【类型】期刊

【作者】雷东宁，王斌战，乔岳强（中国地震局 地震研究所 地震大地测量重点实验室；武汉地震工程研究院；湖北省地质局 地球物理勘探大队）

【作者单位】中国地震局 地震研究所 地震大地测量重点实验室；武汉地震工程研究院；湖北省地质局 地球物理勘探大队

【刊名】资源环境与工程

【关键词】 商城—麻城—团风断裂；构造应力场；正断兼走滑；新构造变形模式

【资助项】中国地震局社会公益研究项目

【ISSN号】1671-1211

【页码】P526-530

【年份】2019

【期号】第5期

【摘要】分析商城—麻城—团风断裂中段第四纪活动在地质、地貌及水系等方面的特征,并结合震源机制解分析断裂活动的区域及局部现今构造应力场,归纳出该断裂中段新构造变形模式。研究认为该断裂中段最新活动时代在中更新世中期—晚期;现今以正断层兼右旋走滑分量活动为主;区域及局部NE-NEE向构造应力场背景和壳幔尺度差异隆升控制着断裂的活动方式。

【全文】 文献传递

鄂东北商城—麻城—团风断裂中段第四纪活动与新构造变形模式初步探讨

雷东宁1,2,王斌战3,乔岳强1,2

(1.中国地震局 地震研究所 地震大地测量重点实验室,湖北 武汉 430071; 2.武汉地震工程研究院,湖北 武汉 430071; 3.湖北省地质局 地球物理勘探大队,湖北 武汉 430056)

摘 要:分析商城—麻城—团风断裂中段第四纪活动在地质、地貌及水系等方面的特征,并结合震源机制解分析断裂活动的区域及局部现今构造应力场,归纳出该断裂中段新构造变形模式。研究认为该断裂中段最新活动时代在中更新世中期—晚期;现今以正断层兼右旋走滑分量活动为主;区域及局部NE-NEE向构造应力场背景和壳幔尺度差异隆升控制着断裂的活动方式。

关键词:商城—麻城—团风断裂;构造应力场;正断兼走滑;新构造变形模式

商城—麻城—团风断裂(以下简称“麻团断裂”)是鄂东北一条重要的断裂,构成分割秦岭—大别褶皱带内桐柏断块与大别断块的边界构造带,控制着鄂东北的地震构造环境。新构造期以来,该断裂中北段在早第四纪有不同程度的活动。前人不同程度的从该断裂的地壳形变[1]、构造应力场[2-3]、孕震特征[4-6]、活动性[7-10]、发育与演化[11]等进行了研究,但近几十年来相关的研究报道甚少。随着近几年对该断裂研究的更加深入,初步获得了一些成果和认识。本文在前人研究的基础上,对麻城—团风断裂中段构造地貌、断层剖面等特征进行了调查,并通过分析区域现今构造应力场特征,给出了该断裂的新构造变形模式,为深入认识该断裂活动性和区域地震构造环境、评估该断裂地震危险性提供基础资料。

1 麻团断裂中段几何结构与第四纪活动

1.1 麻团断裂几何结构

麻团断裂北起商城,向南经麻城、新洲、团风一带,长约240 km。断裂总体走向NNE,麻城以北倾向SEE,具有逆冲性质;麻城以南倾向NWW,具有正断性质,并兼有右旋走滑分量。根据断裂几何特征及活动性质大致可以分为三段:北段为商城—麻城黄土咀,中段为黄土咀—团风,南段为团风以南段。

中段北起黄土咀,向南经阎家河、白果、夫子河、旧街、淋山河,止于团风(长江以北),延伸长约75 km。断层在平面上呈NNE走向弯曲展布,仅在麻城南局部呈向西凸出的弧形(图1)。本段断层倾向NWW,局部地段地质调查显示,倾向E,倾角约在50°～75°之间。据已有资料及野外地震地质调查,断裂在剖面上呈现陡倾,断面较为平直。

1.2 断裂地质活动特征

沿断裂发育较大的破碎带,局部地段断面可见断层泥、断层角砾岩带。从卫星影像及DEM图上清晰可见北北东向线性构造。在野外调查过程中,见断面多发育在老地层与东湖群之间,最新活动以正断层为主,主要典型剖面如下:

(1) 麻城枣林湾剖面。在麻城枣林湾一带,元古界片麻岩与白垩系—古近系砂砾岩以断层接触,发育宽达100多米的构造岩带,带内发育角砾岩,角砾岩呈半胶结状,两侧构造带片理化较为强烈。断面倾向W,倾角45°,断面平直。断层正倾滑运动导致上盘砂岩地层发生挠曲变形(图2-a)。

(2) 麻城阎家河叶家湾剖面。在麻城叶家湾,断裂规模不大,主带宽约1 m左右。断面倾向E,倾角64°。带内发育角砾岩、紫红色断层泥,多数呈透镜体状,断面上见镜面。受断裂影响,两侧地层受明显牵引作用(图2-b)。断层上断点未切割第四系全新统残坡积层。本观察点断层产状与其他观察点获得结果相反,反映了断裂多期活动的特点,同时,通过查阅有关资料及交流,该断裂在中段确实存在反倾向地质剖面。

(3) 在夫子河镇人工开挖房屋后,中元古界地层中见到断层面(图2-c、图2-d)。断层两盘岩性为片麻岩,夹酸性岩脉,岩层产状NW∠35°。断层断错酸性岩脉,错距在3.5～4 m左右。断层面产状NW∠75°,带宽约1 m,内部发育构造角砾岩,发育断层泥状物质。靠近断面两侧地层及岩脉均有拖曳现象,伴生构造发育,显示断层具有正断层性质。

(4) 在麻城永丰水库人工剖面上,可见主断裂出露部位(图2-e、图2-f)。断层上盘为白垩系—古近系砖红色含钙质粉砂岩、含砾粗砂岩。地层倾向NW,倾角较缓,约10°。断层下盘出露太古界大别山群地层,岩性以片麻岩为主,含部分石英岩,地层产状变化较大,发育多组节理。断层构造岩带宽约8 m,主要发育构造角砾岩。

在麻城桃林河,断裂发育在太古界变质岩系与白垩系—古近系砂砾岩中,断裂表现为强烈的破碎带,内发育断层构造岩,并见保存较好的断层三角面。断层泥ESR年龄为(324±30)ka B.P.*中国地震局地质研究所、中国地震局工程力学研究所,西气东输二线工程场地地震安全性评价报告,2008。。在麻城市白果乡明山水库,也见到相似的断层发育特征,带内采集的断层物质ESR年龄为(404±45)ka B.P.*中国地震局地质研究所、中国地震局工程力学研究所,西气东输二线工程场地地震安全性评价报告,2008。。在白果一带出露断层剖面上,采集的断层泥样SEM测定显示,断裂在中更新世有明显活动,晚更新世有弱活动,并具有黏滑特性。

1.3 地貌及水系特征

断裂中段麻城—新洲盆地东缘地貌反差强烈,东侧为低山、低中山区,西侧盆地内部为垄岗河流宽谷地貌。断层线性影像清晰,由硅化断层角砾岩构成的断层三角面成排展布,并发育断阶状多级台地,台地前缘发育断层河谷(图3-a)。

在高分辨率卫星影像上可见冲沟、山脊等微地貌也具有右旋特征。阎家河—旧街之间,断裂右旋走滑造成水系具有右旋扭曲特征(图3-b)。在阎家河南举水支流上这种特征更加清晰,举水支流从断裂东侧山区流出,由于受地形控制,均向南弯曲汇入举水,但在汇入处受断裂影响均表现出向北弯曲的弧形,断裂造成的水系扭曲位移达2 km左右。

1.4 断层活动性分析

根据野外地质地貌调查、断层带内物质年龄测试等资料显示,该断裂在第四纪中更新世存在活动的依据。另外,在麻城黄土咀,断层带内发育的构造岩宽约25 m左右,从断面上观察,晚第四纪以来活动不明显。同时,在麻城阎家河一带发现有温泉出露,距离断裂较近,表明现今仍有一定的弱活动。

2 区域现今构造应力场

从中国现今地壳应力图上来看,研究区位于两个一级构造应力场分区的过渡地带[12],但局部构造应力场有一定差异,表现出明显的分区性。根据25个区域中小地震的震源机制解,初步获得了区域现今构造应力场状态,区域总体上处于NE-SW向主压应力场背景下。

根据应力方向差异,区域可以划为三个局部应力分区,麻团断裂中段位于Ⅲ区。该区局部应力场与区域应力场略有差异,为NEE-SWW向,但基本一致。区域现代构造应力场主体以NE-SW为主,局部主应力与区域主应力存在差异,应力分区界线大致与区域一级新构造分区界线相吻合,体现出不同新构造单元有着不同的应力状态(图4)。李安然等(1984)研究认为,该区构造应力P轴方位为39°,T轴方位为150°。麻城地震震源机制解表明[13],P轴走向77°,仰角66°,T轴走向159°,仰角0°,错动类型为正断层性质,这些认识与麻团断裂现今活动方式比较吻合,表明了断裂活动受应力场的控制作用。

3 地壳形变与新构造变形模式

3.1 现今地壳形变

晚中生代—新生代以来,麻团断裂处于伸展构造环境,第四纪以来则以张剪性为主。根据前面野外地质调查断层剖面显示,断裂最新活动以正断层活动为主,断面上擦痕及水系分布具有右旋特征。1959年和1973年二期水准测量结果表明,断裂东侧表现为山地隆升,年速率约为1.02～1.22 mm·a-1,西侧盆地则表现为下降,年速率约为-0.62～-4.29 mm·a-1。跨断层测量右旋张剪速率为0.5～1.0 mm·a-1。

3.2 新构造变形模式

麻团断裂是一条早期深层次韧性剪切滑脱向晚期脆性断裂转换的过渡型右旋走滑正断层,转换时间约在126—119 Ma之间[9-11],即燕山运动晚期完成这一构造体制的转换。前白垩纪期间,断裂以压剪性活动为特征,发育较宽的糜陵岩、硅化岩带。断裂带内及旁侧有燕山期花岗岩分布,并经受强烈的动力变质。白垩纪—第三纪期间,在区域伸展构造体制的影响下,控制了麻城—新洲断陷盆地的形成,并接受巨厚的陆相红色碎屑岩沉积。断裂带沿线有新生代溢流的玄武岩分布。第四纪时期,断裂继承性复活主要表现为伸展构造背景下的构造隆升作用。断裂两侧地形反差较大,水系特征、河流阶地高程明显不同。申重阳等(1994)的研究认为,麻城6级地震发生在区域重力异常等值线梯度最大处、磁力异常区两局部正异常间的低值带以及莫霍面及居里面隆起区边缘。

区域现今构造应力P轴为NE-SW向,麻团断裂所在的应力分区P轴为NEE-SWW向,主压应力轴与麻团断裂走向夹角接近垂直,这为断裂右旋滑动提供了动力来源。根据深部地壳结构及地球物理场特征分析认为,壳幔尺度的垂直差异上隆可能为该断裂伸展运动提供了主要动力来源,使得该断裂活动具有正断性质,并控制着麻城—新洲中新生代盆地的形成、发育和演化。同时,在该盆地东缘形成同生沉积构造角砾岩,盆地总体上呈一东断西超的半地堑伸展盆地[10]。通过以上分析,本文归纳出麻团断裂带构造变形模式如图5所示。

4 结论与讨论

通过对麻团断裂带中段地质、地貌、水系等的分析调查,结合断裂活动的区域及局部现今构造应力场,归纳出了麻团断裂带中段构造变形模式,初步分析认为,麻团断裂中段最新活动时代在中更新世中—晚期;旧街—阎家河一带水系右旋扭曲,活动方式以正断为主,兼右旋走滑特征;区域及局部NE-NEE向现今构造应力场背景和壳幔尺度差异隆升为断裂活动提供了主要驱动力。

在中国东部,由于植被覆盖、第四系覆盖较厚以及断裂活动强度较弱,开展断裂活动性研究存在一些困难。麻团断裂在中段靠近团风一带,断裂呈隐伏状态。近些年来,在该地段已经开展了一些地球物理探测,初步获得了一些成果,但关于断裂活动的细部特征还有待加强。只有系统研究断裂不同的活动段,才能更加深入认识该断裂活动习性,合理地评估断裂的地震、地质危险性,为工程抗震提供科学依据。

致谢:感谢中国地震局地震研究所刘锁旺研究员对本文提出的宝贵意见与建议。

参考文献：

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[12] 汪素云,许忠淮.中国东部大陆的地震构造应力场[J].地震学报,1985,7(1):30-31.

[13] 刘锁旺,丁忠孝.湖北省地震志[M].北京:地震出版社,1990.

(责任编辑：于继红)

A Preliminary Study on the Quaternary Activities and the New TectonicDeformation Modes of Shangcheng-Macheng-Tuanfeng Fault in Northeast Hubei

LEI Dongning1,2,WANG Binzhan3,QIAO Yueqiang1,2

(1.Key Laboratory of Earthquake Geodesy,Hubei Earthquake Agency,Wuhan,Hubei 430071; 2.Wuhan Institute of Earthquake Engineering Co.,Ltd,Wuhan,Hubei 430056; 3.Geophysical Exploration Brigade of Hubei Geological Bureau,Wuhan,Hubei 430056)

Abstract：This paper analyzes the characteristics of the Quaternary activities in the middle of the Shangcheng-Macheng-Tuanfeng fault in geology,geomorphology and water system,and analyzes the regional and local tectonic stress field of the fault activity by combining with the focal mechanism.And the new tectonic deformation pattern in the middle of the fault is summarized.The results show that the latest activity of the middle of the fault is in the middle Pleistocene to late stage.Nowadays,it is component active in normal fault and dextral strike slip.The regional and local NE-NEE tectonic stress field background and the crust-mantle scale discrepant uplifting control the behavior of the fault.

Key words：Shangcheng-Macheng-Tuanfeng fault; tectonic stress field; positive fault and strike slip; new tectonic deformation pattern

中图分类号: P534.63; P546

文献标识码： A

文章编号： 1671-1211(2017)05-0526-05

收稿日期:2017-03-16;改回日期2017-04-10

资助项目:中国地震局社会公益研究项目(1521401800062)。

作者简介:雷东宁(1980-),男,高级工程师,硕士,构造地质学专业,从事地震地质、活动构造等方面的工程应用与研究工作。E-mail:lei_dongning@163.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170830.1152.008.html 数字出版日期2017-08-30 11:52

DOI:10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.003