張鐘月，萬波，彭虎，田德欣

1.遼寧省地震局，沈陽 110034；2.遼寧省能源地質勘查開發(fā)研究院有限責任公司，沈陽 110024；3.浙江省有色金屬地質勘查局，浙江 紹興 312000

0 引言

渾河斷裂(密山—敦化斷裂遼寧段)是郯廬斷裂巨型構造帶通過渤海、下遼河在沈陽西南產生分異后的又一主干分支斷裂。在展布上，渾河斷裂西起于沈陽西南，經撫順、南雜木、清原延至草市南(英額門東)并與赤峰—開原斷裂帶交會、切割。斷裂總體走向50°～80°，局部近東西，全長195 km[1]。渾河斷裂由2～4條大致平行或斜列狀排列的壓扭性斷裂及其次級分支斷裂組成，主干斷裂帶的規(guī)模很大，破碎帶寬度可達50～60 m，分支斷裂間距1～2 km至10～20 km不等，斷裂西段間距較大，向東段趨于減小，構造上表現為由多條分支斷裂構成的斷陷帶。

渾河斷裂在太古宙時期即已形成，至元古宙時形態(tài)特征趨于完整，是一條十分古老的斷裂構造，斷裂控制了太古宙—元古宙、中生代侏羅紀—白堊紀和新生代等不同時期地層的分布，并使這些地層遭到了不同程度的構造破壞。渾河斷裂及其構造活動控制了現代渾河的地貌發(fā)育形態(tài)，在遼東山區(qū)形成了總體走向NEE至近EW向的直線狀河流溝谷。

由于渾河斷裂途經沈陽、撫順多個重要城市，尤其撫順地區(qū)長期的煤礦開采、地面沉陷、礦震及地裂縫等地質災害頻繁發(fā)生，加上渾河斷裂本身的活動性對這些地質災害的影響不明，因此對于渾河斷裂的研究一直未間斷。關于渾河斷裂近期的活動性問題，存在著不同的認識，劉玉海[2]、佴磊[3]等認為它是一條活動性斷裂帶；趙廣信[4]、王聲喜[5]等則認為若非人類工程活動擾動，它是一條穩(wěn)定的斷裂帶。一般來講，深大斷裂帶有著不同的地球物理場特征顯示[6--9]，地震活動與現代構造應力場、地球物理場有著一定的內在關系，因此從斷裂地球物理場的角度出發(fā)研究地震一直未間斷[10--16]。筆者通過分析渾河斷裂地球物理場特征，結合前人的研究成果，以期深化認識斷裂的活動性，為渾河斷裂活動性的研究與評價提供依據。

1 區(qū)域地質背景

渾河斷裂帶太古宙—早元古代混合巖、混合花崗巖和太古宇變質巖系等結晶基底十分發(fā)育，斷陷帶及其附近地區(qū)還有較大范圍的中生界、新生界等地層出露。另一方面，斷裂帶南北兩側結晶基底及中--上元古界地層的巖相、厚度分布截然不同，如北側的中--上元古界屬汎河型沉積建造類型，以碳酸鹽巖為主，地層發(fā)育較為齊全，可見到長城系、薊縣系等出露；南側的中--上元古界多屬太子河型沉積建造類型，以碎屑巖為主，青白口系、震旦系地層發(fā)育較好。沿渾河斷裂所形成的一連串斷陷盆地控制了中生界侏羅—白堊系和新生界撫順煤盆地等古近系煤系沉積，也控制了酸性、基性巖漿沿斷裂的侵入--噴發(fā)活動。斷裂在古生代、中生代和新生代以來發(fā)生過多期的構造活動，尤以中生代—新生代初期的活動最為強烈，古近紀末的逆沖活動將太古宙混合巖、混合花崗巖推覆于白堊系之上，又將白堊系推覆于古近系煤系之上，并在大部分地段產生了南、北兩條主干斷層以及與之相配套的次級SN向張性斷裂和NW向、NE向扭性斷裂。次級斷裂在渾河斷裂北盤的發(fā)育程度明顯較南盤為好，體現了渾河斷裂南、北主干分支活動性的差異(圖1)。

2 渾河斷裂的區(qū)域地球物理場特征

根據區(qū)域布格重力異常數據和航磁△T異常數據，繪制了渾河斷裂沿線布格重力異常分布圖(圖2)和航磁異常分布圖(圖3)。綜合以往地球物理資料顯示渾河斷裂的位置與地質構造判別的渾河斷裂位置相吻合，渾河斷裂兩側的地質體與地球物理場特征均有所差異。

2.1 重力場特征

渾河斷裂及其附近的布格重力解譯圖(圖2)可以看出，渾河斷裂展布區(qū)重力場負值區(qū)域面積較大，只有處在下遼河區(qū)域的沈陽及其附近表現為重力正值，其中沈陽西部地區(qū)幅值為最高，以高值區(qū)為中心，沿渾河斷裂向NEE方向總體逐漸減低。

渾河斷裂西側從新民屯附近開始至沈陽、撫順交界一段主要為正異常，NW側等值線較為密集，SE側等值線較為稀疏，表明主要受到了偏西部的NNE向斷裂構造(即依蘭—伊通斷裂)影響，因而形成了NNE向的線狀強梯度帶，該異常梯度在于洪區(qū)附近形成一個大的正異常圈閉，區(qū)域中心正異常值最高可以達到(20～25)×10-5m/s2，異常等值線呈NE走向，異常值向周圍逐漸遞減，顯示沿梯度帶地殼厚度和介質密度結構具有顯著的橫向變化，與地下太古宇結晶基底的起伏形態(tài)基本相符。另一方面，該段的正異常范圍沿著渾河斷裂可一直延伸至撫順李石寨附近，而在深井子—李石寨一帶存在明顯的正、負異常界限，該界限走向NNE，異常值變化為(0～6)×10-5m/s2，異常界限可能反映了深部構造形態(tài)或地質構造發(fā)育的差異性。

圖3 渾河斷裂沿線航磁異常分布圖Fig.3 Distribution map of aeromagnetic anomalies along Hunhe fault

撫順李石附近延至撫順東的前甸、章黨一帶, 為一個異常值在(-12～-2)×10-5m/s2之間的小范圍負異常梯度帶。該帶北部鐵嶺以南附近，經新臺子直至沈北新區(qū)構成一重力正異常梯級帶，強度較大，等值線密集，重力值多在(8～14)×10-5m/s2之間，局部地段幅值可達18×10-5m/s2，呈多個圈閉的正異常，形態(tài)極不規(guī)則，向SW方向正異常值趨于增大。該正異常梯度變化可能反映了深部赤峰—開原斷裂帶與依蘭—伊通斷裂的構造組合特征，而依蘭—伊通斷裂在這一地段的活動性和主導作用可能較強。

渾河斷裂東側章黨附近向NEE延伸至南雜木、紅透山、清原及英額門地區(qū)，為一條NEE向的重力異常梯度帶，南口前以南存在一個負異常圈閉，為渾河斷裂的重力場最低值-35×10-5m/s2。斷裂北側負異常變化較平緩，南側出現一些線性梯度帶、異常軸折斷和等值線同向扭曲等畸變特征線，反映渾河斷裂南側地質構造條件比較復雜，發(fā)育有斷裂構造或有明顯的巖性變化，這與渾河斷裂南側有蘇子河斷裂發(fā)育,且斷裂對區(qū)域地層分布具有控制作用的認識一致。

2.2 磁場特征

渾河斷裂展布區(qū)磁場與重力場相似，整體背景場為負值，異常帶總體走向為NE。斷裂附近存在明顯的不規(guī)則正、負跳動，幅值忽大忽小，峰值鈍、銳程度不一，地磁場很不規(guī)則，在復雜的背景中還夾有兩條NE向的正磁異常帶，磁性體的復雜變化表明這里是一個正、負磁場異常相互交替的多變場。渾河斷裂西北部新民、鐵嶺附近存在著一個比較大的正異常區(qū)，穿插有少量的負異常，正異常區(qū)中心的異常值可達到近500 nT，應為中二疊世二長花崗巖(中等磁性)、早白堊世花崗斑巖(中等磁性)等引起的。

沈陽附近在深井子、沙嶺地區(qū)有兩個負異常中心，在大面積負磁場的背景下，這一地段還零星穿插著少量的正異常，等值線亦呈NE向延伸。以渾河斷裂為界，撫順以南以正異常為主，磁場異常變化范圍在(-200～400)nT之間，變化較大，至本溪—大臺溝地區(qū)異常值可達到600 nT以上，向邊緣逐漸變低，調查研究顯示這種異常變化主要與附近賦存的鞍山式磁鐵礦有關。渾河斷裂以北為負異常區(qū)，異常變化范圍在(-100～-400)nT之間。

章黨至南雜木地區(qū)航磁ΔT整體表現為負場，形態(tài)分布較為規(guī)則，磁場強度一般為(-200～-100)nT，范圍廣、變化平穩(wěn)、分布均勻、起伏不大，基本上可以認為是平靜場，其與重力場的平穩(wěn)變化基本上是對應的。南雜木以東至清原、英額門東一線的航磁異常等值線的展布形態(tài)起伏略大，負異常的絕對幅值則明顯增大，渾河斷裂對磁場分布的控制作用有所增強。由英額門繼續(xù)往東進入渾河斷裂、赤峰—開原斷裂的交會區(qū)，磁場形態(tài)特征趨于復雜化，等值線形態(tài)多變，方向性在以NEE向為主的基礎上還具有NWW向的變化趨勢；區(qū)域磁場逐漸由負異常場過渡到正異常場，磁場變化范圍在(-300～400)nT之間，研究認為渾河斷裂及其控制發(fā)育的弱磁性晚太古宙花崗質片麻巖可能對航磁負異常具有一定的影響。根據航磁異常分布，在英額門存在1個負異常中心，而它的南、北和東3個方向分別存在相應的3個正異常中心，這反映了NEE向渾河斷裂所控制的中二疊世—中白堊世侵入巖和火山機構發(fā)育的格局；比較分析還確認，在清原南部附近存在有2個正異常約為200 nT的圈閉區(qū)，這也可能與當地元古代遼河群的鞍山式磁鐵礦有關。

2.3 渾河斷裂地球物理場差異性分析和討論

已有研究認為，海相、陸相地層巖石磁性一般較弱，火山沉積特別是中生代火山碎屑巖等磁性卻強、弱極不均勻，多形成跳躍式磁異常場。研究區(qū)巖(礦)石磁性差異較大，由于太古宇結晶基底的磁化率一般較大，并且富含大量鞍山式磁鐵礦地層，其分布區(qū)磁場具有較大的背景場。另外，碳酸鹽巖、碎屑巖等沉積建造地層多屬弱磁或非磁性巖石，形成低緩的負磁場。所以總體上來看，渾河斷裂北側的磁場要比南側的磁場低。

沿渾河斷裂的重力場、磁場分布總體上比較均勻，NEE方向性穩(wěn)定，變化比較平緩，但在斷裂的端部重力場、磁場發(fā)生明顯的變化，斷裂帶內部存在著局部的變化。如在大民屯(凹陷)邊緣和劉二堡—新民屯一帶等重力梯度變化較大，而章黨、南雜木和英額門地區(qū)重力主要為負值，等值線稀疏，這反映了渾河斷裂太古宇結晶基底的起伏、巖性變化及其對地球物理場的影響。在沈陽東部與撫順盆地之間、撫順盆地東端和南雜木等地重力場、磁場存在正負轉換、梯度發(fā)生變化及斷裂兩側場強發(fā)生變化等情況，但變化幅度遠較斷裂東、西兩端弱。

總體來看，渾河斷裂所在區(qū)域的重磁場具有明顯的分區(qū)性，沿渾河斷裂的重力場、磁場分布隨著深、淺部地層巖性發(fā)育的差異而有所變化。因渾河斷裂附近其他斷裂構造發(fā)育較差，渾河斷裂的主導作用比較顯著，斷裂對深、淺部巖性分布的控制作用明顯，所以沿渾河斷裂的重力場、磁場分布基本上反映了地質構造背景以及斷裂的活動特征。

3 渾河斷裂地球物理場與深部構造

研究結果表明，遼東地區(qū)深部重力異常帶走向呈NE向或NNE方向，顯示該地區(qū)規(guī)模較大的NE向構造控制著整體的深部構造形態(tài)。除了遼東山區(qū)向下遼河平原的過渡區(qū)存在明顯的重力異常梯度帶以外，其他地區(qū)重力等值線的變化比較平緩。

跨渾河斷裂(沈陽段、撫順段)及依蘭—伊通斷裂的NW向深地震反射探測結果顯示，在渾河斷裂和依蘭—伊通斷裂之間構造部位、上地殼內部深度約18 km以淺的范圍內，依蘭—伊通斷裂作為主干斷裂規(guī)模最大、切割最深，同樣作為主干斷裂的渾河斷裂在深部表現為 3條呈“Y”字型分布的斷裂組，并向下交會到依蘭—伊通斷裂上，兩條主干斷裂之間則發(fā)育有若干條面狀或鏟狀的次級正斷裂(圖4、表1)。剖面NW側上地殼上部還可劃分出由斷裂控制的兩個凹陷區(qū)和兩個基巖隆起區(qū)，北部凹陷區(qū)深度1～2 km，可能屬于大民屯凹陷的北延，南部凹陷區(qū)則而為沈陽凹陷。在下地殼上部深度約18～25 km之間有巖漿侵入地帶，莫霍面及下地殼內部存在上地幔物質上涌、巖漿侵入的通道。同時，布設于沈陽、撫順之間的這一探測剖面還顯示，在地殼和上地幔的分界附近具有反射疊層結構，殼幔界面深度自NW向SE變深，從29 km增大至31 km，殼幔過渡帶厚度約4～5 km。

表1 渾河斷裂沈陽段區(qū)域淺部斷裂特征一覽表

Table 1 Characteristics of shallow faults in Shenyang section of Hunhe fault

斷裂名稱傾向特征深度/kmF2F3F5F6F9F14NWSENWSENWSE凹陷區(qū)②東界凹陷區(qū)②西界凹陷區(qū)②東界渾河斷陷西界位于基巖隆起帶位于基巖隆起帶7.018.05.54.014.04.0

圖4 沈陽—撫順間NW向深地震反射剖面[17--18]Fig.4 NW deep seismic reflection profile between Shenyang and Fushun

由區(qū)域地殼厚度圖(圖5)可以看出，撫順至清原一帶地殼厚度比較穩(wěn)定，沿撫順、本溪、海城和蓋州一線有地殼厚度突變帶，海城地區(qū)最為明顯，顯示了其地震區(qū)深部構造的復雜性，渾河斷裂的沈陽段也處在突變帶上，歷史上的地震也多處在這些突變帶上，顯示了深部構造與地震的相關性。

圖5 區(qū)域地殼厚度圖[17--18]Fig.5 Thickness of regional crust

4 渾河斷裂地球物理場與地震活動性

沿渾河斷裂帶及周緣地震記載較少，近些年也僅在撫順地區(qū)時有小的地震活動記錄，但該區(qū)沉降、滑坡和地裂縫等地質災害時有發(fā)生。為探清這些地質災害原因，不同專家學者從形變分析、地質調查等不同角度對撫順地區(qū)構造穩(wěn)定性做了研究[5,19--21]，學者們大體認為渾河斷裂自晚更新世以來活動并不顯著，現今的斷裂活化效應是由于大量的人類采煤活動造成的[5]。

據有記載的歷史地震迄今為止，渾河斷裂附近發(fā)生的最大一次破壞性地震是1765年沈陽發(fā)生的5 1/2級地震。萬波等[22]認為與渾河斷裂交匯的長白鄉(xiāng)—觀音閣斷裂是此次地震的發(fā)震構造，沈陽鼻狀凸起上規(guī)模最大的北東向長白鄉(xiāng)—觀音閣斷裂在5 km±或更大的深度上歸并到渾河斷裂上，形成斷裂構造在深部的復合交叉格局。這一特殊構造格局有利于地震能量的積累和釋放，在該區(qū)一般發(fā)生中等強度的地震，發(fā)生更大地震的可能性較小。

撫順城區(qū)段渾河斷裂帶附近現今礦震活動頻繁, 盧良玉等[23]研究發(fā)現數處跨斷裂形變測量結果顯示斷裂兩側的水平和垂直運動顯示出的拉張、沉陷與斷裂關系密切，其運動速率均在每年十幾毫米以上(個別可達300 mm/a)。佴磊[3]通過清原地震臺自1976 年以來對渾河斷裂的變形觀測分析，認為渾河斷裂具有明顯的活動特性。由于撫順的采煤區(qū)正好處在渾河斷裂附近，市區(qū)以及市區(qū)東部大型的大伙房水庫均坐落于渾河斷陷帶上，故它們都可能因構造運動而引起不良物理地質作用的出現。

渾河斷裂所處的遼東—張廣才嶺上升隆起區(qū)內，目前尚沒有5級以上地震的記錄。盡管如此，斷裂構造的活動并不是孤立的，在構造應力場作用下，其間具有明顯的相互關聯性和制約性，只是由于應力條件和地殼介質的差異，斷裂構造的活動特征有所不同，具體表現在地震活動空間分布上，沿斷裂構造及其構造交會部位常常會形成地震活動的條帶狀、網絡狀和團簇狀空間分布圖象，這實際上就反映了區(qū)域性活動深斷裂及其共軛構造之間活動的差異性及其聯動特征[3]。

綜合渾河斷裂的重磁場梯度帶來看，重磁異常帶主要集中在沈陽—撫順附近，而渾河斷裂上有記錄的最大地震正好位于這一重磁異常帶上。近些年渾河斷裂帶上頻發(fā)的礦震、沉降等地質災害也多發(fā)生在撫順的重磁異常帶上。這些地質災害是否僅僅由采煤活動引起，與渾河斷裂活動性是否有關，同時這些地質災害是否反過來影響渾河斷裂的活動性？這些問題都應當引起對渾河斷裂活動性研究的重視，加強渾河斷裂活動性監(jiān)測與研究仍是地震地質工作的重點。

5 結論

(1)渾河斷裂既控制了深、淺部巖石地層的發(fā)育，同時渾河斷裂的重力場、磁場分布隨著深、淺部地層巖性發(fā)育的差異而有所變化。

(2)渾河斷裂深部構造在地球物理場也有顯示，渾河斷裂歷史上發(fā)生的地震多處在地球物理場變化的轉折端。

(3)綜合渾河斷裂地球物理場特征及區(qū)域地質資料，渾河斷裂雖然活動性一般，但撫順地區(qū)的采煤活動對斷裂的活動性有一定影響。