9.4.1 活動構造遙感解譯
(壹)活動斷裂的影像特征
在進行活動斷裂的遙感圖像解譯時,首先根據活動斷裂的色調、紋形、水系等影像特征進行初步的圖像地質解譯,結合必要的野外驗證,建立本省活動斷裂的圖像解譯標誌,並初步了解區內活動斷裂影像構造框架,然後再進行活動斷裂的圖像解譯,並根據各構造形跡的總體影像特征,如呈舒緩波狀、筆直線狀或折拐追蹤狀等,初步確定其力學性質。先判釋主幹斷裂、再判釋細斷裂,且定向分組分別進行。在連接活動斷裂時,註意影像強弱、延伸方向、交接關系,對壹些模糊不清而隱伏的現象,則從鄰區圖像上的清楚影像用延伸判釋法,從而得到較好的判釋效果。
(二)活動斷裂的其它標誌
(1)地貌:據資料統計,湖南省四水流域普遍發育六級階地,呈階梯狀展布,反映區域間歇性上升特點;現代負地貌組合、山地、平原和盆地的邊界輪廓呈直線狀、折線、雁列狀展布等反映了活動斷裂的存在。裂點是山區常見的壹種地貌現象,它往往與活動斷裂有成因上的聯系。如吉首矮寨河谷出現的裂點與該地斷裂新的活動有關,因而在地貌上懸谷高掛,造成高大的瀑布。
(2)地層倒置:作為新構造重要標誌之壹的湖南省第四系各統、組間,常呈假整合或不整合接觸關系,表現在地貌上有基座階地和堆積階地的出現,反映了新構造振蕩作用特點,特別是新老地層倒置,往往是由於活動斷裂所致。如湘西見板溪群淺變質巖系覆蓋於白堊—第三系紅色巖系之上,公田—寧鄉—新寧斷裂中段灰湯壹帶,發現花崗巖體因斷裂逆沖覆在更新世礫石層之上,反映了第四紀以來,斷裂仍處於相對活躍階段。
(3)地震與熱泉:據歷史記載,湖南省自公元288年至今1000余年,曾發生大小地震約200余次,其中大於4.8級破壞性地震20次,其它多在3~4級,以3級左右居多。地震震中點分布往往呈帶狀,與活動斷裂展布方向壹致,且震中點所處部位多位於斷裂拐點、端點或兩組斷裂交叉等特殊部位,顯然兩者之間具成生聯系。如常德6.5級地震即發生在太陽山斷裂帶上,江華沱江5級地震也是位於兩組斷裂交叉部位。
據省地質局水文隊統計,我省熱泉露頭點約為60多處,區域分布上往往集中於湘東南和湘西北地區,從地下熱水的賦存條件和形成作用看,熱泉與活動斷裂有著成因上的聯系,在活動斷裂兩側,端點、拐彎處或斷裂交叉部位往往出露熱泉。
9.4.2 湖南省主要活動斷裂及其地震活動
根據湖南省活動斷裂發育歷史與構造規模可分成兩類活動斷裂:壹類活動斷裂形成於中生代或更早,新生代特別是第四紀又重新活動,即繼承性活動斷裂,這類斷裂數量多,規模大,切割深,以NNE向、NE向為主;另壹類活動斷裂形成於新生代,規模小,切割淺,對水系和微地貌及第四紀地層有壹定控制作用。NNE向繼承性活動斷裂帶主要分布在湘西、湘中、湘東。這些斷裂帶在挽近時期較為活躍與地震關系密切,直接控制了地震活動,是我省的主要地震構造帶。
(壹)繼承性活動斷裂
漆河—麻陽活動斷裂:由瀘溪斷裂、烏宿斷裂和沅陵—漆河斷裂組成。新生代以來它有過強烈活動,形成斷裂陡坎和溝谷地形,沅水、酉水和西溪河的某些段落沿斷裂帶發育,說明破碎帶尚未膠結,在遙感圖像上表現出清晰的線性構造。此斷裂與沅江大斷裂交匯,1931年瀘溪發生過5級地震,說明該斷裂帶在第四紀以來活動仍未停止。
新晃—芷江—懷化活動斷裂:沿帶斷層三角面、斷崖十分醒目,兩側有明顯差異,多處有溫泉出露。布格重力異常圖上,斷裂西南段表現出北東東向的壹系列向東突出的重力低值帶,沿斷裂帶地震活動微弱。芷江等地,曾多次發生過3.5級以上地震,可能與該斷裂的晚期活動有關。
洪江—漵浦活動斷裂:可能形成於前震旦紀,燕山期、喜馬拉雅期有明顯復活,團河、魯沖、黔陽、銅灣和漵浦等地的白堊紀—第三紀盆地沿斷裂呈串珠狀分布,並被其切割。安化、漵浦等地3級以上地震及熱泉點出露,反映該斷裂的近期活動。
羅翁—綏寧斷裂:南自通道的甘溪塘壹帶,向NE28°方向延伸,經綏寧至羅翁八面山後,向50°方向偏轉,至神山巖體南東消失,長330 km,斷面傾向SE,屬正斷層,遙感影像上反映清楚。雪峰山脈的主峰大體展布於該斷裂以東,主峰高達2147 m,成為沅水和資水的分水嶺,表現青年地貌特色。說明新構造時期沿主斷裂發生了明顯的反向活動。
公田—寧鄉—新寧活動斷裂:由北段汨羅—灰湯斷裂和邵陽—新寧斷裂(南段)兩部分組成,全長約430 km,呈NNE向延伸,斷面傾向NW,傾角35°~45°。從遙感圖像上地貌景觀看,河流下切,形成新的河成階地,河流改道,形成襲奪河,第四紀沈積物超覆。斷裂兩側形成鮮明對比,尤以北段最為明顯。利用TM6圖像具有的透視效應,發現該斷裂帶是壹條地下水富集帶,其地下水位比周圍要高。沿斷裂壹線地震活動頻繁,婁底曾發生過5級地震,近年來小震群更為活躍,新寧也發生過3.5級地震,寧鄉更是小震群密集地區,可能與該斷裂的活動有關。
洪湖—嶽陽—桃江活動斷裂:在遙感圖像顯示的地貌上,斷裂兩側差異明顯,西側全新統覆蓋,是廣闊的湖積平原,東側更新統廣為出露,形成低丘和崗地。地震剖面發現T3及T4兩反射面在斷裂兩側顯示深度相差甚殊,西側下降,東側擡升。據早、中、晚更新世及全新世相應時段沈積厚度及其分布也反映在斷裂兩側有較大差異,說明斷裂第四紀仍在活動。
新化—大福坪活動斷裂:由於斷裂作左旋平移,在新化壹帶形成拉分盆地。尤其是喜馬拉雅期活動明顯,以致切割其兩端(新化和紅巖咀)的白堊、第三紀紅色巖系。1910年和1931年分別在拉分盆地西北邊緣發生過5級和4.8級地震,為該斷裂帶現代構造活動的表現。
湘鄉—邵東活動斷裂:位於邵東、湘鄉和湘潭壹線,由大致平行錯列的斷裂組成,總體走向NE、傾向NW、傾角55°,沿斷裂見有30~40 m的破碎帶,它控制了白堊紀和早第三紀盆地。沿帶斷崖斷層三角面發育,在湘鄉可見其發生右旋移動,扇面由NE向SW傾斜,角度平緩,逆向河流上方,河水沿盆地西側發育並形成曲流,表明斷裂第四紀仍有活動。沿斷裂發生過4~4.8級地震5次,其中包括1931年、1938年兩次4級地震,近期有過微震活動。
太陽山活動斷裂帶:由太陽山東側和西側幾條NNE向高角度正斷層組成,控制了洞庭湖拗陷的太陽山凸起,全長60余公裏,分太陽山東側斷裂和太陽山西側斷裂。與太陽山斷裂有關的震級最大的壹次是1631年常德6.5級地震,震源深度達20km,震中烈度達8度,地震影響帶呈NNE向橢圓形,與太陽山斷裂帶的延伸方向壹致。
南縣—漢壽活動斷裂:據鉆孔和人工地震測深資料,它是壹條高角度正斷裂,走向NE20°,傾向西,長70 km。斷裂兩盤垂直斷距為800~1400 m,白堊—第三紀時控制洞庭湖拗陷內次級構造單元,並對第四紀地層厚度有控制作用,在斷裂端部與NW向斷裂交匯區,近期有過小震活動。
五團—石門活動斷裂:遙感影像上十分醒目,它縱貫南北,斷續延伸,切割壹系列NE向斷裂和五團、瓦屋塘巖體並控制了挽近期沈積。瓦屋塘巖體上的下第三系被晚期活動斷裂所切。沿此扭裂帶地震活動頻繁,尤其是它的北段與其它構造交接部位(即慈利、石門壹帶)小震群密集,與此扭裂平行的太陽山斷裂以及與它相對應的洞庭湖東岸嶽陽—湘陰斷裂均屬同期活動產物,是我省最主要的發震控震構造之壹。
除NNE向斷裂為我省主要活動斷裂外,省內的EW向構造帶與NW向構造帶的某些地段,尤其是與NNE向進行復合交接部位,於挽近時期呈現明顯的活動性質。如北緯26°10′以南的湘南EW向構造帶,北緯27°40′~28°40′之間的湘中EW向構造帶(相當於安化—寧鄉—瀏陽東西向構造帶)和北緯29°20′以北的湘北EW向構造帶(相當石門—華容—臨湘東西向構造帶)區間內,歷史地震較多,並且等距離帶狀分布;特別是與NNE向斷裂帶復合部位,常是地震密集帶。從遙感圖像上看,湘北華容隆起、湘中白馬山—龍山隆起和湘南玉峰隆起,均呈現東西向延伸特征,形成壹系列EW向山地,並控制了區域性水流流向,表明EW向構造在挽近時期具有新的活動性質,並導致某些區段產生新的隆起,成為地震發生的有利構造部位。
(二)第四紀活動斷裂
益陽赫山廟斷裂:產於中更新紅土礫石層中,規模小,其產狀為335°∠47°,性質為張扭性。
漢壽石板灘斷裂:見於石板灘鎮附近,斷裂走向為NNE,兩盤出露地層截然不同。西盤為下更新統汨羅組灰白色粘土層,上復紅土礫石層;東盤僅出露中更新統網紋狀紅土,下伏地層未見。顯然,在水平方向上兩盤不同層位呈斷層接觸。在地貌上反映平直陡峭的湖岸線。
湘陰六塘鋪龍潭沖斷裂:斷層走向295°,傾角45°,傾向SW,屬張扭性質。斷裂的NE盤汨羅組砂土層與SW盤中更新統網紋紅土層斜接,並在SW盤附近見砂層牽引現象,指示NE盤往上推移。
類似上述斷裂,在長沙、湘潭、衡陽、寧鄉、新寧及洞庭湖地區,都有發現,但壹般規模小,影響範圍不大,也不常見,它往往發生在大的繼承性活動斷裂附近。
9.4.3 湖南省新構造運動的基本特征
(壹)新構造運動的地貌特征
湖南省現代地貌輪廓大體上是東、西、南三面高而中部、北部低。第三紀末期和第四紀發生的新構造運動,表現出以間歇性及掀斜式為主的升降運動,山區常見V型谷或障谷,丘陵、平原地區出現箱狀河谷等。紅盆被擡高,如南嶺北麓的紅盆至少上升60~70 m。愈向北上升愈少,到洞庭湖反而下降。我省地勢南高北低,形成向北傾斜的斜坡,第三紀準平原和第四紀造成的剝蝕面,由於新構造運動影響,周圍山地受侵蝕破壞,而呈多級(500~300 m的剝蝕面)峰頂線齊壹的山地、丘陵。山地區域受地殼掀斜運動影響,侵蝕增強,出現深溝窄谷及深切曲流,成為今日地貌。另壹方面,擡升後下切出現5~6級的河谷階地和河漫灘地貌,地表起伏逐漸增大。近代洞庭湖則繼續下降。從四水及支流總的流向看,受新構造作用控制明顯,循東、西、南三個方向向北匯聚於洞庭湖,而後由城陵磯註入長江。以四水河口地段及湖泊來看,長期處於變遷狀況,反映了新構造運動的地貌特征。
(二)新構造運動的主要類型
(1)拱形隆起:湖南省新構造運動是以大面積緩慢擡升和沈降為主要形式,在活動性質上具明顯的繼承性。如湘西、湘南和湘東地區,喜馬拉雅期以前大面積隆起為山,以上升為主,新構造時期仍處於隆起階段。遙感圖像上顯示較清楚的有華容隆起和五強溪隆起。
華容隆起:位於洞庭湖北部,北靠長江、南臨洞庭湖,為壹近東西向隆起。第三紀以來顯示持續隆起特點,遙感圖像上從隆起的幅度看,東、西部明顯不均衡。東部上升量大,基巖大片裸露,為低山丘陵;西部上升量小,基巖出露少,呈孤丘狀。重力和航磁異常分別反映為重力梯級帶和磁力正負異常交替帶,大地熱流出現東西向的線性異常帶。晚第三紀,北部陳索口凹陷強烈下沈,沈積最大厚度超過了500 m,而本區基本未接受沈積。第四紀以來,下荊江河道輾轉彎曲,北部第四紀厚達200 m,本區僅厚數米,顯示較為強烈的差異活動。
五強溪隆起,位於沅陵、桃源之間。北有望陽山,南有黑山,海拔壹般500~700 m,最高900余米。由前震旦系淺變質巖和下古生界碳酸鹽巖地層構成NNE向褶皺隆起山地。遙感圖像上,沅水橫切五強溪隆起,形成峽谷。在高170 m保存的侵蝕臺面以上,還見數級剝蝕面,隆起山頂斜坡之上殘留紅層,覆於板溪群之上。隆起的東西兩側常桃盆地和沅麻盆地白堊—第三系紅層組成低山丘陵,河流迂回,第四系發育,構成沿河兩岸六級基座階地,為河間平原景觀。因此,自第三紀以來,由於新構造作用使五強溪開始隆起,造成兩盆地分離,形成五強溪峽谷,並影響沅水河口逐漸東移,西洞庭湖向東退縮。據對沅水第四系資料分析,中更新世早期,沅水河口還在桃源大馬山壹帶,中更新世末則遷至德山地區,至晚更新世以後,河口繼續向東遷移至牛鼻灘壹帶。
(2)掀斜運動:湖南省整個地貌反映了掀斜運動特點,尤以洞庭湖周圍更為明顯。從地貌和地層分布看,挽近期洞庭湖盆地總的構造特點是,周邊上升,中間沈降,周邊分布老地層,中間分布新地層。即在地貌上,從周邊至腹地呈階梯環帶狀分布有低山—丘陵—崗地—平原。將洞庭湖北岸澧、沅、資三水下遊同級階地階面標高和基底標高比較,存在由北而南,逐漸降低趨勢。長江四口分流,部分長江水倒流南下註入洞庭湖,呈現北高南低流勢。南岸由於掀斜運動,造成資水下遊南北兩地支流不對稱,南岸支流長,堆積物廣泛分布,北岸支流短而少,第四系不發育。
(3)新構造坳陷:湖南省的新構造坳陷表現出以洞庭湖為中心的向心狀坳陷。四水及四口分流以各自不同流向匯入洞庭湖,構成向心狀水系,從四周山地過渡到丘陵再演變為河湖平原,反映地形總體呈坳陷特點。第四系厚度由山區至丘陵再到湖區逐漸加寬加厚。重復水準測量資料表明我省西部山地和丘陵仍處於緩慢上升階段,洞庭湖區則持續下沈。遙感圖像上這些隆起、凹陷受喜馬拉雅期以來的活動斷裂控制,如洞庭湖東岸,兩條坳陷線與該地區公田—寧鄉—新寧斷裂與嶽陽—湘陰斷裂吻合,以公田—寧鄉—新寧斷裂北段為界,以東為幕阜山強烈上升區,以西為嶽陽—汨羅丘陵河谷區,屬間歇性上升區。洞庭湖南岸NWW向坳褶線的位置與常德—益陽—長沙活動斷裂延伸壹致。
(三)新構造運動的地殼形變特征
從地殼形變與地震活動關系分析可知,漢壽—嶽陽形變梯度帶受南縣下降區影響,形變線往西加密,南縣—漢壽斷裂分布其中,加上潛江—石門隱伏構造,使南縣—華容—石首復雜形變區容易積聚能量,是未來可能的地震危險區。漢壽—寧鄉壹線NW向形變梯度帶中有常德—長沙北西向活動斷裂分布。寧鄉—平江形變梯度帶呈NE向,在益陽附近形成活動斷裂交匯與形變梯級帶轉折的復合部,益陽西側洪湖—嶽陽—桃江北東向斷裂在常德—長沙垂直形變剖面中存在活動跡象。
(四)新構造運動的構造應力場分析
據鄧起東等研究表明,第四紀至今本省主要區域構造應力場為:在近EW向擠壓應力作用下,產生近EW向、NNE向斷裂的擴張張剪運動,導致NW向斷裂的左旋剪切及NE向斷裂的右旋剪切。如NW向斷裂帶活動區長沙新開鋪與南郊公園等地,中更新世網紋紅土礫石層中可見軸面近SN向的褶皺及NW向斷裂組,後者斷面擦痕與水平面交角為24°~30°,具左旋扭動階步。NE向斷裂活動區如烏宿斷裂,酉水受斷裂右旋扭動而成直角拐彎。近EW向斷裂活動區如在澧水斷裂帶上以津市為中心,形成數十公裏長的近SW向現代沈降帶,是我省沈降最劇烈地段之壹。此外,等震線長軸方向可以基本反映發震構造線方向,等裂度線長軸為NNE向,與區域構造應力場作用下發生的地殼介質的剪切錯動面走向壹致。震源機制解與地質分析結果相似,主要表現在:我省及鄰區P軸、T軸絕大部分仰角小,說明地殼應力以水平擠壓與水平引張為主要特征;由湘北經贛西北至皖南P軸方位由SEE→近EW向→NEE向遞變,但P軸方位仍以近EW向為主,其P、T軸統計數據大致可反映當今構造應力擠壓與扭張方向。
9.4.4 地震活動時、空分布特征
(壹)地震活動空間分布特點
根據對我省地震帶上4.7級以上的地震構造加以綜合對比,地震主要分布在規模較大、切割較深的NNE、NE向斷裂帶上,具有明顯的方向性,尤其是5級以上強震震中大致都落在NNE向斷裂帶上或旁側,構成我省主要地震構造帶;NNE與NW或EW向斷裂交匯是發震構造的重要部位,如嶽陽1566年的5.5級地震及臨湘小震群,正好發生在該斷裂與石門—華容—臨湘東西向構造帶交匯部位。1509年寧鄉—臨湘間發生的4.8級地震,也是位於這壹斷裂帶與安鄉—寧鄉—瀏陽東西向構造帶交匯部位。
地震常發生在活動斷裂的特殊部位。江華沱江1853年5級地震和瀘溪1631年5級地震都位於NE向斷裂與SN向交匯部位;1782年5級地震即分布於寧遠—江華SN向構造帶與NE向株洲—祁東斷裂帶及陽明山—塔山東西向構造帶復合部位;新化—城步斷裂帶拐彎點上的新化5級地震,公田—寧鄉—新寧斷裂帶上的漣源婁底地震等,處於斷裂首尾斜列位錯處。
(二)地震活動的時間分布特點
地震記錄分析表明,我省地震可能存在二個地震活動周期。第壹地震活動周期平靜段起始時間不明,但結束於1468年;活躍段起於1469年,至1650年結束,歷時182年。該段最大地震是1631年常德6.8級地震,發生於該活躍階段結束時間1650年之前19年。第二地震周期的平靜段始於1651年,結束於1842年,歷時192年;活躍段起於1843年,持續至今,已歷時148年。如果以第壹地震周期活躍段之持續時間長度(182年)來估測第二地震周期活躍段持續時間,則其地震活躍時間可延續為2025年前後,即自1990年後還有36年,如從2000年起也有25年。以第壹地震周期最大地震是活躍階段結束前19年發生,因此在第二地震活動周期本活躍階段結束前的地震危險性不可低估。
(三)地震活動趨勢分析
從地震時空分布規律看,在今後壹段時間內,我省地震活動的強度和頻度可能有增高趨勢,但在短期內發生破壞性地震的可能性較小。根據深部地球物理資料提供地殼、上地幔結構構造特征可知,揚子板塊與華南板塊俯沖—碰撞帶在省境的拼合邊界屬剛性地幔塊體與塑性地幔塊體的拼接,縫合帶固結時間早,縫合堅固,總體屬厚殼厚幔低溫構造屬性,地殼強度大,地殼中普遍存在弱的低速低阻韌性“減震帶”,屬穩定的大陸巖石圈塊體,因此出現6級以上的破壞性地震機率較小,加上我省新構造運動微弱,無論是升降運動還是斷裂活動均是如此。從歷史地震記載來看,我省強震並不多,最大的壹次地震僅6.8級,5級地震也不多見,主要以小震活動為主,且多集中在洞庭湖及周邊地區。因此從全局看地震活動相對應屬於弱震區。但從局部看,湖南境內的地震活動極不平衡,特別是洞庭湖及周邊,無論歷史還是現在,該區小震不斷,為地震相對活躍區和主要地震分布區。由於洞庭湖地區是壹個新的斷陷盆地,它的周緣又是新構造運動過渡地帶,屬脆弱區,易於應力集中和釋放,引發地震。因此建議今後工作重點放在洞庭湖地區,特別是它的東西兩側。綜合分析表明,太陽山斷裂帶有孕育中強震的地質構造條件。如果再度發生中強地震,發震位置可能仍在常德—澧縣的某個部位,發震斷裂可能是太陽山東側斷裂,也可能是太陽山西側斷裂。由於我省境內NNE向斷裂挽近時期非常活躍,為我省主要的控震構造之壹。除太陽山斷裂應重點監控外,展布於洞庭湖東側及五團、漵浦、五強溪、石門壹線NNE斷裂帶,形跡十分醒目,它縱貫SN,斷續延伸,切割了所有其它構造。沿此扭裂帶地震活動頻繁,尤其是構造交接部位(即慈利、石門壹帶)小震群密集。區域上看,嶽陽、常德、漣源、婁底壹帶是我省地震活動頻繁地區,也是未來地震多發區,應是我省地震工作重點區之壹。