第二松花江断裂新活动性讨论
Ξ 中国地震局地质研究所论著99B0054。
① 吉林省地震局,1983,前郭—大安沿江地带地震地质考察报告,东北地震地质报告汇编。
第二松花江断裂新活动性讨论
Ξ
李传友 汪一鹏 沈 军
(中国地震局地质研究所, 北京 100029)张良怀 李春风
(吉林省地震局, 长春 13002)
摘 要 第二松花江西南岸西王家—哈达山一段,存在两种地层变动现象。规模较小的变动为第四系中的小断层和地裂缝,规模较大的变动为沿江岸边的滑坡。研究表明,第二松花江岸第四系中的断层、地裂缝等地层变动现象大部分与滑坡有关,属于非构造成因。根据第二松花江沿岸的地质特征,利用平原覆盖区的钻孔、地震反射等资料,结合地球物理探测结果,从地层、地貌、构造等方面分析第二松花江断裂的新活动性,认为研究区内第二松花江断裂第三纪以来是不活动的。
主题词: 断层活动性 第四纪 滑坡
1 引言
在研究吉林乃至东北地区的北西向构造时,第二松花江断裂倍受人们的关注。广义的第二松花江断裂是指斜贯吉林的北西向扶余-崇善断裂(图1),它西起松辽平原大安、扶余,经德惠、吉林、松江,达中朝边境崇善,总体走向320°,大体可分为4段,自西北而东南为:扶余断裂带、丰满断裂带、富尔河断裂带、崇善断裂带。扶余断裂带处于松辽盆地内,因其大部分沿第二松花江展布,又是狭义的第二松花江断裂。本文研究的第二松花江断裂指的是后者。对该断裂的新活动性研究,对于研究东北地区构造活动以及松原地区地震安全性评价,是十分重要的。
第二松花江断裂最早是在松辽盆地石油勘探的第一阶段(1955年秋至1959年10月)发现的,属基底断裂,以后曾将其作为一条活动断裂来讨论①(崔斗烈,1983;章振铨,1987)。
笔者针对有关第二松花江断裂活动证据,在扶余—前郭一带沿断裂的展布区进行追踪,从地层、地貌、构造等方面对断裂进行了查证。
2 第二松花江沿岸与断裂有关的地层变动现象
在前人所描述的第二松花江断裂展布区,笔者对与该断裂有关的现象,进行了详细的野外调查。主要是西王家—哈达山一段,地层出露最好,存在两种地层变动现象。规模较小的变动为第四系中局部的小断层和地裂缝,规模较大的变动为沿江边的滑坡。
第21卷 第4期
1999年12月地 震 地 质SEISMOLO GY AND GEOLO GY Vol.21No.4Dec.1999
图1 扶余-崇善断裂带展布图
Fig.1 Extending map of the Fuyu -Chongshan fault zone.
211 第四系中的断层和地裂缝
21211 哈拉毛都后山断层
哈拉毛都后山一带地处王府台地的东部边缘,地形切割严重,冲沟发育,在冲沟壁上发育一些小的断层(图3)。
(1)Ⅲ号沟顶断层
在Ⅲ号冲沟壁上出露(图2a )。断层发育于白土山组(Q 1)地层中,错到其顶部的红色层。此断层为正断层性质,断层面平直,上盘红色层垂直位约2m ,其上覆盖了坡积物和腐殖土。
(2)Ⅱ号沟阶梯状正断层组
发育于白土山组地层中,由5条小型正断层组成,地层沿同一方向滑落,呈阶梯状(图2b ),最大滑距215m 。
(3)Ⅱ号沟底角度小逆冲断层
在冲沟的底部发现有小型的逆冲断层,白垩系泥岩及其上部的白土山组地层倒转,盖在Q 4黑色腐殖土之上(图2b )。断层走向N60°E ,倾向SE ,倾角上缓下陡,由30°向下变为60°。
(4)Ⅴ号沟断层
此断层也为正断性质,发育于白土山组地层中,未切到表层的黑色腐殖土(图2b )。断层走向N45°E ,延伸100多m ,滑动面陡直,切割到上覆到腐殖土红色层错距约2m 。
21212 哈拉毛都后地裂缝
在哈拉毛都后山Ⅱ号沟顶发现3条地裂缝,基本平行,均为张裂性质。延伸方向为N30°E ,呈弧形,长60～80m 。最大一条宽约2m ,落差半米多,裂缝两边形成陡次。另两条宽30～
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图2 第二松花江西南岸第四系中的小断层
Fig.2 Small fractures in the Quaternary along the southwest bank of the Second S onghuajiang.
a Ⅲ号沟顶小断层;
b Ⅱ号沟阶梯状正断层;
c Ⅰ号沟底逆冲断层;
d Ⅴ号沟小断层;
e 西王家断层;
f 登类库断层
50cm ,还没完全拉开,但地裂缝呈逐步加大的趋势。
21113 西王家断层
发育在西王家南公路旁山坡上,断层错断了白垩系及其表层很薄的第四系,错距1m 多。此断层为正断性质,滑动面比较新鲜。从顶部第四系黄色砂土、亚砂土和黑色腐殖土错动的情况及滑动面看,为近期内滑动形成(图2e )。
21114 登娄库断层
在登娄库北面采砂场,第四纪地层中见有错动现象,为正断性质,Q 3黄色亚砂土沿滑动面滑动,断面较直(图2f )。
上述断层和地裂缝规模比较小,一般为几米尺度。这些地层变动现象被一些研究者认为是第二松花江断裂最活动的直接表现,也是该区新构造运动较强的证据,但对其成因缺乏深入细致的研究。
212 第二松花江沿岸滑坡
第二松花江西南岸西王家—哈达山段,因其特殊的地形、地质条件,滑坡现象比较严重。滑坡区位于王府台地的东缘,为第二松花江的南岸谷坡。总体坡度不大,但沿坡向有一定变化,较陡处为20～30°。从坡顶到谷底落差60～90m 。滑坡的顶部一般较陡,而滑坡区内部则形成相对较缓的平台。这一带谷坡切割严重,冲沟发育。
滑坡区内没有大的构造变动,滑体附近没有强烈的褶皱现象,仅在滑坡体内及其边缘有一
3
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些规模不大的小断层。该区的主要地层是下白垩统碎屑岩、泥岩,第四系白土山组砂砾石层和上更新统黄土状亚砂土。斜坡坡面与岩层层面一致,倾角也相接近。
21211 哈拉毛都滑坡
哈拉毛都后山一带,白垩系和第四系出露最好,成为研究该区新构造运动的窗口。笔者对这一带进行了详细的实地考察,发现哈拉毛都后山是一大型滑坡区。从老爷庙砖厂到郭家店发育了7条相对较新的大冲沟,每条冲沟与一滑坡相对应,发育了7个滑坡(图3)。滑坡体至少一面沟谷发育,或者前方及两侧三面环沟,滑坡以冲沟相隔开,形态各异。滑坡体的前缘即是冲沟的沟壁
,滑坡体往往止于冲沟的沟底。
图3 哈拉毛都后山冲沟分布图
Fig.3 Distribution of gullies in the hill behind Halamaodu.
图中罗码代表冲沟;①Ⅱ号沟阶梯状正断层组;②Ⅲ号沟顶断层;③地裂缝;
④Ⅱ号沟底小逆冲断层;
⑤Ⅴ号沟断层;实测剖面和平面图位置
图4 Ⅱ号滑坡实测剖面图
Fig.4 Observed topographic and geologic profile of landslide No.Ⅱ.
1泥页岩;2灰白色砂砾石层;3红色砂砾石层;4黄土状亚砂土;5黑色腐殖土
2121111 滑坡实例
Ⅱ号滑坡较为典型,它对应于Ⅱ号沟,规模较大,为一由古滑坡与现代滑坡组成的复合滑
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坡。在这一滑坡中,滑坡后缘的张性断层、滑坡鼓丘及滑坡前缘的小逆冲断层均可见到。
滑坡体总长300m ,宽约100～150m ,滑动主方向为120°。从坡顶往下,整个滑坡又由4个大型滑坡体构成。上面3个为古滑坡体,最前部也是最大的滑坡体则是近期滑动的结果(图4),这是此滑坡区最典型的一种滑坡模式。总滑坡由若干滑坡体组成,它们之间形成滑坡平台,呈阶梯状,类似于引张区的多米诺式的正断层组合,这些错落有致的平台可称作滑坡台阶。现将Ⅱ号滑坡从下往上分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级,所有滑坡体都错断了Q 1地层,最后贯通到一起,白土山组砂砾石松散堆积与白垩系泥岩的接触面充当了总滑动面。
古滑坡可能在晚更新世晚期形成,现已停止滑动。其滑坡体后缘由于地层反倾,相对低洼,堆积了较厚的坡积物及腐殖土。现代滑坡也可称为古滑坡的复活,与先存的滑动面关系极大,现今仍有滑动。后一级(以滑动方向区分)滑坡体前缘一般形成陡坎,又成为前一级滑坡的滑坡壁。这样,由于多级滑坡,造成滑坡壁出露的白土山组顶部红色砂砾石层(相当于标志层)高程上不连续,呈阶梯状分布。在滑动过程中,后级滑坡受到前级滑坡的阻挡,往往在前缘形成鼓丘。Ⅰ级滑坡的前缘由于推挤形成小逆冲,Ⅰ级滑坡的滑坡壁由于受到引张作用,在Ⅱ级滑坡体的前缘形成一组小型正断层
。
图5 Ⅱ号滑坡实侧平面图
Fig.5 Observed plane map of landslide No.Ⅱarea.
1滑坡型;2张裂缝;3冲沟型;4冲沟;5张裂缝形成的陡坎
Ⅰ级滑坡体滑动时间较新,规模最大,现象最为明显。这一滑坡体中又包含了几个小的滑坡和地裂缝,滑坡的最前端发育了小型逆冲断层。滑坡平台上发育了2～3条地裂缝,是潜在滑坡的初级阶段。近几年来,裂缝不断扩大,最大的宽度已达3m 多。图5是利用平板仪侧量作出的Ⅰ级滑坡区的平面地形图,反映了该段滑坡的范围、平面形态、滑动环境和滑坡组成情况。
由于该区地形、地层的特点,滑坡具有塌陷的性质,致使有些滑动面不是弧形面,而较为陡直,即滑坡后缘的垂直位移较大,水平位移则相对较小,这种滑塌与断层很相像。
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2121112 哈拉毛都滑坡的特点
(1)滑坡与该区冲沟相对应,冲沟为滑坡提供了滑动空间和临空面,这说明该区由于地层切割严重,致使边坡稳定性较差。
(2)滑坡是多期次的,分为古滑坡和现代滑坡。
(3)滑坡一般由几个滑坡体组成,各滑坡之间呈阶梯状。滑坡在滑动中旋转反倾,在滑坡体上部堆积较厚的坡积物。
(4)滑坡具有后缘陡立前缘低角度逆冲的特点。
(5)现代滑坡仍具有滑动的危险性,部分地区处于蠕滑状态某些地段产生地裂缝。21212 西王家滑坡
西王家滑坡是一现代滑坡,由两个独立的滑坡组成,中间为一公路相隔。这两个滑坡规模比较小,滑坡主体为白垩系。上面滑坡所处山坡较陡,约30几度,它实际应为滑塌,坡体长30m,宽不到20m,滑动方向为300°。下面滑坡所处地形较缓,10°左右,其滑动缓慢,现仍在滑动中。
21213 登娄库滑坡
登娄库也是一滑坡区,K,Q1,Q3地层均有滑动现象,白垩系中存在地裂缝。与哈拉毛都滑坡相似,滑坡造成该区地形阶梯状特点,但规模要小。各滑坡之间有的具有成因上的联系,大部分独立成生。滑动总方向约60°,与江岸垂直。
综上所述,沿江一带滑坡现象极为普遍,形成滑坡滑塌的原因与该地区地层和地貌有直接的关系,其形成条件有以下4点:
(1)岩性条件 第二松花江南岸谷坡的中上部为中上更新统黄土状亚砂土、亚粘土和下更新统砂砾石层,厚40～60m,结构松散,颗粒粗大,孔隙和垂直节理颇发育,因此透水性极强,降水可全部形成地下水;谷坡下部为白垩系泥页岩,属软弱易风化层,强度低,尤其是其中的不透水粘土泥岩层的顶面,极易成为滑坡体的滑面,产生顺坡滑移。
(2)地层产出状态条件 Q1与白垩系为一整合接触,二者之间为一风化剥蚀面,易成为滑坡体的滑动面。白垩系向山外缓倾,也是产生滑坡的重要构造条件之一。
(3)水文地质条件 首先,降水对坡体第四系堆积具有侵蚀作用,使其结构更加松散,易于塌陷;其次,大量降水渗入地下,既增加了滑体的重量,又对滑面泥页岩起着软化和泥化作用,使其形成滑动面;再次,前沿冲沟流水对坡脚的不断冲刷、淘蚀,加剧滑坡体的不稳定性,冲刷、淘蚀到一定程度,加上地表和地下水的诱发导致滑体的全面失稳。
(4)人为因素 60年代以前,斜坡还保持着完整性。后来工程用土开挖切割坡脚形成临空面,造成了坡脚的卸荷,破坏了山体的平衡,为坡体的滑动提供了空间条件。
3 第四系中的断层、地裂缝与滑坡的关系
研究发现,第四系中发育的小断层,绝大多数与滑坡有关。它们或是滑坡前缘逆冲形成,或是滑坡后缘的张裂,有的甚至本身就发育在滑坡体中。
311 哈拉毛都后山断层、地裂缝与滑坡的关系
从这些断层所处的位置看,都发生在滑坡区内。Ⅲ号沟顶断层为Ⅱ号滑坡最后一级滑坡体
后缘的张裂。该区的滑坡往往在后缘形成陡立的张裂,因此倾角较大,张裂面陡直。断层沿走向在地形上有显示,呈弧形,延伸100多m ,这恰是滑坡展布范围。这一级滑坡为一古滑坡,大约形成于更新世晚期,上面已被腐殖土覆盖。
Ⅱ号沟顶阶梯状正断层发育于Ⅱ号滑坡中Ⅱ级滑坡体的前缘,与古滑坡的形成有关。滑坡滑动过程中,在这一部位产生应力松驰,或是前缘受到阻挡而拱起形成张裂。
Ⅱ号沟底逆冲断层位于Ⅱ号滑坡的最前端,是典型的滑坡逆冲现象。Ⅴ号沟断层没有发现其与滑坡有直接的联系,从其周围的环境来看,和哈拉毛都滑坡区背景关系很大。
哈拉毛都后山地裂缝即为前所述Ⅱ号滑坡中的张裂缝,为滑坡近期蠕滑的结果。
312 西王家断层与滑坡的关系
西王家断层其实就是西王家滑坡上面的一段,如仅从滑动面附近来看,象是一条正断层。通过周围环境及其成因分析,却是由滑塌所致。
313 登娄库断层与滑坡的关系
这一断层位于登娄库滑坡内,其断面沿走向正与我们所测剖面最上部的滑动面相一致。顺断层走向追索,在第二松花江边很长一段露头良好的剖面上,发现此断层仅限于滑坡区内,向下没有断至白垩系,足可证明其与滑坡在成因上的联系。
4 讨论
411 第二松花江西南岸断层
江西南岸东杨家—哈达山一段的地裂缝和小断层等地层变动,被当作第二松花江断裂第四纪以来活动的表现。从前面的分析可知,该区地裂缝、哈拉毛都地区的大部分断层、登娄库北面采砂场小断层和西王家断层都与滑坡有关,是非构造成因的。
第四系中断层只有哈拉毛都后山Ⅴ号冲沟顶的一条小断层没发现与滑坡有直接的联系。分析其成因,也与这一带整个滑坡区的背景有关,是滑坡形成前产生张性位移的结果,这预示着新的滑坡可能在形成中,而这一断层则是未来滑坡体的后缘。总之,就其特征来看,只是一条地表破裂,而非第二松花江断裂的露头。
哈拉毛都后山一带的张性断层、小逆冲、地层高低错落、地层反倾等现象,都是由于滑坡所造成。哈拉毛都后山所见阶梯状正断层和地表破裂(周本刚等,1992),都位于滑坡区内,是滑坡形成的各种现象。
从上述小断层的走向看,5条为N E 向,仅一条为NW 向,它们的取向与冲沟、滑坡有关,而与所谓的第二松花江断裂不相匹配。综上所述,第二松花江西南岸发育的小断层,不是第二松花江断裂的露头。
412 第二松花江沿岸陡坎问题
江南沿岸某些地段江水面与台地面高差较大,表现为陡坎地貌,有人认为,这是第二松花江断裂沿河道展布的断层崖。笔者认为,这一带某些地段的20～30m 高的陡崖,与江北岸陡坎地形是一样的,仅是一般的河谷地貌,而不是构造上的断层崖。
这可以从地层和构造上分析其成因。五家站—哈达山地处松辽盆地的东南隆起,第四纪以来属于微弱上升地区,台地不断升起,河流下蚀作用增强。由于基底构造上的原因,在南城子、苇子沟、八岔沟、哈达山一带,白垩系泥页岩出露,泥页岩是较容易侵蚀的地层,在风化和流水等
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地 震 地 质21卷因素的共同作用下,形成高出河水面20～30m的陡崖。
413 第二松花江两岸地层的差异性问题
从东杨家—哈达山,第二松花江两岸出露地层在时代和岩相上不一致,西南岸地层主要为Q1白色砂砾石层(白土山组),底部出露下伏的第三系和白垩系泥页岩,而东北岸为中更新统的黄土状亚砂土和全新统风积砂层,钻孔显示Q2下部为白土山组,两岸的同一地层有一定高差。这些现象是如何形成的呢?
钻孔资料显示,在登娄库一带为一轴向NN E的背斜,河床及其以东台地正处于其东南翼,白垩系倾向SE,倾角5～15°,因而白垩系深埋地下。该区经燕山运动与喜马拉雅运动,基底的差异运动使盖层产生波状起伏的褶曲。新构造活动继承了先期的构造运动,表现为间歇式的升降运动,而横向上是不均衡的,小的隆起凹陷相间分布。在第二松花江西南岸形成王府隆起,王府台地从Q1晚期以来持续上升,北东岸台地则是在Q3初期开始隆起,Q1时期可能也处于隆升阶段,而致使白土山组在该区很薄。这两个隆起的台地之间形成一小型凹陷,致使第二松花江西移至此。由于隆起与凹陷在时空上的变化,导致地层横向分布的差异。根据钻探剖面和其它勘探资料,这一带没有横切地层的断层,地层是连续的,只是倾向上的变化。
总之,由于该区隆起与凹陷相间排列的结果,造成第四纪地层岩相、时代和厚度在横向上的差异,这应当与断层活动形成的地层分布不连续相区别。
414 平原覆盖区地层分布情况
哈达山—大安一段位于中央凹陷内,地表广为现代泡沼及冲洪积物覆盖,地势平坦,不存在陡坎,更看不到断层露头。但如果存在第二松花江断裂,断裂两侧的地层在岩相、厚度甚至时代上应当存在差异。根据钻探、地震资料,这一区域内第国上纪地层在N E向上分布连续,没有错开,也不存在明显的岩相更替现象。
在查干泡一带形成沉积中心,及第四纪地层厚度在N E向上的微小变化,并非NW向断裂的原因,而是受整个松辽盆地新构造运动的影响,盆地沉积中心西移所致。
415 第二松花江沿线的深浅部探测资料分析
从1/50万布格重力异常图上看,大致沿大安—前郭—德惠一线,在总体呈NN E走向分布的背景上,有一些局部异常的边缘梯级带或异常等值线扭曲,但异常特征不甚明显;在1/50万航磁△T异常图上,德惠至大安及其以北大片地区的航磁场为宽缓的正异常或负异常,局部小异常很少。
石油部门在位于扶余西30km处作过的人工地震勘探剖面,在K1n(嫩江组)以下局部有小断层,但未断穿下白垩统,嫩江组以上未见断层。位于扶余西17km处的钻孔与人工地震资料的综合解译剖面中,局部于嫩江组下部地层中发现小断层,嫩江组以上则未见断层。钻孔资料还发现在扶余与登娄库间的白垩系下统中有一些北西向的小断层存在,而另外一些人工地震剖面则未见断层(图6)①。
石油部门利用两岸地震资料,根据地震标志层勾出的前郭附近不同层位跨江的构造图显示,沿第二松花江仅在下白垩统登娄库组与侏罗系之间和侏罗系与基底之间,局部有NW向转近EW向的弧形断层;地震反射层T2和T2(嫩江组下部)上虽有小断层存在,但没见有沿第二松花江展布的NW向断层;T1层(嫩江组底界)以上则未见断层①。这说明在前郭及其以南地
①吉林省地震局,1995吉林省第二松花江断裂及前郭1119年地震研究现状。
图6 跨江钻探、地震剖面
Fig.6 Drilling and seismic profile across the Second S onghuajiang.区,沿第二松花江不存在北西向的浅层断裂。953
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5 结论
综上所述,从地球物理场特征看,第二松花江沿线在重磁场上有一点异常显示,但特征不明显,这反映在深部有一些不连续的NW向断层;从地震剖面和钻孔资料看,断层活动只有局部地区影响到白垩系下部地层,自嫩江组之上,未见有明显的断层迹象;从地质地貌、两岸的地层分布及新构造运动特点看,该区小型的地表破裂主要是次生成因的,两岸的陡坎不是断层崖。这些说明该区第三纪以来不存在活动断裂,即所讨论的第二松花江断裂不具有新活动性。
同时,地质、地球物理和浅层探测资料表明,第二松花江沿岸没有大型断裂通过,只在基底存在一些不连续的NW向断层,彼此生成上也没有内在联系,它们还不足以构成一条统一的大断裂,据此推断,所谓的“第二松花江断裂”(扶余断裂带)可能是不存在的。
感谢吉林省地震局章振铨、李志田、李克、刘志平等在论文工作过程中给予的指导和帮助。
(1998年10月收稿,1999年3月改回)
参 考 文 献
崔斗烈.1983.吉林省新构造运动的基本特征.吉林地质,83(3):14～30.
吉林省地质矿产局.1982.吉林省区域地质志.北京:地质出版社.
伏罗洛夫A M.1956.土体塌滑原因及其防治方法.周镜等译.北京:人民铁道出版社.
李起彤,南金生,何东培,等.1984.镇江以东长江河谷存在“长江断裂带”吗?.地震地质,6(2):9～16.
李起彤.1991.活断裂及其工程评价.北京:地震出版社.
李继泰,李志田.1989.吉林省地震构造图.见:马杏垣主编.中国岩石圈动力学图集.北京:中国地图出版社.
章振铨.1987.松花江断裂活动特征及伊舒断裂带地震成因机制的初步探讨.吉林地质,3(3):73～78.
周本刚,高名修.1992.松辽盆地几次中强地震的构造条件探讨.地震地质,14(2):145～150.
DISCUSSION ON NEW ACTIVITY
OF THE SECON D SONGHUAJIANG FAU L T
Li Chuanyou Wang Y ipeng Shen J un
(Institute of G eology,China Seismological Bureau,Beijing 100029)
Zhang Lianghuai Li Chunfeng
(Seismological Bureau of Jilin Province,Changchun 130022)
Abstract
Along the southwest bank of the Second Songhuajiang river,from Xiwangjia to Hadashan, there are two patterns of stratigraphic variation.One is the faults and fractures of small scales of Quaternary.Another is the landslides of larger scales along the bank of the river.Detailed studies show that those stratigraphic alteration,faults and geofractures of Quaternary are not tectonism-genetic.They are mostly related to landslides.On the basis of analysing the geological characteris2 tics,making use of the drilling,seismic reflection data and geophysical exploration results,it is suggested that the Second Songhuajiang fault had been inactive since Tertiary.
K ey w ords:Activity of the F ault,Q uaternary,Landslides