鎮(zhèn)江市活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目主要斷層活動(dòng)性研究1

張 鵬 劉嘉彬 丁頁(yè)嶺 范小平 汪 勇 孟 科

1）南京工業(yè)大學(xué)，交通運(yùn)輸工程學(xué)院, 南京210009

2）江蘇省地震局, 南京210014

引言

城市活動(dòng)斷層探測(cè)及其活動(dòng)性評(píng)價(jià)是城市建設(shè)和防震減災(zāi)重要的基礎(chǔ)性工作（鄧起東等，2007）。近年來，江蘇省各主要城市先后開展了城市活動(dòng)斷層探測(cè)工作（侯康明等，2012；張鵬等，2014，2019；許漢剛等，2016），查明了各城市主要斷層的展布位置、活動(dòng)性，評(píng)估了地震危險(xiǎn)性。鎮(zhèn)江市相關(guān)工作于2017 年啟動(dòng)，于2021 年全部完成并通過驗(yàn)收。對(duì)鎮(zhèn)江市主要可能的發(fā)震斷層開展活動(dòng)性探測(cè)及地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作，對(duì)于減輕因城市直下型破壞性地震或遠(yuǎn)場(chǎng)破壞性大地震造成的災(zāi)害損失具有重大意義。《鎮(zhèn)江市活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)》項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱鎮(zhèn)江市活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目）的目標(biāo)區(qū)以鎮(zhèn)江市為中心，兼顧其未來城市重點(diǎn)規(guī)劃區(qū)的需求，范圍為北緯32°00′～32°18′，東經(jīng)119°12′～119°48′，南北向長(zhǎng)約33 km，東西向長(zhǎng)約56 km，面積約1 848 km2。

鎮(zhèn)江市活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目的目標(biāo)區(qū)及鄰區(qū)位于下?lián)P子地塊，地貌以低山丘陵、崗地和平原為主。寧鎮(zhèn)山脈以南為崗地和平原，第四系主要由下蜀組和柏山組組成。寧鎮(zhèn)山脈以北為長(zhǎng)江沖積平原區(qū)，受長(zhǎng)江侵蝕作用影響，第四系主要由全新統(tǒng)組成，更新統(tǒng)地層極薄或缺失，僅在東部大路鎮(zhèn)一帶厚度較大，由上更新統(tǒng)滆湖組、中更新統(tǒng)啟東組和下更新統(tǒng)海門組組成。

本區(qū)的下蜀組為風(fēng)成黃土（邵家驥，1999；李徐生等，2018），在寧鎮(zhèn)山脈以北較薄，在寧鎮(zhèn)山脈以南較厚，最大厚度達(dá)50～60 m；柏山組總體較薄或缺失（邵家驥，1999；苗巧銀等，2017）。根據(jù)相關(guān)研究成果，上更新統(tǒng)下蜀組上部由黃褐色～灰黃色粉砂質(zhì)黏土、黏土、含鐵錳質(zhì)黏土組成，底界埋深21.5 m，光釋光（OSL）測(cè)年結(jié)果為（34.6±2.0）ka 至（119.6±3.1）ka；中更新統(tǒng)下蜀組下部由褐黃色、灰黃色、黃綠色粉砂質(zhì)黏土，黏土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核黏土，粉砂組成，底界埋深61.1 m，OSL 測(cè)年結(jié)果為（120.4±3.0）ka至（337±65）ka。中更新統(tǒng)柏山組由雜色含鐵錳質(zhì)結(jié)核角礫層、灰黃色黏土、含鈣質(zhì)結(jié)核黏土組成，底界埋深69.1 m，電子自旋共振（ESR）測(cè)年結(jié)果為（468±48）ka 至（568±117）ka。目前對(duì)柏山組沉積時(shí)代的研究較少，本次獲得的ESR 測(cè)年結(jié)果表明鎮(zhèn)江地區(qū)柏山組應(yīng)歸屬于中更新統(tǒng)下部。

根據(jù)已有資料，對(duì)鎮(zhèn)江市區(qū)威脅較大的主要隱伏斷層有4 條，分別為幕府山-焦山斷裂、五峰山-西來橋斷裂、丹徒-建山斷裂、汝山-上會(huì)斷裂，其在地質(zhì)地貌上或地球物理探測(cè)資料上有明顯顯示。

本研究對(duì)目標(biāo)區(qū)開展遙感解譯與地球物理場(chǎng)分析、野外地震地質(zhì)調(diào)查、淺層人工地震勘探、鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)等相關(guān)工作，并對(duì)4 條主要斷層活動(dòng)性鑒定成果進(jìn)行總結(jié)與探討。

1 斷層活動(dòng)性研究方法

根據(jù)鎮(zhèn)江市地質(zhì)條件，通過開展目標(biāo)斷層地震地質(zhì)調(diào)查、隱伏斷層淺層人工地震勘探及鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)確定主要斷層活動(dòng)性。由于目標(biāo)斷層均發(fā)育在隱伏區(qū)內(nèi)，因此主要采用淺層人工地震勘探方法進(jìn)行斷層探測(cè)。共完成淺層人工地震勘探測(cè)線47 條，主要測(cè)線位置如圖1 所示，測(cè)線全長(zhǎng)92.5 km。對(duì)控制性人工地震勘探得到的目標(biāo)斷層開展了鉆孔聯(lián)合探測(cè)工作，共在8 個(gè)場(chǎng)地鉆探51 個(gè)鉆孔，鉆探總進(jìn)尺為2 412.6 m，獲得OSL、ESR、14C 測(cè)年結(jié)果共50 件。

圖1 鎮(zhèn)江市活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目主要斷層位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the main fault location of “Urban active fault exploration project of Zhenjiang city”

2 斷層活動(dòng)性鑒定成果

2.1 幕府山-焦山斷裂

幕府山-焦山斷裂從幕府山經(jīng)燕子磯、棲霞山、龍?zhí)堆由熘伶?zhèn)江焦山，全長(zhǎng)約75 km，總體走向近東西向，斷面傾向北，斷裂南側(cè)為寧鎮(zhèn)山脈，斷裂北側(cè)為沿江凹陷及揚(yáng)州低崗平原。由于幕府山-焦山斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)作用，造成了幕府山、棲霞山等復(fù)式背斜的北半部發(fā)生了大幅度斷陷，形成了江北的儀征斷陷盆地（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989）。據(jù)已有野外調(diào)查結(jié)果，幕府山-焦山斷裂最新一次活動(dòng)已錯(cuò)斷了第四紀(jì)中更新統(tǒng)殘坡積層，但未錯(cuò)斷上覆的第四系上更新統(tǒng)沉積層（侯康明等，2012）。

本研究針對(duì)幕府山-焦山斷裂布設(shè)了6 條淺層人工地震勘探測(cè)線，查明了該斷裂在目標(biāo)區(qū)的展布情況（圖1）。淺層人工地震勘探結(jié)果表明，幕府山-焦山斷裂鎮(zhèn)江段走向?yàn)楸睎|東，傾向北，傾角50°～60°，基巖面斷距為3～7 m，以正斷活動(dòng)為主。在地震剖面上，幕府山-焦山斷裂的各斷點(diǎn)均以斷錯(cuò)基巖面為特征，第四系內(nèi)部層位斷錯(cuò)不明顯。測(cè)線Mj1 淺層地震剖面如圖2 所示，由圖2 可知，斷點(diǎn)表現(xiàn)為正斷性質(zhì)，傾向北，視傾角60°，基巖面斷距約7 m。

圖2 幕府山-焦山斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.2 Part of the seismic exploration profile of Mufushan-Jiaoshan fault

由測(cè)線Mj1 得到了橋頭村場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面，如圖3 所示。橋頭村場(chǎng)地中更新統(tǒng)之上的地層無斷錯(cuò)跡象，中更新統(tǒng)下蜀組下部已被斷層斷錯(cuò)，中更新統(tǒng)底界在斷層兩側(cè)的位錯(cuò)量為3.2 m。根據(jù)地層斷錯(cuò)特征，判斷本場(chǎng)地幕府山-焦山斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世晚期，其最新一次活動(dòng)時(shí)間在（222±22）ka 之后、晚更新世之前。判斷在測(cè)線Mj1 上，幕府山-焦山斷裂總體以正斷活動(dòng)為主。

圖3 橋頭村場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面Fig.3 The drilling joint profile in the Qiaotou site of Zhenjiang

此外，由測(cè)線Xkmj4k 得到了金山場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面。金山場(chǎng)地?cái)鄬右哉龜嗷顒?dòng)為主，明顯斷錯(cuò)了基巖面，斷點(diǎn)上方全新統(tǒng)未受斷層影響，表明其最新活動(dòng)時(shí)間在全新世之前。但該場(chǎng)地更新統(tǒng)基本缺失，難以判斷斷層最新一次活動(dòng)時(shí)間。

根據(jù)橋頭村場(chǎng)地?cái)鄬踊顒?dòng)特征，判斷幕府山-焦山斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世晚期，未發(fā)現(xiàn)晚更新世以來活動(dòng)跡象。

2.2 五峰山-西來橋斷裂

五峰山-西來橋斷裂走向北西至北北西，位于鎮(zhèn)江東部大路鎮(zhèn)、姚橋鎮(zhèn)一帶（圖1），長(zhǎng)約34 km。五峰山-西來橋斷裂在區(qū)域上與展布于蘇州和常州地區(qū)的蘇錫常斷裂和展布于揚(yáng)州地區(qū)的鳳凰河斷裂均屬于無錫-宿遷斷裂的一部分。該斷裂西側(cè)出露早白堊世火山巖，東側(cè)分布晚白堊世碎屑巖及第四系沉積，斷裂兩側(cè)的地貌具有明顯差異，苗巧銀等（2016）推測(cè)其最新活動(dòng)時(shí)代為早-中更新世，宗開紅等（2016）根據(jù)斷裂兩側(cè)鉆孔對(duì)比推測(cè)其最新活動(dòng)時(shí)代為更新世晚期。

在五峰山-西來橋斷裂西側(cè)的圌山東南側(cè)巖壁上，發(fā)育走向?yàn)?00°、寬約30 m 的斷層破碎帶，產(chǎn)狀近直立。斷層破碎帶頂部為黃色坡積土覆蓋。根據(jù)斷層發(fā)育特征和斷層角礫巖的膠結(jié)程度，判斷該處北西向次級(jí)斷層活動(dòng)性較弱，未發(fā)現(xiàn)晚第四紀(jì)活動(dòng)跡象。

針對(duì)五峰山-西來橋斷裂布設(shè)了6 條淺層人工地震勘探測(cè)線，查明了該斷裂在目標(biāo)區(qū)的展布位置（圖1）。淺層人工地震勘探結(jié)果表明，五峰山-西來橋斷裂傾角約為60°，傾向東，斷距為5～9 m，以正斷層活動(dòng)為主，未明顯斷錯(cuò)第四系內(nèi)部層位。測(cè)線Wx1 斷點(diǎn)局部地震剖面如圖4 所示，由圖4 可知，斷點(diǎn)為正斷性質(zhì)，傾向東，視傾角60°，基巖面斷距約9 m。

圖4 五峰山-西來橋斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.4 Part of the seismic exploration profile of Wufengshan-Xilaiqiao fault

由測(cè)線Wx1 得到了大路鎮(zhèn)場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面，如圖5 所示。該場(chǎng)地中更新統(tǒng)之上的地層無斷錯(cuò)跡象，中更新統(tǒng)底界已被斷層斷錯(cuò)，位錯(cuò)量為2 m。下更新統(tǒng)底界在斷層兩側(cè)的位錯(cuò)量為3.2 m。巖芯中發(fā)育的斷層面特征表明斷層最新活動(dòng)性質(zhì)為正斷層，同時(shí)兼具左旋走滑特征。根據(jù)地層斷錯(cuò)特征，判斷五峰山-西來橋斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世。

圖5 大路鎮(zhèn)場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面（下部）Fig.5 The drilling joint profile in the Dalu site of Zhenjiang （Lower part）

2.3 丹徒-建山斷裂

丹徒-建山斷裂走向?yàn)楸蔽飨?，展布于?zhèn)江東側(cè)諫壁鎮(zhèn)、建山鎮(zhèn)、訪仙鎮(zhèn)一帶（圖1），長(zhǎng)約40 km。該斷裂東北側(cè)為震旦系地層，西南側(cè)為白堊系火山碎屑巖及第四系沉積（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1984）。該斷裂在地貌上為一條明顯的分界線，斷裂東北側(cè)為一系列低山，西南側(cè)為低崗平原區(qū)。

對(duì)該斷裂沿線進(jìn)行了野外考察。在辛豐鎮(zhèn)龍山村東南側(cè)廢棄采石場(chǎng)見閃長(zhǎng)巖體侵入于震旦紀(jì)燈影組白云質(zhì)灰?guī)r中，在巖體西側(cè)與灰?guī)r接觸處發(fā)育斷層破碎帶，走向290°，近直立，破碎帶寬約1 m。該處斷裂為與丹徒-建山斷裂走向一致的次級(jí)斷層，斷層破碎帶內(nèi)有厚約30 cm 的紅棕色黏土條帶，判斷為斷層破碎帶在流水作用下風(fēng)化形成。在斷層破碎帶內(nèi)采集了ESR 測(cè)年樣品，測(cè)試結(jié)果為（734±67）ka。斷層頂部覆蓋約1 m 厚坡積黃土，未被斷層影響。

針對(duì)丹徒-建山斷裂布設(shè)了7 條淺層人工地震勘探測(cè)線（圖1），探測(cè)結(jié)果表明丹徒-建山斷裂走向北西，傾向南西，傾角為50°～55°，為正斷層，基巖面斷距為2～7 m。地震剖面上丹徒-建山斷裂的斷點(diǎn)僅斷錯(cuò)基巖面，未斷錯(cuò)第四系內(nèi)部層位。測(cè)線Dj1 斷點(diǎn)局部地震剖面如圖6 所示，斷層表現(xiàn)為正斷性質(zhì)，傾向南西，視傾角約55°，基巖面斷距約7 m。

圖6 丹徒-建山斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.6 Part of the seismic exploration profile of Dantu-Jianshan fault

由測(cè)線Dj1 得到了訪仙鎮(zhèn)場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面，如圖7 所示。該場(chǎng)地中更新統(tǒng)下蜀組下部之上的地層無斷錯(cuò)跡象，中更新統(tǒng)柏山組底部被斷錯(cuò)；柏山組在斷層兩側(cè)的底界斷錯(cuò)距離為2 m，上斷點(diǎn)埋深為55 m左右。斷層斷錯(cuò)特征和淺層人工地震勘探結(jié)果均表明斷層活動(dòng)以南傾的正斷層為主。根據(jù)地層斷錯(cuò)特征，判斷本場(chǎng)地丹徒-建山斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為早更新世至中更新世早期。

圖7 訪仙鎮(zhèn)場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面Fig.7 The drilling joint profile in the Fangxian site of Zhenjiang

2.4 汝山-上會(huì)斷裂

目標(biāo)區(qū)內(nèi)的汝山-上會(huì)斷裂推測(cè)為茅山斷裂帶西側(cè)向北延伸的部分。該斷裂走向?yàn)楸睎|向，西南自句容市上會(huì)鎮(zhèn)附近向北東方向延伸，經(jīng)上黨、官塘、汝山延伸至長(zhǎng)江南汊附近，長(zhǎng)約24 km。該斷裂均為第四系覆蓋，屬隱伏斷裂，主要根據(jù)地球物理資料和鉆探資料推測(cè)得到。

在汝山-上會(huì)斷裂布設(shè)了6 條淺層人工地震勘探測(cè)線，探測(cè)結(jié)果表明該斷裂走向北東、視傾角約為60°，視斷距約4 m，總體為東傾的正斷層。斷裂附近淺部變形強(qiáng)烈，呈現(xiàn)階梯狀發(fā)育特征。測(cè)線xkmsby1 斷點(diǎn)局部地震剖面如圖8 所示，由圖8 可知，斷點(diǎn)為正斷性質(zhì)，傾向東，視傾角約55°，基巖面斷距約3 m。

圖8 汝山-上會(huì)斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.8 Part of the seismic exploration profile of Dantu-Jianshan fault

由測(cè)線xkmsby1 得到了長(zhǎng)香東場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面，如圖9 所示。該場(chǎng)地基巖面落差小，上覆第四紀(jì)地層也未發(fā)現(xiàn)較大的起伏，故認(rèn)為該場(chǎng)地汝山-上會(huì)斷裂的活動(dòng)性較弱，未發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)有明顯活動(dòng)跡象。由測(cè)線xkmsby2 得到了緯二路場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面，該場(chǎng)地?cái)帱c(diǎn)上方第四系內(nèi)部層位也未受斷層影響，判斷本處斷層無第四紀(jì)以來新活動(dòng)跡象。

圖9 長(zhǎng)香東場(chǎng)地鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面Fig.9 The drilling joint profile in the Changxiangdong site of Zhenjiang

綜合以上證據(jù)，判斷汝山-上會(huì)斷裂為前第四紀(jì)斷裂。

3 討論與結(jié)論

鎮(zhèn)江市區(qū)主要隱伏斷層有4 條，分別為幕府山-焦山斷裂、五峰山-西來橋斷裂、丹徒-建山斷裂、汝山-上會(huì)斷裂。其中幕府山-焦山斷裂規(guī)模較大，切割深度相對(duì)較大，且影響著北側(cè)凹陷的發(fā)育與形成，也是目標(biāo)區(qū)內(nèi)中強(qiáng)地震的發(fā)震構(gòu)造，如1624 年揚(yáng)州M6 地震及20 世紀(jì)30 年代發(fā)生的M5.0、M5.2 地震均與此斷裂有關(guān)（侯康明等，2012；宗開紅等，2016）。

幕府山-焦山斷裂作為寧鎮(zhèn)隆起與儀征凹陷的分界斷裂，最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世晚期，其活動(dòng)性相對(duì)較新。該斷裂與北西向斷裂交界部位具備破壞性地震孕震環(huán)境，歷史上也曾發(fā)生過多次破壞性地震，須高度重視相關(guān)區(qū)域的震害防御工作。

五峰山-西來橋斷裂和丹徒-建山斷裂作為無錫-宿遷斷裂的一部分，在第四紀(jì)以來有過明顯活動(dòng)，對(duì)地貌有明顯的控制作用，同時(shí)具有一定的地震危險(xiǎn)性，尤其是其與近東西向、北東向斷裂交會(huì)部位，為本地區(qū)進(jìn)行震害防御工作應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的可能發(fā)震部位。

汝山-上會(huì)斷裂的活動(dòng)性較弱，推測(cè)為茅山西側(cè)斷裂向北延伸部分，對(duì)目標(biāo)區(qū)地貌和巖性無控制作用，第四紀(jì)以來無活動(dòng)跡象。

結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查、淺層人工地震探測(cè)和鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)結(jié)果，對(duì)鎮(zhèn)江地區(qū)4 條主要斷層性質(zhì)、規(guī)模和最新活動(dòng)時(shí)代的判斷如表1 所示。判斷幕府山-焦山斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世晚期，五峰山-西來橋斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世，為目標(biāo)區(qū)具備一定發(fā)震能力、地震危險(xiǎn)性較大的2 條斷裂。采用歷史地震最大震級(jí)加半級(jí)的方法，結(jié)合構(gòu)造類比法及震級(jí)-頻度關(guān)系法，判斷五峰山-西來橋斷裂潛在地震的最大震級(jí)為6.0 級(jí)，幕府山-焦山斷裂潛在地震的最大震級(jí)為6.5 級(jí)。

表1 目標(biāo)區(qū)主要斷裂特征Table 1 List of parameters of faults in the target zone

鎮(zhèn)江地區(qū)基巖埋深較小，覆蓋層內(nèi)部分層差異小，下更新統(tǒng)基本缺失；下蜀組黃土分層特征不明顯，下蜀組內(nèi)部中、上更新統(tǒng)界限難以分辨。鉆孔剖面上的地層落差主要在基巖面，難以判斷斷層是否進(jìn)入了上覆第四系中。因此本研究確定的斷層最新活動(dòng)時(shí)代存在一定不確定性，如丹徒-建山斷裂的活動(dòng)性判斷結(jié)果。

致謝 本研究實(shí)施過程中得到了中國(guó)地震局地球物理勘探中心方盛明研究員，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所冉勇康研究員、楊曉平研究員，國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院張世民研究員的悉心指導(dǎo)，得到了江蘇省地震局和鎮(zhèn)江市地震局相關(guān)人員的大力幫助，OSL 樣品年齡由山東省地震局光釋光實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，ESR 樣品年齡由北京光釋光實(shí)驗(yàn)室有限公司測(cè)定，在此一并表示感謝！