【类型】期刊

【作者】董好刚，陈宇达（武汉地质调查中心）

【作者单位】武汉地质调查中心

【刊名】热带海洋学报

【关键词】 珠江三角洲；西江断裂；第四纪地貌；浅层地震；年代学；第四纪活动性

【资助项】国土资源部地质灾害预警项目(1212011014006)

【ISSN号】1009-5470

【页码】P26-32

【年份】2019

【期号】第2期

【期刊卷】1;|7;|8;|4;|5;|2

【摘要】西江断裂是珠江三角洲北西向主干断裂。为进一步查清其第四纪活动性,进行了1︰5万地质地貌填图、浅层地震探测、断层活动年代测定、联合钻孔验证、构造解析等工作。结果表明,第四纪地貌与断裂特征具有一定耦合性,历史地震等说明西江断裂目前仍有一定活动性;地质调查及浅层地震、联合钻孔验证均未发现断裂切割第四系;年代测量结果表明断裂在中更新世至晚更新世前期活动性较强,晚更新世晚期以后活动性渐弱;前人对磨刀门大桥的构造解析表明,断裂两侧存在沉降速率突变现象,但相对变化属弱形变。综合研究认为,西江断裂目前仍有一定活动性,但活动性较弱。

【全文】 文献传递



西江断裂三水至磨刀门段第四纪活动性再研究

董好刚, 陈宇达

武汉地质调查中心, 湖北武汉 430205

摘要：西江断裂是珠江三角洲北西向主干断裂。为进一步查清其第四纪活动性, 进行了1︰5万地质地貌填图、浅层地震探测、断层活动年代测定、联合钻孔验证、构造解析等工作。结果表明, 第四纪地貌与断裂特征具有一定耦合性, 历史地震等说明西江断裂目前仍有一定活动性; 地质调查及浅层地震、联合钻孔验证均未发现断裂切割第四系; 年代测量结果表明断裂在中更新世至晚更新世前期活动性较强, 晚更新世晚期以后活动性渐弱; 前人对磨刀门大桥的构造解析表明, 断裂两侧存在沉降速率突变现象, 但相对变化属弱形变。综合研究认为, 西江断裂目前仍有一定活动性, 但活动性较弱。

关键词：珠江三角洲; 西江断裂; 第四纪地貌; 浅层地震; 年代学; 第四纪活动性

珠江三角洲是断块型三角洲, 基底构造主要由北东、北西和东西向3组断裂组成, 其中西江断裂是控制珠江三角洲西缘的区域性断裂(黄镇国等1982; 黄玉昆等, 1983; 董好刚等, 2012a)(图1)。关于西江断裂带活动性, 前人研究结论主要有两种, 一是陈国能等从断裂活化、断块差异升降的角度研究西江断裂对珠江三角洲形成发展的控制作用, 并认为三角组地层(Q33—Q41)被西江断裂的多条次级断裂错断(黄玉昆等, 1983; 陈国能等, 1995; 陈伟光等, 2002;姚衍桃等, 2008，张珂等，2009); 二是刘尚仁等从河流阶地的研究入手, 认为珠江三角洲非断块型三角洲, 今后相当长时间本区新构造运动以间歇性差异下沉或稳定为主的趋势将继续下去, 西江断裂活动性不强(刘尚仁等, 2003; 刘尚仁, 2008; 黄镇国等, 1982; 宋方敏等, 2001, 2003; 马浩明等, 2007; 董好刚等, 2012b;董好刚, 2016)。西江断裂是珠江三角洲地区的区域性断裂, 进一步查清其第四纪活动性事关重大。

为了进一步查清其第四纪活动性, 在前人工作的基础上, 我们进行1︰5万的地质调查、浅层地震探测、年代测定、钻孔联合验证等工作, 从第四纪地貌特征、断裂与第四系的关系、断裂年代学、钻孔构造解析等角度讨论了西江断裂三水至磨刀门段的第四纪活动性。

①广三断裂; ②罗浮山断裂; ③西江断裂; ④沙湾断裂; ⑤广从断裂; ⑥市桥—新会断裂; ⑦五桂山北断裂; ⑧五桂山南断裂; ⑨深圳断裂; ⑩崖门断裂;11萝岗—太平断裂;12)东莞断裂

Fig. 1 Tectonic outline map of the Pearl River Delta

1 西江断裂分布及与第四纪地貌之间的耦合性

1.1 西江断裂的分布及特征

在前人工作的基础上, 我们进行了1︰5万的地质地貌调查、浅层地震探测等工作, 基本查清了断裂的分布及特征。断裂北自四会始, 经鹤山、江门至珠海磨刀门入海, 长约 200km。断裂基本沿西江下游的北西向河谷区发育, 总体走向310°~330°, 倾角大于50° (张虎男等, 1990)(图2)。根据各段落的几何形态可将断裂分为北段、中段和南段。北段位于鹤山以北, 主要由丹灶断裂(F001)、富湾断裂(F002)组成, 主干断裂偏西, 在泥盆系至石炭系中出露。中段起于鹤山, 终止于江门外海附近, 主要由了哥山断裂(F003)、九江断裂(F004)组成, 沿西江两岸分布, 出现在古生界和侏罗系中。南段起于江门外海, 止于斗门南段, 由大敖断裂(F005)、白蕉断裂(F006)组成, 主要出现在燕山期花岗岩中。

1.2 西江断裂与第四纪地貌的耦合性

珠江三角洲北西向断裂与第四系等厚线及河流发育等均具有较强耦合性(张虎男等, 1990; 陈国能等, 1995), 现结合调查研究进一步说明。

西江断裂及其分支断裂多被第四系掩盖, 从地表零星露头判别, 其性质多为张裂, 而现今西江河道正是断裂演化的地貌表现。断裂北段三水附近, 从西江河道左岸构造露头判别, 断裂性质多为正断层, 倾向南西; 而右岸构造露头显示为倾向北东的正断层(图3), 内部可能由于断裂效应所致形成一系列不同时期活动产生的不同性质的次级断层。对断裂中段了哥山、南安等地的调查显示, 西江断裂两岸亦具有上述特点。了哥山位于西江左岸, 出露地层为白垩系砂岩, 点上露头显示断裂走向为330°, 倾向南西, 沿江一线可见断层三角面(图4), 断层面上可见擦痕, 显示上盘向下运动。而河对岸南安一带, 沿江一线可见规模较大的正断层, 断层倾向北东, 倾角较陡(70°~75°之间)(图5)。

断裂南段, 据西江入海口磨刀门地勘资料(张虎男等, 1990), F005经磨刀门入海, 磨刀门河道底部沉积物热释光测年结果与该处断裂断层泥热释光测年结果均为20000年左右(陈国能等, 1995), 说明西江断裂的活动性与西江形成发育确实具有一定耦合性, 西江兼具构造谷和侵蚀谷作用。

2 历史地震

珠三角地区在10年前就已经作为我国21个地震重点监视防御区之一, 1997年被区划为6~6.5级地震的潜在震源区, 因此其地震情况长期受到有关部门的特别重视。

珠三角经济区历史上共发生过4 次面波震级(MS)5 级的地震, 其中3 次分布于恩平—中山—惠阳一线以南, 即在新构造运动中以隆起为主的地区, 而且均位于隆起的边缘, 只有一次分布于本区北半部(魏柏林等, 2002)。自地震台站建立以来, 本区监测里氏震级(ML)≥3.0 级地震南区占73%, 北区占27%; ML≥4.0 级地震南区占80%, 北区占20%。微震的分布情况与100余年来MS≥5级地震的分布情况大致相似。未来值得关注地区则在中山—斗门一带。如西江断裂带历史记载共发生级地震5次, 最大震级5.5级(1905年澳门)。近年来其与广三断裂交汇处曾发生3级小震, 表明断裂带近代仍有活动(庄文明等, 2003)。

3 断裂与第四纪地层切割关系的勘察与验证

西江断裂主断面大部分在第四纪河流相沉积物之下, 难以通过露头确定断裂的活动性。为了揭示西江断裂与第四纪地层的切割关系, 我们在基岩断裂出露的山前部位, 从南至北布置了8条跨断层浅层地震测线(图2)(董好刚, 2016)，对典型测线进行了联合钻孔验证(董好刚, 2016)。

8条测线解译结果均表明, 解译的断裂与附近小黄杨基岩断裂的露头特征基本一致, 基本位于基岩断裂推测的延伸线上, 说明浅层地震解译的结果是可信的。但基岩断裂并未上延至残积层顶部, 更未延伸至第四系沉积物内部(董好刚, 2016)。联合钻孔验证结果与浅层地震结果完全一致。

断裂与第四纪地层切割关系的勘察与验证结果说明，西江断裂该段并未发现断裂切割第四系现象(测年结果最新为40kaBP)。

4 西江断裂第四纪活动的年代学证据

西江断裂由多组北西向断裂分支组成, 而断裂不同部位、不同分支最新活动时间可能不同。对断裂不同部位, 不同分支进行采样并进行年龄测试, 可得不同断裂不同部位的最新活动时间。对这些最新活动时间记录进行统计, 就有可能得出西江断裂整体第四纪构造活动的情况。

为此, 我们对不同地段的断裂带内物质进行了采样测试。因为华南地区地表面物质受风化淋滤作用强烈, 为提高测试结果的可靠性, 所采的样品是真正的未经风化、淋滤的断层泥。采样中用我们采用自制钢管, 从外部撬入露头内取新鲜样品, 取出后立即将钢管用黑色塑料包裹, 防止见光及失水等。考虑到该区第四纪活动时间相对较老, 我们选择电子自旋共振(ESR)测年方法(0.1~1MaBP),测年主要在地震动力学国家重点实验室进行, 收集资料测年方法主要为热释光(TL)。

表1是项目组自测和收集到的断裂带内物质的部分测年成果资料(张虎男等, 1990; 陈国能等, 1995; 吴业彪等, 1999; 陈伟光等, 2002; 姚衍桃等, 2008)。表1显示, 第四纪以来西江断裂带内各断裂有过不同程度的活动记录, 且不同地段保留的最新活动时间不一, 有的断裂可能发生过多期次的活动。数据显示, 断裂最新活动情况可分为5个时期:

1) 443~354kaBP, 该时期属于中更新世中期, 断裂中段隔田断裂(F003)断层泥ESR揭示该时期曾有活动痕迹(424kaBP), 中段天台山所见的裂断层泥ESR年龄为443kaBP。以上两者揭示的时间极为接近, 反映该时段在西江断裂的中部地区, 断裂发生过较为显著的活动。此外, 稍晚一些, 在西江断裂南段挂碇角(F005)及小黄杨(F006)附近, 断裂开始活动, 如小黄杨F006断层泥ESR年龄在360kaBP左右。

2) 285~145kaBP, 该时期属于中更新世晚期, 例如中段隔田(F003)、横坑里(F003)一带仍继承性活动, 断裂中段隔田断裂(F003)断层泥ESR揭示该时期保留活动迹象(285kaBP), 中段横坑里所见的断层泥TL年龄为285.6kaBP。以上两者揭示的时间较为接近, 反映该时段在西江断裂的中部地区, 断裂活动性较为显著。另外, 斗门水磨岩(F005)附近构造碎裂岩测年还出现200kaBP左右活动记录, 断裂中段了歌山附近构造碎裂岩测年出现146kaBP左右活动记录。

3) 100.6~79.3kaBP, 该时期属于晚更新世早期, 岐样里(F003)断层泥ESR测年保留100.6kaBP、95kaBP左右活动记录, 了歌山(F003)断层泥TL测年保留99.7kaBP左右活动记录。后几组数字非常接近, 说明该时期断裂中段活动性较强。另外, 鸡啼门附近构造碎裂岩测年还保留79.3kaBP左右活动记录。

4) 49.5~23.4kaBP, 该时期属于晚更新世晚中晚期, 晚更新世中晚断裂中段了歌山附近断裂仍旧活动, 了歌山附近断层泥TL测年保留49.5kaBP左右活动记录, 九江(F004)断层泥TL测年保留44.2kaBP左右活动记录。以上两者揭示的时间较为接近, 反映该时段断裂活动性仍较为显著。磨刀门钻孔(F005)断层泥TL测年结果显示西江断裂的最新活动时间为23.4kaBP(陈国能等, 1995)。

值得指出, 该时期是珠江三角洲形成和发育的重要时期, 无疑西江断裂的活动性对三角洲的形成和发育有一定的控制作用。如前所述, 磨刀门河道底部沉积物热释光测年结果与该处断裂断层泥热释光测年结果均为20kaBP左右, 说明西江断裂的活动性与西江形成发育确实具有较好的耦合性。

5) 晚更新世末至全新世, 西江断裂活动性更弱, 基本没有在地表留下活动的地质地貌证据。刘尚仁等(2003)(刘尚仁, 2008)从河流阶地的研究入手, 认为今后相当长时间珠江三角洲新构造运动趋势以间歇性差异下沉或稳定为主, 与本文研究结论一致。

5 讨论与结论

西江断裂第四纪活动性较复杂, 需进行综合分析。

5.1 第四纪地貌与断裂耦合特征和历史地震

前述分析表明, 西江断裂与西江水系发育特征、第四系等厚线、现代形变沉降速率等均具有一定耦合性; 结合历史地震情况, 西江断裂带历史记载共发生震级地震5次, 最大震级5.5级(1905年澳门)。近年来其与广三断裂交汇处曾发生3级小震, 表明断裂带近代仍有活动, 是值得注意的孕震地段(庄文明等, 2003); 但断裂形变速率并不明显, 广东省地震局在1992—1998年连续6年在横坑里一带对横坑里断裂进行跨断层水准测量, 结果显示断裂近年来平均活动速率为0.11mm·a-1(吴业彪等, 1999; 宋方敏等, 2003), 说明断裂现今活动并不明显。

断裂带周边二级抬升阶地的存在也表明断裂附近第四纪地貌体在中更新世至晚更新世时期曾有过抬升, 但现代河流未发现同步拐弯、错动, 以及断裂形成的瀑布、洪积扇切割等新构造活动迹象; 断裂通过附近的河流阶地结构完整, 未见错动等现象。以上事实表明西江断裂晚更新世以后活动较弱。

5.2 第四系勘察和验证

已有测年数据表明, 西江断裂三水至磨刀门段第四系沉积物最老年龄40000a左右(黄镇国等, 1982; 董好刚等, 2012b), 而现场调查、浅层地震勘察和钻探验证均未发现断裂切割至第四系, 说明珠江三角洲第四纪地层形成以来西江断裂未发生显著活动。

5.3 年代学和地震

从15件样品的构造年龄测试结果看, 西江断裂中段江门至磨刀门段有5组低于10万年, 最晚2万年, 均分布在西江断裂中段江门以南。考虑历史地震因素和断裂交叉关系, 西江断裂磨刀门附近与东西向深圳断裂交汇处具有弱活动性。

5.4 钻孔构造解析

小黄杨钻孔验证表明, 西江断裂该段第四纪未发生等时错动现象。

1990年代初在西江入海口磨刀门附近曾进行过详细的物探和钻探工作(张虎男等, 1990), 新地质年代学测定得出第四纪沉积物的沉降速率自东、西两侧向主航道增大的变化, 我们不排除存在断层微量活动的可能性, 特别是ZK10孔和ZK 9孔之间14C曲线和热释光曲线的沉降速率同步增大, 反映断裂上盘相对下滑, 其相对活动速率分别为1.15mm×a–1和 1.09mm×a–1, 同属弱形变和微弱形变。

ZK13孔和ZK12孔之间以及ZK11 孔和ZK4孔之间若存在断层并有近期活动, 其相对运动速率也只有0.92mm×a–1和 1.32mm×a–1, 属于同一数量级的弱形变; 另一方面, 即使ZK10 孔和ZK9孔之间的沉降速率差是由断裂活动引起的, 其形变值也只有2.95mm×a–1(张虎男等, 1990), 而远小于临震时的突变速率 (约10倍于该值 )。

考虑珠三角的人口密度和重要地位, 本着谨慎的原则, 按照钻孔验证结果的沉降速率突变现象, 认为西江断裂分支大鳌断裂(F005)磨刀门附近与东西向深圳断裂交汇处具有弱活动性。

5.5 结论

1) 地质地貌和和浅层地震探测、联合钻孔验证均未发现断裂切割第四系现象。

2) 第四纪地貌与西江断裂耦合性特征及历史地震情况表明, 西江断裂第四纪仍具一定活动性。

3) 从已有测年数据看, 西江断裂带第四纪活动集中在中更新中期至晚更新世晚期, 磨刀门段最新测年数据为2万年左右, 晚更新世后期以后活动性渐弱。

4)构造解析表明, 西江断裂分支大鳌断裂(F005)磨刀门附近与东西向深圳断裂交汇处具有活动性，但强度较弱。

综合研究认为, 西江断裂有一定活动性, 但强度较弱。

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Re-visiting the Quaternary activity of Xijiang Fault from Sanshui to Modaomen

DONG Haogang, CHEN Yuda

Center of Wuhan Geological Survey, Wuhan 430205, China

Abstract：The Xijiang Fault is an important fault of the Pearl River Delta. To learn the quaternary activity of the Xijiang Fault furtherly, geological mapping in 1︰50000 scale, age dating, shallow seismic reflection and drilling verification were performed. The results show that the quaternary geomorphology and fracture coupled. The character of historical seismic reflection shows the fault is still active. Field survey and shallow seismic reflection show that the fault didn’t cut quaternary strata. Chronology shows that the activity strength was relatively strong before the Late Pleistocene, and became weak afterward. Tectonic analysis of Modaomen indicates that there is a sudden change in the sedimentation rate at both sides of the fault, but activity strength is weaker. In short, the Xijiang Fault is still active, but its strength is weak.

Key words：Pearl River Delta; Xijiang Fault; quaternary geomorphology; shallow seismic reflection; chronology; the quaternary activity

Received date: 2016-07-05, Revised date: 2016-09-26. Editor: SUN Shujie

Foundation item：Geological Hazard Early Warning Project From Ministry of Land and Resources (1212011014006)

Author: DONG Haogang. E-mail: donghaogang@126.com

收稿日期：2016-07-05;

修订日期：2016-09-26。孙淑杰编辑

基金项目：国土资源部地质灾害预警项目(1212011014006)

作者简介：董好刚(1970—), 男, 高级工程师, 硕士, 主要从事环境地质及新构造运动研究。E-mail: donghaogang@126.com, Tel: 13986195620

中图分类号：P736

文献标识码：A

文章编号：1009-5470(2017)02-0026-07