對(duì)1976年河北唐山MS 7.8地震地表破裂帶展布及位移特征的新認(rèn)識(shí)

郭 慧 江娃利 謝新生

(中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085)

對(duì)1976年河北唐山MS7.8地震地表破裂帶展布及位移特征的新認(rèn)識(shí)

郭 慧 江娃利 謝新生

(中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085)

1976年河北唐山MS7.8地震發(fā)生之后，諸多資料報(bào)道了唐山市南側(cè)展布的長8～11km的地震地表破裂帶。該地表破裂帶由10余條NE方向、具右旋走滑特征的地表破裂呈左階形式組成，總體走向N30°E，最大右旋位移2.3m，多數(shù)地段的垂直位移為0.5～0.7m。近年有學(xué)者提出，在更大范圍內(nèi)出現(xiàn)的地表破壞現(xiàn)象。分辨這些地表破壞現(xiàn)象構(gòu)造屬性的有效途徑是，采用地質(zhì)學(xué)的方法揭示地表破裂兩側(cè)的地層分布及其位移特征。在分析前人資料和對(duì)唐山地震地表破裂遺跡開展調(diào)查的基礎(chǔ)上，在唐山市南側(cè)31km范圍內(nèi)，選擇3個(gè)具有唐山地震地表破裂現(xiàn)象的地點(diǎn)實(shí)施了鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)，并在其中一個(gè)地點(diǎn)實(shí)施了開挖探槽。這3條鉆孔測(cè)線相距4km及27.5km，共鉆孔28個(gè)，總進(jìn)尺1 217m，采集了51個(gè)地層樣品進(jìn)行年代測(cè)試，其中包含7個(gè)14C測(cè)年樣品。調(diào)查結(jié)果表明，這3條鉆孔測(cè)線揭示出，地表之下20～60m沖積平原黏土和粉細(xì)砂地層與濱海平原淤泥質(zhì)黏土和粉砂互層的地層斷錯(cuò)現(xiàn)象。這些地層的斷錯(cuò)特征是隨著深度加大地層斷錯(cuò)量值呈現(xiàn)單次位移量的倍數(shù)增加。孫家樓探槽開挖證實(shí)了孫家樓鉆孔揭示的斷層存在。由此表明1976年唐山MS7.8地震的地表破裂帶向南可延伸至豐南縣西河以南，總長度＞47km。這次大地震是晚第四紀(jì)曾發(fā)生多期位移事件的唐山斷裂帶的最新活動(dòng)。該地震地表破裂帶的位移特征是北段以右旋走滑為主，兼有西升東降垂直位移;南段以東升西降的傾滑活動(dòng)為主，兼有右旋走滑活動(dòng)。這種位移特征不能單獨(dú)用斷層的逆沖或正傾滑活動(dòng)給予解釋，而是斷裂帶右旋走滑位移場(chǎng)的體現(xiàn)。將該項(xiàng)研究獲得的唐山地震地表破裂帶的展布及活動(dòng)方式與唐山地震后依據(jù)形變資料展示的唐山地震垂直位移場(chǎng)和水平位移場(chǎng)進(jìn)行比對(duì)，顯示了兩者之間空間位置及運(yùn)動(dòng)方式的吻合。此外，文中根據(jù)該地區(qū)地質(zhì)斷裂的平面分布及剖面特征，討論了唐山強(qiáng)震構(gòu)造與該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，提出了應(yīng)進(jìn)一步開展哪些調(diào)查工作的建議。

地表破裂帶 鉆孔 探槽 唐山地震 發(fā)震構(gòu)造

0 引言

1976年7月28日唐山MS7.8地震造成了慘重的人員傷亡(傅征祥等，2005)，究其主要原因，除地震震級(jí)高、釋放能量大之外，還與地震發(fā)生在人口密集而又缺乏防震抗震意識(shí)的較大工業(yè)城市有關(guān)①國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)，1976，關(guān)于唐山鋼廠新廠區(qū)地震基本烈度意見，中國地震局地殼應(yīng)力研究所檔案室編號(hào)P315.912。。唐山市建筑物缺少抗震設(shè)防受到當(dāng)時(shí)對(duì)唐山地域地震構(gòu)造認(rèn)識(shí)的制約。在1966年河北邢臺(tái)MS7.2地震之后，北京及周邊地區(qū)已開始地震地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查(李四光，1977)。在1976年唐山地震以前，雖有研究人員依據(jù)唐山東側(cè)的灤縣地域在歷史上曾發(fā)生2次M6?地震，注意到該區(qū)未來仍有發(fā)生同等震級(jí)地震的可能，但對(duì)唐山市未來發(fā)生7級(jí)以上強(qiáng)震的危險(xiǎn)性缺少認(rèn)識(shí)①中國科學(xué)院地質(zhì)研究所，1970，京津唐地區(qū)地震地質(zhì)特點(diǎn)及地震危險(xiǎn)區(qū)的探討，中國地震局地殼應(yīng)力研究所資料室編號(hào)00463。。如今，盡管唐山地震已過去34年，由于平原區(qū)地震構(gòu)造的隱蔽性，對(duì)唐山地震的發(fā)震構(gòu)造仍存在諸多疑問。加強(qiáng)對(duì)唐山地震發(fā)震構(gòu)造的調(diào)查，對(duì)揭示華北平原隱伏發(fā)震構(gòu)造的特征仍具有啟示意義。

唐山地震以后，眾多學(xué)者對(duì)該次地震的形變特征、震源破裂參數(shù)(陳運(yùn)泰等，1979;Butler等，1979;李欽祖等，1980;張之立等，1980;黃立人，1981;張祖勝等，1981;謝覺民等，1984)、地表破裂帶展布(虢順民等，1977;王景明等，1981;楊理華等，1982;杜春濤等，1985)、唐山地區(qū)第四紀(jì)斷裂活動(dòng)和發(fā)震構(gòu)造(馬瑾等，1980;強(qiáng)祖基等，1982;桂焜長等，1987)、唐山市古地震現(xiàn)象(王挺梅等，1984)、深部構(gòu)造以及唐山斷裂帶的淺層人工地震探測(cè)結(jié)果(李建華等，1998;郝書儉等，2001;尤惠川等，2002)展開了討論，構(gòu)建了對(duì)唐山地震發(fā)震構(gòu)造的基本認(rèn)識(shí)。其中，有關(guān)唐山地震形成的地表破裂帶，多數(shù)調(diào)查者認(rèn)為(虢順民等，1977;楊理華，1982;杜春濤等，1985)，其北端起自唐山市勝利路，以多級(jí)左階雁行的方式向南延至安機(jī)寨附近，長8～11km，總體走向N30°E。該地表破裂帶以右旋走滑為主，最大右旋走滑位移2.3m，多數(shù)地段的垂直位移為0.2～0.7m。但也有一些學(xué)者表達(dá)了不同的看法。例如，有關(guān)唐山地表破裂帶的寬度。王景明等(1981)認(rèn)為，除上述的地表主破裂帶外，在其兩側(cè)尚存在3條規(guī)模較小、與之平行展布、位移量1～3cm的地表破裂。這3條地表破裂分別與地表以下唐山煤礦的Ⅰ號(hào)、Ⅲ號(hào)及Ⅴ號(hào)斷層?xùn)|面的張丁莊斷層對(duì)應(yīng)，地表主破裂帶與唐山煤礦Ⅴ號(hào)斷層對(duì)應(yīng)。有關(guān)唐山地表主破裂的規(guī)模，王景明等(1981)認(rèn)為，位于唐山市地表主破裂帶的兩端仍斷續(xù)有地表破裂存在，向南延至西河和付莊，該地表破裂帶的總體長度達(dá)90km。同時(shí)，杜春濤等(1985)，吳忱等(1985)在介紹唐山地震的地表形變時(shí)，也曾提及展布在西河和付莊的地表破壞現(xiàn)象。此后，邱澤華等(2005)根據(jù)唐山地震后在西河、付莊等地的地表塌陷現(xiàn)象及唐山地震的形變資料，提出與前人不同的對(duì)唐山地表破裂帶展布的認(rèn)識(shí)。其后出現(xiàn)了相關(guān)討論(江娃利，2006)。

基于上述，本項(xiàng)研究在調(diào)查現(xiàn)今地表仍可見到的唐山地震形成的地表破裂遺跡的基礎(chǔ)上，為了確認(rèn)這些地表破裂現(xiàn)象是否由地震斷層形成，我們?cè)谔粕绞心?1km的范圍內(nèi)，選擇跨唐山地震地表破裂的3個(gè)地點(diǎn)實(shí)施了鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)，在其中1個(gè)地點(diǎn)實(shí)施了探槽開挖。由此獲得對(duì)唐山地震地表破裂帶展布長度超過47km的新認(rèn)識(shí)。以下從唐山市地質(zhì)構(gòu)造、第四系展布特征入手，對(duì)唐山地震的地表破裂特征進(jìn)行討論。

1 唐山市地質(zhì)構(gòu)造特征

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

唐山市地處燕山南緣，緊鄰華北平原北部(圖1a)，大地構(gòu)造背景歸屬于燕山臺(tái)褶帶南緣的開灤臺(tái)凹。開灤臺(tái)凹主要由中元古界至上古生界組成。在晚古生界的石炭紀(jì)和二疊紀(jì)時(shí)期，該區(qū)沉積環(huán)境穩(wěn)定，地層發(fā)育齊全，沉積了1 200m厚的煤系地層。中生代時(shí)期該區(qū)缺失沉積，燕山構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，形成一系列NE走向的褶皺和斷裂。這些褶皺具隔擋式特點(diǎn)，背斜窄，向斜寬，走滑斷層發(fā)育。從圖1b與圖1c可見，唐山地區(qū)中生代形成的褶皺自西向東分別被稱之為豐臺(tái)背斜、車軸山向斜、碑子院背斜、開平向斜、大佟莊背斜。新生代以來，該地區(qū)南北構(gòu)造分異明顯，北部形成殘山，南部總體下沉接受沉積，上新統(tǒng)與第四系向北形成超覆，伴隨有斷裂活動(dòng)(虢順民，1985)。

圖1 唐山地域地質(zhì)構(gòu)造平面分布與剖面圖Fig.1 Geological structure and sections of Tangshan region.

唐山市周邊地區(qū)的現(xiàn)今地形特點(diǎn)為北高南低，市內(nèi)有基巖殘山分布。唐山市所在的開平向斜的大部分地域現(xiàn)今被第四系掩蓋。據(jù)鉆探資料揭示，區(qū)內(nèi)地層從老到新有古生界奧陶系、石炭系、二疊系和新生界第四系。與華北其他地區(qū)一樣，該區(qū)缺失上奧陶系、志留系、泥盆系和下石炭系(圖1b，c)。開平向斜位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)燕山褶皺帶南緣，華北凹陷區(qū)的北端。由于受燕山運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)形成不對(duì)稱的開闊向斜構(gòu)造。開平向斜走向NE，長約60km，寬約12km，向斜軸自NE向SW方向傾伏。該向斜軸北翼地層陡傾角，一般40°以上，局部呈直立或倒轉(zhuǎn)，邊緣次級(jí)褶皺發(fā)育，并伴生NE走向的正、逆斷層，向斜的東南翼地層平緩，一般為20°左右。

因?yàn)樘粕降貐^(qū)富含煤田資源，中國地質(zhì)學(xué)前輩在20世紀(jì)20年代即在唐山地區(qū)開展了野外調(diào)查(趙亞曾等，1929)。圖1d，e展示了唐山開平向斜西側(cè)和北側(cè)的地層分布。其中圖1d是唐山市NE側(cè)開平向斜北緣地層巖性的展布。圖1e是本項(xiàng)研究實(shí)測(cè)的巍山剖面。該剖面橫跨巍山斷裂帶以西地段，長3.5km，展布6條斷層。其中F1位于陡河附近，其余5條斷層展布在基巖之中。斷層走向均為NE方向，斷面傾向既有NW方向，也有SE方向。

1.2 新構(gòu)造活動(dòng)

繼中生代的隆起之后，在新生代第三紀(jì)時(shí)期唐山地區(qū)仍是隆起，到第四紀(jì)時(shí)期接受沉積。依據(jù)前人資料(劉國棟等，1982)，唐山地區(qū)第四系等值線總體呈EW方向展布(圖2)，第四系沉積厚度100～800m，沉積特征是北薄南厚。在豐南縣南北兩側(cè)第四系等值線的形態(tài)有明顯不同。在豐南縣北面，唐山斷裂帶西側(cè)的第四紀(jì)凹陷呈現(xiàn)狹長的NNE方向，凹陷內(nèi)的最大沉積厚度達(dá)400m，斷裂兩側(cè)第四系落差200m。在豐南以南的唐山斷裂帶東側(cè)存在一個(gè)寬緩的NE向草泊第四紀(jì)凹陷，也稱尖字沽凹陷。該凹陷第四系最大厚度達(dá)800m，斷裂兩側(cè)第四系落差＞200m。

與上述第四紀(jì)凹陷對(duì)應(yīng)的基巖構(gòu)造分別為古生代地層組成的荊各莊向斜與開平向斜。唐山市北面的荊各莊向斜，構(gòu)造上是一向SE方向緩傾的開口向斜(圖1b)。該向斜與其東側(cè)鳳山背斜之間被NE向陡河斷層阻隔。荊各莊向斜上部覆蓋的松散第四紀(jì)顯示了西北薄東南厚的沉積特征(圖3a)(劉惠敏等，1986)。①國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)，1976，唐山大震構(gòu)造背景的初步分析，中國地震局地殼應(yīng)力研究所資料室編號(hào)01718。

在此還需一提的是，依據(jù)國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)的資料 ，該區(qū)的第四系200m和300m等值線在古冶東南側(cè)出現(xiàn)局部變形，顯示NNE方向沉積厚度加大。這與其后展示的徐家樓斷裂控制的第四紀(jì)凹陷的現(xiàn)象(圖3d)相互呼應(yīng)。

1.3 斷裂帶展布

唐山地區(qū)以NE向斷裂帶展布為主，其中大部分?jǐn)嗔央[伏于平原之下，故斷裂的展布及活動(dòng)性主要是依據(jù)石油物探、淺層地震探測(cè)、鉆探和地質(zhì)、地貌調(diào)查等方法綜合確定。以下簡要介紹該3條斷錯(cuò)第四紀(jì)斷裂的展布及活動(dòng)特征。

唐山斷裂帶，NE走向，主要由3條平行的斷裂組成，穿過唐山市，自西向東三者分別被稱為陡河斷裂、長山－巍山斷裂與古冶－唐山－王蘭莊斷裂。陡河斷裂為荊各莊向斜與鳳山背斜之間的斷裂，控制了荊各莊第四紀(jì)凹陷的東界(圖3a)。圖3b為唐山礦地質(zhì)剖面圖②開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司，2009，21號(hào)地質(zhì)剖面簡圖。。在該剖面圖中，陡河斷裂被稱為Ⅰ號(hào)斷層，長山－巍山斷裂被稱為Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)斷層，古冶－唐山斷裂被命名為Ⅳ號(hào)和Ⅴ號(hào)斷層。據(jù)已有的資料②中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，北京龍軟科技發(fā)展有限公司，2008，開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司礦井地質(zhì)報(bào)告。，在這5條斷層中，Ⅲ號(hào)逆斷層垂直斷距＞370m;Ⅴ號(hào)逆斷層垂直斷距＞500m。1976年唐山地震的發(fā)震構(gòu)造與該斷裂帶中的古冶－唐山斷裂有關(guān)。

圖2 唐山第四系等厚線分布圖(據(jù)劉國棟等，1982;國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)，1976資料編制①同第509頁①。Fig.2 Isopach map of the Quaternary system in the Tangshan area.

昌黎斷裂，位于唐山南側(cè)，總體走向NEE。在第三紀(jì)時(shí)期華北平原發(fā)生大規(guī)模斷陷時(shí)，該斷裂是燕山隆起與華北平原斷陷區(qū)的分界，控制了斷裂帶南側(cè)4 000m厚的第三系沉積，也是唐山地區(qū)新生代活動(dòng)最強(qiáng)烈的斷裂。該斷裂向NE延伸進(jìn)入渤海，向SW止于漢沽附近NW向的薊運(yùn)河斷裂。據(jù)人工地震測(cè)深表明該斷裂深達(dá)莫霍面(劉國棟等，1982)。根據(jù)鉆孔資料，斷裂兩側(cè)第四系落差可達(dá)500m(圖1c，圖3c)。該文鉆孔資料展示的西河斷裂屬于該斷裂帶的SW段。

徐家樓斷裂，位于唐山市東側(cè)、開平向斜東翼。在區(qū)域地質(zhì)圖上(圖1b)，該斷裂延伸長度達(dá)40km。從已有的徐家樓鉆孔剖面①同509頁②?？梢姡摂嗔褦噱e(cuò)第四系，是目前已知唐山地區(qū)為數(shù)不多的第四紀(jì)斷裂之一(圖3d)。從該斷裂的展布與1976年唐山地震序列的震中位置推測(cè)，該斷裂有可能與1976年7月28日發(fā)生的MS7.1地震有關(guān)。

2 鉆孔聯(lián)合剖面及探槽調(diào)查

2.1 唐山地震地表破裂帶分布

在前人資料的基礎(chǔ)上，我們對(duì)1976年唐山地震地表破裂遺跡進(jìn)行了野外調(diào)查?，F(xiàn)今在一些地點(diǎn)仍可見到唐山地震時(shí)形成的地表破裂遺跡。例如，唐山市吉祥路的樹行被錯(cuò)斷、女織寨鄉(xiāng)禮尚莊的地表陡坎;稻地鎮(zhèn)孫家樓西北昔日的地表陡坎，現(xiàn)今由于種地已形成斜坡;以及豐南縣西河村地表的殘存陡坎。原唐山十中小路和地下管道的錯(cuò)斷與唐柏路牛馬庫樹行的錯(cuò)斷，已作為唐山地震遺址保留。表1是1976年唐山地震地表破裂遺跡點(diǎn)位分布。

表1 1976年唐山地震地表破裂遺跡與保留的地震遺址野外調(diào)查點(diǎn)位Table 1 Field investigation sites along the surface rupture zone and the earthquake remains of 1976 Tangshan earthquake

續(xù)表1

在此需要提及，唐山地震后的前人調(diào)查資料(虢順民等，1977;王景明等，1981;杜春濤等，1985)已顯示了在禮尚莊至安機(jī)寨一帶的地表破裂帶分為平行的東西兩支。例如，虢順民等(1977)指出，在禮尚莊南北兩側(cè)地表陡坎的垂直位移方向不同，北側(cè)的地表陡坎為西升東降，而南側(cè)的地表陡坎為東升西降。王景明等(1981)調(diào)查資料表明，在這兩條分支斷裂中，東支地表破裂的垂直位移和水平位移均較西支地表破裂大，即東支地表破裂的NW側(cè)出現(xiàn)0.7～0.8m下降，并出現(xiàn)0.9m右旋位移;而西支地表破裂右旋位移為0.7m，東南側(cè)下降約0.15m。本項(xiàng)調(diào)查見到的禮尚莊東升西降的地表陡坎、獲得的205國道唐山地震時(shí)的地表破壞信息以及孫家樓西北側(cè)的地表變形遺跡，證實(shí)這種現(xiàn)象的分布。

圖4 1976年唐山地震地表破裂帶展布及鉆孔測(cè)線、探槽平面圖Fig.4 Map of the surface rupture zone of the 1976 Tangshan earthquake indicating the borehole profiles and trench.

此外，圖4也標(biāo)出了前人資料顯示的位于本項(xiàng)調(diào)查范圍NE側(cè)的另外3個(gè)地表破裂點(diǎn)位(表1)，其中編號(hào)17的點(diǎn)位為唐山地震時(shí)在地表形成的NE方向褶皺①同509頁②。，18號(hào)點(diǎn)位為展布在雷莊與佘莊之間分布的一系列N10°E～15°的擠壓鼓包①，19號(hào)點(diǎn)位為分布于三山院的N25°E的地表裂縫和地表陡坎①。值得注意的是，點(diǎn)位18和19正是1976年唐山強(qiáng)震活動(dòng)序列中MS7.1地震震中的位置，也是前面所述斷錯(cuò)第四系的徐家樓斷裂的位置。文中稱該3個(gè)點(diǎn)位組成的段落為未完全出露的地表破裂帶。

在上述唐山地震的地表破裂遺跡中，我們選擇了3個(gè)地點(diǎn)實(shí)施鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)與1個(gè)點(diǎn)位的探槽開挖。其中1條鉆孔測(cè)線布設(shè)在唐山地震地表破裂帶的西支唐山市康柏路牛馬庫(DZK1)。另2條鉆孔測(cè)線布設(shè)在唐山地震地表破裂帶的東支稻地鎮(zhèn)孫家樓村(DZK2)及豐南縣西河村(DZK3)。探槽地點(diǎn)位于孫家樓西北(圖4)。這里僅介紹這3條鉆孔聯(lián)合剖面的斷錯(cuò)地層現(xiàn)象。有關(guān)對(duì)剖面地層的描述、地層的時(shí)代及斷層活動(dòng)的期次見另文(郭慧等，2011)。

2.2 鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)

在唐山市實(shí)施的3條鉆孔測(cè)線中，牛馬庫鉆孔測(cè)線DZK1與孫家樓鉆孔測(cè)線DZK2之間相距4km，孫家樓鉆孔測(cè)線DZK2與西河鉆孔測(cè)線DZK3之間相距27.5km。在這3條鉆孔測(cè)線上共實(shí)施鉆孔28個(gè)，總進(jìn)尺1 217m。采集了51個(gè)地層樣品進(jìn)行年代測(cè)試，其中包括7個(gè)14C測(cè)年樣品。以下簡要介紹各鉆孔測(cè)線的探測(cè)結(jié)果。

2.2.1 牛馬庫鉆孔測(cè)線(DZK1)

牛馬庫鉆孔測(cè)線位于康柏路牛馬庫地震遺址北側(cè)(圖5a)。該測(cè)線方向N65°W，在101m范圍內(nèi)共鉆孔11個(gè)，孔深25.4～35.4m，最大孔距17.0m，最小孔距為4.0m，總進(jìn)尺333m。

牛馬庫鉆孔聯(lián)合剖面的地層由亞砂土、亞黏土和粉細(xì)砂組成，依據(jù)各地層間的巖性差異將地層劃分為13層。各個(gè)鉆孔中的地層巖性可大體相互對(duì)比。剖面兩端地層近水平分布 (圖5a)。

由該剖面的各個(gè)鉆孔地層分布可見，本應(yīng)近水平分布的地層，在DZK1－9孔與DZK1－8孔之間的所有層位均出現(xiàn)東側(cè)下降，各層落差幅度為0.5～6.2m。其中，層①頂面、層③、層④與層⑨底面的落差呈現(xiàn)跳躍式增加，分別為0.5m、1.5m、4.1m與4.7m，代表了包含唐山地震在內(nèi)的4次地震活動(dòng)事件的垂直位移。各層位的垂直位移量由上向下呈現(xiàn)單次垂直位移量倍數(shù)量級(jí)跳躍式增加，揭示出這些地層的落差是斷層多期活動(dòng)的結(jié)果。牛馬庫地震遺址位于該測(cè)線南面30m，其碑文記載1976年唐山MS7.8地震在該點(diǎn)地表形成0.3m的垂直位移。該鉆孔測(cè)線層①頂面的落差為0.5m，與唐柏路牛馬庫地震遺址的位移記錄相匹配。

2.2.2 孫家樓鉆孔測(cè)線(DZK2)

孫家樓鉆孔測(cè)線位于稻地鎮(zhèn)孫家樓村莊稼地內(nèi)。據(jù)當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)介紹，唐山地震時(shí)該點(diǎn)地表破裂的NW側(cè)下降0.8m。其后由于老鄉(xiāng)種地將地表陡坎改造為斜坡。該鉆孔測(cè)線方向N55°W，在124m范圍內(nèi)共實(shí)施8個(gè)鉆孔，孔深30.0～61.5m不等，最大孔距39m，最小孔距6.0m，總進(jìn)尺436m。其中鉆孔DZK2－4，7，5，8孔位于探槽所在地(圖5b)。

該鉆孔聯(lián)合剖面圖(圖5b)地層以粉細(xì)砂為主，含中粗砂，并與亞砂土、黏土相間分布，顯示了沖積平原的沉積。該剖面依據(jù)地層巖性差異劃分為20層。各個(gè)鉆孔的地層巖性大體可相互對(duì)比，剖面兩端地層近水平分布。

由鉆孔聯(lián)合剖面圖(圖5b)可見，該剖面層位在DZK2－5與DZK2－7、DZK2－7與DZK2－4、DZK2－4與DZK2－6之間出現(xiàn)西側(cè)下降現(xiàn)象。其中，層①頂面(地表)、層②、層③、層⑩與層○14底面的落差呈現(xiàn)跳躍式增加，分別為0.8m、1.9m、2.7m、3.4m與5.2m，代表了5次地震活動(dòng)事件的垂直位移。由下向上層位的斷距減小。由此表明鉆孔之間的斷面以高角度向西傾斜。地表0.8m的落差是1976年唐山地震時(shí)斷層活動(dòng)造成的，非其他原因的地層塌陷。

需強(qiáng)調(diào)指出的是，在該測(cè)線位于探槽處的鉆孔DZK2－4，7，5，8孔中，鉆孔DZK2－4，7，8孔均揭示出一層薄層桔黃色與黑色亞砂土的混雜，該層位是斷層活動(dòng)事件E2的標(biāo)志層。與探槽中的層⑤是同一層，也是探槽揭示的早期事件標(biāo)志層。

2.2.3 西河鉆孔測(cè)線(DZK3)

西河鉆孔測(cè)線位于西河村西側(cè)(圖5c)。根據(jù)當(dāng)?shù)厝私榻B，該點(diǎn)在1976年唐山地震時(shí)形成約1.3m的地表垂直落差。在1976年唐山地震以后，地表經(jīng)過多次人工改造，現(xiàn)今已被整為平地。在該鉆孔測(cè)線鄰近地段，仍可看到唐山地震時(shí)形成的殘留陡坎，高約1.1m。該鉆孔測(cè)線方向N15°W，在128m范圍內(nèi)共鉆孔9個(gè)，孔深31.0～61.4m，最大孔距32m，最小孔距5.0m，總進(jìn)尺448m。

該鉆孔聯(lián)合剖面圖的地層特點(diǎn)是近半數(shù)厚度的地層為灰黑色淤泥質(zhì)的亞砂、亞黏及粉砂、中細(xì)砂，在灰黑色淤泥質(zhì)地層之間的灰黃色亞砂及黏土中含大量生物碎屑。依據(jù)地層巖性差異把該剖面地層劃分成11層，各鉆孔之間的地層巖性可大體對(duì)比，且剖面兩端地層近水平分布(圖5c)。

由此判斷這些鉆孔之間的斷面西傾，傾角約70°～80°。1976年唐山地震后出現(xiàn)的地表約1.3m的垂直位移，不是其他原因形成的非構(gòu)造塌陷，而是地震形成的下部地層同時(shí)存在斷錯(cuò)的地表破裂帶。

由鉆孔聯(lián)合剖面圖 (圖5c)可見，該剖面地層在DZK3－7與DZK3－9、DZK3－7與DZK3－8、DZK3－3與DZK3－4之間西側(cè)下降。其中，層②、層⑤、層⑥與層⑧底面的落差分別為2.7m、3.4m、4.8m與5.6m，代表了唐山地震之前4次地震活動(dòng)事件的垂直位移。下部層位的斷距大于上部層位的斷距，說明該測(cè)線地層的落差是斷層多期活動(dòng)的結(jié)果。

2.3 孫家樓探槽

孫家樓探槽在孫家樓鉆孔測(cè)線實(shí)施之后布設(shè)。該探槽位置的選定，既考慮了1976年唐山地震地表形變遺跡，也考慮了鉆孔探測(cè)結(jié)果。該探槽走向N65°W，長35m，上寬7m，下寬1.5m，深6.2m。

探槽北壁剖面的頂部地層為灰黑色壚土，地表耕植土，中部地層為含鈣核的亞黏土，下部地層為亞砂土與細(xì)砂。該剖面依據(jù)地層的巖性劃分為7層(圖5d)。從圖5d可見，探槽北壁F1斷面從探槽下部一直向上延伸至探槽頂部，造成主斷層F1西側(cè)地層下降。在主斷層F1西側(cè)還有3條斷面F2～4，這3條斷面斷錯(cuò)探槽下部地層⑤～⑦，向上未延伸至地表，為早期活動(dòng)的斷層。

在該探槽剖面上，層①為地表耕植土，層①底界落差0.7～0.8m。層③只在斷層下降盤出現(xiàn)，厚度約0.4m。在斷層兩側(cè)，上升盤層④厚度約1.8m，下降盤厚度約2.2m，兩者相差0.4m。其中，位于下降盤層④的上部地層出現(xiàn)混雜堆積現(xiàn)象。層⑤為薄層灰色與桔黃色亞砂土，總落差為1.5m。其中主斷層斷錯(cuò)層⑤的垂直位移為0.8m，F(xiàn)2～4斷錯(cuò)層⑤的垂直位移為0.7m，斷層下降盤層④增加的厚度加上層③的厚度為0.8m，這與F2～4斷面層⑤形成的垂直位錯(cuò)相同。F2－4向上未延伸至層③以上的地層，因此這3條斷面在層④沉積之后發(fā)生斷層活動(dòng)，即屬于1976年唐山地震前的事件，事件發(fā)生后堆積形成層④上部的混雜堆積以及層③。F2－4及F1西側(cè)近垂直的黏土條帶均是此次事件形成。

探槽南壁地層剖面與北壁相同，且斷錯(cuò)形態(tài)也基本相同，同樣展布4條平行斷面。兩壁面的不同之處是，南壁的3條平行斷面(F2～4)不是位于主斷面(F1)西側(cè)而是位于主斷面東側(cè)(圖5d)。另外，探槽北壁主斷面(F1)頂部出現(xiàn)張性開裂，南壁斷層上升盤距離主斷面約2m處出現(xiàn)張裂楔，兩者內(nèi)都充填有黑色壚土。地面之下的張裂楔是1976年唐山地震活動(dòng)造成的。

該剖面4條斷面平行展布形成于2次斷錯(cuò)事件，E1與E2。F1斷面形成于1976年唐山地震，產(chǎn)狀為N46°E/NW∠69°。F2～4斷面為早期斷層活動(dòng)形成，產(chǎn)狀為N15°E/NW∠73°。該剖面最新活動(dòng)為1976年唐山地震(E1)，垂直位移為0.8m;早期活動(dòng)為事件E2，其發(fā)生在層④堆積之后，層③堆積之前，垂直位移為0.8m。由此表明這兩次事件發(fā)生地震的震級(jí)相當(dāng)。根據(jù)探槽兩壁面F1與 F2～4的展布及斷面產(chǎn)狀，可見 F2～4斷裂帶走向?yàn)镹15°E;F1走向?yàn)镹46°E，切割F2～4。

2.4 鉆孔及探槽獲得的認(rèn)識(shí)

本項(xiàng)研究結(jié)果及結(jié)合前人資料，得到以下2點(diǎn)主要認(rèn)識(shí):

(1)上述3條鉆孔測(cè)線資料表明，在唐山地震出現(xiàn)地表破裂的位置，不僅地表出現(xiàn)破裂，而且地表之下20～60m深度的地層也存在斷錯(cuò)現(xiàn)象。這種地層斷錯(cuò)的量值隨著深度增加接近倍數(shù)的增長，是斷層多期活動(dòng)的顯示。在3條鉆孔測(cè)線中，各次事件的垂直同震位移為0.5～3.8m，接近或大于1976年唐山MS7.8地震當(dāng)?shù)氐拇怪蔽灰?郭慧等，2011)。

(2)依據(jù)3條鉆孔聯(lián)合剖面圖與1個(gè)探槽開挖結(jié)果，可以證明1976年唐山地震出現(xiàn)的地表破裂帶向南可以延伸至西河以南，長度＞47km。根據(jù)該地表破裂帶的位移方式，將其分為南、北兩支。北支起始于唐山市勝利路，穿過復(fù)興路西界、十中、牛馬庫，呈雁行狀延至安機(jī)寨北側(cè)，長約11km，以右旋走滑為主，兼有西升東降。南支展布于西禮尚莊、孫家樓、西河、付莊一線，長約41km，以東升西降為主，兼有右旋走滑。這兩支地表破裂在孫家樓—禮尚莊一帶形成相距約1km、長約5km、平行展布的重疊區(qū)。1976年唐山MS7.8地震的微觀震中鄰近該地表破裂的重疊區(qū)展布。1976年唐山MS7.1地震的微觀震中鄰近圖4所示的、依據(jù)前人資料推測(cè)的地表破裂的北端分布，接近前面所述的孫家樓斷裂展布位置。

3 重新認(rèn)識(shí)的唐山地震地表破裂帶與其他資料的比對(duì)

以下簡介本項(xiàng)研究獲得的重新認(rèn)識(shí)的唐山地震地表破裂帶的展布及活動(dòng)方式與唐山地震其他資料的對(duì)比情況。

(1)張祖勝等(1981)根據(jù)1976年唐山地震前后的水準(zhǔn)復(fù)測(cè)資料，認(rèn)為唐山地震引起的地殼垂直運(yùn)動(dòng)的最大落差＞1m。上升區(qū)與下降區(qū)均呈NE向分布。上升區(qū)主要在唐山西北，為一個(gè)NE走向的條帶狀隆起，最大升幅為178mm;下沉區(qū)主要分布在唐山、寧河，下降幅度達(dá)784mm和1 551mm。各沉降中心的連線以及各沉降區(qū)的長軸也基本上呈NE向分布。本項(xiàng)研究獲得的唐山地震地表破裂帶的展布與張祖勝等(1981)的唐山地震垂直形變帶的對(duì)比見圖6a。從圖中可見，唐山地表斷裂帶北支表現(xiàn)為西升東降，南支表現(xiàn)為東升西降的活動(dòng)方式，與該次地震的垂直形變場(chǎng)完全吻合。

(2)黃立人(1981)根據(jù)1976—1971年的水平位移資料，用廣義逆矩陣法重新分析得到了唐山地震的水平位移場(chǎng)。由圖6b可見，該水平位移場(chǎng)顯示的斷裂方向總體為NE向。本項(xiàng)研究獲得的地表破裂帶的東西兩側(cè)測(cè)量點(diǎn)所表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方式為右旋位移。在地表破裂帶附近其位移量最大。兩者之間有較好的吻合。

(3)邱澤華等(2005)在對(duì)唐山地面塌陷的研究中提出了一條與唐山地震相關(guān)的斷層。該斷層長90km，地面垂直錯(cuò)距3m，斷面傾向NW，分為南、北兩段，南段被稱為付莊－西河斷裂(圖6c)。由圖6c可見，本項(xiàng)研究獲得的唐山地震地表破裂帶與其南段位置大體吻合，北段略有出入。

圖6 唐山地震地表破裂帶展布與其他資料的對(duì)比Fig.6 Comparison of the distribution of the Tangshan earthquake surface rupture zone with other data.

(4)依據(jù)劉國棟等(1982)和國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)資料綜合展示的唐山地區(qū)的第四紀(jì)等值線圖上，本項(xiàng)研究獲得的唐山地震地表破裂帶大體位于尖字沽第四紀(jì)凹陷的東側(cè) (圖2)。該破裂帶位于區(qū)內(nèi)尖字沽第四系凹陷與徐家樓斷裂東側(cè)第四紀(jì)斷陷之間的位置，與該斷裂帶垂直位移和右旋走滑形成的位移場(chǎng)吻合。

(5)在劉國棟等(1982)繪制的唐山地區(qū)航磁剖面異常平面圖 (圖6d)基礎(chǔ)上，展示了本項(xiàng)研究獲得的唐山地震地表破裂帶。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本研究得出以下結(jié)論:

(1)1976年唐山地震地表破裂帶向南可以延伸至西河以南，總長度＞47km。該地表破裂帶分為南、北兩支。北支起始于唐山市勝利路，穿過復(fù)興路西界、十中、牛馬庫，呈雁行狀延至安機(jī)寨北側(cè)，長約11km，活動(dòng)方式以右旋走滑為主，兼有西升東降的垂直位移。南支展布于西禮尚莊、孫家樓、西河、付莊一線，長約41km，以東升西降垂直位移為主，兼有右旋走滑。地表破裂帶的展布及活動(dòng)方式與形變垂直位移場(chǎng)和水平位移場(chǎng)相吻合。

(2)唐山地震的構(gòu)造背景表明，在唐山市及周邊展布的唐山斷裂帶，是形成于中生代并在第四紀(jì)繼續(xù)活動(dòng)的開平向斜西翼逆沖斷裂帶的延續(xù)。由此值得關(guān)注的是，同是歸為唐山斷裂帶的陡河斷裂、長山－巍山斷裂和古冶－唐山斷裂在晚第四紀(jì)時(shí)期的活動(dòng)可能存在差異。至少在1976年唐山地震中，陡河斷裂和巍山－長山斷裂不活動(dòng)或活動(dòng)幅度很小。在唐山地震中，古冶－唐山斷裂向南與西河斷裂、向北與徐家樓斷裂一同活動(dòng)，共同組成該次地震的發(fā)震構(gòu)造。本次鉆孔資料證實(shí)，在晚第四紀(jì)時(shí)期西河斷裂與古冶－唐山斷裂同步活動(dòng)。即在晚第四紀(jì)時(shí)期，西河斷裂的活動(dòng)方式與第三紀(jì)時(shí)期已有所不同。在唐山地震中，該斷裂是斷面北西側(cè)下降，而中生代及第三紀(jì)時(shí)期西河斷裂是斷面南東側(cè)下降。由此表明，該區(qū)的晚第四紀(jì)活動(dòng)斷裂的格局與控制第三系的邊界斷裂的格局已有所不同。

4.2 建議

有關(guān)下一步工作，提出以下3點(diǎn)建議:

(1)目前已獲得的資料表明，唐山地震地表破裂帶均位于唐山市南部。由此出現(xiàn)的問題是，對(duì)于在唐山市以北至三山院沿線出現(xiàn)的唐山地震地表破裂現(xiàn)象，是否也應(yīng)當(dāng)開展相應(yīng)的開挖及鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)，以獲取斷裂活動(dòng)的地質(zhì)證據(jù)。在該段開展工作時(shí)，也可考慮對(duì)徐家樓斷裂的晚第四紀(jì)活動(dòng)開展調(diào)查。

(2)本項(xiàng)研究認(rèn)為唐山地震形成的地表破裂帶沿尖字沽第四紀(jì)凹陷東側(cè)分布。這種認(rèn)識(shí)僅提供了尋找唐山發(fā)震構(gòu)造與第四紀(jì)凹陷之間相互關(guān)聯(lián)的線索。還需要有針對(duì)性的對(duì)尖字沽第四紀(jì)凹陷的沉積特征、凹陷與主控?cái)嗔阎g的關(guān)系開展探測(cè)研究。

(3)對(duì)唐山市南部展布的區(qū)域性控制新生代沉積的NE向昌黎斷裂的晚第四紀(jì)活動(dòng)展開調(diào)查。

在本項(xiàng)工作中，碩士研究生黃偉參加了鉆孔及探槽工作，中國地震局地殼應(yīng)力研究所孫昌斌及碩士生盛強(qiáng)參加了探槽開挖工作。

在此感謝審稿人提出的寶貴意見。

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NEWEVIDENCE FOR THE DISTRIBUTION OF SURFACE RUPTURE ZONE OF THE 1976 MS7.8 TANGSHAN EARTHQUAKE

GUO Hui JIANGWa-li XIE Xin-sheng
(Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China)

After the occurrence of the1976 MS7.8 Tangshan earthquake，some data reported that the surface rupture zone was 8 to 11km long to the south of Tangshan city.The rupture zone was composed by more than ten NE-trending right-lateral strike-slip left-stepping en echelon ruptures，with a general strike of N30°E and a maximum displacement of 1.5 ～2.3m and a vertical displacement of 0.2 ～0.7m in most sections.Recently other scholars proposed the surface ruptures appeared in a larger area.An effective way for identifying the tectonic property of the surface ruptures is to use geological method to reveal the distribution and displacement of the strata on the two sides of the surface ruptures.Based on the previous studies and field survey data，we carried out composite borehole profile studies at three sites and trenching at one site across the surface rupture zone of the Tangshan earthquake in a range of 31km to the south of Tangshan city.The three borehole profiles are 4km and 27.5km apart from one another.The total number of boreholes in the three profiles is28，and the total drilling footage is1217m.The ages of51 samples from three borehole profiles have beenmeasured，including seven14C samples.The drilling investigations on the 3 profiles revealed offset phenomena at the depths of20 ～60m beneath the ground surface.The strata consistof sediments of alluvial-proluvial plain，dominated by clay and silty sand，and of littoral plain，dominated bymuddy clay and silt.Those offset phenomena show that the displacement amount of stratum increased asmultiples of a single displacementwith increasing depth.The trenching data verified the faultwhich was revealed by the drillings.Based on the above，we proved that the surface rupture zone of the 1976 earthquake extends to Xihe in Fengnan County and its total length reachesmore than 47km.The 1976 Tangshan earthquake is the newest activity of the Tangshan Fault that had multi-stage activities in the Late Quaternary.The displacement feature of the surface rupture zone is that the north branch is mainly of right-lateralstrike-slip motion，and the vertical displacementof the surface is up on thewestand down on the east，on the other hand，the vertical displacement on the south branch is up on the east and down on the west，accompanied by some right-lateral slip.Such a faulting style cannot be explained by the movement of a single reverse or normal fault，but is consistentwith the vertical displacement field induced by the right-lateral strike-slip of the fault belt.The distribution and rupture style of the newly found surface rupture zone are consistentwith the vertical and horizontal displacement field of the Tangshan earthquake.In addition，in the light of the geological structure sections of this area，we discussed the relationship between seismogenic structure of Tangshan earthquake and geological structure，and proposed the suggestions about the nextwork.

surface rupture zone，borehole，trench，Tangshan earthquake，seismogenic structure

P315.2

A

0253－4967(2011)03－0506－19

10.3969/j.issn.0253 － 4967.2011.03.002

2011－02－15收稿，2011－05－22改回。

中國地震局地殼應(yīng)力研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(ZDJ2007－1)資助。

郭慧，女，1985年生，2011年在中國地震局地殼應(yīng)力研究所獲得固體地球物理學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，研究實(shí)習(xí)員，現(xiàn)主要從事活動(dòng)構(gòu)造研究，電話:15101022544，E－mail:huifeiyang@163.com。