余中元韋慶海疏 鵬李文彬劉 雙

1）黑龍江省地震局，哈爾濱 150090

2）地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

依蘭－伊通斷裂依蘭段的新活動(dòng)特征及其構(gòu)造演化1

余中元1,2)韋慶海1)疏 鵬2)李文彬1)劉 雙1)

1）黑龍江省地震局，哈爾濱 150090

2）地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

本文綜合DEM數(shù)據(jù)、地形地貌剖面、鉆孔及地層劃分、淺層地震勘探、野外地質(zhì)調(diào)查和典型地質(zhì)剖面等資料，對(duì)依蘭-伊通斷裂依蘭段的新構(gòu)造活動(dòng)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，依蘭-伊通斷裂西支F1-1對(duì)小興安嶺東緣控制明顯，地表陡坎微地貌相對(duì)比較發(fā)育，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世中晚期；東支F1-2控制了張廣才嶺的西緣，衛(wèi)星影像線性異常不明顯，地表陡坎微地貌不發(fā)育，淺層地震反射剖面所揭示的上斷點(diǎn)埋深為45—50m，其最新活動(dòng)時(shí)代為早更新世早期；中支斷裂F1-3控制了低一級(jí)的地貌面，衛(wèi)星影像比較清楚，地表發(fā)育高約1—2m左右的陡坎微地貌，最新活動(dòng)時(shí)代為全新世。該斷裂最新的活動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)為以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，同時(shí)伴隨有比較明顯的逆沖運(yùn)動(dòng)分量。同時(shí)，綜合前人研究結(jié)果和本次研究結(jié)果，可將依蘭-伊通斷裂依蘭段新生代以來(lái)的構(gòu)造演化劃分為五個(gè)不同的階段，即：古新世初期—古新世末期的左旋走滑擠壓階段、古新世末期—始新世中期的右旋走滑伸展階段、始新世末期—上新世末期的右旋走滑擠壓階段、上新世末期—早第四紀(jì)的右旋走滑伸展階段、晚第四紀(jì)的右旋走滑逆沖階段。這一演化過(guò)程在東北地區(qū)可能具有較好的代表性。

依蘭-伊通斷裂 依蘭段 新活動(dòng) 構(gòu)造地貌 構(gòu)造演化

前言

郯廬斷裂帶是中國(guó)東部的一條巨型斷裂構(gòu)造帶，走向北北東，南起長(zhǎng)江北岸的廣濟(jì)地區(qū)，向北經(jīng)安徽、江蘇、山東，跨越渤海，經(jīng)東北三省，進(jìn)入俄羅斯境內(nèi)（圖1），在中國(guó)境內(nèi)長(zhǎng)達(dá)2400多km。國(guó)內(nèi)外眾多地質(zhì)學(xué)家對(duì)郯廬斷裂帶的形成、演化，及其與華北和華南板塊碰撞的關(guān)系、大幅度早期左旋位移量、位移階段及開始時(shí)間等許多方面進(jìn)行過(guò)深入研究工作（黃汲清等，1977；陳丕基，1988；關(guān)士聰?shù)龋?991；王東坡等，1994；程捷等，1996；邵濟(jì)安等，1996；吳福元等，1999；萬(wàn)天豐等，1999；王小鳳等，2000；羅志立等，2005；吳根耀等，2007；吳福元等，2008；葛榮峰等，2010）。郯廬斷裂帶不僅在中國(guó)東部大地構(gòu)造上具有余中元，韋慶海，疏鵬，李文彬，劉雙，2014．依蘭－伊通斷裂依蘭段的新活動(dòng)特征及其構(gòu)造演化．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：384—399．doi：10.11899/zzfy20140305重要的地位，而且對(duì)中國(guó)東部的巖漿活動(dòng)、礦產(chǎn)資源分布、地震活動(dòng)和構(gòu)造格局等都有重要的控制作用。沿郯廬斷裂帶中段發(fā)生的1668年山東郯城8?級(jí)地震，是中國(guó)東部發(fā)生的最強(qiáng)烈地震，直接死亡達(dá)5萬(wàn)人（高維明等，1988）；1970年渤海7.0級(jí)地震和1972年遼寧海城MS7.3級(jí)地震也可能與郯廬斷裂的活動(dòng)有關(guān)。

依蘭-伊通斷裂主要分布于吉林和黑龍江境內(nèi)，走向約N50°E，總長(zhǎng)約800km，是郯廬斷裂帶北段的重要分支斷裂之一（葉士忠，1989；徐嘉煒等，1992），也是劃分中蒙和中朝兩個(gè)活動(dòng)地塊的重要邊界斷裂（張培震等，2003），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）。由于地表受到人工耕種、城鎮(zhèn)建設(shè)等人為改造破壞，加之植被覆蓋和雨水河流侵蝕等影響，使得該斷裂的地表構(gòu)造遺跡保存很不完整，新構(gòu)造、活動(dòng)構(gòu)造與古地震等研究工作開展的也相對(duì)薄弱，有關(guān)該斷裂地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)資料十分缺乏。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，該斷裂早中更新世有過(guò)活動(dòng)，晚更新世以來(lái)沒有活動(dòng)，未來(lái)不太具備發(fā)生強(qiáng)烈地震的可能。閔偉等（2011）和Min等（2013）的最新研究成果表明，該斷裂黑龍江省通河-方正一帶距今（1730±40）a.B.P.以來(lái)產(chǎn)生了長(zhǎng)約70km的地表破裂帶，相當(dāng)于發(fā)生了1次MS7.5級(jí)地古地震。這些新的研究成果表明依蘭-伊通斷裂全新世以來(lái)局部地區(qū)有過(guò)強(qiáng)烈活動(dòng)，較傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)（鄧起東，2007a）有較大的不同。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造背景（據(jù)李忠權(quán)等，2002；葛榮峰等，2010修改）Fig.1 Tectonic setting of the Songliao basin (Modified from Chi et al., 2002; Wang et al., 2007; Ge et al., 2010)

依蘭盆地地處依蘭-伊通斷裂中北部（圖1中藍(lán)框區(qū)，圖2），西接小興安嶺，東鄰張廣才嶺，地貌表現(xiàn)為兩山的山脈邊界受斷裂控制明顯。依蘭-伊通斷裂通過(guò)的地方發(fā)育寬約10—30km的依蘭盆地，松花江河谷在盆地中蜿蜒通過(guò)，地理位置特殊，地層發(fā)育比較齊全，小震事件相對(duì)較多，構(gòu)造地貌差異明顯。本文在搜集分析前人資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)字高程地形地貌剖面、地形剖面、衛(wèi)星影像解譯、斷層面小構(gòu)造分析、淺層地震勘探、第四系地層分析、鉆孔聯(lián)合剖面等工作，對(duì)依蘭-伊通斷裂依蘭段的幾何學(xué)、第四紀(jì)構(gòu)造變形特征與構(gòu)造地貌響應(yīng)進(jìn)行了研究。同時(shí)根據(jù)地震反射剖面和典型地質(zhì)剖面對(duì)該斷裂依蘭段新生代以來(lái)的構(gòu)造演化進(jìn)行了初步研究。該結(jié)果將為研究依蘭-伊通斷裂晚新生代以來(lái)的活動(dòng)特征、變形機(jī)制、新構(gòu)造活動(dòng)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等奠定一定的基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)認(rèn)識(shí)東北地區(qū)不同活動(dòng)塊體的運(yùn)動(dòng)特征、動(dòng)力學(xué)機(jī)制和中新生代東亞大陸邊緣的地質(zhì)演化格局、深部地質(zhì)構(gòu)造、地殼演化與淺部地質(zhì)響應(yīng)（吳福元等，1999）等重要基礎(chǔ)地質(zhì)科學(xué)問(wèn)題也有一定意義。

1 區(qū)域地質(zhì)地震背景

研究區(qū)地處松嫩地塊與佳木斯地塊交界地區(qū)（圖1），與松遼盆地同屬松嫩-張廣才嶺微板塊。受中新生代強(qiáng)烈的伸展作用影響，研究區(qū)具有元古代的變質(zhì)基底和古生代-中新生代的沉積蓋層（汪筱林等，1994；孫加鵬等，1997；1999），以盆地形式發(fā)育，分布廣泛。依蘭-伊通斷裂斜穿張廣才嶺和小興安嶺（圖2），溝通了西部的松遼盆地和東部的三江盆地，而且具有相似的發(fā)育歷史（關(guān)士聰?shù)龋?991；王東坡等，1995；孫永傳等，1996）。盆地邊緣地層學(xué)相關(guān)研究表明（孫加鵬等，1999），松遼盆地東緣不存在邊緣相，說(shuō)明該盆地可能已經(jīng)延入依蘭盆地。這些研究成果都表明依蘭-伊通斷裂對(duì)張廣才嶺、老爺嶺和依蘭盆地有著明顯的控制作用，彼此之間存在著密切聯(lián)系。

研究區(qū)斷裂（圖2）主要發(fā)育北東和北西兩組。從幾何形態(tài)上看，北東向斷裂為依蘭-伊通斷裂F1，發(fā)育在依蘭盆地，主要由三支分支斷裂構(gòu)成。其中，東支F1-1基本沿小興安嶺山脈東麓北東向展布，構(gòu)成了小興安嶺和依蘭盆地的邊界；西支F1-2主要沿張廣才嶺西麓北東向展布，構(gòu)成了張廣才嶺與依蘭盆地的邊界；中支F1-3發(fā)育于盆地中南部，西南端與東支F1-1匯合，北東方向呈撒開之勢(shì)與東西兩支平行展布，在清河鎮(zhèn)以西逐漸終止。北西向斷裂主要有岔林河斷裂F2、塔西-鐵力斷裂F3和勃利-神樹斷裂F4三條。其中，岔林河斷裂F2位于研究區(qū)西南端，與依蘭-伊通斷裂F1三個(gè)分支相交，東南端延伸進(jìn)入張廣才嶺，西北端沿岔林河河谷展布；塔西-鐵力斷裂F3和勃利-神樹斷裂F4位于研究區(qū)的中部，其東南端和西北端分別延伸進(jìn)入張廣才嶺和小興安嶺，和依蘭-伊通斷裂的東西支在依蘭盆地邊界相交穿過(guò)。受研究條件和基礎(chǔ)資料的限制，這些斷裂的活動(dòng)性質(zhì)和最新活動(dòng)時(shí)代（馬杏垣，1989；鄧起東等，2007b）均不清楚。本文主要針對(duì)依蘭-伊通斷裂依蘭段的三個(gè)分支開展實(shí)際工作，并對(duì)其展布位置、活動(dòng)性質(zhì)和最新活動(dòng)時(shí)代等進(jìn)行研究。而對(duì)研究區(qū)內(nèi)其他三條北西向斷裂受篇幅所限，本文不做重點(diǎn)研究和討論。

研究區(qū)現(xiàn)代地震活動(dòng)性整體較弱（圖2），1970年有臺(tái)網(wǎng)記錄以來(lái)發(fā)生MS2.0級(jí)以上地震25個(gè)，最大震級(jí)為MS3.0級(jí)。通過(guò)文獻(xiàn)查閱和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知，研究區(qū)沒有破壞性地震紀(jì)錄。地震震中分布圖表明，現(xiàn)代地震絕大多數(shù)分布于依蘭盆地內(nèi)部斷裂交匯的部位。同時(shí)，盆地西南部和中部地震事件似有叢集現(xiàn)象，盆地兩側(cè)的張廣才嶺和小興安嶺山區(qū)中則地震事件分布很少。這表明研究區(qū)的地震事件多可能為構(gòu)造成因，震級(jí)小和數(shù)量少則可能反映了斷裂活動(dòng)不是很強(qiáng)。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造地貌及主要工作實(shí)際材料圖Fig. 2 Faults and tomography of the study area

2 依蘭-伊通斷裂依蘭段新活動(dòng)特征

2.1 數(shù)字地形地貌高程所反映的斷裂新活動(dòng)特征

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Models，DEM）是地形起伏的數(shù)字表達(dá)，自20世紀(jì)90年代以來(lái)一直積極推動(dòng)著構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和傳統(tǒng)地貌學(xué)的復(fù)興和發(fā)展。在有斷裂活動(dòng)的地區(qū)，跨斷層的高程地形地貌剖面能反映斷層長(zhǎng)期活動(dòng)所造成的地形地貌差異。本文研究區(qū)地貌單元比較豐富，高程差異相對(duì)明顯。因此，本文利用90m×90m分辨率SRTM的DEM數(shù)據(jù)，對(duì)研究區(qū)跨斷裂的高程地形地貌進(jìn)行了研究，以期得到依蘭-伊通斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)及新活動(dòng)對(duì)地貌單元和地形高程的控制情況（地貌剖面位置見圖2中的L1-L1’、L2-L2’和L3-L3’；研究結(jié)果見圖3）。考慮到SRTM90m的DEM數(shù)據(jù)精度的局限性，本研究又基于1:5萬(wàn)比例尺精度的地形圖，補(bǔ)充了3條高精度的高程地形剖面（剖面位置見圖2中的A-A’、B-B’和C-C’；研究結(jié)果見圖4）。

基于研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)的地形地貌剖面（圖3）可知，依蘭-伊通斷裂依蘭段F1對(duì)研究區(qū)地貌控制顯著，高程差值明顯（表1）。首先，圖3中的L1-L1’、L2-L2’和L3-L3’都清楚表現(xiàn)出分級(jí)的地貌特點(diǎn)，即西部小興安嶺構(gòu)成第一級(jí)地貌面，地貌高程值最高，普遍在200—900m之間；東部張廣才嶺構(gòu)成第二級(jí)地貌面，地貌高程值普遍在200—600m之間；中部依蘭盆地高程值普遍偏低，約在80—150m之間，構(gòu)成第三級(jí)地貌面。其次，依蘭-伊通斷裂的東西兩個(gè)分支F1-1和F1-2分別構(gòu)成了不同級(jí)地貌面的分界線。如在圖3中的L1-L1’地形地貌剖面中，依蘭-伊通斷裂西支F1-1控制了西部小興安嶺地貌面的東緣和中部依蘭盆地地貌面的西緣，受斷裂逆沖作用影響，地貌面高差達(dá)到近200m；依蘭-伊通斷裂東支F1-2控制了東部張廣才嶺地貌面西緣和中部依蘭盆地地貌面的東緣，受斷裂正斷作用影響，盆地不斷下沉，山脈持續(xù)隆升，形成約100m的地貌高差。另外，圖3中的L2-L2’和L3-L3’地形剖面都橫切穿過(guò)依蘭-伊通斷裂中支F1-3。需要注意的是，雖數(shù)據(jù)精度有限，但仍清晰可見的是，在依蘭盆地內(nèi)部和中支斷裂F1-3交匯的地方，斷裂兩側(cè)又構(gòu)成兩級(jí)新地貌面，形成明顯的地形高差（圖3中L2-L2’和L3-L3’剖面）。

在夜間無(wú)列車運(yùn)行時(shí)段，雜散電流監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得的是參比電極的本體電位，在白天列車運(yùn)行時(shí)段，測(cè)得的是參比電極與鋼筋的電壓，將該電壓減去夜間測(cè)得的參比電極的本體電位，即得到鋼筋極化電壓的正向偏移值，將此偏移值進(jìn)行30 min平均值計(jì)算，并將計(jì)算的平均值作為判斷雜散電流腐蝕是否超標(biāo)的依據(jù)[7]。因此，在雜散電流腐蝕防護(hù)工程中，將參比電極作為測(cè)量鋼筋極化電壓的基準(zhǔn)，對(duì)于極化電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)參比電極出現(xiàn)異?；驌p壞情況時(shí)，所得到的極化電壓值亦會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

圖3 研究區(qū)地形地貌剖面圖（基于DEM數(shù)據(jù)）Fig. 3 Topographic sections of the study area (from DEM data)

圖4 研究區(qū)地形剖面圖（基于1:5萬(wàn)地形圖）Fig. 4 Topographic sections of the study area (from 1:50000 topo map)

基于1:5萬(wàn)比例尺地形圖精度的地形剖面（圖4）分析可知，依蘭-伊通斷裂依蘭段F1在盆地邊緣和內(nèi)部對(duì)地貌的控制作用表現(xiàn)的更加顯著，特別是構(gòu)成了更加明顯的不同級(jí)地貌面，地貌面之間的地貌高差顯著不同（表1）。如圖4中的A-A’地形剖面和依蘭-伊通斷裂中支F1-3相交，在南樓處形成約2m的地形高差；又如圖4中的B-B’地形剖面和依蘭-伊通斷裂中支F1-3及西支F1-2相交，在二站水庫(kù)和達(dá)連河鎮(zhèn)分別形成5m和4m左右的地形高差；然而，圖4中的C-C’地形剖面和依蘭-伊通斷裂東西F1-1與F1-2兩個(gè)分支分別相交，在永安屯和依蘭采石場(chǎng)分別形成了約30m和50m的高差。此外，該剖面橫穿依蘭盆地，但在盆地內(nèi)部沒有見到明顯的地貌地形高差，這可能反映出依蘭-伊通斷裂中支F1-3沒有延伸進(jìn)入該區(qū)。

綜合如上兩種不同精度地形地貌剖面分析結(jié)果（表1）可知，依蘭-伊通斷裂西支F1-1和東支F1-2控制了區(qū)域性大地貌，不同級(jí)地貌面的高差值均超過(guò)了100m，最高值約200m。西支F1-1兩側(cè)的地貌高差值大于東支F1-2兩側(cè)的地貌高差值，這可能反映出兩支斷裂活動(dòng)持續(xù)時(shí)間的不一致，或者是活動(dòng)幅度和活動(dòng)速率不一致。不同的是，中支斷裂F1-3控制了低一級(jí)的地貌面，不同級(jí)地貌面高差值最高為5m，最低達(dá)2m，這可能反映出中支斷裂F1-3活動(dòng)幅度或者活動(dòng)速率較西支F1-1和東支F1-2更小，或者是其活動(dòng)時(shí)代更新。此外，依蘭-伊通斷裂中支F1-3可能只發(fā)育在盆地西南，并沒有延伸進(jìn)入盆地中北部。

表1 不同級(jí)地貌面高程差一覽表Table 1 The elevation of different geomorphic surface

2.2 淺層地震反射剖面揭示的斷裂特征

淺層地震勘探是探測(cè)研究地殼淺部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的一種有效的地球物理勘探方法，特別是基于可控震源信號(hào)相關(guān)以及“小道間距、小偏移距、多通道和高頻檢波器接收的多次覆蓋技術(shù)”的淺層地震反射波勘探方法，是隱伏活動(dòng)斷層探測(cè)的主要技術(shù)手段（劉保金等，2002；2008；鄧起東等，2007b；何正勤等，2007；中國(guó)地震局，2009）。本次工作在研究區(qū)針對(duì)依蘭-伊通斷裂東支斷裂F1-2布設(shè)了4條淺層地震測(cè)線（分布位置見圖2），累計(jì)長(zhǎng)度約20km，剖面解釋結(jié)果見圖5。

淺層人工地震反射所反映的斷層幾何學(xué)特征總體一致。具體來(lái)看，D-D’剖面揭示出沙河子地區(qū)兩條斷裂（圖5左上）走向均為北東，傾向北西，傾角約70°。西南屯E-E’剖面揭示（圖5右上）該斷裂由一條主干斷裂及三條傾向相反的伴生斷層構(gòu)成。主干斷裂傾向北西，傾角約40°，三條伴生小斷裂傾向南東，傾角約45°，向下約在0.8s處歸并至主干斷裂。達(dá)連河F-F’剖面揭示出3條斷裂（圖5左下）走向一致，傾向不同。東南屯G-G’剖面揭示出一條斷裂（圖8），傾向北西，傾角約45°。

在活動(dòng)特征上，淺層人工地震反射所揭示的特征表現(xiàn)為主干斷裂均為正斷層。切割深度均發(fā)育在中生代末期的地層中，錯(cuò)距尤其以東南屯G-G’剖面中最大。此外，最新活動(dòng)時(shí)代總體上在第四紀(jì)時(shí)期活動(dòng)比較微弱，西南屯E-E’剖面和達(dá)連河F-F’剖面反映出該斷裂在早中更新世可能有過(guò)活動(dòng)，其他兩條剖面揭示斷裂活動(dòng)可能只是持續(xù)到新生代早期，推測(cè)并未進(jìn)入第四紀(jì)。

圖5 淺層地震反射剖面探測(cè)結(jié)果解釋圖（左上：沙河子D-D’淺層人工地震反射剖面；右上：西南屯E-E’淺層人工地震反射剖面；左下：達(dá)連河F-F’淺層人工地震反射剖面；右下：東南屯G-G’淺層人工地震反射剖面）Fig. 5 Interpretation of shallow artificial seismic reflection profile (top left: profile D-D’ in Shahezi village; top right: profile E-E’ in Xilan village; low left: profile F-F’ in Dalianhe village; low right: profile G-G’ in Donglan village)

研究區(qū)地層分布（圖6）比較簡(jiǎn)單，從老到新主要為晚白堊紀(jì)的砂巖（K2）和燕山晚期的花崗巖（γ5）、老第三紀(jì)泥巖、第四系。其中，晚白堊紀(jì)的砂巖（K2）埋藏最深，燕山晚期的花崗巖（γ5）與老第三紀(jì)泥巖在圖6東側(cè)呈斷層接觸。中段，燕山晚期的花崗巖（γ5）與老第三紀(jì)泥巖也可能呈斷層接觸。第四系地層主要分布在松花江的T1、T2和T3三級(jí)地貌面上。T1地貌面為松花江I級(jí)階地，成分主要由全新統(tǒng)粉細(xì)砂構(gòu)成，厚約7m。T2地貌面為松花江II級(jí)階地，成分主要由上更新統(tǒng)黃土和粘土構(gòu)成，厚約13m。T3地貌面為松花江III級(jí)階地，主要由中更新統(tǒng)黃土和砂礫石夾粉細(xì)砂構(gòu)成，厚約20m。下更新統(tǒng)不整合上覆于老第三紀(jì)之上，主要巖性為橄欖玄武巖、橄欖粗玄武巖及安山巖。圖6剖面通過(guò)的地方下更新統(tǒng)厚度太薄，約2—3m，受圖件比例尺約束，且不影響對(duì)依蘭-伊通斷裂東支F1-2依蘭段的活動(dòng)性評(píng)價(jià)結(jié)果，因此圖中未標(biāo)出本套地層。綜合本地區(qū)的地層特征，對(duì)本研究工作所開展的四條淺層人工地震反射剖面綜合解釋判斷如下。

圖6 達(dá)連河-清河林業(yè)局第四系剖面（據(jù)黑龍江省區(qū)域地質(zhì)志修編）Fig. 6 Geological cross-section near Dalianhe to Qinghe forestry bureau (modified from regional geology of Heilongjiang province)

沙河子D-D’剖面揭示的依蘭-伊通斷裂東支F1-2主干斷裂上斷點(diǎn)埋深位于0.2s位置（圖5左上），相當(dāng)于地表以下80—85m深度，該深度所對(duì)應(yīng)的地層為下更新統(tǒng)的底界和始新統(tǒng)達(dá)連河組泥巖的頂界，綜合判定其最新活動(dòng)時(shí)代為始新世末期。西南屯E-E’剖面揭示的依蘭-伊通斷裂東支F1-2主干斷裂上斷點(diǎn)埋深位于0.09s位置（圖5右上），相當(dāng)于地表以下45—50m深度，該深度所對(duì)應(yīng)的地層為下更新統(tǒng)，綜合判定其最新活動(dòng)時(shí)代為早更新世早期。達(dá)連河F-F’淺層人工地震反射剖面所揭示的依蘭-伊通斷裂東支F1-2主干斷裂上斷點(diǎn)埋深位于0.1s位置（圖5左下），相當(dāng)于地表以下50m深度，該深度所對(duì)應(yīng)的地層為下更新統(tǒng)，綜合判定其最新活動(dòng)時(shí)代為早更新世早期。東南屯G-G’淺層人工地震反射剖面揭示的依蘭-伊通斷裂東支F1-2主干斷裂上斷點(diǎn)埋深位于0.11s位置（圖5右下），相當(dāng)于地表以下55—60m深度，該深度所對(duì)應(yīng)的地層為下更新統(tǒng)底界，綜合判定其最新活動(dòng)時(shí)代為始新世末期和早更新世早期。因此，綜合這四條剖面的判斷結(jié)果可知，依蘭-伊通斷裂東支F1-2依蘭段上斷點(diǎn)埋深位最淺位于0.09s位置，相當(dāng)于地表以下45—50m深度，最新活動(dòng)時(shí)代為早更新世早期。

此外，研究區(qū)內(nèi)有關(guān)該斷裂的探槽古地震研究工作開展的不是很多，取得的研究成果很新而且都和傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)很不相同（閔偉等，2011；Min等，2013）。眾所周知，古地震研究在活動(dòng)構(gòu)造研究和地震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)中被認(rèn)為是最有成就的前緣領(lǐng)域（Sieh，1984；Wallace等，1984；Schwartz等，1984；1986；Crone等，1987；Zhang等，1988；Yeats等，1997；閔偉等，2000；鄧起東等，2000；張培震等，2003；2008）。本文在高分辨率衛(wèi)星影像解譯的基礎(chǔ)上，橫跨本斷裂開挖了三個(gè)探槽，探槽分布位置見圖2，結(jié)果另文發(fā)表。但結(jié)合這些結(jié)果和前人結(jié)果（閔偉等，2011；Min等，2013）可知，依蘭-伊通斷裂西支F1-1地表陡坎微地貌相對(duì)比較發(fā)育，衛(wèi)星影像異常不很清楚，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世中晚期（約20—60ka之間）；東支F1-2衛(wèi)星影像異常不清楚，地表陡坎微地貌不發(fā)育，可能晚更新世以來(lái)不活動(dòng)；中支斷裂F1-3衛(wèi)星影像非常清楚，地表發(fā)育高約1—2m左右的陡坎微地貌，其最新活動(dòng)時(shí)代為全新世。

2.3 依蘭-伊通斷裂依蘭段新活動(dòng)特征綜合分析

綜合本文對(duì)依蘭-伊通斷裂依蘭段新活動(dòng)特征的研究結(jié)果，分析認(rèn)為該斷裂具備如下特征：

（1）幾何特征。依蘭-伊通斷裂依蘭段平面的幾何結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為三支斷裂近平行展布。其中，西支F1-1與東支F1-2走向基本一致，均為N45°E左右走向，對(duì)小興安嶺東邊界和張廣才嶺西邊界控制作用比較強(qiáng)烈。斷裂平面展布形跡受北西向斷裂活動(dòng)影響明顯，交匯的地方斷裂走向彎曲程度比較明顯。中支F1-3發(fā)育于盆地中南部，西南端與東支F1-1匯合，北東方向呈撒開之勢(shì)與東西兩支平行展布，在清河鎮(zhèn)以西逐漸終止。深部剖面表現(xiàn)出正花狀構(gòu)造，三條分支斷裂上部花狀撒開，構(gòu)成寬約15—25km的斷裂帶，下部逐漸歸并。

（2）活動(dòng)時(shí)代。綜合數(shù)字地形高程剖面、探槽古地震和淺層人工地震反射研究結(jié)果認(rèn)為，依蘭-伊通斷裂西支F1-1對(duì)小興安嶺東緣控制明顯，地表陡坎微地貌相對(duì)比較發(fā)育，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世中晚期（約20—60ka之間）；東支F1-2對(duì)張廣才嶺西緣控制明顯，衛(wèi)星影像線性異常不清楚，地表陡坎微地貌不發(fā)育，淺層人工地震反射所揭示的上斷點(diǎn)埋深位最淺位于0.09s位置，相當(dāng)于地表以下45—50m深度，最新活動(dòng)時(shí)代為早更新世早期；中支斷裂F1-3控制了低一級(jí)的地貌面，衛(wèi)星影像比較清楚，地表發(fā)育高約1—2m左右的陡坎微地貌，最新活動(dòng)時(shí)代為全新世。

（3）活動(dòng)性質(zhì)。綜合地表微地貌特征、探槽結(jié)果（位置見圖2）和淺層人工地震反射研究結(jié)果認(rèn)為，該斷裂最新活動(dòng)性質(zhì)以正斷層為主，海豚效應(yīng)（夏義平等，2007；萬(wàn)桂海等，2009；胡玉芬等，2010）明顯，傾向不一致。同時(shí)結(jié)合該地區(qū)當(dāng)前總體的北東東向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)（黃汲清等，1977；孫曉猛等，2010）和其他學(xué)者的研究結(jié)果（Min等，2013）可知，該斷裂依蘭段的最新活動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)為右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，同時(shí)伴隨有比較明顯的逆沖分量。

3 依蘭－伊通斷裂依蘭段新生代以來(lái)構(gòu)造演化特征初探

近20余年，諸多專家學(xué)者對(duì)依蘭-伊通斷裂的活動(dòng)時(shí)代、不同時(shí)代斷裂帶性質(zhì)以及構(gòu)造演化序列的研究取得了豐富的成果，但也存在諸多頗有爭(zhēng)議的科學(xué)問(wèn)題。其中，依蘭-伊通的構(gòu)造演化序列問(wèn)題一直爭(zhēng)論不休，其爭(zhēng)論的焦點(diǎn)主要集中在對(duì)郯廬斷裂帶北段延伸的地理分布及其演化序列和過(guò)程。部分學(xué)者（黃汲清等，1977；徐嘉煒等，1992；張宏，1994；萬(wàn)天豐等，1996a；朱光等，2002；張慶龍等，2005）認(rèn)為，依蘭-伊通斷裂是郯廬斷裂北段重要分支；部分學(xué)者（陳丕基，1988；萬(wàn)天豐，1996b；孫加鵬等，1999；羅志立等，2005；吳根耀等，2007；姚大全等，2012）卻持相反觀點(diǎn)，而且彼此對(duì)該斷裂的構(gòu)造演化過(guò)程更是百家爭(zhēng)鳴。

筆者綜合分析這些資料發(fā)現(xiàn)，這些爭(zhēng)論均是立足于斷裂中生代的活動(dòng)特征和演化序列開展，而十分缺乏新生代活動(dòng)特征的資料，特別是關(guān)于該斷裂新生代以來(lái)的構(gòu)造活動(dòng)和構(gòu)造演化序列的相關(guān)討論研究非常少。近年來(lái)，雖然不少學(xué)者（王小鳳等，2000；張慶龍等，2005；朱光等，2006；唐大卿等，2009；2010；葛榮峰等，2010）針對(duì)這一問(wèn)題開展過(guò)研究，但受研究區(qū)野外現(xiàn)象和研究手段的限制，科學(xué)認(rèn)識(shí)仍存爭(zhēng)議。其中，比較有代表性的如孫曉猛等（2010）將依蘭-伊通斷裂的構(gòu)造演化劃分五個(gè)階段，認(rèn)為最后的兩個(gè)階段變形發(fā)生在新生代早期，即古近紀(jì)早中期發(fā)生右旋走滑斷陷和古近紀(jì)末期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)。又如王書琴等（2012）通過(guò)構(gòu)造樣式和地層關(guān)系匹配研究，認(rèn)為依蘭-伊通斷裂古近紀(jì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為右旋走滑和伸展的雙重特征；在漸新世末期古近紀(jì)發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)變形。

本文研究區(qū)依蘭盆地地處依蘭-伊通斷裂北段，老第三紀(jì)地層發(fā)育，關(guān)于該斷裂新生代構(gòu)造演化方面的地質(zhì)證據(jù)和研究認(rèn)識(shí)很少。本次野外地質(zhì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了典型剖面多處，筆者挑選出比較有代表性的剖面（圖7）進(jìn)行了重點(diǎn)分析和研究，以期在對(duì)依蘭-伊通斷裂新生代活動(dòng)特征的研究基礎(chǔ)上，能對(duì)該斷裂新生代以來(lái)的構(gòu)造演化過(guò)程有所啟示和幫助。

該剖面地處達(dá)連河煤礦正在開采的礦坑中（圖7），所發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)典型剖面（圖7a和圖7b）均發(fā)育在地下70m左右的古近紀(jì)近地層中（注意圖7中公路上的礦車比例尺），主要巖性為古新統(tǒng)（E1）和始新統(tǒng)（E2）達(dá)連河組的泥巖和泥沙巖，顏色灰白，水平層理發(fā)育，是達(dá)連河煤礦主要的產(chǎn)煤層。下更新統(tǒng)上覆于古近紀(jì)達(dá)連河組之上，兩者之間不整合接觸。另外，本地區(qū)發(fā)育燕山晚期的花崗巖（圖7a），主要礦物成分為白云母、長(zhǎng)石和少量黑云母，顏色以灰白為主，巖體完整程度較好?，F(xiàn)有研究（吳福元等，2003；2008；楊進(jìn)輝等，2008）表明，東北地區(qū)燕山晚期花崗巖主要和西太平洋俯沖帶的后撤、早期加厚巖石圈的減薄等伸展構(gòu)造體系有關(guān)。

圖7a位于圖7中的左側(cè)插圖范圍，剖面方向315°。該剖面揭示的主要構(gòu)造現(xiàn)象為發(fā)生在古新世末期（E1）和始新世初期（E2）的伸展作用，主要表現(xiàn)為古新世達(dá)連河組地層與燕山晚期花崗巖之間為斷層接觸，斷層面傾向南東，傾角約70°。其中，古新世達(dá)連河組地層（E1）發(fā)生明顯的正斷變形，地層拖曳變形現(xiàn)象非常明顯。而且，隨著距離斷層面距離的逐漸變遠(yuǎn)，地層傾角也逐漸變小?？拷鲾鄬用娴牡胤?，地層傾角約60°；而遠(yuǎn)離斷層面的地方，地層傾角逐漸趨于水平。燕山晚期花崗巖上垂直擦痕明顯。需要注意的是，始新世達(dá)連河組地層（E2）與古新世達(dá)連河組地層（E1）之間構(gòu)成角度不整合，始新世達(dá)連河組地層（E2）產(chǎn)狀近水平（圖7a）。這表明，在古新世末期曾發(fā)生過(guò)較大規(guī)模的張性正斷作用，造成古新世達(dá)連河組地層（E1）發(fā)生拖曳變形，但可能在始新世初期（E2）就已終止，始新世達(dá)連河組地層（E2）產(chǎn)狀水平，沒有遭受構(gòu)造變形的影響和擾動(dòng)。

圖7b位于圖7中的右側(cè)插圖范圍，剖面總體方向50°。該剖面長(zhǎng)約30m，揭示的主要構(gòu)造現(xiàn)象為擦痕線理構(gòu)造（圖7b，注意圖中的標(biāo)桿比例尺，該尺高2m）?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該剖面中擦痕清楚，同時(shí)發(fā)育有和擦痕相垂直的階步。其中，依據(jù)產(chǎn)狀的區(qū)別，可以將擦痕區(qū)分為兩期不同時(shí)期的構(gòu)造變形，同時(shí)根據(jù)斷層面上所發(fā)育的階步也輔助證明這兩期不同時(shí)期的變形作用。本文挑選了典型的擦痕，并大比例尺的放大（圖7c-7e），進(jìn)行重點(diǎn)分析研究。

圖7c中的斷層面傾向約153°，傾角約86°，其上發(fā)育的擦痕側(cè)伏角約16°，側(cè)伏向南西；圖7d中的斷層面傾向約135°，傾角約75°，其上發(fā)育的擦痕側(cè)伏角約40°和5°，側(cè)伏向南西；圖7e中的斷層面傾向約132°—198°，傾角約70°—82°，其上發(fā)育的擦痕側(cè)伏角約21°和90°，側(cè)伏向南西。將這九個(gè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

圖7 達(dá)連河煤礦變形特征剖面位置圖（插圖：7a：古近系達(dá)連河組變形剖面；7b：擦痕剖面；7c-7e：典型擦痕局部放大圖）Fig 7 Location profiles showing structure deformation in Dalianhe coal mine

統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）表明，斷層面走向雖局部有變化，但整體走向?yàn)?0°—50°，傾向?yàn)槟蠔|方向，傾角均大于70°。同時(shí)，根據(jù)產(chǎn)狀可將斷層面上發(fā)育的擦痕分為兩組，一組為側(cè)伏角小于40°；另一組側(cè)伏角為90°。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)擦痕面特征，可判斷認(rèn)為這兩組不同產(chǎn)狀的擦痕代表了兩期不同時(shí)代和不同性質(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。其中，較早的一期發(fā)育在E1末期，斷層表現(xiàn)出左旋走滑兼逆沖的性質(zhì)，剖面上伴隨有規(guī)模較大的擠壓和走滑特征（圖7c、圖7d）；較晚的一期發(fā)育在始新世初期，斷層表現(xiàn)出傾滑運(yùn)動(dòng)，剖面上表現(xiàn)出明顯的階步（圖7e）。此外，現(xiàn)場(chǎng)剖面（圖7a）中古新世達(dá)連河組地層（E1）多發(fā)育明顯的地層拖曳現(xiàn)象，即是較晚一期構(gòu)造變形最直接的地層變形響應(yīng)。此后，始新世初期，地層仍然受該變形過(guò)程控制，但力量逐漸微弱。

表2 斷層面和擦痕產(chǎn)狀測(cè)量結(jié)果一覽表Table 2 Measurements of fault surface and striation

始新世末期和漸新世初期，該地區(qū)發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，直接的地質(zhì)表現(xiàn)就是研究區(qū)缺乏漸新統(tǒng)地層（黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993），這指示著該地區(qū)在始新世末期發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，斷層活動(dòng)表現(xiàn)為走滑兼正斷性質(zhì)。研究區(qū)漸新統(tǒng)地層的缺失和實(shí)際開展的地球物理勘探（圖5）更是直接證明了這一推斷性認(rèn)識(shí)。

進(jìn)入第四紀(jì)之后，該地區(qū)的構(gòu)造變形主要經(jīng)歷了兩期構(gòu)造變形。早中更新世，斷層以伸展運(yùn)動(dòng)為主，發(fā)育張性斷層；晚更新世以來(lái)，斷層發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，發(fā)育諸多逆斷層和與之相伴生的地層褶皺變形。地形剖面、探槽結(jié)果（閔偉等，2011）以及第四系剖面分別證明了這兩期的構(gòu)造變形過(guò)程。但受資料的限制，第四紀(jì)以后該斷裂依蘭段是否有比較明顯的走滑運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)方向，尚不得而知，需要開展進(jìn)一步工作。

因此，綜合前人研究結(jié)果，并結(jié)合盆緣露頭、盆地內(nèi)部地層發(fā)育情況、不整合面形態(tài)、巖性特征、鉆孔資料、擦痕線理特征、斷裂及其對(duì)地層的影響、地球物理勘探和探槽結(jié)果（閔偉等，2011），將依蘭-伊通斷裂依蘭段新生代以來(lái)的構(gòu)造演化劃分為五個(gè)不同的階段，即：古新世初期-古新世末期的左旋走滑擠壓階段、古新世末期-始新世中期的右旋走滑伸展階段、始新世末期-上新世末期的右旋走滑擠壓階段、上新世末期-早第四紀(jì)的右旋走滑伸展階段、晚第四紀(jì)的右旋走滑逆沖階段（見圖8）。但是，關(guān)于這五個(gè)階段的劃分，筆者覺得有兩個(gè)問(wèn)題需要討論說(shuō)明。第一個(gè)問(wèn)題是關(guān)于斷裂新生代走滑運(yùn)動(dòng)方向的確定，筆者除了對(duì)老第三紀(jì)在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)比較明顯的證據(jù)外，其他的則分析和參考了前人的研究成果（王小鳳等，2000；朱光等，2006；吳根耀等，2007）。第二個(gè)問(wèn)題是關(guān)于該斷裂五階段的劃分結(jié)果同該斷裂伊通段的構(gòu)造演化特征研究結(jié)果非常吻合（唐大卿等，2010）。另外，東北地區(qū)其他區(qū)域性斷裂如大安-德都斷裂和四平-哈爾濱斷裂的部分段落也發(fā)現(xiàn)了類似的構(gòu)造演化和變形特征（李思田等，1987；水谷申治郎等，1989；張庸等，1995；邵濟(jì)安等，1996；吳福元等，1999；徐漢林等，1999；張慶龍等，2005；孫曉猛等，2007；劉俊來(lái)等，2008；葉高峰等，2009；葛榮峰等，2010；孫曉猛等，2010；王書琴等，2012；趙成斌等，2013）。這也說(shuō)明該斷裂在同一個(gè)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造背景影響下，區(qū)域性的北東向斷裂其演化特征具有一定的相似性和可比較性。因此，這一演化過(guò)程可能在東北地區(qū)具有比較好的代表性。

圖8 依蘭-伊通斷裂依蘭段新生代以來(lái)的構(gòu)造演化卡通圖Fig. 8 Cartoon illustrating tectonic evolution of Yilan segment of the Yilan-Yitong faults in Cenozoic era

4 結(jié)果和討論

本文綜合DEM和大比例尺地形地貌剖面、鉆孔及地層劃分資料、淺層人工地震勘探、野外地質(zhì)調(diào)查和典型地質(zhì)剖面綜合研究認(rèn)為，依蘭-伊通斷裂西支F1-1對(duì)小興安嶺東緣控制明顯，地表陡坎微地貌相對(duì)比較發(fā)育，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世中晚期；東支F1-2對(duì)張廣才嶺西緣控制明顯，衛(wèi)星影像線性異常不清楚，地表陡坎微地貌不發(fā)育，淺層人工地震反射所揭示的上斷點(diǎn)埋深位最淺位于0.09s位置，相當(dāng)于地表以下45—50m深度，最新活動(dòng)時(shí)代為早更新世早期；中支斷裂F1-3控制了低一級(jí)的地貌面，衛(wèi)星影像比較清楚，地表發(fā)育高約1—2m左右的陡坎微地貌，最新活動(dòng)時(shí)代為全新世。該斷裂最新的活動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)為右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，伴隨明顯的逆沖運(yùn)動(dòng)分量。

綜合前人研究結(jié)果和本次研究結(jié)果，可將依蘭-伊通斷裂依蘭段新生代以來(lái)的構(gòu)造演化劃分為五個(gè)不同的階段，即：古新世初期—古新世末期的左旋走滑擠壓階段、古新世末期—始新世中期的右旋走滑伸展階段、始新世末期—上新世末期的右旋走滑擠壓階段、上新世末期—早第四紀(jì)的右旋走滑伸展階段、晚第四紀(jì)的右旋走滑逆沖階段。這一演化過(guò)程在東北地區(qū)可能具有較好的代表性。

致謝：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所閔偉研究員、周本剛研究員、尹功明研究員和中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所田勤儉研究員指導(dǎo)了野外現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查工作。中國(guó)地震局地質(zhì)研究所張會(huì)平副研究員指導(dǎo)了構(gòu)造地貌的相關(guān)分析研究，魏占玉助理研究員參與了本文擦痕線理的野外工作。黑龍江省地震局工程院趙斌、馬艷春、楊建飛三位工程師參與了本文中的淺層人工地震反射現(xiàn)場(chǎng)工作，其解譯結(jié)果同中國(guó)地震局物探中心劉保金研究員、石金虎高級(jí)工程師進(jìn)行了請(qǐng)教和討論。審稿專家提出了寶貴的建議。謹(jǐn)致謝忱。

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The Neotectonic Characteristics of Yilan Segment of the Yilan-Yitong Fault and Its Tectonic Evolution

Yu Zhongyuan1,2), Wei Qinghai1), Shu Peng2), Li Wenbin1)and Liu Shuang1)

1) Heilongjiang Earthquake Administration, Harbin 150090, China
2) State key laboratory of earthquake dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

Based on the synthesized research on high precision DEM (Digital Elevation Models), large scale topography profile, shallow artificial seismic reflection, well drilling, field geological investigation and typical geological profile, we found that the west branch of Yilan-Yitong fault F1-1 controlled the east edge of Xiaoxing’an Mountains, the surface scarp microtopography was developed relatively clearly, its latest activities occurred in Middle-late stage of late Pleistocene. The west branch of Yilan-Yitong fault F1-2 that has great impact on the growth of Zhangguangcai Mountains, however, shows neither clear satellite image anomalies nor surface scarp microtopography. Furthermore, the shallow artificial seismic reflection detection revealed that the shallowest depth of breakpoint is from 45 to 50 meters depth below the surface, which proved that its latest activities occurred in early Pleistocene. Additionally, the middle branch of Yilan-Yitong fault F1-3 which controlled the development of lower geomorphic surface has very clear satellite image anomalies, and 1—2m high surface scarp microtopography could be seen in the surface, which proved that the latest activities time of the fault is Holocene. We also found that the latest activity properties of Yilan segment of the Yilan-Yitong faultis dominated by dextral strike-slip movement accompanied by obvious thrust motion component. Combining previous studies with our current results, we divided the Cenozoic tectonic evolution of Yilan segment of the Yilan-Yitong fault into five stages: left-lateral and uplift period (Early Paleocene –late Paleocene), right lateral and extension period (late Paleocene-middle Eocene), right lateral and uplift period(late Eocen—late Pliocene), right lateral and tension period (late Pliocene—early Quaternary), and right lateral and uplift period (since late Quaternary). Such tectonic evolution feature is much representative in northeast region of China.

Yilan-Yitong fault; Yilan part; Neotectonics; Structural landform; Tectonic evolution

中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目“依蘭-伊通斷裂黑龍江段新活動(dòng)的幾何展布圖像研究”（編號(hào)：XH14018Y）資助

2014-02-23

余中元，男，生于1982年。工程師。主要從事新構(gòu)造與活動(dòng)構(gòu)造、工程地震方面的研究。E-mail：yuyangzi 9811@126.com