磁縣大名斷層分段特征及活動性

許華明,周 斌,耿師江,侯平舒,李廣勇

(1.中國石油大學博士后流動站,北京 102249;

2.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;

3.中國地震局地質研究所,北京 100029;

4.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司采油六廠,濮陽 274511;

5.中國石油化工股份有限公司河南油田分公司采油一廠,南陽 463731)

磁縣大名斷層分段特征及活動性

許華明1,2,周 斌3,耿師江4,侯平舒4,李廣勇5

(1.中國石油大學博士后流動站,北京 102249;

2.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;

3.中國地震局地質研究所,北京 100029;

4.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司采油六廠,濮陽 274511;

5.中國石油化工股份有限公司河南油田分公司采油一廠,南陽 463731)

根據(jù)邯鄲市活斷層探測的最新資料,結合野外調查和石油地質的研究成果,對磁縣—大名斷層的分段性進行了研究;根據(jù)探槽開挖及測年結果的分析,對其活動性進行了討論。研究結果顯示,磁縣—大名斷層從東向西可分為3段:大名—臨漳段、磁縣—峰峰段和南山村—岔口段,3段呈左階展布。研究表明:磁縣—峰峰段晚更新世以來沒有活動的證據(jù);西段活動性較強;大名—臨漳段沿線有多次中強震發(fā)生,其活動性有待進一步研究。由于上覆沉積層的影響,磁縣—峰峰段未見明顯的地表破裂帶,因沉積物厚度逐漸減薄而表現(xiàn)為上斷點由東向西逐漸變淺,在南山村—岔口段表現(xiàn)為明顯的地表破裂帶。

磁縣—大名斷層;斷層分段;活動性;地表破裂帶;磁縣地震

0 引言

華北平原有兩條活動較強烈的NWW向地震帶,北部沿張家口—蓬萊斷裂帶一線分布,南部沿磁縣—大名斷層一線分布,在兩條地震帶之間歷史上發(fā)生過多次強震。至今一些研究者已對張家口—蓬萊斷裂帶的構造特征、活動性、分段性、地震活動特征及發(fā)震構造進行了較為深入的研究[1-5]。而對于南部的磁縣(大名斷層,有些研究者對磁縣地震的地表破裂帶、磁縣地震與該斷層的關系及斷層活動性開展了較多調查和研究工作[6-10]。一般認為,磁縣—大名斷層通過邯鄲凹陷南部(圖1),自東向西穿越整個渤海灣盆地至太行山隆起中部,橫亙2個構造單元,走向NWW,傾向N,傾角較陡,為一高角度正傾滑斷層,其長度大于120km,在臨漳以東構成北部的臨清坳陷與南部的內(nèi)黃隆起之間的邊界斷層,是中生代以來長期發(fā)育的一條邊界斷層。

由于磁縣—大名斷層大部分地處平原隱伏區(qū),受資料所限,前人對該斷層的分段特征及第四紀活動性尚未得到系統(tǒng)認識,從而影響了對華北平原強震構造特征的綜合分析?！昂惢顢鄬犹綔y與地震危險性評價及市區(qū)震害預測工程"項目研究,著重對邯鄲凹陷內(nèi)活動斷層進行淺層地震探測、地震臺陣深部探測及跨斷層鉆孔探測,獲取了大量探測資料,從而可對盆地內(nèi)構造特征及斷層活動性進行更深入地研究,為磁縣—大名斷層的分段提供了依據(jù)。

1 磁縣—大名斷層平面展布及分段特征

NWW向的磁縣—大名斷層通過邯鄲凹陷南部,邯鄲凹陷東西兩側受NNE向太行山山前斷層和邯鄲東斷層(也有研究者稱之為臨漳斷層)控制(圖1)。在臨漳以東,磁縣—大名斷層構成北部臨清坳陷與南部內(nèi)黃隆起之間的邊界斷層,并在朝城鎮(zhèn)以北與聊蘭斷層相交。在臨漳以西,斷層穿過鼓山斷束延伸至涉縣境內(nèi),并可能繼續(xù)西延,與晉獲斷層相交[8]。

經(jīng)對華北盆地南部隱伏區(qū)石油地質資料揭示的盆地構造、地表活斷層調查,隱伏區(qū)淺層地震探測以及磁縣—大名斷層地震活動分布特征的研究,將磁縣—大名斷層劃分為3段,東段為大名—臨漳段,以隱伏斷層及中強震沿斷層附近斷續(xù)分布為特征;中段為磁縣—峰峰段,以隱伏斷層和控制地貌發(fā)育為特征;西段為南山村—岔口段,以部分地區(qū)出現(xiàn)1830年磁縣地震地表破裂帶為特征,總體表現(xiàn)出基巖區(qū)山體和山脊被錯斷的地貌現(xiàn)象。磁縣—大名斷層東段、中段和西段在走向上不連續(xù),整體呈左階型排列(圖 1、圖 2)。

1.1 南山村—岔口段

南山村—岔口段的研究程度較高,確認為1830年磁縣地震的地表破裂帶,呈右階展布(圖2),具有左旋特征[7,10](圖3)。

圖1 磁縣—大名斷層展布特征(QX90-355剖面解釋見圖5)圖

圖2 磁縣—大名斷層分段特征及定位圖

圖3 磁縣—大名斷層西段南山村附近錯斷山脊的照片(鏡向280°)及地質圖

南山村—岔口段斷層近東西走向,傾向N-NW,傾角70°～80°,全長35km。又可再分為岔口斷層及南山村斷層2段。南山村斷層地表出露約5km,橫切NNE向鼓山山脈。岔口斷層總長16km,東端始于陶泉盆地西側,向西連續(xù)延伸經(jīng)北王莊至涉縣甘泉村,往西斷續(xù)延伸至清漳河西岸席家村南山(圖2)。

1.2 磁縣—峰峰段

該段自峰峰礦區(qū)石橋鎮(zhèn)北起,經(jīng)西固義村、東武仕水庫南、張家店村南,延入磁縣城區(qū),總體呈NWW-SEE 向 ,傾向 NNE,傾角 60°～ 70°,全長21km左右(圖2)。

在張家店以西,該斷層明顯表現(xiàn)出南高北低的地貌特征,其中石橋鎮(zhèn)以北、東武仕水庫以南為磁縣—大名斷層中段地貌特征最明顯的區(qū)段。

在東武仕水庫南側臺地上較普遍分布第四紀早期礫石層,北側為東武仕水庫所在的第四紀沉積洼地,陡坎較為明顯,呈南高北低的地貌特征,未見左旋的證據(jù)。張家店以東,磁縣—大名斷層向東隱伏于開闊的平原中。

由新清流村至磁縣縣城東,淺層地震剖面解釋的斷點埋深具有由淺變深的規(guī)律,其中新清流村剖面cx01上斷點埋深約5.5m,cx02剖面上斷點埋深約35m,cx03剖面上斷點埋深約81m(圖4),上述測線所反映的上斷點埋深變化表明,磁縣—大名斷層中段在隱伏區(qū)的破裂由東向西逐漸接近地表。

1.3 大名—臨漳段

該段位于臨漳以東的華北平原隱伏區(qū)中,是劃分內(nèi)黃隆起和臨清坳陷的邊界斷層。根據(jù)石油地質資料,該斷層段位于成安低凸起以東,走向呈NWW向 ,長 63km 以上 (圖 1),傾向 NE,傾角 50°～60°(圖 5)。

圖43 條淺層地震勘探剖面反映出的磁縣—大名斷層形態(tài)圖(時間剖面1cdp=1.5m)

大名—臨漳段表現(xiàn)為鏟式斷層,斷層下盤(內(nèi)黃隆起)內(nèi)部沒有明顯的斷面波和反射層。從剖面上看,該段斷層切穿新近系以下地層,斷入基底,石炭紀—二疊紀地層被明顯斷開,落差約3000～7000m(圖5),斷層控制丘縣凹陷白堊紀和古近系的沉積。由此可以推斷該段斷層形成于三疊紀,與內(nèi)黃隆起同步形成,這也和渤海灣盆地NW-NWW向構造格局形成于印支期相吻合[11]。白堊系—古近系的巨厚沉積表明在此時期斷層強烈裂陷活動,而古近系與新近系之間的角度不整合表明裂陷作用在古近紀末期已經(jīng)開始衰退。在斷層下盤,除局部外,普遍缺失古近系和中生界。在斷層上盤,古近系及中生界地層發(fā)育完整,厚度在3000m以上,三疊紀—白堊紀地層與下伏奧陶紀灰?guī)r明顯呈不整合接觸。

2 與北東向斷層的交切關系

圖5 邯鄲東南QX90-355石油地震解釋剖面圖(剖面位置見圖1,據(jù)華北油田,1999)

如前所述,NWW向磁縣—大名斷層主要錯斷石炭紀—二疊紀(C-P)及以上地層,石炭紀—二疊紀地層厚度穩(wěn)定,說明斷層的形成時間在三疊紀時期。而NE或NEE向斷層主要形成于古近紀,明顯控制古近紀地層沉積[11]。地層以裂陷作用為主,主要表現(xiàn)為垂向斷錯,呈現(xiàn)出西薄東厚的現(xiàn)象,說明斷層具有明顯的同沉積特征。

因此在新近系沉積以前,NE或NEE向斷層明顯切斷NWW向斷層,并控制其后的沉積作用。而在新近系及第四系沉積時,在NEE向擠壓應力場的作用下,NWW向斷層重新以左旋方式相對運動。

在臨漳西附近,cx04淺層地震測線(位置見圖2)在200m埋深以內(nèi)地層中未發(fā)現(xiàn)有斷點。圖1的斷層組合根據(jù)石油地質資料解釋結果編制而成,在新近系以下的地層中不存在NWW向斷層,說明磁縣與臨漳之間的斷層互不相連,磁縣(大名斷層中段,過磁縣縣城東后未再向臨漳延伸,推測止于太行山山前斷裂的分支斷裂上(圖1、圖2)。

3 斷層活動性分析

3.1 南山村—岔口段

(1)地形地貌證據(jù)

該段斷層在磁縣西峰峰礦區(qū)南山村附近錯斷基巖山體,形成一條近EW方向延伸、南高北低、高差約100m的基巖斷層陡崖,并切割了該處的NNE向斷層,左旋水平位移300～400m,垂直位移40～60m,斷層顯示左旋走滑和正斷活動特征,證明磁縣(大名斷層西段活動性較強,在NNE向斷層構造形成之后有過多次活動。

(2)測年結果分析

在南山村內(nèi),斷層帶上盤(北盤)距主斷層以北約200m處,發(fā)育有平行于主斷層的次級斷層,該次級斷層傾向南,為逆斷層性質,斷層錯斷了二疊系砂頁巖,并使斷層頂部覆蓋的晚第四紀坡洪積層發(fā)生了變形(圖6)。

在斷層上斷點第四系覆蓋層的下部取熱釋光年齡測定,年齡值為距今49.83ka±4.24ka。在地貌上,該斷層形成近1m的近東西向地貌陡坎,表明該次級斷層晚第四紀以來有過活動,相應也證明同期主斷層也有過活動。

圖6 磁縣—大名斷層南山村次級斷層剖面

3.2 磁縣—峰峰段

(1)新清流村探槽開挖

依據(jù)淺層地震探測(cx01)、跨斷層鉆孔聯(lián)合解釋剖面,結合地貌特征,在峰峰礦區(qū)新清流村附近的農(nóng)田里開挖一個南北向大型探槽,探槽南壁中部位置坐標為 114°13.610″E,36°24.567″N(圖 2,圖 7)。

由上至下開挖探槽地層共分為3層,即全新世地層(Qh)、上更新統(tǒng)(Qp3)和二疊紀地層;其中全新世地層(Qh)以耕植土為主;上更新統(tǒng)(Qp3)由5層沉積層組成,主體為褐色粉砂質粘土和砂礫層透鏡體、下部為磚紅色(風化殼之上)的砂質粘土或含砂礫粘土;紫紅色二疊系砂巖風化殼較薄,二疊紀地層以紫色粉砂巖、砂巖為主;在先存斷層陡坎的上盤,上更新統(tǒng)(Qp3)發(fā)育較厚,沉積較為復雜。

圖7 峰峰礦區(qū)新清流村探槽西壁剖面示意圖

根據(jù)獲得的8個光釋光(OSL)測年有效數(shù)據(jù),對地層進行劃分。其中,全新統(tǒng)獲得1個0.8ka±0.1ka的OSL測年數(shù)據(jù),沉積時限小于0.012Ma;上更新統(tǒng)(Qp3)獲得7個OSL測年數(shù)據(jù)(分別為16.5ka±1.4ka、26.6ka±3.2ka、23.2ka±1.9ka、22.9ka ±2.0ka、28.5ka ±2.4ka、27.5ka±2.3ka、33.0ka ±2.8ka),年代界限均介于 0.012～0.128Ma之間(表 1)。

表1 新清流村開挖探槽光釋光年代學測試結果表

(2)活動性評價

根據(jù)開挖探槽的樣品測年結果,6號、7號樣品年齡值接近,比3號、4號樣品的年齡值大2000～4000a,符合正常的沉積特征,即沒有明確的證據(jù)證明該段錯斷晚更新世底界。三個崩積楔(W1、W2、W3)與斷層為正常的沉積接觸關系,每個崩積楔之間有水平沉積砂礫層沉積。結合淺層地震剖面對上斷點的解釋結果,可以確定上斷點最新活動時間應老于晚更新世(Qp3)(圖7),因此磁縣—峰峰段為晚更新世以來不活動斷層。

3.3 大名—臨漳段

該段上斷點斷錯至古近系頂,埋深1200m左右,新近紀及第四紀地層沉積穩(wěn)定(圖4)。但該段斷層沿線是一條活動較強的地震帶,沿該斷層附近,已發(fā)生較大的地震為344年臨漳5～6級地震、953年大名 43/4級地震 、1654年朝城 51/2級地震 、1889年大名5級地震、1968年大名 4.2級地震、1970和1977年磁縣4.5級地震,等震線為NWW向;近年來沿該斷層常有4級以下地震活動[12]。

從斷層附近的震中分布圖(圖1)來看,震中分散,沒有明顯的群集性,無法證實地震與斷層之間的關系,但說明該斷層深部可能存在發(fā)震構造,限于資料,目前對其活動性尚不能做進一步研究。

3.4 1830年磁縣地震對斷層各段的影響

刁桂苓[13]用現(xiàn)今小地震對1830年磁縣地震的震源斷層進行了研究,認為震源斷層位于小震的優(yōu)勢層位,其深度為15km左右。

韓竹軍[14]認為,當活斷層埋深大于60m時,已不可能在地表產(chǎn)生破裂。磁縣震中位置位于東武仕水庫(圖1)。根據(jù)實際探測結果及野外露頭揭露,磁縣—峰峰段東武仕水庫附近沉積有厚度較大的礫石層,為第四紀沉積洼地內(nèi)的疏松沉積層?？赡芤驗閿鄬由喜坑休^厚的第四紀沉積物,故在1830年磁縣地震震中區(qū)未見明顯的地表破裂帶,由東向西,因沉積物厚度逐漸減薄而表現(xiàn)為上斷點逐漸變淺。而南山村—岔口段有明顯的地表破裂帶。由于東段地處平原隱伏區(qū),斷層之上有巨厚沉積,該次地震對大名—臨漳段斷層的影響應該更小。

4 分段特征與依據(jù)

綜合磁縣—大名斷層各段的幾何結構和晚第四紀活動的特征,可以歸納出分段依據(jù)[15,16]:其一,根據(jù)其幾何形態(tài)與結構特征,斷裂可劃分為3段;其二,在活動構造地貌特征上,這3段也存在一些比較明顯的差異:斷裂最西段發(fā)育基巖斷層崖,中段從地形地貌上有所表現(xiàn),東段則處于平原隱伏區(qū),具有一定的地震活動性。磁縣—大名斷層的分段活動特征見表2。

表2 磁縣—大名斷層分段特征及各段參數(shù)表

5 結論

(1)根據(jù)地震活動特征及斷層活動性可將磁縣—大名斷層分為大名—臨漳段、磁縣—峰峰段及南山村—岔口段3段,3段呈左階展布;

(2)南山村—岔口段表現(xiàn)為多條右階地表破裂帶,為1830年磁縣地震的主破裂帶,有明顯的地表破裂;磁縣—峰峰段由東到西上斷點埋深逐漸變淺,最淺處僅為4～5m;大名—臨漳段上斷點埋藏較深,在1200m左右。

項目成果中凝結了中國地震應急搜救中心曲國勝總工、李巖峰博士,中國地質大學(北京)陳建強教授及天津城市建設學院趙瑞斌教授的諸多建議;在成文過程中,采用了活斷層分布圖(1∶50000)部分資料;在對所挖探槽的分析過程中,相關專家提供了諸多意見,在此一并表示感謝。

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Segmentation Characteristics and Activity of Cixian-Daming Fault

XU Hua-ming1,2,ZHOU Bin3,GENG Shi-jiang4,HOU Ping-shu4,LI Guang-yong5
(1.China University of Petroleum;Beijing 102249,China;
2.Institute of Petroleum Exploration and Development,Sinopec,Beijing 100083,China;
3.Institute of Geology,China Earthquake Administration,Beijing 100029,China;
4.Zhongyuan Oilfield Division Company of Sinopec,274511,China;
5.Henan Oilfield Division Company of Sinopec,463731,China)

Based on analysis of the latest data obtained from the project of active fault surveying in Handan city,combined with field investigation and the explanation of seismic profile from oilfield,the segmentation of Cixian-Daming fault is studied.According to analysis of digging trench and testing sample’s age,we discuss the activity of Cixian-Daming fault.It is shown that Cixian-Daming fault is divided into 3segments,which are Daming-Linzhang segment,Cixian-Fengfeng segment and Nanshancun-Chakou segment.It can be deduced that the activity of middle segment of Cixian-Daming fault is steady since late Pleistocene based on the result of sample’s ages,while the activity of west segment is active based on topography investigation and the latest study,which was surface fracture belt formed by the earthquake occurred in 1830.According to geological data of oilfield,the depth of Daming-Linzhang segment is buried deeply to 1200m.Even so,its activity should be studied because of a few earthquakes occurred along the fault.Surface fracture belt cannot be found along Cixian-Fengfeng segment for thick upper sediment.The depth of each upper breakpoint gradually turns shallow because of the thickness of the upper sediment turning thin.Therefore surface fracture belt can be easily found along Nanshancun-Chakou segment.

Cixian-Daming fault;fault segmentation;activity;surface fracture belt;Cixian earthquake

P315.2

A

1003-1375(2010)01-0001-07

2009-08-06

中國地震局、邯鄲市人民政府“十五”重點項目

許華明(1971-),男(漢族),湖北宜昌人,工程師,在站博士后,從事盆地構造演化、新構造運動與油藏工程方面的研究.E-mail:huamingxu@126.com