磁縣斷裂帶的構(gòu)造和地震活動(dòng)特征

李 皓，潘 暉，溫 超，冉志杰，呂國(guó)軍

（河北省地震局，石家莊 050022）

0 引言

磁縣斷裂帶是華北地震區(qū)一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，該斷裂為內(nèi)黃隆起和臨清坳陷的分界斷裂，東起磁縣北，西經(jīng)席家村、甘泉、南岔口、陶泉、塔灣村、白土鎮(zhèn)、小河溝村、峰峰礦區(qū)、南山村、西固義、張家店，全長(zhǎng)約50km。該斷裂走向NWW，傾向N，傾角較陡，是中生代以來(lái)長(zhǎng)期發(fā)育的一條斷裂［1］。根據(jù)其活動(dòng)性質(zhì)，可分為東西2段，東段為磁縣－峰峰段，西段為南山村－岔口段，全新世時(shí)期該斷裂有多次活動(dòng)，活動(dòng)方式以具左旋性質(zhì)的正傾滑為主［2］。該斷裂的地震活動(dòng)對(duì)邯鄲及周邊地區(qū)的地震安全有著重要影響。因此，研究磁縣斷裂帶的構(gòu)造及地震活動(dòng)特征，并進(jìn)一步分析其地震活動(dòng)趨勢(shì)［3－6］，不僅具有區(qū)域構(gòu)造方面的理論意義，而且對(duì)于深入認(rèn)識(shí)邯鄲及周邊地區(qū)的地震危險(xiǎn)也具有重要的實(shí)際意義。

1 磁縣斷裂帶的構(gòu)造特征

1.1 磁縣斷裂新生代的構(gòu)造特征

磁縣斷裂以太行山山前斷裂帶的邯鄲斷裂為界，其西為新生代的太行山隆起區(qū)，以東則為華北平原坳陷區(qū)。本節(jié)從研究區(qū)的地質(zhì)地貌和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分區(qū)出發(fā)，闡述研究區(qū)新生代構(gòu)造特征。圖1為磁縣研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖。

1.1.1 構(gòu)造地貌單元研究區(qū)位于太行山以東，其新構(gòu)造地貌單元大體可劃分為2部分：太行山山前臺(tái)地及剝蝕緩斜地區(qū)和華北平原沉降區(qū)。

（1）山前臺(tái)地及剝蝕緩斜區(qū)：

以基巖山區(qū)與山前堆積區(qū)邊界為西界，以太行山山前斷裂帶邯鄲斷裂為東界，是基巖隆起區(qū)與華北平原區(qū)的過(guò)渡區(qū)。在地貌單元?jiǎng)澐稚蠈偕角暗貛_(tái)地及剝蝕緩斜地區(qū)。本區(qū)發(fā)育的一級(jí)夷平面是晚第三紀(jì)晚期的剝蝕面，即唐縣面，其海拔一般在200 m 左右，在山前和主要河流兩側(cè)的丘陵及臺(tái)地區(qū)均有分布，紫山西側(cè)的武安盆地邊緣。

（2）華北平原沉降區(qū)：

以太行山山前斷裂帶的邯鄲斷裂為西界的地區(qū)，由滏陽(yáng)河、沙河沖積和洪積物構(gòu)成，第四系厚度由山前的幾十米，向東增大至200～300m。第四紀(jì)時(shí)，由斷裂控制的斷陷和斷隆形成南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局，到第四紀(jì)已基本消失，整體處于坳陷狀態(tài)，個(gè)別單元有差異運(yùn)動(dòng)，如邯鄲斷陷。從現(xiàn)有資料分析，本區(qū)地勢(shì)低平，略向NE方向傾斜。

1.1.2 新構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

在大地構(gòu)造的基礎(chǔ)上，考慮到斷裂展布特征及其相互關(guān)系，深部構(gòu)造特點(diǎn)、中新生代構(gòu)造演化歷史、新構(gòu)造特征等因素，對(duì)研究區(qū)及鄰近區(qū)域做新構(gòu)造單元?jiǎng)澐?。研究區(qū)涉及太行 山隆起區(qū)與華北平原坳陷區(qū)的臨清坳陷和內(nèi)黃隆起。

圖1 磁縣研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖

（1）太行山隆起區(qū)：為太行山山前斷裂即邯鄲斷裂以西的地區(qū)，是一個(gè)新生代強(qiáng)烈隆起區(qū)。據(jù)夷平面資料，第三紀(jì)以來(lái)最大抬升幅度達(dá)1 500～2 000 m。晚第三紀(jì)夷平面（如唐縣面）高出當(dāng)?shù)噩F(xiàn)今河床，一般為100～300m，不大于400m。

在太行山隆起的背景上，一些老斷裂在晚第三紀(jì)至第四紀(jì)時(shí)期發(fā)生差異運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了一系列半地塹式的構(gòu)造盆地和一些新的小斷裂，且控制了地貌、沉積的發(fā)展。在太行山山前及紫山西側(cè)武安盆地內(nèi)，發(fā)育了一個(gè)較平坦微向東傾斜的晚第三紀(jì)河湖相堆積臺(tái)地面，它代表了上新世末期最低一級(jí)夷平面。這個(gè)夷平面之上往往覆蓋一層早更新世的紅土礫石層，表明早更新世曾一度下降，而后它們同太行山一起抬升，遭受剝蝕。

（2）華北平原坳陷區(qū)：是太行山山前斷裂帶以東，聊考斷裂以西地區(qū)。研究區(qū)涉及本坳陷區(qū)臨清坳陷的西南和內(nèi)黃隆起的北邊緣。

①臨清坳陷

臨清坳陷：南界為磁縣－大名斷裂，西界為太行山山前斷裂帶，北為邢衡隆起，東與魯西隆起相鄰。受NNE－NE向斷裂控制，新構(gòu)造時(shí)期形成NE 向斷凸斷凹相間的構(gòu)造形式。

臨清坳陷內(nèi)部受斷裂活動(dòng)控制，新生代形成了一系列NW 向排列的NNE 向凹陷和凸起，凹陷沉積了千米以上下第三系，其中多數(shù)凹陷下第三系厚度達(dá)3 000m 以上。凸起區(qū)僅有數(shù)百米或缺失下第三系沉積。邢衡隆起和臨清坳陷至晚第三紀(jì)進(jìn)入了一個(gè)新階段，由多凹多凸盆－嶺構(gòu)造轉(zhuǎn)為全區(qū)下沉，盡管如此，多數(shù)斷隆、斷凹仍有一定的繼承性活動(dòng)。多數(shù)凹陷的上第三系和第四系總厚度仍大于相鄰的凸起，在此期間，多數(shù)斷裂繼續(xù)活動(dòng)，切過(guò)上第三系底板，上延到上第三系地層之中，一些斷裂還切穿第四系底板，顯示第四紀(jì)期間的活動(dòng)，活動(dòng)斷裂以NNE－NE向?yàn)橹鳎浯问荖W－NWW 向。斷裂性質(zhì)均為正斷層，控制斷凹的斷裂規(guī)模較大，其產(chǎn)狀由淺入深由陡變緩的形態(tài)，呈鏟狀消失于埋深7～10km的結(jié)晶基底頂部附近。

②內(nèi)黃隆起：北界為磁縣斷裂，南界為新鄉(xiāng)－商丘斷裂，西鄰湯陰地塹，東界為長(zhǎng)垣斷裂。內(nèi)黃隆起是由太古代到古生代地層作基底的向SE 傾斜的單面山式隆起，是基底整體性較好的堅(jiān)硬地塊。隆起北部新生代由于受斷裂的影響形成斷凸和斷凹，其沉積厚度800～1 600 m 左右，為相對(duì)隱伏的隆起區(qū)。

研究區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要受NNE 向的邯鄲斷裂的控制，該斷裂由于被NWW 向的永年斷裂和磁縣斷裂切割，第四紀(jì)以來(lái)存在活動(dòng)差異性。斷裂東西兩側(cè)差異幅度在北部的邢臺(tái)一帶為30m，邯鄲附近為250m，磁縣南約幾米至幾十米。顯示了邯鄲附近差異運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)、向北和向南逐漸變?nèi)醯奶攸c(diǎn)。

1.2 磁縣斷裂帶的構(gòu)造特征

據(jù)地表活斷層調(diào)查，隱伏區(qū)淺層地震探測(cè)以及磁縣斷裂地震活動(dòng)分布特征的研究，將磁縣斷裂劃分為2段，東段為磁縣－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(cuò)斷的地貌現(xiàn)象。磁縣斷層?xùn)|段和西段在走向上不連續(xù)，整體呈左階型。

南山村－岔口段斷層近東西走向，傾向NNW，傾角70°～80°，全長(zhǎng)約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(zhǎng)16 km，東端始于陶泉盆地西側(cè)，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。

該斷裂在磁縣西峰峰南山村附近，斷錯(cuò)基巖山體，形成一個(gè)EW 方向延伸，南高北低高差100 m的斷層陡崖，并切割了該處的NNE 向斷裂，水平位移300～400m，垂直位移40～60m（圖2）。斷裂顯示左旋走滑正斷層活動(dòng)性，活動(dòng)時(shí)期在NNE 向斷裂構(gòu)造形成之后。

圖2 磁縣南山村西坡地震斷層剖面

1830年地表破裂走向?yàn)镹EE，各次級(jí)破裂呈右階斜列形式（圖3），其總體展布方向?yàn)镹WW，極震區(qū)長(zhǎng)軸也是NWW 向，這樣的事實(shí)表明，1830年地震的主滑面為NWW 向，因此NWW 向磁縣斷裂為發(fā)震斷層。

圖3 1830年級(jí)地震地表破裂展布圖

在西部山區(qū)的中岔口鄉(xiāng)附近，發(fā)現(xiàn)最新地表破裂帶即1830年磁縣級(jí)地震形變帶（圖4），NEE向次級(jí)破裂段呈右階斜列分布，與前述一致。

圖4 磁縣西部岔口附近最新地表破碎帶展布

在磁縣南山村通過(guò)探槽開(kāi)挖揭示了該斷裂。南山村西坡頂上斷層剖面，北盤(pán)為砂頁(yè)巖（C－P），其上覆蓋全新統(tǒng)坡積物（Q4），南盤(pán)為含燧石灰?guī)r（O2），斷裂破碎帶較寬，約2～3m。斷層破裂面有2～4條，其中有2條主滑面，斷面平直光滑，擦痕明顯，傾伏角35°，顯示左旋正斷性質(zhì)。斷層泥較厚，熱釋光測(cè)年值為8.6萬(wàn)年。地形上顯示了基巖地貌陡坎，西壁（圖5）坎下有一套1m 左右厚的地震崩積物；東壁（圖6）該套崩積物上覆蓋1.2萬(wàn)年以來(lái)的坡積物，并被斷錯(cuò)。該剖面表明，層②代表了1.2萬(wàn)年前的一次古地震事件，層①代表1830年地震。

南山村劉茂福屋東南角開(kāi)挖了1 個(gè)斷層剖面（圖7）。從東南角剖面可以看出，崩積碎石層；（③層）代表了2.4萬(wàn)年左右（②層沉積后）的1次古地震事件；①層崩積物代表了1次地震事件。2 次地震事件的垂直位錯(cuò)達(dá)2.3m，最新的1次地震垂直位錯(cuò)最大為1.4m。

圖6 磁縣斷裂南山村東壁斷層剖面圖

圖7 磁縣南山村劉茂福屋東南角地震斷層剖面

2 磁縣斷裂帶的地震活動(dòng)性特征

2.1 歷史地震活動(dòng)

磁縣斷裂地震密集帶由磁縣北，進(jìn)入太行山隆起區(qū)，到峰峰、陶泉以西，長(zhǎng)約50多公里。在這條帶中，1830年磁縣發(fā)生強(qiáng)震。

表1是磁縣斷裂帶歷史地震表，從表中可以看出，該斷裂帶的歷史地震最大為7級(jí)。而其大部分發(fā)生在斷裂帶中部和南部，尤其南部為多，所以在討論該斷裂帶未來(lái)地震危險(xiǎn)時(shí)，主要討論南段的地震活動(dòng)［3］。

表1 磁縣斷裂帶歷史地震

在歷史上發(fā)生了上述的較強(qiáng)地震活動(dòng)，其中震級(jí)最大的為1830年磁縣地震，歷史文獻(xiàn)中也對(duì)磁縣地震有所記載——“冀豫之交同時(shí)地大震，磁州尤甚，官民房屋倒塌殆盡，人物壓斃無(wú)算。城關(guān)及西鄉(xiāng)最重，南鄉(xiāng)次之，東北二鄉(xiāng)稍輕。山陵分崩，南鄉(xiāng)次之，東北二鄉(xiāng)稍輕。山陵分崩，河渠翻凸，橋梁盡折，塋墓皆平，村莊道路不復(fù)可辨。章滏兩河水盡涸見(jiàn)底；平地坼裂，水涌出，其色黑白不等，水盡繼以沙，沙盡繼之以寒氣?！?/p>

2.2 現(xiàn)今地震活動(dòng)

圖8是這條地震帶的中小地震的空間分布，從圖中可以看出，這條地震密集帶介于華北平原地震帶與汾渭地震帶之間。

圖8 磁縣地震亞帶的空間分布圖

圖9 磁縣地震帶的年頻度

從上述結(jié)果可以看出，磁縣地震帶歷史上發(fā)生的地震大部分發(fā)生在其中南段，磁縣地震后，該帶發(fā)生了密集的中小地震，震級(jí)水平以中小地震為主，圖9可以看出磁縣地震帶地震頻度最高達(dá)361 次，時(shí)間為1982年，其后逐年下降，到目前，其年頻度為40次。

3 未來(lái)磁縣斷裂帶南段的強(qiáng)震活動(dòng)預(yù)測(cè)

我們用震級(jí)－時(shí)間模型對(duì)磁縣斷裂帶北段未來(lái)的地震活動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，Papazachos于1989提出了區(qū)域時(shí)間－震級(jí)可預(yù)測(cè)模型，它不同于以前的時(shí)間可預(yù)測(cè)模型，也有別于震級(jí)可預(yù)測(cè)模型，既可研究包括主斷層的孕震區(qū)，也可研究發(fā)生中小地震的斷裂。它由2個(gè)關(guān)系式表示。一個(gè)表達(dá)式給出重復(fù)時(shí)間Ti；另一個(gè)給出了下一次地震的面波震級(jí)Mf，Mp為上一次主震震級(jí)，表達(dá)式中包括所考慮資料的最小震級(jí)Mmin、上次地震的震級(jí)矩的年變化率M。具體的表達(dá)式為：

其中：b、c、d、q、B、C、D、m 都是待定系數(shù)。

這個(gè)模型克服了與單個(gè)斷層只有有限時(shí)間間隔的資料的困難，所以對(duì)像磁縣斷裂帶南段這樣歷史上發(fā)生地震不多的區(qū)域進(jìn)行未來(lái)地震危險(xiǎn)的預(yù)測(cè)是合適的。表2給出了對(duì)該區(qū)域的預(yù)測(cè)結(jié)果。

表2 震級(jí)－時(shí)間模型對(duì)磁縣斷裂帶南段未來(lái)地震活動(dòng)的預(yù)測(cè)

4 結(jié)論

（1）磁縣斷裂劃分為2 段，東段為磁縣－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(cuò)斷的地貌現(xiàn)象。磁縣斷層?xùn)|段和西段在走向上不連續(xù)，整體呈左階型。

（2）歷史上，磁縣斷裂帶發(fā)生了多次5級(jí)地震，主要發(fā)生在其中南段，磁縣地震后，該斷裂發(fā)生了密集的中小地震，強(qiáng)度最大為5級(jí)，這樣的中等地震活動(dòng)在1971年到1980年前后達(dá)到高潮，以后逐年降低，目前的年發(fā)生頻率為40次左右。

（3）依據(jù)震級(jí)－時(shí)間模型對(duì)磁縣斷裂帶中南段未來(lái)的地震活動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，未來(lái)該段中南的總體活動(dòng)水平維持在5級(jí)左右。

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