安徽北部渦河斷裂第四紀(jì)活動(dòng)特征及地震危險(xiǎn)性初步研究

方良好，童遠(yuǎn)林，趙朋，王立會(huì)，黎哲君

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

安徽北部渦河斷裂第四紀(jì)活動(dòng)特征及地震危險(xiǎn)性初步研究

方良好，童遠(yuǎn)林，趙朋，王立會(huì)，黎哲君

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

渦河斷裂整體走向310°左右，全長(zhǎng)約190 km，斷裂在衛(wèi)星影像圖和區(qū)域重、磁異常圖上均有明顯顯示，是安徽北部一條重要的第四紀(jì)活動(dòng)斷裂。本文通過采用高精度重力測(cè)量法和激發(fā)極化電測(cè)深法，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行物探勘測(cè)工作，確定了斷裂的大致位置及產(chǎn)出狀態(tài)，認(rèn)為渦河斷裂埋深150 m左右，斷層寬度約為150～200 m，傾角近直立，具正斷層性質(zhì)。結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查情況及前人資料，綜合分析認(rèn)為渦河斷裂第四紀(jì)以來具有較強(qiáng)的活動(dòng)性，是一條影響范圍較廣、規(guī)模較大的斷裂。通過分析渦河斷裂與近EW向橫向構(gòu)造的關(guān)系，將斷裂分成北、中、南三段；結(jié)合地震空區(qū)理論分析認(rèn)為南段未來發(fā)生M s5級(jí)以上地震的危險(xiǎn)性最大，其最大震級(jí)在5.5級(jí)與6級(jí)之間。

渦河斷裂；第四紀(jì)活動(dòng)特征；斷裂分段；地震危險(xiǎn)性；最大震級(jí)

0 引言

安徽省北部歷史上曾發(fā)生多次中強(qiáng)以上地震，如1481年渦陽 M s6級(jí)地震和1525年亳州M s51/2級(jí)地震，對(duì)這兩次地震前人已做過許多研究工作，認(rèn)為渦河斷裂的最新活動(dòng)與這兩次地震有關(guān)[1-3]。由于渦河斷裂為隱伏斷裂，上覆蓋層較厚，前人在研究該斷裂時(shí)多從區(qū)域重磁、遙感及歷史文獻(xiàn)資料等方面入手，而在斷裂較準(zhǔn)確的位置、產(chǎn)出狀態(tài)、埋深、規(guī)模及地震活動(dòng)性等方面的研究程度卻較低。依托安徽省地震科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目，我們對(duì)該斷裂展開了地震地質(zhì)、地震活動(dòng)性、重力及電法剖面探測(cè)等工作，對(duì)斷裂最新活動(dòng)特征及未來地震危險(xiǎn)性進(jìn)行初步分析。

1 斷裂概況

渦河斷裂地處安徽省北部，位于華北斷塊區(qū)內(nèi)，所處新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分區(qū)為江淮斷陷盆地區(qū)。根據(jù)衛(wèi)星影像解譯結(jié)果，渦河斷裂北西起自亳州市古井鎮(zhèn)，經(jīng)亳州、渦陽、蒙城，向南東延至懷遠(yuǎn)縣荊山附近，整體走向310°左右，全長(zhǎng)約190 km，該斷裂控制了渦河的發(fā)育，在衛(wèi)星影像上整體線性特征較明顯(圖1)。渦河斷裂斷裂在重、磁物探圖上有明顯的顯示，表現(xiàn)為重力、航磁梯度帶或拐折部位[4]。通過對(duì)1∶50萬和1∶20萬地質(zhì)圖分析，渦河斷裂斷錯(cuò)第三系及更老地層構(gòu)成的褶皺及盆地，切割深度較大，成型于中生代末，第四紀(jì)早期曾有過強(qiáng)烈活動(dòng)[1]；通過對(duì)歷史地震資料的分析，認(rèn)為東漢以來該斷裂可能有過2～3次較強(qiáng)烈的活動(dòng)[1-2]。

2 斷裂探測(cè)

渦河斷裂在衛(wèi)星影像圖和區(qū)域重、磁異常圖上均有明顯的顯示，但該斷裂為隱伏斷裂，上覆蓋層較厚，為了查明渦河斷裂的較準(zhǔn)確位置及規(guī)模，我們采用高精度重力測(cè)量法和激發(fā)激化電測(cè)深法，利用綜合物探勘測(cè)方法對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行物探勘測(cè)工作。

2.1 重力剖面

重力剖面位于蒙城縣城西北約13 km處，呈北東向展布，向北跨越渦河(位置見圖1)。剖面總長(zhǎng)約4.5 km，總計(jì)有流動(dòng)重力測(cè)點(diǎn)57個(gè)。測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，測(cè)點(diǎn)高程變化不超過3 m。通常情況下，1 m高程差大約能造成重力值0.3×10－5m·s－2的差異。由于手持GPS的測(cè)量精度不足以分辨10m以內(nèi)微小的地形高程變化，因而將所有測(cè)點(diǎn)看作在同一個(gè)平面上，未對(duì)重力值進(jìn)行高程校正。另外，因測(cè)區(qū)附近沒有絕對(duì)重力點(diǎn)可供聯(lián)測(cè)，因而所給出的重力值和重力異常值(自由空氣異常)均為相對(duì)值。

圖1 渦河斷裂影像圖Fig.1 Imagemap of Guohe Fault

以各測(cè)點(diǎn)沿剖面方向至第一個(gè)測(cè)點(diǎn)(西南端測(cè)點(diǎn))的距離為橫坐標(biāo)軸，測(cè)點(diǎn)平差重力值和重力異常值為縱坐標(biāo)軸，繪制剖面重力值和重力異常值變化曲線圖(圖2)。

剖面相對(duì)重力值變化特征:剖面重力值總體變化趨勢(shì)為自西南向東北逐漸增大，總變化量接近4.8×10－5m·s－2。重力隨距離變化的具體特征為:從0至2500m重力值以穩(wěn)定的速率(1.2× 10－5m·s－2/km)均勻增加，其中在2100 m處重力值輕微下降；2500 m至3400 m重力增加速率緩慢(0.17×10－5m·s－2/km)，隨后又恢復(fù)較快的增長(zhǎng)速率(1.8×10－5m·s－2/km)。

圖2 剖面重力值和重力異常值(相對(duì)值)變化曲線圖Fig.2 The change curves of the gravity values and the gravity anomaly value(relative)

剖面重力異常(相對(duì)值)變化特征:重力異常變化特征和重力值變化特征基本相同，經(jīng)過緯度

校正后，重力異?？傋兓繛?.8×10－5m·s－2。從重力異常變化特征來看，剖面自西南向東北存在背景性的重力異常增加，推測(cè)是由于較深部(數(shù)公里以下)物質(zhì)密度增加所引起，對(duì)該背景性重力異常變化進(jìn)行扣除后得到的重力異常變化(圖2)可以認(rèn)為是淺表物質(zhì)密度變化所導(dǎo)致的。從圖2可以看出，在距離大約2500 m至3500 m之間存在一個(gè)較明顯的臺(tái)階重力異常變化，幅度達(dá)到 1.0×10－5m·s－2，除此之外，在距離約2100～2400 m附近有一個(gè)局部重力異常輕微下降區(qū)域，幅度約為0.2×10－5m·s－2，考慮到附近測(cè)點(diǎn)所在位置為平整的水泥路面，幾乎沒有高程差異，再結(jié)合重力異常變化的波長(zhǎng)，推測(cè)該局部重力異常變化可能是地下500 m深度范圍之內(nèi)密度異常的反映，這種密度差異可能為渦河斷裂垂直運(yùn)動(dòng)形成的。

2.2 電法剖面

結(jié)合高精度重力剖面測(cè)量情況，在重力異常范圍內(nèi)布置一條激電測(cè)深測(cè)線，最大點(diǎn)距為200 m，最小50 m。測(cè)線點(diǎn)共15個(gè)，補(bǔ)充點(diǎn)1個(gè)，測(cè)線總長(zhǎng)1.6 km(位置見圖1)。

采用視電阻率R0、視極化率M1、根據(jù)電測(cè)深的電性差異和極化率差異的關(guān)系及干擾因素的影響[5-6]，得出渦河斷裂激電測(cè)深剖面電阻率圖(圖3)和渦河斷裂激電測(cè)深極化率圖(圖4)。以各測(cè)點(diǎn)沿剖面方向至第一個(gè)測(cè)點(diǎn)(西南端測(cè)點(diǎn))的距離為橫坐標(biāo)軸，以地表以下深度為縱坐標(biāo)軸。兩張圖中的分別表示:電阻率R0，單位為Ω·m；視極化率M1，單位為%。

圖3 激電測(cè)深剖面視電阻率圖Fig.3 Apparent resistivity of IP sounding profile

圖4 激電測(cè)深剖面視極化率圖Fig.4 Apparent polarizability of IP sounding profile

從激電測(cè)深剖面視電阻率圖來看，推測(cè)斷層位置的電阻率值范圍在35～55Ω·m之間，在里程樁號(hào)600 m左右，剖面下部視電阻率等值線有明顯扭曲，呈劇烈抬升狀，推測(cè)渦河斷裂分布在里程樁號(hào)600 m左右，具正斷層性質(zhì)。

從激電測(cè)深剖面視極化率圖來看，斷層所引起的高含水、高極化的極化率值范圍在2.0% ～3.0%之間。在里程樁號(hào)500～700 m左右，深度約150 m以下存在一處高激化率區(qū)域，推測(cè)渦河斷裂分布在里程樁號(hào)500～700 m(重力測(cè)量里程樁號(hào)2100～2400 m)左右，斷層的傾角較陡，近直立。該位置與視電阻率成果推測(cè)的位置較為吻合，同時(shí)也與重力測(cè)量的異常位置(位于重力測(cè)量里程樁號(hào)2100～2400 m)大致吻合。

通過本次綜合物探勘測(cè)成果來看，渦河斷裂埋深150 m左右，斷層寬度約為150～200 m，傾角較陡，近直立，具正斷性質(zhì)。

3 斷裂第四紀(jì)活動(dòng)特征及規(guī)模

根據(jù)《新建鐵路禹州至亳州至宿州鐵路可行性研究》報(bào)告，渦河沿線第四紀(jì)地層厚約160～200 m，結(jié)合圖3及圖4可以看出，渦河斷裂控制了斷裂兩側(cè)第四系的沉積厚度，斷裂兩側(cè)垂直落差較大，說明斷裂第四紀(jì)以來曾有過較強(qiáng)烈的活動(dòng)。

陸鏡元等根據(jù)安徽省地礦局第一水文地質(zhì)大隊(duì)及水文總站資料編制了橫切渦河斷裂的構(gòu)造剖面圖(圖5)，從圖中可以看出渦河斷裂控制了兩側(cè)第四系的沉積厚度，斷裂西側(cè)第四系的厚度大于東側(cè)的厚度；斷裂兩側(cè)晚更新世地層有較大的垂直位移，反映了斷裂第四紀(jì)以來具有較強(qiáng)的活動(dòng)性[1]。

圖5 渦河斷裂構(gòu)造剖面圖(據(jù)陸鏡元等，1994)Fig.5 Tectonic section m ap of Guohe Fault

渦河斷裂全線均呈隱伏狀態(tài)，第四紀(jì)覆蓋層較厚，渦河兩側(cè)有少量基巖山零星分布，為了查明斷裂的影響范圍及可能的次級(jí)平行斷裂發(fā)育情況，我們對(duì)斷裂兩側(cè)有基巖出露的地方開展了地質(zhì)調(diào)查工作。

在蒙城縣西北狼山(圖1 A點(diǎn))，一采石坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷層剖面，該斷裂發(fā)育于震旦紀(jì)泥質(zhì)灰?guī)r內(nèi)，破碎帶寬約1m，由灰色巖石碎塊及粉末組成，膠結(jié)程度較低，呈松散狀，兩側(cè)斷面較清晰，斷裂走向約310°，傾角較陡，近直立(圖6)。

在蒙城縣西北齊山(圖1 B點(diǎn))，震旦紀(jì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r內(nèi)發(fā)育一條斷層破碎帶，破碎帶寬約1.2 m，由碎裂狀頁巖及泥灰?guī)r組成，沿?cái)嗝嫫扑槌潭容^高，發(fā)育片理化碎裂狀斷層物質(zhì)，破碎帶膠結(jié)程度較低，呈松散狀；兩側(cè)斷面較清晰，斷裂走向330°左右，傾角較陡，近直立(圖7)。

在懷遠(yuǎn)縣西南涂山(圖1 C點(diǎn))，出露一組北西向次級(jí)斷面，該組斷面發(fā)育于花崗巖內(nèi)，產(chǎn)狀230°∠65°，該組斷面平直光滑，另有與其相交節(jié)理發(fā)育(圖8)。

圖6 蒙城縣西北狼山斷面剖面(鏡像南)Fig.6 Fault p rofile at M ount Lang in the northwest of M engcheng County

圖7 蒙城縣西北齊山斷面剖面(鏡像南)Fig.7 Fault profile at Mount Qi in the northwest of M engcheng County

上述這些地質(zhì)考察點(diǎn)離渦河垂直距離1～2.5 km不等，所發(fā)現(xiàn)的斷層的走向在310°～330°之間，傾向南西，傾角較大或近直立，由斷面特征及破碎帶膠結(jié)程度來看，這些斷層第四紀(jì)以來具有一定程度的新活動(dòng)；由前面論述可知，這些斷裂的產(chǎn)狀和活動(dòng)性與渦河斷裂近似，它們的最新活動(dòng)受渦河斷裂影響，是渦河斷裂的次級(jí)平行斷裂，這些地質(zhì)現(xiàn)象的存在表明了渦河斷裂是一條具有一定影響范圍及規(guī)模的斷裂。

4 斷裂沿線地震活動(dòng)特征

圖8 懷遠(yuǎn)縣西南涂山斷面剖面(鏡像北西)Fig.8 Fault profile at M ount Tu in the sou thwest of Huaiyuan County

根據(jù)歷史文獻(xiàn)[7－8]，渦河斷裂沿線兩側(cè)25 km范圍內(nèi)1970年以前記載的地震有8次(圖9，表1)，最大地震為1481年渦陽6級(jí)地震。1481年3月9日渦陽6級(jí)地震是渦河斷裂上有記載以來發(fā)生的最大地震。據(jù)史料記載，“亳州(今亳縣)地大震。南京、鳳陽、廬州(今合肥)、淮安、揚(yáng)州、和州(今和縣)、山東兗州、河南開封等地同時(shí)地震有聲，房屋搖撼，人心俱驚。安慶府(今安慶市)，望江、潛山、太湖、宿松、桐城、霍丘、定遠(yuǎn)、山東曲阜、河南州、縣(今洛陽地區(qū))、衛(wèi)輝府(今汲縣)。淇縣、輝縣、鹿邑、固始、商城亦震”[8]。其等震線長(zhǎng)軸方向?yàn)镹W向，與渦河斷裂的走向基本一致。該次地震的發(fā)生與渦河斷裂的最新活動(dòng)有關(guān)。

1970年區(qū)域測(cè)震臺(tái)網(wǎng)建立以來，渦河斷裂沿線兩側(cè)25 km范圍內(nèi)共發(fā)生M≥1.0級(jí)地震147次(圖9)，其中1.0～1.9級(jí)地震80次，2.0～2.9級(jí)地震63次，3.0～3.9級(jí)地震2次，大于4.0級(jí)地震2次，最大震級(jí)為1999年12月30日4.6級(jí)地震[7]。

由圖9可以看出，渦河斷裂兩側(cè)地震活動(dòng)較強(qiáng)，震級(jí)較大的地震一般據(jù)斷裂較近，其中歷史記載的幾次較大的地震均沿?cái)嗔颜共?，說明了渦河斷裂的最新活動(dòng)控制了斷裂兩側(cè)地震活動(dòng)水平。

5 斷裂未來地震危險(xiǎn)性分析

渦河斷裂(F1)截切近EW向的宿北斷裂(F2)和太和－五河斷裂(F3)兩條區(qū)域上規(guī)模較大的斷裂(圖9)，橫向構(gòu)造的存在使得渦河斷裂的幾何形態(tài)和結(jié)構(gòu)存在一定的差異，根據(jù)活斷層分段原則[9]，以這兩條橫向構(gòu)造為界，可將

渦河斷裂初步分為北、中、南三段，即宿北斷裂(F2)以北為北段，宿北斷裂(F2)與太和－五河斷裂(F3)之間為中段，太和－五河斷裂(F3)以南為南段。

圖9 渦河斷裂25 km范圍內(nèi)地震震中分布圖Fig.9 Epicenter distribution map within 25 km nearby Guohe Fault

表1 斷裂附近兩側(cè)25 km范圍地震目錄(1970年之前)Tab.1 Catalog of earthquakeswithin 25 km nearby the fault(before 1970，M≥3)

渦河斷裂北段歷史上曾發(fā)生1525年亳州M s51/2級(jí)地震，中段曾發(fā)生1481年渦陽M s6級(jí)地震，南段自有地震記錄以來沒有發(fā)生過4級(jí)以上的地震，應(yīng)為一個(gè)地震空區(qū)。由地震空區(qū)理論可知[10-14]，渦河斷裂南段發(fā)生M s≥5級(jí)地震的危險(xiǎn)性最大，并隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增加。由于渦河斷裂南段與北段長(zhǎng)度相當(dāng)，均小于中段，結(jié)合區(qū)域地震活動(dòng)性，我們認(rèn)為南段未來可能發(fā)生地震的最大震級(jí)在5.5級(jí)與6級(jí)之間。

6 結(jié)論與討論

由以上敘述分析，我們可以得出以下結(jié)論:

(1)渦河斷裂埋深150 m左右，斷層寬度約為150～200 m，傾角較陡，近直立，具正斷層性質(zhì)。

(2)結(jié)合物探、野外地質(zhì)調(diào)查情況及前人資

料，認(rèn)為渦河斷裂第四紀(jì)以來具有較強(qiáng)的活動(dòng)性，是一條具有一定影響范圍及規(guī)模的斷裂。

(3)結(jié)合渦河斷裂與近EW向橫向構(gòu)造的關(guān)系，可將斷裂分成北、中、南三段；其中南段未來發(fā)生M s5級(jí)以上地震的危險(xiǎn)性最大，其最大震級(jí)在5.5級(jí)與6級(jí)之間。

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Prelim inary Study on Characteristics of Quaternary Tectonic Activity and Seism ic Hazard of Guohe Fault in Northern Part of Anhui Province

Fang Lianghao，Tong Yuanlin，Zhao Peng，Wang Lihui，Li Zhejun
(Anhui Earthquake Administration，Hefei，Anhui230031，China)

Guohe Fault is obviously shown in satellite images and regional gravity and magnetic anomaly maps.The fault controlled the thickness of Quaternary sediment of both sides.In this paper，by using the high accuracy gravity measurementmethod and induced polarizationmethod，we conductgeophysical survey in the study area.Through the study，we fix approximate location and output state of the fault，the fault depth of150 meters，the width of150－200 meters，nearly vertical dip.According to field geological survey and previous data，we think that the Guohe Fault is a broader，larger scale of Quaternary fault.Through analysis of the relationship between Guohe Fault and EW trending transverse structure，the fault is divided into three sections of north，middle and south.Combined with the seism ic gap theory，we analyze that the potential future M s≥5 earthquakes ismost dangerous on the south segment of the fault，themaximum magnitude between M s 5.5 and M s 6.

Guohe Fault；characteristics of quaternary tectonic activity；segmentation of active fault；seismic hazard；maximum magnitude

P

:A

:1673－8047(2015)01－0019－07

2014－12－26

安徽省地震科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目(201203)資助

方良好(1984—)，男，碩士，工程師，主要從事活動(dòng)構(gòu)造及其應(yīng)用等方面的研究。