郯庐断裂带是亚洲东部著名的深大断裂之一，中生代以来对亚洲东部沉积岩相古地理、岩浆活动、构造格局和现今地震活动以及矿产资源的形成与分布都具有明显的控制作用，其形成演化过程已成为东亚大陆边缘动力学研究的焦点问题之一.自20世纪50年代被发现以来，一直是地学界讨论的热点^[1~5]，至今仍然是诸多学术论文、科研项目所探求的重要课题之一^[6~8]，并取得了一系列重要研究成果，提出了平移论^{[9, 10]}、裂谷或地堑论^{[11, 12]}）等重要认识，可以说，每一种认识都是广大地质工作者根据各自掌握的地质现象在大量研究工作基础上提出的，代表着当时很高的研究水平，但这些认识在深部结构、活动时限和形成机制等方面也存在明显分歧，一些证据之间尚无法衔接与协调.由于郯庐断裂带历经多次构造运动的强烈改造，演化时间长、空间跨度大，形成了现今复杂的构造格局，同时受限于当时的研究方法、地质理论和认识水平等，在缺乏地球深部资料约束的情况下，一些观点难免存在分歧.近年来一些学者致力于大地电磁、天然地震和人工地震等深部地球物理探测研究^[13~16]，大大提高了对郯庐断裂带深部结构的认识水平，但这些成果主要展示了断裂带宏观破碎特征，对断裂带内部复杂结构研究还比较粗放，没有具体到对断裂带内某条断裂的精细刻画，由此导致对伸展和走滑断裂体系的组成和划分也不明确，从而影响了对断裂带演化过程的认识.为此，本文以嘉山-庐江段为研究对象，采用地质-地球物理综合分析方法，依据高精度的大地电磁（EMAP）、人工地震剖面和航磁资料，精细解剖了断裂带深部结构，分析了郯庐断裂带走滑和伸展断裂体系组成，明确了不同力学性质断裂所处的空间位置，为今后精细研究大型复杂断裂带提供了一条思路.

郯庐断裂带南段（嘉山-庐江段）位于安徽省中部（图 1），北起明光市（原嘉山县）嘉山、南到庐江县，全长约180 km，宽度约15~30 km，地貌呈NNE向延伸的低山丘陵，是郯庐断裂带最早发现和研究的区段之一，西侧为华北陆块，东侧为扬子陆块，南、北两端分别切割大别造山带和苏鲁造山带^{[17, 18]}，处于中国东部区域构造单元的枢纽部位，其地质构造研究不仅是郯庐断裂带自身的形成演化问题，也关系到华北陆块和扬子陆块碰撞以及苏鲁和大别造山带的研究.

图 1

Fig. 1

图 1 郯庐断裂南段地质简图[19] 1.隆起区Upliftarea，2.太古宇-老元古界Pre-Mesoproterozoic，3.中元古界Mesoproterozoic，4.古生界Paleozoic，5.中生界-系Mesozoic-Neogene，6.酸性岩Acid rock，7.基性岩Mafic rock，8.正长岩Syenite，9.中性岩Neutral rock，10.超基性岩Ultrabasic rock，11.嘉山一庐江断裂Jiashan-Lujiang sub-fault，12.池河一太湖断裂Chihe-Taihu sub-fault，13.古河一散兵断裂Guhe-Sanbing sub-fault，14.石门山断裂Shimenshansub-fault，15.合肥一五河断裂Hefei-Wuhe sub-faul，16.测线位置Point of line. Fig. 1 Geology sketch of the southern segment of Tanlu fault[19]

多数学者^{[10, 16~18]}认为郯庐断裂带南段由1条或2条（池河-太湖、嘉山-庐江断裂）主干断裂组成（图 1），也有学者^[19]将五河-合肥和石门山断裂划入其中.安徽省地质局^[20]依据地面地质和重磁资料，推断在张八岭隆起东侧还存在一条北东向展布的古河-散兵断裂（图 1）.在池河-太湖和古河-散兵断裂之间为北北东方向展布的张八岭韧性剪切带（图 1），向北与苏鲁造山带的低温高压变质带相接，向南为大别造山带低温高压变质带的终止线^[21].池河-太湖断裂西侧为合肥盆地，沉积有巨厚的中、新生代地层^[22]，向北与中、新生代的嘉山盆地、沂沭断裂带相连^{[17, 23]}.

郯庐断裂带嘉山-庐江段出露的地层主要有太古宇阚集群、元古宇肥东群和张八岭群，其西侧主要为中、新生界，其中防虎山组为下侏罗统；周公山组和圆筒山组合并称为圆筒山组，时代为中侏罗统^[19]，朱巷组为上侏罗统、响导铺组为下白垩统、张桥组为上白垩统^[22].根据安参1井等地震合成记录和地面地质露头资料，在地震剖面上建立了上述岩石地层单位与地震反射波组的对应关系^[22]，并由此进行相关的地震地层学研究.

1999~2003年，笔者参加了大别造山带北缘（合肥盆地）油气能源战略研究项目，陆续采集了覆盖嘉山-庐江段和合肥盆地的高精度航磁、电法和地震数据，本文采用的ABC测线（图 1），西起安徽省肥东县东侧，横跨郯庐断裂带，向东到安徽省全椒市古河，长度约180km.该测线同时采集了二维地震与EMAP电法数据，数据处理时针对郯庐断裂带内地质体破碎、地球物理界面分辨困难等特点，采用能够提高深层成像质量和断层偏移归位精度的多项新技术，所得到的物探成果清楚地显示出郯庐断裂带内部精细结构，为郯庐断裂带研究提供了有力依据.

二维地震数据采集方法：6000-50-0-50-6000观测系统；240道接收；200m炮间距；50m道间距；30次覆盖；检波器为SN4-10；组合基距为40 m × 40m；激发井深为12m；激发药量为8kg；仪器型号为GDAPS-4；2ms采样间隔；前放增益为24dB；记录长度6s（个别地段8s）.

EMAP电法数据采集方法：物理点距250m，仪器型号为V5-2000（加拿大凤凰公司生产），“十”型电极布置方式，同时使用远参考和近参考.

航磁测量方法：比例尺为1:5万，空中测量系统配备有HC-90K氦光泵磁力仪、AADC-Ⅱ自动航磁数字补偿仪、DS-Ⅲ数据收录系统、GR-33图形记录仪、GG-24双星座卫星导航定位系统、BG3.0和ALT-50无线电测高计和1241型气压高度计，地面磁日变测量系统为DDS-1磁日变收录系统和HC-90D型地面光泵磁力仪，航磁测量总精度为1.10nT.

自20世纪60年代提出郯庐断裂带左行平移的观点^[17]以来，郯庐断裂带平移（时间和幅度）研究得到广泛关注；中生代郯庐断裂带走滑活动的观点正逐渐被更多地质学者所接受；但有关走滑构造的研究文献却较少^{[13, 16, 24, 25]}，制约了走滑活动的研究深度.

本次研究依据ABC测线地震反射特征和大地电磁电性资料（图 2），在测线东段划分出了3条深大断裂（F1，F2，F3）和2条浅层断裂（F4，F5），其中F1、F2、F3分别与前人研究的古河-散兵断裂、嘉山-庐江断裂、池河-太湖断裂的平面位置相对应^[19]；根据各块体之间的相互关系，推断这5条断裂均具有逆冲挤压性质；参考前人有关研究成果^{[26, 27]}，通过断裂带内部各条断裂的几何学特征分析，发现池河-太湖断裂（F3）以东的各条断裂组合在横剖面上呈现正花状结构（图 2），主要由中间的一条走滑主断裂、2条边界断裂和浅层逆冲断裂组成，整体表现为上宽下窄形态.该花状构造特征清晰、直观，是郯庐断裂带走滑活动的直接证据.

图 2

Fig. 2

图 2 ABC测线地震-大地电磁综合解释剖面图（a）二维地震剖面图；（b）大地电磁二维反演剖面图；（c）地震-大地电磁地质解释剖面图. 1.古近系_白垩系上统Paleogene-upper Cretaceous system; 2.白垩系下统Lower Cretaceous system; 3.侏罗系上统UpperJurassic system; 4.侏罗系中\下统Lower andmiddle Jurassic system; 5.下扬子陆块前中生界Pre Mesozoic system; 6.华北陆块前古生界Pre Palaezoic system; 7.古河-散兵断裂Guhe-Sanbing sub-fault; 8.嘉山-庐江断裂Jiashan-Lujiang sub-fault; 9.池河-太湖断裂Chihe-Taihu sub-fault; 10.肥中断裂Feizhong sub-fault; 11.沉积相带边界Boundaryof sedimentary facies; 12.电阻率Specific resisitance (dm). Fig. 2 A profile map from joint inversion of magnetotelluric and seismic data along ABC measurement (a) Seismic refraction profile; (b) Eletrical characteristics of 2D MT inversion; (c) Geological section explained from seismic-magnetotelluric exploration.

断裂F1和F3之间为郯庐断裂带张八岭隆起，宽度约20km，与邻区的电性、地震反射特征有显著差异.郯庐断裂带内地震反射较弱，连续性较差，难以对比和追踪，表现出杂乱地震反射的断裂带特征（图 2a）；其电性特征总体表现为高阻（图 2b），是元古宇等地层的反映.

张八岭隆起西侧为合肥盆地肥东凹陷，中下侏罗统圆筒山组和防虎山组地震反射特征清楚，连续性较好，清楚的反射同相轴到郯庐断裂截然而止（图 2a）；在电性上总体表现为低阻（图 2b），阻值相差一个数量级以上，肥东凹陷各项地球物理特征可与合肥盆地内部典型的华北型地层对比，而与郯庐断裂带不同.

张八岭隆起东侧为苏皖北褶皱带在电性上总体表现为低阻，浅部低阻层为毛坦厂组，中间的高阻层为张八岭隆起区的前古生界，下部的中低阻层为苏皖北褶皱带基底和盖层的反映（图 2b）.

根据压扭性走滑断裂模拟试验^[26]和圣安德烈斯断层带San Gabriel断裂的正花状剖面构造形态^[27]，压扭性走滑断裂的断面产状近于直立伸入基底，在横剖面上呈锥形，上宽下窄至基底最终收敛成一个分叉的破裂带.上述特征与本文描述的郯庐断裂带花状构造完全一致，主断裂陡立地插入基底，断裂带下窄上宽，向上、向外撒开，这是其他构造形态（如正断层、逆冲断层、挤压断块、核部发育逆冲断层的背斜、盐泥刺穿构造、反转构造等）所没有的特征，由此说明本文所识别出的正花状构造具有明确的可靠性，是郯庐断裂带发生压扭性走滑活动最直接的证据，其中F2为郯庐断裂带的主断裂，F1等外侧的两条断裂为伴生断裂，主断裂（F2）断面直立，一直延伸到地下15km深处，仍未见减缓的趋势，根据两侧断裂倾角变化趋势，推断其切割深度在28km以上，显示了郯庐主断裂的走滑性质.郯庐断裂带西侧的断裂（F3），地貌、重力、航磁和地质露头等资料在此处有明显的线形特征^[21]，不能说明断裂（F3）是主断裂，只代表此处为合肥盆地的中、新生界与肥东群等基底地层的分界线.

正花状构造是郯庐断裂带走滑的重要标志，由于第四系覆盖和后期改造等，地面尚未发现类似的剖面.但在沂沭断裂带西侧的江苏省徐州地区和安徽宿州地区，发育一系列自南东向北西方向的推覆体和逆冲断层，形成徐宿弧状构造^[28]；古河-散兵断裂东侧的苏皖北褶皱带，发育一系列自北西向南东方向的推覆体和逆冲断层^[29]；这些推覆构造和逆冲断层均以较低的角度收敛于郯庐断裂带内，笔者认为这正是正花状构造在地面的表现，它们同张八岭隆起的韧性剪切带^{[25, 30, 31]}等均与走滑活动有着密切关系.

早在20世纪50年代许多学者就开始研究郯庐断裂的断陷活动^[17]，有关伸展活动的研究成果主要集中于郯庐断裂中段---沂沭断裂带^{[32, 33]}，而郯庐断裂南段的伸展活动却涉及较少.

本次研究依据ABC测线地震反射特征和大地电磁电性资料（图 2），在测线西段划分出了2条深大断裂（F6，F7），分别与前人研究的池河-太湖断裂、肥中断裂的平面位置相对应^[19]；根据地震地层学解释和各地层之间的相互关系^[22]，推断这2条断裂均具有伸展性质（图 2）.

地震资料显示，池河-太湖断裂（F6）为上陡下缓、倾向北西的同沉积正断层.根据地震地层学解释，肥东凹陷下白垩统响导铺组自西向东呈“喇叭口”^[22]，为半深湖相，紧靠池河-太湖断裂附近发育多期冲积扇（图 2a，c），合浅8井暗色泥岩厚度达400多米^{[34, 35]}.向西变为滨浅湖相或冲积平原相，合深1井显示，下白垩统响导铺组为一套棕褐色泥质砂岩、粉砂质泥岩和灰色、灰绿色泥岩.根据大地电磁资料，池河-太湖断裂以西也总体表现为明显的低电阻值（图 2b）.上述资料表明响导铺组沉积时肥东凹陷明显受池河-太湖断裂控制，总体呈现为半地堑结构.这与中国东部晚中生代区域性伸展背景相符合^{[36, 37]}.

以往文献讨论郯庐断裂带伸展与走滑时，极少涉及其发生的位置和波及范围，通过上述分析，可看出伸展与走滑活动在剖面位置上是不同的，查明构造事件发生的空间展布及其力学性质对于认识郯庐断裂带变革过程具有十分重要的意义.

依据高精度磁异常资料（图 3），郯庐断裂带呈现为明显的条带状异常特征，可划分出5条明显的磁线状异常带（F1、F2、F3、F6、F7），分别与古河-散兵断裂、嘉山-庐江断裂、池河-太湖断裂、石门山断裂和五河-合肥断裂的地面位置相对应.依据电法、地震和磁异常特征，可清楚地识别出这5条断裂特征：①五河-合肥断裂和石门山断裂向南伸入合肥盆地消失，向北有继续延伸趋势，而非止于盆地北缘.②池河-太湖断裂具有明显的航磁线状异常特征，是隐伏于深部的走滑断裂和浅部伸展断裂的综合反映，代表合肥盆地中、新生界与张八岭隆起肥东群的分界线.③嘉山-庐江断裂，北端并没有止于嘉山而是向北延伸.④古河-散兵断裂的航磁线形异常特征也十分明显，主要反映下扬子板块与郯庐断裂带的分界线，应为郯庐断裂带的东边界断裂.

图 3

Fig. 3

图 3 郯庐断裂嘉山-庐江段及合肥盆地航磁异常图 1.钻井井位Drillingposition; 2.断裂与编号FaultandNO.，3.古河一散兵断裂Guhe-Sanbingsub-fault; 4.嘉山一庐江断裂Jiashan-Lujiang sub-fault; 5.池河一太湖断裂Chihe-Taihusub-fault; 6.石门山断裂Shimenshansub-fault; 7.五河一合肥断裂Wuhe-Hefei sub-fault; 8.定远断裂Dingyuan sub-faul; 9.颖上断裂Yingshang sub-fault; 10.肥中断裂Feizhong sub-fault; 11.六安断裂Liu’ansub-fault; 12.舒城断裂Shucheng sub-fault. Fig. 3 A map of high-precision magnetic anomaly of the Jiashan-Lujiang segment of the south Tan-Lu fautt zone

综合分析表明，郯庐断裂带嘉山-庐江段具有显著的横向分区特征，以池河-太湖断裂为界，东侧各条主干断裂主要呈现走滑活动特征，称为走滑断裂体系，主要走滑活动范围为池河-太湖断裂和古河-散兵断裂之间，称为走滑活动区，表现为北北东方向展布的大规模韧性剪切带，即为张八岭韧性剪切带，主要为含蓝片岩的张八岭群.向北与苏鲁造山带的低温高压变质带相接，在江苏境内为含蓝片岩的锦屏组；向南为大别造山带低温高压变质带的终止线^[21]（图 4）.

图 4

Fig. 4

图 4 郯庐断裂带嘉山一庐江段及邻区早白垩世构造模式图[19, 23, 24, 28, 30] 1.前白垩系Pre-Cretaceous; 2.北淮阳构造带Northern-Huaiyang tectonic belt; 3.北大别构造带NorthDabie orogenic belt; 4.榴辉岩带Ecologite; 5.角闪岩带Amphibilite; 6.蓝片岩带Blue schist; 7.中生代侵入岩Pluton ofMesozoic; 8.中生代火山岩Volcanic rocks of Mesozoic; 9.扇三角洲相Fan-delta facies; 10.冲积平原相Alluial plain facies; 11.滨浅湖相Littoral and shallow lacustrine facies; 12.半深湖相Semi-deep lake facies; 13.平移断裂Shitt fault; 14.逆冲断裂Thrust fault; 15.糟皱轴Axial of fold; 16.古河一散兵断裂0廿1^-Sanbing sub-fault; 17.嘉山一庐江断裂Jiashan-lujiangsub-fault; 18.池河一太湖断裂（昌邑一大店断裂）Chihe-Taihusub-fault (Changyi-Dadiansub-fault); 19.石门山断裂（安丘一莒县断裂）Shimenshan sub-fault (Anqiu-Juxian sub-fault); 20.沂水一汤头断裂Yishui-Tangtou sub-fault; 21.五河一合肥断裂（鄘部一葛沟断裂）Wuhe-Hefei sub-fault (Tangwu-Gegousub-fault). Fig. 4 The tectonic model of the Jiashan-Lujiang segment of Tan-Lu fautt zone and its djacent areas in early Cretaceous

池河-太湖断裂西侧各条断裂主要呈现断陷活动特征，称为伸展断裂体系，主要活动范围为池河-太湖断裂以西、五河-合肥断裂和石门山断裂一带，称为伸展活动区，在合肥盆地大桥凹陷、肥东凹陷呈现为半地堑结构，沉积了响导铺组，沿池河-太湖断裂呈北东向展布，该伸展区向北继续延伸，通过嘉山盆地与沂沭断裂带相连^{[19, 23]}（图 4），向北伸入渤海湾盆地.

本文依据高精度的大地电磁（EMAP）、人工地震剖面，辅以磁异常资料，精细解剖了郯庐断裂嘉山-庐江段深部结构，认为该段由多条断裂组成，具有横向分区的特征，以池河-太湖断裂为界，东侧主要呈现走滑活动特征，包括池河-太湖断裂（隐伏）、古河-散兵断裂（隐伏）和嘉山-庐江断裂等深大断裂及多条浅层逆冲断裂，只有嘉山-庐江断裂出露地表，剖面呈现巨型正花状结构，以走滑活动为主，主要波及范围在池河-太湖断裂和古河-散兵断裂之间.西侧主要表现伸展活动特征，在定远县附近包括石门山断裂、五河-合肥断裂和池河-太湖断裂（浅层）等伸展断裂，往南其中2条断裂伸入合肥盆地而尖灭，只有池河-太湖断裂（浅层）继续南延为合肥盆地的东部边界，呈现半地堑结构，以断陷活动为主，主要波及范围为池河-太湖断裂以西、五河-合肥断裂和石门山断裂一带.

总上所述，郯庐断裂带由走滑向伸展转变过程中不仅形成了不同的断裂体系和深部构造特征，而且其活动位置、波及范围等也明显不同，目前郯庐断裂带表现出的地质-地球物理-地球化学综合异常带应当是走滑和伸展活动复合作用的结果，前人的“裂谷论”和“平移论”之分歧是因其对研究对象所处的空间位置等不同而导致的.目前郯庐断裂带表现出来的地质构造--地貌格局主要与断陷活动有关，在地面伸展活动构造特征十分明显，广大学者已经对其进行了深入而系统的研究；而东侧的走滑构造因后期改造和第四系覆盖而在地面表现不明显、研究程度较低，本文提出的走滑和伸展横向分区的认识，可为融合不同地质现象、解决分歧提供一条学术讨论思路.

本文得到郝天珧研究员和万天丰教授的精心指导和斧正，并受益于审稿专家和合肥盆地研究学者提出的富有建设性建议，在此表示诚挚的感谢.