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1605年7月13日在海南岛北部发生了琼山M 7级地震，此次地震是南海北部陆缘地震带自1600年南澳7.0级地震和1604年福建泉州8级地震之后再次发生的7级以上地震（陈恩民等，1984），震中位于琼山县塔市附近（19.9°N，110.5°E），极震区烈度达Ⅸ度，地震之后同年再次发生4次6~6 级强余震，由野外调查及史料记载推测发震断层为NEE走向的马袅-铺前断裂和NNW走向的铺前-清澜断裂且前者为主要发震构造（陈恩民等，1989; 任镇寰等，2006; 徐锡伟等，2015）。然而，由于地震活动导致震中区附近的断层发生剧烈运动，造成东寨港百余平方千米陆陷成海，沉降幅度3~4 m（陈恩民等，1989），为断层活动性调查及发震构造的确定带来了极大的困难。尽管国内不同学者对该地区活动断层开展长期调查，由于断层处于隐伏状态且震中附近断层被海水淹没，目前对该地区断层结构、活动性及其发震构造仍难以取得共识（张虎男等，1985; 丁原章等，1988; 李玶等，1988; 陈恩民等，1989; 徐锡伟等等，2015; 刘华国等，2018a，2018b; 刘风香等，2018）。因此，通过活动断层的详细调查，特别是通过系统的钻探联合剖面以揭示隐伏活动断层空间展布及活动性参数，确定琼山M 7 级地震的发震断层，不仅对于深入了解该断裂带未来地震危险性具有重要的科学意义，对于重大工程建设也有重要的现实意义。
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海口江东新区是我国正在建设的海南自由贸易试验区的集中展示区，也是我国面向太平洋和印度洋的重要对外开放门户，意义重大。但江东新区直接位于琼山M 7 级地震震中区，且马袅-铺前断裂贯穿全区。因此，精细调查活动断裂的空间分布与运动学特征，科学评价断裂的地震危险性，对于江东新区规划建设合理避让活动断层，预防地震等地质灾害都具有重要意义。
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为服务海口江东新区规划建设，中国地质科学院地质力学研究所活动构造调查团队在中国地质调查局项目的资助下，通过详细野外填图、地球物理探测和陆域与海域钻探验证，对江东新区活动断裂开展了专题调查和研究工作。本文将详细介绍调查获得的活动断裂空间展布、断层活动性及发震构造特征，简要分析活动断裂对江东新区建设可能产生的影响，为江东新区规划建设提供地质支撑。
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1 区域活动构造背景
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海南江东新区位于海南岛东北部南渡江以东至东寨港地区，为南海北部陆缘地震带和雷琼断陷盆地的组成部分，大地构造上位于华南地块、南海地块及印支地块交汇部位，新构造运动强烈，火山活动频繁（陈恩民等，1984）。该地区不仅受到来自印度板块的持续挤压作用，还受到来自菲律宾海板块的NWW挤压作用以及来自南海地块的侧向挤压的影响（张虎男等，1984; 黄镇国等，1994; 张进江等，1999; 张岳桥，2004），板块之间的相互作用形成东西向与北西向活动断裂带（图1a），这些断裂带调节了由于印度板块与欧亚板块碰撞导致的华南地块向南东运动与菲律宾海板块向北西运动（张培震等，2002; 张静华等，2005）。江东新区被雷琼断陷盆地边界断裂如王五-文教断裂（F10）、铺前-清澜断裂（F13）及盆地内部断裂如马袅-铺前断裂（F2）、长流-仙沟断裂（F7）及儒关村-云龙断裂（F1）等围限（图1b），断裂带的构造变形控制了地块的垂直差异升降运动、新生代火山喷发与地震活动。有史记录以来在雷琼坳陷东南部先后沿东西向马袅-铺前断裂带发生了7次5级以上地震。因此，马袅-铺前断裂带现今仍处于较强活动状态。
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马袅-铺前断裂沿琼州海峡南岸呈东西向延伸，西起马袅西侧，向东经马村、长流、琼山至铺前，走向近EW，断层为向北陡倾的正断层，陆上长约132 km。该断裂带大部分地段处于隐伏—半隐伏状态，为一条晚新生代以来长期活动的晚更新世—全新世活动断裂带（徐锡伟等，2015; 刘华国等，2018a，2018b; 李薇等，2019; 王超群等，2021）。基于断裂活动迹象，前人以长流-仙沟断裂和铺前-清澜断裂为界，将该断裂带自西而东分为马村-马袅段、塔市-长流段和铺前海滨段（李玶等，1988），平面上断裂带呈左阶雁列状展布，而单段的长度在20~35 km（徐锡伟等，2015），本文探测结果显示，雁列状展布的断层向两侧连续延伸，新厘定的马袅-铺前断裂带由马村-罗豆断层（F2-1）、海秀-东园断层（F2-2）及长流-珠溪河断层（F2-3）等3条平行展布的断层组成，构成南北宽达5 km的北倾阶梯状正断层活动断裂系（图1c）。据历史记载，沿东西向马袅-铺前断裂曾发生过1605年琼山M 7 级地震、1913年海口M 5级和1618年澄迈M 5 级地震（徐锡伟等，2015），其中琼山M 7 级地震震中烈度达Ⅸ度（陈恩民等，1989），震源深度为15 km（丁原章等，1988），地震活动导致北倾马袅-铺前断裂上盘强烈沉降，同时造成东寨港百余平方千米的区域沉降，沉降幅度3~4 m（陈恩民等，1989）。琼山M 7 级大震后同年又发生了4次M 6~6 级强余震（任镇寰等，2006; 徐锡伟等，2015）（图1c）。前人对其强余震分布位置仍有不同认识，认为余震分布于主震震中附近（徐锡伟等，2015）或迁移至雷州半岛廉江和东山岛一带NW向断裂（任镇寰等，2006）。综上所述，目前对这些活动断裂的研究程度仍然较低，尤其是缺乏断层活动的地质证据。
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2 江东新区马袅-铺前断裂第四纪活动性
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江东新区及邻区晚新生代地层不整合覆盖于前新生代变质岩或者侵入岩之上，基岩仅出露于三江东南部（图1c），活动断层穿越中更新世火山-沉积地层时形成断续分布的断层陡坎，在桂林洋和罗豆等全新世高海平面时期沉积区总体呈隐伏状态，广泛发育的晚新生代火山-沉积地层特别是全新世海相地层，为钻探揭露断层活动性提供了得天独厚的条件。钻孔联合剖面是研究隐伏断层活动特征的有效手段（向宏发等，1993; 徐锡伟等，2000; 张世民等，2008; 戚帮申等，2020）。在前期构造地貌调查和地球物理探测的基础上（曹新文等，2017; 王超群等，2021; Wang Limin et al.，2021），在江东新区及邻区布设了海口经济学院、河港村、桂林洋、高呼村和东园等5条钻孔联合剖面以揭示断层活动性（图1c）。另外，利用水文钻孔资料编制了金牛岭钻孔联合剖面（图1c）。
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Fig.1 Active tectonic map of northwestern South China Sea (a) and the northeastern Hainan Island (b, c) (the earthquake epicenter by Huang Yongyin et al., 1988; Xu Xiaofeng et al., 2017)
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2.1 钻孔岩芯地层与断层标志层特征
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江东新区及邻区地质填图及钻探显示，晚新生代地层包括中新统角尾组（N1j）与灯楼角组（N1d）、上新统海口组（N2h）、中更新统北海组（Qp2b）与多文组（Qp2d）、上更新统八所组（Qp3bs）与道堂组（Qp3d）、全新统琼山组（Qh2q）及烟墩组（Qh3y）（图1c，图2）。
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角尾组主要隐伏分布于雷琼断陷盆地及东寨港以东罗豆冲洪积平原之下，岩性为黄褐-灰-灰绿-褐红色等杂色砂砾岩、砂岩和泥岩夹玄武岩，含海绿石与植物化石，属海陆交互相沉积，厚0~50 m。灯楼角组为含海绿石的海相沉积（图2e），岩性为浅灰-灰绿色砂砾岩、砂岩夹粉砂质泥岩，厚15~40 m，受中中新世变冷事件（陆钧等，2006）的影响，局部出现厚5~20 m的含植物化石的陆相粗碎屑沉积; 海口组为滨浅海相沉积的灰—深灰色半胶结中粗砂、细砂、黏土夹数米厚的肉红、灰白或黄褐色贝壳砂砾岩（图2h），厚5~95 m，底部含贝壳砂砾岩平行不整合于灯楼角组之上（图2e、i），由于海平面下降在顶部风化形成厚0.5~3 m褐色黏土（图2d），顶部褐色黏土和底部含贝壳砂砾岩层位与厚度稳定，因此，海口组可作为断层标志层（B1）（图2d），同时，其顶底界面为判断断层是否存在的最佳标志。
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图2 海口江东新区钻孔岩芯地层与标志层特征
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Fig.2 Characteristics of strata and marker beds revealed by drill cores in Jiangdong New District of Haikou
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（a）—标志层B6与标志层B5，二者以B5顶部腐木为界;（b）—标志层B3和标志层B4，二者以B3顶部贝壳富集层为界;（c）—标志层B2与标志层B3，二者以B2顶部泥炭层为界;（d）—标志层B1与北海组，二者以B1顶部褐色黏土为界;（e）—标志层B1与灯楼角组，底以B1含贝壳砂砾岩为界;（f）—标志层B5顶部泥炭层;（g）—标志层B4和标志层B5，B4顶部以贝壳富集层为界;（h）—标志层B1中部贝壳砂砾岩;（i）—标志层B1底部含贝壳砂砾岩
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(a) —Marker beds B6 and B5, they are bounded by the rotting wood at the top of B5; (b) —marker beds B3 and B4, they are bounded by shell enrichment beds at the top of B3; (c) —marker bed B2 and marker B3, they are bounded by the peat bed on the top of B2; (d) —the marker bed B1 and Beihai Formation, they are bounded by brown clay at the top of B1; (e) —the marker B1 and Dengloujiao Formation, they are bounded by B1 conchaceous conglomerate at the bottom; (f) —the peat bed at the top of marker bed B5; (g) —the marker beds B4 and B5, they are bounded by shell enrichment bed at the top of B4; (h) —the conch conglomerate of the Middle marker bed B1; (i) —the conglomerate with conchs of the bottom of marker bed B1
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北海组出露于海口、锦山剥蚀台地和铺前以北地区或隐伏于东寨港全新世地层之下，下部为砂砾和中粗砂，上部为砖红色、黄褐色杂灰白色杂色黏土（图2d），底部玻璃陨石裂变径迹和K-Ar年龄为0.7~0.6 Ma（薛万俊，1983; 陈伟光等，1987; 孙建中等，1988; 葛同明等，1994）。多文组玄武岩分布于东寨港至南渡江地区，厚1~10 m，全岩40Ar/39Ar和K-Ar年龄为1.16~0.45 Ma（Ho Kungsuan et al.，2000; 龙文国等，2006a）。末次冰期随着海平面下降，在罗豆等地沉积厚0.5~3 m的八所组河流相灰白与灰黄色中细砂，ESR年龄64.4~18.4 ka（夏蒙蒙等，2019），而东寨港及其以西地区形成厚2~8 m含贝壳海相沉积。道堂组玄武岩广泛分布在南渡江以西地区，时代为中晚更新世（龙文国等，2006b），厚5~278 m。末次冰期最盛期由于海平面大幅度下降，琼州海峡及其东寨港地区迅速从海洋变成陆地，期间缺失沉积，河流强烈下蚀形成古三江河。中晚更新世地层与火山岩厚度横向变化较大，不宜作为断层标志层。
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全新世地层是判断断层活动性的重要标志层。随着冰期的结束，南海海面从16.7 ka BP开始上升，在11~8.5 ka BP期间随着琼州海峡的贯通（姚衍桃等，2009），在东寨港形成半封闭的潟湖环境，海水沿古三江河及断层活动形成的断塞塘入侵形成厚10~18 m的滨海沼泽相-潟湖相沉积（图2b、c）。海平面上升后在东寨港及邻区沉积了可用于判断断层活动性的标志地层，其中万宁组富含植物残体的河流-沼泽相与上覆琼山组海相地层整合接触（图2c），形成肉眼可识别的地层标志（B2），研究表明，南海北部全新世海侵过程中曾出现两次短暂的海平面下降（Liu Chunlian et al.，2013），由于海平面的下降在琼山组中下部淤泥质黏土层顶部形成二层厚10~15 cm稳定而连续的贝壳富集层（图2b、g），全新世中期随着高海平面结束，在琼山组上段沉积富含螺等海相化石的淤泥质黏土和粉砂质黏土，顶部普遍保留滨海沼泽相泥炭层、植物残体（图2a、f）或化石富集层。因此，以化石富集层为界可将琼山组划分为下段、中段和上段，相应地可划分出B3（下段）、B4（中段）和B5（上段）等3个标志层。因此，琼山组3个标志层为判断断层最新活动时代的重要标志层。全新世中晚期海退之后在桂林洋及罗豆地区沉积了厚1~2 m的陆相黄褐色粉砂质黏土或粉细砂，受海平面上升影响在东寨港沉积了厚1 m左右的晚全新世海相地层，为1605年琼山M 7 级地震发震构造的研究提供了理想的标志层（B6）。
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2.2 钻孔联合剖面探测结果
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2.2.1 马袅-铺前断裂带F2-1断层钻孔联合剖面
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垂直F2-1断层的钻孔联合剖面自西向东为海口经济学院剖面和河港村剖面。海口经济学院钻孔联合剖面近南北向展布，剖面长1894 m，由6个孔组成，单孔深度107.7~116 m，孔间距237~707 m（图3a）。钻孔揭露出灯楼角组、海口组、北海组、多文组、琼山组和烟墩组等地层，其中标志层为海口组（B1），该剖面位于桂林洋冲积平原与火山岩台地边缘，琼山组和烟墩组向南尖灭，不具备作为标志层条件。由B1标志层的断错解释出F2-1a和F2-1b2条断层，F2-1a断层附近B1顶底界断距分别为3.4 m和5 m，上部断错北海组和多文组，推测最新活动时代为晚更新世以来; F2-1b断层附近B1顶底界面断距分别为11.4 m和6.3 m，顶界面断距明显大于底界面断距可能与断层上盘古河流的侵蚀有关，断层上断点被多文组覆盖，断层最新活动时代应为中更新世。ZK8-5、ZK8-3、ZK8-1三个孔的N2h顶部的褐色黏土地层整体南倾，与主断层倾向相反，应为主断层活动导致的地层掀斜变形现象。河港村钻孔联合剖面北北东向展布，剖面长1459 m，由5个孔组成，单孔深度72~91.2 m，孔间距272~424 m（图3b）。钻孔揭露灯楼角组、海口组、北海组和多文组地层。由B1标志层解释出F2-1断层，断层附近B1顶底界断距分别为3.4 m和7.6 m，上部断错北海组并被多文组覆盖，野外观测到，位于东寨港西岸与钻孔剖面线东部地区的断层通过处还可见多文组火山岩台地形成南高北低的断层陡坎，位于陡坎西侧的ZK11-3孔位受东寨港海岸侵蚀影响而降低，因此推测断层最新活动时代为晚更新世。
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2.2.2 马袅-铺前断裂带F2-2断层钻孔联合剖面
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垂直F2-2断层的钻孔联合剖面自西向东为江东新区桂林洋、高呼村和东园剖面。桂林洋钻孔联合剖面位于桂林洋高山村南，剖面方向南北向，剖面长1271 m，由10个孔组成，单孔深度21~128.3 m，孔间距7~387 m。钻孔揭露地层为灯楼角组、海口组、万宁组、琼山组、烟墩组及断塞塘沉积，其中标志层为海口组（B1）、万宁组（B2）、琼山组下段（B3）、琼山组中段（B4）、琼山组上段（B5）及烟墩组（B6）。B3标志层顶部贝壳富集层3个14C校正年龄为8.8~8.4 ka BP，B4标志层顶部贝壳富集层5个14C校正年龄为8.0~7.6 ka BP，B5标志层中6个贝壳14C校正年龄为7.4~6.4 ka BP（表1），1个光释光年龄为6.8±0.5 ka，B6标志层中3个光释光年龄为6.6~5.5 ka（表2）。为显示断层第四纪以来活动细节，仅表示海拔-14 m以上的地层与构造特征（图4c），由B1标志层的断错解释出F2-2a和F2-2b2条断层。
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图3 海口江东新区马袅-铺前断裂F2-1断层海口经济学院（a）与演丰镇河港村（b）钻孔联合剖面图
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Fig.3 Geological profile across the F2-1 fault revealed by drillings at Haikou College of Economics (a) and Hegang village in Yanfeng town (b) in Jiangdong New District of Haikou
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F2-2a断层附近B1底界面在上、下盘埋深分别为-91.8 m和-88.3 m，垂直断距3.5 m。B3和B4标志层仅发育在断层上盘，B5顶界面断距（0.7 m）与八所组底界面断距（0.8 m）基本一致，指示上盘的B3和B4为侵蚀沟谷的沉积，B5和B6顶界面断距分别为0.7 m和0.3 m，断错最新地层为全新统烟墩组，尽管地表断层陡坎经过人工改造，但仍可由积水洼地显现（图4a），可见该断层为全新世活动断层，而B5顶界面断距（0.7 m）代表了最新一次地震的同震位移，该断层可能为1605年琼山M 7 级地震的发震构造。
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F2-2b断层附近B1底界面在上、下盘埋深分别为-92.7 m和-96.1 m，断距3.4 m。断层上盘全新世断层厚度明显大于下盘的厚度，说明F2-2b断层为同沉积断层，并造成上盘地层发生掀斜变形。B2标志层堆积于断层上盘，可能受全新世之前形成的断层陡坎控制，B3标志层紧邻断面显示了楔状形态，且上盘厚度明显大于下盘厚度，表明该沉积为全新统万宁组沉积之后由强震事件的断塞塘沉积，该沉积为识别断层活动的重要标志（李传友等，2010），B3和B4标志层顶界面断距分别为1.8 m和1.9 m，但B5标志层上盘厚度（4.2 m）大于下盘厚度（2.9 m），显示B4标志层沉积之后与B5标志层形成之前再次发生1次强震事件，由B5顶底界面14C校正年龄限定其形成时间为8.0~6.4 ka BP之间，顶界面断距为0.63 m，ZK5-10中B6上部发育15 cm厚的炭质黏土（图4b），但其厚度小于其他钻孔揭示的B6厚度，厚度的减薄可能与断层陡坎形成后河流的侵蚀有关，B6之上最早沉积的光释光年龄为0.4±0.1 ka的黄褐色黏土与1605年琼山M 7 级地震的发震时间完全一致，指示该沉积层为断层下降盘出现断塞塘堆积，而F2-2b断层即为1605年琼山M 7 级地震的主要发震构造。在最新地震事件中，其同震垂直位移是地表陡坎高度和事件后仅在断层下降盘沉积的地层厚度之和，此处因人工改造测量的同震垂直位移明显大于B6底界面标志层的位移值，因此，B6底界面标志层断距（0.63 m）应代表了此次地震的同震垂直位移。由地层断错和断塞塘沉积等现象，可以判断F2-2b断层全新世以来曾发生过包括1605年历史强震的3次具有明显垂直同震位移的大地震，其地震危险性不容忽视。
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图4 海口江东新区F2-2断层钻孔联合剖面图与马袅-铺前断裂地貌特征
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Fig.4 Geological profile across the F2-2 fault revealed by drillings and geomorphic feature of the Maniao-Puqian fault in Jiangdong New District of Haikou
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（a）—F2-2断层陡坎;（b）—厚约1.4 m的断塞塘沉积;（c）—F2-2断层钻孔联合剖面图
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(a) —F2-2 fault scarps; (b) —the 1.4 m thick sag pond deposit; (c) —geological profile across the F2-2 fault revealed by drillings
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2.2.3 马袅-铺前断裂F2-3断层钻孔联合剖面
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东园钻孔联合剖面位于珠溪河南侧，剖面方向南北向，剖面长2040 m，由13个孔组成，单孔深度41.2~48.4 m，孔间距26~481 m（图5）。钻孔揭露地层为角尾组、灯楼角组、海口组、八所组、万宁组、琼山组、烟墩组。由B1标志层的断错解释出F2-2a和F2-2b等2条断层，F2-2a断层附近B1顶底界面断距分别为3.8 m和6.3 m，B5标志层底部有1.8 m 位移，而顶部平整无断错，断错最新地层的14C校正年龄为7.0~6.3 ka BP的琼山组上段（表1），断层上断点被光释光年龄为5.8~3.9 ka的B6标志层覆盖（表2），由此限定断层最新活动时间为6.3~5.8 ka之间。F2-2b断层附近B1标志层断距较大，断层垂直位移造成上盘海口组与下盘角尾组及灯楼角组直接接触，由贝壳富集层及14C年龄（表1）确定的B2~B5标志层顶界面断距分别为5 m、3.3 m、1 m和0.5 m，位移自下而上逐渐增加且具有倍数关系，说明断层多次活动，断层上盘地层厚度大于下盘同层位地层厚度，也反映该断层为同沉积断层。F2-2b断层断错最新地层为烟墩组，地表可见该断层控制了珠溪河南侧支流的分布，并造成河流右旋位移，断错断层与地貌证据表明F2-2b断层为1605年琼山 M 7 级地震的发震构造。
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注: 序号1~14号样品由Beta实验室测试分析; 15~35号样品北京光释光实验室科技有限公司测试分析。
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注:南京师范大学海洋科学与工程学院实验室测试分析。
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高呼村钻孔联合剖面位于演丰高呼村及其以北东寨港内，为海域陆域联合剖面，剖面方向南北向，剖面长1663 m，由4个陆域钻孔和3个海域钻孔组成，单孔深度49~93 m，孔间距105~540 m（图6a）。钻孔揭露地层为灯楼角组、海口组、北海组、多文组、琼山组和烟墩组，其中标志层为海口组（B1）和烟墩组（B6）。由B1标志层的断错解释出F2-2断层，断层附近B1顶底界面断距分别为8.1 m和11 m，多文组火山喷发之后曾发生正断层活动并控制东寨港全新世海相沉积，其中3个14C校正年龄为8.6~5.3 ka BP（表1），由于地处潮间带环境，岩性变化大，标志层特征不明显。琼山组上覆烟墩组层位稳定，2个化石14C校正年龄为2.0~1.4 ka BP，代表了2 ka BP海平面上升后沉积，虽然不能控制断层最新活动时代，但可以说明东寨港北段在1605年地震前已经存在。根据断错断层推断F2-2断层最新活动时代在北海组沉积之后。
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图5 海口江东新区马袅-铺前断裂F2-2断层东园钻孔联合剖面图
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Fig.5 Geological profile across the F2-2 fault revealed by drillings at Dongyuan village in Jiangdong New District of Haikou
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金牛岭钻孔联合剖面位于海口金牛西侧，剖面北北东向，剖面长3275 m，由6个水文孔组成（广东省地质局海南地质大队，1979❶），单孔深193.8~370.2 m，孔间距385~1160 m。钻孔揭露地层为灯楼角组、海口组、北海组及烟墩组，海口组由下部海相沉积层和上部玄武岩组成，海相沉积层顶底界面为断层标志层，而火山岩层顶面起伏较大，仅供参考。由B1标志层判断该剖面发育2条北倾正断层（图7b），F2-3a断层附近B1顶底界面断距分别为83.5 m和68.3 m，顶界面位移大于底界面位移说明海口组火山喷发之前曾发生正断层作用并造成断层上盘遭受剥蚀，如果以下部贝壳砂砾岩作为标志层，其顶底界面断距分别为67.7 m和68.3 m，该值代表了F2-3a断层上新世期间累计垂直位移量。断层上部缺乏可靠的标志层，在金牛岭西侧海垦路CK3和CK4孔之间可见地表出现南高北低缓坡（图7b），向西追索165 m发现经人工改造后的残留约1.5 m高的断层陡坎（图7a），可能意味着北海组沉积之后断层再次发生正断层活动。北侧的F2-3b断层附近B1顶底界面断距分别为38.2 m和43.7 m，地层的断错也可能为F2-3b断层上新世活动所致。断层上部北海组的断错可能为假象，从苍头村北钻孔岩芯海口组贝壳砂砾岩中发育的断层面判断（图7c、d），海口组沉积之后曾发生过以走滑运动为主的断层活动，其西侧林海三路和桃兰村钻孔联合剖面已证实该断层最新活动时代为第四纪早期（刘华国等，2018b）。综合判断，金牛岭-珠溪河断层（F2-3）为晚新生代以来强烈活动的断层，最新活动时代为早—中更新世。
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图6 海口江东新区F2-2断层高呼村钻孔联合剖面图（a）与苍头村钻孔岩芯中断层及擦痕（b、c）
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Fig.6 Geological profile across the F2-2 fault revealed by drillings at Gaohu village (a) and the composite drilling geological section of F2-2 fault at Cangtou village (b, c) in Jiangdong New District of Haikou
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3 讨论
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3.1 关于1605年琼山M 7 级地震的发震构造
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通过野外调查和钻孔联合剖面揭露，发现马袅-铺前断裂带在通过中—晚更新世地层-火山岩地段断续发育长约80 km、高约2~3 m的北倾断层陡坎，而在桂林洋及东寨港全新世地层覆盖区形成1605年之后的断塞塘沉积及地震楔。已有研究也表明，南渡江以西的马袅-罗豆断裂西段和长流-珠溪河断裂东段存在晚更新世—全新世活动的地质证据（刘华国等，2018a; 李薇等，2019）。从琼山地震主震、余震及中强地震分布来看（图1b、c），其主要分布在铺前-清澜断裂带海秀-东园断裂（F2-3）的北侧，与断裂带展布一致。震灾调查显示琼山大地震造成NEE向展布的长达67 km的陆地沉陷带（陈恩民等，1989），沉降等值线与马袅-铺前断裂带基本吻合。目前获得的最大垂直位移量0.7~0.63 m位于海秀-东园断裂的东段桂林洋钻孔剖面（图4c），与琼山大地震震中位置接近，东园剖面垂直位移量0.5 m（图5），符合断层同震位移自震中向两端逐渐衰减规律。从新厘定的活动断层分布图可见（图1b、c），马袅-铺前断裂带陆域东西向延长132 km，其中F2-1断层长约132 km，F2-2断层长度大于50 km，向西延伸情况不清，F2-3断层长约58 km。如采用统计得出的中国东部活动断层长度（L）与地震震级的关系式（M）（董瑞树等，1993）:M =4.094+1.699 logL，估算的琼山地震震级为M 7.70级，而采用统计得出的中国东部Ⅷ度区长度与地震震级的关系式:M =4.85+1.310 logL（董瑞树等，1993），Ⅷ度区长度按最小值155 km估算（陈恩民等，1989），琼山地震的震级为M 7.72级，与前人给出的M 7~8级（陈恩民等，1989）基本一致。这表明马袅-铺前断裂带为琼山M 7 地震的发震构造。
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图7 海口江东新区F2-3断层钻孔联合剖面与马袅-铺前断裂特征
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Fig.7 The composite drilling geological section of F2-3 fault and fault characteristics of the Maniao-Puqian fault in Jiangdong New District of Haikou
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（a）—F2-3断层金牛岭陡坎;（b）—F2-3断层金牛岭钻孔联合剖面图;（c）和（d）—苍头村钻孔岩芯中断层及擦痕
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(a) —F2-3 fault scarp at Jinniuling; (b) — F2-3 fault composite drilling geological section at Jinniuling; (c) and (d) —fault plane and slickensides in the drill core at Cangtou village
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3.2 关于14C和光释光（OSL）两种测年结果的一致性
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断层断错地层特别是晚更新世以来地层的确定是鉴定断层活动性的重要依据，14C同位素测年和光释光（OSL）测年是晚第四纪地质研究中最常用的测年方法，两种测年方法的互补可以很好地限定晚更新世以来地层和构造事件层的年代。江东新区位于琼州海峡南侧，地势平坦，晚更新世以来的海相沉积和含大量细粒石英的陆相沉积交替出现为马袅-铺前断裂调查及活动时代年代学测试提供了得天独厚的条件。由表1和表2可见，由14C校正年龄限定的江东新区琼山组地层年龄为8.8~6.4 ka BP，其上覆烟墩组OSL年龄6.6~5.5 ka，二者基本连续沉积，除Y5-1-1样品OSL年龄（6.6±0.5 ka）略大于下伏琼山组地层年龄之外，其余均小于琼山组海相地层结束年龄，同时，琼山组Y5-6-2样品OSL年龄（6.8±0.5 ka）与琼山组三段形成时间吻合，由此说明两种测年结果在误差范围内基本一致且可以较好地约束地层与断层活动时代。东园钻孔联合剖面中全新世地层14C和OSL测年结果也具有沉积时间的一致性，其中万宁组14C和OSL年龄为12.6~9.4 ka，琼山组14C校正年龄（8.8~6.4 ka BP）与江东心区基本一致，烟墩组OSL年龄（5.8~3.9 ka）。综上所述，14C测年和OSL测年结果具有较好的一致性，为精确限定断层最新活动时代提供了高精度的年代学数据。
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3.3 江东新区活动断层避让建议
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大量地震现场考察和实验研究表明，活动断层的危害主要来源于发震断层的同震地表破裂和错动造成的直接毁坏及活动断层近场强地面运动及其震动的破坏（徐锡伟等，2002）。地面建筑物避让避开能够直接产生地表破裂的同震错动面及其附近的地质变形带是有效减轻地面建筑物破坏最有效的措施。基于同震地表破裂的上盘效应、断层破坏带宽度、同震地表破裂与建筑物的破坏关系的调查与研究，国内外学者统计得出了走滑型、逆断和正断型等不同类型活动断裂的避让距离（徐锡伟等，2002，2016; 张永双等，2010a，2010b，2019; Boncio et al.，2012）。东西向横穿江东新区的马袅-铺前断裂为具有发生大地震潜力的活动断裂带，其中F2-1和F2-2两条活动断层对江东新区规划建设均具有不同程度的影响。根据江东新区规划方案，南部的临空产业园、中部的桂林洋国家热带农业公园、东部的东寨港自然保护区和北部滨海旅游度假区受活动断层影响不大，但活动断层主要影响位于活动断裂带附近的生活区和高校区等建筑物需要合理避让晚更新世—全新世活动断层。
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4 结论
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综合江东新区及邻区活动断裂的钻探揭露与分析结果，得出以下主要认识:
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（1）马袅-铺前断裂带由马村-罗豆断层（F2-1）、海秀-东园断层（F2-2）及长流-珠溪河断层（F2-3）等3条平行展布的正断层组成，陆域部分全长约132 km，总体呈NEE走向，NNW向陡倾，南渡江以西地表破裂形迹和断层陡坎发育，江东新区主要呈隐伏状态，运动方式以正断为主兼右旋走滑。F2-1断层最新活动时代为晚更新世，F2-2断层最新活动时代为全新世，F2-3断层最新活动时代为早—中更新世。
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（2）沿马袅-铺前断裂带的分支断层——海秀-东园断层（F2-2）发育的断塞塘堆积与地震楔指示该断层为1605年琼山M 7 级地震的发震构造，琼北及江东新区M 5级以上强震受该断层控制。
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（3）马袅-铺前断裂带穿越江东新区规划建设区，位于活动断裂带附近的生活区和高校区等建筑物需要合理避让晚更新世—全新世活动断层。
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（4）鉴于穿越江东新区的琼山M 7 级地震的发震构造区域分布及活动性研究程度较低，建议沿该断裂带开展更大范围的精细活动断层探测工作，为客观评价马袅-铺前断裂带的地震危险性和活动断层避让距离提供科学依据。
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致谢:光释光年龄在南京师范大学测试完成，14C年龄在Beta实验室和北京光释光实验室测试完成，在此一并表示感谢。
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注释
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摘要
1605年7月13日在海南琼山发生的M 7 
级大地震为南海北部陆缘地震带破坏性最大的一次地震,这次地震造成琼北海岸带大面积沉陷与东寨港100余平方千米的陆陷成海,地震震中与强烈沉降区均位于目前正在规划建设的海口江东新区。构造地貌调查与钻孔联合剖面揭露表明,分布于江东新区的马袅-铺前断裂带由马袅-罗豆断层(F2-1)、海秀-东园断层(F2-2)及长流-珠溪河断层(F2-3)3条NEE向平行展布的北倾正断层组成,陆域全长约132 km,呈隐伏—半隐伏状态,总体表现为正断性质,局部兼右旋走滑。其中F2-1断层长约132 km,第四纪以来断层垂直位移3.4~14.8 m,最新活动时代为早—中更新世;F2-2断层长度大于50 km,全新世以来断层垂直位移1.8~3.3 m,最新活动时代为全新世,根据地震楔及断塞塘堆积判断F2-2断层为琼山M 7 级地震的发震构造;F2-3断层长约58 km,上新世地层垂直位移112 m,最新活动时代为早—中更新世。结合马袅-铺前断裂带的最新活动时代及其与琼山M 7 地震的关系,提出了江东新区规划建设及建筑物避让活动断层的建议。
Abstract
The 1605 Qiongshan M 7 earthquake in Haikou, Hainan Province was the most destructive earthquake in the northern continental margin of the South China Sea. The earthquake caused massive subsidence and over 100 km2 of land sank into the sea in the coastal zone of the Dongzhai Harbor area. The earthquake epicenter and strong subsidence area is located in the Jiangdong New District (JND) of Haikou which are now in the planning and construction of Hainan Province. The systematic investigation of tectonic landform and composite drilling geological section revealed that the Maniao-Puqian fault (MPF) zone in the JND is composed of three north-dipping normal faults parallel to NEE i.e. the Maniao-Luodou fault (F2-1), the Haixiu-Dongyuan fault (F2-2) and the Changliu-Zhuxihe fault (F2-3). The total length of the fault zone is about 132 km, which is complete or partially hidden. The overall performance is a normal fault, and the right lateral strike slip is the local segment. The length of the F2-1 is ~132 km with vertical displacement ranging from 14.8 m to 3.4 m since Quaternary,the latest active age of the fault is about late Pleistocene. The length of the F2-2 is more than 50 km with vertical displacement between 3.3 m to 1.8 m during the Holocene,the latest active age of the fault is Holocene. According to the seismic wedge and fault sag-pond accumulation, it is determined that the F2-2, a branch fault of the MPF zone, is the seismogenic structure of the M 7 Qiongshan earthquake. The length of the F2-3 is~58 km with vertical displacement of 112 m since Pliocene, the latest active age of the fault is between early and middle Pleistocene. The redefinition of the MPF zone structure, the latest active age of the fault and the determination of the seismogenic structure of the Qiongshan M 7 earthquake are of great significance for the planning and construction of JND of Haikou and the avoidance of active fault for general or particular structure and building in this area.
