幕府山-焦山断裂镇江段第四纪活动性

张 鹏 汪 勇 范小平 许 奎 刘嘉彬

(南京工业大学， 交通运输工程学院， 南京 210009)

0 引言

幕府山-焦山断裂是展布于南京、 镇江地区的一条重要的近EW向断裂。宁镇地区曾经发生过多次破坏性地震， 这些地震多发生在NW向断裂与近EW向幕府山-焦山断裂的交会部位(图 1)。幕府山-焦山断裂可能为造成较大影响的1624年扬州6级地震的发震构造。近年来， 在江苏地区发现的一些近EW向断裂活动时代较新， 如苏北地区的栟茶河断裂为晚更新世活动断裂(顾勤平等， 2017)。目前， 南京、 镇江地区一系列跨越断裂的过江通道正在进行规划和建设， 幕府山-焦山断裂是否为活动断裂、 是否具备较大的地震危险性， 也成为本区的关注焦点。对幕府山-焦山断裂的活动性质、 特性、 最新活动时代进行研究， 对于南京市、 镇江市的防震减灾工作具有重大意义。前人针对其开展的研究主要集中在南京一带的幕府山—栖霞山段， 并判断其最新活动时代为中更新世晚期(侯康明等， 2007, 2012； 严从容， 2009； 宗开红等， 2016)； 对该断裂镇江段尚未有系统研究， 其最新活动时代也尚不明确。我们结合“镇江市活动断层探测与地震危险性评价”项目对幕府山-焦山断裂的镇江段开展了一系列浅层地震勘探工作， 并在此基础上选择代表性场点开展钻孔联合剖面探测， 研究了幕府山-焦山断裂的第四纪活动特征。

图 1 宁镇地区地震地质背景简图Fig. 1 Schematic map of geological background of Nanjing-Zhenjiang area.1 施官集断裂； 2 滁河断裂； 3 江浦-六合断裂； 4 方山-小丹阳断裂； 5 南京-湖熟断裂； 6 幕府山-焦山断裂； 7 茅山断裂带； 8 凤凰河断裂； 9 丹徒-建山断裂； 10 五峰山-西来桥断裂； 11 苏锡常断裂； 12 泰州断裂

1 区域地质背景

幕府山-焦山断裂从南京幕府山经燕子矶、 栖霞山、 龙潭延伸至镇江焦山， 全长约75km， 总体走向近EW向， 断面倾向N， 断裂南侧为宁镇山脉， 北侧为沿江坳陷及扬州低岗平原。由于幕府山-焦山断裂的长期活动作用， 使幕府山、 栖霞山等复式背斜的北半部发生大幅度断陷， 形成了江北的仪征凹陷(为沿江坳陷的一部分)和江南的宁镇断块隆起， 二者沿断裂发生了显著的断块差异升降运动。仪征凹陷内沉积了巨厚的上白垩统以及较厚的古近系、 新近系， 表明幕府山-焦山断裂是一条长期活动的正断层。布格重力异常图显示其为EW向负异常带， 异常中心与凹陷中心一致。据地层的分布情况来看， 该凹陷的沉降幅度西段大、 东段小。长江在该段的分布位置与断裂走向相吻合， 故该断裂也被称为沿江断裂。该断裂在句容下蜀镇附近被NNW向的宝华山-东培山断裂分割成西段和东段， 即幕府山—栖霞山段和镇江段(图 1)。

幕府山-焦山断裂在南京地区的西段展布于山体北侧和长江河谷一带， 在幕府山、 乌龙山一带都形成了与断层走向一致的陡崖； 在栖霞山北缘见断层出露， N倾， 其上盘形成宽度较大的断层破碎带， 最新活动已错断了第四纪中更新统残坡积层， 但没有错断上覆的第四系上更新统沉积层(侯康明等， 2012)。幕府山-焦山断裂镇江段则隐伏于长江河漫滩之下， 在遥感影像上并不明显， 仅在金山北侧形成局部的陡崖。

图 2 镇江地区的主要断裂和浅层地震测线位置示意图Fig. 2 Schematic map of NW-trending faults and location of shallow seismic survey lines in Zhenjiang area.F1五峰山-西来桥断裂； F2丹徒-建山断裂； F3幕府山-焦山断裂； F4汝山-上会断裂

在重力小波1阶细节图上(图3a)， 断裂南侧表现为近EW向宽缓的大面积高重力异常， 代表宁镇隆起， 宁镇隆起含有大量燕山期侵入岩和火山岩系； 断裂的北侧表现为长轴方向近EW的低重力圈闭， 代表仪征凹陷， 因此断裂两侧的重力异常有很大区别。重力梯度带的位置与遥感影像线性特征的位置相吻合。

该断层在航磁异常1阶细节图中(图3b)沿条带状航磁异常分界线分布， 北侧的高异常线性条带为仪佂凹陷， 中间由于受宁镇隆起正磁场伴生负磁场叠加的影响表现为低异常条带； 南侧受宁镇隆起影响表现为高异常条带。重、 磁异常特征表明该断裂切割深度较大， 是一条深大断裂。

图 3 a 幕府山-焦山断裂重力1阶细节图； b 航磁1阶细节图Fig. 3 The first order-wavelet transform detail map of the Bouguer gravity anomalies(a) and aeromagnetic anomalies(b) of Mufushan-Jiaoshan Fault.

2 幕府山-焦山断裂镇江段的浅层地震勘探

针对镇江地区覆盖层较薄的特点， 在充分搜集前人资料的基础上开展了浅层地震勘探(横波反射方法)， 针对幕府山-焦山断裂共布置了6条测线， 测线位置见图 2。

通过浅层地震勘探获得的幕府山-焦山断裂的典型断点简要介绍如下：

fMj1断点： 位于Mj1测线上， 由断点局部叠加剖面(图4a)可以看出， 基岩反射波组(T1)在815CDP处明显不连续， 判断为fMj1断点。断层表现为正断性质， 倾向N， 视倾角约60°， 断距约7m。

fMj2断点： 位于Mj2测线上， 由断点局部叠加剖面(图4b)可以看出， 基岩反射波组(T1)在898CDP处明显不连续， 判断为fMj2断点。断层表现为正断性质， 倾向N， 视倾角约60°， 视断距约5m。

fXkmj4断点： 位于Xkmj4测线上， 由断点局部叠加剖面(图4c)可以看出， 基岩反射波组(T1)在断点处明显不连续， 判断为fXkmj4断点。断层表现为正断性质， 倾向N， 视倾角约60°， 视断距约7m。

fXkmj5断点： 位于Xkmj5测线上， 由断点局部叠加剖面(图4d)可以看出， 基岩反射波组(T1)在断点处明显不连续， 判断为fXkmj5断点。断层表现为正断性质， 倾向N， 视倾角约60°， 视断距约4m。

浅层地震(反射)测线上的断点特征见表1。浅层地震勘探成果表明： 幕府山-焦山断裂镇江段的走向为NEE， 倾向N， 倾角约为50°～60°， 断距为3～7m， 以正断活动为主。在地震剖面上， 幕府山-焦山断裂的各个断点均以断错基岩面为特征， 第四系内部层位断错不明显。

图 4 幕府山-焦山断裂的浅层地震剖面Fig. 4 The shallow seismic sounding profile of Mufushan-Jiaoshan Fault.a fMj1断点局部叠加剖面及地质解释图； b fMj2断点局部叠加剖面及地质解释图； c fXkmj4断点局部叠加剖面及地质解释图； d fXkmj5断点局部叠加剖面及地质解释图

表 1 幕府山-焦山断裂浅层地震勘探工作的断点特征简表Table1 Characteristics of breakpoints in shallow seismic exploration of the Wufengshan-Xilaiqiao Fault

3 幕府山-焦山断裂镇江段的钻孔联合剖面探测

为查明幕府山-焦山断裂镇江段的第四纪活动性， 在浅层地震勘探的基础上， 选择断点特征最明显的场点， 分别在句容市下蜀镇桥头村和镇江市京口区各布设了1条钻孔联合剖面。

3.1 桥头村场地的钻孔联合剖面

(1)全新统(Qh)

顶部为一层杂填土， 主体为灰黑色粉砂质黏土， 发育黏土与薄砂层互层的“千层饼”结构。10个钻孔的底界埋深为7.1～11.9m， 自南向北增厚。

(4)下白垩统(K1γ)

下白垩统由灰黄色全风化—强风化花岗岩、 灰白色中风化花岗岩组成， 与上覆下蜀组下部为不整合接触。两侧QM1孔和QT2孔的间距为173m， 基岩面落差为10.9m， 基岩面埋深由南向北逐渐加深； QM4孔与QM3孔的间距为8m， 基岩面落差为3.2m， 基岩面断错明显。判断断层从QM3孔附近通过。

3.2 金山场地的钻孔联合剖面

图 6 金山场地的钻孔对比与构造综合解释图Fig. 6 The drilling joint profiling and integrated tectonic interpretation of the Jinshan site in Zhenjiang.

(1)如东组(Qhr)

(3)下白垩统(K1γ)

下白垩统由黄褐色花岗岩组成， 与上覆下蜀组下部呈不整合接触。基岩面埋深总体由南向北逐渐加深， 基岩面最大落差在JS7孔和JS2孔之间， 落差为14.5m； 其中JS6孔与JS3孔的间距为14m， 落差最为明显， 为4.1m。由此判断， 主断层的位置在JS6孔与JS3孔之间， 如图 6 所示。

本场地断层总体以正断活动为主， 断层正断活动与长江侵蚀的共同作用造成了JS7孔和JS2孔之间14.5m的基岩落差。主断层位于JS6孔与JS3孔之间， 断点上方的全新统未受断层影响， 表明其最新活动时间在全新世之前。但该场地更新统基本缺失， 难以判断断层最新活动的时间。

4 幕府山-焦山断裂第四纪活动特征的探讨

宁镇地区所在的下扬子地块自印支运动以来断裂构造十分发育， 主要有NE向、 NW向和近EW向3组。其中EW向区域性断裂多为不同级别的隆坳边界断裂， 主要活动于燕山晚期—喜马拉雅早期， 并控制白垩系上统及古近系沉积， 断裂性质多为正断层， 为区域拉伸的产物。NW向断裂主要表现为平移性质， 早期以右行走滑为主； 后期则转变为左行走滑， 兼具正断性质(张鹏等， 2019)。NE向断裂主要活动于燕山晚期及喜马拉雅早期， 主要表现为先压后张， 部分断裂在古近纪乃至新近纪仍有继承性活动(江苏省地质矿产局， 1989)。其中近EW向断裂和NW向断裂对近代地震活动， 水系、 地貌以及近期的垂直形变等均起着显著的控制作用(方大卫等， 1992)。近EW向的幕府山-焦山断裂与NW向的南京-湖熟断裂及无锡-宿迁断裂交会位置附近曾发生过多次破坏性地震， 1624年扬州6级地震的发生可能与幕府山-焦山断裂有密切关系(图 1)。

浅层地震探测成果表明， 幕府山-焦山断裂镇江段的走向为NEE， 倾向N， 倾角约为50°～60°， 断距为3～7m， 以正断活动为主。在地震剖面上， 幕府山-焦山断裂的各个断点都均以断错基岩面为特征， 第四系内部层位断错不明显。

在Mj1测线上实施了桥头村场地钻孔联合地质剖面。桥头村场地中更新统之上的地层没有被断错的迹象， 中更新统下蜀组下部已被断层断错， 中更新统底界在断层两侧的位错量为3.2m。根据地层断错特征和测年结果判断， 本场地幕府山-焦山断裂的最新活动时代为中更新世晚期， 晚更新世以来无活动迹象。

在Xkmj4k测线上实施了金山场地钻孔联合地质剖面。金山场地断层以正断活动为主， 明显断错了基岩面， 断点上方的全新统未受断层影响， 表明其最新活动时间在全新世之前。但该场地更新统基本缺失， 难以判断断层最新活动的时间。

结合桥头场地和金山场地的断层活动特征分析， 幕府山-焦山断裂镇江段的最新活动时代为中更新世晚期， 未发现该断裂自晚更新世以来的活动迹象。这一结果与该断裂幕府山—栖霞段的活动性研究成果一致， 也验证了前人成果的可靠性。幕府山-焦山断裂作为宁镇隆起与仪征凹陷的分界断裂， 其活动性相对较新， 是宁镇地区一条地震危险性较强的主要断裂。尤其该断裂与NW向断裂交界部位， 具备破坏性地震的孕震环境， 历史上也曾发生过多次破坏性地震， 必须高度重视相关区域的震害防御相关工作。

幕府山-焦山断裂镇江段展布区域受长江侵蚀作用影响， 第四系以全新统为主， 下更新统缺失， 中更新统缺失或较薄， 因此钻探查明的地层落差主要发育在基岩及第四系底部， 造成了识别断层最新断错层位的不确定性， 也难以识别精确的断层断错量。在这种条件下如何更有效地开展断层活动性鉴定工作， 尚有待进一步研究。

5 结论

(1)浅层地震勘探成果表明： 幕府山-焦山断裂镇江段的走向为NEE， 倾向N， 倾角约为50°～60°， 断距约为3～7m， 以正断活动为主。在地震剖面上， 幕府山-焦山断裂的各个断点均以断错基岩面为特征， 第四系内部层位断错不明显。

致谢本工作实施过程中得到了中国地震局地质研究所冉勇康研究员、 杨晓平研究员、 国家自然灾害防治研究院张世民研究员、 中国地震局地球物理勘探中心方盛明研究员的悉心指导， 得到了江苏省地震局和镇江市地震局相关领导的大力帮助， 并得到了江苏省岩土工程勘察院的协助； OSL样品年龄由山东省地震局光释光实验室测定， ESR样品年龄由北京光释光实验室有限公司测定。在此一并表示感谢！