中国东部海域断裂构造格架与地震活动研究1

2021-04-09高战武缑亚森任治坤周本刚

震灾防御技术 2021年1期

高战武缑亚森钟慧任治坤周本刚徐杰

1）中国地震灾害防御中心，北京 100029

2）中国地震局地质研究所，北京 100029

引言

本研究中中国东部海域指位于中国东部的渤海、黄海、东海等海域，根据重力、电磁等地球物理场特征（刘光鼎，1991；张洪涛等，2010），中国东部海域在地质构造上为大陆向海的自然延伸，广泛发育中、新生代盆地，如渤海湾盆地、东海陆架盆地等。近年来，在大量海洋地质普查和石油勘探工作基础上，对海域盆地演化、构造单元、断裂格架、含油气特征等进行了系统研究（蔡乾忠，2005；李家彪，2008；张训华，2008；李文勇等，2009；朱伟林等，2009；张洪涛等，2010；徐杰等，2015），对近岸断裂活动性进行了探测和研究（江苏省地震工程研究院，2001；王志才等， 2006a，2006b，2008；王笋等，2018）。本研究广泛收集上述研究资料，编制了中国东部海域及邻区断裂构造格架图，对海域断裂构造发育特征及活动性进行分析，并结合地震活动资料，分析断裂构造格架与地震活动的关系。

1 海域地质构造单元划分

按照板块构造理论，根据不同级别构造边界、地壳结构、地层建造与地球物理场等特征，可将中国东部海域及邻区按板块、地块、盆地（隆起区或隆褶带）、坳陷（隆起）、凹陷（凸起）依次划分出五级构造单元。

中国大陆及东部海域位于欧亚板块东南部，东部以琉球海槽与菲律宾海板块相隔。在中国东部海域及邻近范围内，欧亚板块可进一步划分为华北地块、扬子地块和华南地块，地块间为褶皱带或隆褶带，其中华北地块与扬子地块间为苏胶-临津褶皱带，扬子地块与华南地块间为光州-勿南沙隆褶带和釜山-浙闽隆褶带。中国东部海域构造方向整体呈NE 向，局部呈NEE-近EW 向，但分属不同地块。渤海和北黄海属华北地块，南黄海属扬子地块，东海属华南地块。

本研究编制的中国东部海域构造单元和断裂构造格架图如图1 所示，图中标出了三级构造单元名称。中国东部海域自北向南盆地与隆起相间分布，形成盆地与隆起区（隆褶带）相间排列的构造格局。主要盆地包括渤海湾盆地、北黄海盆地、南黄海北部盆地、南黄海南部盆地、东海陆架盆地和冲绳海槽盆地，盆地内部可进一步划分出坳陷（凹陷带）和隆起，坳陷内可进一步划分出凹陷和凸起。盆地间的隆起区（隆褶带）主要包括胶辽隆褶带、临津-苏胶隆褶带、光州-勿南沙隆褶带、釜山-浙闽隆褶带、钓鱼岛隆褶带、南黄海中部隆起区。

图1 中国东部海域构造单元和断裂构造格架图Fig. 1 The map of tectonic units and fault frameworks in the sea of East China

2 海域断裂构造格架

2.1 断裂分级与活动时代

断裂是地壳受力发生破裂，沿破裂面两侧岩体发生显著相对位移的地质构造。在中国东部海域断裂构造格架图中，根据断裂规模将断裂划分为四级，一级断裂指控制板块或地块边界的断裂；二级断裂指地块内部控制大型盆地或隆起区的断裂；三级断裂指控制盆地内部坳陷或凹陷边界的断裂；四级断裂指构造单元内部次级断裂。

对于断层活动时代，根据《活动断层探测》（GB/T 36072―2018）（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局）的有关规定，分为活动断层、早中更新世断层和前第四纪断层。活动断层指距今12 万年以来有过活动的断层，包括晚更新世断层和全新世断层。在中国东部海域，将物探剖面上断错上更新统或全新统地层，或断层对现代海底地形形成有明显控制作用，或断层附近发生过6.5 级以上地震的断层均归为活动断层。早中更新世断层指早中更新世期间发生过活动，但晚更新世以来不再活动的断层。前第四纪断层指第四纪以来不活动的断层。在中国东部海域，还划分出第四纪断层，这类断层指第四纪以来有过活动，但具体活动时代不清的断层。

2.2 渤海海域断裂构造格架

在地质上，渤海位于渤海湾盆地东部。渤海湾盆地位于华北平原北部和渤海海域，是中国东部大型新生代裂陷盆地，其构造演化经历了古近纪断陷和新近纪以来拗陷2 个明显不同的演化阶段（徐杰等，2015）。在古近纪断陷阶段，盆地区地壳在地幔隆起导致的北西－南东向水平拉张力作用下，产生了一系北北东至北东东向正断裂，控制了盆地内部众多的地堑和半堑发育。在新近纪以来拗陷阶段，盆地开始整体沉降而逐渐演变成统一的大型拗陷盆地，堆积了由新近系和第四系组成的盆地沉积盖层，呈面状覆盖于盆地断陷阶段形成的盆岭构造上，一般厚1 000～1 500 m，渤海海域较厚约1 500～2 500 m。渤海湾盆地在整体拗陷过程中，自中新世晚期开始叠加区域新构造运动作用，且越来越强烈。新构造运动不仅使古近纪形成的断陷主断裂（盆地基底主断裂）不同程度地发生重新活动，且在新构造应力场作用下产生了一系列新断裂（朱伟林等，2009；高战武等，2016）。

渤海内部发育NNE、NE、NW 和近EW 向多组断裂，这些断裂在第四纪大部分已不再活动，在第四纪明显活动的断裂形成了3 条主要断裂带，其中1 条为NNE 向营口-潍坊断裂带，新生代以来持续强烈活动，具右旋逆平移性质；1 条为NWW 向北京-蓬莱断裂带，为新生代以来持续活动的断裂带，左旋正平移活动，活动性较弱；1 条为NE 向庙西北-黄河口断裂带，为新生构造带，右旋平移活动，活动性强。北京-蓬莱断裂带和庙西北-黄河口断裂带组成一对共轭活动的构造带，渤海内部地震活动与其关系密切。

营口-潍坊断裂带由辽东湾内NNE 向和莱州湾内NNE 向断裂组成，包括辽中1 号、辽中2 号、辽东、渤中1 号断裂等。营口-潍坊断裂带属于郯庐断裂带的一部分，古近纪时对盆地构造发育起重要控制作用。不过，断裂带南段被黄北和莱北等近东西向断裂分割改造成几节，故该段基本失去整体活动性，且以挤压性质为主，活动强度弱；仅有断裂带北段为统一的活动构造带，总体为右旋逆平移活动，第四纪仍有活动（徐杰等，1999；高战武等，2017）。

北京-蓬莱断裂带是渤海湾盆地发育过程中起重要调整作用的横向构造带，其与营口-潍坊断裂带不同，不是连续的构造带，而是由近10 条NW-NWW 向断裂断续分布组成宽度较大的断裂带。渤海中部NWNWW 向断裂多属于北京-蓬莱断裂带，以左旋正平移活动为特征（邓起东等，2001；徐杰等，2011；万桂梅等，2010）。

在渤海东部还存在1 条NE-NEE 向断裂带，由多条断裂组成，走向N45°E 左右，徐杰等（2001）称其为庙（岛群岛）西北-黄河口断裂带。1969 年渤海7.4 级地震发生在该断裂带上，震源机制具右旋平移性质，近期地震沿其密集成带分布。庙西北-黄河口断裂带斜穿营口-潍坊和北京-蓬莱断裂带，因此其为新构造运动形成的新生断裂带。庙西北-黄河口断裂带与已被广泛认可的斜穿渤海湾盆地西部发育的NE 向唐山-河间-磁县新生断裂带（徐杰等，1996）走向一致，性质相同。

2.3 黄海海域断裂构造格架

黄海位于我国大陆与朝鲜半岛之间，习惯上以我国胶东半岛成山角与朝鲜半岛长山串之间的连线分为北黄海和南黄海，这条界线与五莲-青岛-海州深断裂基本重合。因此，北黄海在大地构造上属于华北地块，而南黄海则属于扬子地块。

北黄海海域在地质构造上主要为北黄海盆地，周边靠近大陆的部分属于胶辽隆褶带。因此，北黄海盆地是发育于胶辽隆褶带上具一定规模的中、新生代裂陷盆地。北黄海盆地的发育经历了晚侏罗世-早白垩世断陷、晚白垩世-古新世挤压、始新世-渐新世断陷、新近纪以来拗陷4 个主要演化阶段。盆地中堆积的中-新生代地层以河湖相、三角洲相为主，一般厚2 000～4 000 m，最厚8 000～8 400 m（李文勇等，2009），其中新近系和第四系一般厚300～600 m。

北黄海盆地由东部坳陷、中部坳陷、西部坳陷、南部坳陷、中央隆起和中西部隆起组成，总体呈NEE向分布，形成地垒、地堑和掀斜断块等构造形态。盆地内的断裂以NEE-EW、NW、NNE 向为主，前者形成于晚侏罗世-早白垩世，中者总体发育较差，形成于晚白垩世-古近纪初，后者在盆地中、西部较发育，形成于始新世-渐新世。NEE-EW 向断裂和NNE 向断裂是控制盆地发育的主要构造，一般构成盆地边界或分隔盆地内部坳陷和隆起。

南黄海地区发育南黄海北部盆地和南黄海南部盆地，二者之间为中央隆起区，形成二盆夹一隆的构造格局。

南黄海北部盆地简称黄北盆地，其向NEE 向延伸，与韩国群山湾海域群山盆地相邻。南黄海北部盆地北界为NE 向淮阴-响水-千里岩断裂，南部部分以断裂为界。盆地内断裂构造发育，有NEE、近EW 和NW 向3 组断裂，以NEE 向为主，控制了一系列凹陷发育，多呈北断南超的箕状凹陷，相应组成东北坳陷、北部坳陷、南部坳陷、中部坳陷和东部坳陷，以北部隆起和西部隆起为间隔。

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南黄海南部盆地简称黄南盆地，黄南盆地是苏北-南黄海盆地位于海域的部分，北部呈过渡关系与南黄海中部隆起区相连，南部以断裂与光州-勿南沙隆褶带为界，整个盆地东西长约180 km，南北宽约60 km，向东收缩变窄。盆地内控制新生代断陷发育的断裂有NWW、NEE 向和NW 向3 组，相应形成6 个断陷（凹陷）。断陷主断裂大多倾向NNE 或NNW，形成南断北超的箕状盆地结构。

黄北盆地与黄南盆地间为南黄海中部隆起区，其为新生代隆起，主要由古生界和中-下三叠统组成，其中侵入有燕山期花岗岩，局部地区有孤立的古近纪小型凹陷。隆起区覆盖较薄的新近系和第四系，厚约400～800 m。

黄南盆地南侧为光州-勿南沙-苏南隆褶带，其为长期抬升的基岩隆起区，主要由前震旦系变质岩和古生界组成，其上局部地方分布中生代陆相碎屑岩和火山岩，沿断裂有酸性岩浆侵入和中基性岩浆喷发。隆起区发育部分规模较小的断陷盆地，盆地内沉积一定厚度的古近系（张训华，2008）。

2.4 东海海域断裂构造格架

东海发育有东海陆架盆地和具有边缘海性质的冲绳海槽盆地，二者之间为钓鱼岛隆起区。东海陆架盆地基底由华南地块浅变质石炭系、二叠系组成。盆地由西向东分为西部坳陷、中部隆起和东部坳陷，控制坳陷形成和发育的断裂主要为NE 向，自北而南又被NW 向虎皮礁-吐噶喇、鱼山-久米和观音-屿那国等断裂分成几段，故东海陆架盆地具有东西成带、南北分块的构造格局。西部坳陷由长江凹陷、钱塘凹陷、瓯江凹陷、晋江凹陷和九龙江凹陷组成，沉积巨厚中生界和新生界。中部隆起由虎皮礁凸起、海礁凸起、鱼山凸起、武夷凸起、观音和澎北凸起组成，多数缺失中生界和古近系，普遍覆盖较薄的新近系和第四系，厚1 000～2 000 m。东部坳陷为东海盆地主体部分，包括福江凹陷、西湖凹陷、基隆凹陷和新竹凹陷，沉积物以新生界为主，古近系和中新统厚度大，新生界厚达万米以上。据李家彪（2008）的研究，东海盆地发育具有由西向东和自北而南发展的特点。东海盆地西部坳陷主要形成于中生代早-中期，东部坳陷主要形成于晚中生代和新生代。西部坳陷以厚度大的中生界和古近系为主，东部坳陷以新生界为主。对于岩浆活动，西部主要为燕山中-晚期和喜马拉雅早期，东部以喜马拉雅早、中期为主。西部坳陷以正断裂为主，东部坳陷渐在新世以前为正断裂，渐新世以后挤压逆冲断裂较发育。

冲绳海槽盆地位于钓鱼岛隆褶带和琉球岛弧之间，北起日本九州列岛附近的天草海盆地，向西南一直延伸到台湾宜兰平原，总体为向东南凸出的弧形，长约1 200 km，西南端较窄，东北端较宽，从72 km 到160 km。盆地由陆架前缘坳陷、龙王隆起、吐噶喇坳陷和海槽坳陷组成，各坳陷总体具有东南侧断陷、西北侧超覆的箕状结构特征。盆地被NW 向鱼山-久米断裂分为东北和西南段，又被龙王隆起分为东西2 条带。冲绳海槽盆地为处于扩张初期阶段的弧后盆地，其地壳可能局部达到某种程度的洋壳性质。

3 海域地震构造环境分析

3.1 渤海和北黄海

渤海和北黄海在大地构造上属于华北地块，其地震活动具有一定相似性，故一并讨论。

渤海地区是整个渤海湾盆地新近纪以来下沉幅度最大的地区，新近系和第四系厚4 800 m（徐杰等，2015）。作为华北和东北地块分界（张培震等，2003）的NW 向张家口-蓬莱断裂带横穿渤海中部，一直延伸到北黄海南部。同时，NNE 向营口-潍坊断裂带纵贯渤海东部，二者在渤海中部交汇。

渤海地区历史上发生过3 次M≥7 级地震及多次6 级左右地震（国家地震局震害防御司，1995；中国地震局震害防御司，1999），震中均位于北京-蓬莱断裂带、营口-潍坊断裂带和庙西北-黄河口断裂带交汇区。北黄海地区历史上发生1 次M≥7 级地震和数次6 级左右地震，地震活动受北西向北京-蓬莱断裂带控制。中国东部海域6 级以上地震目录如表1 所示，仅包括东海陆架盆地内的地震。

表1 中国东部海域6 级以上地震目录Table 1 Earthquakes with magnitude great than 6 in the sea of China east

3.2 南黄海

南黄海在大地构造上属于扬子地块，可进一步划分为黄北盆地、中部隆起区、黄南盆地和勿南沙隆起区等构造单元，形成二坳（盆地）二隆的构造格局。

南黄海地区以中强地震活动为主，历史上记录到16 次6 级以上地震，最大地震为1846 年7 级地震，其中14 次地震发生在黄南盆地和勿南沙隆起区，可见黄南盆地和勿南沙隆起区地震活动强于黄北盆地。

据江苏省地震工程研究院（2001）研究报告，发生在南黄海地区的1975 年郞家沙5.3 级地震、1984 年勿南沙6.2 级地震、1992 年黄北盆地5.2 级地震和1996 年长江口以东6.1 级地震余震分布区皆为北西向，说明南黄海地区地震活动可能受NW 向断裂控制。

在新构造分区上，南黄海位于华北新构造区东南部。华北新构造区与华南新构造区在该区间的分界线为北西向新乡-溧阳断裂带（徐杰等，2003），向东南可延伸至杭州湾。GPS 测量结果（张培震等，2003）表明，华北新构造区速度矢量（5～8 mm/a）较华南新构造区速度矢量（8～10 mm/a）小，即华南新构造区向东南滑动速度较华北新构造区快。华南新构造区相对向南滑动时，通过新乡-溧阳断裂带左旋平移活动，使处于断裂带东北盘（华北新构造区有关部分）后端黄南盆地和勿南沙隆起等地区产生局部拉张应力场。该应力场对南黄海地区地震活动起不容忽视的作用，造成南黄海南部和勿南沙地区地震活动较南黄海其他地区强。

3.3 东海

东海地区在大地构造上位于华南地块，可进一步划分出釜山-浙闽隆褶带、东海陆架盆地、钓鱼岛隆起区、冲绳海槽盆地、琉球岛弧等构造单元，形成三隆夹二坳的构造格局。东海地区地震活动主要受菲律宾海板块与欧亚板块碰撞形成的琉球俯冲带影响。冲绳海槽是正在形成的（活动的）边缘海盆地，不仅有浅源地震，且有中源地震活动。由于菲律宾海板块向西俯冲已抵达冲绳海槽盆地和钓鱼岛隆起带下面，形成了深100～200 km 的中源大震带，发生过多次7 级以上地震，最大地震为7.8 级，构成该地段双层震源的下层。

东海陆架盆地基本处于华南陆块向东南移动的推挤与冲绳海槽北西-南东向扩张的侧向挤压共同作用之中，其构造作用相对较弱。东海陆架盆地内的断裂，除盆地东缘西湖-基隆断裂及部分北西向断裂外，其他断裂第四纪活动不明显，因而地震活动较弱，迄今为止，仅记录到2 次6～6.9 级地震和数次5 级左右地震。