断裂近期活动性的跨断层联合钻孔剖面解析

西江断裂主断面大部分在隐伏区存在，难以直观地确定断裂的近期活动性。单纯的钻探资料对比，只有在钻孔极密时，才有可能用传统的地层法，定性地了解断裂的近期活动。由于河口地区的沉积环境和水动力条件非常复杂，沉积物在纵横方向的变化都很大，往往由于岩性较短距离内突变而导致判断的误差。以新地质年代学方法为主，辅以地层对比法，可以较为理想地判断覆盖区隐伏断裂的近期活动，并可据此估算出断裂活动的幅度和速率。据此，我们一方面收集了磨刀门大桥断裂联合钻孔剖面资料，并对资料进行了解析；另一方面对小黄杨断裂进行了联合钻孔验证。

1．磨刀门联合钻孔剖面

磨刀门联合钻孔剖面是西江断裂地表磨刀门附近主要分支断裂F005大敖断裂的南段。磨刀门钻孔资料为大桥施工所得，钻孔跨江布置，西部在白藤附近，东部至挂锭角，总长10km左右，施工钻孔14个，钻孔布置见图3－55（张虎南等，1998）。本书利用该资料分析西江断裂南段分支大敖断裂的第四纪活动性。

图3－55 磨刀门钻孔位置（14C和TL分别表示14C测年和热释光测年）

联合钻孔资料表明（图3－56），西江磨刀门段的第四系最厚达60m，以河口三角洲相为主，由细粒碎屑物－淤泥、粉砂、细砂组成。其间夹有贝壳碎片（以牡蛎壳为主）和炭化植物残体。河床相的粗砂及砂砾，仅见于主航道的底部。下伏花岗岩风化壳，厚度变化较大，数米至数十米不等。第四系岩性变化的总趋势是由上向下变粗。位于主航道的沉积物的纵向变化比较复杂，部分钻孔在上细下粗的总趋势中，还可细分为1～2个沉积旋回。

图3－56 磨刀门大桥联合钻孔对比图

1．淤泥；2．黏土；3．粉砂；4．中细砂；5．细砾；6．卵石；7．贝壳；8．半咸水—咸水硅藻；9．腐殖质；10．植物根；11．风化土或风化砂砾；12．基岩

第四系横向变化也很复杂。东西两侧的两个沉积中心分别代表主河道和主河叉，粗粒碎屑见于沉积中心的底部。已有物探和钻探资料均已证实，磨刀门段的深水槽部位存在断层破碎带。西江下游在三水以下通过基岩区直流南东的趋势，很可能与这类破碎带有关，亦即西江的三水－磨刀门段兼具构造谷（断裂谷）与侵蚀谷的特征。但河口区毕竟有它自身的特点，潮流的顶托就直接影响了水流的下切。因此，和上游比较，同为断裂构造地貌，其切割深度相对较小，河谷形态相对和缓。沉积物的连续性相对较差，相同的层位厚度变化大，岩性不稳定，仍有尖灭、分叉、岩性不连续等现象。

根据14C、热释光测年数据和沉积物厚度，可以大致推断第四纪沉积物的沉积速率（表3－3）。由表3－3和图3－57可以看出，沉降速率变化的总趋势是由西向东增大（图3－57），在西江主航道（左汊流）的ZK9孔、ZK3孔南东百余米达到最大值（－6．71mm／a）。再向东沉降速率变小，基本恢复至西侧的水平（＜－4mm／a）。表3－3还表明，沉降速率大体上顺应了基底地形的起伏，但起伏的高差没有相似的比例。例如，基底地形存在东、西两个凹槽（古河床？），深度分别为55m和52m，东槽比西槽深近3m，但两处的沉降幅度分别为－6．71mm／a（ZK9孔）和－2．89mm／a，前者为后者的2．3倍。这种差别似乎难以用沉积速率的差异来解释，而只能归因于构造因素：不均衡沉陷或断裂活动的结果。

另外，除了沉降幅度分别为－6．71mm／a的ZK9孔外，在ZK13孔和ZK12孔之间，ZK4孔和ZK11孔之间，也存在着沉降速率的突变。在ZK13孔和ZK12孔之间只隔一个ZK6孔，ZK4孔和ZK11孔之间，ZK9孔和ZK2孔之间两孔均相邻，这种在短距离内的速率突变，一般也可以用断层活动来解释。由图3－56可见，在速率突变的相应部位，基底地形都有类似的显示，而且符合速率曲线变化的趋势，即如果确实存在断层和断层的活动，则东盘（上盘）应为下降盘，这种活动方式与西江断裂的近期活动方式是一致的。

表3－3 磨刀门钻孔第四系沉积速率表

图3－57 磨刀门从西向东第四系沉积物沉降速率图

2．小黄杨联合钻孔剖面

小黄杨剖面是西江断裂地表磨刀门附近主要分支断裂F006白蕉断裂的南段。为了验证断裂在第四纪中活动性，在前述浅震工作的基础上，在断裂山前部位跨断裂布置联合钻孔7个，总进尺143．9m，联合钻孔剖面见图3－58。该处基本地层层序以ZK6为例，从底到顶，其主要岩性可以分为如下层位。

图3－58 联合钻孔剖面

（8）0～2m，棕褐色填土层，呈硬塑状，0～0．5m为人工填土，0．5～1．0m为耕植土，内部夹杂植物根系；1．0～2．0m为黏土，内含细砂—中砂，为花岗岩全风化形成的石英颗粒，直径小于3mm，呈角砾状

（7）1～5．8m，灰褐色粉砂质淤泥，软塑状，淤泥质含量大于70％，其中夹杂有少量的石英颗粒及云母碎片，粒径一般小于0．2mm，底部与下层呈渐变接触

（6）5．6～13．9m，黑褐色粉砂质淤泥，软塑状，淤泥质含量约60％，夹杂较多的白色贝壳碎片，直径最大者达4cm，内部亦含有少量细砂，主要成分为石英颗粒，粒径一般小于2mm，含量约10％。底部与下层呈渐变接触。该层13．1～13．2m处的14C测年为3660±30a BP

（5）13．9～16．0m，黑褐色淤泥质粉砂—细砂，呈可塑状，砂质成分约占60％，层内可见丰富的生物碎屑，碎片直径0．2～1cm；粉砂及细砂呈角砾状，磨圆度差，粒径一般小于2mm，其中在15．0m处可见一花岗岩块，直径6cm，上可见有硅化现象。底部与下层呈突变接触

（4）16．0～16．2m，中粗砂，为花岗岩原地全风化形成的石英、云母碎片及为彻底风化裂解的花岗岩碎块，呈粉红色，较松散，密实度差，可用手碾碎。中粗砂呈角砾状，直径2～5mm。底部与下层呈突变接触

（3）16．1～17．3m，碎裂岩带，岩芯呈块状，直径3～8cm，呈灰白色，岩块成分以石英质为主，判别其原岩为花岗岩，可见铁矿化现象及硅化现象。该层主要由于断裂所造成，底部与下层呈突变接触

（2）17．2～23．3m，中粗砂，为花岗岩原地全风化形成的石英、云母碎片及彻底风化裂解的花岗岩碎块，中粗砂呈角砾状，直径2～5mm，花岗岩碎块直径1～2cm，其中，17．30～19．00m为灰白色， 19．00～20．00m为粉红色，20．00～22．70m为棕黄色，22．70～23．30m为灰白色。本层较松散，密实度差，可用手碾碎，底部与下层呈突变接触

（1）23．2～23．8m，灰白色中粒二云母钾长石花岗岩，弱风化状，岩芯呈饼状、柱状及短柱状，最大柱长20cm，柱身上节理裂隙不发育

联合钻孔资料表明（图3－58），西江断裂该段第四系厚18m左右，以河口三角洲相为主，由细粒碎屑物－淤泥、粉砂、细砂组成，其间夹有贝壳碎片（以牡蛎壳为主）和炭化植物残体。ZK6揭示该层底部14C测年结果为3660±30a BP，为万顷沙段（Qhw）。按岩性差异，由上至下大致可分为4层：①人工填土；②海相淤泥，棕褐色—灰褐色，呈流塑状至软塑状，土质较均，一般微层再发育，内含较多腐殖质、生物残骸及贝壳碎片；③粉细砂，灰褐色—灰黑色，层内含淤泥质土，局部可见云母碎片，含石英质颗粒，呈棱角状，亚圆形，粒径约为2～10mm。层内可见贝壳碎片及牡蛎残骸。横向上厚度变化较大，厚度0．2～10．0m；④下伏花岗岩风化壳，厚度变化较大，数米至数十米不等。

在钻孔5、钻孔6发现破碎带，厚1m左右。破碎带特征相似：破碎带岩性主要为碎裂岩、角砾岩等，碎块呈棱角状，可判别其原岩为花岗岩，带内可见褐铁矿化及硅化现象，具典型构造破碎带特征。破碎带两侧为花岗岩，其下围岩构造裂隙发育，且发育褐铁矿化、绿泥石等构造变质现象。结合基岩露头特征和物探资料，推测断层存在，视宽度1．0m左右。断裂下盘上升，上盘下降，为一正断层。

联合钻孔剖面表明，该处存在基岩断裂，断裂附近基岩普遍较破碎，断层下盘侵蚀较强，形成原始地貌的差异。从第四系看，断裂未切割至第四系底部，断裂两侧第四系整体连续性好，两侧地层亦无等时性错动现象。该区已有第四系底部沉积物年龄3600年左右，可见，该断裂全新世（3600a BP）未发生错动。

通过跨断裂（F005、F006）地层对比和沉降速率突变看，大敖断裂（F005）南段磨刀门附近具有弱活动性，白蕉断裂F005附近则没有活动证据。