粤东滨海断裂带第四纪活动特征研究1

李 峰 环文林

1）中国地震灾害防御中心，北京 100029

2）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

引言

东南沿海滨海断裂带是1 条活动强烈的地震构造带，华南沿海历史上发生的强震多与该带的活动密切相关（陈恩民等，1984；魏柏林，2001），如1600 年南澳7 级地震、1604 年泉州海外7½地震、1918 年南澎7.3 级地震等，均发生在该带，其中粤东滨海断裂带是其重要组成部分。部分学者认为粤东滨海断裂带是重要的海陆构造分界线，同时也是东南沿海火山岩带与珠江口外坳陷分界线，但对于其展布位置，长期以来存在不同看法，对断裂几何结构和最新活动时代的认识缺乏系统研究。以《中国岩石圈动力学地图集》（《中国岩石圈动力学地图集》，1989）为代表的“广东省地震构造图”中标示的滨海断裂位置，大致平行于海岸线连续分布，距离海岸25～30 km，该位置相当于李唐根等（1992）推测的南澳-香港断裂带分布范围。梁德华（1982）明确了刘以宣（1981）提出的珠江口拗陷北缘断裂为粤东滨海断裂的看法，并指出广东陆地上发育一系列走向NE30°～NE40°的压性断裂，当其一旦延伸至沿海海域，即被阻隔在北东东向的珠江口盆地坳陷北缘断裂带以北，从而建立了有别于陆地和近海的北北东-北东向新华夏系“北东东向南海系”。中科院南海海洋研究所等单位通过研究南海北部深地震反射剖面，证实南澳滨海附近海陆两侧地壳结构确实存在明显差异和不协调性，并认为这种现象是由区域深大断裂-滨海断裂带引起的（赵明辉等，2003）。近年来，多数研究者已倾向于认为珠江口盆地北缘断裂为粤东滨海断裂，如丁原章等（1995）、詹文欢等（1996）、栾锡武等（2011）、国土资源部广州海洋地质调查局编制的《汕头幅（1∶100 万）海洋区域地质调查与编图报告》（1999）、广东省地震局编制的《广东省地震构造图集》（魏柏林，2000）等，均基本认为珠江口北缘断裂为滨海断裂，其位置距海岸40～70 km。

考虑粤东滨海断裂带展布位置、构造性质和活动时代对相关潜在震源区划分与地震危险性分析、粤东沿海重大工程选址等均有重要影响，本文结合近年来南海北部海域地质地貌、地震反射剖面、深部探测、地震活动等的研究成果，对粤东滨海断裂带第四纪活动特征开展综合分析。

1 断裂深部构造背景

近年来，中国科学院南海海洋研究所、国土资源部广州海洋地质调查局（原地质矿产部第二海洋地质调查大队）、石油部门、地震部门等，从不同角度对南海北部大陆架及其周围地区地壳结构进行大量研究。滨海断裂带海洋一侧与陆地一侧地壳结构特征明显不同，华南沿海地区中地壳厚度（18 km）较下地壳厚度（12 km）略大，而南海东北缘地壳结构则不同，ESP-E 剖面（Nissen 等，1995）上地壳厚度（6 km）小于下地壳厚度（21 km），OBS-Ⅱ剖面（Chen 等，1998）上下地壳厚度相当（10 km），说明上地壳物质占总地壳物质的百分比与华南沿海地区明显不同，具有陆壳向洋壳转换的过渡地壳特征。2001 年8 月，中科院南海海洋研究所与广东省地震局、台湾海洋大学等单位合作，在南海东北部完成了海陆联合深地震探测（丘学林等，2003），联合测线垂直于滨海断裂带构造走向，总长500 多千米，探明了上下连续的低速破碎带，根据其所在位置及地球物理特征，推测为滨海断裂带。断裂带两侧地壳结构不同（图1），北侧具有陆壳结构典型特征，上地壳下部存在低速层；南侧为减薄型陆壳，局部地区可能发育下地壳高速层，是低、高速层发生明显变化的分界断裂（赵明辉等，2004）。

图1 南海东北部海陆联测滨海断裂带地球物理特征剖面及地壳结构剖面Fig. 1 Geophysical profile (upper) and crustal structure profile (lowwer) of the coastal fault zone from land Sea joint survey in the northeast of the South China Sea

郝天珧等（2011）进一步以南海重磁数据为基础，以多道地震、OBS 探测剖面和地震层析成像结果为约束，通过正、反演拟合，构建了多条深部物性结构剖面。南海北部陆缘珠江口盆地自北部断阶带至南部隆起区一带的地壳中存在下地壳高密度（2.92 g/cm3）层，与前人提出的下地壳高速层位置基本一致，推断高密度层与浅表岩浆岩一样，是侵入火山岩在海底扩张后陆缘裂解过程的产物，本研究区岩浆活动相对于粤西地区更活跃。

根据南海东北部航磁异常符号、强度、梯度、形态、走向及组合关系等，珠江口外至台湾海峡沿滨海断裂存在磁场分区界线，此界线以北为剧烈变化磁场区，以南为低值宽缓变化磁场区，如图2 所示，图中等值线单位为nT。这意味着两者之间可能存在1 条具大地构造分区作用的区域性大型断裂带，其两端已延出本区域外，总长超千米。沿该带有一系列仅东西向展布的局部磁异常呈雁列状排列，可进一步推测该断裂带具有走滑活动性（国土资源部广州海洋地质调查局，1999）。南海东北部空间重力异常背景总体呈西北低（以负值为主）、东南高（以正值为主），异常走向（轴向）以北东-北北东向为主如图3 所示，图中等值线单位为mGal，滨海断裂以北为闽粤大陆东南部短波长局部异常区，以南为台湾海峡-珠江口拗陷区长波长宽缓负异常带，重力负异常中心线大致对应磁场分区线（即滨海断裂带）。

图2 南海东北部磁异常平面图Fig. 2 Plane map of magnetic anomaly (Δ T) in northeastern South China Sea (isoline unit: NT)

图3 南海东北部空间重力异常图Fig. 3 Spatial gravity anomaly map of northeast South China Sea (isoline unit: MgAl)

2 断裂几何展布

根据深部构造资料，粤东滨海断裂带位于珠江口外拗陷北缘，即珠江口盆地北缘。珠江口盆地是以新生代沉积为主的大型盆地（龚再升等，1992），走向北东东，长800 km，宽100～300 km，盆地规模达15 万km2，新生代沉积厚度达10 000 m 以上，沉积速率0.12～0.25 mm/a。主要被北东东向断裂带控制，断裂活动以正倾滑为基本特征。1982 年，中海油海洋研究中心将珠江口盆地以新生界1 000 m 等厚线圈定的盆地内部划分为三隆三坳，加上盆地以北的万山隆起，共7 个新构造单元，呈北东东向分布，自北向南为万山隆起、北部断阶、珠一坳陷、珠二坳陷、珠三坳陷、东沙隆起和神狐暗沙隆起，如图4 所示（龚再升等，1992）。本研究区内主要包括万山隆起、北部断阶、珠一坳陷和东沙隆起。

图4 珠江口盆地新构造单元划分示意图Fig. 4 Division of Neotectonic units in the Pearl River Mouth Basin

上述根据磁力和重力异常推导的粤东滨海深大断裂带，正好位于珠江口外拗陷北缘及台湾海峡坳陷带西侧，说明珠江口盆地北缘断裂带是粤东滨海断裂带新生代活动的直接表现。由于该断裂带的存在及其长期活动，奠定了珠一坳陷雏形，然后沿断裂带进一步拉张形成统一的坳陷带。因此与坳陷带方向不协调的表层新生代断裂可视为与滨海深大断裂带呈雁列状排列的关系。

珠江口盆地内断裂按其展布方向，主要可划分为北东-北东东向、北西-北西西向和近东西向。其中北东-北东东向断裂分布在珠江口盆地南、北缘，是控制珠江口坳陷盆地的主要断裂带，主要形成于新生代早期的断陷作用，控制古近系沉积，第四纪以来仍较活跃，是主要的强震发生带。北西-北西西向断裂形成时间同北东-北东东向断裂，可能是北东-北东东珠江口裂谷断陷时期的转换断层，控制了珠江口断陷盆地东西方向分块差异。东西向断裂分布在盆地西南部，控制珠江口南部盆地的形成与发展。这些断裂控制了后期新近系盖层构造特征差异，并影响了区内第四纪沉积、海域地貌形态、岸线形态、水系分布和地震活动等（国土资源部广州海洋地质调查局，1999）。

粤东滨海断裂带由多条次级断裂斜列组合而成（图5），走向北东东-北东，整体倾向东南，局部倾向北西，倾角较陡。各次级断裂间被北西向-近东西向断裂分隔，可分为南澳海外段（F8-1）、汕头海外段（F8-2）、陆丰海外段（F8-3）、汕尾海外段（F8-4）和担杆岛海外段（F8-5）。

图5 粤东滨海断裂带及地震勘探剖面位置示意图Fig. 5 Location of coastal fault zone and seismic exploration section in eastern Guangdong

3 断裂第四纪活动特征

本研究收集了分布于南海东北部海区的人工地震反射剖面，对粤东滨海断裂带第四纪以来活动特征加以分析。主要的海洋地质调查资料来源于国土资源部广州海洋地质调查局（原地质矿产部第二海洋地质调查大队）完成的《汕头幅（1∶100 万）海洋区域地质调查与编图报告》（1999）、《南海珠江口盆地海洋工程地质调查报告（1∶20 万）》（1990）、《中国海区及邻域地质地球物理特征》（刘光鼎，1992）及中国科学院南海海洋研究所等（1989）、中国地震局地球物理研究所（2006-2009）等单位组织完成的专题研究成果，其主要测线分布位置如图5 所示。

分析方法以《南海珠江口盆地海洋工程地质调查报告（1∶20 万）》为例，通过应用高分辨率浅层剖面仪、单道地震系统和多道地震系统等物探方法，可查明海底以下100 m 左右深度范围内的浅层地质结构，并了解1 000 m 深度以内的地质概况。其中，浅层剖面仪主要查明全新世和晚更新世地层上部断裂活动情况；单道地震系统较浅层剖面仪具有较大的穿透能力，可查明第四纪分层和中更新世-全新世断裂错断层位、错距等；多道地震系统具有较高的分辨率和更大的穿透深度，可查明第四纪、新近系分层和断层活动情况。因而综合3 种仪器能够满足海底地层层序的划分，查明活动断层分布和错断最新地层情况。由上述3 种仪器观测结果综合得到研究区地震震相界面划分与第四纪层序划分，如表1 所示（地质矿产部第二海洋地质调查大队，1990）。

表1 珠江口盆地第四纪层序划分与地震反射界面对比表Table 1 Quaternary sequence division and seismic reflection interface correlation in the Pearl River Mouth Basin

由图5 可知，位于珠江口盆地北缘的粤东滨海断裂带由多条较大的正断裂斜列组合而成，总体走向N60°E，倾向SE，分别对应珠一坳陷的5 个次级坳陷。该断裂带主要控制古近纪沉积，新近纪以来活动逐渐减弱。据地质矿产部第二海洋地质调查大队（1990）人工地震勘探资料，古近系底面落差1 000～3 000 m，中新统上段底面落差在100 m 以内。该断裂带大体上沿40～50 m 海水等深线展布，水下声呐探测显示沿断裂存在明显海底地貌变化，并控制了两侧地貌和第四纪的发育，该断裂带第四纪期间具有明显活动。

3.1 滨海断裂带南澳海外段（F8-1）

根据中国科学院南海海洋研究所等（1989）的研究成果，粤东韩江口外1932 号、L8901 号人工地震反射剖面揭示了滨海断裂带南澳海外段（F8-1）的构造特征。该断裂已成为新生代强烈沉陷的盆地西界，且在地壳表层表现为正断倾滑性质（图6）。但根据震源机制解-主压应力的优势轴向和GPS站点位移矢量方向均为北西西向的情况，可推断滨海断裂具有右旋走滑-逆倾滑性质。根据断裂两侧钻孔资料分析与对比估算，晚更新世末以来，滨海断裂东盘下降了20～30 m，公元1600 年以来发生过至少2 次M≥7 级大地震，现代地震记录显示沿该断裂带为现今小震活动相对密集带，于晚更新世-全新世有强烈活动。

图6 粤东韩江口外1932 号人工地震反射剖面Fig. 6 No. 1932 artificial seismic reflection profile outside hanjiangkou, eastern Guangdong

L8901 号人工地震反射剖面（图7）位于珠一坳陷东北端（或称韩江凹陷），跨闽浙断隆和珠一坳陷。在断隆区，上新统-第四纪直接覆盖在前新生界地层上，厚约100 m，Tg 界面近水平；东段基底发生大规模断落，断距近200 m，其内发育近千米新近系地层。

图7 L8901 号人工地震反射剖面Fig. 7 No. L8901 artificial seismic reflection profile

3.2 滨海断裂汕头海外段（F8-2）

汕头海外1889 号人工地震反射剖面（图8）和H1 剖面位于珠一坳陷东北端，跨东山隆起和珠一坳陷，坳陷沉积厚度约3 000 m。地震剖面可划分为3 个层组，从剖面上看，滨海断裂未穿过第四纪早期地层。综合认为汕头海外段（F8-2）断裂最新活动时代为第四纪早期。

图8 汕头海外1889 号人工地震反射剖面（局部）Fig. 8 No. 1889 artificial seismic reflection profile of Shantou overseas (local)

3.3 陆丰海外段（F8-3）

由一系列NEE 走向正断层组成，构成倾向南东的一组断阶，倾角50°～70°，断距变化较大，由深层向浅层逐渐减小。断裂两端分别被NWW 向珠一坳陷中部北西西向断裂（F23）和台湾浅滩西南断裂（F24）所截，延伸长度约130 多千米。

本段因缺乏有效的浅层地震剖面，故综合区域新构造活动背景及相邻F8-4 活动特征，推断F8-3 最新活动时代为晚更新世早期。

3.4 汕尾海外段（F8-4）

由走向NEE、倾向南东的1 组断阶组成，断裂两端均被NWW 向珠一坳陷中部断裂所截，延伸长度约60 多千米，在ZD60 测线多道地震剖面上，如图9、图10（b）所示（地质矿产部第二海洋地质调查大队，1990），T2层断距为140 m，向上至T13 断距为30 m，显示在第四纪早中期F8-4-1 断层仍有活动；在单道地震剖面上（图10（a））（地质矿产部第二海洋地质调查大队，1990），F8-4-1 断错R4界面，综合分析其最新活动时代为中更新世晚期-晚更新世早期。

图9 多道地震测线ZD-60 显示的F8-4-1 断裂Fig. 9 F8-4-1fault revealed by multi-channel seismic line zd-60

图10 ZD-60 测线单道、多道地震解释剖面Fig. 10 Single channel and multi channel seismic interpretation profiles of the zd-60 line

3.5 担杆岛海外段（F8-5）

总体上由自北而南的3 组NEE 向一系列平行正断层组成，断裂带宽达30～60 km，长70 多千米。其中每组断裂又由数条更次一级断层组成，均为断面南倾的正断层。

F8-5-1 分布担杆列岛东南外海，为单道和多道地震资料同时揭示的1 条断层，分布在ZD00～ZD24测线上，呈近东西向弧形展布，倾向南东。ZD00 测线单道地震勘探结果（图11）显示该断层错断R4、R3界面，最大断距16 m，显示其最新活动时代为晚更新世早期；在多道地震资料上显示基底大断裂性质（图12），南盘为下降盘，北盘为上升盘，见花岗岩，由深至浅断距逐渐减小，T2层断距达480 m，T12 层断距15 m，控制珠江口盆地新生代沉积。

图11 ZD00 测线单道地震解释剖面Fig. 11 Single channel seismic interpretation profile of the zd-00 line

F8-5-2 走向东西，倾向南，倾角58°，多道地震剖面显示（图12），第三系最大错距100 m、错断最高层位T11，单道地震剖面显示错断晚更新世的底界R3界面，表明该断层最新活动时代为晚更新世早期。

图12 ZD00 测线多道地震解释剖面Fig. 12 Multi -channel seismic interpretation profile of the zd-00 line

F8-5-3 走向东西，倾向南，倾角65°。多道地震剖面显示（图10（b）），错断层位为T1-T2，最大错距50 m，单道地震剖面显示错断R3界面（图10（a）），最大错距15 m，表明该断层最新活动时代为晚更新世早期。

根据以上分析，F8-5 最新活动时代为晚更新世早期。

4 结论与建议

综合南海东北部地球物理研究成果，粤东滨海断裂带两侧地壳结构不同，北侧具有陆壳结构典型特征，南侧为减薄型陆壳，是低、高速层发生明显变化的分界断裂。受滨海断裂带控制的珠江口盆地位于南海北部陆缘区，是海底扩张后陆缘裂解过程的产物。由磁力和重力异常推导的粤东滨海深大断裂带位置，说明珠江口盆地北缘断裂是粤东滨海断裂带新生代活动的直接表现。由于该断裂带的存在及其长期活动，奠定了珠一坳陷雏形，然后沿断裂带进一步拉张形成统一的坳陷带，断裂在地壳表层主要表现为正断倾滑运动性质。

浅层人工地震反射剖面反映，粤东滨海断裂带由多条较大的正断裂斜列组合而成，总体走向N60°E，倾向SE，其分段分别对应珠一坳陷的5 个次级坳陷。该断裂带主要控制古近纪沉积，新近纪以来活动逐渐减弱。断裂带大体上沿40～50 m 海水等深线展布，水下声呐探测显示沿断裂存在明显海底地貌变化，并控制了两侧地貌和第四纪的发育，第四纪期间具有明显活动。其中，滨海断裂带南澳海外段（F8-1）为全新世活动断裂，也是历史强震活动带和现今小震活动的相对密集带；汕头海外段（F8-2）为早第四纪断裂；陆丰海外段（F8-3）、汕尾海外段（F8-4）与担杆岛海外段（F8-5）为晚更新世活动断裂。

上述结论已应用于粤东沿海多个重大工程选址与地震区划工作中，对于科学评价华南沿海地区地震危险性、全面认识区域地震构造特征具有重要价值。

需注意，滨海断裂带南澳海外段（F8-1）展布位置受地震活动带的影响，推测其局部已位于珠江口盆地以外，但迄今为止尚未取得可靠的浅层探测剖面控制，因此该断层段可靠位置与活动特征有待进一步研究验证。

另外，粤东滨海断裂带被北西向断裂切割为多段，受新生代后期来自本区东侧强烈挤压作用，推动基底断块沿北西向断裂发生大规模左行活动形成。因此，北西向断裂可视为珠江口盆地裂谷断陷时期的转换断层，控制新生代沉积，也控制了珠江口断陷盆地东西向分块差异，部分较大规模断裂的表层断裂向上断错至海底，属全新世活动断裂。相比之下，北东向粤东滨海断裂带主要控制古近纪沉积，新近纪以来活动已逐渐减弱。考虑在海域地震记录有限的背景下，北西向活动断裂可能是强震发震构造，对区域地震危险性分析产生较大影响，而目前针对与滨海断裂带相关的北西向断裂活动性研究还很薄弱，应在今后的相关工作中给予重视。

在海域断裂活动性分析中，综合应用高分辨率浅层剖面仪、单道地震系统和多道地震系统，可查明海底以下从100 m 深度以内的地质构造特征，能够满足海底地层层序划分，查明活动断层分布及其错断的最新地层，是分析海域活动构造特征的有效手段，可作为海域断裂活动性探测的推荐方法。此外，海域第四纪地层时代划分也是确定断层活动时代的关键依据，今后详细分辨粤东滨海断裂带活动特征时，需收集更多的海域钻孔地层资料作为佐证。

致谢 感谢中国地震局地球物理研究所时振梁研究员、潘华研究员、陈文彬副研究员、宋毅盛副研究员、李金臣副研究员，中国地震局地质研究所周本刚研究员，中国地震灾害防御中心吴健研究员等专家的悉心指导和全力协助，感谢审稿专家提出宝贵意见和建议。