湖南省主要活动构造及稳定性分区评价

如题所述

9.4.1 活动构造遥感解译

(一)活动断裂的影像特征

在进行活动断裂的遥感图像解译时,首先根据活动断裂的色调、纹形、水系等影像特征进行初步的图像地质解译,结合必要的野外验证,建立本省活动断裂的图像解译标志,并初步了解区内活动断裂影像构造框架,然后再进行活动断裂的图像解译,并根据各构造形迹的总体影像特征,如呈舒缓波状、笔直线状或折拐追踪状等,初步确定其力学性质。先判释主干断裂、再判释细断裂,且定向分组分别进行。在连接活动断裂时,注意影像强弱、延伸方向、交接关系,对一些模糊不清而隐伏的现象,则从邻区图像上的清楚影像用延伸判释法,从而得到较好的判释效果。

(二)活动断裂的其它标志

(1)地貌:据资料统计,湖南省四水流域普遍发育六级阶地,呈阶梯状展布,反映区域间歇性上升特点;现代负地貌组合、山地、平原和盆地的边界轮廓呈直线状、折线、雁列状展布等反映了活动断裂的存在。裂点是山区常见的一种地貌现象,它往往与活动断裂有成因上的联系。如吉首矮寨河谷出现的裂点与该地断裂新的活动有关,因而在地貌上悬谷高挂,造成高大的瀑布。

(2)地层倒置:作为新构造重要标志之一的湖南省第四系各统、组间,常呈假整合或不整合接触关系,表现在地貌上有基座阶地和堆积阶地的出现,反映了新构造振荡作用特点,特别是新老地层倒置,往往是由于活动断裂所致。如湘西见板溪群浅变质岩系覆盖于白垩—第三系红色岩系之上,公田—宁乡—新宁断裂中段灰汤一带,发现花岗岩体因断裂逆冲覆在更新世砾石层之上,反映了第四纪以来,断裂仍处于相对活跃阶段。

(3)地震与热泉:据历史记载,湖南省自公元288年至今1000余年,曾发生大小地震约200余次,其中大于4.8级破坏性地震20次,其它多在3~4级,以3级左右居多。地震震中点分布往往呈带状,与活动断裂展布方向一致,且震中点所处部位多位于断裂拐点、端点或两组断裂交叉等特殊部位,显然两者之间具成生联系。如常德6.5级地震即发生在太阳山断裂带上,江华沱江5级地震也是位于两组断裂交叉部位。

据省地质局水文队统计,我省热泉露头点约为60多处,区域分布上往往集中于湘东南和湘西北地区,从地下热水的赋存条件和形成作用看,热泉与活动断裂有着成因上的联系,在活动断裂两侧,端点、拐弯处或断裂交叉部位往往出露热泉。

9.4.2 湖南省主要活动断裂及其地震活动

根据湖南省活动断裂发育历史与构造规模可分成两类活动断裂:一类活动断裂形成于中生代或更早,新生代特别是第四纪又重新活动,即继承性活动断裂,这类断裂数量多,规模大,切割深,以NNE向、NE向为主;另一类活动断裂形成于新生代,规模小,切割浅,对水系和微地貌及第四纪地层有一定控制作用。NNE向继承性活动断裂带主要分布在湘西、湘中、湘东。这些断裂带在挽近时期较为活跃与地震关系密切,直接控制了地震活动,是我省的主要地震构造带。

(一)继承性活动断裂

漆河—麻阳活动断裂:由泸溪断裂、乌宿断裂和沅陵—漆河断裂组成。新生代以来它有过强烈活动,形成断裂陡坎和沟谷地形,沅水、酉水和西溪河的某些段落沿断裂带发育,说明破碎带尚未胶结,在遥感图像上表现出清晰的线性构造。此断裂与沅江大断裂交汇,1931年泸溪发生过5级地震,说明该断裂带在第四纪以来活动仍未停止。

新晃—芷江—怀化活动断裂:沿带断层三角面、断崖十分醒目,两侧有明显差异,多处有温泉出露。布格重力异常图上,断裂西南段表现出北东东向的一系列向东突出的重力低值带,沿断裂带地震活动微弱。芷江等地,曾多次发生过3.5级以上地震,可能与该断裂的晚期活动有关。

洪江—溆浦活动断裂:可能形成于前震旦纪,燕山期、喜马拉雅期有明显复活,团河、鲁冲、黔阳、铜湾和溆浦等地的白垩纪—第三纪盆地沿断裂呈串珠状分布,并被其切割。安化、溆浦等地3级以上地震及热泉点出露,反映该断裂的近期活动。

罗翁—绥宁断裂:南自通道的甘溪塘一带,向NE28°方向延伸,经绥宁至罗翁八面山后,向50°方向偏转,至神山岩体南东消失,长330 km,断面倾向SE,属正断层,遥感影像上反映清楚。雪峰山脉的主峰大体展布于该断裂以东,主峰高达2147 m,成为沅水和资水的分水岭,表现青年地貌特色。说明新构造时期沿主断裂发生了明显的反向活动。

公田—宁乡—新宁活动断裂:由北段汨罗—灰汤断裂和邵阳—新宁断裂(南段)两部分组成,全长约430 km,呈NNE向延伸,断面倾向NW,倾角35°~45°。从遥感图像上地貌景观看,河流下切,形成新的河成阶地,河流改道,形成袭夺河,第四纪沉积物超覆。断裂两侧形成鲜明对比,尤以北段最为明显。利用TM6图像具有的透视效应,发现该断裂带是一条地下水富集带,其地下水位比周围要高。沿断裂一线地震活动频繁,娄底曾发生过5级地震,近年来小震群更为活跃,新宁也发生过3.5级地震,宁乡更是小震群密集地区,可能与该断裂的活动有关。

洪湖—岳阳—桃江活动断裂:在遥感图像显示的地貌上,断裂两侧差异明显,西侧全新统覆盖,是广阔的湖积平原,东侧更新统广为出露,形成低丘和岗地。地震剖面发现T3及T4两反射面在断裂两侧显示深度相差甚殊,西侧下降,东侧抬升。据早、中、晚更新世及全新世相应时段沉积厚度及其分布也反映在断裂两侧有较大差异,说明断裂第四纪仍在活动。

新化—大福坪活动断裂:由于断裂作左旋平移,在新化一带形成拉分盆地。尤其是喜马拉雅期活动明显,以致切割其两端(新化和红岩咀)的白垩、第三纪红色岩系。1910年和1931年分别在拉分盆地西北边缘发生过5级和4.8级地震,为该断裂带现代构造活动的表现。

湘乡—邵东活动断裂:位于邵东、湘乡和湘潭一线,由大致平行错列的断裂组成,总体走向NE、倾向NW、倾角55°,沿断裂见有30~40 m的破碎带,它控制了白垩纪和早第三纪盆地。沿带断崖断层三角面发育,在湘乡可见其发生右旋移动,扇面由NE向SW倾斜,角度平缓,逆向河流上方,河水沿盆地西侧发育并形成曲流,表明断裂第四纪仍有活动。沿断裂发生过4~4.8级地震5次,其中包括1931年、1938年两次4级地震,近期有过微震活动。

太阳山活动断裂带:由太阳山东侧和西侧几条NNE向高角度正断层组成,控制了洞庭湖拗陷的太阳山凸起,全长60余公里,分太阳山东侧断裂和太阳山西侧断裂。与太阳山断裂有关的震级最大的一次是1631年常德6.5级地震,震源深度达20km,震中烈度达8度,地震影响带呈NNE向椭圆形,与太阳山断裂带的延伸方向一致。

南县—汉寿活动断裂:据钻孔和人工地震测深资料,它是一条高角度正断裂,走向NE20°,倾向西,长70 km。断裂两盘垂直断距为800~1400 m,白垩—第三纪时控制洞庭湖拗陷内次级构造单元,并对第四纪地层厚度有控制作用,在断裂端部与NW向断裂交汇区,近期有过小震活动。

五团—石门活动断裂:遥感影像上十分醒目,它纵贯南北,断续延伸,切割一系列NE向断裂和五团、瓦屋塘岩体并控制了挽近期沉积。瓦屋塘岩体上的下第三系被晚期活动断裂所切。沿此扭裂带地震活动频繁,尤其是它的北段与其它构造交接部位(即慈利、石门一带)小震群密集,与此扭裂平行的太阳山断裂以及与它相对应的洞庭湖东岸岳阳—湘阴断裂均属同期活动产物,是我省最主要的发震控震构造之一。

除NNE向断裂为我省主要活动断裂外,省内的EW向构造带与NW向构造带的某些地段,尤其是与NNE向进行复合交接部位,于挽近时期呈现明显的活动性质。如北纬26°10′以南的湘南EW向构造带,北纬27°40′~28°40′之间的湘中EW向构造带(相当于安化—宁乡—浏阳东西向构造带)和北纬29°20′以北的湘北EW向构造带(相当石门—华容—临湘东西向构造带)区间内,历史地震较多,并且等距离带状分布;特别是与NNE向断裂带复合部位,常是地震密集带。从遥感图像上看,湘北华容隆起、湘中白马山—龙山隆起和湘南玉峰隆起,均呈现东西向延伸特征,形成一系列EW向山地,并控制了区域性水流流向,表明EW向构造在挽近时期具有新的活动性质,并导致某些区段产生新的隆起,成为地震发生的有利构造部位。

(二)第四纪活动断裂

益阳赫山庙断裂:产于中更新红土砾石层中,规模小,其产状为335°∠47°,性质为张扭性。

汉寿石板滩断裂:见于石板滩镇附近,断裂走向为NNE,两盘出露地层截然不同。西盘为下更新统汨罗组灰白色粘土层,上复红土砾石层;东盘仅出露中更新统网纹状红土,下伏地层未见。显然,在水平方向上两盘不同层位呈断层接触。在地貌上反映平直陡峭的湖岸线。

湘阴六塘铺龙潭冲断裂:断层走向295°,倾角45°,倾向SW,属张扭性质。断裂的NE盘汨罗组砂土层与SW盘中更新统网纹红土层斜接,并在SW盘附近见砂层牵引现象,指示NE盘往上推移。

类似上述断裂,在长沙、湘潭、衡阳、宁乡、新宁及洞庭湖地区,都有发现,但一般规模小,影响范围不大,也不常见,它往往发生在大的继承性活动断裂附近。

9.4.3 湖南省新构造运动的基本特征

(一)新构造运动的地貌特征

湖南省现代地貌轮廓大体上是东、西、南三面高而中部、北部低。第三纪末期和第四纪发生的新构造运动,表现出以间歇性及掀斜式为主的升降运动,山区常见V型谷或障谷,丘陵、平原地区出现箱状河谷等。红盆被抬高,如南岭北麓的红盆至少上升60~70 m。愈向北上升愈少,到洞庭湖反而下降。我省地势南高北低,形成向北倾斜的斜坡,第三纪准平原和第四纪造成的剥蚀面,由于新构造运动影响,周围山地受侵蚀破坏,而呈多级(500~300 m的剥蚀面)峰顶线齐一的山地、丘陵。山地区域受地壳掀斜运动影响,侵蚀增强,出现深沟窄谷及深切曲流,成为今日地貌。另一方面,抬升后下切出现5~6级的河谷阶地和河漫滩地貌,地表起伏逐渐增大。近代洞庭湖则继续下降。从四水及支流总的流向看,受新构造作用控制明显,循东、西、南三个方向向北汇聚于洞庭湖,而后由城陵矶注入长江。以四水河口地段及湖泊来看,长期处于变迁状况,反映了新构造运动的地貌特征。

(二)新构造运动的主要类型

(1)拱形隆起:湖南省新构造运动是以大面积缓慢抬升和沉降为主要形式,在活动性质上具明显的继承性。如湘西、湘南和湘东地区,喜马拉雅期以前大面积隆起为山,以上升为主,新构造时期仍处于隆起阶段。遥感图像上显示较清楚的有华容隆起和五强溪隆起。

华容隆起:位于洞庭湖北部,北靠长江、南临洞庭湖,为一近东西向隆起。第三纪以来显示持续隆起特点,遥感图像上从隆起的幅度看,东、西部明显不均衡。东部上升量大,基岩大片裸露,为低山丘陵;西部上升量小,基岩出露少,呈孤丘状。重力和航磁异常分别反映为重力梯级带和磁力正负异常交替带,大地热流出现东西向的线性异常带。晚第三纪,北部陈索口凹陷强烈下沉,沉积最大厚度超过了500 m,而本区基本未接受沉积。第四纪以来,下荆江河道辗转弯曲,北部第四纪厚达200 m,本区仅厚数米,显示较为强烈的差异活动。

五强溪隆起,位于沅陵、桃源之间。北有望阳山,南有黑山,海拔一般500~700 m,最高900余米。由前震旦系浅变质岩和下古生界碳酸盐岩地层构成NNE向褶皱隆起山地。遥感图像上,沅水横切五强溪隆起,形成峡谷。在高170 m保存的侵蚀台面以上,还见数级剥蚀面,隆起山顶斜坡之上残留红层,覆于板溪群之上。隆起的东西两侧常桃盆地和沅麻盆地白垩—第三系红层组成低山丘陵,河流迂回,第四系发育,构成沿河两岸六级基座阶地,为河间平原景观。因此,自第三纪以来,由于新构造作用使五强溪开始隆起,造成两盆地分离,形成五强溪峡谷,并影响沅水河口逐渐东移,西洞庭湖向东退缩。据对沅水第四系资料分析,中更新世早期,沅水河口还在桃源大马山一带,中更新世末则迁至德山地区,至晚更新世以后,河口继续向东迁移至牛鼻滩一带。

(2)掀斜运动:湖南省整个地貌反映了掀斜运动特点,尤以洞庭湖周围更为明显。从地貌和地层分布看,挽近期洞庭湖盆地总的构造特点是,周边上升,中间沉降,周边分布老地层,中间分布新地层。即在地貌上,从周边至腹地呈阶梯环带状分布有低山—丘陵—岗地—平原。将洞庭湖北岸澧、沅、资三水下游同级阶地阶面标高和基底标高比较,存在由北而南,逐渐降低趋势。长江四口分流,部分长江水倒流南下注入洞庭湖,呈现北高南低流势。南岸由于掀斜运动,造成资水下游南北两地支流不对称,南岸支流长,堆积物广泛分布,北岸支流短而少,第四系不发育。

(3)新构造坳陷:湖南省的新构造坳陷表现出以洞庭湖为中心的向心状坳陷。四水及四口分流以各自不同流向汇入洞庭湖,构成向心状水系,从四周山地过渡到丘陵再演变为河湖平原,反映地形总体呈坳陷特点。第四系厚度由山区至丘陵再到湖区逐渐加宽加厚。重复水准测量资料表明我省西部山地和丘陵仍处于缓慢上升阶段,洞庭湖区则持续下沉。遥感图像上这些隆起、凹陷受喜马拉雅期以来的活动断裂控制,如洞庭湖东岸,两条坳陷线与该地区公田—宁乡—新宁断裂与岳阳—湘阴断裂吻合,以公田—宁乡—新宁断裂北段为界,以东为幕阜山强烈上升区,以西为岳阳—汨罗丘陵河谷区,属间歇性上升区。洞庭湖南岸NWW向坳褶线的位置与常德—益阳—长沙活动断裂延伸一致。

(三)新构造运动的地壳形变特征

从地壳形变与地震活动关系分析可知,汉寿—岳阳形变梯度带受南县下降区影响,形变线往西加密,南县—汉寿断裂分布其中,加上潜江—石门隐伏构造,使南县—华容—石首复杂形变区容易积聚能量,是未来可能的地震危险区。汉寿—宁乡一线NW向形变梯度带中有常德—长沙北西向活动断裂分布。宁乡—平江形变梯度带呈NE向,在益阳附近形成活动断裂交汇与形变梯级带转折的复合部,益阳西侧洪湖—岳阳—桃江北东向断裂在常德—长沙垂直形变剖面中存在活动迹象。

(四)新构造运动的构造应力场分析

据邓起东等研究表明,第四纪至今本省主要区域构造应力场为:在近EW向挤压应力作用下,产生近EW向、NNE向断裂的扩张张剪运动,导致NW向断裂的左旋剪切及NE向断裂的右旋剪切。如NW向断裂带活动区长沙新开铺与南郊公园等地,中更新世网纹红土砾石层中可见轴面近SN向的褶皱及NW向断裂组,后者断面擦痕与水平面交角为24°~30°,具左旋扭动阶步。NE向断裂活动区如乌宿断裂,酉水受断裂右旋扭动而成直角拐弯。近EW向断裂活动区如在澧水断裂带上以津市为中心,形成数十公里长的近SW向现代沉降带,是我省沉降最剧烈地段之一。此外,等震线长轴方向可以基本反映发震构造线方向,等裂度线长轴为NNE向,与区域构造应力场作用下发生的地壳介质的剪切错动面走向一致。震源机制解与地质分析结果相似,主要表现在:我省及邻区P轴、T轴绝大部分仰角小,说明地壳应力以水平挤压与水平引张为主要特征;由湘北经赣西北至皖南P轴方位由SEE→近EW向→NEE向递变,但P轴方位仍以近EW向为主,其P、T轴统计数据大致可反映当今构造应力挤压与扭张方向。

9.4.4 地震活动时、空分布特征

(一)地震活动空间分布特点

根据对我省地震带上4.7级以上的地震构造加以综合对比,地震主要分布在规模较大、切割较深的NNE、NE向断裂带上,具有明显的方向性,尤其是5级以上强震震中大致都落在NNE向断裂带上或旁侧,构成我省主要地震构造带;NNE与NW或EW向断裂交汇是发震构造的重要部位,如岳阳1566年的5.5级地震及临湘小震群,正好发生在该断裂与石门—华容—临湘东西向构造带交汇部位。1509年宁乡—临湘间发生的4.8级地震,也是位于这一断裂带与安乡—宁乡—浏阳东西向构造带交汇部位。

地震常发生在活动断裂的特殊部位。江华沱江1853年5级地震和泸溪1631年5级地震都位于NE向断裂与SN向交汇部位;1782年5级地震即分布于宁远—江华SN向构造带与NE向株洲—祁东断裂带及阳明山—塔山东西向构造带复合部位;新化—城步断裂带拐弯点上的新化5级地震,公田—宁乡—新宁断裂带上的涟源娄底地震等,处于断裂首尾斜列位错处。

(二)地震活动的时间分布特点

地震记录分析表明,我省地震可能存在二个地震活动周期。第一地震活动周期平静段起始时间不明,但结束于1468年;活跃段起于1469年,至1650年结束,历时182年。该段最大地震是1631年常德6.8级地震,发生于该活跃阶段结束时间1650年之前19年。第二地震周期的平静段始于1651年,结束于1842年,历时192年;活跃段起于1843年,持续至今,已历时148年。如果以第一地震周期活跃段之持续时间长度(182年)来估测第二地震周期活跃段持续时间,则其地震活跃时间可延续为2025年前后,即自1990年后还有36年,如从2000年起也有25年。以第一地震周期最大地震是活跃阶段结束前19年发生,因此在第二地震活动周期本活跃阶段结束前的地震危险性不可低估。

(三)地震活动趋势分析

从地震时空分布规律看,在今后一段时间内,我省地震活动的强度和频度可能有增高趋势,但在短期内发生破坏性地震的可能性较小。根据深部地球物理资料提供地壳、上地幔结构构造特征可知,扬子板块与华南板块俯冲—碰撞带在省境的拼合边界属刚性地幔块体与塑性地幔块体的拼接,缝合带固结时间早,缝合坚固,总体属厚壳厚幔低温构造属性,地壳强度大,地壳中普遍存在弱的低速低阻韧性“减震带”,属稳定的大陆岩石圈块体,因此出现6级以上的破坏性地震机率较小,加上我省新构造运动微弱,无论是升降运动还是断裂活动均是如此。从历史地震记载来看,我省强震并不多,最大的一次地震仅6.8级,5级地震也不多见,主要以小震活动为主,且多集中在洞庭湖及周边地区。因此从全局看地震活动相对应属于弱震区。但从局部看,湖南境内的地震活动极不平衡,特别是洞庭湖及周边,无论历史还是现在,该区小震不断,为地震相对活跃区和主要地震分布区。由于洞庭湖地区是一个新的断陷盆地,它的周缘又是新构造运动过渡地带,属脆弱区,易于应力集中和释放,引发地震。因此建议今后工作重点放在洞庭湖地区,特别是它的东西两侧。综合分析表明,太阳山断裂带有孕育中强震的地质构造条件。如果再度发生中强地震,发震位置可能仍在常德—澧县的某个部位,发震断裂可能是太阳山东侧断裂,也可能是太阳山西侧断裂。由于我省境内NNE向断裂挽近时期非常活跃,为我省主要的控震构造之一。除太阳山断裂应重点监控外,展布于洞庭湖东侧及五团、溆浦、五强溪、石门一线NNE断裂带,形迹十分醒目,它纵贯SN,断续延伸,切割了所有其它构造。沿此扭裂带地震活动频繁,尤其是构造交接部位(即慈利、石门一带)小震群密集。区域上看,岳阳、常德、涟源、娄底一带是我省地震活动频繁地区,也是未来地震多发区,应是我省地震工作重点区之一。

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