部的结构信息，完整地显示断裂的演化过程和受力状态。

在深井子，沿垂直断裂方向布设浅层物探测线。在不同地层、岩性的分界面，反射波反射信号增强。如图4，解译出10条反射轴，从上到下分别为T0(第四系中间层)、 T01(第四系底界)、 TNt(新近系泰康组底界)、 TNd(新近系大安组底界)、 T02、 T03(上白垩统明水组底界)、 T04、 T06、 T1、 T2，其中T2反射层信号较弱、反射波组较短。根据反射波组特征和断层判别依据，解译出1条倾向E、错动第四系的逆断层。断层上盘断面处地层出现大幅度隆起，局部造成地层错断，远离断面地层趋于平行；断层下盘，地层整体呈水平展布。T2层断距最大， T1层次之，向上逐渐减小， T01层以上难以分辨。

图4　深井子浅层地震反射叠加时间剖面Fig. 4　Interpretation of Shenjingzi section of shallow seismic reflection.a 中T01为第四系底界， TNt为新近系泰康组底界， TNd为新近系大安组底界， T02为古近系依安组底界， T03为下白垩统明水组底界， T1为下白垩统嫩江组底界； b 中的蓝色线条代表钻孔

2.2活动时代

作者参与的松原市活断层探测项目 “控制性钻孔探测与第四纪剖面的建立”专题中将第四系由下至上划分为： 1)下更新统白土山组冰水堆积，岩性以中厚层红褐色、黄褐色、灰白色砂砾石堆积为主，其中夹有薄层状、透镜状和中厚层状的灰绿色含砂黏土层(俗称 “狼屎泥”)； 2)中更新统荒山组冲洪积和大青沟组河湖堆积，其中前者分布于高平原区，岩性为1套黄褐色、棕褐色中厚层亚黏土(有地质资料把该层称为黄土状土或老黄土)； 3)上更新统冲积和风成堆积，其中后者以砂黄土常见； 4)全新统成因类型复杂，冲积、湖积、沼泽堆积、风积、洪积和坡积及其混合类型的堆积都有。

为查明断裂上断点和最新活动情况，根据浅层勘探结果，在编号1,800m处共布设7个钻孔，如图4b，采用对折法，逐步逼近，控制断裂的具体位置，断裂上盘布设4个钻孔，下盘布设3个钻孔。钻孔具体布设参数如表1。

表1　钻孔布设具体参数

Table 1　Parameters of the drilling layout

编号经度(E)纬度(N)相对标高/m孔间距/m深度/mzk2124°31'17.26″44°49'51.59″0.48—64zk3124°31'20.39″44°49'49.01″0.7510565zk6124°31'21.00″44°49'48.52″0.852044zk7124°31'21.29″44°49'48.29″0.891044zk4124°31'21.52″44°49'48.06″0.88942zk5124°31'22.10″44°49'47.52″0.982141zk1124°31'23.82″44°49'47.02″04155

孤店断裂深井子段第四纪沉积物主要包括黄色、褐色粉土、粉质黏土，灰色、灰白色砂、砾、含砂砾黏土。地层从上至下具体描述如下：

层①主要为灰黑、灰褐色粉砂质黏土，顶部为填土，属于全新统(Q4)。

层②主要为浅黄色、黄褐色粉土，夹有粉砂，质地较软，属于上更新统(Q3)。该层底界平均深度10.4m，从NW至SE，在该层底界7个钻孔的埋深依次为11m(zk2)、 11m(zk3)、 11m(zk6)、 10.15m(zk7)、 9.6m(zk4)、 10m(zk5)、 10m(zk1)。

层③主要为黄褐色和棕褐色的中厚层粉质黏土，含有星散分布的砾石和分布不均的铁锰结核，局部有白色粉末状的菌丝体，属于中更新统荒山组(Q2h)。该层底界平均深度19.38m。从NW至SE，在该层底界7个钻孔的埋深依次为22.2m(zk2)、 21m(zk3)、 22.85m(zk6)、 20m(zk7)、 18.3m(zk4)、 18.2m(zk5)、 13.1m(zk1)。

层④主要为橘红色含砾粉质黏土，属于下更新统(Q1)。

层⑤主要为灰白色的砂、砾石，局部夹有灰白色、灰绿色含砂砾黏土层，砂粒径多变，含Fe3+呈黄褐色，属于下更新统白土山组(Q1b)。

图5　深井子联合钻孔剖面Fig. 5　Combined drilling profile in Shenjingzi.①全新统耕植土； ②上更新统黄土； ③中更新统老黄土； ④橘红色含砾粉质黏土； ⑤下更新统白土山组灰白色砂、砾、含砂砾黏土； a为zk2的层④中存在的裂缝，充填青灰色淤泥，新鲜状，深27.2～28.3m； b为zk7的层③中存在的裂缝，充填青灰色淤泥，新鲜状，深14.8～15.0m；释光样品zk2-1-OSL测得年龄>50ka，属晚更新世

从联合钻孔剖面(图5)看，层⑤和层④属于白土山组。层④的橘红色含砾粉质黏土呈透镜体状。从zk6至zk1该组地层发生倾斜，与物探剖面中的SE向隆起一致。层③荒山组底界从zk6至zk1总体倾斜； zk6与zk7之间落差2.85m，坡降最大，断层在2孔之间活动。在钻探过程中发现zk7的14.8～15.0m深处粉质黏土中存在裂缝，如图5b，充填青灰色淤泥，近直立，长20cm，可能是断裂活动留下来的证据。zk2的27.2～28.3m深度处也存在不规则裂缝，如图5a，充填青灰色淤泥，新鲜状。在局部的软土层中存在裂缝，有可能是最新断裂活动导致。在zk6与zk7中层②底部落差0.85m，同层中坡降最大，而层②中部的黄褐色粉土层无明显落差，该层顶界黄色粉土层也无明显变化，表明断裂在晚更新世活动。

zk2埋深10.1m处的粉砂、粉土样品(zk2-1-OSL)释光年龄>50ka。该样品采自zk2上更新统下部的浅黄色粉土层，浅黄色粉土上方有1层黄褐色粉土，上更新统上部为马兰黄土。样品采集的位置对应到zk7和zk6也在黄褐色粉土层下方的浅黄色粉土层中。上覆两侧黄褐色粉土层未错断，为上断点推测位置。在东北晚更新世标准地层中，钻孔剖面中上更新统下部的浅黄色粉土层与顾乡屯组相对应，顾乡屯组顶部夹有黑色古土壤，14C年龄为(33.66±3.27)ka，顾乡屯组之上覆盖马兰黄土(王友勤等， 1975)。因此，推测断裂错断地层距今(33.66±3.27)～50ka。

3　深井子段地表变形

从地貌上看，如图6a中，孤店断裂北段处于低平原沉降区，南段位于高平原隆升区。断裂控制着两侧地层的发育，东侧抬升，西侧下降。由孤杨，经深井子，至巨龙山，断裂上盘地表明显高于下盘，基本沿断裂走向分布。在钻孔探测场地的SE延伸方向，地形表现为大的斜坡。为获得斜坡的变形量，以1m为点间距，利用GPSRTK测量仪沿钻孔剖面方向实测了1条800m的AB剖面。数据经处理，如图6 显示， B端地势高于A端9m。

下更新统白土山组、中更新统荒山组在钻孔剖面东南2.5km处的采砂场中出露，上部有薄层上更新统黄土，该层黄土与钻孔探测中的上更新统黄色粉土属于同一层。根据地貌测量结果，变形带B端地势高于A端9m。钻孔剖面位于变形带地势低的一侧(A端)，下盘3个钻孔(zk2、 zk3和zk6)上更新统底界距地表11m，推算得变形带两侧落差20m。该现象充分表明晚更新世以来深井子地区发生地表变形，仍有构造活动。

图6　跨断层地形实测剖面Fig. 6　Measured topography section across Gudian Fault.a 孤店断裂DEM数据； b a中AB段(黄线)对应的地形实测剖面； Q4全新世地层； Q3晚更新世地层； Q2中更新世地层； Q1早更新世地层，顶部为风化壳； zk1—zk7为钻孔

4　结论与讨论

综上所述，孤店断裂是1条弧形断裂，沿达里巴乡—盖字井—孤杨—深井子—巨龙山村—菜园子展布，分为3段。断裂内部各分段走向NW或NE。在三维地震构造平面图T1反射层上，断裂长66km。该断裂倾向E，具逆断性质，错断晚更新世地层，属于晚更新世活动断裂。根据钻探结果，结合变形带两侧地表落差9m，推算得上更新统底界垂直变形20m，晚更新世以后孤店断裂仍有构造活动。

目前，关于1119年地震的发震断裂仍没有定论，我们结合孤店断裂所做的工作，推测孤店断裂可能是1119年地震的发震断裂，主要依据如下：

(1)李传友等(1999a)从构造应力场分析，认为发震构造走向NW或NE，与孤店断裂各分段的走向一致。

(2)孤店断裂是前人圈定的震中位置(吴戈等， 1988)或活动构造带内(李传友， 1999a)活动性最强的断裂。

(3)深井子钻孔探测结果和测年数据显示，孤店断裂在晚更新世活动。虽然没有错断地表的证据，但上更新统底界垂直20m的落差，说明晚更新世以后孤店断裂仍有强烈的构造活动，可能表现为盲断层、活动褶皱，也可能仍以断层形式存在。因此，孤店断裂很可能与1119年地震有关。

致谢在松原市活断层探测过程中，松原市地震局孟凡斌局长、金显廷科长等给予了大力支持，吉林省地震局盛俭高级工程师给予了技术指导；文中石油资料由吉林油田提供，浅层地震勘探资料由吉林省煤田地质物探公司提供，钻孔资料由吉林建筑工程学院勘测公司施工获得，光释光测年在山东省地震工程研究院释光实验室完成；成文过程中，山东省地震局晁洪太研究员、王志才研究员给予了指导和帮助；审稿过程中， 2位专家提出了宝贵的修改意见: 谨在此一并致谢。

陈昭年，陈发景. 1996. 松辽盆地反转构造运动学特征 [J]. 现代地质， 10(3)： 99—105.

CHEN Zhao-nian， CHEN Fa-jing. 1996. Kinematic characteristics of inversion structures in the Songliao Basin [J]. Geoscience， 10(3)： 99—105(in Chinese).

邓起东. 2012. 一次全球性新的地震活动高潮 [J]. 地震地质， 34(4)： 545—550. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.04.001.

DENG Qi-dong. 2012. A new upsurge in global seismicity [J]. Seismology and Geology， 34(4)： 545—550(in Chinese).

付宪弟，马世忠，孙雨，等. 2010. 松辽盆地南部孤店断层活动性分析及其控藏作用 [J]. 大庆石油学院学报， 34(2)： 21—25.

FU Xian-di， MA shi-Zhong， SUN Yu，etal. 2010. Analysis of the activity and its role in controlling reservoir accumulation of Gudian Fault of southern Songliao Basin [J]. Journal of Daqing Petroleum Institute， 34(2)： 21—25(in Chinese).

李传友，汪一鹏，沈军，等. 1999b. 第二松花江断裂新活动性讨论 [J]. 地震地质， 21(4)： 351—360.

LI Chuan-you， WANG Yi-peng， SHEN Jun，etal. 1999b. Discussion on new activity of the Second Songhuajiang Fault [J]. Seismology and Geology， 21(4)： 351—360(in Chinese).

李娟，舒良树. 2002. 松辽盆地中、新生代构造特征及其演化 [J]. 南京大学学报(自然科学版)， 38(4)： 525—531.

LI Juan， SHU Liang-shu. 2002. Mesozoic-Cenozoic tectonic features and evolution of the Songliao Basin， NE China [J]. Journal of Nanjing University(Natural Sciences)， 38(4)： 525—531(in Chinese).

石国平，昝立声. 1985. 孤店逆断层和孤店构造成因及其含油远景预测 [J]. 石油勘探与开发， 3: 22—25， 33.

SHI Guo-ping， ZAN LI-sheng. 1985. The formation of Gudian reverse fault and Gudian structure and its oil bearing prospect [J]. Petroleum Exploration and Development， 3: 22—25， 33(in Chinese).

宋均秋. 2008. 板块运动对松辽盆地构造演化的影响 [J]. 科技创新导报， 30: 59— 60.

SONG Jun-qiu. 2008. Effect of plate motion on the Songliao Basin tectonic evolution [J]. Science and Technology Innovation Herald， 30: 59— 60(in Chinese).

唐雅芝. 1986. 公元1119年2月吉林省前郭县卡拉木地震震级的计算和确定 [J]. 东北地震研究， 2(1)： 43— 48.

TANG Ya-zhi. 1986. The magnitude calculation and determination of the Kalamu earthquake in February 1119 in Qianguo， Jilin [J]. Northeastern Seismological Research， 2(1)： 43— 48(in Chinese).

唐雅芝. 1990. 公元1119年2月吉林省前郭强震三要素的确定 [J]. 东北师大学报(自然科学版)， 3: 151—159.

TANG Ya-zhi. 1990. Determination of three elements of the earthquake in February 1119 in Qianguo， Jilin [J]. Journal of Northeast Normal University(Natural Science Edition)， 3: 151—159(in Chinese).

王友勤，苏养正，刘尔义. 1975. 东北区区域地层表：吉林分册 [M]. 北京：地质出版社. 123—168.

WANG You-qin， SU Yang-zheng， LIU Er-yi. 1975. Regional Stratigraphy of Northeast China: Jilin [M]. Geological Publishing House， Beijing. 123—168(in Chinese).

吴戈，房贺岩，李志田，等. 1988. 1119年前郭地震考察与研究 [J]. 东北地震研究， 4(1)： 67—76.

WU Ge， FANG He-yan， LI Zhi-tian，etal. 1988. The investigation and study of Qianguo earthquake， 1119 [J]. Northeastern Seismological Research， 4(1)： 67—76(in Chinese).

张功成，徐宏，刘和浦，等. 1996. 松辽盆地反转构造与油气田分布 [J]. 石油学报， 17(2)： 9—14.

ZHANG Gong-cheng， XU Hong， LIU He-pu，etal. 1996. Inversion structures in relation to oil and gas field distribution in the Songliao Basin [J]. Acta Petrolei Sinica， 17(2)： 9—14(in Chinese).

周本刚，高名修. 1992. 松辽盆地几次中强震的构造条件探讨 [J]. 地震地质， 14(2)： 145—150.

ZHOU Ben-gang， GAO Ming-xiu. 1992. The structural analysis of several moderate-strong earthquakes in the Songliao Basin [J]. Seismology and Geology， 14(2)： 145—150(in Chinese).

1)InstituteofDisasterPrevention，Sanhe，Hebei065201，China2)EarthquakeAdministrationofShandongProvince，Jinan250014，China3)LanzhouInstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdministration，Lanzhou730000，China

Abstract