王學(xué)東

門頭溝沿河城斷裂帶活動性初步鑒定及其地震災(zāi)害風(fēng)險應(yīng)對思考

王學(xué)東

王學(xué)東，門頭溝區(qū)地震局局長，高級三級檢察官，曾任門頭溝區(qū)人民檢察院黨組副書記、副檢察長，門頭溝區(qū)民政局黨委書記。2015年調(diào)任門頭溝區(qū)地震局工作以來，主要從事城市震害防御、城市防震減災(zāi)規(guī)劃、活動斷裂野外調(diào)查研究等。先后主持沿河城斷裂地震地質(zhì)勘察、門頭溝區(qū)“十三五”時期防震減災(zāi)規(guī)劃編制等項目，承擔(dān)北京市地震局《“多規(guī)合一”在門頭溝區(qū)防震減災(zāi)規(guī)劃中的應(yīng)用》和門頭溝區(qū)《北京西部山區(qū)民居抗震設(shè)防能力調(diào)查研究》等多項課題，發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。

斷裂活動性鑒定是地震災(zāi)害預(yù)防的基礎(chǔ)性工作，對科學(xué)評估斷裂的發(fā)震能力、地震危險性和工程合理選址均具有重要的意義。為掌握行政區(qū)內(nèi)的活斷層分布及其活動性，門頭溝區(qū)地震局實施了門頭溝區(qū)地質(zhì)地理勘察項目，旨在通過對門頭溝區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、斷裂帶分布與活動性、地震地質(zhì)災(zāi)害主要類型以及災(zāi)害體規(guī)模和穩(wěn)定性方面的實地考察，研究門頭溝區(qū)在加快建設(shè)生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)和發(fā)展高端旅游業(yè)等方面可能面臨的地震地質(zhì)災(zāi)害類型及其應(yīng)采取的風(fēng)險防控措施。通過該項目的實施，不僅可以為門頭溝區(qū)防震抗震工作提供重要的基礎(chǔ)資料，還可以為本地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃的編制、地震監(jiān)測臺網(wǎng)的優(yōu)化布局以及抗震救災(zāi)工作提供科學(xué)的思路和依據(jù)。

沿河城斷裂帶是門頭溝區(qū)規(guī)模最大的一條區(qū)域性大斷裂帶，控制著北京西山地區(qū)的地質(zhì)地貌演化歷史。本文初步確定了該斷裂帶的延伸展布位置、最新活動時代以及可能的潛在危害，提出了下一步工作計劃和地震地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險及應(yīng)對措施。

研究區(qū)概況

1.地質(zhì)地形地貌特征

門頭溝區(qū)位于太行山脈與燕山山脈的交匯部位，是北京市唯一的純山區(qū)。境內(nèi)總面積的98.5%為山地，平原面積僅占1.5%，其中海拔高度大于800米的中山占山地面積的50%，西北部平均海拔在1400米以上，有京都第一峰的靈山海拔2303米。該區(qū)地處我國第二級、第三級地貌單元的過渡帶，即華北平原向蒙古高原過渡地區(qū)，地勢呈西北高，東南低。區(qū)內(nèi)發(fā)育有永定河、清水河等河流，山高坡陡，峽谷眾多，河流階地、夷平面發(fā)育。因此，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，地質(zhì)地理環(huán)境復(fù)雜，地勢險要，有“東望都邑，西走塞上而通大漠”之說，自古為兵家必爭之地。

該地區(qū)地層主要由震旦亞界的薊縣系和青白口系，下古生界的寒武系、石炭系、二迭系，上古生界的侏羅系和第四紀(jì)的馬欄組、百花山冰期堆積所構(gòu)成。地形骨架形成于中生代的燕山運(yùn)動。地層陡立，地形切割劇烈，地震時易發(fā)生崩塌、滑坡等地震地質(zhì)災(zāi)害。

地震的破壞程度與地質(zhì)地理環(huán)境密切相關(guān)。汶川地震發(fā)生于青藏高原東部邊緣的龍門山構(gòu)造帶，該帶是青藏高原與成都平原的地形陡變帶，導(dǎo)致汶川地震觸發(fā)了15000處滑坡、崩塌、泥石流，因滑坡、崩塌造成的人員傷亡占汶川地震全部傷亡人數(shù)的2/3（殷躍平，2008；許強(qiáng)等，2009）。例如位于北川-映秀斷裂北端點(diǎn)的東河口地震滑坡, 掩埋了3個村莊和一所小學(xué)，近800人遇難。研究表明，該滑坡受地震動和構(gòu)造運(yùn)動的直接影響非常明顯(Yuan et al, 2010)，因此，在山區(qū)應(yīng)高度關(guān)注地震條件下的次生地質(zhì)災(zāi)害問題。在地質(zhì)地理環(huán)境上，門頭溝區(qū)具有與汶川地震發(fā)生區(qū)類似的地質(zhì)條件、地形地貌特征，平時也時有崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

由于北京平原區(qū)歷史上地震較多，而門頭溝地處山區(qū)，以致以往開展的北京市地震地質(zhì)會戰(zhàn)、“十五”和“十一五”期間的北京市活動斷層探測及地震危險性評價等工作，都對門頭溝區(qū)內(nèi)的斷裂研究甚少。實際上門頭溝區(qū)內(nèi)也發(fā)育有多條斷裂帶，如沿河城斷裂帶、永定河斷裂帶等。其中尤以沿河城斷裂規(guī)模最大，橫貫門頭溝西北部山區(qū)，長達(dá)60千米，但其最新活動性狀及其與地震的關(guān)系如何并不清楚。

2.沿河城斷裂考察

由于缺乏區(qū)內(nèi)斷裂研究資料，門頭溝地區(qū)地震災(zāi)害的預(yù)防以及應(yīng)急預(yù)案的編制等工作都缺少相應(yīng)的基礎(chǔ)資料。因此，深入開展沿河城等斷裂帶的活動性考察研究，查明它們的最新活動性狀及其與地震活動的關(guān)系，對于科學(xué)評估門頭溝地區(qū)的地震危險性、有效預(yù)防和減輕地震災(zāi)害風(fēng)險具有重要的理論和實際意義。

2015年，在區(qū)委、區(qū)政府和相關(guān)部門的支持下，門頭溝區(qū)地震局組織成立工作團(tuán)隊，邀請北京市地震局、中國地震局地質(zhì)研究所相關(guān)專家作為業(yè)務(wù)指導(dǎo)，把查明門頭溝區(qū)斷裂帶分布和活動性狀作為“門頭溝區(qū)地質(zhì)地理勘察項目”的重點(diǎn)調(diào)查研究方向。2016年開展野外地質(zhì)地理踏勘，2017年重點(diǎn)對沿河城斷裂帶進(jìn)行了野外考察，采集了相關(guān)信息，初步確定了斷裂帶的延伸展布位置和活動特征，尤其重要的是，沿斷裂帶追索新發(fā)現(xiàn)了錯動晚更新世礫石層的斷層剖面。據(jù)此可以初步推斷，沿河城斷裂帶是一條至少在晚更新世有過活動的活動斷層。

沿河城斷裂活動性初步鑒定

1.斷裂展布特征

門頭溝沿河城斷裂，總體走向N45-50°E，傾角60-80°，全長約60千米，區(qū)內(nèi)長約45千米。該斷裂東北接昌平南口山前斷裂，向西南經(jīng)小水峪、了思臺、馬刨泉、向陽口、沿河城、龍口村、燕家臺、犁園嶺、瓦窯村、勝利村后延伸至區(qū)外（圖1）。斷裂通過位置，負(fù)地形清楚，斷層跡象極為明顯，如向陽口東北，斷層構(gòu)造地貌壯觀，斷層北側(cè)中元古界地層強(qiáng)烈抬升，斷層崖、斷層三角面及深切斷層線性谷地極為發(fā)育；而向陽口村至沿河城，永定河從北向南流至沿河城突然拐向北東方向，與沿河城斷裂展布一致（圖2）。沿河城往西南，則是線性的河谷，斷層北側(cè)為震旦紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r和白云巖，南側(cè)為侏羅紀(jì)火山巖、輝綠巖和煤系地層。而在燕家臺一帶，線性影像極好，陡崖發(fā)育，斷層兩側(cè)，山地高差明顯，北高（平均1400米）南低(平均1000米)，且發(fā)育有多級洪積臺地。

2.斷裂活動證據(jù)

沿河城斷裂出露剖面位于沿河城村至向陽口村之間，距沿河城村約900米的永定河左岸三級階地上。三級階地沉積物由磨圓度好、5～20厘米礫徑、成分復(fù)雜的礫石層組成，厚約2米。在此處永定河階地發(fā)育，一級階地拔河高約5米，向陽口村座落在此階地上；二級階地拔河高約20～30米，階地面寬闊，沿河城村座落在本階地上；三級階地拔河高約60～80米。

圖1 沿河城斷層衛(wèi)星影像解譯

圖2 沿河城斷層與永定河的交接關(guān)系及其斷層觀察剖面位置

在上述斷裂剖面內(nèi)，共發(fā)育有大致平行的三條斷層，斷層帶寬約40米，走向45°，傾向東南，傾角65°。中間的斷層為主要斷層，斷層泥、斷層角礫巖發(fā)育，厚約20～50厘米。斷層泥新鮮、未固結(jié)，有明顯的近垂直擦痕，最新階步指示正斷作用。斷層泥呈條帶狀，以紫紅色為主，還有青色條帶狀斷層泥，表明斷層有多期活動（圖3）。斷層切過永定河T3河流礫石層，礫石卷入在斷層泥中，并且沿斷層面呈定向排列，斷層剖面頂部被最新的坡積物覆蓋（圖4）。

根據(jù)斷裂錯動地層判斷，沿河城斷裂在永定河T3階地形成之后曾有過明顯活動（圖5）。而據(jù)以往的研究，永定河T3階地的形成年代大約在距今20-50ka（圖6）（吳忱，2008；趙曉紅，2015），由此可以確定，此處的沿河城斷裂最新一次錯動發(fā)生在大約距今2～5萬年之前，即沿河城斷裂至少是一條晚更新世晚期有過活動的活動斷層。

圖3 沿河城斷層的斷層泥和擦痕（鏡向南）

圖4 沿河城斷層（鏡向南）

圖5 沿河城斷裂切割Q3礫石層

圖6 永定河階地

災(zāi)害風(fēng)險及應(yīng)對措施

通過對沿河城斷裂的初步野外考察，我們初步確定了斷裂帶的延伸展布位置和活動特點(diǎn)，并獲得了如下重要的新認(rèn)識：

1.沿河城斷裂總體走向N45-50°E，傾角60-80°，長約60千米，正斷性質(zhì)，控制著地形地貌和地層單元，至少在晚更新世晚期曾有過明顯錯動；

2.沿河城斷裂是一條可能具有發(fā)震能力的斷層，且處于高山峽谷區(qū)，根據(jù)山區(qū)強(qiáng)震多引發(fā)嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害的經(jīng)驗教訓(xùn)，對沿河城斷裂應(yīng)給予足夠的重視，尤其是要關(guān)注震后有可能引發(fā)崩塌、滑坡等次生災(zāi)害。

鑒于以上情況，我們開展如下工作計劃和災(zāi)害風(fēng)險應(yīng)對措施：

1.對沿河城斷裂開展更加詳細(xì)的地震地質(zhì)工作，如開挖探槽、系統(tǒng)測年等，盡可能獲得更詳細(xì)的有關(guān)斷裂第四紀(jì)活動歷史、最新一次活動年代、活動速率、活動性質(zhì)以及斷錯位移量、古地震重復(fù)周期、斷裂分段等定量活動性參數(shù)，科學(xué)評估其地震災(zāi)害風(fēng)險；

2.選擇合適的地點(diǎn)，增加GNSS等觀測手段，開展區(qū)域和跨斷層形變觀測，監(jiān)測沿河城斷裂帶的最新活動狀態(tài)；

3.詳細(xì)了解沿河城斷裂帶兩側(cè)的山地情況，研究因地震作用可能引發(fā)大型地震崩塌、地震滑坡的地點(diǎn)，制訂和實施減輕地震災(zāi)害風(fēng)險工作方案。

本文從選題、野外考察到最終成稿都得到了邢成起研究員、尹功明研究員和胡樂銀工程師的支持和幫助，在此謹(jǐn)向他們表示衷心感謝！