北京平原大興凸起東緣斷裂全新世活動的新認(rèn)識

李正芳 李彥寶 周本剛 朱國軍 劉保金 吳 健

1）中國地震局地質(zhì)研究所，中國地震局地震與火山災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2）中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002

3）中國地震災(zāi)害防御中心，北京 100029

0 引言

大興凸起東緣斷裂又稱為大興斷裂，位于北京平原的東南部，該斷裂長65～90km，走向NE，傾向SE，是大興隆起的東部邊緣斷裂。已有資料對該斷裂的展布和活動性有不同的認(rèn)識：李志義等（1985）編輯出版的《河北平原及其周圍地區(qū)新構(gòu)造圖》將該斷裂歸屬為第四紀(jì)以來活動較明顯的斷裂；高文學(xué)等（1993）將該斷裂稱為固安盆地北緣斷裂，斷裂從宮村、禮賢和牛堡屯通過，并將該斷裂向N與夏墊斷裂相連，依據(jù)該斷裂沿線出現(xiàn)的3個左階斜列的第四系凹陷推測其對第四系分布有一定的控制作用，認(rèn)為其活動時(shí)代可能延續(xù)至晚更新世；何付兵等（2020）沿該斷裂北段布置了淺層地震勘探測線，揭示該斷裂在早中更新世晚期或中更新世早期仍有活動，晚更新世以來無明顯活動。以上研究資料顯示，針對大興凸起東緣斷裂的活動性研究尚未得到一致的結(jié)論。

在區(qū)域構(gòu)造背景上，大興凸起東緣斷裂向N與控制大廠凹陷的夏墊斷裂斜接（圖1），而夏墊斷裂是一條全新世活動斷裂，其上曾發(fā)生著名的1679年三河－平谷8級大地震。據(jù)歷史記載，1057年大興斷裂附近也曾發(fā)生過6級地震，該地震的具體位置和發(fā)震構(gòu)造目前仍不明確。1536年，大興凸起東緣斷裂與夏墊斷裂的交會處還曾發(fā)生6級地震。因此，針對大興凸起東緣斷裂的最新活動時(shí)代、性質(zhì)等方面的研究尤為重要，對首都圈潛在震源區(qū)的劃分和防震減災(zāi)工作具有重要的指導(dǎo)意義。本文依托地震風(fēng)險(xiǎn)普查項(xiàng)目，聯(lián)合高精度淺層地震勘探和鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測方法對該斷裂的第四紀(jì)以來的活動性進(jìn)行了初步研究。

圖1 研究區(qū)及鄰區(qū)主要斷裂分布圖Fig．1 Distribution map ofmain faults in the study area and its adjacency．

1 淺層地震測線的布置及剖面特征

在北京市城市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)工作中，布設(shè)了2條NW 向深地震反射勘探測線，其中一條測線自三河南側(cè)穿過夏墊斷裂及大廠凹陷（BJ1），另一條測線自北京南部至廊坊地區(qū)，穿過大興凸起及其東側(cè)的廊固凹陷（BJ2），獲得了莫霍面以上的地殼結(jié)構(gòu)、新生代盆地及其主要斷裂特征，2條測線的解釋剖面均體現(xiàn)了類似的結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)深地震反射剖面BJ2的解釋結(jié)果可以判斷，大興凸起東緣斷裂主斷層上延部位經(jīng)過禮賢鎮(zhèn)附近，基本控制了大興凸起東緣斷裂禮賢鎮(zhèn)附近的斷裂位置（劉保金等，2009；趙成彬等，2013）。在廊坊市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)項(xiàng)目中，布設(shè)的LFZS2－2中淺層地震勘探測線解釋剖面顯示在安定鎮(zhèn)附近有斷點(diǎn)斷錯了第四系中部，但根據(jù)該解釋剖面尚不能排除斷層繼續(xù)向淺部延伸的可能性(1)中國地震局地球物理勘探中心，2011，廊坊市活動斷層探測項(xiàng)目淺層地震勘探成果報(bào)告。。在三河市活動斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)項(xiàng)目中，對三河－平谷8級地震震區(qū)的夏墊斷裂展布、活動性、古地震等開展了詳細(xì)探測，獲得了該地震發(fā)震構(gòu)造的新資料，并發(fā)現(xiàn)夏墊斷裂全新世活動段已到達(dá)北運(yùn)河附近(2)防災(zāi)科技學(xué)院，2019，三河市活動斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)工程技術(shù)報(bào)告。。綜上所述，大興凸起東緣斷裂具有與夏墊斷裂類似的深部構(gòu)造背景，但根據(jù)現(xiàn)有探測工作結(jié)果仍不能確定其最新活動時(shí)代及活動特征。因此，本工作沿著大興凸起東緣斷裂在安定鎮(zhèn)NE延伸方向上布置了AA′和BB′2條淺層物探測線（圖2）。

圖2 大興凸起東緣斷裂的淺層物探測線和鉆孔布置圖Fig．2 The shallow geophysical prospecting lines and drill hole layout on the eastern margin fault of Daxing Uplift．

AA′測線長約10km，其反射波疊加時(shí)間剖面（圖3）震相豐富，參考河北省廊坊地區(qū)的第四系地層表，通過構(gòu)造類比確定了物探剖面的地層特征，剖面顯示新近系及以上地層整體表現(xiàn)出南深北淺的傾斜形態(tài)，剖面南段新近系以下有明顯的反射特征，與新近系底界面TN呈角度不整合接觸。根據(jù)剖面特征在剖面上解釋了2個斷點(diǎn)，F(xiàn)P15為視傾向S的正斷層，斷點(diǎn)FP15－1為其下降盤上的反向次級斷層，2個斷點(diǎn)兩側(cè)新近系底界面TN和第四系底界面TQ反射波的同相軸有明顯的錯斷現(xiàn)象，向上均錯斷了第四系內(nèi)部反射波同相軸T1，上斷點(diǎn)的埋深為60～65m。

圖3 AA′測線的反射波時(shí)間剖面Fig．3 The time section of seismic reflections along the line AA′．

為追蹤在AA′測線剖面上所解釋斷點(diǎn)的具體走向，在該測線東側(cè)約1.2km處布設(shè)了1條2m點(diǎn)距的加密測線BB′，其時(shí)間剖面揭示新近系及以上地層整體表現(xiàn)出南深北淺的傾斜形態(tài)，新近系以下地層與新近系底界面TN呈角度不整合接觸（圖4）。根據(jù)剖面特征在剖面北端上解釋了1個視傾向N的斷點(diǎn)FP16，該斷點(diǎn)向上錯斷了所有可連續(xù)追蹤的第四系內(nèi)部反射波同相軸T1，其上斷點(diǎn)埋深為38～43m，對比該地區(qū)已有的地層特征及時(shí)代劃分界線（趙勇等，2019）可知，該上斷點(diǎn)已經(jīng)斷錯了晚更新世地層，故認(rèn)為該斷裂在晚第四紀(jì)以來有過明顯活動。

圖4 BB′測線的反射波時(shí)間剖面Fig．4 The time section of seismic reflections along the line BB′．

2 鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面的布置及地層位錯特征

2.1 鉆孔布置及第四紀(jì)地層的劃分

為了進(jìn)一步確定斷裂的活動性，根據(jù)物探剖面識別出的上斷點(diǎn)的位置（圖3）布置了1條鉆孔聯(lián)合剖面，剖面位于北京市大興區(qū)長子營鎮(zhèn)，本次鉆孔的位置（D3）與中國地震局地殼應(yīng)力研究所于2012年在該區(qū)域布置的鉆孔位置（D1）相距約2km(3)中國地震局地殼應(yīng)力研究所，2012，北京新機(jī)場項(xiàng)目工程場地地震安全性評價(jià)報(bào)告。，與趙勇等（2019）在大興凸起南部鉆孔的位置（D2）相距約20km，它們的巖性地層特征和測年數(shù)據(jù)具有一定的可比性（圖2）。結(jié)合趙勇等（2019）在大興凸起南部標(biāo)準(zhǔn)孔的研究成果可知，本區(qū)全新統(tǒng)底界埋深約為17.35m，上更新統(tǒng)底界埋深約為57m，中更新統(tǒng)底界埋深約為75m，下更新統(tǒng)底界埋深約為181m（趙勇等，2019）。

2.2 地層斷錯特征

本鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面（圖5）揭示了豐富的標(biāo)志性地層位錯信息，并在穿越斷層的鉆孔巖芯中發(fā)現(xiàn)斷層滑動面，經(jīng)綜合分析將斷層的上斷點(diǎn)定位在孔間距為2m的5＃與9＃鉆孔之間，上斷點(diǎn)埋深位于約8m處或更淺，主要斷層識別證據(jù)包括：

（1）通過對比鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面所揭露的地層，發(fā)現(xiàn)了多套極具標(biāo)志性特征的地層，具有明顯的旋回特征：灰黑色黏土（局部粉砂質(zhì)）—土黃色粉砂質(zhì)黏土—細(xì)砂（黃色為主）。這些標(biāo)志層的埋深在斷層兩側(cè)具有明顯落差，且具有越向深部落差越大的特征，同時(shí)斷層上盤（南東盤）的地層存在加厚、發(fā)育生長地層等現(xiàn)象。

（2）在7＃鉆孔埋深39.4m處見砂層與黏土層之間呈疑似斷層接觸，接觸面的視傾角為40°，4＃鉆孔埋深51.5m與54.2m處亦分別見疑似斷面，視傾角約為55°。

（3）7＃鉆孔在39.4m以淺部分的地層序列與斷層上盤鉆孔一致，而39.4m以深則與下盤鉆孔的地層序列一致；4＃鉆孔在疑似斷層帶的上、下處與7＃鉆孔類似，即疑似斷層帶以淺的地層序列與上盤鉆孔一致，斷層帶以深的地層序列則與下盤鉆孔一致，表明該2孔應(yīng)跨斷層面。

2.3 主要的標(biāo)志層位錯特征

層（2）為一套土黃色粉砂層，在5＃鉆孔的埋深約為8m，在9＃鉆孔的埋深約為10m，其在斷層2盤的位錯量約2.0m。

層（5）為一套灰綠色砂層，在斷層下盤（北西盤）厚1.0～2.0m，近斷層處加厚，埋深為14～16m，在斷層上盤（南東盤）則埋深19～21m，其在斷層2盤的位錯量約為5.0m。

層（9）為一套粉砂質(zhì)黏土層，上半段為灰黑色，下半段為灰綠色夾黃褐色（砂含量較高），下半段的特征尤為明顯，易于識別。其在下盤的埋深為24～28m，在上盤的埋深為33～37m，位錯量約為9.0m。

層（14）為一套粉砂質(zhì)黏土層，其頂部呈極易識別的深黑色，底部則為灰綠色。其在下盤的埋深為44～51m，在上盤的埋深為58～63m，頂部位錯量約為14.0m。

層（19）為厚層的粉砂質(zhì)黏土，上段為淺灰黑色，下段為棕黃色；其在下盤的埋深為74～89m，在上盤的埋深為102～119m，位錯量約為28.0m。

3 斷裂活動性分析

經(jīng)淺層地震勘探發(fā)現(xiàn)大興凸起東緣斷裂在地下淺部有明顯的反映，結(jié)果顯示上斷點(diǎn)的埋深為38～43m，由于淺層地震探測的分辨率有限，其探測結(jié)果顯示的斷裂上斷點(diǎn)埋深往往與斷裂的實(shí)際上斷點(diǎn)存在偏差，因此需要結(jié)合鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測結(jié)果和地層年代測試結(jié)果對該斷裂的活動性進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。鉆孔聯(lián)合剖面顯示斷層位于5＃鉆孔和9＃鉆孔之間，剖面顯示其具有明顯的正斷特征，上斷點(diǎn)的埋深約在8m或更淺的位置。趙勇等（2019）在其標(biāo)準(zhǔn)孔深12.20m處獲得的14C年齡測試結(jié)果為（2 370±30）a BP，并以17.35m作為全新統(tǒng)的底界。中國地震局地殼應(yīng)力研究所在鉆孔深5.1m處獲得的14C年齡測試結(jié)果為（3 600±30）a BP(4)中國地震局地殼應(yīng)力研究所，2012，北京新機(jī)場項(xiàng)目工程場地地震安全性評價(jià)報(bào)告。?；卩徑延秀@孔的地層年代學(xué)資料并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景開展類比分析，推斷大興凸起東緣斷裂屬于全新世活動斷裂，其最新活動的具體年代及其斷錯特征將通過后續(xù)鉆孔年代學(xué)測試及開挖大型探槽作進(jìn)一步論證。

4 結(jié)論

大興凸起東緣斷裂位于北京平原的東南部，被近150～300m厚的第四紀(jì)沉積層覆蓋，僅采用地表地質(zhì)調(diào)查手段很難獲取斷點(diǎn)準(zhǔn)確的空間位置、上斷點(diǎn)埋深及最新活動時(shí)代。本文通過淺層地震勘探和鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測方法，結(jié)合鄰近地段鉆孔樣品年代測試結(jié)果，分析了大興凸起東緣斷裂的第四紀(jì)活動性，取得的主要結(jié)論包括：

（1）通過高精度淺層勘探，發(fā)現(xiàn)新近系及以上地層整體表現(xiàn)出南深北淺的傾斜形態(tài)，新近系與下伏地層呈角度不整合接觸，斷層最淺的上斷點(diǎn)埋深為38～43m，根據(jù)鄰近地段的地層年代解譯出該斷裂晚第四紀(jì)以來有過明顯活動。

（2）鉆孔勘探聯(lián)合地質(zhì)剖面揭示了豐富的標(biāo)志性地層位錯信息，通過鉆孔地層對比進(jìn)一步確認(rèn)了活動斷裂的存在。在鉆孔巖芯中分別在39.4m、51.5m和54.2m深處觀測到晚更新世地層中存在斷層滑動面。對孔距為2m的5＃與9＃鉆孔地層進(jìn)行對比，進(jìn)一步揭示出埋深8～10m處的地層斷距約為2m，推斷斷層上斷點(diǎn)的深度可能為8m或更淺。依據(jù)本區(qū)鄰近鉆孔地層年代數(shù)據(jù)，認(rèn)為該斷裂為全新世活動斷裂。其最新活動的具體年代及其活動參數(shù)將通過后續(xù)鉆孔年代學(xué)測試結(jié)果及開挖大型探槽作進(jìn)一步研究。

致謝審稿專家對本文的修改和完善提出了寶貴意見。在此一并表示感謝！