区域性地震安全性评价目标区地震构造特征研究——以三江口港产城新区为例

李 蕾，聂冠军，杨钦杰，李 海

（广西壮族自治区地震局，南宁 530022）

0 引言

工程场地地震安全性评价是地震工程的重要内容，目的是为建设工程提供抗震设计地震动参数或抗震设防标准[1]。区域性地震安全性评价是对高新技术开发区、经济（技术）开发区、工业园区和产业聚集区及其它有条件的区域，由政府统一组织开展的区域性地震安全性评价工作。其工作成果不但可为目标区内的一般建设工程提供科学的抗震设防参数，也可为制订防震减灾对策、土地规划利用提供重要依据。

城市范围内直下型活动断裂突发错动产生的直下型大地震，直接威胁城市和人民生命财产安全[2]。因此在区域性地震安全性评价工作中，详细研究目标区范围内的地震地质构造特征，特别是查明目标区直下型断层活动情况就显得十分重要。中国地震局在2019年印发的《区域性地震安全性评价工作大纲（试行）》中明确规定，对目标区应开展断层控制性调查与探测，查明目标区是否有断层，并对目标区地震构造评价和断裂活动性分析工作方法、工作精度有详细要求[3]。

三江口港产城新区是来宾市全方位开放发展的窗口，旨在打造广西内陆承接东部产业转移的枢纽。该新区位于广西来宾市兴宾区红水河、象州县柳江、武宣县黔江交汇的三江口区域，核心区包括高安、武宣、石龙3个片区共10个地块。本文以三江口港产城新区区域性地震安全性评价项目为例，介绍了其核心区（评价目标区）的构造特征和断裂活动性研究工作，以期为今后其它类似地区开展同类工作提供参考。

1 地震构造背景

三江口港产城新区及其邻区大地构造位置位于华南褶皱系的赣湘桂粤加里东褶皱带。在早古生代，该区为地槽发育时期，志留纪末的加里东运动结束了地槽发育的历史，转化为准地台，形成近东西向构造；晚古生代该区地质构造运动相对较弱；印支期该区形成北东向构造；燕山期，在整体抬升的背景下，该区东部发生断陷和拗陷，形成陆相盆地，断块升降运动显著[4]；新生代以来，该区基本继承了燕山期构造活动的特征，以间歇性抬升运动为主[5]。柳江是目标区及邻区的主要河流，河谷开阔，多为“U”型宽谷，两岸发育有四级第四纪河流阶地，根据阶地性质和阶地级差分析认为，该区域第四纪期间表现为间歇性的升降运动，特别是中更新世以来以间歇性抬升运动为主，不同断块抬升程度又存在差异性，具体表现为地形的西低东高，东侧受大瑶山山系抬升影响，抬升幅度大于西部的丘陵、溶蚀平原区[6]。

在目标区及周边25 km 范围内的近场区，褶皱多为印支期短轴状平缓开阔褶皱。近场区中部褶皱较多，主要包括南冲背斜、高达背斜等，褶皱轴向10°～15°，长10～50 km，宽5～15 km，局部有交叉；由于受到断裂的破坏，有的已残缺，如南冲背斜仅保留西翼，且被断层切割而使地层呈单斜重复多次。近场区附近有两条区域性断裂的分支断裂通过，桂林—南宁断裂的分支断裂呈近南北向—北东向分布在近场区北部，永福—武宣断裂的分支断裂呈近南北向、北西向分布在近场区的东南部。因此，在近场区形成的断裂构造系统大致呈近南北向分布，还分布少量北东向和北西向断裂，已有研究认为，这些断裂均为早第四纪断裂或前第四纪断裂[6]。

2 目标区地层

三江口港产城新区共10个地块，目标区囊括了这些地块的长约30 km，宽约27 km 的矩形范围（图1）。目标区出露的地层主要有石炭系、二叠系和第四系。其中，石炭系在目标区的北部和东部大范围分布，主要岩性为灰岩、白云岩和灰色薄—中层状硅质岩等。二叠系主要分布在目标区的西南部，主要岩性为薄层砂岩、灰岩和页岩。第四系在目标区中部大范围分布，其面积占目标区近30%，主要为更新统和全新统。全新统（Qh）主要分布在目标区北部黔江、柳江及其支流龙兴—高龙一带，沉积物类型为洪积、冲积为主，其成分以亚砂土、粘土为主，夹砾石层。总厚度15～30 m，下部为砾石层，厚5 m 左右，上部为亚砂土、亚粘土，厚10～30 m。更新统（Qp）主要分布在目标区中部，成因为洪积、冲积和残坡积，总厚度4.5～40 m，下部为砾石层，厚1～40 m，上部为棕色粘土、亚粘土，厚度1～30 m。此外，在目标区的东南部和西南部为未分层的第四系（Q），岩性以粘土、亚粘土为主，偶夹砾石、碎石，阶地不明显，成因类型有冲积、洪积和残坡积，厚0～20 m。

3 目标区地质地貌特征

为研究目标区的构造特征，对目标区开展了卫星影像分析和地形地貌分析（图1），编制了3 条跨目标区控制性地质地貌剖面图（图2、图3）。以马鞍山断裂（F9）和高安断裂（F20）为界，目标区中部地势明显低于东西两侧，形成凹陷地形地貌，第四纪沉积全都发育在目标区中部地势较低的区域（图3），综合这些特征推测目标区中部发育断陷盆地，F9和F20断裂可能是该断陷盆地两侧的控制性边界断裂。为进一步论证目标区发育断陷盆地的可能性，对F9和F20断裂开展了详细的调查研究。从卫星影像和DEM 数字高程来看，F9和F20均沿山脚线发育（图1），其较高的一侧发育200～300 m 的灰岩山体，较低的一侧为海拔100 余米的岩溶盆地，存在明显的高差（图3），暗示这两条断裂历史上曾发生过强烈的正断活动。现场调查也发现，沿F9和F20均发育线型盆山分界线（图4a 和b），在一些地区山前发育十余米高的洪冲积台地（图4a）；同时还发现F9正断断错山体的现象，断裂两侧的山体存在明显的高差（图4c）；此外，沿F20发育断层三角面（图4d），虽然断层三角面已经被侵蚀破坏，但依然非常瞩目。这些现象说明F9和F20历史上均发生过强烈的正断活动，在两者之间形成断陷盆地。

图4 沿F9和F20发育的盆山分界地质地貌Fig.4 Geological geomorphology of basin-mountain boundary developed along F9 and F20

地质地貌调查表明，F9和F20的下盘都发育十余米的洪冲积台地，但是在这些台地沉积中均未发现断裂活动痕迹（图5）。两条断裂出露的露头也显示，断裂活动对第四纪洪冲积/坡积物并无影响（图6）。此外，在F9断裂与柳江相交汇的地段，河流两侧盆地的地貌面没有垂直向的高差。这些现象都说明两条控盆断裂晚第四纪以来没有新的活动。另一方面，场地中部发育的断陷盆地中沉积物都为更新统（图2），说明该盆地的形成在更新世或之前。综合分析认为，目标区及周边区域新构造期继承了燕山期构造活动的特征，以整体性间歇性升降运动和断块差异性抬升为主，目标区内发育的断陷盆地及其控盆断裂可能是新构造运动的产物，推测其最新活动时代为早第四纪。

图5 F9和F20之上发育的山前洪冲积台地中的沉积物照片Fig.5 Photos of sediments in Piedmont flood alluvial platform developed above F9 and F20

图6 F20断裂的露头照片Fig.6 Outcrop photo of F20 fault

4 目标区断裂活动性

鉴定断裂活动性的方法很多，目前主要有地质调查、遥感、物探、地球化学和钻探等[7]。为了研究目标区断裂的活动性，此次工作主要采用高分辨率遥感影像解译、地形地貌分析和地震地质调查等方法。根据卫星影像分析和地形地貌分析结果、1：20 万幅来宾地质图及地震地质调查结果，综合确定共有3 条断裂通过目标区（图1 和图2），分别为黄兰断裂（F29）、龙团断裂（F30）和老虎山断裂（F31）。

图1 目标区地质地貌Fig.1 Geology and geomorphology of the target area

图2 目标区地震构造图Fig.2 Seismic structure map of the target area

4.1 断裂活动性调查

4.1.1 黄兰断裂（F29）

该断裂走向近南北，倾向东或西，左旋走滑性质，通过黄兰、龙楼和大山等地，长约10 km，切割二叠系和石炭系。在花塘东800 m，断裂发育在砾岩中，产状陡立，沿断面发育左旋走滑性质的擦线。露头上部覆盖两层地层，下部为卵石层，厚1～8 m，上部为棕色粘土，厚度1～3 m，卵石层和粘土层组合与目标区更新统地层一致。断层均发育在底部的砾岩中，未切入上覆卵石和粘土层中（图7a）。在黄兰南200 m，断裂破碎带宽10 m左右，内部发育断层、角砾岩和构造碎裂岩。断层产状不一，其中该露头中部的断层规模最大，断面呈S形弯曲，两侧发育角砾岩和构造碎裂岩，露头顶部覆盖0～10 m 厚的卵石层和1～3 m 厚的粘土层，断层发育在底部的二叠系砂岩中，未见切入上覆卵石和粘土层（图7b）。从卫星影像来看，该断裂对地形地貌有一定影响，且地势越高断裂迹象越明显。在断裂通过丘陵区时，沿断裂发育线性谷地；在丘陵区边缘与平原的交接处沿断裂发育冲沟；在平原区断裂迹象消失。根据沉积物质迁移规律，丘陵区中心地带地势高，为剥蚀区，丘陵外围平原区是接受沉积的区域。丘陵区断裂线性地貌发育说明断裂在新构造期有过活动，在平原区断裂迹象消失，一方面是因为被沉积物覆盖，另一方面也说明断裂近期不活动，未造成沉积覆盖层的扰动。此外，该断裂对现代水系没有控制作用，在黄兰附近该断裂与红水河垂直相交，未见红水河发生偏移现象。

图7 黄兰断裂构造剖面图Fig.7 Structural profile of the Huanglan fault

4.1.2 龙团断裂（F30）

该断裂走向北西，倾向南西，倾角75°左右，正断性质，长约6 km。在龙团南西2 km，断裂发育在二叠系砂岩中，断裂破碎带宽约6 m，内部发育断层和角砾岩。断层产状较陡，可见其正断错断砂岩层理，视断距约0.4 m。该露头中部沿断层发育角砾岩带，宽2 m 左右，硅质胶结；露头顶部覆盖一层黑色粘土，厚0.5 m 左右，未见断层切入其中（图8a）。在龙团南南东4 km，断裂发育在二叠系砂岩中，断裂破碎带宽约3，内部发育多条断层，正断错断砂岩层理，露头顶部覆盖一层含砾石的坡积层，厚0.2 m 左右，未见断层切入其中（图8b）。遥感影像显示沿断裂线性负地貌发育较好，但对现代水系没有控制作用。

图8 龙团断裂构造剖面图Fig.8 Structural profile of the Longtuan fault

4.1.3 老虎山断裂（F31）

该断裂走向北西，倾向北东，通过古辣、铁帽山林场等地，长约8 km。在铁帽山林场南西200 m，断裂发育在二叠系砂岩中，断裂破碎带宽约10 m，内部发育多条断层，倾向北东，产状陡立，切割砂岩岩层，但对层理的扰动不大，岩层整体较完整。该露头顶部覆盖两层土层，底部为含砾石的坡积层，上部为粘土质残积层，未见断层切入其中（图9a）。在铁帽山林场北西3 km，断裂发育在二叠系砂岩中，断裂破碎带宽约6 m，内部发育一条断层和大量节理，断层为逆断性质。该露头顶部覆盖一层含砾石的坡积层，厚约0.5 m，未见断层切入其中（图9b）。从遥感影像上观察，该断裂东南段对地貌有一定的控制作用，沿断裂发育线性谷地，但其西北段对地形地貌影响不大，两条北东向的小河在垂直通过断裂时未发生偏移。

图9 老虎山断裂构造剖面图Fig.9 Structural profile of the Laohushan fault

4.2 断裂活动性鉴定

从区域地质构造演化历史来看，燕山运动后，研究区进入大陆边缘活动带发展阶段，地壳整体处于伸展环境，发生多次大幅断块隆升和断块沉陷运动；新构造期以来，地壳转变为整体抬升背景下的差异升降运动。从地震地质调查结果来看，黄兰断裂（F29）、龙团断裂（F30）和老虎山断裂（F31）均发育在石炭系和二叠系老地层中，断裂破碎带规模较小，胶结程度较高，均未切入露头顶部覆盖的晚第四纪坡积砾石层或残积粘土层，说明它们在晚第四纪以来没有活动。鉴于这3 条断裂对地貌均有一定的控制作用，表现为沿断裂局部发育线性谷地；但是它们对现代水系没有控制作用，多条溪流在垂直通过断裂时未发生偏移。结合区域地质构造演化历史，并综合以上各现象，鉴定这3条断裂的活动时代为早第四纪，与目标区发育的断陷盆地形成时代一致，可能是断陷盆地形成过程中发育的伴生断裂。

5 结论

（1）通过遥感解译，地形地貌分析、地质调查综合推断目标区中部发育断陷盆地，近场区F9和F20断裂为盆地控盆断裂，目标区10个地块皆位于盆地内。根据盆地内沉积物特征、F9和F20断裂的活动特征，以及目标区构造背景特征综合推断该断陷盆地的形成时代为早第四纪。目标区及其周边的新构造活动以整体性间歇性升降运动和断块差异性抬升为主，目标区内发育的断陷盆地正是新构造运动的产物。

（2）共有3 条断裂通过目标区，它们的活动时代均为早第四纪。这三条断裂的最新活动时代与目标区断陷盆地形成时代一致，且都位于断陷盆地内部，可能为该断陷盆地形成过程中发育的伴生断裂。

（3）鉴于目标区为基岩裸露区，断层露头清晰，依靠高分辨率遥感影响解译、地形地貌分析和地震地质调查等方法能够对断裂位置和活动性鉴定提供足够的证据，故未开展槽探和断层样品测年工作。本次工作开展的目标区断陷盆地和断裂构造最新活动性和成生关系研究，可供今后其它类似地区开展同类工作提供参考。