基于地球物理場特征對張家口—蓬萊斷裂帶南口—寧河段構造體系的研究

王　茜，徐新學，陳宇坤，張林峰，鄭國磊,袁　航

(1.天津市地球物理勘探中心，天津 300170;2.天津市地震局，天津 300201;3.天津華勘集團有限公司，天津 300181)

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基于地球物理場特征對張家口—蓬萊斷裂帶南口—寧河段構造體系的研究

王茜1，徐新學1，陳宇坤2，張林峰3，鄭國磊1,袁航1

(1.天津市地球物理勘探中心，天津 300170;2.天津市地震局，天津 300201;3.天津華勘集團有限公司，天津 300181)

張家口—蓬萊斷裂是華北地區(qū)一條重要的北西向地震構造帶。為了研究其斷裂構造體系，在對張家口—蓬萊斷裂帶南口—寧河段地球物理重磁場資料分析研究的基礎上，利用線性增強后的重磁水平45°、135°及總梯度模資料，獲取了與斷裂構造體系關系密切的主要線性構造分布。研究表明，區(qū)域上重磁場存在東高西低及具裂陷槽性質的近北西西向寬緩磁力低值異常帶格局；北東向和北西(東西)向斷裂互相限制，晚期以來區(qū)域構造應力有利于北東向的斷裂活動，致使北西向斷裂表現出明顯的分段性；北西西向斷裂提供了深部孕震環(huán)境，控制了地震沿北西定向排列，而北東向斷裂則是主要的發(fā)震構造。此結果為今后該段斷裂活動性的研究提供了依據。

張家口—蓬萊斷裂帶；地球物理重磁場；線性構造；斷裂活動性

1　引　言

張家口—蓬萊斷裂帶是華北地區(qū)一條重要的北西向地震構造帶，西起河北省張北，向南經張家口、懷來、昌平、寧河等地，穿渤海延伸到蓬萊、煙臺以北的北黃海海域，總體走向為北西向60°，長約700 km，最大寬度可達60～80 km[1-4]。斷裂帶主體由一系列斷續(xù)相連的北北西、北西和近東西向左行走滑斷裂組成，其間與數條北東或北北東向斷裂帶相交，徐杰等將張家口—蓬萊斷裂帶作為新生代黑龍江板塊和華北亞板塊的組成部分，根據各種深部地球物理探測資料，推測其為一條巖石圈級別的構造帶[5]。該斷裂南口—寧河段是通過華北平原的區(qū)段，其西北端起于京西軍都山與北京平原的交接地帶，東南端止于寧河附近，介于北東走向的南口山前斷裂和唐山—河間—磁縣斷裂帶之間，長約200 km，寬數十千米，全部為隱伏斷裂，該區(qū)段內北西向斷裂有南口—孫河、昌平—豐南、永定河和薊運河斷裂等，與北東向黃莊—高麗營、夏墊和唐山—河間—磁縣等斷裂相交匯，構造結構復雜[6-9]。

本次研究利用2012～2013年天津市基巖地質調查項目中獲取的1∶10萬連片重力數據以及天津地區(qū)1∶5萬航磁數據[10]，在分析區(qū)域地球物理場特征的基礎上，進行了各項位場轉換處理，獲取了順義至豐南一線北東及北西向與斷裂構造體系密切的主要線性構造特征，為該段斷裂活動性的研究與評價提供了依據。

2　區(qū)域地球物理場

圖1為研究區(qū)布格重力及航磁ΔT的異常平面圖，下面對其進行分析。

2.1布格重力場特征

由圖1(a)～圖1(e)可知，研究區(qū)布格重力場值總體表現為東高西低，呈現出四高四低的異常特征。以別山鎮(zhèn)—林亭口—俵口為界，東部異常走向近北東，對應滄縣隆起北延及唐山凸起區(qū)；西部北段低值異常走向近東西，與燕山山系均衡重力異常相關；中段高值異常走向近東西，對應寶坻凸起；南段為與中新生代武清凹陷沉積對應的近北東向布格重力低值異常。異常展布特征反映了以工部斷裂為界，東西不同的構造格局。

其中沿近北西西向順義、昌平、三河、上倉、豐南一線重力值表現為高低相間、雜亂分布的寬緩帶狀異常。隨著延拓高度的增加，研究區(qū)區(qū)域布格重力異常場趨向于東西向重力高值背景連成一致，呈現北高南低的趨勢，反應了華北斷陷盆地的北緣邊界。

2.2磁力異常場特征

由圖1(f)～圖1(j)可知，研究區(qū)的航磁異常圖大致以別山鎮(zhèn)—林亭口—俵口為界，磁力值表現為西低東高。磁異常局部錯斷明顯，自西向東順義到薊縣段表現為近東西，薊縣到豐臺鎮(zhèn)段表現為近北西，而豐臺鎮(zhèn)到豐南段則表現為近南北，三段之間被低磁帶狀異常錯斷，表現出在原北西西向基礎上被北東向斷裂構造體系后期改造的形跡。研究區(qū)北部磁異常高低變化較大，西側的磁力低與薊縣系、長城系等磁性層走向一致，東側磁力高為太古宇磁性結晶基底，盤山巖體表現為磁力高。別山鎮(zhèn)南局部的磁力低與凹陷及斷陷沉積蓋層的厚度有一定關系，而局部的磁力高多位于斷裂的邊緣附近，推測與沿斷裂上移的火山碎屑巖有關。

隨著上延深度的增加，寶坻東部位于磁力高低異常的轉折部位，周邊總體呈現出三高三低的磁力場特征，存在近南北向、北西西向兩條磁力低值異常帶和三個局部的磁力高值異常。三個磁力高值異常上存在多個局部磁力高異常中心，主異常中心分別對應了通縣附近凸起區(qū)、寧河凸起及北部的太古宇磁性結晶基底。南北向的磁力低值異常帶與北西西向的磁力低值異常帶位于寶坻東部薊運河、工部斷裂的交匯地段。以寶坻附近為中心，存在明顯的分段特征，西側北移，東側南移，北西西向的寬緩磁力低帶狀異常反應了近北西西向裂陷槽特征。

圖1　布格重力及航磁ΔT異常平面Fig.1　Map of Bouguer gravity and aeromagnetic ΔT anomaly

3　線性構造及斷裂構造體系分布

3.1線性構造體系與斷裂體系的關系

線性構造一般表現為沿一定走向屬性相同的地質體，多為斷裂構造和不同巖性的分界線。各種重磁力線性構造特征線往往是不同時期、不同性質、不同地質構造及其他因素在重磁力場上的綜合反映，對布格重力及化極ΔT異常進行線性增強處理后求取方向導數，可以較好地突出不同研究方向的線性構造信息，進而結合地質資料綜合推斷斷裂的平面位置[11]。重磁力水平45°方向導數可以突出北西向、北西西向的線性構造特征，對北西或北西西向隱伏斷裂有較明顯的刻畫；水平135°方向導數主要突出北東向的線性構造異常特征；水平總梯度模集成了兩個方向的線性構造信息，能對研究區(qū)的斷裂構造體系加以刻畫。因此，通過求取不同延拓深度方向導數可以實現對北東向的線性構造切割深度的定性認識。

3.2重磁力方向導數

分別計算研究區(qū)布格重力及航磁ΔT水平45°方向導數和水平135°方向導數，結果見圖2。

3.2.1水平45°方向導數

在布格重力水平45°方向導數(圖2a)上，研究區(qū)表現為被北東或南北向線性構造多處錯斷的近東西向、北西西向和北北東向線性異常，沿順義—三河—上倉—豐南一線為多組高低相間的帶狀異常。在研究區(qū)內大致分為四段，分別以三河—大廠一線、大鐘莊—玉田縣一線和豐臺鎮(zhèn)—豐潤縣一線為界。其中三河—大廠以西在東西向構造主體的背景上存在近南北向的線性構造，該線以東附近則主要呈現為北東向的構造線，而其北西、南北向構造線跡象不明；豐臺鎮(zhèn)—岳龍莊以西總體表現出近北西向的多組延伸有限的線狀構造，該線以東構造線則轉變?yōu)榻北睎|向。

在磁力水平45°方向導數(圖2c)上，研究區(qū)表現為被兩條相對高值線性構造帶所轄的多組高低相間的帶狀異常，與航磁ΔT寬緩低值異常帶相對應，推測沿斷裂帶邊緣發(fā)生過強烈或多期次的巖漿或熱液活動，使磁性增強或減弱，致密的老基底或基性巖漿噴溢使異常梯度變化大。帶內總體以低值線狀異常帶為主，夾雜局部的高值線狀異常帶，次級斷裂發(fā)育，邊界附近異常變化明顯。

圖2　布格重力及航磁ΔT水平方向導數Fig.2　Horizontal direction derivative map of Bouguer gravity and aeromagnetic ΔT

3.2.2水平135°方向導數

布格重力水平135°方向導數計算結果(圖2b)對北東向、北東東向和近東西向線性構造揭示得比較清晰，而北西向、北西西向構造則呈現串珠狀線性異常的特征。隨著上延深度的增加，北西向、北西西向構造痕跡日趨不明顯，構造的主體以近東西和北東向為主。

磁力水平135°方向導數(圖2d)揭示了正負線狀構造發(fā)育，薊縣—寶坻一線表現為近南北向的線狀構造，存在南北向的深大構造錯斷東西向構造，寶坻斷裂以北和武清、寧河附近線性構造線方向近東西，寶坻斷裂至武清—寧河一線區(qū)間構造線近雜亂分布。隨著上延深度的增加，深部構造線方向與重力表現形式近似一致，體現了深部構造以近東西向為構造格架的布局。

3.3水平總梯度模

圖3為研究區(qū)布格重力及航磁ΔT水平總梯度模圖。

從布格重力求取的線性增強的水平總梯度模(圖3a、圖3b)上分析，東西向、北東向、北東東向和北南向線性構造信息明顯強于北西西向，北西西向線性構造信息在上延20 km前有部分信息，但總體很弱，無明顯的連續(xù)性，表明北西西向構造信息被北東向、東西向后期改造。隨著上延深度的增加，沿遵化縣—林亭口一線西部線性構造發(fā)

育，東部構造信息弱。北東向、東西向線性構造日趨明顯，線性構造的強度及錯斷跡象表明存在兩個方向構造互相改造的現象，而東西向由于多期次的繼承性改造作用，上延20 km后仍主要表現為近東西向的線性構造，北東向線性構造跡象雖也依然存在，但較東西向略弱，推測近東西向構造切割深度大、構造活動劇烈，現今的斷裂構造體系是在東西向和北東向互相改造的基礎上形成的。

磁力水平總梯度模(圖3c、圖3d)顯示，大致沿南北向別山鎮(zhèn)—林亭口—俵口一線表現為近南北向的寬緩線性構造，以此為界分為較明顯的東西兩部分，兩側表現為較明顯的近東西向線性構造跡象，與重力線性構造表現特征類似，表明東西向斷裂構造體系是研究區(qū)規(guī)模最大或活動期次最多的方向。但不同于重力異常特征的是，隨著延拓深度的增加，近北東向的線性構造跡象減弱，主要表現為近東西向。

4　斷裂活動性探討

張家口—蓬萊斷裂帶是地震活動多發(fā)地帶，沿這條斷裂帶發(fā)生過1976年唐山7.8級、1969年渤海7.4級、1679年三河—平谷8級、1548年渤海海峽7級強震和大量中小地震，1998年張北—尚義6.2級地震被認為是該斷裂帶向西北側發(fā)展的結果。1970～1979年京津唐渤地區(qū)三級以上地震，主要分布在昌平、順義、豐南一線，且沿南東東向向渤海海域延伸，是一條相對密集的地震條帶[12-15]。

圖3　布格重力及航磁ΔT水平總梯度模Fig.3　Horizontal total gradient mode of Bouguer gravity and aeromagnetic ΔT

通過對總梯度模和方向導數的分析可知，盡管在上延深度較淺的情況下，線性構造成北東、南北和北西、東西交叉分布的特點，但隨著延拓深度的增加，構造線主體傾向于近東西(北西西)向，推測深部構造格架以東西(北西西)向為主，表現出地殼活動的復雜性。由此推斷出研究區(qū)的斷裂構造體系分布，見圖4。由圖4可知，研究區(qū)內北東向和北西向斷裂互相限制，北東或南北向的斷裂把研究區(qū)北西西向錯斷成多段，錯斷的先后順序表明，張家口—蓬萊斷裂帶內北東或南北向的斷裂活動順序晚于北西西向，北西西、東西向斷裂更傾向于早期形成的斷裂，相交的北東向斷裂比北西向斷裂活動性強，說明近代區(qū)域構造應力作用有利于北東向斷裂活動。地球物理場航磁資料揭示，北西西向存在深部構造，為地殼活動提供了深部孕育環(huán)境，結合歷史發(fā)震位置，分析得出深部構造控制了地震沿北西西定向排列。在后期北東或近南北向斷裂活動的過程中，與北西西向斷裂的交匯部位(構造薄弱部位)易形成突破口，因而兩組構造交匯部位多是地震的易發(fā)部位。

圖4　推斷斷裂構造體系分布Fig.4　Distribution map of fault structure system

5　結　論

結合平面重磁場特征及線性增強后的位場轉換資料，對研究區(qū)內的線性構造和斷裂體系進行了分析，得出以下結論，為斷裂活動性分析提供了依據：

1)重磁力場表現出以別山鎮(zhèn)—林亭口—俵口為界、東高西低的地球物理場特征，其中磁異常存在近北西西向具裂陷槽性質的寬緩低值磁異常帶，寶坻東部為磁異常帶轉折交匯部位。

2)研究區(qū)線性構造發(fā)育，受北東向區(qū)域應力場的作用，北西西向重磁力場具有明顯的分段性，表現為北東向與北西西(東西)向互相限制，其相互錯斷關系表明北東向活動強于北西西向。

3)受歷史上多期次運動的影響，存在近東西(北西西)向與歷史發(fā)震位置定向排列的深部構造跡象，該構造為地殼活動的深部孕震環(huán)境，與北東(南北)向斷裂的交匯部位為構造薄弱地段。

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Research on the Fault System of Zhangjiakou—Penglai Fault Zone in Nankou—Ninghe Region Based on Geophysical Field Characteristics

Wang Qian1,Xu Xinxue1,Chen Yukun2,Zhang Linfeng3,Zheng Guolei1,Yuan Hang1

(1.TianjinCenterofGeophysicalProspecting,Tianjin300170,China；2.EarthquakeAdministrationofTianjinMunicipality,Tianjin300201,China;3.TianjinChinaGeologicalProspectingGroupCo.,Ltd.,Tianjin300181,China)

Zhangjiakou—Penglai fault zone is one of the most important seismic structural belts in northwest China.In order to study the fracture structure system, based on the analysis of the gravity and magnetic field of Nankou—Ninghe in Zhangjiakou—Penglai fault zone, it obtains the distribution of primary linear structure through studying the horizontal directional derivative(45°, 135°) and total gradient modules operated by linear enhancement. The result indicates that the gravity and magnetic regional field are high in the east and low in the west, and there is a NWW trending wide and gentle band of low magnetic value, which is with property of rift trough. It interacts between the NE-trending and NW(WE)-trending faults, and it could be beneficial to the NE-trending fault activity in late stage, which results in the NW-trending faults with obvious segmentation. It provides deep seismogenic environment by NEE-trending fault that controls the seismic arranging direction along NE-trending. And the NE-trending fault is the main seismogenic structurte. The results provide a basis for the study of this segment activity in the future.

Zhangjiakou—Penglai fault zone; gravity and magnetic field; linear structure; activities of faults

1672—7940(2016)04—0470—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.012

王茜(1983-)，女，工程師，主要從事地球物理應用及研究工作。E-mail：wangqian_1031@126.com

徐新學(1970-)，男，教授級高工，主要從事地球物理應用及研究工作。E-mail：xuxinxue@126.com

P631.2

A

2016-04-05