第四紀斷裂運動的再認識范文

本站小編為你精心準備了第四紀斷裂運動的再認識參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《熱帶地理雜志》2016年第二期

摘要：

編制了珠江三角洲番禺臺地東緣第四紀堆積階地、陸域鉆孔及海域地震探測等一系列聯合剖面，分析了抬升區、下沉區和海陸之間的沉積差異和控制因素，剖析了地動型和水動型海平面變化對三角洲形成演化的影響，厘清了各組斷裂的活動及其對三角洲沉積發育的影響，結果發現北東東向和北北西向2組斷裂為珠江三角洲地區的主要活動斷裂，它們共軛聯動，控制著珠江三角洲沉積的格局和水道的變遷，尤其是北東東向斷裂，可能是南海北部大陸架濱海斷裂系的組成部分。相比而言，陸域斷裂活動性較弱，以緩慢蠕動和斷塊的差異升降和掀斜為主，海域斷裂活動性較強，濱海斷裂帶是危險性很高的活動大斷裂。三角洲其他方向的斷裂更新世以來無明顯活動。

關鍵詞：

新構造運動；堆積階地；活動斷層；珠江三角洲

珠江三角洲是我國最大的三角洲之一，這里經濟發達，人口密集，大中城市星羅棋布、各種大型工程建設方興未艾，該區構造活動性如何？是否潛在著較大地震的危險性？是備受關注和亟待解決的問題。該問題不解決，與之相關的區域穩定性評價就失去了依據，涉及城市發展、工程建設及防災減災等工作部署也就失去了基礎。珠江三角洲周邊及內部不同方向的斷層很多，縱橫交錯。問題是：這些斷層是否控制了三角洲的形成與發展？是否為活動斷層？關于珠江三角洲的構造活動性，學術界歷來有截然不同的認識。一種觀點認為：珠江三角洲不是沿著其邊緣斷裂陷落而形成的斷塊型三角洲，上覆全新統是上更新統被侵蝕后的補償性堆積和少量加積，不反映構造下沉量，珠江三角洲從構造上來說是穩定的[1-2]，不存在發生較大地震的危險性；另一種觀點則認為：珠江三角洲是斷塊型三角洲，其形成受北東、北西和東西向3組斷裂控制，三角洲沉積始于3~5萬a前的晚更新世中、晚期，其水系和沉積古地理演化與基底斷裂活動密切相關[3-6]。因此，珠江三角洲是構造活動區，存在著較大突發性災害的危險性。珠江三角洲處在海陸相互作用帶、環境變化敏感區，然而，除全新世海侵外，珠江三角洲大部分地區僅記錄到更新世數十次水動型海面變化的最近一次。顯然，地動型海面變化即新構造運動可能是珠江三角洲研究不能忽視的重要因素。然而，珠江三角洲何時開始下沉？開始下沉的時間與最初接受沉積的時間一致嗎？是區域整體下沉還是斷塊差異下沉？珠江三角洲地區發育的北北東、北東東、近東西和北北西等多個方向斷裂都是活動斷裂嗎？如果是，究竟是同時活動還是先后有序？是同等活動還是各不相同？活動強度是大是小？上述問題的答案目前尚未明晰。近年來，對斷裂、階地、沉積以及年代學、地球物理學工作的不斷積累，上述問題已經逐漸明晰。本文通過珠江三角洲階地-鉆孔、鉆孔-鉆孔、山地-鉆孔、陸域-海域等若干聯合剖面進行分析，望能為今后進一步深入研究提供參考。

1地質地貌背景

珠江三角洲東、西、北三面被山地丘陵圍繞，南面向海，形成馬蹄形的海灣形勢。三角洲內部遍布臺地、殘丘，網狀河流，其基底輪廓成形于燕山運動晚期，出現了高聳的斷塊山地和深陷的斷陷盆地，盆地內堆積了白堊紀―古近紀陸相紅色碎屑巖系。新近紀進入準平原化階段，直至第四紀晚期才重新接受沉積。目前所見到的斷裂構造有：近東西向、北東向、北北西向、北東東向等4組（圖1），部分斷裂顯示出對三角洲發育和沉積的控制作用。珠江三角洲的第四系表現為上、下2次海侵-海退旋回。下旋回（Qp）自下而上按沉積相可劃分為3組：石排組（Qps），為海退期河流相砂礫層；西南組（Qpx），為海侵期灰黑色粉砂、淤泥層；三角組（Qpj），為海退期的河流相砂礫層或者河道之外風化的花斑黏土。關于下旋回海侵發生的時代，歷來有2種不同認識：晚更新世早期（距今12―10萬a）和晚更新世中、晚期（距今5―3萬a）。上旋回（Qh）形成于全新世海侵以及全新世高海面穩定之后三角洲向海進積的過程中，按沉積相可劃分為3組：橫欄組（Qhh），為距今6000a左右全新世高海面時期的海相黑色淤泥層；萬頃沙組（Qhw），為河流相砂層；燈籠沙組（Qhd），為海陸交互相的深灰色砂質淤泥層[7]。

2剖面分析

2.1珠江三角洲東北部眉山堆積階地第四系基本特征及階地-鉆孔聯合剖面珠江三角洲北部的番禺臺地周緣發現多處第四系堆積階地，如眉山階地（圖2）、石樓階地（圖3）等。據野外觀察這些階地具有顯著的共同特征：1）階地第四系厚度約10m，頂面海拔高程為10~15m；2）階地沉積分層清晰，各階地之間層序可以對比；3）沉積層具有一定的傾斜。眉山階地位于廣州市番禺區眉山村東南約200m，23°00′11″N，113°25′48″E，即番禺臺地東北角，與東面的獅子洋直線距離約9km。眉山階地第四系分層清楚，下部是紅褐色調為主的網紋紅土風化殼，中部是灰白色砂層，上部是灰黑色淤泥層。通過詳細觀察、粒度及其他沉積相指標分析，該剖面自下而上可劃分為4層。a）網紋紅土風化殼：階地基座為高度風化的網紋紅土，呈紅褐色到黃褐色等雜色，中夾灰白色長石風化物與紅色黏土，厚度＞4m。b）灰白色砂層：整體為白色―灰白色細砂、中粗砂，底部夾雜大量的黏土團塊，中部斜層理發育，頂部可見黃色微風化砂層所代表的侵蝕接觸界面。厚度為1.6m。c）灰黑色粉砂-淤泥層：以黑色淤泥質粉砂為主，不整合覆蓋于下部砂層之上，往北傾斜并尖滅；中底部含大量腐殖質，可見直立樹干穿插其中；沉積往上有粒度變粗、顏色變淺的趨勢。厚度約2m。底部腐木的AMS14C校正日歷年齡為42.88±0.29、44.07±0.32cal.kaB.P.（測試于美國Beta14C年代實驗室），接近于14C測年上限。d）灰黑色粉砂與灰白色粗砂交互層：該層底部為一層灰白色粗砂，厚15cm左右，上覆灰黑色粉砂與灰白色砂的互層，呈韻律產出。厚度約0.8m。通過徠卡全站儀，測定d層頂界海拔高程為11.5m。肉眼即能清楚地觀察到c、d兩層向北傾斜，通過全站儀及赤平投影軟件精確計算出c層傾向北北西、傾角為2.19°。眉山堆積階地以東9km處即為珠江獅子洋入海口，階地與獅子洋水道之間為珠江三角洲沉積區，這為對比眉山階地沉積和珠江三角洲沉積提供了便利條件（剖面A）（圖4）。筆者對沉積區進行了多個鉆孔探測。鉆孔巖芯自下而上可劃分出基巖網紋紅土風化殼、河床相和河漫灘相沖積層、濱海相沉積層、河漫灘相二元結構沉積層、花斑黏土層等。將眉山堆積階地與鉆孔沉積以及以往對華南網紋紅土、珠江三角洲地層及階地的研究[8-13]進行對比，不難看出：眉山階地沉積應屬于珠江三角洲下旋回，a層為珠江三角洲地區早、中更新世準平原化時期的基巖風化殼，b層為第一次海侵之前的河流相沉積（石排組），c層為第一次海侵期間的濱海沉積（西南組），d層為第一次海退期間的沉積（西南組―三角組）。眉山堆積階地相對于附近同屬珠江三角洲下旋回沉積鉆孔地層已經高出近20m。階地基座的網紋紅土質地極其軟弱，易被剝蝕，留存至今的網紋紅土代表了其形成之后被下沉埋藏，上覆的第四系形成之前，網紋紅土沒有遭受到抬升剝蝕；c層粉砂淤泥經沉積相分析，與鉆孔中相應的濱海相沉積層并無沉積相上的顯著差別。這些都說明后期的構造抬升是眉山堆積階地的主要成因，可能是番禺臺地東緣北北西向化龍―黃閣斷裂帶在晚更新世以來活動的表現（見圖4）。

2.2珠江三角洲東西向鉆孔聯合剖面圖5所示剖面B東起順德陳村，西至南海西樵，鉆孔呈近東西向排列于番禺臺地以西的珠江三角洲平原區內。該剖面穿越了分布于該地區北北西向的北江斷裂帶、石洲斷裂帶以及北東向的廣從斷裂帶。以末次冰期發育的花斑黏土層是劃分更新統與全新統的標志層。剖面B顯示：北東向的廣從斷裂帶對第四系幾乎沒有影響，而北北西向斷裂帶均有切錯第四系的現象。廣從斷裂帶（F10）東支位于鉆孔ZK06與ZK07之間，2鉆孔間基巖面起伏較大，ZK06上無更新世河流相或海相沉積，說明鉆孔所在位置是被埋藏的古殘丘；而ZK07中未見有網紋紅土，河流相的褐色礫石與新鮮基巖直接接觸，其上是灰黑色的粉砂-淤泥層，表明該處為古河道，網紋紅土已被河流侵蝕。廣從斷裂帶西支的ZK09處基巖埋深較大，為弱風化砂巖，巖芯呈碎塊狀，細粒結構，塊狀構造，其上覆蓋有巨厚層的河流相沉積層，粒度自下而上逐漸變細；ZK12-ZK13之間，該斷裂帶對基底地形及第四系均無明顯的控制作用，也無切割第四系現象。北江斷裂帶（F2）東西2支均表現為上盤下落的正斷層，斷裂2盤呈階梯狀下落。其中西支斷裂展布于ZK17與ZK18之間，斷裂切斷了整套下旋回；而位于ZK14與ZK15間的東支斷裂僅錯斷了下旋回的下2層沉積；說明西支斷裂的活動時間較東支斷裂更晚。同時，東支斷裂所在的鉆孔ZK14上，基巖風化殼是剖面中整個北江流域的最薄處，亦反映出早期的古北江河道是沿東支斷裂的破碎帶發育，而鉆孔底部卵石的磨圓度高，顆粒自下而上逐漸變細，指示北江古河道是成熟度較高的河流。石洲斷裂帶（F3）亦有切割第四系及基巖風化殼的現象發生，斷裂西盤為基巖埋深較大的古珠江河道，東盤靠近番禺臺地隆起區。鉆孔ZK08以東的上更新統有明顯的向東傾斜的趨勢，且風化殼的厚度亦表現出西厚東薄的特征，說明石洲斷裂上盤（西盤）有向東掀斜之勢。另一平行的鉆孔剖面也顯示出相同的情況[14]，限于篇幅，在此從略。綜上所述，廣從斷裂帶無明顯的切割第四系現象。兩束北北西向斷裂所夾持的地塊呈狹長陷落，指示了北北西向斷裂的活動性。

2.3珠江三角洲近南北向鉆孔聯合剖面圖6所示剖面C由一系列珠江三角洲平原區內近南北向分布的鉆孔編制而成。剖面穿越了該地區北東東向的番禺臺地南緣斷裂帶和五桂山北麓斷裂帶。從地貌上看，這2條斷裂帶明顯地控制著珠江三角洲地區內部斷隆區和斷陷區的邊界，將該地區自北向南分為番禺臺地―西北江三角洲沉積區―五桂山區3個地貌單元。PRD09[15]、PD[11]、YWT等靠近番禺臺地南緣斷裂帶的鉆孔，第四系厚度較小，＜20m，但也記錄有完整的2次海進海退旋回，下旋回粉砂―淤泥層的沉積相特點與眉山堆積階地類似，為濱海相沉積；GZ-2[12]、MZ等西北江三角洲中央沉積區的鉆孔顯示第四系厚度往南逐漸增大，達30~40m，2次海進海退的沉積旋回更加完整和典型，下旋回淤泥層中含有大量海生蠔殼，為淺海相沉積，全新統海相層厚度亦呈往南逐漸增大趨勢；FH、SJ、GK等靠近五桂山北麓斷裂帶的鉆孔，全新統海相層厚度達到整個珠江三角洲地區的最大值，更新統以河道沉積為主。全新世海侵規模大于更新世，幾乎遍布整個三角洲地區，更新世的海進規模較小。剖面北部地區，更新世粉砂―淤泥層表現為濱海相沉積，往南逐漸過渡為淺海相沉積，沉積厚度較穩定，說明該層形成時并無太大的高差。但沉積層表現出向南傾斜的趨勢，表明南部沉降快，北部沉降慢；全新統也同樣表現出北薄南厚、向南傾斜的趨勢。暗示了北東東向的五桂山北緣斷裂的活動性大于番禺臺地南緣斷裂，使珠江三角洲呈現出南深北淺箕狀盆地樣式。五桂山南緣斷裂帶規模較大，對地貌和第四系錯動的現象比較明顯[16-19]，對溫泉也顯示出重要的控制作用，沿斷裂有三鄉、斗門、坪沙等多個溫泉。

2.4珠江口水域剖面圖7所示剖面D根據廣州南科海洋工程中心提供的單道地震波剖面資料編制而成。該剖面位于大鏟島西南的珠江口水域，呈北東東向分布，橫穿了控制珠江三角洲東界的北北西向南崗―太平斷裂帶（F5）。剖面上可辨識出R0-R4等若干層序界面，其中R2與R3所夾的層序，根據鉆孔D06揭示巖性為末次冰期形成的花斑黏土，R2為更新統與全新統的界限。F5斷裂對更新統有擾動，斷裂的西盤相對于東盤下沉，末次冰期的埋藏古河道亦靠近斷裂帶，受斷裂活動的控制；而全新統沒有明顯受到該斷裂活動的影響，呈連續平行的席狀分布。這說明更新世以來珠江三角洲東界北北西向的南崗―太平斷裂帶有一定的活動性，但活動性不足以影響到全新世海侵以來形成的地層。

2.5南海北緣剖面據研究，南海北部陸架北緣存在北東東向的濱海斷裂帶[20-22]，根據最新的單道地震波剖面分析[23]，相對于珠江三角洲地區內部各組斷裂帶，濱海斷裂帶第四紀以來有較強的活動性（圖8）。該斷裂帶以北的三角洲和珠江口地區，只記錄了第四紀海平面波動的2次旋回；而以南的南海北部陸架上，存在4次以上的第四紀海侵海退旋回。珠江三角洲地區，下旋回最深處海拔高程-20~-40m不等；南海北部陸架上與珠江三角洲下旋回同時代的沉積物海拔高程降至-90m左右。這說明更新世以來濱海斷裂帶以南的下沉幅度遠大于該斷裂帶以北，同時暗示珠江三角洲內部北東東向斷裂很可能是南海北部濱海斷裂帶系統的組成部分。

3討論

珠江三角洲位于南海北部被動大陸邊緣，其形成發育演化反映了第四紀全球海平面變化以及區域新構造運動的綜合影響。將新構造運動和海平面變化這兩者篩分出來，是討論珠江三角洲地區穩定性面臨的主要挑戰。相對于西太平洋地區的長江三角洲[24]、紅河三角洲[25]、湄公河三角洲[26]來說，珠江三角洲沉積物受區域周邊及內部基巖斷裂圍限，沉積厚度相對較小，接受第四紀海平面變化旋回的次數少等等。這說明新構造運動在珠江三角洲的發育過程中扮演著更為重要且復雜的角色。珠江三角洲地區缺乏新近紀至中更新世地層，基巖風化殼網紋紅土發育，說明該地區長期處于穩定的準平原化階段，而且早期基巖面高程較大，遠離古海岸帶。第四紀南海北部大陸架下沉逐漸向北擴展，影響到包括珠江三角洲地區在內的華南沿海地區。至晚更新世，該地區的基巖面沉降到接近于當時全球海面波動旋回的高海面附近，開始接受第一次海侵，從而形成三角洲下旋回沉積。所以在第四紀全球海面多旋回波動的背景之下，疊加珠江三角洲地區準平原的緩慢下沉，至晚更新世以來，才堆積了三角洲的2套旋回。珠江三角洲沉降受到不同方向活動斷裂的控制。以往研究將該地區斷裂分為東西向、北東向、北西向3組。上述資料表明：以廣從斷裂帶為代表的北東向斷裂帶和以番禺臺地南緣斷裂、五桂山北麓斷裂等為代表的北東東向斷裂帶活動性有明顯的差異，不可一概而論。北東向的廣從斷裂帶，只控制本區周緣山地的古地貌，對珠江三角洲內部的基底古地貌沒有明顯的控制，對三角洲沉積以及河流的分布也沒有明顯的影響；在珠江三角洲地區以北，廣從斷裂帶控制山地和平原的界線并不平直；相反，受大小溝谷的切割，界線彎曲，亦暗示廣從斷裂無明顯的新活動[27]。北東東向的番禺臺地南緣斷裂、五桂山北麓斷裂的活動使三角洲沉積呈現北薄南厚、向南傾斜的趨勢，與北東東向斷裂帶在第四紀的緩慢活動息息相關，暗示著北東東向活動箕狀盆地的格局；同時北東東向斷裂的活動也控制著西江、北江、潭江等水道的發育。以西江斷裂、北江斷裂、石洲斷裂、化龍―黃閣斷裂、南崗―太平斷裂等為代表的珠江三角洲地區北北西向斷層，更新世以來亦見明顯的活動性。

所以，珠江三角洲地區東西向、北東向斷裂很可能為老斷裂，對三角洲沉積的控制并不明顯；而北東東向、北北西向2組斷裂可能為共軛聯動方式的新斷裂，造成三角洲沉積區斷塊的差異沉降、河道的變遷。這是本文的第一點新認識。北東東向、北北西向2組斷裂的活動性如何，是否能造成重大的地質災害？珠江三角洲下旋回沉積年齡是判斷斷層活動性的重要依據。關于珠江三角洲下旋回年代，分別有晚更新世早期（約12―10萬a）[28-29]以及晚更新世中、晚期（約5―3萬a）[7,11-12]2種觀點。由于年齡在計算構造運動速率時為分母，根據這2種觀點所計算的珠江三角洲構造運動速率相差1倍以上，因此對斷裂活動性的評價也相差甚遠。過去的研究中，多采用14C和熱釋光測年技術，認為下旋回年齡不超過5萬a。14C的測年上限為45ka左右，無法涉及更老的年代，同時14C樣品在埋藏中極易受新碳的污染，使表觀年齡顯著偏新[30-31]。所以14C在珠江三角洲測年應用中存在諸多問題。根據筆者測試的下旋回光釋光年齡數據（下旋回最老年代為距今9萬a，另文），以及周邊及香港地區下旋回沉積的年代研究結果[28-29,32]，珠江三角洲最早的海侵更有可能發生于晚更新世早期（相當于MIS5）。果若如此，該地區北東東向、北北西向2組斷裂盡管有活動，但以緩慢蠕動為主，活動速率不高。這是本文的第二點新認識。實際上，珠江三角洲以南（南海北緣）的北東東向濱海大斷裂錯動幅度大，活動強度高，其東北的南澳島上世紀初留下了破壞性大地震的記錄[20-21]，其西南的明代瓊山大地震將幾十個村莊瞬間沉入海里。珠江三角洲內部北東東向斷裂很有可能受到第四紀以來南海北部陸架下沉逐漸往北擴展的影響，屬濱海斷裂帶系統的組成部分，但與濱海大斷裂相比，活動性較低。這是從更大范圍內看待珠江三角洲的斷裂活動性的新知。

4結論

1）珠江三角洲地區第四紀以來整體沉降，至晚更新世才沉降到接近于當時全球海面波動旋回的高海面附近，自此開始形成三角洲的2套旋回。2）珠江三角洲內部各組斷裂，東西向、北東向為老構造，晚更新世以來無明顯活動性；而北東東向、北北西向2組斷裂共軛聯動，控制著珠江三角洲的沉積和水道。3）珠江三角洲以斷塊差異升降和和差異掀斜為主，斷裂活動性較低。4）珠江三角洲內部北東東向斷裂很有可能受到第四紀以來南海北部陸架下沉逐漸往北擴展的影響，是濱海斷裂帶系統的組成部分。珠江三角洲地區斷裂活動性較低，而南海北部陸架的濱海斷裂帶活動性更強，是危險性很高的活動大斷裂。

作者：余章馨 張珂 梁浩 李忠云 單位：中山大學 地球科學與地質工程學院