魏 波，何付兵,2，董 靜，劉立巖，張 巍

（1.北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京 100195；2.中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029）

0 前言

永定河被譽為北京的“母親河”，北京城就坐落在其沖洪積平原之上。地質(zhì)歷史時期，永定河曾發(fā)生過多次遷移改道，在北京平原上留下了古清河、古金溝河、漯水、無定河（未定河）、渾河等多條古河道，其河道的遷移和平面形態(tài)的變化受平原區(qū)隱伏斷裂活動控制（孫秀萍等，1982；北京市地震地質(zhì)會戰(zhàn)第四專題組，1982），永定河斷裂就是其中重要的一條。

永定河斷裂的概念早在1932年就已提出，稱為“渾河斷層”（計容森，1932）。斷裂提出后，由于其隱伏特性，且受永定河河流影響，鮮有開展研究。20世紀80年代初北京地震地質(zhì)會戰(zhàn)對北京平原區(qū)隱伏斷裂開展了系統(tǒng)研究，但此斷裂也少有進展。其后，北京石景山幅、良鄉(xiāng)幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（北京市地質(zhì)調(diào)查所，1989），基于永定河河道兩側(cè)構(gòu)造線和地層差異，借助電磁和重力勘探方法，確定了永定河斷裂在入平原區(qū)軍莊—三家店一帶的分布及特征，即其北西端起始于永定河出山口三家店一帶，大致沿今永定河南東走向經(jīng)長辛店、蘆城一帶埋藏分布，斷裂傾向北東。1993年，中國地震局（高文學(xué)等，1993）在距永定河河道約200 m三家店北鐵路橋東頭（1號隧道西口）的中侏羅統(tǒng)安山巖中發(fā)現(xiàn)一條左旋正走滑斷裂破碎帶，可視作永定河斷裂帶的組成部分，其寬3.4 m，主斷面走向315°，傾角85°，斷層泥ESR年齡厘定其活動時代為中更新世早中期。

2013年，北京平原區(qū)主要活動斷裂專項地質(zhì)調(diào)查采用可控源音頻電磁大地測深對此斷裂南東向延伸進行了初步勘探（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2013）。最新小震定位也表明（陳成溝等，2017），此斷裂小震條帶線性良好，可能向東南延伸到廊坊一帶。單物探手段及小震定位精度不夠，且不能揭示斷裂幾何特征，永定河斷裂在南東方向的延伸情況等重要地質(zhì)問題尚且不明（焦青等，2006；蔡向民等，2010）。

本文在前人物探工作基礎(chǔ)上，沿著永定河斷裂新部署高精度重力勘探剖面和淺層地震剖面（圖1），對北京平原區(qū)隱伏永定河斷裂南東段開展綜合研究，厘定了其位置、產(chǎn)狀、空間分布等特征，為北京城市建設(shè)規(guī)劃、城市防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。

1 地質(zhì)概況

北京平原是由永定河、潮白河、溫榆河等幾大河流聯(lián)合作用形成的沖、洪積平原。永定河斷裂分布于北京平原區(qū)西南部，所經(jīng)地區(qū)地勢由西北向東南降低，三家店山前一帶海拔在100～250 m，進入平原地區(qū)后為30～70 m，地貌類型由山前殘山區(qū)過渡到永定河沖洪積扇平原（圖1）。

圖1 永定河斷裂分布及物探測線位置圖Fig.1 Spatial distribution and location of the geophysical survey line of the Yongding River Fault

除門頭溝三家店—豐臺張郭莊一帶零星出露侏羅紀、中元古代地層外，斷裂沿線均被新生界松散層覆蓋。沿線受新生代早期北東向兩隆一凹（京西隆起、大興隆起和北京凹（拗）陷）構(gòu)造格架（汪良謀等，1990；黃秀銘等，1991）影響，新生界厚度差異較大（圖2）：京西隆起內(nèi)厚度一般薄于100 m，個別地區(qū)殘山出露，北京凹陷內(nèi)則厚達1500～1700 m，而在大興隆起上厚度一般控制在300 m以內(nèi)，向東南方向逐步變厚。鉆探揭露古近系、新近系發(fā)育河流相沉積，沉積物以砂、粘土為主。第四系則發(fā)育河、湖相沖積及洪積物，粘土、卵石各類沉積物均有分布（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；蔡向民等，2009；蔡向民等，2016）。

前新生代地層（圖2）隱伏于新生代地層之下，京西隆起內(nèi)主要為古生代—中生代地層，還有少量中元古代地層，發(fā)育北東向的九龍山-香峪向斜、紅廟嶺背斜等褶皺構(gòu)造。北京凹陷內(nèi)基巖主要為白堊紀地層，其上次級構(gòu)造單元主要有順義凹陷、來廣營凸起、豐臺凹陷、良鄉(xiāng)凸起、涿縣凹陷等，這些單元構(gòu)成北京地區(qū)中生代—新生代早期重要北東向斷陷盆地（羅明輝等，2008）。而大興隆起上則發(fā)育中上元古代、寒武紀—奧陶紀地層，以奧陶系為核構(gòu)成北東向的黃村向斜。區(qū)內(nèi)斷裂極度發(fā)育，重要的斷裂包括黃莊-高麗營斷裂、南苑-通縣斷裂、永定河斷裂等。

圖2 永定河斷裂沿線基巖地質(zhì)圖據(jù)(北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2007）改Fig.2 The bedrock geological map of the Yongding River fault

2 勘探方法及部署

平原地區(qū)的斷裂多處于隱伏狀態(tài)，因此地球物理探測成為調(diào)查隱伏斷裂的重要手段（鄧起東等，2003）。目前常用的調(diào)查方法有淺層地震勘探、重力剖面測量、可控源音頻大地電磁測深測量、高密度電阻率法測量等，各方法依據(jù)其特點可適用于不同的地質(zhì)條件，能探測不同深度、精度的地質(zhì)體情況。然而地球物理探測方法本身具有多解性，且單一工作手段受場地條件等外在因素制約較大。近些年來，綜合物探方法手段被廣泛用來探測不同的深度范圍的斷裂的幾何結(jié)構(gòu)、展布特征等，在北京平原區(qū)活動斷裂調(diào)查中也取得了較好的效果（何付兵等，2013；張磊等，2014）。因此，本次工作采用綜合物探方法來開展。

由于以往對永定河斷裂在該地區(qū)的研究工作較少，其位置尚不明確，因此在垂直原斷裂走向延長線的位置上先部署重力剖面測量，進行一定精度的約束，然后再部署短剖面進行調(diào)查。調(diào)查剖面分別位于黃良路、魏永路以及念壇公園北側(cè)，具體剖面位置見圖1。

黃良路測線位于念壇公園南側(cè)，念壇公園是由古永定河殘存的洼地（念壇水庫）改建，由于靠近古河道，沉積物中粗顆粒相對較多，考慮到淺層地震勘探對粗顆粒沉積物反映較差，故采用重力剖面和可控源測量的組合方法，在魏永路則部署重力剖面和淺層地震勘探測線。

3 勘探結(jié)果

3.1 黃良路測線

布格重力及水平梯度圖上（圖3a），布格異常曲線宏觀上由東向西緩慢降低，由于基巖巖性為奧陶系灰?guī)r、白云巖等，對重力影響較小，因此可揭示基底地層自東向西緩傾形態(tài)，與基巖埋深（圖2）特征一致。水平梯度異常曲線上，存在113 號點、126 號點、190 號點3處極大值，可解譯為新生代地層厚度或結(jié)構(gòu)、組成差異，可能同斷裂構(gòu)造有關(guān)。

可控源解譯成果圖（圖3b）中，紅色或數(shù)值在1500以內(nèi)可解譯為基巖，為中高阻的寒武—奧陶系；藍色可解譯為新生代地層。測線北側(cè)已知念壇水庫鉆孔，表層第四系約70 m厚，下伏為奧陶紀地層，也與這一解釋相符。橫向上電阻率曲線形態(tài)在110號點、128 號點附近分別發(fā)生一定程度扭曲、突變，視電阻率出現(xiàn)明顯變化，其可同重力解譯成果剖面126 號點和113 號點位置異常相對應(yīng)，揭示新生代地層厚度變化或巖性差異，可解譯為斷裂構(gòu)造?？拷鼥|側(cè)的異常點兩側(cè)差異較明顯，可解譯為主斷裂。

綜合兩條物探剖面，建立綜合地質(zhì)解釋剖面（圖3d）。永定河斷裂在此處呈斷裂帶產(chǎn)出，斷裂性質(zhì)均為正斷裂，主斷裂傾向北東，傾角約70°，次斷裂傾向南西，傾角約60°。由異常顯示和鉆孔信息推測，斷裂向上可追溯至大約距地表50 m的深度。

此外，重力成果剖面（圖3a）中，190 號點異常也可能為斷裂顯示，在北臧村—龐各莊發(fā)育北西

圖3 黃良路測線綜合剖面圖Fig.3 Profile of Comprehensive interpretation of Huangliang Road

1.第四系；2.奧陶系；3.斷裂；4.可控源測線；5.重力剖面測線；6.解譯上斷點；7.綜合解釋剖面位置；8.鉆孔；9.斷裂代號

F永：永定河段斷裂；F北：北臧村斷裂；F1：永定河次級斷裂1向的北臧村斷裂（圖2），該處異?？赡芡藬嗔延嘘P(guān)。

3.2 魏永路測線

在重力測量剖面成果圖（圖4a）中，布格曲線，重力最高值位于測線東段，最低值位于西段，布格重力異常表現(xiàn)出西低東高緩慢變化的特征，其異常變化反應(yīng)了基巖地層起伏與分布特征，推測異常的高低主要由地層的隆起與凹陷引起。測線處于黃莊向斜東南翼，自西向東地層依次為寒武系、青白口系、薊縣系，基巖地層自東向西緩傾。元古界巖石平均密度大于寒武系，故曲線異常的變化與此也有較大關(guān)聯(lián)。

布格異常沿測線水平方向的變化梯度反應(yīng)了地層橫向變化率，在水平梯度曲線（圖4a）上，170號點至200 號點范圍內(nèi)表現(xiàn)為高水平梯度帶，向西緩傾，峰值位于171 號和192 號點附近，推測異常是斷裂構(gòu)造的反映。在測線的西端，梯度曲線也有異常反映，可能為地層變化或者斷裂的影響所致。

剖面所經(jīng)地區(qū)為第四系覆蓋區(qū)，周邊已知鉆孔CKB-235，基巖埋深144.2 m，為寒武紀地層。根據(jù)該區(qū)域地質(zhì)資料，剖面位置基巖埋深較淺，在140～220 m之間。

淺層地震解譯剖面（圖4b）中，時間剖面特征顯示，剖面350 ms以上可識別出多套反射波組，其中t2反射波組起伏較大，中間部位隆起，其上覆地層較平緩，各反射界面大都可清晰追蹤。該剖面顯示有兩處異常，1500～2000 m范圍t2反射波同相軸發(fā)生明顯扭曲錯斷，反射波特征清楚、波組或波系之間關(guān)系穩(wěn)定，推測有斷層存在，即F2。該斷層傾向南西，傾角約55°，顯示上陡下緩的特征，上斷點深度約112 m，據(jù)前述信息，斷裂切入第四系，兩側(cè)在第四系底界面的落差約82 m。該處異常的位置、特征與重力剖面上171 號點異常較為一致；剖面3500 m處兩側(cè)反射波同相軸發(fā)生明顯扭曲錯斷，反射波特征清楚、波組或波系之間關(guān)系穩(wěn)定，推測為斷層（F永）引起，該斷層傾向北東，傾角約68°，上斷點深度約114 m，同樣切入第四系，兩側(cè)在第四系底界面的落差約32 m。

綜合以上信息，建立綜合地質(zhì)解釋剖面（圖4d），永定河斷裂（F永）位于剖面東段，正斷層，傾向北東，傾角約68°，切入第四系，上斷點埋深約114 m；中段重力與地震異常反映比較吻合，為永定河斷裂的一條次級斷裂（F2），傾向南西，性質(zhì)為正斷層，傾角約55°；測線西段異?？赡苁菂^(qū)域上的瀛海斷裂和北臧村斷裂的反映。

圖4 魏永路測線綜合剖面圖Fig.4 Profile of Comprehensive interpretation of Weiyong Road

3.3 念壇公園北DK1測線

該位置布置了可控源音頻大地電磁測深測線（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2013）。測線經(jīng)過區(qū)域在基巖圖中位于黃村向斜核部，基巖埋深變化范圍不大，未有明顯斷裂跡象。在可控源音頻大地電磁測深DK1測線反演電阻率剖面圖（圖5a）中可以看出，縱向上各點視電阻率從淺至深呈低—高—低的變化規(guī)律，淺部低阻反映的是地表第四系，埋深在50～120 m之間；中部中高阻反映的是基巖，為寒武—奧陶紀的地層。橫向上視電阻率等值線在132 號點基巖處有明顯的斷距，且出現(xiàn)突變帶，上盤明顯發(fā)育有含水的低阻帶，推測該處為永定河斷裂的顯示。同時也反映出該斷裂傾向北東，為高角度的正斷層，上斷點埋深約50 m。

圖5 DK1測線綜合剖面圖Fig.5 Profile of Comprehensive interpretation of Line DK1

4 結(jié)論

基于綜合物探方法，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)信息，對永定河斷裂南東段進行綜合研究，研究表明：

（1）永定河斷裂北西端始于三家店，沿著永定河，經(jīng)長辛店、蘆城，可向南東方向延伸至龐各莊一帶，是一條長達40 km的北京平原區(qū)重要的北西向斷裂帶。

（2）永定河斷裂在南東段呈斷裂帶產(chǎn)出，斷裂帶寬度600～1200 m。主斷裂產(chǎn)狀基本同北西段，走向325°，傾向北東，傾角約70°。沿主斷裂，在斷裂下盤發(fā)育傾向南西的次級斷裂，二者平面上近平行，剖面上可能構(gòu)成地壘型式。

（3）目前的物探方法確定永定河斷裂上斷點埋深至少在50 m，對比位于魏永路南側(cè)西棗林村新11孔鉆孔的認識，該深度相當于中更新統(tǒng)，同中國地震局在三家店一帶揭示特征貌似一致。然而，永定河斷裂在北西段顯示出控制永定河水系發(fā)育，且在西南下盤發(fā)育晚更新世臺地，揭示其可能全新世有所活動。因此，其活動性尚需進一步研究。

（4）航片上可看出香峪大梁存在位移，區(qū)調(diào)工作也表明九龍山-香峪大梁向斜在軍莊以南軸跡被左行錯開約1 km，黃村向斜核部奧陶紀地層也有被錯開的跡象（圖2），這與在三家店地區(qū)發(fā)現(xiàn)的斷裂走滑特征相似。這些都表明永定河斷裂具有左旋走滑的特征。值得注意的是，北京平原區(qū)另一重要的北西向活動斷裂南口-孫河斷裂也具有左旋走滑特征，其中是否存在關(guān)聯(lián)有待進一步探討。