夏墊斷裂帶深部構造特征與第四紀活動性討論

何付兵 白凌燕 王繼明 劉 予 蔡向民孫永華 張 磊 方同明 郭高軒

1)北京市地質調查研究院，北京 100195

2)北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195

0 引言

夏墊斷裂帶是首都東部地區(qū)一條NNE向的巖石圈尺度的區(qū)域性深斷裂帶，其形成和演化對于北京平原地區(qū)的構造演化起著至關重要的作用。該斷裂帶新生代斷距大(可達3～4km)、延伸較長(可達70km)，切割深(巖石圈尺度)，是控制大廠凹陷形成和演化的盆地邊界斷層，構成了大廠凹陷與大興隆起的分界線(北京市地質礦產(chǎn)局，1991)。不僅如此，夏墊斷裂帶歷史上還曾發(fā)生過多次強震活動，公元1679年在北京及附近地區(qū)歷史記錄上最大的三河－平谷8級地震就發(fā)生在該斷裂帶上(賀樹德，1987)。

國內外眾多專家學者借助地質、微地貌、物探、化探、鉆探等不同方法，對夏墊斷裂帶進行過探討(孟憲梁等，1983;向宏發(fā)等，1988，1994;高清武，1992;冉勇康等，1997;江娃利等，2000b;徐錫偉等，2000;趙金仁等，2004;高景華等，2008;毛昌偉等，2010;高戰(zhàn)武等，2010)。通過對1679年夏墊斷裂帶上發(fā)生的三河－平谷地震區(qū)的地質、地貌等各類現(xiàn)象綜合分析，對該次地震的宏觀震中、發(fā)震機制、破裂方式進行了廣泛而深入的研究，并探討了夏墊斷裂帶主干斷裂性質、規(guī)模、產(chǎn)狀，區(qū)域上的構造應力場特征、地質構造背景、大震的重復性及晚更新世以來的活動特征等系列問題。然而，由于夏墊斷裂帶基巖隱伏埋藏深的原因，關于夏墊斷裂帶的組成、空間展布、第四紀以來的活動特征及斷裂帶的分段性卻鮮有論述。為此，本文借助2010—2012年北京市國土局、地勘局、地震局聯(lián)合開展的“北京平原區(qū)活動斷裂監(jiān)測專項地質調查”項目，結合搜集的前人資料，對夏墊斷裂帶空間展布、第四紀以來的斷裂活動性、斷裂帶分段等問題進行分析和討論，尤其是對夏墊斷裂帶的深部和淺部的空間展布特征進行研究，得到一些全新的認識，為北京平原區(qū)地震危險性評價和災害評估提供一定的科學依據(jù)。

1 研究方法與工作量布置

1.1 研究方法

本次工作的主要目的是揭示夏墊斷裂帶的空間展布特征，并研究其第四紀以來的活動性?？紤]到夏墊斷裂帶為首都東部平原區(qū)隱伏斷裂帶這一特征，對斷裂帶空間展布特征研究主要借助物探手段進行。重力勘探最大特征是檢測有密度差異的地質體，夏墊斷裂帶沿線及附近地區(qū)，新生代地層厚度、斷距均較大(埋深可達5km，斷距3～4km)，半固結新生代地層(巖性)同基巖地層(巖性)密度存在較大差異，借助高精度重力勘探能較為精確地揭示夏墊斷裂帶在基巖中的大致位置。通過對重力剖面測量數(shù)據(jù)的反演、水平一階導數(shù)處理等，可獲得斷裂帶基巖斷點位置、斷裂數(shù)量等，洞悉斷裂帶深部空間展布特征;高分辨率淺層二維地震探測是研究活動構造常用的有效方法(Demirbag et al.，2003;陳宇坤等，2007;高景華等，2008)。本次地震剖面測量重點探測夏墊斷裂帶在150～700m深度新生代地層的特征，通過對地震剖面的綜合解譯，反映夏墊斷裂帶中－淺層次斷裂的構造變形特征;由于二維地震測量不能兼顧淺部及中－淺部，本次二維地震工作不能最佳揭示斷裂帶中斷裂的上斷點問題。夏墊斷裂帶上斷點埋藏較淺，局部破裂至地表，而在斷層埋深較淺的地區(qū)，高密度電阻率法二維層析成像是可行的勘探方法(孫景慧等，2004;李清林等，2006)，其反演的斷面圖同樣能直觀、形象地反映斷面電性異常體的形態(tài)、規(guī)模和產(chǎn)狀。因此，借用高密度電阻率法一方面驗證淺層二維地震解譯成果，探討其構造變形特征，另一方面用以確定斷裂帶上斷點埋深，揭示斷裂最新的活動時間。然而，由于高密度電阻率法受體積效應影響，其分辨率有限，加上夏墊斷裂帶地表多覆蓋人工耕作層，該層電性較為單一，對測量結果產(chǎn)生了明顯影響?？梢?，夏墊斷裂帶雖在夏墊一帶出露地表，但該方法確定的上斷點也不能直接揭露到地表。

斷裂帶活動性研究方法眾多(鄧起東，1991)?；诒敬窝芯康谒募o以來的斷裂帶活動特征的需要，對活動性研究主要借助鉆探方式進行，即在物探工作成果基礎上，沿著夏墊斷裂帶上下盤，布設多孔基巖鉆探，并搜集沿線其他地區(qū)信息齊全、分布于上下兩盤、可進行地層對比的鉆孔資料，組成近垂直斷裂帶的多條聯(lián)合鉆孔剖面。通過對各聯(lián)合鉆孔的分析，簡單探討夏墊斷裂帶第四紀以來在不同地區(qū)的活動特征，并探討斷裂帶分段性。

1.2 工作量布置

1.2.1 物探工作

各物探剖面布置結合前人研究成果及實地踏勘進行。在整合前人資料基礎上，于平面圖上繪出夏墊斷裂帶主斷裂的大致分布位置，并以此主斷裂位置為中心，垂直主斷裂(NW－SE)方向延伸布置剖面(圖1)。剖面布設本著由粗到細、由深向淺的原則進行，先用重力勘查確定斷裂帶的深部特征，再用人工地震勘查中－淺部特征，最后用高密度電阻率法補充地震勘探獲取淺部至近地表層特征，物探各條剖面布設見圖1。

圖1 夏墊斷裂帶物探、聯(lián)合鉆孔剖面位置分布及空間展布圖Fig.1 Location of the geophysical survey line，composite drilling section，and the spatial extension of the Xiadian Fault zone.

本次各項物探實物工作中，高精度重力測量儀器為美國產(chǎn)柯斯特(LCR－D)高精度重力儀和加拿大產(chǎn)CG－5重力儀，布格重力異?？偩葹?.1×10－5m/s2，共計實施重力測量剖面18條，總長度約194km;二維地震剖面測量地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為法國生產(chǎn)的Sercel 428XL千道遙測地震儀和美國GEOMETRICS生產(chǎn)的STRATAVISOR NZ－60P數(shù)字地震儀，激發(fā)震源為車載Minivib T－15000縱波震源和Minivib T－2500縱橫波震源。地震測量道間距≤5m，覆蓋次數(shù)≥12，每條測線根據(jù)地質情況選擇合理的偏移距，共實施二維地震剖面23條，總長度約90km;高密度電阻率法測量儀器為美國AGI公司生產(chǎn)的8通道SuperSting R8 IP8 channel Memory Earth Resistivity and IP Meter。高密度電阻率法測量每一點測量至少循環(huán)2次以上，每一點最大重復測量誤差控制在2%以內，最終測量數(shù)據(jù)反演借用AGI EarthImager軟件進行。該法測量剖面共計25條，總長度約11km。

圖2 夏墊斷裂帶典型結構圖Fig.2 Typical fault zone structure on the Xiadian Fault zone.

通過不同物探方法對同一地區(qū)從深部到地表多方法斷裂勘探“接力拼接”，可獲得斷裂帶垂向結構，典型斷裂帶垂向結構見圖2。同時，獲得各種物探方法推測的斷點坐標(包括深部、中－淺部、超淺部及地表斷點坐標)及中－淺部的斷裂產(chǎn)狀特征。進一步對深部斷點坐標進行地表投影，獲得斷裂帶在基巖深度上的空間展布，而對中－淺部、淺部斷點坐標進行產(chǎn)狀延伸地表投點，并結合地表調查獲取的斷點位置，獲得斷裂帶在第四紀地層中的展布，具體展布特征見圖1。

1.2.2 鉆探工作

本次鉆探工作布置是在全部物探綜合解譯、斷裂帶精確定位后進行，布置在整個斷裂帶最典型的物探剖面上，滿足各鉆孔連續(xù)沉積、取心率高(可取樣分析)并能進行精確地層對比等要求。本次施工4口鉆孔zk7、zk8、zk9、zk10，位于夏墊斷裂最北邊平谷馬坊地區(qū)，具體鉆孔位置見圖1。4口鉆孔NW－SE向展布，全部為基巖鉆孔，孔間距依次為2.62km、0.94km、1.71km。鉆孔中沉積連續(xù)，地層具有明顯的可對比性(鉆孔對比見何付兵等另文《北京平谷馬坊地區(qū)第四紀鉆孔層序地層與沉積相分析》)。夏墊斷裂帶位于zk8和zk9之間，基巖斷距44.8m(包括地表高程差0.1m)。

2 地球物理探測的斷裂解釋依據(jù)與特征

2.1 高精度重力剖面

本次工作典型重力剖面成果見圖2d。布格重力異常曲線的形態(tài)較為簡單，除斷裂帶最北部2條剖面(25和26測線)由于新生代地層厚度較薄，重力剖面效果不理想外，其余所有測線均表現(xiàn)出西高東低2級臺階式。重力值明顯跨越了2個梯級帶，東部為重力低值區(qū)，而西部為高值區(qū)，且差值很大。此類異常通常對應著一個深大斷裂(劉燕戌等，2009)，說明夏墊斷裂帶是一條區(qū)域上的深大斷裂帶。對布格重力異常求解水平方向一階導數(shù)，獲取水平梯度異常曲線，可進一步揭示斷裂帶主斷裂位置、斷裂數(shù)量等特征(彭一民等，1981)。夏墊斷裂帶水平梯度異常曲線的形態(tài)相對較為復雜，可歸納為3類，且在空間分布上具有明顯的規(guī)律:第1類形態(tài)呈狹窄“V”型式，主要分布于北部馬坊—西集一帶;第2類形態(tài)呈寬闊“U”型式，主要分布于中南部西集—大杜社一帶;第3類形態(tài)為宏觀西高東低2級到多級臺階式，主要分布于南部大杜社—鳳河營一帶。由于水平梯度異常曲線可揭示各測點的重力變化幅度，因此在斷裂解譯過程中，曲線上的極值(峰值)常被用來解譯為斷裂(揭景榮等，2008;劉燕戌等，2009)?！癠”型或2級到多級臺階式水平梯度曲線形態(tài)宏觀上表現(xiàn)為寬闊狀極值(峰值)區(qū)間，有別于“V”型突變的極小值，可推測為系列斷裂(斷裂帶)或斷裂產(chǎn)狀較為平緩。本次結合地震、地質及鉆井資料推測其可能同中深部斷裂帶分布寬度有關。夏墊斷裂帶的水平梯度異常曲線形態(tài)的復雜性揭示了斷裂帶深部結構(深部基巖中)的復雜性。從北向南，由“V”型到“U”型再到2級臺階式曲線形態(tài)揭示斷裂帶寬度越來越寬的特征?；诖耍茰y夏墊斷裂帶于基巖中寬度北部較窄，南部相對寬闊，最寬寬度可達到4km以上。

2.2 淺層人工二維地震剖面

本次工作典型二維地震剖面見圖2c。淺層地震剖面各反射界面大都可清晰追蹤，聲學反射特征均表現(xiàn)為較弱反射界面同透明－半透明相相間平行連續(xù)分布，尤其是斷裂帶上盤(下降盤)，體現(xiàn)斷裂帶兩側復雜的河流－湖泊交互演化復雜而連續(xù)沉積的環(huán)境。本次工作多數(shù)地震剖面從底部往頂部依次可識別3個地震反射面R1—R3，結合本次鉆孔zk08和zk09分析:R2、R3界面表現(xiàn)為砂類及黏土類細粒沉積物與礫砂層或卵石層夾黏土層的分界線，古地磁測試結果表明R3界面為中、晚更新世界面，R2為早更新世地層內部的一組界面;而R1界面表現(xiàn)為基巖和第四紀地層之間的界限，呈現(xiàn)第四紀地層底部的波阻抗的特點。

根據(jù)地震解譯結果，夏墊斷裂帶第四紀沉積層的厚度在不同地區(qū)具明顯的變化，同下部地層接觸關系復雜。斷裂帶西集以南段(圖2c)多在300～400ms附近反射波組為第四系底界面的反射波(R1界面)，三河—西集段多在500～600ms(圖2c)，第四系直接整合于下部新近紀地層之上。而三河以北段新生代地層厚度較薄，第四系直接超覆不整合于基巖老地層之上。

地震各剖面解譯斷裂多處，揭示夏墊斷裂帶的結構特征，表現(xiàn)為由2～3條切穿第四紀地層的主干斷層和若干僅發(fā)育于第四紀、新近紀或古近紀地層中的新生次級斷層組合成斷裂帶產(chǎn)出。斷裂兩側反射波同相軸發(fā)生明顯錯斷，反射波特征清楚、波組或波系之間關系穩(wěn)定;斷裂多傾向SE，少數(shù)傾向NW，構成小型地塹、地壘構造或花狀構造，局部還構成階梯狀斷層。解譯斷層傾角差異較大，30°～70°不等，且具有明顯分段特征①何付兵，王繼明，張磊，王志輝，等，2012，夏墊斷裂精確定位與活動性綜合調查專題研究成果報告。，表現(xiàn)為三河—西集地區(qū)較緩，而三河以北和西集以南段較為陡立。同時，各條主、次斷裂之間的距離差異較大，從幾m到幾km，但基本控制在2～3km寬度范圍內，斷層性質均為正斷層。

2.3 高密度電阻率法剖面

本次工作典型高密度電阻率法剖面見圖2b。從電阻率反演圖上看，南、北段存在較大差異，大致以西集一帶為界。馬坊—西集一帶剖面淺部低阻，地層橫向視電阻率略有變化，10～20km以下為高阻層，視電阻率變化明顯;西集—鳳河營一帶則剖面淺部高阻，地層橫向視電阻率基本連續(xù)，20～25km以下則轉換為低阻層，視電阻率多發(fā)生畸變。

高密度電阻率法探測剖面上的橫向電性梯度帶、高角度線性特征明顯的低阻條帶或電性畸變帶往往反映剖面上的斷裂(李清林等，2006;楊榮豐等，2006)。這3類特征現(xiàn)象在夏墊斷裂帶中均有所顯示，是本次劃分斷層的主要依據(jù)。通過高密度電阻率法剖面揭示，夏墊斷裂帶多數(shù)形成橫向電性梯度帶，電性層位不連續(xù)，剖面上往往有明顯電位錯斷和低阻通道現(xiàn)象，且通道一直延伸到剖面底端，兩側地層西高東低，可清晰揭示斷層分布。高密度電阻率法反映的斷層多數(shù)傾向東，上斷點位置能延升到近地表，傾角較為陡立，同二維人工地震反映特征基本一致。

3 探測結果討論

3.1 斷裂帶的組成與平面展布

基于以上物探揭示的不同深度地層構造變形特征，把夏墊斷裂帶分解為基巖斷裂帶和第四紀斷裂帶2個組成部分。所謂基巖斷裂帶指的是通過高精度重力剖面反演、一階導數(shù)處理等方法提取的斷點(簡稱基巖斷點)進行地表投影后連接而成的斷裂帶，其主要體現(xiàn)夏墊斷裂帶在深部基巖層中的空間展布與組成特征。而第四紀斷裂帶指的是通過二維地震及高密度電阻率法、地表調查等途徑提取的斷點(簡稱上斷點)進行產(chǎn)狀延伸至地表位置(點)連接而成的斷裂帶，其主要揭示夏墊斷裂帶在淺表層次的新生代地層及第四紀地層中的展布、組成等特征。具體基巖斷裂帶和第四紀斷裂帶分布特征見圖1。

圖1揭示:夏墊斷裂帶基巖斷裂帶呈寬帶狀產(chǎn)出，NNE走向，整個斷裂帶在北京境內延伸約50km，寬2～4km。在平面上，斷裂帶與NWW向張家灣斷裂帶交切而分成南、北2段。北段起于北京平谷馬坊一帶，經(jīng)河北燕郊、夏墊、大廠至北京通州西集一帶，長約26km。帶內由2條主干斷層構成，前人稱靠近西側的一段為夏墊斷裂，靠近東側的一段為西集斷裂，本次研究認識同前人基本一致;南段起于北京通州西集一帶，經(jīng)郎府、永樂店至鳳河營一帶，長約24km。帶內由3條主干斷層構成，由西向東分別命名為姚辛莊斷裂、夏墊斷裂和永樂店斷裂(圖1)，走向同樣近平行，不同于前人認識①北京市地震地質會戰(zhàn)辦公室，1982，北京平原區(qū)全新世構造活動調查研究(工作報告)。。

夏墊斷裂帶第四紀斷裂帶空間展布宏觀走向上基本同基巖斷裂一致，分布位置多展布于基巖斷裂西側(圖1)，驗證了斷裂帶主傾向SE，也體現(xiàn)了夏墊斷裂帶第四紀活動具有繼承性特征。同基巖斷裂相比，斷裂帶淺層在平面上分布完整性差，斷裂帶寬度增大，各段寬度差異較為明顯。斷裂帶由十幾條NNE向的次級斷層組成，大致由北向南宏觀上被切割成2段(圖1)。北段大致從北京平谷馬坊經(jīng)河北燕郊至通州西集一帶，由2條主斷層和眾多分支斷層構成，寬度約500m。主斷層彼此之間基本平行，分別對應基巖夏墊斷裂和西集斷裂，也同趙成彬等(2011)認識基本一致。分支斷層僅分布于主斷層北端尾部，呈樹枝狀斜列分布于主斷層西側，同主斷層斜交;南段從北京通州西集至鳳河營一帶，平面上呈“眾”字形展布。北端的西集—覓子店一帶呈單條斷層產(chǎn)出，同基巖斷裂平行，根據(jù)產(chǎn)狀推測對應于基巖斷裂中的夏墊斷裂。而南端的北京通州覓子店至鳳河營一帶，由一系列小角度交叉的NNE向斷層組成，基本同基巖斷裂平行，斷層密集集中，難以判定主次，斷裂帶寬約3km。

3.2 斷裂帶新生代地層中的結構與第四紀運動學性質

前人資料表明，夏墊斷裂帶已切穿了整個地殼，剖面上表現(xiàn)為上陡下緩具鏟式結構的正斷層(彭一民等，1981;向宏發(fā)等，1988，1994)。第四紀活動是對早期活動的繼承和發(fā)展，表現(xiàn)為強烈拉張裂陷性質，同時還兼具右旋走滑作用(孟憲梁等，1983;向宏發(fā)等，1988，1994)，新形成的破裂斷層切割老夏墊斷裂(彭一民等，1981;孟憲梁等，1983;向宏發(fā)等，1988，1994)。本次基于不同物探方法，本著對同一地區(qū)從深部到地表“接力拼接”的研究方法，探究夏墊斷裂帶基巖—新生代地層中斷裂帶結構，并揭示其第四紀運動學性質。

首先，整合夏墊斷裂帶全部綜合剖面②同495頁①。及主次斷層幾何產(chǎn)狀統(tǒng)計，斷裂帶第四紀活動時，主干斷裂斷點向上拓展而非新生斷裂切割老斷裂。主干斷裂向上拓展的同時側向上構造變形范圍逐漸加大，新生眾多淺層次的次級小斷裂，這些眾多次級小斷層往往無根或最終交會于基巖斷裂中。第四紀斷裂帶較基巖斷裂帶明顯增寬，可能反映深部構造對淺部構造的控制作用。

其次，正同上述，由于該斷裂帶南段和北段基巖斷裂特征的差異，其斷裂帶新生代地層中的結構也有所不同。夏墊斷裂帶北段在新生代地層中的典型結構如圖2e(左)，由2條主斷層和眾多次級斷層構成。地震測線顯示兩大主斷層直接切入第四紀近地表地層，局部甚至露頭可見，同基巖2條主斷層良好的對應(圖1)，說明斷裂帶該段全段第四紀均有活動，且活動較強烈。2條主斷層均傾向SE，走向近平行，新生代斷距、產(chǎn)狀存在差異，這同前人成果基本一致①。具體表現(xiàn)為:1)西集斷裂總斷距大(最大可達3km)，但第四紀斷距僅有100～200m，總體產(chǎn)狀相對較緩，全段有較大變化，北端60°～70°，南端僅30°左右，使得基巖斷裂和第四紀斷裂平面展布位置距離較遠(圖1);2)夏墊斷裂斷距小，北端斷距受山前斷裂和皮各莊隱伏斷裂綜合影響，僅有40～300m不等，南端最大也僅有1.2km。但其第四紀斷距大，可達500m。夏墊斷裂總體產(chǎn)狀較陡，全段變化不大，約70°。

夏墊斷裂帶南段新生代地層中的典型結構如圖2e(右)，斷裂帶基巖展布和淺層展布對應關系較差(圖1)，難以分清主次斷裂及具體基巖斷裂中哪幾條或3條都在活動。但從這些斷裂的分布位置及綜合二維地震解譯斷裂產(chǎn)狀考慮，推測可能為基巖斷裂帶中間分布的夏墊斷裂在活動。同時，這進一步體現(xiàn)第四紀斷裂僅僅是基巖斷裂活動的最新表現(xiàn)，受基巖斷裂帶控制，而其活動強度直接控制其對第四紀地層的破壞程度。夏墊斷裂帶南段基巖斷裂帶第四紀活動強度相對較弱，使其對第四紀地層的破壞較弱，第四紀斷裂帶空間展布不連續(xù)。夏墊斷裂帶南段主次斷層走向近平行，傾向多為SE，少數(shù)NW，傾角均較陡立，且全段變化不大，約70°。新生代斷距同北段基本相似，由西向東逐漸增大，以永樂店斷裂最大(可達3km)，夏墊斷裂次之(可達1km)，而姚辛莊斷裂最小(鉆孔顯示局部位錯量僅十幾m)。新生代斷距中，第四紀斷距更小，僅夏墊斷裂有幾十m至百余m的斷距。

綜合剖面還顯示，夏墊斷裂帶新生代以來各主次斷層主要表現(xiàn)為張性正斷作用，在垂直方向上有較大的位移量，尤其斷裂帶的北段，同北京地區(qū)第四紀以來強烈的伸展環(huán)境(北京市地質礦產(chǎn)局，1991)相對應。同時，斷裂帶第四紀以來還表現(xiàn)出，次生斷裂極其密集，平面上斷裂帶兩端次級斷裂與主斷裂構成“人”字形展布，斷裂帶尾部次級斷層發(fā)育且與主斷裂帶成小角度斜交組合的空間展布，綜合剖面中主次斷裂構成花狀構造組合等，還揭示出第四紀以來夏墊斷裂帶具有右旋走滑運動性質。

3.3 斷裂帶的活動性

斷裂兩盤地層厚度、斷裂位錯量是斷裂活動特征的重要指示(鄧起東，1991)。本文利用聯(lián)合鉆孔資料和搜集的其他鉆孔資料，統(tǒng)計夏墊斷裂帶中全新世及晚、中、早更新世兩盤地層厚度及斷裂相對位錯量，體現(xiàn)斷裂帶及斷裂帶控制的地塊活動特征。具體統(tǒng)計計算結果見表2。由表2可知:1)斷裂帶全新世及晚、中、早更新世上盤地層厚度均大于下盤，綜合斷裂帶兩側鉆孔均表現(xiàn)為連續(xù)沉積①同495頁①。(見何付兵另文《北京平谷馬坊地區(qū)第四紀鉆孔層序地層與沉積相分析》)。夏墊斷裂帶發(fā)生同沉積作用，可進一步推測其活動方式為緩慢穩(wěn)定滑動(蠕滑)。2)斷裂帶上盤早、中、晚更新世地層厚度由北向南先增大后減小，體現(xiàn)該階段夏墊斷裂帶上盤均存在2個沉積中心。根據(jù)沉積地層厚度分布關系②郭高軒，徐巍，潘小平，等，2007，北京市平原區(qū)新生界立體地質調查成果報告。，該階段沉積中心分別位于北部的夏墊一帶和南部的永樂店一帶，而中部表現(xiàn)為相對沉積慢的地區(qū)。今西集一帶涼水河和潮白河兩河流于斷裂帶下盤所處區(qū)域一直相互平行流動不相匯，而過夏墊斷裂帶后則突改方向匯聚到一起(圖1)?；诖?，我們是否可以推測更新世所表現(xiàn)的這2個沉積中心界線位于今西集一帶涼水河和潮白河兩河流之間(北運河一帶)?前人工作表明該地區(qū)發(fā)育張家灣斷裂②。夏墊斷裂帶下盤地層厚度早、晚更新世表現(xiàn)為由北向南逐漸增厚，中更新世則表現(xiàn)為先增厚后減薄，體現(xiàn)基本不同的沉積特征。如此不同的沉積特征必然體現(xiàn)斷裂帶的活動影響。李華章等(1989)認為上新世末到第四紀以來，由于應力場的改變，形成一系列NW向斷裂，與NE向斷裂相交，形成大小菱形地塊?？梢?，推測造成這種沉積格局的原因可能同該階段強烈的NW向構造有關，NW、NE向斷裂構造切割的地塊升降幅度的不同，使得夏墊斷裂帶上盤以中部(今潮白河與涼水河之間)為中心向南北部掀斜，也體現(xiàn)了夏墊斷裂帶活動的不均一性，即中部弱兩端強。而當時河流流向明顯不同于現(xiàn)在，夏墊斷裂帶跨過了古北京灣(黃興根等，1987)。3)全新世地層厚度上盤由北向南由5.8m增厚到約15m，下盤則由3.4m增厚到約13m，體現(xiàn)全新世以來夏墊斷裂帶上、下盤所處的地塊沉積中心均位于南部地區(qū)，明顯不同于更新世沉積。4)斷裂帶內上、下兩盤全新世沉積底界垂向累積位錯量為1.7～4.8m，全段差異較大，同前人認識一致(向宏發(fā)等，1988)。晚、中、早更新世以來上下盤沉積底界垂向累積位錯量分別為6～26m、26～167m和44～330m，全段差異同樣較大，其中最大累積位錯量也位于夏墊地區(qū)，向南、北逐漸減小。夏墊地區(qū)是該斷裂帶第四紀活動最強烈的地區(qū)。

表1 夏墊斷裂帶第四紀以來活動量統(tǒng)計表Table 1 Parameters of the Quaternary activity of the Xiadian Fault zone

活動斷裂最新活動時代的確定主要根據(jù)斷裂與地層的切割關系以及地層的時代(鄧起東等，2002;李西雙等，2008)。夏墊斷裂帶馬坊—西集一帶局部地區(qū)地表可見破裂、地震陡坎，斷裂帶切割全新世晚期地層，最新活動時代可確定為全新世晚期。夏墊斷裂帶西集—鳳河營一帶地表—近地表構造形跡全無，斷裂帶完全隱伏。對其最新活動時代的確定可借助高密度電阻率法解譯上斷點埋深，參考北京市多參數(shù)立體地質調查項目中對北京平原區(qū)第四紀地層埋深資料①來討論。統(tǒng)計本次高密度電阻率法測得上斷點埋深等相關資料見表2。由表2可知，夏墊斷裂帶西集—鳳河營一帶最新活動時代為晚更新世晚期—全新世早期。

表2 高密度電阻率法探測夏墊斷裂帶各斷裂上斷點埋深Table 2 Depth of up-breakpoint on the Xiadian Fault zone obtained by high-density resistivity method

3.4 斷裂帶與地震分布

前人工作認為:夏墊斷裂帶馬坊—西集一帶小震密集，中強震多，地震分布和斷裂帶主干斷裂呈現(xiàn)較好的對應關系(張先康等，2002)，1679年三河－平谷8.0級地震、1536年西集西6.0級地震均位于該斷裂帶上。查證北京及周邊地區(qū)發(fā)生的中、強地震歷史記錄，中強地震多發(fā)生于該斷裂帶的北段，如上述的1679年、1953年地震事件。而夏墊斷裂帶南段幾乎沒有中強震。雖1665年通縣6.5級地震是夏墊斷裂帶該段沿線及附近地區(qū)發(fā)生的最強地震，但其位于斷裂帶的西部，更有可能受南苑－通縣斷裂帶的控制，其他2.0～4.9級的幾次地震則位于斷裂帶東部大廠凹陷內。

本次整理2002—2011年北京境內監(jiān)測微小地震記錄(圖3)，斷裂帶北段小震集中，而南段則較為分散，過牛堡屯—永樂店一線后更鮮有地震發(fā)生。這些微小地震在北段同斷裂帶對應關系較好，而南段同各主次級斷裂對應關系也不強。不僅如此，這些微小地震震源深度上也存在較大差異，北段5～10km淺源和20～30km的中深度地震均有發(fā)育，南段則僅發(fā)生5～10km淺源地震，而該深度于南段地區(qū)僅僅表現(xiàn)為基巖下1～2km。

圖3 北京東部地區(qū)微小地震分布圖Fig.3 Distribution map of small earthquakes in the eastern Beijing area.

3.5 斷裂帶分段性

由于地質構造、應力狀況及環(huán)境條件的不同，斷層的活動往往呈現(xiàn)明顯的分段現(xiàn)象，不同段落的活動特征也必然各異。丁國瑜等(1993)概括了活動斷裂分段的4種原則方法，即斷層形態(tài)的幾何學分段、斷層的結構分段、斷層的活動性分段和斷層的破裂分段。本文根據(jù)斷裂帶的空間分布、結構、產(chǎn)狀、活動性探討沿斷裂帶的地震活動特征，嘗試對夏墊斷裂帶進行活動性分段。夏墊斷裂帶以張家灣斷裂為界可以劃分為2段，地理位置上大致位于潮白河與涼水河之間。

北段位于潮白河主河道以北地區(qū)，張家灣斷裂以北，NE走向，其主要特征是:1)發(fā)育2條近平行的第四紀主斷裂，次級斷裂發(fā)育較少，僅在北端尾部發(fā)育，走向變化大，呈NNE—NE向，上斷點埋藏淺，局部可達地表;2)基巖主斷裂發(fā)育為2條，由西向東分別為夏墊斷裂和西集斷裂，斷距依次增大;3)剖面結構相對簡單，斷裂帶寬度較窄，主斷裂傾角相對平緩;4)第四紀活動，最新活動時間為全新世晚期，基巖垂向滑動距離差異較大，北小南大，區(qū)域向北掀斜運動明顯，而第四紀垂向滑動距離較大，第四紀活動較強;5)地震活動多，中淺源地震發(fā)育，地表發(fā)育地震陡坎(孟憲梁等，1983)。

南段位于潮白河主河道以南地區(qū)，張家灣斷裂以南，同樣為NE走向，其主要特征是:1)第四紀斷裂斷續(xù)展布，走向變化不大，呈NE向，上斷點埋藏較深，次級斷裂發(fā)育較多;2)基巖主斷裂發(fā)育為3條，由西向東分布為姚辛莊斷裂、夏墊斷裂和永樂店斷裂，斷距依次增大;3)剖面結構相對復雜，斷裂帶寬度較寬，主斷裂傾角相對陡立;4)同樣第四紀活動，但最新活動時間為晚更新世—全新世早期，基巖垂向滑動距離差異不大，而第四紀垂向滑動距離較小，第四紀活動強度較弱;5)地震活動少，多為淺源地震，地表發(fā)育為線形凹陷①同495頁①。。

4 結論

通過上述研究，對夏墊斷裂帶空間展布、第四紀以來的斷裂活動性得到一些新的認識:

(1)夏墊斷裂帶可以分解為基巖斷裂帶和第四紀斷裂帶2個部分。

(2)基巖斷裂帶由主干斷裂和次級斷裂構成。在馬坊—西集一帶斷裂帶由2條主干斷裂，即夏墊斷裂和西集斷裂構成，前者斷距相對較小，后者相對較大，斷裂帶寬度較窄。而在西集—鳳河營一帶斷裂帶由3條主干斷裂，即姚辛莊斷裂、夏墊斷裂和永樂店斷裂構成，斷距依次增大，斷裂帶寬度較寬。

(3)第四紀斷裂帶是基巖斷裂帶向上延伸的部分，更是斷裂帶最新活動的直觀表現(xiàn)，其展布寬度大于基巖斷裂帶寬度，表現(xiàn)為受基巖斷裂帶活動控制。夏墊第四紀斷裂帶同樣由主干斷裂和次級斷裂構成。斷裂帶馬坊—西集一帶由2條主干斷裂和分布于北端尾部的次級斷裂構成，與基巖斷裂帶中夏墊斷裂和西集斷裂一一對應關系較好，前者產(chǎn)狀較為陡立，后者則較為平緩，最新活動時間均為全新世，活動強度大。夏墊第四紀斷裂帶西集—鳳河營一帶斷裂分布不連續(xù)，很難分清主次斷裂，體現(xiàn)基巖斷裂活動強度較弱，對第四紀地層影響破壞的不連續(xù)性。斷裂帶中各主次斷裂產(chǎn)狀均較為陡立，而最新活動時間為晚更新世晚期—全新世早期。

(4)斷裂帶內上、下兩盤全新世沉積底界垂向累積位錯量為1.7～4.8m，全段差異較大，同前人認識一致(向宏發(fā)等，1988)。晚、中、早更新世以來上、下盤沉積底界垂向累積位錯量分別為6～26m、26～167m和44～330m，全段差異同樣較大，全段中最大累積位錯量也位于夏墊地區(qū)，向南、北逐漸減小。夏墊地區(qū)是該斷裂帶第四紀活動最強烈的地區(qū)。

(5)根據(jù)斷裂帶的空間分布、結構、產(chǎn)狀、活動性以及沿斷裂帶的地震活動特征，探討了對夏墊斷裂帶進行活動性分段的問題。夏墊斷裂帶可以劃分為南、北2段，界線大致為張家灣斷裂帶，地理位置上大致位于潮白河和涼水河之間。北段第四紀活動性強，中強震及微小地震時有發(fā)生，而南段第四紀活動性弱，僅發(fā)育微小地震。

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