南苑—通縣斷裂大興規(guī)劃新城段的研究

黃 驍，陳 剛，李哲琳，孫進忠

（1.中國地質(zhì)大學工程技術(shù)學院，北京 100083；2.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100046；3.中國新興建設開發(fā)總公司，北京 100039）

0 引言

南苑—通縣斷裂是北京南部平原地區(qū)的一條主要控制性斷裂，是劃分北京迭斷陷和大興迭隆起的分界斷裂。1979年北京地震地質(zhì)會戰(zhàn)期間，沿南苑－通縣斷裂實施了一系列人工地震剖面探測，揭示了斷裂的存在[1][2]。20世紀90年代以來，隨著地震安全性評價工作的開展，北京市地震局、中國地震局所屬研究所等多家單位先后在斷裂南段的蘆城、方莊、后高米店和西紅門等地開展了程度不同的淺層人工地震剖面探測，但由于探測剖面線較短、深度淺等多方面原因，探測結(jié)果顯示的斷錯地層不甚清楚。為查明南苑—通縣斷裂在大興規(guī)劃新城內(nèi)的準確位置，并進一步驗證該斷裂的活動性，2009年北京市地質(zhì)工程勘察院在“北京大興規(guī)劃新城前期區(qū)域工程地質(zhì)勘查”項目中對該斷裂開展了綜合物化探（淺層地震勘探、放射性氡氣勘探、重力勘探、電法勘探）工作，本文在此基礎上將有關(guān)斷裂的資料進行了總結(jié)歸納，與同行進行交流。

1 南苑—通縣斷裂前人研究成果

南苑－通縣斷裂總體呈北東向展布，南起河北省涿縣的塔上，經(jīng)北京房山區(qū)的刁窩、碼頭鎮(zhèn)、兩間房、葫蘆垡，穿過永定河之后繼續(xù)向北東延伸，沿南苑鎮(zhèn)、大紅門、高碑店、定福莊、雙埠頭、平家疃至順義的北務一線展布，全長約為110km。斷裂總體走向為北東35°～50°，傾向北西，傾角約40°～60°。

根據(jù)斷裂幾何結(jié)構(gòu)及展布特點，大致以高碑店為界分為南北兩段，在斷裂分段界區(qū)東側(cè)與南口－孫河斷裂交匯。斷裂北段為順義迭凹陷的南邊界構(gòu)造，其北側(cè)為順義迭凹陷，第四系厚度約700m，南側(cè)為大興迭隆起，第四系厚度約200～300m；南段斷裂兩側(cè)第四系底界面埋深相差不大，均在50～70m左右。

20世紀80年代地震會戰(zhàn)中，在南苑－通縣斷裂北段布設了7條地震測線，其中317測線（通州和順義之間）比較好地反映了該斷裂深部特征。如圖1“原石油部646廠317測線”所示，斷層面傾向北西，傾角為70°～85°，它錯斷了早、中更新統(tǒng)的地層，說明南苑－通縣斷裂北段在早、中更新世有一定的活動性，且在該地區(qū)斷裂兩側(cè)的第四系厚度有明顯差異，證明其為穿透第四系底部的活動斷裂。

北京地震地質(zhì)會戰(zhàn)時對斷裂南段做了5條地震勘探測線，其中308號測線（從南苑到采育，測線跨越了大興迭隆起和豐臺迭凹陷，長度約26km）剖面（圖2“原石油部646廠308測線”）中明顯反應出南苑—通縣斷裂呈高角度正斷層，自地表深200m以下明顯錯動了新近的T2層，200m以上的第四系TQ沒有被錯斷的痕跡，沉積物的層理連續(xù)和清楚。且斷裂兩側(cè)的第四系厚度沒有明顯差異，均為70m左右。故此，認為南苑～通縣斷裂南段的最新活動時代為第四紀之前，第四紀以來尚未發(fā)現(xiàn)斷裂活動的跡象。

圖1 原石油部646廠317測線

圖2 原石油部646廠308測線

根據(jù)歷史地震資料，在斷裂的北段通州城區(qū)附近，在歷史地震中以及1976年唐山地震中，其活動都極其顯著；而斷裂的南段南苑地區(qū)，卻未發(fā)現(xiàn)震害證據(jù)，斷裂的活動不明顯[3][4]。因而推斷該斷裂在大興一帶不是明確的第四紀活動斷裂。

2002年徐錫偉、吳衛(wèi)民等認為南苑—通縣斷裂的主要活動時期為N、Q，最新活動時期為Q3[5]。2006年劉保金，胡平等人采用地震反射剖面和鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面確定了南苑—通縣斷裂北段控制了順義盆地東南邊界及其兩側(cè)的第四紀地層沉積，認為該斷裂段錯斷的最新地層為埋深約43m 的晚更新中期地層，推斷其最新活動時代應為晚更新世中期，晚更新世晚期以來沒有明顯的活動[6]。

2 勘查工作布置

本次野外數(shù)據(jù)采集共完成5條測線的綜合物化探工作，每個測線均進行了放射性氡氣勘探、重力勘探、電法勘探工作，其中Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ三條測線還進行了淺層地震勘探工作，工作布置見圖3“南苑—通縣斷裂勘探剖面示意圖”。

圖3 南苑—通縣斷裂勘探剖面示意圖

（1）興豐大街測線（Ⅰ測線）：測線起點位于樂園路路口，沿興豐街東側(cè)自南向北布設，穿后高路、雙高路、前高路，向北止于北興路，測線全長1560m。

（2）興旺路測線（Ⅱ測線）：測線起點位于清源路路口，沿興旺路西側(cè)自南向北布設，向北止于康莊路西口北側(cè)500m處，測線全長1860m。

（3）清源西路測線（Ⅲ測線）：測線起點位于清源西路鐵道北側(cè)，沿清源西路自南向北布設，經(jīng)大興區(qū)黃村鎮(zhèn)敬老院分院、藍興通達汽車修理中心、清源路、向北止于蘆城至鵝房的路口南，測線全長2520m。

（4）前辛莊測線（Ⅳ測線）：測線起點位于前辛莊村內(nèi)，沿小路自南向北布設，經(jīng)前辛莊鐵路涵洞向北止于天堂河邊，測線全長1760m。

（5）六合莊測線（Ⅴ測線）：該測線沿永定河左堤路東側(cè)自南向北布設，南端起于六合莊村西左堤路18km里程碑南200m處，止于寶興高爾夫球場的過路天橋北側(cè)680m處，測線全長2960m。

3 物化探資料分析

圖4～圖8為5條測線的綜合物化探地質(zhì)解釋剖面圖。測區(qū)5條放射氡氣濃度曲線均顯示放射性氡氣在斷裂帶處有異常；異常幅度范圍呈現(xiàn)北部測線較高南部測線較低的趨勢，這與研究區(qū)基巖埋深深度變化的趨勢吻合。

5條測線重力曲線圖清楚地顯示出斷裂兩側(cè)的布伽重力梯度異常曲線均呈現(xiàn)南高北低的趨勢，每條測線重力異常數(shù)值在斷裂帶位置均呈現(xiàn)急速下降的態(tài)勢，在斷裂兩側(cè)呈現(xiàn)負極大值。異常幅度在測區(qū)北部Ⅰ測線達到6毫伽、南部Ⅴ測線為3毫伽，亦可見由東向西逐漸減小趨勢。斷裂兩側(cè)的基巖埋深落差較大，上升盤，下降盤清晰。

5條電測深斷面圖均呈現(xiàn)如下特征：一維測深反演曲線在斷裂帶南北兩側(cè)有著明顯變化，南側(cè)為二元地層結(jié)構(gòu)，北側(cè)為三元地層結(jié)構(gòu)。在斷裂南側(cè)推測為第四系下伏高阻基巖，在斷裂西北側(cè)推測第四系下伏新第三系，其下又是高阻基巖。在二、三元地層結(jié)構(gòu)分界之處，推測為南苑—通縣斷裂。二維電測深反演斷面圖在斷裂帶兩側(cè)第四系下伏基巖視電阻率值存在明顯變化，南側(cè)第四系下伏基巖電阻率高達400歐姆?米；而北側(cè)第四系下伏基巖電阻率僅為幾十歐姆?米。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料顯示[7]：南側(cè)為奧陶系灰?guī)r，北側(cè)為新第三系的泥巖、砂巖。界線兩側(cè)屬不連續(xù)沉積地層，是斷裂存在的重要特征。

3條淺層地震測線反射波疊加時間剖面顯示：第四系底界TQ反射波都具有較高的信噪比，而且在剖面橫向上均可以被連續(xù)追蹤對比。第四系內(nèi)部可分辨出1～3組地層界面反射波，它們的反射能量相對較弱，在剖面上基本呈近水平形態(tài)展布且連續(xù)。在第四系覆蓋層之下的基巖地層內(nèi)部，獲得了多組TB反射波，它們的反射能量以及展布形態(tài)變化較大且都不連續(xù)，大部分斷層在反射剖面上的特征清楚。其中Ⅰ測線中段TQ反射同相軸出現(xiàn)較為明顯的扭曲，其下的TB1和TB2反射波組在相關(guān)位置也有不同程度的波形畸變和同相軸的扭曲、錯斷現(xiàn)象，推測該處可能存在斷層；在剖面上是一個向北傾的正斷層，視傾角較陡，錯斷了剖面上TQ以下的所有地層，在TQ反射界面的垂直斷距很小，僅有1～3m左右。Ⅲ測線剖面揭示第四系下伏基巖內(nèi)部的地層反射存在3處異常：其一在測線樁號730m附近，TB3以下的反射波組有波形畸變和同相軸的扭曲、錯斷現(xiàn)象，兩側(cè)地層的產(chǎn)狀也有所不同，與其它物探方法顯示斷層位置基本一致；它錯斷了剖面上TB3以下的地層，在TB3反射界面的垂直斷距約為2～4m左右。其二在測線樁號1440m左右的下方，TB1以下的反射波組存在能量上的較大差異，且各反射同相軸也有較為明顯的扭曲、錯斷跡象，剖面顯示為向南傾正斷層，視傾角較陡；它錯斷了剖面上TB1以下的所有地層，在TB1反射界面的垂直斷距約為2～4m左右。其三在1780m樁號附近的下方，TQ反射同相軸有較為明顯的錯斷跡象，其下的TB反射波組在相關(guān)位置也有不同程度的波形畸變和同相軸的扭曲、錯斷現(xiàn)象，在剖面上顯示為向北傾正斷層，視傾角較陡；它將TQ反射界面垂直錯斷了4～6m左右。Ⅴ測線南段850m樁號左右的下方，TB3同相軸的反射能量出現(xiàn)較為明顯的突變，推測為一向北傾正斷層；它在TB3反射界面的垂直斷距約為2～3m左右，由于剖面中TB反射震相的信噪比較低，在基巖內(nèi)部解釋的該斷層可靠程度不高，且其它物探方法未在該樁號附近顯示異常。

圖4 Ⅰ測線綜合物探地質(zhì)解釋剖面圖

圖5 Ⅱ測線綜合物探地質(zhì)解釋剖面圖

圖6 Ⅲ測線綜合物探地質(zhì)解釋剖面圖

4 斷裂綜合分析研究

圖7 Ⅳ測線綜合物探地質(zhì)解釋剖面圖

圖8 Ⅴ測線綜合物探地質(zhì)解釋剖面圖

本次研究認為大興規(guī)劃新城處于南苑—通縣斷裂的南段，該段第四紀以來基本沒有明顯活動，表現(xiàn)在斷裂兩側(cè)第四系厚度相同，且在淺層地震剖面上可以清晰看出斷裂沒有影響第四系，為一條基巖斷裂。研究區(qū)內(nèi)南苑—通縣斷裂帶至少由兩條斷裂組成，其中靠北側(cè)為主斷裂，其南側(cè)發(fā)育一條次級斷裂；主斷裂因控制了古近系和新近系的分布從而造成明顯的重力梯度異常。研究區(qū)內(nèi)斷裂以氡氣測量和電法測量的結(jié)果圈定其大體位置，以重力測量所解譯的結(jié)果為主，以淺層地震的結(jié)果輔助可得5個斷點，見表1“南苑—通縣斷裂斷點參數(shù)表”。

表1 南苑—通縣斷裂斷點參數(shù)表

5 問題與探討

（1）淺層地震在Ⅴ測線2100m樁號附近未揭示異常，而其它物探方法卻清楚顯示該處存在斷裂，原因為何？

（2）地質(zhì)會戰(zhàn)結(jié)果顯示在研究區(qū)內(nèi)南苑—通縣斷裂分為2支，結(jié)合已有的物探結(jié)果推測清源西路測線上730m樁號附近探測到的斷層F3可能就是該斷層的南分支斷層；但在1780m樁號附近的斷點所反映的斷層是否為其北分支斷層，以及1440m樁號向南傾的斷點歸屬問題，尚需開展進一步的探測工作進行確定。

[1]北京市地震地質(zhì)會戰(zhàn)第三專題組.調(diào)查研究北京地區(qū)深部地質(zhì)構(gòu)造.1980.

[2]北京市地震地質(zhì)會戰(zhàn)第六專題組.北京地區(qū)地震活動特征.1980.

[3]北京市地震地質(zhì)會戰(zhàn)第四專題組.北京平原區(qū)全新世構(gòu)造活動調(diào)查研究.1982.

[4]北京市地震地質(zhì)會戰(zhàn)第八專題組.北京平原區(qū)地震影響小區(qū)劃.1984.

[5]徐錫偉,吳衛(wèi)民等主編.首都圈地區(qū)地殼最新構(gòu)造變動與地震.北京: 科學出版社,2002.

[6]劉保金,胡平等.北京平原西北部地殼淺部結(jié)構(gòu)和隱伏活動斷裂—由地震反射剖面揭示.地球物理學報.2009.52（8）.2015～2025.

[7]北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院.北京市平原區(qū)基巖立體地質(zhì)調(diào)查成果報告.北京:北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院,2007.