0 引言

隐伏断裂的精准定位和晚第四纪活动性研究是活动构造研究的重要方面。在城市建设中，人为活动对原生地貌的频繁改造导致断裂的构造地貌不甚清晰，因而断裂多呈隐伏态，对于它们的空间位置、活动方式、活动强度甚至发震能力的未知使得城市所面临的地震风险显著增加。因此，查明隐伏断裂的位置及活动性对于科学规划城市建设及保障基础设施、重大生命线工程的安全是一项重要工作。近年来，随着全国城市活断层探测项目的陆续开展，利用浅层人工地震勘探结合钻孔联合探测方法研究隐伏断裂的活动特征已取得较多研究结果，其已成为研究隐伏断裂位置及晚第四纪活动特征的重要手段（徐锡伟等，2000；邓起东等，2003；柴炽章等，2006；刘保金等，2008；雷启云等，2014；马兴全等，2016）。

南阳盆地位于河南省南阳市和湖北省襄樊市境内，是东秦岭褶皱带上的中新生代盆地。晚白垩纪至古近纪，南阳盆地受NWW向断裂控制，形成近EW向分布的南阳—泌阳凹陷带、新野凸起和襄樊—枣阳凹陷（夏东领等，2007；田纳新等，2008；曾庆才，2008）。新近纪时期南阳盆地整体沉降，堆积了厚600—800 m的河湖相沉积层。第四纪以来，南阳盆地经历了先沉降，后抬升，然后掀斜式沉降过程。第四系沉积最厚仅百米左右。盆地内主要断裂有朱阳关—夏馆断裂（朱夏断裂）、商县—丹凤断裂（商丹断裂）、南阳—方城断裂和新野断裂等。

商丹断裂西起陕西省商洛，经丹凤、商南、西峡，从内乡县南隐伏于南阳盆地之下，断裂长约300 km，挤压破碎带宽约百米，伴随有糜棱岩带、片理化带。卫星影像线性构造特征清晰，显示左旋平移性质；断裂面平直贯通，且具有明显水平蠕滑现象。商丹断裂作为扬子块体与华北块体的缝合带，是北秦岭、大别造山带中的主要断裂带，对于华北块体的构造活动具有显著的控制作用（朱介寿，1992；李加好等，2010；李源等，2017）。地质资料与石油地震勘探结果显示，商丹断裂是一条切割结晶基底的深大断裂带，断裂沿线历史上曾发生过公元46年南阳6½级地震和2000年内乡马山口M_S 4.2地震。为了更深入研究商丹断裂浅部的空间分布及最新活动特征，本文在分析石油地震勘探剖面的基础上，通过浅层人工地震探测初步控制断裂浅部位置及上延情况，然后针对断裂上断点开展跨断层的钻孔联合探测，通过孔间地层对比不仅控制了断裂的精准位置，还通过断裂与浅部地层的切盖关系控制了断裂上断点的深度，最终结合光释光（OSL）和电子自旋共振（ESR）测年手段获得了商丹断裂的空间展布及活动特征。

1 剖面位置和探测方法

本项研究横跨商丹断裂布设了4条浅层地震测线（图 1）。这4条地震测线均沿着公路布设，从适应城市工作环境、提高地震资料信噪比的角度出发，我们采用了抗干扰能力较强的Y20T型可控震源激发地震波。该震源激震频率为8—250 Hz，可选线性扫描或非线性扫描，最大出力20 t。地震数据采集使用德国DMT公司生产的SUMMIT数字地震仪，采样间隔0.5 ms，记录长度2 048 ms。DZ₁、DZ₂、DZ₃测线探测时采用道间距2—3 m、160道接收、16—20次覆盖的观测系统；DZ₁′测线探测时采用1 m的道间距、160道接收、16—20次覆盖的观测系统。

2 浅层地震反射剖面特征

DZ₁测线沿S231省道布设，其南西端起于潦河镇东北角，北东端止于辛庄，测线长度约4.4 km。在DZ₁测线的反射波叠加剖面（图 2）上1 709 m、2 091 m处解释了2个特征明显的断点（FP₁和FP₂）。断点附近不但可以看到反射波同相轴出现的明显错断，而且断点两侧的反射波组特征和同相轴数目也有明显不同。从剖面上看，FP₁与FP₂呈现“Y”字形，FP₁在0.4 s左右与FP₂断裂交汇，FP₁为分支断裂，FP₂为主断裂。FP₁为正断层，倾向NE，视倾角约64°，上断点埋深约为84—90 m。FP₂为正断层，倾向SW，视倾角约59°，上断点埋深约为24 m。根据FP₁、FP₂断点所处的空间位置、断层的性质以及在剖面上的特征，我们认为，FP₂为商丹断裂，FP₁为商丹断裂浅层分支断裂。

DZ₂测线沿二屯村西的一条南北向小路自南向北布设，其南端起于白河岸边，北端止于西凹村，测线长度约3 km。在DZ₂测线的反射波叠加剖面（图 3）上357 m、1 590 m处解释了2个特征明显的断层（FP₃和FP₄）。断层附近不但可以看到反射波同相轴出现的明显错断，而且断点两侧的反射波组特征和同相轴数目也有明显不同。从剖面上看，FP₃为正断层，倾向N，视倾角约55°，上断点埋深约为90—95 m。FP₄为正断层，倾向S，视倾角约69°，埋深约为25 m，在该深度上其垂直断距约为2—3 m。根据FP₃、FP₄断点所处的空间位置、断层的性质以及在剖面上的特征，我们认为，FP₄为商丹断裂的主断层，FP₃为商丹断裂浅层分支断裂。

DZ₃测线位于独山大道南段，沿S103省道布设。其南端起于黄台岗镇冯营村，北端止于新寺庄村，长度约5.0 km。根据反射波场特征，在剖面上共解释了7组反射震相。测线附近的石油地质钻孔揭示新近系的底界埋深为573 m，根据地震剖面时深转换结果，钻孔附近T7反射界面埋深约为560—580 m，据此推断黄台岗镇剖面上的T7反射界面对应于新近系的底界。在DZ₃测线的反射波叠加剖面（图 4）上2 617 m处见一个特征明显的断点（FP₅）。从剖面上看，FP₅为正断层，倾向N，视倾角约65°，上断点埋深约为40—50 m，在该深度上它的垂直断距约为2—4 m。根据FP₅所处的空间位置以及剖面反射波组特征认为，该断点与DZ₁的FP₂、DZ₂测线的FP₄同属于商丹断层。

为了获得商丹断裂的近地表特征、上断点埋深，我们横跨DZ₁剖面揭示的FP₂断点位置，布设了1条1m道间距的DZ₁′测线。该测线沿阎庄村北可通往辛店村的小路自西向东布设，测线长度为869 m，主要用于控制在DZ₁剖面上反映出的商丹断裂的走向，并为联合地质钻孔布设提供精确位置。根据反射波组特征和断层判别依据，在该剖面上解释了2个断点。FP₂断点位于测线583 m附近，埋深约为38 m，在该深度上其垂直断距为2—3 m。FP₁为FP₂浅层分支断裂，埋深较深，约为100 m。

3 跨断层钻孔联合探测

钻孔联合剖面位于南阳市卧龙区辛店村，与地震勘探DZ₁′测线重合，跨越商丹隐伏断裂。该钻孔联合剖面全长74.0 m，共由7个钻孔组成，最大孔间距19.0 m，最小孔间距10.0 m，单孔最大深度100.3 m（ZK₁），最小深度55.0 m（ZK₆），剖面总钻进进尺为466.2 m（图 6）。

根据钻孔岩心地质编录资料，钻孔剖面地层主要分为12层。层①、③、⑤、⑦、⑨为灰绿色粘土，切面光滑，含少量碳质染斑及黄褐色粘土条带。层②、④、⑥、⑧为灰绿色粗砂，分选性一般，磨圆较好，含少量砾石，粒径多为0.5—2.0 cm。层⑩为黄褐色细砂，分选性一般。层⑪为黄褐色粗砂，含10%—20%的砾石，粒径一般为2— 5 cm。层⑫为黄褐色粘土，含少量褐色铁锰染斑，切面光滑。

由地层岩性分布变化特征可知，当地土层岩性主要以灰绿色粘土层与砂层互层为主，其中，又以粘土层区分较明显。因此，我们选取层位连续、厚度稳定且易于识别的粘土层作为标志层。标志层共有3层，分别介绍如下。

（1）标志层B₁：为层③灰绿色粘土层，剖面中7个钻孔中均有分布，在钻孔ZK₄与ZK₇之间该层出现明显落差。该层在断层两侧有一定的落差，上盘顶界埋深48.4 m，底界面埋深54.2 m。下盘该层顶界埋深43.6 m，底界面埋深48.0 m。在断层两盘该层的顶、底界落差分别为4.8 m、6.2 m，可直接作为断层错断的判据。

（2）标志层B₂：为层⑤灰绿色粘土层，剖面中7个钻孔中均有分布，在钻孔ZK₄与ZK₇之间该层出现明显落差。该层在断层两侧有一定的落差，上盘ZK₇钻孔该层顶界埋深36.0 m，底界面埋深47.0 m。下盘ZK₄该层顶界埋深33.1 m，底界面埋深42.4 m。在断层两盘该层的顶、底界落差分别为2.9 m、4.6 m，可直接作为断层错断的判据。

（3）标志层B3：为层⑦灰绿色粘土层，剖面中7个钻孔中均有分布，在钻孔ZK₄与ZK₇之间出现明显落差。该层在断层两侧有一定的落差，上盘ZK₇该层顶界埋深21.0 m，底界面埋深28.2 m。下盘ZK₄孔该层顶界埋深19.0 m，底界面埋深26.5 m。在断层两盘该层的顶、底界落差分别为2.0 m、1.7 m，可直接作为断层错断的判据。

由此认为，层①—⑦均被断层所错断，断距自下而上依次减小，层⑩及以上地层未被错动，层⑧与⑨分界面在钻孔ZK₇与ZK₄孔13 m处未见明显的落差，故将层⑧顶界定为上断点上限，层⑧底界为上断点下限，即断层上断点埋深为13—19 m（表 1）。

根据在南阳市潦河镇布设的标准钻孔NYBZ2中样品的采样位置及其光释光（OSL）、电子自旋共振（ESR）测年结果（OSL由中国科学院地球环境所释光实验室完成；ESR样品测试由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室完成）。目标区全新统地层为黄褐色粘土，底界埋深约3.5 m[OSL（11.45±0.47）ka）]，即层⑫为全新统。上更新统为黄褐色砂层，底界埋深为10.5 m[ESR（57±6）ka]—14.0 m[ESR（205±19）ka]，即层⑪、⑩为上更新统。中更新统地层底界约为80 m[ESR（684±75）ka]，即层①—⑨为中更新统。综上所述，商丹断层错断中更新统地层，上更新统地层未被错断。因此，商丹断层为中更新世晚期活动断层。

4 结论与讨论

（1）本研究采用浅层地震反射勘探方法，跨商丹断裂完成4条浅层地震勘探测线，证实了商丹断裂的存在，揭示了商丹断裂南阳盆地隐伏区的浅层构造特征，其结果为钻孔联合地质剖面的布设和钻孔深度的设计提供了依据。

（2）跨商丹断裂的联合地质剖面准确地揭示了断裂最新活动时代、断层活动特征，即商丹断裂南阳盆地隐伏区上为一条走向NWW、倾向SW的正断层，断点埋深13—19 m。测年结果显示，商丹断裂属于中更新世晚期活动断裂。

商丹断裂浅层探测结果显示该断裂为倾向SW的正断层，但是中深层地震反射结果显示，在南阳地区该断裂表现为上陡下缓、倾向NNE的正断层。花状构造较为发育，显示该断裂具有明显的走滑特征。在西峡盆地基岩出露地区，断裂通过地区河流水系存在明显的同步位错现象，羽状水系特征明显，反映出商丹断裂最新活动性质具有明显的走滑特征。断裂剖面上的不同产状及构造样式的叠加说明该断裂具有多期构造运动。