前人已发表的野外地质剖面(图2)直观而简洁地反映了郯庐断裂带江苏段的活动与地层发育之间的关系,给郯庐断裂带江苏段活动时限的界定提供了最直接的证据。图2为江苏段的野外地质剖面。图2a中断裂近直立切穿的最新地层为晚更新统(Q₃); 图2b中断裂切穿的最新地层为下白垩统(K₁),且断裂被全新统(Q₄)覆盖; 图2c中两条断裂带分别切穿上白垩统(K₂)和晚更新统(Q₃),且均被全新统(Q₄)所覆盖; 图2d,2e为靠近江苏段安徽境内的地质剖面,它们均反映出断裂改造了上白垩统(K₂)。这种断裂与地层的切穿关系,表明此段郯庐断裂带活动时限必然

越过上白垩世之后,新生代具有活动性; 图2f为靠近江苏段山东境内的地质剖面,图中断裂同样切穿了上白垩统(K₂),且其改造的最新地层为晚更新统(Q₃)。这些野外地质剖面资料显示:郯庐断裂在晚白垩世有过活动,在江苏境内切穿、改造的最新地层是晚更新统,没有被改造的最老地层是由粘土、亚粘土和坡积物等组成的全新统,郯庐断裂带江苏段具有第四纪活动性。

郯庐断裂带在江苏境内大部分被松散层覆盖,确定其位置与产状对探讨郯庐断裂带的活动性十分重要。除了在城市隐伏断层探测中常用的钻探、浅层地震勘探方法外,地球化学方法是探测覆盖区内隐伏断层较好的方法。丁政等(1991)采用氡气、α径迹、汞、²¹⁰Po等方法对江苏境内的郯庐断裂带进行了探测,取得了良好的效果。根据他们绘制的化探剖面图(图3)可发现断裂位置与陡变异常区段吻合,他们所获得的地球化学参数(表1),反映了郯庐断裂带在江苏境内以宿迁为界具有分段活动差异性。

用地球化学方法能较好地确定断层位置,其探测结果中的异常强度和异常衬度也反映了郯庐断裂带江苏段具有活动性。但这只是定性的结论,对其在第四纪的活动时限不能有很好的定量说服力,为此必须用构造年代学数据进行佐证。李家灵等(1999)在研究郯城—新沂段活断层时,对新沂何庄剖面中的淤泥层及高峰头沭河一级阶地中同层位进行了¹⁴C测年,测得它们的年龄分别为(6 869±123)a和(3 510±165)a,数据显示新沂何庄郯庐断裂带最新活动时代至少在3 510 a之前。李起彤研究发现断层在新沂桥北镇错断的黄色含砂亚粘土层年龄距今(6 995±115)a,在泗洪重岗山错断灰绿、深绿粘土层年龄距今(4 960±135)a,表明断层活动最新时代至少在4 960 a之前

表1 不同地段α径迹、氡气、汞断裂参数(丁政等,1991)
Tab.1 α-track,Rn gas and Hg parameter of Tan-Lu fault in different part of the Jiangsu(Ding et al,1991)

图2 郯庐断裂带江苏段典型地质剖面图
(a)泗洪孙牌坊断裂探槽剖面(谢瑞征等,1991);(b)宿迁晓店东探槽剖面(谢瑞征等,1991);(c)新沂河庄断裂
剖面(谢瑞征等,1991);(d)嘉山紫阳镇冯庄东0.5 km F1剖面(国家地震局地质研究所,1987);
(e)五河县香庙—嘉山县冯庄郯庐断裂结构剖面图(国家地震局地质研究所,1987);
(f)郯城泉源马岭山西坡活断层部面(国家地震局地质研究所,1987)
Fig.2 Some typical geological sections across the Tan-Lu fault zone (a)Trench profile in Sunpaifang Village, Sihong County(Xie et al,1991);(b)Trench profile in the east of Xiaodian Town, Suqian City(Xie et al,1991);(c)Profile in Hezhuang Village, Xinyi City(Xie et al,1991);(d)F1 profile 0.5 km to the east of Fengzhuang Village, Ziyang Town, Jiashan County(Institute of Geology,China Earthquake Administration, 1987);(e)Profile of the Segment of Tan-Lu fault between Xiangmiao Village, Wuhe County and the Fengzhuang Village, Jiashan County(Institute of Geology,China Earthquake Administration, 1987);(f)Profile of the active fault on the west slope of Malinshan Mountains, Quanyuantou Village, Tancheng City(Institute of Geology,China Earthquake Administration, 1987)

(李家灵等,1999)。彭贵等(1990)对江苏新沂嶂山闸地裂缝中的黑色粘土和裂缝两侧的钙质结核作¹⁴C年龄和δ¹³C测定,取得了大量的数据。测得的¹⁴C年龄范围在4 010～27 700 a之间。这些证据说明郯庐断裂带江苏段在全新世有过活动。

形变速率是对断裂活动性及构造变形的定量描述。图4为杨国华和韩月萍(1997)、王若柏(1988)编制的鲁苏皖地区垂直形变图。从图中可

图3 宿迁城南氡气测量剖面图(丁政等,1991)
Fig.3 Rn gas survey section of the south of Suqian(Ding et al,1991)

图4 1953～1995年苏鲁皖地区地壳垂直运动速率图(单位:mm/a)(杨国华,韩月萍,1997; 王若柏,1988)
(a)1953年、1975～1976年;(b)1976年、1980～1985年;(c)1985～1990年;(d)1990～1995年
Fig.4 Crustal vertical movement rate in Jiangsu-Shandong-Anhui area from 1953 to 1995(unit:mm/a,Yang,Han,1997; Wang,1988) (a)1953,1975-1976;(b)1976,1980-1985;(c)1985-1990;(d)1990-1995

以看出,自20世纪50年代中期至70年代中期,该地区的运动趋势表现为南升北降,沉降运动占主导,等值线的形态及量值反映了断裂带应力处于松弛状态,郯庐断裂带为整体下降,但幅度不大,表明其活动性不强; 70年代中期至80年代中期,运动趋势有所变化,表现为南降北升,隆升运动占主导,表明该地区应力环境为压性,相对于上一阶段地壳运动性质发生了变化,郯庐断裂带为一明显的隆升条带,升降幅度较大,活动性有所加强; 1985～1990年,整个区域沉降占主导地位,郯庐断裂带运动形态与50年代中期至70年代中期的形态有较大的相似性; 1990～1995年,地壳运动性质再次发生转变——以沉降为主转变为以隆升为主,郯庐断裂带呈条带状隆升。从40多年来的地壳垂直运动变化可以看出,郯庐断裂带江苏段活动性质发生了明显的变化,表现出韵律性的特点。

现代地壳运动主要为块体和边界带的活动,而块体内部活动性较弱(邓起东等,2002)。被郯庐断裂带分割的块体间的活动必将影响断裂带本身的活动性。郭良迁等(2007)根据华北地区1999～2001～2004年的GPS观测资料计算求解了郯庐断裂带的位移速率和正应变率。由图5a可见:郯庐断裂带的整体活动性质在江苏新沂—宿迁段发生转变,江苏段的宿迁—郯城段为近水平拉张,局部有轻微的右旋运动,宿迁以南断裂带为右旋拉张运动,郯庐断裂带江苏段整体表现为拉张性质,是北部左旋压扭运动向南部右旋拉张运动的过渡区。宿迁以南断层活动速率为0.8 mm/a,强度不大,反映了郯庐断裂带江苏段的活动强度也处于北强南弱的转折区(郭良迁,黄立人,2008)。图5b中的正应变率直观地反映了郯庐断裂带江苏段的拉张性质,且从北至南,正应变率值不断增大。

图5 郯庐断裂带现代运动和应变
(a)位移速率;(b)正应变率(郭良迁等,2007)
Fig.5 Contemporary motion and strain of Tan-Lu fault (a)Rate of the movement;(b)Rate of the normal strain(Guo et al, 2007)

断裂是一种线性地质体,其所反射的电磁信息呈现明显的线性特征。断裂的强烈活动特别是第四纪的强烈活动,常常造成断裂的电磁辐射与其两侧地质体电磁辐射的显著差异(谢广林,2000)。遥感图像能真实、形象、直观地展现线性构造,因此遥感技术在活动构造研究中具有宏观分析、动态监测和空间定位等优势,目前已成为研究活动断裂带不可或缺的手段之一(张志,张雪亭,1999; 陈国浒等,2007; 张微等,2007)。在遥感影像上断裂的线性特征愈明显,其活动也愈明显。我们利用郯庐断裂带江苏段的遥感图像资料(图6,遥感信息为美国陆地卫星7号的数据,景号为121/36和121/37),进一步探讨郯庐断裂带江苏段的活动性。图6是郯庐断裂带江苏段的卫星影像,从图中能够得到以下信息特征:

(1)NNE向线性构造特征。骆马湖以北,郯庐断裂带线性影像比较醒目。从汤头至骆马湖段,显示了两断裂之间明显的断陷,反映出郯庐断裂带的活动控制着断陷带的第四系沉积。沂河、沭河流向顺断层延伸,其中控制沭河流向的断裂两侧的色调反差较为强烈,反映了断裂两侧第四系厚度、沉积相、地下水富集程度和埋藏深度等的差异,表明郯庐断裂带江苏段宿迁以北部分第四纪活动较为显著; 骆马湖以南,通过图像处理难以提取到明显的线性特征,直到嘉山东侧附近才可见到不明显的线性信息,表明宿迁—嘉山段郯庐断裂带第四纪活动性明显较宿迁以北段弱。

施炜等(2003)对宿迁北段古地震研究表明:全新世以来本段至少发生过4次强震,它们分别发生在距今1 668年、3 500年、6 000～7 000年和10 000年。该段活动断层平均地震滑动速率约2 mm/a。对宿迁—嘉山段的地震地质研究表明(施炜等,2003; 谢瑞征,1990):本段在全新世时期曾发生2次地震破裂事件,分别为距今9 600年和晚更新世早中期。断层活动速率为0.018 mm/a。这些地震地质研究反映的江苏段活动差异性与遥感信息反映的活动差异性具有较好的一致性。

(2)NW向线性构造特征。图6中NW向线性构造比较隐晦,但仍能看出对河流流向具有控制作用的线性构造,它们在局部引起河流的较大转折。本文选择其中两条对郯庐断裂带影响较大的线性构造进行分析。① 骆马湖北部蒙山断裂。该断裂西北段控制枋河的流向,经过蒙阴盆地,两侧为隆起的地貌,反差较大,说明断裂垂直错动明显,东南段切割郯庐断裂带,造成沂河发生“L”形弯曲,河流流向变动显示断裂具有左旋平移错动特征,第四纪活动较明显,对郯庐断裂带的活动具有干扰作用。② 控制骆马湖西南边界的枣庄—宿迁断裂。在图像上线性特征较不明显,西北段和东南段控制着河流的流向并切割郯庐断裂带。郯庐断裂带延伸至此线性特征减弱直至被掩盖,河流流向变动特征显示该断裂呈左旋平移错动。作为郯庐断裂带南北活动性差异的分界,枣庄—宿迁断裂对郯庐断裂带的活动性具有较强的干扰和影响。

(3)水系流向变动特征。宿迁以北,郯庐断裂带基本控制沂河、沭河的流向。从图6可见,多数跨过断裂的支流显示了断裂的右旋平移错动的特征; 嘉山附近,淮河跨过断裂时流向发生“L”形弯曲,显示了断裂的右旋平移错动特征。

图6 郯庐断裂带江苏段遥感影像(a)及解译图(b)
Fig.6 Remote sensing picture(a)and imagery interpretation(b)of Jiangsu segment of the Tan-Lu fault zone