郯庐断裂带五河段几何展布和结构特征

李鹏飞，疏 鹏，路 硕，杨源源，方良好

（安徽省地震局，安徽 合肥 230031）

郯庐断裂带是中国东部一条规模巨大的NNE走向的活动断裂带，自1957年航磁大调查中被发现以来，已有50余年的研究历史。郯庐断裂带在长期的发展演化过程中，在空间上表现为分段差异活动，在时间上则具多期活动的特点（徐嘉炜等，1992；朱光等，2005）。随着研究的深入，不同学者对郯庐断裂带分布在山东及苏北境内的中段，即昌邑—大店断裂、白芬子—浮来山断裂、沂水—汤头断裂、鄌郚—葛沟断裂和安丘—莒县断裂等5条近平行的断裂系开展了丰富的研究工作，并且认为安丘—莒县断裂可能止于淮河附近（晁洪太等，1994；李家灵等，1994；王志才等，2005；曹筠等，2017；杨源源等，2017），淮河为郯庐断裂带活动性的分界点。本文针对郯庐断裂带在淮河附近五河地区的断裂几何结构及活动特征进行研究，通过高精度卫星影像解译、野外地质地貌调查等方法获得隐伏断裂的几何展布、活动性质、活动特征等重要的活动构造学定量参数，以期为更系统全面地讨论郯庐断裂带的破裂分段提供参考，同时为区域地震危险性评价和城市规划提供重要的科学依据。

1 研究区地震地质背景

五河地区位于蚌埠隆起北缘，处于郯庐断裂带中段与南段交汇部位，断裂构造发育；研究区地处丘陵地貌与平原地貌交界地带，总体地势略呈南北高中间低的趋势，大体以淮河为界，以南为波状起伏的丘岗，以北为地势平坦的平原；地层划分上属阜阳地层分区和两淮地层分区交界处，地表大部分为第四系所覆盖，主要为全新统和上更新统出露，中更新统零星出露。研究区内发育多条断裂，除北东向郯庐断裂带外，还发育有近东西向与北东向断裂等，且中小地震活动较为频繁。1970年以前，研究区内记载多次4级以上历史地震，最大一次为1829年11月五河地震，发生在郯庐断裂带与近东西向的太和—五河断裂交汇部位；1970年以来，中小地震主要分布在郯庐断裂带沿线附近，最大地震是1979年3月4日五河西M4.0地震（见图1）。

图1 区域地震构造图

2 五河段构造特征分析

郯庐断裂带是中国东部一条巨型断裂带，总体上呈北北东走向，绵延2 400多千米，中生代以来经历过长期复杂的演化，该断裂带在五河地区主要由4条主干断层组成（见图2）。

2.1 乌云山—合肥断裂（F1）

该断裂为郯庐西界断裂，其定远以北段在宏观地貌上有显示，构成山体与西侧平原的分界；定远以南断裂基本隐伏于合肥盆地之下，经地层分析和年代测试工作可知，合肥盆地隐伏区乌云山—合肥断裂的最新活动时代在中更新世晚期（郑颖平等，2020）；推测在五河县附近从城区东侧通过，断裂通过处河流改道拐弯明显，淮河以北为平原，淮河以南为缓丘地貌。通过地质地貌调查发现，在花园湖东多处见连续的残存低丘（见图3），多由古近系或白垩系基岩构成，在残丘边缘见有基岩破碎带，宽度数米至数十米不等，基岩断面见有近水平擦痕，推测可能为F1断裂通过处。由于该断裂在研究区内处于隐伏状态，为探明该断裂的几何结构与最新活动时代，利用GEODE分布式地震仪针对该断裂布设2条浅层地震勘探测线N1、N2（见图2）。N1测线剖面长度为1 520 m，偏移距为80 m，道间距为2 m；N2测线剖面长度为1 320 m，偏移距72 m，道间距为2 m。

图4为N1测线深度剖面及地质解译图，上部在100 m、140 m和160 m左右深度出现三组连续性较好的同相轴，下部在220 m、320 m和340 m左右深度出现三组连续性较差的同相轴，反射波组在599～974 m段同相轴发生错断、汇合，且同相轴深度变深，形成为断块区域。根据以上界面变化特征，推断该条剖面600 m处存在一条南东东倾向的正断层，上断点深度约100 m，断距约10 m，倾角约50°，可能已经影响到T1底界面。根据区域资料，T1界面可能为第四纪底界面。T3界面可能为基岩顶界面。根据T1界面仅仅受到微弱的变形扰动，我们推测可能反映了断裂第四纪早期活动，晚期不活动，或活动微弱。

图4 N1测线浅层地震深度剖面及地质解译

图5为N2测线深度剖面及地质解译图，在120 m、140 m和160 m左右深度出现三组连续性较好的同相轴，反射波组同相轴在335 m段同相轴发生错断。根据以上界面变化特征，推断该条剖面由NE至SW 方向，335 m处存在断层F4：上断点深度约110 m，断距约12 m，倾角约40°；断层性质为正断型，断层明显断错T1界面。T1界面为第四系底界面，T3界面为白垩系基岩顶界面。T3界面以下的杂乱反射为白垩系基岩内部反射。

图5 N2测线浅层地震深度剖面及地质解译

钻孔资料显示，研究区第四系厚度多在70 m以上，第四系顶部为素填土，中部为上更新统中砂-粉细砂，底部为中更新统粉细砂-粘土层，下伏地层为中新统砂砾岩；结合钻孔等资料，推测N1和N2物探剖面上第一个强反射层T1对应松散砂粘土（QP2）与砂砾岩（N2）之间的反射界面，在两条物探剖面上，T1界面均不同程度受到断层活动的影响，尤其是N2测线，断层断错T1界面明显，并影响到其上的Qp2底部，因此推测该断裂为早中更新世断裂。

2.2 桑涧子—广寒桥断裂（F2）

桑涧子—广寒桥断裂又称朱顶—石门山断裂，定远以北段宏观地貌特征显著，断裂位于大巩山地垒与东侧明光盆地之间，盆山间线性色调分异十分明显，特别在明光石门山一带，山体东缘呈笔直延伸，在定远以南断裂基本隐伏于合肥盆地之下。通过地质地貌调查发现，在五河县乔子健水库附近，均能见到连续的缓丘地貌或断层槽谷（图6A，B，C），推测断裂从乔子健水库穿过，在乔子健水库南的人工采石坑，见基岩断层出露，发育有清晰的断层擦痕（图6D，E，F）。沿断裂往南40 km，在白山凌水库周郭村附近开挖的探槽，显示上白垩统砂岩与元古代片麻岩呈断层接触，断层上覆中晚更新统粘土未受断层影响，判断断裂为早中更新世断裂。

图6 桑涧子—广寒桥断裂断错地貌特征

2.3 池河—西山驿断裂（F3）

池河—西山驿断裂又称池河—太湖断裂，该断裂是郯庐断裂带最重要的分支断裂，在安徽境内延伸较好，遥感影像特征最为明显。研究区内断裂以淮河为界，分为淮河以南段和淮河以北段。施炜等（2003）研究认为，由于一些NW 向构造的分割、控制和调整，郯庐断裂南北分段差异性极为明显，使其在地震活动强度和地震破裂特征上显示出明显的分段性。淮河以北段由苏皖交界的宿迁、重岗山、孙牌坊、大红山和小红山，直至淮河，地貌形态反映比较明显。在各地的剖面上都存在王氏组紫红色砂页岩逆冲到晚更新世黄土之上这一特征，挤压破碎带宽度从几米到50多米，带内发育挤压扁豆体、断层泥。

李起彤（1994）针对该断裂北段做了大量研究工作，通过在桥北镇西侧和重岗山西侧开挖的探槽，发现断裂错断了全新世地层，认为该断裂苏皖交界附近全新世至少有过一次活动；通过在重岗山和嶂山一带的探槽开挖，认为最新活动时代为全新世初期（沈小七等，2015；杨源源等，2016）；通过在浮山一带的探槽开挖表明该断裂最新活动时代为全新世早期（赵朋等，2017）。断裂南段在淮河—女山湖之间的紫阳山—独龙山—陡山一线存在南北向展布的线状岗地或隆起，岗地边缘断裂与池河—太湖断裂在女山湖以北的延伸迹线较为吻合。明光紫阳乡紫阳山采石场出露多条基岩断层，断层发育于流纹岩与白垩纪砂岩之间，以及红砂岩内。其中流纹岩与砂岩之间发育的断层规模较大，断层宽约0.6 m，断层带内为挤压破碎物质，发育丰富的挤压片理、扁豆体、角砾等断层物质，但未见新鲜的滑动面，为郯庐带早期活动的产物。砂岩内发育的断层平直，断面较窄，发育少量泥状断层物质，较硬，断层顶部为砾石坡积层（Q3）覆盖。该处未见断层晚第四纪活动的痕迹（见图7）。因此，综合判断池河—西山驿断裂在淮河以北为晚更新世活动，在淮河以南为早中更新世活动。

图7 紫阳二郎村西断层照片及剖面素描图

2.4 藕塘—清水涧断裂（F4）

藕塘—清水涧断裂又称嘉山（明光）—庐江断裂，为郯庐东界断裂，是华北板块与苏鲁造山带交界断裂，走向北北东，在卫星图片上有清晰的显示。在女山湖南北均呈隐伏态，无地貌显示，以南则由明南大横山经仁和集、藕塘镇至界牌集东，总体线性特征较差，断裂多从变质岩区内部或边缘通过，新活动性不明显。在研究区以南的古城集东北的人工剥离剖面（见图8）上，见该段断裂的5条断层（f1、f2、f3、f4、f5）切割白垩纪棕色砂岩，f1、f2走向北东，倾向北西，断层性质为正断型，两条断面之间为尚有原岩结构的粗碎裂岩，宽约4 m，f1断面上近水平擦痕发育，北东向侧伏，倾伏角8°。f3、f4和f5走向为北西或北北西，倾向为南西，f3和f5为正断层，f4为逆断层，f4和f5之间也为尚有原岩结构的粗碎裂岩，宽约5 m。剖面中f1、f2、f3和f5上部都有一层坡洪积砾石层堆积，估计其堆积时代为晚更新世，其中f2和f5上部砾石层的厚度变大。实地观察，断层没有影响该套砾石层。断裂带内中生代碎屑岩沉积厚度达到数千米，而断裂东侧则缺失大部分古、中生代地层，据以往研究资料，针对该断裂实施的跨该断裂钻孔联合剖面探测结果表明，该断裂没有明显断错晚第四纪地层。综合分析认为，藕塘—清水涧断裂属于第四纪早中更新世断裂。

图8 古城集东北断层剥离剖面素描图

3 结论

本文对郯庐断裂带在淮河附近五河地区的断裂几何结构及活动特征进行了初步研究，通过高分辨率卫星影像解译、野外地质地貌调查、浅震探测等手段，对郯庐断裂带五河段取得如下认识：（1）郯庐断裂带五河段由4条近于平行的北东向断裂构成。（2）池河—西山驿断裂构造地貌线性特征明显，以淮河为界，分为活动差异明显的南北两段，淮河以北段最新活动时代为晚更新世，活动性较强。（3）结合地貌和地质调查等资料，乌云山—合肥断裂、桑涧子—广寒桥断裂和藕塘—清水涧断裂均发育在基岩山体内，未见断错第四系剖面，推测这3条断裂最新活动时代为早中更新世。

致谢：审稿人对本文提出了诸多修改意见，令作者受益匪浅，在此表示感谢。