殷 娜 余中元 周兆軍 王 鶴 李瑩甄 趙 斌

1）防災(zāi)科技學(xué)院，河北三河065201

2）黑龍江省地震局，哈爾濱 150090

引言

研究活動盆地邊界斷裂的活動構(gòu)造，有助于理解盆地的構(gòu)造變形過程以及在此變形過程約束下的地震活動特征（張培震等，2003）。松遼盆地的邊界主干斷裂構(gòu)造以北東向?yàn)橹鳎╕in，2010），兩側(cè)地形起伏明顯，盆地較為平坦（圖1、圖2）。因地處第四系覆蓋區(qū)，地表沼澤植被發(fā)育，人類現(xiàn)代生產(chǎn)破壞強(qiáng)烈，這些斷裂多是根據(jù)深部地震反射而得出的（楊寶俊等，1996；Liu等，2007；鄧起東等，2007），缺乏明顯的地表露頭和地形地貌位錯(cuò)證據(jù)，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為它們晚第四紀(jì)活動性較弱，不具備強(qiáng)震的孕震能力，抗震設(shè)防參數(shù)較低。

依蘭-伊通斷裂走向約N50°E，中國境內(nèi)總長約800km，是劃分中蒙、中朝2個(gè)活動地塊的重要邊界斷裂（張培震等，2003），同時(shí)是松遼盆地的東邊界斷裂（圖1（b）），也是郯廬斷裂帶北段的重要分支斷裂之一，和敦化-密山斷裂一起構(gòu)成了郯廬斷裂北段的主體部分（徐嘉煒等，1992）（圖1（a））。近年來，在依蘭-伊通斷裂帶上陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多處晚第四紀(jì)期間強(qiáng)烈古地震活動的證據(jù)，對于該斷裂以及東北地區(qū)“不活動或弱活動”的傳統(tǒng)認(rèn)識有所改變（閔偉等，2011；Min等，2013；余中元，2016；余中元等，2016；Yu等，2018a，2018b），部分段落的抗震設(shè)防參數(shù)也相應(yīng)的得到了提高。

圖1 研究區(qū)地震構(gòu)造（據(jù)余中元等，2016；Yu等，2018a） Fig.1 Seismotectonic map of the research area (Modified from Yu et al.,2016; Yu et al.,2018a)

圖2 研究區(qū)C-C’數(shù)字地形高程剖面特征（剖面位置見圖1（b）） Fig.2 Digital topographic elevation profile along the line C-C’(location of profile C-C’ is marked in Fig.1 )

嫩江斷裂帶構(gòu)成盆地西邊界，走向約N45°E，總長約650km，是大興安嶺地塊和松嫩地塊的重要邊界斷裂（圖1（b））。以鎮(zhèn)賚為界，斷裂可分為南、北2段，北段呈向西凸出的弧形，長約300km，基本沿著嫩江河谷展布（圖1（b））；南段長約350km，呈直線狀展布，對第四系沒有明顯的控制作用。前人分別從遙感解譯、鉆孔資料和沉積物厚度差別、重力場和磁場特征、莫霍面深度（陳洪洲等，2004）和廣角地震測深（楊寶俊等，1996）等方面闡述了嫩江斷裂帶的存在標(biāo)志，同時(shí)對該斷裂的運(yùn)動性質(zhì)、活動時(shí)代及其與地震的關(guān)系進(jìn)行了初步討論，認(rèn)為該斷裂帶的第四紀(jì)活動與地震關(guān)系密切，尤其是存在的地震圍空區(qū)值得密切關(guān)注。然而，對該斷裂晚第四紀(jì)期間是否存在強(qiáng)震活動始終缺乏直接有力的野外地表地質(zhì)調(diào)查證據(jù)，進(jìn)而影響著對該斷裂及松遼盆地新構(gòu)造與活動構(gòu)造變形過程的深入認(rèn)識以及地震活動潛勢和危險(xiǎn)性的判斷。本文在前人工作基礎(chǔ)上，針對嫩江斷裂帶的北段開展了野外地表地質(zhì)調(diào)查，得到了嫩江斷裂帶北段第四紀(jì)活動特征的一些初步認(rèn)識。

1 地質(zhì)構(gòu)造與地震背景

研究區(qū)地處東北亞活動地塊區(qū)，區(qū)域構(gòu)造環(huán)境主要受西太平洋-印度尼西亞板塊深俯沖的影響，現(xiàn)代地震活動水平相對較弱，沒有MS≥7.0的淺源地震記錄（鄧起東等，2007；張培震等，2014）。此外，北東向展布的老爺嶺、張廣才嶺和大興安嶺等山脈與敦化-密山斷裂帶、依蘭-伊通斷裂帶和嫩江斷裂帶相隔，其間發(fā)育依蘭-伊通、松遼和三江等一系列新生代北東向盆地群，形成了研究區(qū)盆嶺相間的特殊地貌格局（圖1、圖2）。

研究區(qū)區(qū)域性斷裂由敦化-密山斷裂帶、依蘭-伊通斷裂帶、大安-德都斷裂帶和嫩江斷裂帶組成。其中，敦化-密山斷裂帶控制著一系列的新近紀(jì)火山群和東北深源地震（300—600km）的分布（圖1（b）），截至目前尚沒有發(fā)現(xiàn)晚第四紀(jì)時(shí)期強(qiáng)烈古地震活動的地表破裂證據(jù)。依蘭-伊通斷裂帶歷史上缺乏強(qiáng)震記錄，有現(xiàn)代臺網(wǎng)記錄以來的最大地震為1963年黑龍江省蘿北MS5.8地震，現(xiàn)代地震活動水平相對較弱。近年來的探槽古地震和構(gòu)造地貌研究結(jié)果表明，依蘭-伊通斷裂帶晚第四紀(jì)期間構(gòu)造變形強(qiáng)烈，具備強(qiáng)震的發(fā)震能力和構(gòu)造背景（閔偉等，2011；Min等，2013；余中元等，2016；Yu等，2018a，2018b）。大安-德都斷裂帶作為松遼盆地內(nèi)部最主要的斷裂，晚第四紀(jì)的構(gòu)造變形控制著盆地內(nèi)部一系列中強(qiáng)震群的孕育和發(fā)生（余中元等，2015；Yu等，2015，2018b）（圖1（b））。嫩江斷裂帶位于松遼盆地的西緣，對第四系沉積控制不明顯，現(xiàn)代地震活動主要集中分布在該斷裂以西的大興安嶺山麓內(nèi)部，東緣的松遼盆地現(xiàn)代地震活動水平相對較弱（圖1（b））。

本次研究同時(shí)收集到了前人跨嫩江斷裂北段開展的大地電磁測深剖面B-B’數(shù)據(jù)（劉殿秘，2008），并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了二維反演（B-B’剖面位置見圖1（b），與A-A’一致），解譯結(jié)果如圖3所示。同時(shí)，為了更好地對比揭示斷裂的活動特征，在與大地電磁測深剖面B-B’相同的位置，基于30m分辨率的DEM數(shù)據(jù)提取了1條地形剖面A-A’，解譯結(jié)果見圖3。結(jié)果揭示，嫩江斷裂北段及兩側(cè)的電性分區(qū)與地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)及構(gòu)造地貌特征分區(qū)存在明顯的對應(yīng)關(guān)系，暗示著斷裂活動的長期性和繼承性。

圖3 跨嫩江斷裂地形特征（a）與MT 20km反演地質(zhì)解釋結(jié)果（b）（據(jù)劉殿秘，2008） Fig.3 The topography and MT 20km inversions across the NJFZ （Modified from Liu， 2008）

跨嫩江斷裂的數(shù)字高程地形剖面（圖3（a））自西至東可分為大興安嶺隆起、盆山過渡區(qū)（低山丘陵）和松遼盆地3個(gè)基本地貌單元，地形高程從西部大興安嶺山脈的約500m銳減到東部松遼盆地的140m。對比大地電測測深的電性結(jié)構(gòu)結(jié)果（圖3（b））可知，大興安嶺隆起處在西部邊緣，由比較均勻的高阻塊體構(gòu)成，地表有1層淺淺的低阻層覆蓋。至成吉思汗鎮(zhèn)附近，高阻直接出露地表。濟(jì)沁河和成吉思汗一帶位于盆山耦合邊界邊緣，由2個(gè)獨(dú)立的高阻區(qū)塊組成。扎蘭屯為一完整的高阻塊體Ra，地質(zhì)上屬于大興安嶺隆起帶的邊緣隆起，地表有一很淺的連續(xù)低阻薄層。靠近扎蘭屯隆起的高阻塊體Rb對應(yīng)碾子山斷陷，兩者之間有1條延深較大的斷裂，為嫩江斷裂最西支F1-1；另一高阻塊體Rc位于濟(jì)沁河以東，稱為龍江西北斷隆，該斷隆地表上小斷陷、斷隆相間分布，地下是一大塊高阻（最大接近50000Ω·m），且有部分直接出露地表的火山巖體。盆山耦合過渡區(qū)延伸向松遼盆地處有1段中阻體過渡帶，其地殼4km以上為中阻層，平均電阻率約300Ω·m；地殼4km以下至20km又分東西2區(qū)。西區(qū)中高阻，3000Ω·m；東區(qū)中阻，平均300Ω·m。松嫩盆地在電性上分2部分，靠近龍江盆山耦合過渡區(qū)處，地表有中高阻塊體存在的部分，龍江位置以嫩江斷裂帶F1-3分隔。嫩江以東，電阻率普遍降低，剖面上呈現(xiàn)出中部低阻、淺部和深部中低阻的三明治結(jié)構(gòu)，且中部自嫩江至大慶一帶可以勾畫出Ca、Cb、Cc和Cd 4個(gè)低阻體（圖3）。

根據(jù)上述電性結(jié)構(gòu)研究結(jié)果，可自西至東識別出5條斷裂，即F1-1、F1-2、F1-3、F1-4和F2，前4條分別對應(yīng)著嫩江斷裂的4個(gè)分支，F(xiàn)2則對應(yīng)著松遼盆地內(nèi)部的大安-德都斷裂帶。斷裂F1-1主要分布在山體內(nèi)部，傾角較陡，構(gòu)成2塊高阻體Ra與Rb的分界，推測向下切割至地殼20km位置；斷裂F1-2裂傾角較緩，分布在盆山耦合過渡區(qū)的濟(jì)沁河一帶，構(gòu)成2塊高阻體Rb與Rc的分界，向下切割至地殼20km位置；斷裂F1-3分布在山前過渡區(qū)的龍江一帶，構(gòu)成高阻體Rc與東側(cè)中阻體的分界；斷裂F1-4對應(yīng)著本次地表發(fā)現(xiàn)陡坎的位置，主要位于嫩江西側(cè)，構(gòu)成東側(cè)低阻體Ca與西側(cè)中阻體的分界，推測斷錯(cuò)地表以下約15km；斷裂F2主要發(fā)育在盆地內(nèi)部，逆沖性質(zhì)，傾角較緩，斷錯(cuò)深度較淺，構(gòu)成2塊低阻體Cc與Cd的分界。

滿洲里-綏芬河地學(xué)斷面的縱波速度結(jié)構(gòu)進(jìn)一步揭示了上述特征。如圖4所示，在嫩江以西約80-100km位置揭示出了速度異常，表現(xiàn)為以6.4km/s的速度可將地殼結(jié)構(gòu)分為上、下2部分。其中，上部約10km厚度范圍內(nèi)，速度具有復(fù)雜的變化，高速與低速相間，速度等值線彎曲多變，以至局部發(fā)生了封閉；在6.40km界線以下直至莫霍面過渡帶，速度變化較小。莫霍面的速度較西部大興安嶺的速度偏弱，與東部的速度相近，為8.0km/s，與正常莫霍面速度8.1—8.3km/s相比略偏低。尤為明顯的是，嫩江以西約80km位置的中上地殼速度結(jié)構(gòu)橫向上表現(xiàn)出明顯的不連續(xù)特征，圈閉現(xiàn)象更加明顯，存在局部撓曲變形狀態(tài)。

2 嫩江斷裂北段新活動的地表地質(zhì)調(diào)查

嫩江斷裂北段主要分布于鎮(zhèn)賚以北（圖1（b）），長約300km，且向北西方向彎曲凸出呈弧形。本次野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)了2個(gè)典型段落，結(jié)果見圖5、圖6，分布位置見圖1（b）。

在鎮(zhèn)賚一帶發(fā)現(xiàn)了線性陡坎，走向N45°E，長70km（圖1（b）），以圖5中點(diǎn)a—e展示最為典型。該陡坎衛(wèi)星影像顯示不很清楚，主要發(fā)育在盆山過渡邊界，河流的二級階地上?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其地表表現(xiàn)為高約1—2m的地貌陡坎（點(diǎn)a、b、e）、古地震崩塌和基巖滑坡遺跡（點(diǎn)c、d）等特征。其中，地貌陡坎傾角約45°，古地震崩塌和基巖滑坡主要沿陡坎分布?；鶐r的類型主要為安山玢巖，結(jié)構(gòu)致密，硬度較高。

圖4 跨嫩江斷裂滿洲里-綏芬河地學(xué)斷面縱波速度結(jié)構(gòu)（據(jù)楊寶俊等，1996） Fig.4 The P-wave velocity structure of Suifenhe-Manzhouli geoscience transect across the NJFZ（Modified from Yang et al.,1996）

在龍江縣以東約20km處發(fā)現(xiàn)了另外1段斷層出露的位置（圖1（b））。該段落整體走向N55°E，長約20km，衛(wèi)星影像上整體連續(xù)性較差，主要沿河谷西側(cè)斷續(xù)出露（圖6）。該段落揭示的變形現(xiàn)象比較明顯，以圖6中點(diǎn)a—f展示的最為典型，主要特征包括地層遭受強(qiáng)烈構(gòu)造變形后的揉皺（點(diǎn)a）、顯示斷裂傾向運(yùn)動為主的近垂直擦痕（點(diǎn)b）、基巖崩塌與斷塞塘（點(diǎn)c、d，圖中水塘中有用白色虛線標(biāo)示的巖石崩塌體）、基巖斷層面（圖6中點(diǎn)e，斷層傾向北東，傾角約50°）等。其中，基巖崩塌與斷塞塘主要沿陡坎前沿?cái)嗬m(xù)分布，規(guī)模不等，崩塌體的規(guī)模大小從直徑約5m的巨石至30cm的角礫不等，且呈現(xiàn)出明顯的方向性。

圖5 嫩江斷裂鎮(zhèn)賚段活動特征 Fig.5 The activity features of the Zhenlai section of NJFZ

圖6 嫩江斷裂龍江段活動特征 Fig.6 The activity features of Longjiang section of NJFZ

在該段落的點(diǎn)f位置開挖了探槽剖面，長約7m，深約4m。探槽位于河流的二級階地，可能屬于晚更新世沉積物（圖7（a））。該探槽共計(jì)揭示出5套地層（圖7（b）），其中地層①為表層灰黑土，含較多植物根系，松散，含水，主要成分為細(xì)砂與黏土，平均層厚度約1m；地層②為灰黑色的中砂及灰白色的礫石層，可見少量樹根根系，含水較差，有一定層理，平均層厚度約0.5m；層③主要為紅褐色黃土層含一定磨圓的礫石和粗砂，無明顯層理，含水性較差，密實(shí)，質(zhì)地較為堅(jiān)硬，平均層厚度約2m；層④為黃土層夾細(xì)砂及少量礫石，呈左厚右薄的楔狀形態(tài)發(fā)育，平均層厚度約1m；層⑤主要是斷層帶物質(zhì)，被2條斷層夾持在中間，主要物質(zhì)為黃土和粗砂及少量礫石，質(zhì)地密實(shí)，堅(jiān)硬，可見水平層理。

圖7揭示出2條斷層的上斷點(diǎn)和下端分別發(fā)生了歸并。該斷裂表現(xiàn)為正斷層運(yùn)動性質(zhì)，走向北東，傾向南東，傾角約70°。該斷裂F1活動明顯斷錯(cuò)了層③，可見垂直斷距約1.5m。上覆層②下部未發(fā)現(xiàn)斷錯(cuò)，上覆地層①也沒有發(fā)生斷錯(cuò)。為了進(jìn)一步揭示該處的最新活動時(shí)代，野外工作采集了4個(gè)光釋光（OSL）年代學(xué)樣品，采樣位置見圖7，并在中國地震局地質(zhì)研究所新構(gòu)造年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室采用SMAR細(xì)顆粒石英方法完成年代測試，最終測試結(jié)果見表1和圖8。探槽剖面和年代測試結(jié)果表明，嫩江斷裂帶北段在（80.9±4.6）—（62.9±2.3）ka BP曾發(fā)生1次強(qiáng)烈古地震事件。

表1 嫩江斷裂北段光釋光年代測試結(jié)果 Tabel 1 The OSL dating results of samples from the northern section of the NJFZ

續(xù)表

根據(jù)斷裂最新活動時(shí)代、位移量、地表破裂長度和震級的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系式（1）、（2）（鄧起東，1992），可以估算該古地震事件的震級約7.1—7.3級，小于該震級的地震一般不會造成地表破裂。同時(shí)，考慮到斷裂沿線基巖崩塌滑坡可能對應(yīng)的Ⅸ—Ⅹ度地震烈度，根據(jù)震中烈度與震級的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（聞學(xué)澤，1995；湯蘭榮等，2017）可知，該古地震震級應(yīng)不低于MS7.0。因此，綜合斷裂的最新活動時(shí)代、陡坎高度、地表破裂長度、烈度和震級的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，將發(fā)生在（80.9±4.6）—（62.9±2.3）ka BP的這次古地震的震級估算為MS7.1—7.3（表2）。

其中，L和D分別代表地表的破裂長度（km）與垂直位移量（m）。

圖8 樣品年代曲線 Fig.8 Curves of the OSL samples

表2 嫩江斷裂北段古地震事件強(qiáng)度估算 Tabel 2 The estimated magnitude of the paleso-earthquake occurred in northern section of the NJFZ

3 主要結(jié)果與討論

通過野外地表地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了嫩江斷裂帶北段的2個(gè)新活動段。其中，鎮(zhèn)賚段走向N45°E，長約70km，主要發(fā)育在盆山過渡邊界，地表發(fā)育高約1—2m的地貌陡坎、古地震崩塌和基巖滑坡遺跡等特征；龍江段走向N55°E，長約20km，主要沿河谷西側(cè)斷續(xù)出露，主要特征包括地層揉皺變形、近垂直擦痕、基巖崩塌、斷塞塘和基巖斷層面等。探槽古地震工作揭示嫩江斷裂帶北段在（80.9±4.6）—（62.9±2.3）ka BP曾發(fā)生1次震級約7.1—7.3級的古地震事件，嫩江斷裂屬晚更新世斷裂。

致謝：野外調(diào)查和探槽古地震研究得到了中國地震局地質(zhì)研究所周本剛研究員、閔偉研究員和中國地震局地震預(yù)測研究所田勤儉研究員的指導(dǎo)與幫助，黑龍江省地震局韋慶海、歐陽兆國、張立忱、孫海峰和康健等協(xié)助完成了野外工作，在此表示謝意。