鎮江市活動斷層探測項目主要斷層活動性研究1

張 鵬 劉嘉彬 丁頁嶺 范小平 汪 勇 孟 科

1）南京工業大學，交通運輸工程學院, 南京210009

2）江蘇省地震局, 南京210014

引言

城市活動斷層探測及其活動性評價是城市建設和防震減災重要的基礎性工作（鄧起東等，2007）。近年來，江蘇省各主要城市先后開展了城市活動斷層探測工作（侯康明等，2012；張鵬等，2014，2019；許漢剛等，2016），查明了各城市主要斷層的展布位置、活動性，評估了地震危險性。鎮江市相關工作于2017 年啟動，于2021 年全部完成并通過驗收。對鎮江市主要可能的發震斷層開展活動性探測及地震危險性評價工作，對于減輕因城市直下型破壞性地震或遠場破壞性大地震造成的災害損失具有重大意義?！舵偨谢顒訑鄬犹綔y與地震危險性評價》項目（簡稱鎮江市活動斷層探測項目）的目標區以鎮江市為中心，兼顧其未來城市重點規劃區的需求，范圍為北緯32°00′～32°18′，東經119°12′～119°48′，南北向長約33 km，東西向長約56 km，面積約1 848 km2。

鎮江市活動斷層探測項目的目標區及鄰區位于下揚子地塊，地貌以低山丘陵、崗地和平原為主。寧鎮山脈以南為崗地和平原，第四系主要由下蜀組和柏山組組成。寧鎮山脈以北為長江沖積平原區，受長江侵蝕作用影響，第四系主要由全新統組成，更新統地層極薄或缺失，僅在東部大路鎮一帶厚度較大，由上更新統滆湖組、中更新統啟東組和下更新統海門組組成。

本區的下蜀組為風成黃土（邵家驥，1999；李徐生等，2018），在寧鎮山脈以北較薄，在寧鎮山脈以南較厚，最大厚度達50～60 m；柏山組總體較薄或缺失（邵家驥，1999；苗巧銀等，2017）。根據相關研究成果，上更新統下蜀組上部由黃褐色～灰黃色粉砂質黏土、黏土、含鐵錳質黏土組成，底界埋深21.5 m，光釋光（OSL）測年結果為（34.6±2.0）ka 至（119.6±3.1）ka；中更新統下蜀組下部由褐黃色、灰黃色、黃綠色粉砂質黏土，黏土，含鐵錳質結核黏土，粉砂組成，底界埋深61.1 m，OSL 測年結果為（120.4±3.0）ka至（337±65）ka。中更新統柏山組由雜色含鐵錳質結核角礫層、灰黃色黏土、含鈣質結核黏土組成，底界埋深69.1 m，電子自旋共振（ESR）測年結果為（468±48）ka 至（568±117）ka。目前對柏山組沉積時代的研究較少，本次獲得的ESR 測年結果表明鎮江地區柏山組應歸屬于中更新統下部。

根據已有資料，對鎮江市區威脅較大的主要隱伏斷層有4 條，分別為幕府山-焦山斷裂、五峰山-西來橋斷裂、丹徒-建山斷裂、汝山-上會斷裂，其在地質地貌上或地球物理探測資料上有明顯顯示。

本研究對目標區開展遙感解譯與地球物理場分析、野外地震地質調查、淺層人工地震勘探、鉆孔聯合地質剖面探測等相關工作，并對4 條主要斷層活動性鑒定成果進行總結與探討。

1 斷層活動性研究方法

根據鎮江市地質條件，通過開展目標斷層地震地質調查、隱伏斷層淺層人工地震勘探及鉆孔聯合剖面探測確定主要斷層活動性。由于目標斷層均發育在隱伏區內，因此主要采用淺層人工地震勘探方法進行斷層探測。共完成淺層人工地震勘探測線47 條，主要測線位置如圖1 所示，測線全長92.5 km。對控制性人工地震勘探得到的目標斷層開展了鉆孔聯合探測工作，共在8 個場地鉆探51 個鉆孔，鉆探總進尺為2 412.6 m，獲得OSL、ESR、14C 測年結果共50 件。

圖1 鎮江市活動斷層探測項目主要斷層位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the main fault location of “Urban active fault exploration project of Zhenjiang city”

2 斷層活動性鑒定成果

2.1 幕府山-焦山斷裂

幕府山-焦山斷裂從幕府山經燕子磯、棲霞山、龍潭延伸至鎮江焦山，全長約75 km，總體走向近東西向，斷面傾向北，斷裂南側為寧鎮山脈，斷裂北側為沿江凹陷及揚州低崗平原。由于幕府山-焦山斷裂的長期活動作用，造成了幕府山、棲霞山等復式背斜的北半部發生了大幅度斷陷，形成了江北的儀征斷陷盆地（江蘇省地質礦產局，1989）。據已有野外調查結果，幕府山-焦山斷裂最新一次活動已錯斷了第四紀中更新統殘坡積層，但未錯斷上覆的第四系上更新統沉積層（侯康明等，2012）。

本研究針對幕府山-焦山斷裂布設了6 條淺層人工地震勘探測線，查明了該斷裂在目標區的展布情況（圖1）。淺層人工地震勘探結果表明，幕府山-焦山斷裂鎮江段走向為北東東，傾向北，傾角50°～60°，基巖面斷距為3～7 m，以正斷活動為主。在地震剖面上，幕府山-焦山斷裂的各斷點均以斷錯基巖面為特征，第四系內部層位斷錯不明顯。測線Mj1 淺層地震剖面如圖2 所示，由圖2 可知，斷點表現為正斷性質，傾向北，視傾角60°，基巖面斷距約7 m。

圖2 幕府山-焦山斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.2 Part of the seismic exploration profile of Mufushan-Jiaoshan fault

由測線Mj1 得到了橋頭村場地鉆孔聯合地質剖面，如圖3 所示。橋頭村場地中更新統之上的地層無斷錯跡象，中更新統下蜀組下部已被斷層斷錯，中更新統底界在斷層兩側的位錯量為3.2 m。根據地層斷錯特征，判斷本場地幕府山-焦山斷裂的最新活動時代為中更新世晚期，其最新一次活動時間在（222±22）ka 之后、晚更新世之前。判斷在測線Mj1 上，幕府山-焦山斷裂總體以正斷活動為主。

圖3 橋頭村場地鉆孔聯合地質剖面Fig.3 The drilling joint profile in the Qiaotou site of Zhenjiang

此外，由測線Xkmj4k 得到了金山場地鉆孔聯合地質剖面。金山場地斷層以正斷活動為主，明顯斷錯了基巖面，斷點上方全新統未受斷層影響，表明其最新活動時間在全新世之前。但該場地更新統基本缺失，難以判斷斷層最新一次活動時間。

根據橋頭村場地斷層活動特征，判斷幕府山-焦山斷裂最新活動時代為中更新世晚期，未發現晚更新世以來活動跡象。

2.2 五峰山-西來橋斷裂

五峰山-西來橋斷裂走向北西至北北西，位于鎮江東部大路鎮、姚橋鎮一帶（圖1），長約34 km。五峰山-西來橋斷裂在區域上與展布于蘇州和常州地區的蘇錫常斷裂和展布于揚州地區的鳳凰河斷裂均屬于無錫-宿遷斷裂的一部分。該斷裂西側出露早白堊世火山巖，東側分布晚白堊世碎屑巖及第四系沉積，斷裂兩側的地貌具有明顯差異，苗巧銀等（2016）推測其最新活動時代為早-中更新世，宗開紅等（2016）根據斷裂兩側鉆孔對比推測其最新活動時代為更新世晚期。

在五峰山-西來橋斷裂西側的圌山東南側巖壁上，發育走向為300°、寬約30 m 的斷層破碎帶，產狀近直立。斷層破碎帶頂部為黃色坡積土覆蓋。根據斷層發育特征和斷層角礫巖的膠結程度，判斷該處北西向次級斷層活動性較弱，未發現晚第四紀活動跡象。

針對五峰山-西來橋斷裂布設了6 條淺層人工地震勘探測線，查明了該斷裂在目標區的展布位置（圖1）。淺層人工地震勘探結果表明，五峰山-西來橋斷裂傾角約為60°，傾向東，斷距為5～9 m，以正斷層活動為主，未明顯斷錯第四系內部層位。測線Wx1 斷點局部地震剖面如圖4 所示，由圖4 可知，斷點為正斷性質，傾向東，視傾角60°，基巖面斷距約9 m。

圖4 五峰山-西來橋斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.4 Part of the seismic exploration profile of Wufengshan-Xilaiqiao fault

由測線Wx1 得到了大路鎮場地鉆孔聯合地質剖面，如圖5 所示。該場地中更新統之上的地層無斷錯跡象，中更新統底界已被斷層斷錯，位錯量為2 m。下更新統底界在斷層兩側的位錯量為3.2 m。巖芯中發育的斷層面特征表明斷層最新活動性質為正斷層，同時兼具左旋走滑特征。根據地層斷錯特征，判斷五峰山-西來橋斷裂的最新活動時代為中更新世。

圖5 大路鎮場地鉆孔聯合地質剖面（下部）Fig.5 The drilling joint profile in the Dalu site of Zhenjiang （Lower part）

2.3 丹徒-建山斷裂

丹徒-建山斷裂走向為北西向，展布于鎮江東側諫壁鎮、建山鎮、訪仙鎮一帶（圖1），長約40 km。該斷裂東北側為震旦系地層，西南側為白堊系火山碎屑巖及第四系沉積（江蘇省地質礦產局，1984）。該斷裂在地貌上為一條明顯的分界線，斷裂東北側為一系列低山，西南側為低崗平原區。

對該斷裂沿線進行了野外考察。在辛豐鎮龍山村東南側廢棄采石場見閃長巖體侵入于震旦紀燈影組白云質灰巖中，在巖體西側與灰巖接觸處發育斷層破碎帶，走向290°，近直立，破碎帶寬約1 m。該處斷裂為與丹徒-建山斷裂走向一致的次級斷層，斷層破碎帶內有厚約30 cm 的紅棕色黏土條帶，判斷為斷層破碎帶在流水作用下風化形成。在斷層破碎帶內采集了ESR 測年樣品，測試結果為（734±67）ka。斷層頂部覆蓋約1 m 厚坡積黃土，未被斷層影響。

針對丹徒-建山斷裂布設了7 條淺層人工地震勘探測線（圖1），探測結果表明丹徒-建山斷裂走向北西，傾向南西，傾角為50°～55°，為正斷層，基巖面斷距為2～7 m。地震剖面上丹徒-建山斷裂的斷點僅斷錯基巖面，未斷錯第四系內部層位。測線Dj1 斷點局部地震剖面如圖6 所示，斷層表現為正斷性質，傾向南西，視傾角約55°，基巖面斷距約7 m。

圖6 丹徒-建山斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.6 Part of the seismic exploration profile of Dantu-Jianshan fault

由測線Dj1 得到了訪仙鎮場地鉆孔聯合地質剖面，如圖7 所示。該場地中更新統下蜀組下部之上的地層無斷錯跡象，中更新統柏山組底部被斷錯；柏山組在斷層兩側的底界斷錯距離為2 m，上斷點埋深為55 m左右。斷層斷錯特征和淺層人工地震勘探結果均表明斷層活動以南傾的正斷層為主。根據地層斷錯特征，判斷本場地丹徒-建山斷裂的最新活動時代為早更新世至中更新世早期。

圖7 訪仙鎮場地鉆孔聯合地質剖面Fig.7 The drilling joint profile in the Fangxian site of Zhenjiang

2.4 汝山-上會斷裂

目標區內的汝山-上會斷裂推測為茅山斷裂帶西側向北延伸的部分。該斷裂走向為北東向，西南自句容市上會鎮附近向北東方向延伸，經上黨、官塘、汝山延伸至長江南汊附近，長約24 km。該斷裂均為第四系覆蓋，屬隱伏斷裂，主要根據地球物理資料和鉆探資料推測得到。

在汝山-上會斷裂布設了6 條淺層人工地震勘探測線，探測結果表明該斷裂走向北東、視傾角約為60°，視斷距約4 m，總體為東傾的正斷層。斷裂附近淺部變形強烈，呈現階梯狀發育特征。測線xkmsby1 斷點局部地震剖面如圖8 所示，由圖8 可知，斷點為正斷性質，傾向東，視傾角約55°，基巖面斷距約3 m。

圖8 汝山-上會斷裂淺層地震剖面（局部）Fig.8 Part of the seismic exploration profile of Dantu-Jianshan fault

由測線xkmsby1 得到了長香東場地鉆孔聯合地質剖面，如圖9 所示。該場地基巖面落差小，上覆第四紀地層也未發現較大的起伏，故認為該場地汝山-上會斷裂的活動性較弱，未發現第四紀有明顯活動跡象。由測線xkmsby2 得到了緯二路場地鉆孔聯合地質剖面，該場地斷點上方第四系內部層位也未受斷層影響，判斷本處斷層無第四紀以來新活動跡象。

圖9 長香東場地鉆孔聯合地質剖面Fig.9 The drilling joint profile in the Changxiangdong site of Zhenjiang

綜合以上證據，判斷汝山-上會斷裂為前第四紀斷裂。

3 討論與結論

鎮江市區主要隱伏斷層有4 條，分別為幕府山-焦山斷裂、五峰山-西來橋斷裂、丹徒-建山斷裂、汝山-上會斷裂。其中幕府山-焦山斷裂規模較大，切割深度相對較大，且影響著北側凹陷的發育與形成，也是目標區內中強地震的發震構造，如1624 年揚州M6 地震及20 世紀30 年代發生的M5.0、M5.2 地震均與此斷裂有關（侯康明等，2012；宗開紅等，2016）。

幕府山-焦山斷裂作為寧鎮隆起與儀征凹陷的分界斷裂，最新活動時代為中更新世晚期，其活動性相對較新。該斷裂與北西向斷裂交界部位具備破壞性地震孕震環境，歷史上也曾發生過多次破壞性地震，須高度重視相關區域的震害防御工作。

五峰山-西來橋斷裂和丹徒-建山斷裂作為無錫-宿遷斷裂的一部分，在第四紀以來有過明顯活動，對地貌有明顯的控制作用，同時具有一定的地震危險性，尤其是其與近東西向、北東向斷裂交會部位，為本地區進行震害防御工作應重點關注的可能發震部位。

汝山-上會斷裂的活動性較弱，推測為茅山西側斷裂向北延伸部分，對目標區地貌和巖性無控制作用，第四紀以來無活動跡象。

結合野外地質調查、淺層人工地震探測和鉆孔聯合剖面探測結果，對鎮江地區4 條主要斷層性質、規模和最新活動時代的判斷如表1 所示。判斷幕府山-焦山斷裂最新活動時代為中更新世晚期，五峰山-西來橋斷裂最新活動時代為中更新世，為目標區具備一定發震能力、地震危險性較大的2 條斷裂。采用歷史地震最大震級加半級的方法，結合構造類比法及震級-頻度關系法，判斷五峰山-西來橋斷裂潛在地震的最大震級為6.0 級，幕府山-焦山斷裂潛在地震的最大震級為6.5 級。

表1 目標區主要斷裂特征Table 1 List of parameters of faults in the target zone

鎮江地區基巖埋深較小，覆蓋層內部分層差異小，下更新統基本缺失；下蜀組黃土分層特征不明顯，下蜀組內部中、上更新統界限難以分辨。鉆孔剖面上的地層落差主要在基巖面，難以判斷斷層是否進入了上覆第四系中。因此本研究確定的斷層最新活動時代存在一定不確定性，如丹徒-建山斷裂的活動性判斷結果。

致謝 本研究實施過程中得到了中國地震局地球物理勘探中心方盛明研究員，中國地震局地質研究所冉勇康研究員、楊曉平研究員，國家自然災害防治研究院張世民研究員的悉心指導，得到了江蘇省地震局和鎮江市地震局相關人員的大力幫助，OSL 樣品年齡由山東省地震局光釋光實驗室測定，ESR 樣品年齡由北京光釋光實驗室有限公司測定，在此一并表示感謝！