镇江市活动断层探测项目主要断层活动性研究1

张 鹏 刘嘉彬 丁页岭 范小平 汪 勇 孟 科

1）南京工业大学，交通运输工程学院, 南京210009

2）江苏省地震局, 南京210014

引言

城市活动断层探测及其活动性评价是城市建设和防震减灾重要的基础性工作（邓起东等，2007）。近年来，江苏省各主要城市先后开展了城市活动断层探测工作（侯康明等，2012；张鹏等，2014，2019；许汉刚等，2016），查明了各城市主要断层的展布位置、活动性，评估了地震危险性。镇江市相关工作于2017 年启动，于2021 年全部完成并通过验收。对镇江市主要可能的发震断层开展活动性探测及地震危险性评价工作，对于减轻因城市直下型破坏性地震或远场破坏性大地震造成的灾害损失具有重大意义。《镇江市活动断层探测与地震危险性评价》项目（简称镇江市活动断层探测项目）的目标区以镇江市为中心，兼顾其未来城市重点规划区的需求，范围为北纬32°00′～32°18′，东经119°12′～119°48′，南北向长约33 km，东西向长约56 km，面积约1 848 km2。

镇江市活动断层探测项目的目标区及邻区位于下扬子地块，地貌以低山丘陵、岗地和平原为主。宁镇山脉以南为岗地和平原，第四系主要由下蜀组和柏山组组成。宁镇山脉以北为长江冲积平原区，受长江侵蚀作用影响，第四系主要由全新统组成，更新统地层极薄或缺失，仅在东部大路镇一带厚度较大，由上更新统滆湖组、中更新统启东组和下更新统海门组组成。

本区的下蜀组为风成黄土（邵家骥，1999；李徐生等，2018），在宁镇山脉以北较薄，在宁镇山脉以南较厚，最大厚度达50～60 m；柏山组总体较薄或缺失（邵家骥，1999；苗巧银等，2017）。根据相关研究成果，上更新统下蜀组上部由黄褐色～灰黄色粉砂质黏土、黏土、含铁锰质黏土组成，底界埋深21.5 m，光释光（OSL）测年结果为（34.6±2.0）ka 至（119.6±3.1）ka；中更新统下蜀组下部由褐黄色、灰黄色、黄绿色粉砂质黏土，黏土，含铁锰质结核黏土，粉砂组成，底界埋深61.1 m，OSL 测年结果为（120.4±3.0）ka至（337±65）ka。中更新统柏山组由杂色含铁锰质结核角砾层、灰黄色黏土、含钙质结核黏土组成，底界埋深69.1 m，电子自旋共振（ESR）测年结果为（468±48）ka 至（568±117）ka。目前对柏山组沉积时代的研究较少，本次获得的ESR 测年结果表明镇江地区柏山组应归属于中更新统下部。

根据已有资料，对镇江市区威胁较大的主要隐伏断层有4 条，分别为幕府山-焦山断裂、五峰山-西来桥断裂、丹徒-建山断裂、汝山-上会断裂，其在地质地貌上或地球物理探测资料上有明显显示。

本研究对目标区开展遥感解译与地球物理场分析、野外地震地质调查、浅层人工地震勘探、钻孔联合地质剖面探测等相关工作，并对4 条主要断层活动性鉴定成果进行总结与探讨。

1 断层活动性研究方法

根据镇江市地质条件，通过开展目标断层地震地质调查、隐伏断层浅层人工地震勘探及钻孔联合剖面探测确定主要断层活动性。由于目标断层均发育在隐伏区内，因此主要采用浅层人工地震勘探方法进行断层探测。共完成浅层人工地震勘探测线47 条，主要测线位置如图1 所示，测线全长92.5 km。对控制性人工地震勘探得到的目标断层开展了钻孔联合探测工作，共在8 个场地钻探51 个钻孔，钻探总进尺为2 412.6 m，获得OSL、ESR、14C 测年结果共50 件。

图1 镇江市活动断层探测项目主要断层位置示意图Fig.1 Schematic diagram of the main fault location of “Urban active fault exploration project of Zhenjiang city”

2 断层活动性鉴定成果

2.1 幕府山-焦山断裂

幕府山-焦山断裂从幕府山经燕子矶、栖霞山、龙潭延伸至镇江焦山，全长约75 km，总体走向近东西向，断面倾向北，断裂南侧为宁镇山脉，断裂北侧为沿江凹陷及扬州低岗平原。由于幕府山-焦山断裂的长期活动作用，造成了幕府山、栖霞山等复式背斜的北半部发生了大幅度断陷，形成了江北的仪征断陷盆地（江苏省地质矿产局，1989）。据已有野外调查结果，幕府山-焦山断裂最新一次活动已错断了第四纪中更新统残坡积层，但未错断上覆的第四系上更新统沉积层（侯康明等，2012）。

本研究针对幕府山-焦山断裂布设了6 条浅层人工地震勘探测线，查明了该断裂在目标区的展布情况（图1）。浅层人工地震勘探结果表明，幕府山-焦山断裂镇江段走向为北东东，倾向北，倾角50°～60°，基岩面断距为3～7 m，以正断活动为主。在地震剖面上，幕府山-焦山断裂的各断点均以断错基岩面为特征，第四系内部层位断错不明显。测线Mj1 浅层地震剖面如图2 所示，由图2 可知，断点表现为正断性质，倾向北，视倾角60°，基岩面断距约7 m。

图2 幕府山-焦山断裂浅层地震剖面（局部）Fig.2 Part of the seismic exploration profile of Mufushan-Jiaoshan fault

由测线Mj1 得到了桥头村场地钻孔联合地质剖面，如图3 所示。桥头村场地中更新统之上的地层无断错迹象，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3.2 m。根据地层断错特征，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，其最新一次活动时间在（222±22）ka 之后、晚更新世之前。判断在测线Mj1 上，幕府山-焦山断裂总体以正断活动为主。

图3 桥头村场地钻孔联合地质剖面Fig.3 The drilling joint profile in the Qiaotou site of Zhenjiang

此外，由测线Xkmj4k 得到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，难以判断断层最新一次活动时间。

根据桥头村场地断层活动特征，判断幕府山-焦山断裂最新活动时代为中更新世晚期，未发现晚更新世以来活动迹象。

2.2 五峰山-西来桥断裂

五峰山-西来桥断裂走向北西至北北西，位于镇江东部大路镇、姚桥镇一带（图1），长约34 km。五峰山-西来桥断裂在区域上与展布于苏州和常州地区的苏锡常断裂和展布于扬州地区的凤凰河断裂均属于无锡-宿迁断裂的一部分。该断裂西侧出露早白垩世火山岩，东侧分布晚白垩世碎屑岩及第四系沉积，断裂两侧的地貌具有明显差异，苗巧银等（2016）推测其最新活动时代为早-中更新世，宗开红等（2016）根据断裂两侧钻孔对比推测其最新活动时代为更新世晚期。

在五峰山-西来桥断裂西侧的圌山东南侧岩壁上，发育走向为300°、宽约30 m 的断层破碎带，产状近直立。断层破碎带顶部为黄色坡积土覆盖。根据断层发育特征和断层角砾岩的胶结程度，判断该处北西向次级断层活动性较弱，未发现晚第四纪活动迹象。

针对五峰山-西来桥断裂布设了6 条浅层人工地震勘探测线，查明了该断裂在目标区的展布位置（图1）。浅层人工地震勘探结果表明，五峰山-西来桥断裂倾角约为60°，倾向东，断距为5～9 m，以正断层活动为主，未明显断错第四系内部层位。测线Wx1 断点局部地震剖面如图4 所示，由图4 可知，断点为正断性质，倾向东，视倾角60°，基岩面断距约9 m。

图4 五峰山-西来桥断裂浅层地震剖面（局部）Fig.4 Part of the seismic exploration profile of Wufengshan-Xilaiqiao fault

由测线Wx1 得到了大路镇场地钻孔联合地质剖面，如图5 所示。该场地中更新统之上的地层无断错迹象，中更新统底界已被断层断错，位错量为2 m。下更新统底界在断层两侧的位错量为3.2 m。岩芯中发育的断层面特征表明断层最新活动性质为正断层，同时兼具左旋走滑特征。根据地层断错特征，判断五峰山-西来桥断裂的最新活动时代为中更新世。

图5 大路镇场地钻孔联合地质剖面（下部）Fig.5 The drilling joint profile in the Dalu site of Zhenjiang （Lower part）

2.3 丹徒-建山断裂

丹徒-建山断裂走向为北西向，展布于镇江东侧谏壁镇、建山镇、访仙镇一带（图1），长约40 km。该断裂东北侧为震旦系地层，西南侧为白垩系火山碎屑岩及第四系沉积（江苏省地质矿产局，1984）。该断裂在地貌上为一条明显的分界线，断裂东北侧为一系列低山，西南侧为低岗平原区。

对该断裂沿线进行了野外考察。在辛丰镇龙山村东南侧废弃采石场见闪长岩体侵入于震旦纪灯影组白云质灰岩中，在岩体西侧与灰岩接触处发育断层破碎带，走向290°，近直立，破碎带宽约1 m。该处断裂为与丹徒-建山断裂走向一致的次级断层，断层破碎带内有厚约30 cm 的红棕色黏土条带，判断为断层破碎带在流水作用下风化形成。在断层破碎带内采集了ESR 测年样品，测试结果为（734±67）ka。断层顶部覆盖约1 m 厚坡积黄土，未被断层影响。

针对丹徒-建山断裂布设了7 条浅层人工地震勘探测线（图1），探测结果表明丹徒-建山断裂走向北西，倾向南西，倾角为50°～55°，为正断层，基岩面断距为2～7 m。地震剖面上丹徒-建山断裂的断点仅断错基岩面，未断错第四系内部层位。测线Dj1 断点局部地震剖面如图6 所示，断层表现为正断性质，倾向南西，视倾角约55°，基岩面断距约7 m。

图6 丹徒-建山断裂浅层地震剖面（局部）Fig.6 Part of the seismic exploration profile of Dantu-Jianshan fault

由测线Dj1 得到了访仙镇场地钻孔联合地质剖面，如图7 所示。该场地中更新统下蜀组下部之上的地层无断错迹象，中更新统柏山组底部被断错；柏山组在断层两侧的底界断错距离为2 m，上断点埋深为55 m左右。断层断错特征和浅层人工地震勘探结果均表明断层活动以南倾的正断层为主。根据地层断错特征，判断本场地丹徒-建山断裂的最新活动时代为早更新世至中更新世早期。

图7 访仙镇场地钻孔联合地质剖面Fig.7 The drilling joint profile in the Fangxian site of Zhenjiang

2.4 汝山-上会断裂

目标区内的汝山-上会断裂推测为茅山断裂带西侧向北延伸的部分。该断裂走向为北东向，西南自句容市上会镇附近向北东方向延伸，经上党、官塘、汝山延伸至长江南汊附近，长约24 km。该断裂均为第四系覆盖，属隐伏断裂，主要根据地球物理资料和钻探资料推测得到。

在汝山-上会断裂布设了6 条浅层人工地震勘探测线，探测结果表明该断裂走向北东、视倾角约为60°，视断距约4 m，总体为东倾的正断层。断裂附近浅部变形强烈，呈现阶梯状发育特征。测线xkmsby1 断点局部地震剖面如图8 所示，由图8 可知，断点为正断性质，倾向东，视倾角约55°，基岩面断距约3 m。

图8 汝山-上会断裂浅层地震剖面（局部）Fig.8 Part of the seismic exploration profile of Dantu-Jianshan fault

由测线xkmsby1 得到了长香东场地钻孔联合地质剖面，如图9 所示。该场地基岩面落差小，上覆第四纪地层也未发现较大的起伏，故认为该场地汝山-上会断裂的活动性较弱，未发现第四纪有明显活动迹象。由测线xkmsby2 得到了纬二路场地钻孔联合地质剖面，该场地断点上方第四系内部层位也未受断层影响，判断本处断层无第四纪以来新活动迹象。

图9 长香东场地钻孔联合地质剖面Fig.9 The drilling joint profile in the Changxiangdong site of Zhenjiang

综合以上证据，判断汝山-上会断裂为前第四纪断裂。

3 讨论与结论

镇江市区主要隐伏断层有4 条，分别为幕府山-焦山断裂、五峰山-西来桥断裂、丹徒-建山断裂、汝山-上会断裂。其中幕府山-焦山断裂规模较大，切割深度相对较大，且影响着北侧凹陷的发育与形成，也是目标区内中强地震的发震构造，如1624 年扬州M6 地震及20 世纪30 年代发生的M5.0、M5.2 地震均与此断裂有关（侯康明等，2012；宗开红等，2016）。

幕府山-焦山断裂作为宁镇隆起与仪征凹陷的分界断裂，最新活动时代为中更新世晚期，其活动性相对较新。该断裂与北西向断裂交界部位具备破坏性地震孕震环境，历史上也曾发生过多次破坏性地震，须高度重视相关区域的震害防御工作。

五峰山-西来桥断裂和丹徒-建山断裂作为无锡-宿迁断裂的一部分，在第四纪以来有过明显活动，对地貌有明显的控制作用，同时具有一定的地震危险性，尤其是其与近东西向、北东向断裂交会部位，为本地区进行震害防御工作应重点关注的可能发震部位。

汝山-上会断裂的活动性较弱，推测为茅山西侧断裂向北延伸部分，对目标区地貌和岩性无控制作用，第四纪以来无活动迹象。

结合野外地质调查、浅层人工地震探测和钻孔联合剖面探测结果，对镇江地区4 条主要断层性质、规模和最新活动时代的判断如表1 所示。判断幕府山-焦山断裂最新活动时代为中更新世晚期，五峰山-西来桥断裂最新活动时代为中更新世，为目标区具备一定发震能力、地震危险性较大的2 条断裂。采用历史地震最大震级加半级的方法，结合构造类比法及震级-频度关系法，判断五峰山-西来桥断裂潜在地震的最大震级为6.0 级，幕府山-焦山断裂潜在地震的最大震级为6.5 级。

表1 目标区主要断裂特征Table 1 List of parameters of faults in the target zone

镇江地区基岩埋深较小，覆盖层内部分层差异小，下更新统基本缺失；下蜀组黄土分层特征不明显，下蜀组内部中、上更新统界限难以分辨。钻孔剖面上的地层落差主要在基岩面，难以判断断层是否进入了上覆第四系中。因此本研究确定的断层最新活动时代存在一定不确定性，如丹徒-建山断裂的活动性判断结果。

致谢 本研究实施过程中得到了中国地震局地球物理勘探中心方盛明研究员，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的悉心指导，得到了江苏省地震局和镇江市地震局相关人员的大力帮助，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！