苏南溧阳−南渡断裂活动性研究

张 硕，张 平，陈火根，许书刚，龚绪龙,2，许汉刚，李丽梅，冯文立，何宗南

(1.江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018；2.自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏 南京 210049；3.江苏省地震局，江苏 南京 210014；4.中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450002)

溧阳−南渡断裂是中国东部长三角地区一条重要的近EW 向隐伏断裂构造。断裂处于苏南现代化建设示范区中部，受长江经济带、宁杭生态经济带和沪宁经济带的交叉辐射，是中国人口、经济和城镇密度最高区域之一。在构造地貌上，断裂北侧为现代冲积平原，地势低洼，湖泊发育；南侧为丘陵、岗地，地势高亢。断裂控制区域第四纪地层分区，北侧为太湖平原沉积区，南侧为丘陵岗地沉积区。由此可见，该断裂为一条重要的地貌和新构造分区界线，其控制了侏罗纪、白垩纪地层的沉积及新生代火山活动，新生代玄武岩受该断裂控制多发育在断裂北侧[1-4]。

溧阳−南渡断裂走向近EW 向，自东向西沿溧阳市、南渡镇、东塘村至上沛一带分布。前人对区域断裂活动性研究多针对NNE、NE、NW 向规模较大断裂[5-7]，近年来，长三角地区一些近EW 向断裂研究结果显示活动时代较新[8-9]。目前该断裂西段的研究[10-12]显示，断面倾向北，陡倾角，全长约50 km，断裂大部分为第四纪地层所覆盖，属隐伏断裂。1974 和1979 年，在溧阳−南渡断裂西段先后发生了震级M(Magnitude)5.5 级和6.0 级地震，在中国东部的板内地震中，5 年内在同一地方连续2 次发生破坏性地震的情况非常少见，该断裂是否为活动断裂、未来是否存在较大的地震危险性成为目前关注焦点。对该断裂的活动性质、最新活动时代进行研究，对于区域防震减灾具有重大意义。

前人研究认为：这2 次地震的发生与茅东断裂或金坛−南渡断裂的活动有关[1,11]。但也有学者认为近东西向的溧阳−南渡断裂是发震断裂[13]。目前对溧阳−南渡断裂尚未有系统研究，对该断裂最新活动时间目前也仍存争议，其最新活动时代尚不明确。笔者基于“苏南现代化建设示范区综合地质调查项目”首次对溧阳−南渡断裂中东段开展了纵横波联合地震勘探工作，并在此基础上选择代表性断点开展钻孔联合地质剖面探测，确定断裂的最新活动时间，并对其地震活动性及构造动力学背景进行探讨，以期为苏南乃至长三角地区防震减灾、重大工程建设、城市规划及土地利用等提供科学依据。

1 地震地质背景和重力场特征

1.1 地震地质背景

研究区位于扬子板块下扬子陆块东部(图1)，属于长江下游−南黄海地震带内，该地震带具有明显的海强陆弱特点和成团成片分布的丛集性特征。

图1 苏南地区中新生代沉积盆地与活动构造图(据文献[14-19]综合编制)Fig.1 Map showing the Meso-Cenozoic sedimentary basins and active tectonic in southern Jiangsu (after references [14-19])

研究区主要断裂为NNE 向的茅东断裂和金坛−南渡断裂，NW 向的南京−湖熟断裂，以及近EW 向的溧阳−南渡断裂。近年来，新的调查研究资料发现，NNE 向断裂形成时代早，构成了区域内的主要断裂构造格架[11]。但自第四纪中、晚期以来，由于构造应力场的变化，其活动性已明显减弱。而NW 向和近EW向的断裂自第四纪中、晚期以来，其活动性比较明显，具有明显的控、发震构造作用。研究区中部为直溪桥−亚溪港凹陷，北西部为茅山推覆体，南东部为中生代溧阳火山盆地。NNE 向的茅东断裂和近EW 溧阳−南渡断裂控制了研究区基本构造格局，两者分别为直溪桥−亚溪港凹陷北西部和南东部的边界断裂，断裂面均倾向凹陷，断裂活动对直溪桥−亚溪港凹陷的形成和演化具有重要的控制作用。溧阳1974 和1979 年的地震均发生在直溪桥−亚溪港凹陷内，该凹陷主要由晚白垩世和古近纪地层组成(图1、图2)。

图2 研究区基岩构造图Fig.2 Map showing the bedrock structures in the study area

1.2 区域重力场特征

利用布格重力异常资料可很好地揭示溧阳−南渡断裂的空间延伸情况(图1c、图3)。在断裂东段，断裂北部别桥一带为重力高值区，南部为重力低值区，重力等值线从10×10−5m/s2降低到−22×10−5m/s2左右，梯度变化大，为区内最高异常和最低异常之间的梯度带；在断裂中段，断裂从北部别桥重力高值区和南部社渚重力高值区之间的重力低值区穿过，断裂北侧重力等值线从北向南由10×10−5m/s2降低到−2×10−5m/s2左右，断裂南侧重力等值线从南向北由4×10−5m/s2降低到−2×10−5m/s2左右。总体上，在断裂中段，断裂北侧重力值较南侧高；在断裂西段，断裂从直溪桥−亚溪港凹陷穿过，断裂走向由近东西向转为北西西向，与中东段不同，相对重力低值区位于断裂北侧，最低重力值小于−18×10−5m/s2。以上说明，溧阳−南渡断裂为明显的区域差异升降运动中的边界断裂，断裂中东段和西段在布格重力异常方面有明显区别。

图3 研究区布格重力异常平面等值线及溧阳−南渡断裂空间展布Fig.3 Contour plane showing Bouguer gravity anomalies in the study area and the spatial distribution of Liyang-Nandu fault

2 浅层地震探测和钻探

先以纵波反射法为主，在溧阳地区垂直溧阳−南渡断裂走向布设LYZB1、LYZB2 两条跨断裂的浅层纵波反射地震勘探测线(图2)，线距约8 km，以查明断裂在测线处所处的位置及其错断地层情况；然后针对纵波反射法发现的断点异常，采用横波反射法，在LYZB2测线断点附近布置了1 条长1 013 m 的横波反射地震测线LYHB2(图2)，进一步查明上断点埋深及错断地层层位；进而在断点附近布置钻探联合剖面，共计布置了LY01、LY02、LY03、LY04、LY05、LY06 这6 个钻孔(图2)，重点揭示断裂深部位置、上断点深度，并明确错断地层层位和特征；最终结合地质、地球物理和钻探等资料对溧阳−南渡断裂几何特征、运动性和活动性进行综合分析。

2.1 浅层地震探测

2.1.1 数据采集和处理

本次地震勘探工作采用了纵波勘探和横波勘探两种方法。地震仪选用G3i 数字地震仪，接收选用两串两并60 Hz 组合纵波检波器，震源选用KZ-28 型可控震源车；横波选用Summit Ⅱ数字地震仪，接收选用28 Hz横波检波器，选用锤扣板方式激发。

本次浅层地震勘探采用多道接收、多次覆盖方式进行施工。经现场试验，采用的技术参数如下：纵波反射法，道间距2 m，288 道接收，36 次覆盖，采样率0.25 ms，采用1 000 ms 记录长度，炮间距8 m；横波反射法，道间距2 m，48 道接收，8 次覆盖，采样率1 ms，记录长度1 024 ms，炮间距6 m。

本次地震数据处理采用Promax 地震数据处理软件。数据处理流程和方法主要包括数据加载、定义观测系统、静校正、叠前滤波、振幅补偿、反卷积、速度分析、剩余静校正、叠后滤波等。最终获得的地震时间剖面有效波信噪较高，能量较强，频带宽度20～120 Hz。

2.1.2 层位标定

通过分析对比地震时间剖面反射波组的振幅、连续性等特征，识别有效反射相位及其明显错断、缺失等异常，结合区域地质、钻孔等资料，明确各地质层位的地震反射特征，将地震剖面转换为地质剖面，更好地了解各时期的地层结构、构造形态及其岩性的横向变化，从而进行层位标定及断点判定。

本次浅层地震勘查层位标定工作主要是依据区域地质资料、本次地震时间剖面的波组特征及LYZB2测线上断点附近的LY05 孔测井数据(图4)。

图4 LYZB2 测线与LY05 孔井震标定Fig.4 Survey line LYZB2 and well-to-seismic calibration of borehole LY05

结合区域地质、钻孔、测井等资料，经对比分析，在地震反射剖面中共识别出4 组有效反射波组(T1、Tg 及Tg'、Tg")，将各测线处地层划分为5 个物性层，各地震层序与地层结构对应关系列于表1。

表1 研究区地震层序−地层结构对应关系Table 1 Correspondence between seismic sequences and stratigraphic structures of the study area

经标定后浅部地震地质层位由上而下分别是：(1) T1反射波组发育在40～60 ms，起伏不大，振幅能量稍弱，同相轴基本可连续追踪；(2) Tg 反射波组发育在60～80 ms，宏观上，振幅强，呈双相位，可连续追踪；(3) Tg'反射波组发育在60～200 ms，起伏大，振幅明显强于覆盖层内反射波组，同相轴连续性较好，局部出现错断、扭曲及跌落等现象，反映了受断裂影响，基岩内部结构变化情况；(4) Tg''反射波组发育在120～330 ms，起伏大，振幅强，呈双相位，可连续追踪，局部出现错断及跌落等现象，反映了受断裂影响，基岩内部结构变化情况。

2.1.3 剖面解释

1) LYZB1 测线

经对LYZB1 测线纵波反射地震时间剖面图(图5)分析可知，在有效探测范围内，可识别出基岩面及覆盖层内信噪比较高、连续性较好的反射波组2组(T1、Tg)，该测线浅部地质结构有3 个物性层，覆盖层呈南厚北薄特征，结合区域地质及钻孔资料，覆盖层由第四纪中更新世、晚更新世及全新世地层构成，缺失新近纪、早更新世地层。

图5 溧阳LYZB1 测线断点附近纵波反射地震时间剖面图Fig.5 P-wave seismic reflection time profile near the fault contact of survey line LYZB1 in Liyang

LYZB1 测线发现断点异常1 个，该断点位于LYZB1 测线的3 076 m 即地震时间剖面CDP3077 附近(图5)。基岩面反射波组(Tg)出现错断现象，呈南低北高特征，两侧基岩面反射波组出现约15 ms 即约12 m的落差，倾向南，具正断性质，视倾角约73°，断裂错断了中更新世地层底部，上断点埋深71 m 左右，位于中更新世地层中部，推测其最新活动时间在中更新世中期。

2) LYZB2 测线

经对LYZB2 测线纵波反射地震时间剖面图(图6)分析，在有效探测范围内可识别出基岩及覆盖层内信噪比较高、连续较好的反射波组4 组(T1、Tg及Tg'、Tg'')，由此将该测线浅部地质结构划分为5 个物性层。由剖面图(图6)可知，覆盖层内南北向厚度变化不大，结合区域地质及钻孔资料，认为覆盖层由第四纪中更新世、晚更新世及全新世地层构成，缺失新近纪、早更新世地层。

图6 LYZB2 测线断点附近纵波反射地震时间剖面图Fig.6 P-wave seismic reflection time profile near the fault contact of survey line LYZB2

LYZB2 测线发现断点异常2 个，该断点位于LYZB2 测线的1 952 m 与2 082 m，即地震时间剖面CDP1 951 及CDP2 081 附近(图6)。断裂倾向向南，视倾角为64°～84°，呈花式构造特征，整体南低北高，具正断性质。基岩内部一系列有效反射波组出现13～19 m不同程度的落差，断距由深到浅逐渐减小。断裂向上明显切错地表以下约70 m 层位，再向上表现为地层扰动和上盘地层的正断牵引现象，垂直差异活动影响至地表以下约45 m 处附近。

3) LYHB2 测线

为进一步查明LYZB2 测线上断点位置及错断地层情况，在断点附近布置了1 条长1 013 m 的横波反射地震测线LYHB2(对应LYZB2 测线的1 613～2 626 m即地震时间剖面CDP 1 614−CDP2 627)，经处理所得地震时间剖面图(图7)更清楚地反映了上断点的异常特征。断点处基岩内部反射波组(Tg')出现明显错断现象。断点南侧，因埋深较大，横波反射法未探测到异常。其上覆盖层内200～350 ms、CDP430−CDP490 之间，有一组明显扰动的反射波组，综合纵、横波资料对比分析，认为该扰动部位对应纵波推断的花式断裂的北支，倾向南，具正断性质，视倾角约75°，解译显示地层最上部受扰动影响埋深约在36 m 左右，位于中更新世地层中部。

图7 LYHB2 测线横波反射地震时间剖面及地质解释剖面图Fig.7 S-wave seismic reflection time profile of survey line LYHB2 and its geological interpretation

2.2 钻 探

为进一步验证LYZB2 测线和LYHB2 测线上的断点，在地震测线断点附近沿测线方向布置了钻探联合剖面，从南至北依次施工LY06、LY01、LY05、LY04、LY03、LY02 共施工6 个钻孔，相邻孔距18～71 m，综合区域第四纪多重地层划分成果结合本次部分地层测年结果，建立了钻孔联合地质剖面图(图8)。地层由下至上依次发育为：(1)晚白垩世赤山组(K2c)，深度44～45 m，岩性为紫红色粉细砂岩、含砾粉细砂岩、砂砾岩；(2)中更新世启东组(Q2q)，深度28～45 m，岩性为棕色黏土、粉砂质黏土，局部夹含砾黏土质粗砂，取该组中深度分别为30.4、34.7 和36.7 m 的3 个样品开展ESR 测年，结果依次为距今(263±30) ka、距今(281±28) ka 和距今(310±54) ka；(3)晚更新世昆山组(Q3k)，深度24～29 m，岩性为棕黄色黏土质粉砂夹黏土；(4)晚更新世滆湖组(Q3g)，深度0～26 m，岩性以棕黄色、棕红色黏土为主。

钻孔资料显示(图7、图8)，断点南侧LY05 孔孔深47 m，其下伏含砾粉细砂岩埋深44.44 m，LY04 孔孔深55 m，其下伏砂岩、粉细砂岩埋深45.33 m，LY03 孔孔深47 m，其下伏砂岩、粉细砂岩埋深44.5 m，可见LY04 孔与LY05 孔及LY03 孔相比，基岩面出现近1 m 左右落差。在其第四纪地层内，LY03 孔、LY02 孔以及LY04 孔在39.0～44.5 m，砾石含量较多，第四纪地层底部出现一层较破碎的砾石层，与横波时间剖面上出现的波组扰动特征相对应，推断该扰动是由断裂引起，与本次横波反射法所探测出的200～350 ms、CDP430−CDP490 之间所出现的明显扰动的反射波组应为该断裂活动进一步的反映。根据上述断裂控制地层扰动错断特征，判断溧阳−南渡断裂的最新活动时代为第四纪早−中更新世。根据ESR 测年结果判断其最新活动时间为距今(310±54) ka 之后，晚更新世之前。

3 结果与讨论

3.1 断裂活动性

前人研究[11]显示，在断裂西段上沛西南竹林水库一带，断裂切截了晚更新世地层形成的Ⅱ级阶地，造成了同级阶地两端性质和高程的差异，推测该断裂晚更新世可能存在活动，但未有具体的剖面调查及测年工作佐证。江苏省地震工程勘查院曾针对溧阳−南渡断裂在溧阳袁家大队附近布设了两条近南北方向的浅层人工地震勘探测线[20]，调查显示断裂的基岩面断距为2 m 左右，推测其最新活动时代为第四纪早−中更新世。

断裂西段倾向北，在布格重力异常上，表现为断裂南部为相对重力高值区，断裂北部为相对重力低值区；断裂中东段倾向南，在布格重力异常上，表现为断裂南部为重力低值区，断裂北部为重力高值区。溧阳−南渡断裂西段和中东段的倾向差异应主要与地貌及直溪桥−亚溪港断陷盆地分割有关。

浅层地震勘探和钻孔联合地质剖面探测结果表明溧阳−南渡断裂错断了基岩面，说明断裂第四纪早期以来活动明显；钻孔联合地质剖面探测中显示溧阳−南渡断裂影响至中更新世启东组(Q2q)。

综合本次研究和前人研究成果[11,20]，认为溧阳−南渡断裂是最新差异活动到中更新世中期的隐伏断裂，应属第四纪早−中更新世断裂。

3.2 断裂多期活动与构造意义

作为苏南地区重要的地理和构造单元边界，溧阳−南渡断裂至少从印支期至今多期次活动[1-3]，对长三角地区构造演化及区域近东西向断裂活动特征研究等具有指示意义。

印支期到燕山早期，在太平洋板块的推挤作用下，扬子板块沿NW 向碰撞并俯冲至华北板块之下，形成秦岭−大别−苏鲁造山带，同时触发下扬子板块陆内造山运动，形成一系列区域性断裂构造[9,21]。此时，溧阳−南渡断裂与宜兴−溧阳褶皱带伴生，为近东西向逆断裂，主要表现为老地层逆冲至新地层之上。

燕山早期，在古太平洋板块北向俯冲作用下[22]，苏南地区整体以北东向和北西向走滑、断陷构造为主，在南北挤压构造应力场背景下，区域上出现侏罗纪地层逆冲至白垩纪地层之上，溧阳−南渡断裂仍然表现为逆断裂。

本次浅层地震勘探和钻孔联合地质剖面中显示溧阳−南渡断裂明显错断晚白垩世的地层，表现为正断裂；揭示燕山晚期到喜马拉雅早期，在太平洋板块西向俯冲作用下，构造体制转换，溧阳−南渡断裂由逆断裂转换为正断裂，并控制溧阳火山岩盆地的发育。

中国东部现代构造应力场的格局明显受制于印度板块、太平洋板块、菲律宾板块的共同作用影响，而不同块体因受不同板块的影响存在差异[23-26]。钻孔联合地质剖面中(图8)显示第四纪以来溧阳−南渡断裂仍表现为正断裂；这与苏南地区新近纪以来应力场主要呈NWW 向相吻合。

3.3 断裂与地震活动关系

区域地震活动空间分布表明：区内强震多数沿NNE 向、NW 向和近 EW 向断裂分布或丛集在它们与另一组断裂的交会区内，反映了这3 个方向的断裂属区域内的主要控、发震断裂构造。

溧阳−南渡断裂作为溧阳火山岩盆地的边界断裂，活动性相对较新，是苏南乃至长三角地区一条地震危险性较强的主要断裂。尤其该断裂与NNE 向断裂交界部位，具备破坏性地震的孕震环境，历史上也曾发生过多次破坏性地震。自1970 年以来(1970 年1 月至2021 年12 月)苏南及邻区共记录到M3.0 以上地震93 次，其中包括1974 年溧阳5.5 级和1979 年溧阳6.0 级地震。虽然溧阳两次中强地震的发震断裂目前尚存在一定争议，但主震和余震主体均发生在断裂交汇处(图9)。未来须高度重视相关区域的震害防御工作。

图9 M≥3.0 地震空间分布Fig.9 Spatial distribution of earthquakes with M≥3.0

本次基于苏南综合地质调查项目对溧阳−南渡断裂的研究主要针对其第四纪以来的活动性调查，因此，前期钻孔部署中以钻至基岩为准。同时，该地区早更新世地层缺失，中更新世地层部分缺失或较薄，而地层落差主要发育在基岩及第四纪地层底部，造成了断裂识别最新错断裂位的不确定性。此外，断裂西段和东段的延伸情况以及西段隐伏段的几何学、运动学特征等尚缺少可靠资料加以限定。以上问题尚有待进一步调查研究。

4 结论

a.溧阳−南渡断裂走向近EW 向，中东段倾向向南，倾角为64°～84°。呈花式构造特征，整体南低北高，具正断性质。断裂向上明显切错地表以下约70 m 层位，再向上表现为地层扰动和上盘地层的正断牵引现象，垂直差异活动影响至地表以下36～45 m。

b.溧阳−南渡断裂错断了基岩面，为第四纪早期以来明显活动、最新差异活动影响到中更新世中期的隐伏断裂，应属第四纪早−中更新世断裂。最新ESR测年结果显示，其最新活动时间在距今(310±54) ka 之后，即晚更新世之前。

c.溧阳−南渡断裂具有多期活动性，总体表现为印支期到燕山早期为逆断裂，燕山晚期以来为正断裂控制新生代盆地和火山岩发育。该断裂与NNE 向断裂交界部位，具备破坏性地震的孕震环境，未来须高度重视相关区域的震害防御工作。