灤縣縣城周邊斷裂的初步研究

冉志杰，楊岐炎，呂國軍，駱艷欣，彭遠黔

（1.河北省地震局，石家莊 050022；2.石家莊市地震局，石家莊 050055）

灤縣縣城周邊斷裂的初步研究

冉志杰1，楊岐炎1，呂國軍1，駱艷欣2，彭遠黔1

（1.河北省地震局，石家莊 050022；2.石家莊市地震局，石家莊 050055）

通過衛(wèi)星影像資料和地質資料，結合淺層地震勘探結果，對灤縣縣城附近的響堂斷裂、坨子頭斷裂以及唐山斷裂進行初步研究，確定3條斷裂的活動性質及產狀。研究表明灤縣縣城附近第四系埋深在70～120m范圍內，3條目標斷裂都錯斷了第四系底界，斷層上斷點位于第四系地層中。

斷裂；地震勘探；衛(wèi)星影像；灤縣

0 引言

灤縣位于唐山市東部，首都圈地震重點監(jiān)視防御區(qū)內，地處燕山南麓灤河西岸，處于NE向寧河－昌黎斷裂、NW向薊運河斷裂、EW向桐柏斷裂以北的第四紀凹陷與燕山基巖隆起的交接地帶（圖1）。此帶北部為燕山新生代隆起區(qū)，現(xiàn)今仍以上升運動為主；南部在第三紀，與燕山地區(qū)一起處于隆起狀態(tài)，缺失第三紀堆積。第四紀隨著華北平原拗陷向北擴展，下沉接受堆積，第四系厚度為0～100m。

灤縣新城區(qū)南部附近存在響堂斷裂、坨子頭斷裂、芝麻山西斷裂，灤縣西北部存在唐山斷裂帶，這些斷裂尚未專門開展過活斷層探測，斷層結構和準確位置尚不清楚，斷層活動性也有待進一步確定。盡管灤縣縣城周邊斷裂所處的構造位置很重要，與附近中小地震活動也有一定的關系，但卻長期未被重視，對斷層最新活動性的調查和研究一直非常薄弱，僅限于工程場地地震安全性評價工作中的基本調查和初步分析。近年來，針對不同的場地條件而采用不同的地球物理探測方法通過在一些區(qū)域的探測成果對研究斷層的定位、展布范圍以及上斷點埋深等方面均取得了令人滿意的效果［1－3］。因此，本文結合地質資料、衛(wèi)星影像資料，根據(jù)淺層地震勘探結果，對響堂斷裂、坨子頭斷裂，以及唐山斷裂帶沿北東方向延伸段進行了初步研究［4－6］。

1 地質構造背景

唐山塊陷，形態(tài)上為一走向NEE的菱形塊體，四周被具有新活動的4條大斷裂和深斷裂所包圍。斷塊的南界是寧河－昌黎深斷裂，北界是榛子鎮(zhèn)斷裂，二者走向都是NEE向，東界是灤縣－樂亭大斷裂，西界是薊運河深斷裂，二者走向均呈NW向。唐山菱形塊體被強烈活動著的深斷裂和大斷裂包圍著，是一個強烈活動的斷塊［7］。

灤縣－樂亭大斷裂控制了山海關塊隆和唐山塊陷的活動，前者上升，后者下沉。斷面傾向NE，為高角度的逆沖斷層。在馬城一野雞沱之間由4條平行的斷層組成，形成于前古生代，新構造運動強烈，灤縣以西有一系列NNW走向的斷裂殘山。斷裂東側為上升海岸，砂丘、海蝕階地、陸連島發(fā)育，西側為下降海岸，三角洲、濕地發(fā)育。斷裂兩側分布著3個歷史時期的灤河沖積扇，它是灤河在斷裂新活動控制下遷移的結果，反映了斷裂兩側多次升降差異運動的存在。響堂斷裂、坨子頭斷裂、芝麻山西斷裂為近于等距排列的NNW至NNE向斷裂，屬于灤縣－樂亭大斷裂向北延伸的活動斷裂組。

（1）響堂斷裂：北起高坎，經響堂，南至李興莊附近，長約18～20km，走向340°，傾向 NW，傾角80°～85°，為一斜沖逆斷裂。據(jù)鉆探資料，基巖傾向斷距250m。此斷裂大部分隱伏，在小山莊北見黑云變粒巖逆沖于長城系石英砂巖之上。

（2）坨子頭斷裂：為一隱伏斷裂，走向NE340°，傾向SW，逆斷裂，全長20km。斷裂由地質資料推斷得到，斷裂西側為一系列NW340°方向展布的殘山，斷裂線通過位置顯示基巖埋深的負地形，坨子頭斷裂判斷為1945年灤縣西6級地震的發(fā)震構造。

圖1 地質構造圖

（3）芝麻山西斷裂：位于前兩斷裂以西，地質資料推斷為隱伏斷裂，走向北西340°，傾向SW，屬高角度逆斷裂，大于25km。芝麻西斷裂為灤縣7.1級地震的發(fā)震構造。

（4）唐山斷裂帶：斷裂帶主要由3條平行的斷裂組成，此外還有一系列褶皺伴生［8］。

①唐山－古冶斷裂：其西南段走向NE30°，東北段走向50°。斷裂南端被一條近東西向橫斷裂（豐臺－豐南斷裂）所切，全長約30km。唐山以南一段由2條平行的斷層組成，兩斷層間距約500m，斷面傾向北西，傾角70°～80°，西邊一條為正斷層，東邊一條為逆斷層。該斷裂為全新世活動斷裂。

②陡河斷裂：該斷裂走向NE，由南、北2段組成。東北段為傾向NW的正斷層，西南段由2條相距約200m的平行小斷層組成，斷面都傾向NW，正斷層，全長約50km，活動時代為中、晚更新世。

③唐山－巍山－長山南坡斷裂：該斷裂由一些斷續(xù)出露的斷層組成，走向NE，傾向NW，傾角很陡，近于80°，以擠壓逆沖性質為主，斷面多沿地層層面分布。根據(jù)地層對比分析，估計斷距不大，斷層長約20km，斷裂活動時代為早更新世。

上述3條斷裂向西南延伸后，在豐南附近合并為一條，延伸到磨坊橋附近消失，全長約40km，通稱為唐山斷裂帶。

2 衛(wèi)星影像解譯

當前，隨著勘探工作的不斷深人，施工地表越來越復雜，工區(qū)類型越來越多樣化，野外踏勘的難度不斷加大，二次測量的數(shù)量和難度也有增大的趨勢。為了減少野外踏勘的難度和二次測量的次數(shù)，同時為了滿足當前高精度、多道數(shù)的勘探施工要求，提高工作效率以及物探施工的采集質量，因此在物探施工中引進了大量遙感圖像資料來滿足地震勘探生產需要［9］。

灤縣縣城以西為平原區(qū)，局部有山丘出露，地勢較為平坦，縣城以東為山丘區(qū)。圖2為灤縣縣城南部衛(wèi)星影像圖，在縣城西側，出露山丘沿NW方向串珠狀排列，形成線性構造影像，縣城東側一系列陡坎沿NW方向排列，根據(jù)地質資料推測，上述線性構造影像是響堂斷裂和坨子頭斷裂存在的間接標志。

圖2 響堂斷裂和坨子頭斷裂衛(wèi)星影像

圖3為灤縣縣城北部衛(wèi)星影像圖，在縣城西側雷莊鎮(zhèn)附近出露的山丘沿NE方向錯列，在縣城東北部平原區(qū)與山丘區(qū)分界線沿NE方向，形成線性構造影像，根據(jù)地質資料推測，上述線性構造影像是唐山斷裂帶存在的間接標志。

圖3 唐山斷裂衛(wèi)星影像解譯

3 淺層地震勘探

淺層地震反射波法可利用地下介質物性差異界面上的地震反射波的運動學和動力學特征，通過人工激發(fā)產生的彈性波在地下的傳播規(guī)律來推斷地下巖層分布結構和巖石性質。當?shù)貙映霈F(xiàn)破碎、密集微裂隙時，便會出現(xiàn)更加靈敏的響應。因此地震勘探對識別斷層、裂隙破碎帶等方面發(fā)揮重要作用［10－12］。

根據(jù)場地條件衛(wèi)星影像解譯結果，在灤縣新城區(qū)南部布置了2條測線，即為探測NWW向坨子頭斷裂和NWW向響堂斷裂而布設的測線，在灤縣新城區(qū)北部為探測北東向唐山斷裂帶布設了1條測線。

野外數(shù)據(jù)采集使用美國GEOMETRICS公司NZXP高分辨率地震儀，激發(fā)震源為70kg夯源、接收用CDJ-100型100Hz垂直檢波器。數(shù)據(jù)采集參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定為：采樣間隔0.25ms，記錄長度700ms，72道接收，50Hz陷波，15Hz低切濾波，500Hz高切濾波。觀測系統(tǒng)為道間距4m、炮間距16m、最小偏移距16m、9次覆蓋地震反射波法。

地震數(shù)據(jù)處理采用加拿大地震處理軟件Vista7.0完成，即：首先定義地震數(shù)據(jù)的空間屬性，繼而進行數(shù)據(jù)預處理，如切除、剔道，然后進行頻譜分析、速度分析等參數(shù)處理，再進行濾波、靜校正、反濾波、動校正、疊加等常規(guī)處理手段，最后進行深度偏移成像，形成可供解釋的深度偏移剖面。

（1）坨子頭斷裂測線

測線位于灤縣新城南部西雙山村南，沿近東西向灤古公路布設，地震剖面長1296m，圖4是地震反射時間剖面和地質解釋剖面，在該測線上解釋了2個斷點，標識為 F1－1、F1－2。斷層 F1－1位于剖面CDP161左右，T1反射波同相軸出現(xiàn)了明顯的錯斷和產狀突然變化，斷層F1－1為傾向西的正斷層，傾角75°，對應T1反射面的斷距約為6m。斷層F1－2位于剖面CDP301左右，T1反射波同相軸也出現(xiàn)了明顯的錯斷和產狀突然變化，斷層F1－2為傾向西的逆斷層，傾角75°，對應T1反射面的斷距約為10m。結合地質構造資料判斷，斷層F1－2為坨子頭斷裂在地震剖面上的顯示。從地震勘探結果可見，伴隨坨子頭斷裂還有一條左旋的正斷層。

（2）響堂斷裂測線

測線位于灤縣新城東南吳坎村北，沿近東西向村級公路布設，剖面長912m，圖5是地震反射時間剖面和地質解釋剖面，在該測線上解釋了1個斷點，標識為F2。斷層F2位于剖面CDP135左右，T1反射波同相軸出現(xiàn)了明顯的錯斷和產狀變化，斷層F2為傾向西的逆斷層，傾角70°對應T1反射面的斷距約為50m。結合地質構造資料判斷，斷層F2為響堂斷裂在地震剖面上的顯示。

圖4 坨子頭斷裂地震勘探剖面

（3）唐山斷裂測線

測線位于灤縣新城北部孔莊村北，沿近南北向田間道路布設，剖面長568m，圖6是地震反射時間剖面和地質解釋剖面，在該測線上解釋了兩個斷點，標識為 F3－1、F3－2。斷層 F3－1位于剖面 CDP78左右，T1反射波同相軸出現(xiàn)了明顯的分叉、合并，斷層F3－1為傾向南的逆斷層，傾角65°，對應T1反射面的斷距約為5m。斷層F3－2位于剖面CDP194左右，T1反射波同相軸出現(xiàn)了明顯的錯斷，斷層F3－2為傾向南的正斷層，傾角，65°，對應T1反射面的斷距約為7m。結合地質構造資料推斷，斷層F3－1、F3－2為唐山斷裂帶在地震剖面上的顯示。從地震勘探結果可見，唐山斷裂帶在灤縣縣城北部為2條斷層組成，斷層相距230m。

5 結論

根據(jù)衛(wèi)星影像解譯結果在灤縣新城區(qū)附近應用淺層地震勘探技術對響堂斷裂、坨子頭斷裂以及唐山斷裂進行了探測，探測結果表明：

（1）坨子頭斷裂為傾向西的逆斷層，傾角75°，斷距約為10m，伴隨坨子頭斷裂還有一條左旋的正斷層，兩斷層相距280m。

（2）響堂斷裂為傾向西的逆斷層，傾角70°，斷距約為50m。

（3）唐山斷裂帶沿北東方向延伸段為兩條斷層組成，斷層相距230m。一條斷層為傾向南的逆斷層，傾角65°，斷距約為5m。另一條斷層為傾向南的正斷層，傾角，65°，斷距約為7m。

根據(jù)地層資料，灤縣縣城附近第四系埋深在70～120m范圍，淺層地震勘探表明以上3條斷裂都錯斷了第四系底界，斷層上斷點位于第四系地層中，為進一步確定斷層的上斷點埋深，有待開展橫波地震勘探和鉆探工作。

圖5 響堂斷裂地震勘探剖面

圖6 唐山斷裂帶地震勘探剖面

［1］ 王振東.淺層地震勘探應用技術［M］.北京：地質出版社，1988.

［2］ 俞壽朋.高分辨率地震勘探［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［3］ 劉保金，張先康，方盛明，等.城市活斷層探測的高分辨率淺層地震數(shù)據(jù)采集技術［J］.地震地質，2002，24（4）：524-532

［4］ 齊浪，劉巍，劉軒，等.口泉斷裂口泉村段斷裂特征研究［J］.華北地震科學，2012，30（1）：44-47.

［5］ 許洪泰，葛孚剛，沈得秀，等.魯西地區(qū)蒼山－尼山斷裂活動習性及地震活動研究［J］.華北地震科學，2012，30（3）：8-13.

［6］ 陳波，楊清福，盛儉，等.長春市開源堡－小城子斷裂活動性研究［J］.華北地震科學，2011，29（4）：15-20.

［7］ 虢順民，李志義，程紹平，等.唐山地震區(qū)域構造背景和發(fā)展模式的討論［J］.地質科學，1977，10（4）：305-307.

［8］ 郭慧，江娃利，謝新生.對1976年唐山 Ms7.8級地震地表破裂帶展布及位移特征的新認識［J］.地震地質，2011，33（3）：506-524.

［9］ 楊春仁.遙感影像圖用于物探施工的探討和研究［J］.石油儀器，2010，25（2）：60-63

［10］ 潘紀順，劉保金，朱金芳，等.城市活斷層高分辨率地震勘探震源對比試驗研究［J］.地震地質，2002，24（4）：533-541

［11］ 徐明才，高景華，劉建勛，等.應用于城市活斷層調查的地震方法技術［J］.中國地震，2005，21（1）：17-23

［12］ 楊曉平，鄭榮章，張?zhí)m鳳，等.淺層地震勘探資料地質解釋過程中值得重視的問題［J］.地震地質，2007，29（2）：281-293.

The preliminary study of the faults nearby Luanxian County

RAN Zhi-jie1，YANG Qi-yan1，LV Guo-jun1，LUO Yan-xin2，PENG Yuan-qian1
（1.Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang 050021，China；
2.Earthquake Administration of Shijiazhuang City，Shijiazhuang 050055，China）

Combined with satellite images，geological data and seismic exploration results，the nature of fault activity and fault occurrence of Xiangtang fault，Tuozitou fault and Tangshan fault were determined.The results show that the Quaternary depth is from 70to 120mnearby the Luanxian County，the bottom boundary of the Quaternary strata was faulted by the three target faults，the upper breakpoint of the fault located in the Quaternary strata.

fault；seismic exploration；satellite images；Luanxian

P542.3

A

1003－1375（2013）02－0008－05

10.3969／j.issn.1003－1375.2013.02.002

2012-12-19

河北省地震局地震科研基金重點項目“夏墊斷裂帶夏墊段橫波地震勘探研究”（2012011）

冉志杰（1979－），男（漢族），工程師，主要從事工程地震研究和地球物理探測工作.E-mail：13931173966＠126.com