孟立朋，冉志杰，王 燕，彭遠(yuǎn)黔

(河北省地震局，石家莊 050021)

馬村北斷裂第四紀(jì)活動性勘探

孟立朋，冉志杰，王 燕，彭遠(yuǎn)黔*

(河北省地震局，石家莊 050021)

采用淺層地震勘探、鉆探資料對比方法對石家莊附近的馬村北隱伏斷裂的活動性進(jìn)行研究，布設(shè)了2條高質(zhì)量的地震勘探剖面，獲得了馬村北斷裂的淺部構(gòu)造特征以及活動特征信息?？碧浇Y(jié)果顯示，馬村北斷裂是由2條斷裂組成的斷裂帶，其活動時代為早更新世晚期—中更新世早期。

馬村北斷裂；地震勘探；斷裂活動特征

0 引言

馬村北斷裂是發(fā)育在華北平原中部的NWW向隱伏斷裂，該斷裂切割了石家莊斷裂、北席斷裂和元氏斷裂。馬村北斷裂研究程度較低，斷裂的構(gòu)造特征和活動特征，尤其是淺部特征等資料較少。斷裂位于第四系覆蓋區(qū)，隱伏斷裂探測的有效方法之一是反射波地震勘探。為此，開展地震勘探以便獲得該斷裂的構(gòu)造特征以及活動特征。

1 斷裂構(gòu)造及地層

1.1 斷裂構(gòu)造

馬村北斷裂是發(fā)育在華北平原中部的隱伏斷裂，西起范家莊村西，經(jīng)馬村北，止于西不落營村西，走向NWW，全長約23 km，傾向北，為轉(zhuǎn)換正斷層。該斷裂切割石家莊斷裂、北席斷裂和元氏斷裂。

石家莊斷裂位于太行山山前斷裂帶的中段，全長160 km。石家莊以北斷裂走向NE40°，傾向SE；石家莊以南走向NNW，傾向東，斷裂控制了新生代石家莊凹陷的發(fā)育。北京中震創(chuàng)業(yè)工程科技研究院從精細(xì)的淺層地震探測、鉆探聯(lián)合地質(zhì)剖面等方面研究認(rèn)為，石家莊斷裂晚第四紀(jì)以來不存在活動的跡象，斷裂活動時代為早更新世[1]。

北席斷裂是石家莊凹陷和無極低凸起的邊界斷裂，呈NNE向延伸，全長約30 km，是一條西傾正斷層，傾角60°。人工地震勘探資料顯示，斷層上端埋深600～700 m，錯斷古生界、中生界、古近系和新近系底板、并延入新近系地層中。地貌上斷裂兩側(cè)地形平緩，無地形陡坎、槽地等斷層地貌；在衛(wèi)星影像上，沿斷裂無線性顯示，兩側(cè)色調(diào)無差異，綜合分析認(rèn)為北席斷裂為早第四紀(jì)斷裂。

元氏斷裂是晉縣凹陷西側(cè)的主控邊界斷裂，斷裂走向350°，傾向NE，傾角45°，全長60 km。鉆孔資料表明，沿斷裂存在一基巖陡坎，兩側(cè)新近系至第四系厚度有明顯變化，斷裂兩側(cè)新近系底面落差300 m，并向上斷錯第四系底部地層。據(jù)煤田資料，元氏斷裂主要于新近紀(jì)到第四紀(jì)活動。在該斷裂附近高邑、臨城一帶小震較活躍，歷史上也曾有過多次有感地震記載。

1.2 測區(qū)第四紀(jì)地層

第四紀(jì)地層層序劃分是判斷由淺層地震勘探結(jié)果得到斷層活動時代的重要依據(jù)。利用地層層序劃分結(jié)果與地震勘探時深轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行對比，從而確定斷層上斷點和最新活動時代。

測區(qū)位于華北平原中部的太行山山前沖洪積平原，第四系在測區(qū)廣泛發(fā)育，主要由坡積、沖積、洪積等組成，第四系地層特征及分布如下[2]：

(1)全新統(tǒng)(Qh)：為砂礫石，細(xì)粉砂，亞砂土，亞粘土，局部地區(qū)有湖相沉積。

(2)上更新統(tǒng)(Qp3)：為洪積坡積層，黃褐或土黃色黃土狀亞粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核，近底部有不規(guī)則的礫石、碎石層或透鏡體，厚3～35 m。

(3)中更新統(tǒng)(Qp2)：巖性主要為一套沖積、洪沖積的砂層、粉砂層、砂礫石層、粘土層。

(4)下更新統(tǒng)(Qp1)：為泥礫層，紅褐色泥與礫石混雜組成，礫石分布零亂，成分復(fù)雜，內(nèi)夾紅粘土、粘質(zhì)砂土透鏡體。

地震勘探MC01剖面位于欒城趙莊村東，據(jù)附近欒3鉆孔資料，地層自上而下分別是全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、下更新統(tǒng)。全新統(tǒng)厚15 m，上更新統(tǒng)厚8.2 m，中更新統(tǒng)厚52.3 m，下更新統(tǒng)厚232.5 m。下更新統(tǒng)可分為2段，其中上段厚31.8 m，下段厚200.7 m。

地震勘探MC02剖面位于元氏范家莊村西，據(jù)附近寺家莊鉆探剖面資料[1]，地層自上而下分別是上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、下更新統(tǒng)。上更新統(tǒng)厚32.0～34.0 m，可細(xì)分為3段。其中，上段厚11.6～14.0 m，中段厚6.5～11.4 m，下段厚9～13.5 m；中更新統(tǒng)厚64.6～67.5 m，可分為5段，自上而下，第5段厚11.0～14.3 m,第4段厚10.0～11.6 m，第3段厚7.4～11.2 m，第2段厚13.5～18.5 m，第1段厚15.6～18.0 m；下更新統(tǒng)僅鉆遇0.6～1.5 m。

2 剖面位置和數(shù)據(jù)采集、資料處理

2.1 剖面位置

為查明馬村北斷裂的活動特征，布設(shè)了2條淺層地震勘探剖面。MC01剖面位于欒城趙莊村東，剖面起點37°51′6.02″N，114°33′23.03″E；終點37°51′34.56″N，114°33′19.42″E；MC02剖面位于元氏范家莊村西，剖面起點37°52′46.07″N，114°21′46.96″E；終點37°53′8.71″N，114°21′45.77″E。2條剖面均跨越馬村北斷裂(圖1)。

圖1 斷裂構(gòu)造及剖面位置圖

2.2 數(shù)據(jù)采集和處理方法

使用美國Geometrics公司StratiVisor NZXP96數(shù)字地震儀采集數(shù)據(jù)，采用70 kg沖擊夯激發(fā)地震波，單點激發(fā)20次。震源置于地面的金屬墊板上，以便提高震動能的耦合轉(zhuǎn)換效能；每道采用60 Hz組合檢波器串接收，以提高檢波器的靈敏度。

為合理選取數(shù)據(jù)采集工作參數(shù)，首先進(jìn)行了擴(kuò)展排列試驗，通過試驗和綜合分析最終確定工作參數(shù)：道間距4 m，偏移距16 m，72道接收，9次覆蓋；記錄長度0.8 s，采樣間隔0.25 ms，低截15 Hz，高截250 Hz帶通濾波。為能保證淺層反射波具有較高的覆蓋次數(shù)，又能使較深部的反射波避開震源干擾波的干擾、提高該反射波的信噪比，采用單邊排列激發(fā)的工作方式。

數(shù)據(jù)處理主要方法有：真振幅恢復(fù)、地表一致性振幅補(bǔ)償、數(shù)字濾波、初至靜校正、反褶積、速度分析、動校正、剩余靜校正、疊加、偏移、時深轉(zhuǎn)換等[3]。

3 地震反射剖面特征

3.1 MC01剖面

MC01剖面位于欒城趙莊村東，近NS向布設(shè)，剖面長894 m。根據(jù)剖面的波組特征(圖2)，解釋了一組反射波T1。依據(jù)地震勘探時深轉(zhuǎn)換獲得的反射界面深度結(jié)果與測區(qū)地層資料，以及剖面附近欒3孔地層資料對比確認(rèn)，T1對應(yīng)于下更新統(tǒng)上段底界。在剖面樁號600 m、740 m(CDP301、CDP371) 反射波同相軸出現(xiàn)明顯的消失、錯動現(xiàn)象，表明在這2處存在斷裂。對比淺部和深部反射波，認(rèn)為上述2個斷點所顯示的斷裂為同一組斷裂，斷裂在300 m深處匯聚在一起形成反“y”字型。主斷裂地面投影坐標(biāo)37°51′25.26″N，114°33′20.59″E。根據(jù)反射波同相軸錯動特征，主斷裂為視傾向北的正斷層，斷裂視傾角較緩，斷裂帶寬140 m。斷裂上斷點埋深100 m，錯斷了T1反射界面，即錯斷了下更新統(tǒng)上段(Qp1-2)底界，斷裂最新活動時代為早更新世晚期。

圖2 MC01淺層地震剖面及地質(zhì)解釋

3.2 MC02剖面

MC02剖面位于元氏范家莊村西，NS向布設(shè)，剖面長700 m。根據(jù)剖面的波組特征，解釋了1組反射波T1。依據(jù)地震勘探時深轉(zhuǎn)換獲得的反射界面深度結(jié)果與測區(qū)地層資料，以及剖面附近寺家莊鉆探資料對比確認(rèn)，T1對應(yīng)于中更新統(tǒng)第2段底界。在剖面樁號400 m、520 m(CDP201、CDP261) 反射波同相軸出現(xiàn)明顯的分叉、扭曲、畸變現(xiàn)象，表明在這2處存在斷裂。對比和追蹤上下反射波，認(rèn)為上述2斷點所顯示的斷裂為同1組斷裂，斷裂在230 m深處匯聚在一起形成反“y”字型。主斷裂地面投影坐標(biāo)37°52′59.30″N，114°21′46.17″E。據(jù)反射波同相軸錯動特征，主斷裂為視傾向北的正斷層，斷裂視傾角較緩，斷裂帶寬120 m。斷裂上斷點埋深56 m，錯斷了T1反射界面，即錯斷了中更新統(tǒng)第2段(Qp2-2)底界，斷裂最新活動時代為中更新世早期。

圖3 MC02淺層地震剖面及地質(zhì)解釋

3.3 綜合對比解釋

根據(jù)2條淺層地震剖面的波組特征和已掌握的斷裂構(gòu)造資料，以及剖面附近鉆孔資料，判定MC01、MC02剖面探測到的斷層為馬村北斷裂。綜合分析2條地震剖面可以看出，馬村北斷裂是由2條斷層組成的斷裂帶，形如反“y”字型，斷裂帶寬120～140 m；主斷裂為一條傾向北的正斷層，傾角較緩；斷裂上斷點埋深56～100 m；斷裂具有分段活動特征，斷裂東段最新活動時代為早更新世晚期，西段最新活動時代為中更新世早期。

4 結(jié)論與討論

應(yīng)用淺層地震探測方法探測到隱伏于第四紀(jì)覆蓋區(qū)的馬村北斷裂的位置、性質(zhì)、以及淺部的結(jié)構(gòu)形態(tài)，并對比地層資料確定了該斷裂的最新活動時代，為該斷裂的進(jìn)一步研究提供了可靠的依據(jù)。馬村北斷裂是由2條斷層組成的斷裂帶，其形態(tài)為反“y”字型。斷裂在東、西2段的規(guī)模和活動時代存在差異，東段斷裂帶寬140 m，西段斷裂帶寬120 m；東段上斷點埋深較深為100 m，西段埋深較淺為56 m；東段最新活動時代較西段早，為早更新世晚期(Qp1-2)，而西段為中更新世早期(Qp2-2)。

據(jù)斷裂構(gòu)造資料，石家莊斷裂、北席斷裂和元氏斷裂終止于馬村北斷裂。淺層地震勘探結(jié)果表明，馬村北斷裂西段活動時代為中更新世早期，晚于早更新世活動的石家莊斷裂；東段活動時代為早更新世晚期，同樣晚于早更新世的北席斷裂和新近紀(jì)到第四紀(jì)活動的元氏斷裂。說明馬村北斷裂與石家莊斷裂、北席斷裂、元氏斷裂不是同一期次的斷裂，3條斷裂形成之后被后期形成的馬村北斷裂阻斷。

[1] 北京中震創(chuàng)業(yè)工程科技研究院.河北省活斷層探測與地震危險性評價項目石家莊市活斷層探測與地震危險性評價分項目技術(shù)報告[R].2013.

[2] 陳望和，倪明云.河北第四紀(jì)地質(zhì)[M].北京：地質(zhì)出版社,1987.

[3] 王振東.淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社,1988.

Exploration on the Macun North Fault for Its Activities since the Quaternary

MENG LI-peng, RAN ZHI-jie, WANG Yan, PENG YUAN-qian

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China)

Macun north fault is one of the north west buried faults in Shijiazhuang city. This paper uses shallow seismic exploration and drilling data to study the activity of the fault. Two high quality seismic exploration profiles are obtained. The shallow structural features and active feature information of the Macun north fault are collected. The exploration results show that the fault zone of Macun is composed of two faults.

Macun north fault; seismic exploration; fault activity characteristics

孟立朋，冉志杰，王燕，等．馬村北斷裂第四紀(jì)活動性勘探[J]．華北地震科學(xué)，2017，35(1):62-66.

2016-11-20

河北省地震科技星火計劃項目“河北省1∶25萬地震構(gòu)造圖編制”(DZ20150504104)

孟立朋(1983—)，男，河北石家莊人，工程師，主要從事地震地質(zhì)研究．E-mail：782679390@qq.com

*通訊作者：彭遠(yuǎn)黔(1965—)，男，河北石家莊人，高級工程師，主要從事工程地震研究．E-mail： pengyq84531@126.com

P315.2

A

1003-1375(2017)01-0062-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.01.010