伊通-舒蘭斷裂帶四平段14C定年及構(gòu)造意義

閆東晗 徐智濤 徐岳仁 孫立影 馮靖喬 韓 迪

1 中國地震局火山研究所，長春市凈月大街5788號，130117 2 吉林省工程地震研究中心，長春市凈月大街5788號，130117 3 中國地震局地震預(yù)測研究所，北京市復(fù)興路63號，100036

NE向的依蘭-伊通斷裂帶是郯廬斷裂帶的北延，也是吉林省地區(qū)重要深大斷裂帶之一。伊通-舒蘭斷裂帶為依蘭-伊通斷裂帶南段在吉林省內(nèi)的分支[1]，伊通-舒蘭斷裂帶四平段位于吉林省四平市伊通滿族自治縣。由于依蘭-伊通斷裂帶地區(qū)沒有6級以上的地震記載，并且地處地震活動相對較弱的東北地震區(qū)，因此對該斷裂帶的研究較少，并且普遍認(rèn)為該斷裂帶晚更新世以來不活動，為中強地震發(fā)震構(gòu)造。侯治華等[2]發(fā)現(xiàn)通河段斷層斷錯至近地表，對伊通-舒蘭段活動特征和地震活動性進(jìn)行初步研究后估算出舒蘭段的晚更新世垂直滑動速率；閔偉等[3]首次在黑龍江省通河-方正一帶和吉林省舒蘭市發(fā)現(xiàn)依蘭-伊通斷裂帶最新活動時間為全新世晚期，長度約70 km。吉林省舒蘭市開挖的探槽和遙感解譯結(jié)果顯示，依蘭-伊通斷裂帶舒蘭附近有約10 km的地震地表破裂帶，揭示了舒蘭段的全新世晚期活動，由此巔覆了之前依蘭-伊通斷裂帶全新世以來活動性較弱的傳統(tǒng)認(rèn)知。

近年來，伊通-舒蘭斷裂帶上的小地震活動有所增強，因此有必要對其進(jìn)行詳細(xì)的活動性研究。本文研究區(qū)位于吉林省中部伊通-舒蘭斷裂帶四平段，詳細(xì)的野外構(gòu)造地質(zhì)調(diào)查與綜合分析表明，斷裂帶內(nèi)發(fā)育的NW向斷裂連續(xù)性較好。

本文在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查、地球物理資料和遙感解譯的基礎(chǔ)上，對伊通-舒蘭斷裂帶四平-靠山段NE向隱伏斷層的時代、性質(zhì)及構(gòu)造意義進(jìn)行探討與研究。同時在伊通-舒蘭斷裂帶四平段無人機影像解譯和野外調(diào)查基礎(chǔ)上，通過對吉林省四平市伊通滿族自治縣靠山鎮(zhèn)的陡坎進(jìn)行槽探并觀察剖面，綜合14C年代學(xué)測試等方法，對伊通-舒蘭斷裂帶四平段活動性及其地質(zhì)意義作出初步判斷。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)域為伊通-舒蘭斷裂帶四平段靠山鎮(zhèn)一帶(124°50′～125°20′E，43°14′～43°32′N)，位于敦密斷裂帶西北方向(圖1(a))。區(qū)內(nèi)的構(gòu)造單元以伊通盆地為主，伊通盆地位于郯廬斷裂帶北段依蘭-伊通斷裂帶內(nèi)，為第三紀(jì)走滑拉分盆地，總體上屬于伊通盆地和大黑山地壘的組合。伊通盆地南部與伊舒地塹相鄰，西北緊靠大黑山地壘，東南緊鄰那丹哈達(dá)嶺地體，是受邊界走滑斷裂控制、夾持在2大隆起之間的狹長地塹式盆地[4]。

圖1 中國東北地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，伊舒地塹內(nèi)出露巖性以第三系和第四系松散堆積物為主，研究區(qū)中部緊鄰大黑山地壘的區(qū)域為本次研究的主要對象。依蘭-伊通斷裂帶在研究區(qū)內(nèi)由2條相互平行的NE向分支斷裂構(gòu)成，總體走向為50°～55°。東支斷裂傾向SE，傾角陡，表現(xiàn)為伸展斷層性質(zhì)；西支斷裂在地塹兩端傾向NW且表現(xiàn)為逆斷層性質(zhì)，而在地塹中部傾向SE，表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)，斷面傾角多大于70°[5]。

伊通-舒蘭斷裂帶四平段總體呈NE走向，經(jīng)過公主嶺市靠山鎮(zhèn)，屬于天山-興安地層區(qū)，最古老的地層為下古生界。新生代地層主要為第三系和第四系：第三系主要分布于公主嶺和伊通滿族自治縣之間的伊舒地塹內(nèi)，巖性主要為陸相碎屑沉積砂巖、礫巖以及泥巖和基性火山巖；第四系為一套松散堆積物，廣泛分布于松遼盆地和伊舒地塹內(nèi)。其中，中更新世分布較廣，根據(jù)地貌、構(gòu)造等劃分為荒山組和東風(fēng)組；晚更新世可劃分為顧?quán)l(xiāng)組和群力組；全新世地層分布較廣，主要分布于較大河流及其支流的一級階地上部、高、低河漫灘及河床中，根據(jù)地貌、巖性、巖相、同位素年齡等可劃分為早全新世溫泉河組、中全新世地層和晚全新世地層，晚全新世地層又分為低河漫灘相和河床相。

受到構(gòu)造活動的影響，研究區(qū)的侵入巖活動十分強烈，規(guī)模較大，多呈巖基或巖株產(chǎn)出，集中分布于大黑山丘陵地帶和伊舒地塹東部山地。主要的侵入巖有：華力西晚期(二疊紀(jì))黑云母斜長花崗巖，多出露在伊通以南的那丹哈達(dá)嶺山體與大黑山地壘上；華力西晚期(二疊紀(jì))花崗巖，主要出露在公主嶺以東的大黑山地壘上；印支期(三疊紀(jì))花崗巖，廣泛出露在研究區(qū)的隆起區(qū)；燕山早期(侏羅紀(jì))花崗巖和堿長花崗巖，主要出露在伊通滿族自治縣北部，少許出露在伊通滿族自治縣東部(圖1(b))。

2 研究方法

根據(jù)高分辨率衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，依蘭-伊通斷裂帶部分段落斷錯河流一級階地上存在高1～2 m的地表陡坎。Min等[6]分別在黑龍江通河縣和吉林舒蘭市的陡坎上開挖探槽，揭露出斷層斷錯晚更新世-全新世地層。

為滿足研究區(qū)斷層探察的需要、判斷斷裂位置、為活動性提供依據(jù)，在伊通滿族自治縣靠山鎮(zhèn)區(qū)域約30 km2范圍內(nèi)進(jìn)行無人機航拍。經(jīng)過高程解譯發(fā)現(xiàn)，區(qū)域盆山構(gòu)造界線較為清晰，適合沿北東方向進(jìn)行野外地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查、探槽施工和鉆探等工作。

伊通-舒蘭斷裂帶四平段在研究范圍內(nèi)基本被第四系覆蓋，屬于隱伏斷裂。斷層活動，尤其是新構(gòu)造時期的活動，往往會在地表留下地貌痕跡，一些山區(qū)的地貌痕跡非常明顯，可在衛(wèi)星圖片中清楚識別。本文借助無人機對影像上的關(guān)鍵部位進(jìn)行拍攝，發(fā)現(xiàn)陡坎的延續(xù)長度約300 m，高度為0.5～6 m(圖2(a))，這些地貌陡坎斷續(xù)向二龍湖西岸延伸，槽探后發(fā)現(xiàn)斷裂活動未延伸至第四系地層，說明陡坎并不屬于新構(gòu)造。

根據(jù)衛(wèi)星影像以及無人機航拍資料發(fā)現(xiàn)，在伊通滿族自治縣靠山鎮(zhèn)太平村白土溝西劉家屯東存在一個高度約6 m的陡坎。對該處進(jìn)行詳細(xì)的實地調(diào)查及橫向追索后，在該陡坎上下各打3個鉆孔并橫跨開挖探槽(圖2(b))，勘探孔間距7.60～24.30 m、孔深19.40～24.90 m、總進(jìn)尺130.60 m。探槽長30.00 m、寬6.00 m、深6.00 m，總土方量1 080 m3。

圖2 陡坎、探槽、鉆孔位置及聯(lián)合柱狀圖

3 實驗結(jié)果

為確定伊通-舒蘭斷裂帶西支四平段的最新活動時代，從地表耕表土、粉質(zhì)粘土、泥質(zhì)砂巖、砂礫巖4個層位中挑選含碳屑、有機物較多的樣品共8份(圖3(b))，送往美國BETA實驗室進(jìn)行AMS14C測年。測年結(jié)果與樣品剖面校正曲線如表1所示?？梢钥闯?，地表耕表土、粉質(zhì)粘土、泥質(zhì)砂巖、砂礫巖的年齡分別為-70～6 270 BP、60～7 780 BP、110～21 780 BP、11 740～26 100 BP。

圖3 探槽剖面與解譯

表1 伊通-舒蘭斷裂14C測年結(jié)果

4 討 論

對探槽2壁的剖面進(jìn)行清理后，以2 m×2 m的方格進(jìn)行掛網(wǎng)。探槽剖面出露的斷層主要集中在西側(cè)的探槽底部晚更新世(11 740～26 100 BP)的破碎砂礫石層中，呈現(xiàn)多組密集分布。其出露特點為：1)剖面西側(cè)的分支斷層傾向NW，以緩傾角逆沖錯斷近直立的地層，但錯距不大；剖面東側(cè)的分支斷層傾向SE，呈相反的方向緩傾角發(fā)生逆沖，在地貌陡坎位置對應(yīng)的斷層處傾角變陡；2)中部的砂礫石層中并未發(fā)現(xiàn)斷層，中部地層與下部地層呈現(xiàn)侵蝕接觸，侵蝕面在地貌陡坎兩側(cè)無明顯水平差，斷裂兩側(cè)老地層錯動明顯，斷裂活動未延伸至第四系地層。剖面地層可分為4套主體地層(圖3(b))，其中下部為層理近直立的紅褐色與灰白色相間的礫巖層，該套地層內(nèi)發(fā)育多條斷層，但地層錯斷的位錯量較小。上部的3套地層中，最上層為灰黑色的土壤層，厚度為0.4～0.6 m；中部為2套黃褐色的砂礫石層，夾雜有灰綠色、紅褐色的泥沙層透鏡體，砂礫石層在剖面中出現(xiàn)擠壓變形，但該套地層內(nèi)的斷層出露并不清楚，斷層西側(cè)和東側(cè)的厚度相差1～2 m。由剖面下部出露的多條斷層產(chǎn)狀可知，探槽所在位置的構(gòu)造活動以擠壓為主，斷層在陡坎兩側(cè)的逆沖傾角相反。但陡坎西部的2條斷層傾角較陡，層1內(nèi)的位錯量較為明顯，層2和層3內(nèi)的位錯量并不清晰，推測可能是由于其松散程度較差，因此表現(xiàn)出彌散式的變形。層2內(nèi)的泥沙層透鏡體出現(xiàn)擠壓上翹變形，是地層變形的重要證據(jù)。

陡坎處的斷層剖面表現(xiàn)為西側(cè)的地層逆沖至東側(cè)盆地沉積地層，斷層產(chǎn)狀較陡，而陡坎兩側(cè)的其他次級斷層分別向相反方向逆沖，但錯動量較小，推測陡坎可能由逆沖形成。F1斷層在下部地層中的出露較為清晰，雖然在中部砂礫石層中形跡不清楚，但其可能與上部泥質(zhì)砂層透鏡體的變形有關(guān)，因此層2下部地層的變形可能與F1的活動有關(guān)。F1在地層中出露較為清晰，貫穿1～2層，在陡坎處的斷層表現(xiàn)為西側(cè)地層逆沖至東側(cè)盆地沉積地層。東側(cè)F5、F6斜穿F4，但并未貫穿層2，逆沖方向與西側(cè)相反，但錯動量較小。

探槽下部近直立的地層產(chǎn)狀表明，依蘭-伊通斷裂帶在探槽位置的擠壓變形特征強烈，但下部的礫石層在斷層附近的層面出露近乎水平，并未有明顯的陡坎地貌。推測可能在該套地層形成后的演化過程中，依蘭-伊通斷裂帶曾遭受過強烈的擠壓變形和地表侵蝕，隨后與后期的地層發(fā)生侵蝕不整合接觸。后期的構(gòu)造變形以陡坎處的逆沖變形為主，而斷層在上部地層變現(xiàn)為彌散變形，斷層跡線不清晰。斷層活動的結(jié)果表現(xiàn)為斷層陡坎的形成與保留。

從現(xiàn)有的資料來看，斷層的活動方式與舒蘭、通河、湯原等探槽主斷面直接出露至地表的方式有明顯差異，說明斷裂在該段內(nèi)的活動性較弱，或者活動特征主要表現(xiàn)為沿地表地層的擠壓變形。AMS14C定年結(jié)果顯示，斷層活動年代應(yīng)早于26 100 BP，屬于前第四紀(jì)斷裂構(gòu)造[7-8]。

5 結(jié) 語

1)根據(jù)探槽揭露的斷層情況及周邊地形地貌特征，判斷四平市伊通縣靠山鎮(zhèn)白土溝村探槽剖面西側(cè)的分支斷層傾向NW, 以緩傾角(30°～34°)逆沖錯斷近直立的地層，但錯距不明顯；剖面東側(cè)的分支斷層傾向SE(40°～45°)，呈相反的方向緩傾角發(fā)生逆沖，在地貌陡坎位置對應(yīng)的斷層處傾角變陡。

2)中-上部地層中并未發(fā)現(xiàn)斷層，中部地層與下部地層呈現(xiàn)侵蝕接觸，侵蝕面在地貌陡坎兩側(cè)無明顯的水平差，斷裂兩側(cè)老地層錯動明顯，斷裂活動未延伸至第四系地層。14C定年結(jié)果顯示，探槽揭露的斷層活動年代應(yīng)早于26 100 BP，屬于前第四紀(jì)斷裂構(gòu)造。