劉書峰，曹 筠*，邊慶凱，王曉山

（1.河北紅山巨厚沉積與地震災害國家野外科學觀測研究站,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[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，防震減災工作責任重大。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)域構造背景與震區(qū)構造條件的研究，認為灤縣-樂亭斷裂是唐山菱形塊體的東邊界，控制了山海關塊隆和唐山塊陷的活動[2]。但相關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)震構造[3]。還有學者認為灤縣-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。沿斷層走向在斷層東側發(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 灤縣西斷裂結構特征

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)域斷層的淺部構造特征，根據(jù)前人推測的斷層位置，布設了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，斷點東側反射波明顯下傾，斷層兩側斷距較小，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地震剖面圖

在測線Z8CDP#1 050～1 130之間布設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，應結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造活動。

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