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磁县-大名断裂东段第四纪活动性

彭远黔 冉志杰 茅远哲 朱坤静

彭远黔,冉志杰,茅远哲,等. 磁县-大名断裂东段第四纪活动性[J]. 华北地震科学,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006
引用本文: 彭远黔,冉志杰,茅远哲,等. 磁县-大名断裂东段第四纪活动性[J]. 华北地震科学,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006
PENG Yuanqian,RAN Zhijie,MAO Yuanzhe,et al. Quaternary Activity of the Eastern Section of the Cxian-Daming Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006
Citation: PENG Yuanqian,RAN Zhijie,MAO Yuanzhe,et al. Quaternary Activity of the Eastern Section of the Cxian-Daming Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006

磁县-大名断裂东段第四纪活动性

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2022.02.006
基金项目: 河北省地震科技星火计划项目(DZ20190425087,DZ20200323026,DZ20200326043)
详细信息
    作者简介:

    彭远黔(1965—),男,高级工程师,主要从事地震勘探、活动断层探测、工程地震研究. E-mail: pengyq84531@126.com

    通讯作者: 茅远哲 (1990—),男,工程师,主要从事地壳形变与地震危险性研究. E-mail: 529421588@qq.com
  • 中图分类号: P315.24

Quaternary Activity of the Eastern Section of the Cxian-Daming Fault

图(11)
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-14
  • 网络出版日期:  2022-05-06
  • 刊出日期:  2022-04-15

磁县-大名断裂东段第四纪活动性

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2022.02.006
    基金项目:  河北省地震科技星火计划项目(DZ20190425087,DZ20200323026,DZ20200326043)
    作者简介:

    彭远黔(1965—),男,高级工程师,主要从事地震勘探、活动断层探测、工程地震研究. E-mail: pengyq84531@126.com

    通讯作者: 茅远哲 (1990—),男,工程师,主要从事地壳形变与地震危险性研究. E-mail: 529421588@qq.com
  • 中图分类号: P315.24

摘要: 依据浅层地震勘探结果、钻孔和重力资料,进一步厘定了磁县-大名断裂东段的空间展布、断层上断点埋深。研究认为该断裂具有分段活动特征,最新活动时代为中—晚更新世,并推测出磁县-大名断裂东延至范县古城镇南一带。

English Abstract

彭远黔,冉志杰,茅远哲,等. 磁县-大名断裂东段第四纪活动性[J]. 华北地震科学,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006
引用本文: 彭远黔,冉志杰,茅远哲,等. 磁县-大名断裂东段第四纪活动性[J]. 华北地震科学,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006
PENG Yuanqian,RAN Zhijie,MAO Yuanzhe,et al. Quaternary Activity of the Eastern Section of the Cxian-Daming Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006
Citation: PENG Yuanqian,RAN Zhijie,MAO Yuanzhe,et al. Quaternary Activity of the Eastern Section of the Cxian-Daming Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(2):39-47, 55. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.02.006
    • 1830年磁县发生了7.5级地震,在地表形成了右阶斜列7 km长的破裂,其发震构造就是磁县-大名断裂[1-3]。此外,在该断裂的周邻,也曾发生过344年临漳5~6级地震、953年大名4$ \tfrac{3}{4} $级地震、1654年朝城5$ \tfrac{1}{2} $级地震、1889年大名5级地震、1968年大名4.2级地震、1970年磁县4.5级地震和1977年磁县4.5级地震,近年来该断裂附近还常有4级以下地震的活动[4]。磁县-大名断裂西段和中段研究程度较高[2-8],其东段由于隐伏于第四纪盖层之下,尽管一些学者开展过研究[49-10],但有关断裂东段的空间展布和第四纪活动系统性的研究则较少。本文基于重新处理的浅层地震勘探结果、周邻的钻孔资料,进一步厘定磁县-大名断裂东段的空间展布以及第四纪活动性,为系统认识磁县-大名断裂整体活动特征提供新的基础背景。

    • 磁县-大名断裂位于华北平原南部,是华北地震区中重要的断裂之一。断裂东自鲁西隆起,穿越华北沉降平原,至太行山隆起中部,横亘3个构造单元;走向NWW,倾向北,为一条高角度正断层;长度大于180 km[11],断裂截切临漳断裂后使汤阴地堑向西扭曲变形,具有左旋滑动性质[12]。磁县-大名断裂西段位于太行山山前断裂西侧,发育于太行山隆起区,长约50 km,走向NWW,倾向北,倾角60°~80°。该段断裂发生过1830年磁县7.5级地震,极震区等震线延伸方向和断层一致[11]

      磁县-大名断裂东段隐伏于华北平原沉降区,是北侧的临清坳陷与南侧的内黄隆起之间的边界断裂[13-14]图1a)。该断裂中生代活动强烈,北侧中生代地层厚2 500~4 000 m,而南侧基本缺失。古近纪该断裂活动相对较弱,新近纪以来,断裂活动较为强烈,北侧一些断陷盆地的沉积中心向断裂附近迁移,新近系和第四系最厚达1 900 m,断裂两侧新近系底面落差达200~300 m。

      图  1  磁县-大名断裂地震勘探测线和钻孔剖面位置

    • 浅层地震勘探方法在隐伏断裂探测中得到广泛应用[15-25]。河北省地震局工程院曾在磁县、临漳、大名布设过3条浅层地震勘探测线探测磁县-大名断裂,使用美国Geometrics公司Strata Visor NZXP地震仪、80 kg夯击震源,采用单边放炮连续追踪、12次覆盖、全排列、72 道60 Hz检波器的接收观测系统,采集参数为道间距4 m、炮距12 m、前置增益36 dB、采样间隔0.25 ms。本文是应用加拿大GEDCO公司Vista12.0版本地震处理系统,运用多途径、分步骤的去燥处理方法和技术对3条浅层地震勘探测线的数据进行重新处理的结果。

      为方便与地层划分结果进行对比,确定反射界面的年代,本文通过叠加速度(NMO速度)和不同界面反射波的双程垂直到时t0,采用迪克斯(DIX)公式获得不同地层反射界面以上的平均速度,并进行时-深转换。

    • CX-1测线位于磁县县城东环朱庄村西,垂直于断裂呈SN 向布设(图1b),剖面长1 280 m。该剖面反射波较为清晰,共有2个明显的地震反射波组(图2),解释了2个反射界面,自上至下分别标为T1、T2。T1反射面双程反射时间为90~130 ms,反射波较为清晰,埋深约85~100 m;T2反射面双程反射时间为120~150 ms,埋深约115~140 m。

      图  2  CX-1测线浅层地震勘探剖面及地质解释

      在距剖面起点710 m处,反射波同相轴连续性有明显差异,T2界面连续性中断,T1界面分叉,清晰地显示出断裂构造。解释断层倾向N,为正断层,上断点埋深约78 m。

      根据测区第四纪地层资料,结合位于测线西南1.5 km的磁1孔,以及测线西侧200 m的邯郸市活动断层探测磁县东外环跨断裂钻孔资料,剖面中的T1为中更新统地层内的一反射界面,T2对应于中更新统底界,断层上断点延伸至中更新世地层中。

    • LZ-1测线位于临漳县城东北史庄村西,跨断裂呈NE30°布设(图1b),剖面长1 280 m。剖面上震相特征明显,反射波清晰,有3个明显的地震反射波组(图3),解释了3个反射界面,自上至下分别标为T1、T2、TQ。T1反射面双程反射时间为150~220 ms,埋深约120~180 m;T2反射面双程反射时间为200~250 ms,埋深约160~210 m;TQ反射面双程反射时间为270~350 ms,埋深约230~280 m。

      图  3  LZ-1测线浅层地震勘探剖面及地质解释

      在距剖面起点340 m处,反射波同相轴连续性有明显差异。TQ界面连续性中断,T1界面错动,清晰地显示出断裂构造,断层倾向NE,为正断层(F1),上断点埋深约140 m。此外,在剖面1 080 m附近,存在一倾向SW的正断层(F2),上断点埋深200 m左右。根据断裂的倾向判断,F1应是磁县-大名断裂在剖面中的显示。

      根据测区第四系地层资料,结合位于测线西北2.1 km的临3钻孔资料,剖面中的T1为中更新统地层内的一反射界面,T2对应于中更新统底界,TQ为第四系底界,磁县-大名断裂上断点延伸至中更新世地层中。

    • DM-1测线位于大名县城南旧治村西,跨断裂呈NE40°布设(图1b),剖面长800 m。该剖面震相特征明显,反射波较为清晰,有3个明显的地震反射波组(图4),解释了3个反射界面,自上至下分别标为T1、T2、TQ。T1反射面双程反射时间为180 ms左右,埋深约170 m;T2反射面双程反射时间为290~340 ms,埋深约260~300 m;TQ反射面双程反射时间为400~460 ms,埋深约350~420 m。

      图  4  DM-1测线浅层地震勘探剖面及地质解释

      在距剖面起点500 m处,反射波同相轴连续性有明显差异。TQ界面连续性较差,能量减弱和错断约20 m,断层向上延伸使得T2界面错断和T1界面错动,清晰地显示出断裂构造,断层倾向NE,为正断层,上断点埋深约150 m。

      根据测区第四系地层资料,结合位于测线西1.8 km的大20钻孔资料,剖面中的T1对应于上更新统底界,T2对应于中更新统底界,TQ为第四系底界,断层上断点延伸至晚更新世地层中。

    • 在诸多的隐伏断层勘探手段中,钻孔剖面是研究隐伏断层活动特征的有效手段之一,并在断层定位和活动性鉴定方面广泛应用[26-29]。此外,钻孔间距达数公里的钻孔剖面也见于隐伏断裂的研究中[30-33]

      磁县-大名断裂东段展布的华北平原沉降区,堆积了巨厚的新生代陆相沉积层。地层系统有石炭系、二叠系、侏罗系、古近系、新近系和第四系,其中第四系厚度约253~550 m。据钻孔岩芯揭露的岩性特征,并结合区域地层对比[34-35]可知,研究区新生代地层主要有古近系以及新近系明化镇组(N2m)、第四系(固安组(Qp1g)、杨柳青组(Qp2y)、欧庄组(Qp3O)、全新统(Qh)。其中,全新统(Qh)主要由灰黄、灰、灰黑色含淤泥质的亚粘土、亚砂土夹砂、淤泥层及泥炭组成;欧庄组(Qp3O)主要由黄色、棕黄色具黄土状结构的粉质亚砂土、亚粘土夹砂砾石层组成,在底部有砂砾石平行不整合于杨柳青组;杨柳青组(Qp2y )为含砂亚粘土夹砂砾石层的堆积,其中可见明显的长石风化碎屑,在底部有厚层砂砾石平行不整合于固安组;固安组(Qp1g)为粘土、亚粘土夹砂砾石层堆积,在底部见泥砾层,角度不整合于新近系地层之上,是划分第四系与新近系的“标志层”;明化镇组(N2m)主要由棕黄、浅色粘土、砂质粘土与浅棕色粉砂岩、砾砂岩互层。

      基于断裂构造资料、浅层地震探测,本文分别在断层上下两盘收集了水文地质、地热资源、煤田地质勘查等方面的钻孔资料,用于揭示断层两盘的地层差异,判断断层位置、活动时代等信息。各钻孔位置见图1b,钻孔剖面位于华北平原,地表地势较为平坦,钻孔高程在36.22~41.89 m之间,相差6 m左右。

    • 剖面南起临漳张村集,经临漳南关至成安范耳村,由3个钻孔组成,单孔最大深度500.13 m,最小430.2 m(图5)。临4钻孔与成4钻孔之间的第四系底界平稳,变化较小,但临2钻孔与临4钻孔之间的欧庄组(Qp3O)、杨柳青组(Qp2y)、第四系底界落差明显,并依次递增24.85 m、29.8 m、87.4 m,显示有存在断层的迹象。结合磁县-大名断裂的以往成果资料,推断磁县-大名断裂展布于临2钻孔与临4钻孔之间,为一条倾向北的正断层,上断点埋深为78 m左右。

      图  5  临漳—成安钻孔剖面

    • 剖面南起魏县回龙村,经魏县六座楼至成广平西营村,由3个钻孔组成,单孔最大深度600.8 m,最小387.42 m(图6)。魏31钻孔与广18钻孔之间的第四系底界平稳,变化很小。但魏19钻孔与魏31钻孔之间的欧庄组(Qp3O)、杨柳青组(Qp2y)、第四系底界落差明显,并依次递增45.78 m、64.66 m、77.68 m,显示有存在断层的迹象。结合磁县-大名断裂的以往成果资料,推断该剖面磁县-大名断裂展布于魏19钻孔与魏31钻孔之间,为一条倾向北的正断层,上断点埋深为106 m左右。

      图  6  魏县—广平钻孔剖面

    • 剖面南起魏县永东村,经大名常马庄至馆陶西苏村,由3个钻孔组成,单孔最大深度500.33 m,最小453.21 m(图7)。大17钻孔与馆13钻孔之间的第四系底界平稳,变化较小。但魏30钻孔与大17钻孔之间的欧庄组(Qp3O)、杨柳青组(Qp2y)、第四系底界落差明显,并依次递增52.86 m、73.50 m、77.90 m,显示有存在断层的迹象。结合磁县-大名断裂的以往成果资料,推断磁县-大名断裂展布于魏30钻孔与大17钻孔之间,上断点埋深为108 m左右。

      图  7  大名—馆陶钻孔剖面

    • 剖面南起濮阳清丰县彭家村,经大名石槽村、莘县东石固至聊城西周卜村,由4个钻孔组成,单孔最大深度1 616.37 m,最小400.47 m(图8)。莘2钻孔和冠3-1钻孔之间的第四系底界平稳,变化很小。在大23钻孔与莘2钻孔之间的第四系底界落差达233 m,显示有存在断层的迹象,可能为一条倾向南的正断层,标识为F2。在ZK2408钻孔与大21钻孔之间,第四系底界落差达197 m,显示也存在断层的迹象,可能为一条倾向北的正断层。结合磁县-大名断裂的以往成果资料,推断磁县-大名断裂展布于ZK2408钻孔与大21钻孔之间,标识为F1

      图  8  南乐—冠县钻孔剖面

      位于临漳、魏县、大名附近的3条跨断裂钻孔剖面共同显示,磁县-大名断裂的上断点埋深在78~108 m之间,断层错断了欧庄组(Qp3O)底界。因此,推断该段断裂的最新活动时代为晚更新世。

    • 从临清坳陷及邻区重力异常可见,具有东西分带、南北分块的基本特征(图9),存在NNE-NE 以及 NWW-近EW的重力梯度带。其中,以NNE-NE 向的重力梯度带及其夹持的平缓重力低与重力高区带相间排列为主,同时叠加有 NWW-近EW 向的重力梯度带或线性重力异常带。沿磁县—大名—范县存在NWW-NW向的重力梯度带,反映出基底的断裂构造。在大名附近重力梯度带分叉成两支,其中NWW向一支沿莘县方向展布,另一支NW向沿范县方向展布,显示出沿NWW、NW 方向分别展布有断裂构造。

      图  9  临清坳陷及邻区重力异常及解释图(中原油田勘探开发研究院,1999)

      王继等[10]在位于大名县龙王庙镇双庙村西部的乡间小路,近SN向布设了一条长41 116 m的地震勘探DZ1测线(测线位置见图1b),探测大名-磁县断裂及其次级断裂。勘探结果显示,在磁县-大名断裂的北侧临清凹陷中存在一条倾向S的正断裂F5(图10)。此外,在南乐-冠县钻孔剖面(剖面位置见图1b)的大23钻孔与莘2钻孔之间,也存在一条倾向S的正断层F2(图8)。DZ1测线探测到的断裂F5与钻孔剖面显示的断裂F2产状一致,其走向与NWW向重力梯度带展布位置相吻合,推测NWW向重力梯度带应是临清凹陷中倾向S的正断裂重力异常的反映。这样,NW向的另一分支重力梯度带就有可能是磁县-大名断裂的重力异常反映。

      图  10  DZ1测线地震勘探时间剖面及解译[10]

      磁县-大名断裂,又名朝城-大名-磁县断裂带[8],一般认为磁县-大名断裂东段至朝城与聊城-兰考断裂相交[4],断裂终止于朝城附近。从磁县—大名—范县的NWW-NW向的重力梯度带可见,磁县-大名断裂可能往范县方向东延(图9)。图11为西起范县陈庄村,经莘县前三里营至阳谷县南子村的钻孔剖面(剖面位置见图1b),在阳1钻孔与莘5钻孔之间的第四系底界变化较小,但在ZK001钻孔与莘5钻孔之间的第四系底界落差达118.5 m,显示存在一条倾向北的断裂迹象。综合重力梯度带展布情况和范县-阳谷钻孔剖面,推测磁县-大名断裂也可能向东延伸到范县附近,并非一定终止于朝城附近。

      图  11  范县-阳谷钻孔剖面

    • 位于大名县城南旧治村西的DM-1测线,与王继等[10]布设在大名县龙王庙镇双庙村西部的DZ1测线相距10.5 km,从2条浅层地震勘探的探测结果可以看出,所推测的磁县-大名断裂上断点埋深相差55 m,分别为150 m、95 m,出现差异的原因可能如下。

      1)由于不同研究者所关注的目标层不同,其野外施工所采取的采集参数也有不同的侧重。当关注探测浅部目标层时,一般采用小道距、小偏移、高频检波器、高采样率。

      2)两条测线相距10.5 km,间距较大,加之隆起、凹陷区沉积相变的影响,断层上断点埋深会存在一定的差异。

      3)时-深转换最重要的环节是合理求取转换速度。本文采用的途径是通过叠加速度,应用迪克斯(DIX)公式获得不同地层反射界面以上的平均速度,从而进行时-深转换,可能与DZ1测线的深度转换方法不同。

      4)虽然地震勘探数据处理有大体相同的流程、方法,但不同研究者在数据处理时,在经验、技术水平等方面存在一定的差异,导致地震剖面在细微之处存在差异,对断层的解译会不一致,有时差异还较大。

      尽管DM-1测线和DZ1测线所解译的磁县-大名断裂上断点埋深存在较大的差异,但2条剖面对断裂的活动时代判断是一致的,即断裂为晚更新世活动断裂。

    • 根据以上浅层地震勘探结果和钻孔、重力异常资料,进一步厘定了磁县-大名断裂东段的空间展布,以及其第四纪活动性。

      1)在大名附近,重力梯度带分叉为两支,NWW向往莘县方向展布的应是临清凹陷中倾向S的正断裂的重力异常反映,另一支沿NW向范县方向展布的重力梯度带可能是磁县-大名的重力异常反映。因此,磁县-大名断裂东段终止地点可能不在朝城附近,而是东延至范县古城镇南附近。

      2)磁县-大名断裂东段大致展布于磁县县城东环、临漳县城南、北史庄村、大名县城南旧治西村、龙王庙镇双庙村西部、埝头乡南、范县古城镇南。

      3)磁县-大名断裂东段的上断点埋深为78~150 m,推断断裂最新活动时代为中—晚更新世。该断裂具有分段活动特征,磁县-临漳段为中更新世,临漳以东段为晚更新世。

参考文献 (35)

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