灤縣西斷裂最新活動時代研究

劉書峰，曹 筠*，邊慶凱，王曉山

（1.河北紅山巨厚沉積與地震災(zāi)害國家野外科學(xué)觀測研究站,河北 隆堯,055350；2.河北省地震局,石家莊 050021）

0 引言

斷層的第四紀活動性是斷層沿線區(qū)域地震危險性評價工作中最重要的參數(shù)之一，也是完整了解斷層演化過程的重要基礎(chǔ)[1]。灤縣西斷裂是唐山塊體的邊界斷裂，也是1976年7月28日灤縣MS7.1地震的發(fā)震斷裂。灤縣西斷裂沿線地區(qū)人口稠密，經(jīng)濟發(fā)達，防震減災(zāi)工作責(zé)任重大。因此正確認識該斷裂的第四紀活動性意義深遠。

1976年唐山MS7.8級地震和灤縣MS7.1級地震發(fā)生之后，前人基于對該區(qū)域構(gòu)造背景與震區(qū)構(gòu)造條件的研究，認為灤縣-樂亭斷裂是唐山菱形塊體的東邊界，控制了山海關(guān)塊隆和唐山塊陷的活動[2]。但相關(guān)斷裂的活動性主要是根據(jù)早期的地球物理勘探資料解譯得到，存在一定的不確定性。近年通過位于灤縣西北的三山院探槽，證實灤縣西斷裂為1976年7月28日的灤縣MS7.1地震的發(fā)震構(gòu)造[3]。還有學(xué)者認為灤縣-樂亭斷裂南北兩段存在很大差異，將南北段分別命名為樂亭斷裂與灤縣西斷裂，但是并未對灤縣西斷裂的活動性做進一步研究[4]。至今該斷裂的最新活動時代仍未有定論，所以還需要更詳細的資料來約束灤縣西斷裂的第四紀活動性。

本文基于淺層地震勘探、鉆孔聯(lián)合剖面以及開挖探槽的方式開展灤縣西斷裂的第四紀活動性研究。

1 地質(zhì)概述

灤縣西斷裂在二級大地構(gòu)造單元燕山臺褶帶內(nèi)，昌黎斷裂和薊運河斷裂為燕山臺褶帶與華北斷坳兩個構(gòu)造單元的分界斷裂，昌黎斷裂以西、薊運河斷裂以北為燕山臺褶帶。在燕山臺褶帶內(nèi)發(fā)育的榛子鎮(zhèn)斷裂、盧龍斷裂、昌黎斷裂和薊運河斷裂圍限成一個菱形區(qū)域，稱為唐山菱形塊體。該塊體是一個強烈活動的斷塊，處于NNW-SSE拉張應(yīng)力作用下[5]，1976年7月28日的灤縣7.1級地震就發(fā)生在塊體邊界灤縣西斷裂上（圖1）。

圖1 唐山地區(qū)地震構(gòu)造圖

灤縣西斷裂為南段走向NNW、北段走向NE的高角度斷層（圖2）。斷裂南段沿河道發(fā)育，上覆地層為全新統(tǒng)與上更新統(tǒng)，其中全新統(tǒng)主要為黃褐色亞砂土、粉砂土，上更新統(tǒng)主要包含黃、棕黃色黃土狀粘土質(zhì)粉砂、亞粘土。沿斷層走向在斷層?xùn)|側(cè)發(fā)育線性串珠狀斷層殘山，并出現(xiàn)前后錯落的特征，普遍出露前新生代地層，包括震旦系景兒峪組、霧迷山組、楊莊組、高于莊組、大紅峪組和太古界單塔子群白廟組地層。

圖2 灤縣西斷裂結(jié)構(gòu)特征

2 灤縣西斷裂第四紀活動性

2.1 淺層地震勘探

為了全面地了解灤縣西斷裂附近區(qū)域斷層的淺部構(gòu)造特征，根據(jù)前人推測的斷層位置，布設(shè)了6條淺層地震勘探測線（圖3），觀測系統(tǒng)為280道接收，中點激發(fā)，3 m道間距，21 m炮間距，覆蓋次數(shù)20，采樣間隔0.5 ms，記錄長度1.5 s。其中Z19測線跨度最大，測線解釋了4個高傾角斷層。結(jié)合前人的推測以及其他測線解釋成果，確定斷層F19-2為灤縣西斷裂。結(jié)合鉆孔資料及該地區(qū)地質(zhì)志資料確認反射界面Td在CDP#490、#2030、#3320處被斷錯，斷點東側(cè)反射波明顯下傾，斷層兩側(cè)斷距較小，斷層西傾，呈正斷性質(zhì)（圖4）。

圖3 灤縣西斷裂物探測線及剖面解釋圖

圖4 Z19測線時間剖面與解釋剖面

此外多條淺層地震勘探測線剖面均清晰顯示同相軸被斷錯，且斷點附近繞射波發(fā)育。Z4剖面中在CDP#1 950～2 040 m處同相軸出現(xiàn)明顯扭曲，解釋斷點F4-2，傾向向西，傾角較陡，呈正斷性質(zhì)，代表基巖頂界面的同相軸波組Td被斷錯，說明該斷裂錯入第四系。Z6剖面中發(fā)育一組同相軸，推斷其為第四系覆蓋層與下伏基巖分界面的反射界面Td，根據(jù)其特征，沿測線方向地層整體呈水平展布，地層沉積穩(wěn)定平緩，在CDP#870～960處同相軸出現(xiàn)消失、錯亂等明顯變化，解釋斷點F6-1，傾向向西，呈正斷性質(zhì)。Z7剖面Td反射界面在CDP#870～960處同相軸出現(xiàn)明顯錯斷并出現(xiàn)繞射波，斷層西傾，呈正斷性質(zhì)。Z8剖面在CDP#1 080～1 140處Td反射界面出現(xiàn)明顯的斷錯特征，斷層西傾，呈正斷性質(zhì)，兩側(cè)存在約20 ms的時差。Z17剖面沿測線方向地層總體呈一向西傾的單斜，在CDP#1 200處同相軸出現(xiàn)斷錯，西側(cè)地層明顯上傾。Z20剖面沿測線方向地層總體呈一向西傾的單斜，CDP#900～1 100之間為古潛山隆起，F(xiàn)20-2為灤縣西斷裂，在CDP#890附近存在反射波同相軸斷錯現(xiàn)象，東側(cè)地層表現(xiàn)出明顯上傾特征，傾向向西，呈正斷性質(zhì)。

物探剖面解釋灤縣西斷裂南部走向NNW，在北部三山院轉(zhuǎn)向NE，斷層西傾，剖面顯示Td反射軸明顯斷錯，說明該斷層斷入第四系。

2.2 鉆孔聯(lián)合剖面

依據(jù)淺層地震勘探確定的灤縣西斷裂的斷層形態(tài)和斷點位置，沿測線Z8布設(shè)了一排鉆孔聯(lián)合剖面（圖2、圖5）來進一步確定斷層第四紀活動性。

圖5 李各莊場地鉆孔布設(shè)地震剖面圖

在測線Z8CDP#1 050～1 130之間布設(shè)6個鉆孔，自西向東排列順序為：YZL6、YZL2、YZL4、YZL5、YZL3、YZL1，全長80 m。

圖6 李各莊場地鉆孔聯(lián)合剖面圖

目標斷層垂直斷距隨埋深變淺的程度逐漸減小，無法清晰反映25 m以上的地層斷錯情況，應(yīng)結(jié)合探槽確定目標斷裂在全新世內(nèi)的活動情況。

2.3 探槽剖面

三山院村西探槽位于三山院村西約100 m處（圖2），與三山院村隔一道山梁。探槽走向近EW，寬度約3 m，深度約3.5 m，北壁東側(cè)開挖一更小的溝槽，深約1 m，探槽總長約18 m，探槽中地層厚度穩(wěn)定，幾乎近水平，各套地層清晰可辨。

三山院剖面揭示的最突出現(xiàn)象，是在全新世地層中存在噴砂冒水現(xiàn)象（圖7、圖8）。從探槽記錄的情況看，三山院地區(qū)的噴沙冒水現(xiàn)象十分普遍，幾乎遍布整個探槽，說明全新世時期有過活動，細砂沿噴砂冒水時形成的地裂縫向上運移，有些已經(jīng)達到地表，推測是1976年灤縣7.1級地震造成的，前人1976 年9月繪制的震后地裂縫調(diào)查圖證實了該點存在地裂縫[6]。

圖7 三山院探槽南側(cè)地層剖面示意圖

圖8 局部噴沙冒水現(xiàn)象

根據(jù)野外實地調(diào)查結(jié)果，地震發(fā)生后沿斷層出現(xiàn)了嚴重的噴沙冒水現(xiàn)象，這種噴沙冒水明顯是地下水受擠壓沿斷層面涌出的結(jié)果，表明地震后的噴沙冒水現(xiàn)象并不是均勻的，而是受到了斷層的控制作用。三山院探槽全新世地層的噴沙冒水現(xiàn)象可以證明灤縣西斷裂的最新活動時代為全新世。

3 結(jié)論

灤縣西斷裂是唐山塊體的東部邊界，存在明顯的走滑-拉張階區(qū)，沿NNW方向形成串珠狀低山丘陵，并出現(xiàn)前后錯落的分布特征。一方面控制地塹的形成和發(fā)展，另一方面也影響部分河段的走向，形成河流沿斷裂走向線展布的特征。同時灤縣西斷裂也是1976年灤縣MS7.1地震的發(fā)震斷裂，在第四紀依然存在構(gòu)造活動。

綜合淺層地震勘探、鉆孔聯(lián)合剖面以及探槽結(jié)論證實灤縣西斷裂為全新世活動斷裂。