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伊通—舒兰断裂带(长春段)地震活动性及对长春城市发展的影响

李恩泽  
【摘要】:伊通—舒兰断裂带是著名的郯庐地震带的一个分支,在长春市南部通过。该断裂带主要由东、西两条断层构成,规模巨大,地貌和地球物理特征明显,并严格控制第四系沉积。上世纪以来,该断裂带周边先后发生3次5级以上—6级以下地震,因此被认为是现代活动断裂。 伊通—舒兰断裂带(长春段)的地震强度究竟能达到几级、潜在危险区究竟位于何处,对长春市的影响究竟有多大,这些问题始终受到社会各界的高度关注。同时,随着长春市的城市化进程,人口数量急剧增加,城区范围不断扩大,固定资产投资持续增长,使得地震安全问题日益突出。因此,开展伊通—舒兰断裂带(长春段)的地震活动性研究具有十分重要的意义。 当前地震科学是世界性的难题,研究和探索地震活动规律存在很多困难。地震通常发生在地表以下数千米至数十千米深度,以人类当前的能力尚无法直观了解这一深度的地质结构和动力环境,因此借助于地球物理方法是唯一途径。 地震是地质构造对构造应力场作用的一种响应,因此探索地震活动规律应以构造应力场研究和地质构造研究为主要内容。构造应力场研究属于地质力学的一个分支学科,超出了本文的专业范畴,因此本文依据前人的研究成果对东北地区的构造应力场进行简要分析。本文的核心内容是以长春市南部为研究区,对该区域的地球物理学资料进行处理和解释,并结合地质资料研究伊通—舒兰断裂带的形态、分布和活动特征。在此基础上,对伊通—舒兰断裂带在现代构造应力场背景下可能发生的强烈地震的震级上限和发震区域进行了初步判断,最后讨论强烈地震对长春市的影响,并提出灾害防御的思路和建议。 NE向的伊通—舒兰断裂带贯穿研究区南部的华北板块北缘褶皱带和北部的松嫩微板块两大构造单元。两单元于古生代末—中生代初拼接于研究区中部的西拉木伦河—长春—延吉一线。因此伊通—舒兰断裂带南段的基底与华北板块太古代深变质结晶基底有关,而北段的基底则属于松嫩微板块早古生代浅变质结晶基底。该断裂带的长春段则可能是上述两种基底互相叠合的部位,具有复合基底的特征。统一大陆形成后,研究区经历了古太平洋、太平洋两期构造演化阶段,地质构造格局发生了很大变化,形成了由松辽盆地、大黑山条垒、伊通地堑和那丹哈达地体等构成的NE向和NNE向展布的盆—岭相间的格局。 研究区地质和地球物理资料显示,大黑山条垒和伊通地堑的基底曾是那丹哈达地体的一部分,大黑山条垒的西北部边界延伸到松辽盆地内部并与四平—长春断裂带的位置基本吻合。大黑山条垒的隆升使松辽盆地东部边缘的中生代沉积地层发生掀斜,而该区域的NW向断层也显示了右旋平移的活动特征。综合上述证据,认为白垩纪末—古近纪初,松辽盆地发生强烈的地壳伸展运动,盆地东部大面积抬升,大黑山条垒隆升成岭。与此同时,NW向断层右行平移,导致大黑山条垒与那丹哈达地体进一步分离并使伊通地堑基底下沉,开始接受巨厚沉积,这一过程类似于转换断层的活动方式。 地质证据显示,大黑山条垒、伊通地堑基底与那丹哈达地体的分离是沿着NW方位发生的,而沿着伊通—舒兰断裂带的延伸方位(NE向),三者并未发生相对位移,表明伊通—舒兰断裂带不具有明显的走滑性质。这一结论对伊通—舒兰断裂带(长春段)震级上限的判断构成制约。 对研究区1:20万重磁资料进行了向上延拓、磁性化极、垂直方向导数和水平方向导数等常规处理,同时进行了欧拉反褶积、构造增强滤波和重磁对比分析等非常规处理。在此基础上,对研究区断裂构造的方位、分布、活动性等特征进行了解释和分析。结果表明,研究区存在形成时期不同、走向不同的各种断裂,其中NE向、EW向断裂规模较大,控制侵入岩的分布;NS向和NW向断裂则具有次生或伴生性质,规模较小,地球物理特征不明显。 伊通地堑是新生代构造,沉积了以古近纪地层为主的巨厚新生代碎屑物,最大厚度可达6000m。伊通地堑是研究区NW向、NE向断层和基底活动共同作用的产物。沉积地层完整记录了研究区新生代以来各期地质运动的历史。 研究区伊通地堑的人工地震剖面资料显示,地堑的沉积层内主要发育有NE向和EW向断层。两种不同走向的断层分布具有明显的空间分异性,即NE向断层分布于地堑内靠近东南缘断裂的一侧,且集中分布在莫里青断陷和孤店斜坡带两个构造单元内;EW向断层则集中分布于鹿乡断陷的2号断层两侧及其以北的岔路河断陷内。这种特征反映了基底和断裂活动的差异性以及构造应力场的局部特征,对伊通—舒兰断裂带构造活动性分段构成制约。 地震解释剖面同时显示,伊通地堑的基底形态、断层分布、沉积样式以及断层活动性具有明显的分段特征。莫里青断陷、岔路河断陷的波—太凹陷具有先期稳定,后期活动的特点,表现为沉积层厚度大,产状舒缓;鹿乡断陷的基底和上覆盖层均遭受过强烈的褶皱反转,2号断层曾剧烈活动并控制两侧沉积地层近2000m的垂直落差。上述特征对伊通—舒兰断裂带的构造活动性分段形成制约。 东北地区地质活动自新生代以来受太平洋板块向西正向俯冲作用的影响和调制。白垩纪末—古近纪初全球范围内板块构造格局发生重大调整,松辽盆地发生强烈构造伸展,大黑山条垒隆升,对伊通地堑开始形成;古近纪末—新近纪初全球范围内又发生一次板块构造格局的重大调整,伊通地堑处于挤压环境并发生构造反转,地堑的强烈沉积史结束。 东北地区新近纪以来的新构造运动以断块的垂直升降运动为特征,表现在松辽分水岭的形成以及对松辽盆地水系流向的改变。除此之外,莫里青断陷以及舒兰地堑的火山非常发育,表明这两处单元构造活动的特殊性。 东北地区现代构造应力场主要受太平洋板块俯冲作用产生的水平挤压力的影响,但东北地区的主压应力方向与太平洋板块的俯冲挤压方向存在30°左右的偏离,表明本区域同时存在一个近NS向挤压作用的叠加。按照近年来全球大地构造单元新的划分方案,这一挤压力可能来自于欧亚板块对“阿穆尔”微板块北缘的挤压。 在两种应力场的联合作用下,东北地区的构造应力场存在发生急剧转折的可能性,并有可能导致地震活动强度和频度的较大变化。近年来伊通—依兰断裂带北部舒兰、通河一带发现全新世以来发生7级以上强烈地震地质证据,表明伊通—舒兰断裂带乃至整个东北地区的地震活动强度需要重新认识。据此认为伊通—舒兰断裂带存在发生7级以上强烈地震的地质条件,但现代构造应力场不利于7级以上地震的孕育,积累足以产生强烈地震的能量可能经历很漫长的周期。现代构造应力场方向有利于伊通—舒兰断裂带的走滑平移运动,但是伊通—舒兰断裂带的走滑平移属性非常有限,根据这两点制约条件,推测伊通—舒兰断裂带发生的剪切型地震不会具有太大能量,震级上限为6级。据地球物理、地质资料所提供的制约条件,确定伊通—舒兰断裂带的地震危险区位于西支断裂的乐山至奢岭一线。 上世纪以来全球地震灾害呈日益加剧的趋势,其原因在于人口的急剧膨胀和人口密度的极度不平衡,人口密集的城市面临日趋严峻的地震安全问题。我国是世界上地震灾害最为深重的国家,地震死亡人数占全球的三分之一。其原因不在于我国强烈地震多,而在于基础设施抗震能力差,最根本的原因在于灾害防范意识薄弱。随着城市化进程的加快,长春市的地震安全问题也日益突出。通过初步评估认为,伊通—舒兰断裂带如果发生6.0级左右地震,长春将会遭受一定的人员伤亡和经济损失。 对于灾害防御的认识和思维方式决定防灾决策。长春市的地震灾害防御,要结合本地区地质条件和地震活动水平以及经济条件等综合因素,合理搭配社会资源和自然资源,依靠科技、依靠法制、依靠全社会力量,科学地、有针对性地采取地震灾害防御措施。


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