引用本文
周月玲, 尤惠川, 杨歧焱. 洗马林断裂构造几何与变形转换作用[J]. 地震地质, 2018,40(1): 57-70.
ZHOU Yue-ling, YOU Hui-chuan, YANG Qi-yan. GEOMETRY AND DEFORMATION TRANSFORMATION F THE XIMALIN FAULT[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(1): 57-70.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.01.005
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洗马林断裂构造几何与变形转换作用
周月玲1, 尤惠川2,*, 杨歧焱3
1河北省地震局, 石家庄 050022
2中国地震局地球物理研究所, 北京 100081
3 河北地质大学, 石家庄 050031
*通讯作者: 尤惠川, 男, 研究员, E-mail: youhc@126.com。

〔作者简介〕 周月玲, 女, 1983年生, 2011年于中国地震局地球物理研究所获地球探测与信息技术专业硕士学位, 工程师, 主要从事地震地质和断层活动性调查与研究, 电话: 15226586920, E-mail: zyl19831111@sina.com。

收稿日期: 2017-11-14
基金项目: 河北省地震科技星火计划项目(DZ20170503012, DZ20150423057)与地震科技星火计划项目(XH180302Y)共同资助
摘要

洗马林断裂为洗马林-水泉断裂的西北段, 是洋河盆地北缘断裂带的组成断裂之一, 位于张家口-渤海断裂构造带与山西断陷盆地带的复合部位, 其构造几何和变形特征是研究两大构造带相互作用的良好素材。文中采用地质地貌调查和地球物理探测等手段对该断裂进行探查和研究, 阐述了断裂的几何展布、 构造特征与活动性, 分析了其与邻近断裂的构造关系, 讨论了其在洋河盆地北缘断裂带中的变形转换作用。研究结果显示: 洗马林断裂是1条以走滑为主、 兼具逆冲的断裂, 晚更新世中晚期以来和全新世期间的垂直滑动速率分别为0.17mm/a和0.25~0.38mm/a, 水平滑动速率为0.58~0.67mm/a和0.50mm/a。断裂由NW向的主体断层和NE向的次级断层交替组合形成, NW向断层表现为高角度逆左旋走滑, NE向断层显示出正断活动, 2组构造具有特定的构造几何关系, 运动方式和变形特征相互匹配; 在洋河盆地北缘断裂带的活动过程中, NW向的洗马林断裂起到了类似转换断层的变形转换与应力传递作用, 其左旋走滑活动使得两端的NE向正断层活动得以协调进行。

关键词: 洗马林断裂; 变形转换; 构造特征; 活动性
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)01-0057-14
GEOMETRY AND DEFORMATION TRANSFORMATION F THE XIMALIN FAULT
ZHOU Yue-ling1, YOU Hui-chuan2, YANG Qi-yan3
1 ebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050022, China
2 nstitute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China
3 ebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China
Abstract

The Ximalin fault is the northwest section of the Ximalin-Shuiquan fault, which is part of the north-edge fault zone of the Yanghe Basin, located in the conjunction of the Zhangjiakou-Bohai fault zone and Shanxi fault-depression basin, and its structural geometry and deformation characteristics can facilitate the research on the interaction of the two tectonic belts. In this paper, data of geological surveys and geophysical exploration are used to study this fault exhaustively, concerning its geometry, structural features and activity as well as its relationship with adjacent faults and rule in the deformation transform of the north-edge fault zone of the Yanghe Basin. The results show that the Ximalin Fault is a strike-slip feature with thrust component. Its vertical slip rates are 0.17mm/a and 0.25~0.38mm/a, and the horizontal slip rate is 0.58~0.67mm/a and 0.50mm/a during the late Middle Pleistocene and Holocene, respectively. It is formed alternately by the NW-trending main faults and secondary NE-trending faults, of which the former is characterized by high-angle reverse with sinistral strike-slip, and the latter shows normal faulting. The two sets of structures have specific structural geometry relations, and the motion manners and deformation characteristics match each other. During the active process of the north-edge fault of the Yanghe Basin, the NW trending Ximalin fault played a role similar to a transform fault in deformation change and stress transfer, and its sinistral strike slip activity accommodated the NE trending normal faulting at the both ends.

Keyword: Ximalin Fault; deformation transformation; tructural feature; ctivity
0 引言

洗马林断裂为洗马林-水泉断裂的西北段, 是洋河盆地北缘断裂带的组成断裂之一, 位于山西断陷盆地带北部与张家口-渤海断裂构造带西部的复合部位(河北省地质矿产局, 1993; 高占武等, 2001)。洋河盆地北缘断裂带是由NW/NWW向、 NE/NNE向2组多条断裂首尾交互相连构成的1条规模巨大的锯齿状断裂带, 控制了洋河盆地的发育与演化及北部边界, 构成了山西断陷带与燕山断块的构造分界。洗马林断裂原是洗马林-水泉断裂的西北段, 走向NW, 长约19km, 由NW向主体断裂和2组NE向次级断裂构成, 该断裂与旧堡断裂(怀安盆地北缘断裂东段)、 万全断裂相互交切, 新构造活动使原先的洗马林-水泉断裂发生分化和瓦解, 向西逐渐尖灭、 向东隐伏于第四系之下, 洗马林段与旧堡断裂、 万全断裂等构成统一的洋河盆地北缘断裂带, 保持较强的活动性(周月玲, 2011)。关于洗马林断裂的几何展布、 变形特征和活动时代研究已经取得了一些初步成果(方仲景等, 1994; 冉勇康等, 2001; 徐锡伟等, 2002; 周江林, 2015; 周月玲等, 2016)。然而, 由于该断裂长度不大, 地质-地貌现象不如邻近断裂清楚, 一直以来被人们所忽视, 详细的几何结构和构造活动的资料还很少, 许多细节不甚清楚, 特别是其位于两大构造带复合部位, 构造变形的转换作用明显, 至今未有明确的研究和讨论。

华北地区的地震常发生在NE、 NWW向2组断裂的交会区附近, NWW向断裂也是现今强震孕育的断裂之一(索艳慧等, 2013)。洗马林断裂是首都圈地震重点监视防御区内走向NW、 首尾与NE向断裂交切的晚第四纪活动断裂, 其几何结构和活动特征是山西和张渤两大构造带联合作用的结果。因此, 对洗马林断裂的几何结构与变形转换作用的研究显得很有必要。本文以前人工作为基础, 通过作者等人在活断层探测与地震危险性评价等工作中获得的详实资料, 采用地质地貌调查与地球物理探测相结合的方法, 详细分析断裂的构造几何、 地质地貌变形及断层活动等现象, 讨论断裂的变形转换作用。

1 研究区构造地质概况

中朝准地台(华北地台)是本区占主导地位的一级构造单元, 其结晶基底为太古代— 早元古代变质岩系, 之上堆积了中-晚元古代— 古生代沉积盖层, 以碳酸盐岩和碎屑岩为主。中生代期间主要为断块差异运动; 之后, 构造演化进入喜马拉雅构造发展阶段。白垩纪末至古近纪初, 本区构造活动相对平稳, 广大地区处于剥蚀环境。新近纪期间, 断裂活动使早期准平原分化、 瓦解, 形成了晋冀蒙盆岭构造(图1)。新生代以来, 本区以裂陷构造和断块隆起为主要特征, 盆地周围为丘陵低山隆起区, 隆起区主体缓慢抬升, 构造活动微弱, 主要差异运动发生在隆起区周缘的断陷盆地带。第四纪期间, 洋河(张家口— 宣化)等山间盆地形成, 最大堆积厚度可达240m 以上(河北省地质矿产局, 1993)。

图 1 研究区断裂分布与地形地貌简图
F1洗马林-水泉断裂; F2万全断裂; F3怀安盆地北缘断裂(旧堡断裂); F4张家口断裂; F5尚义-赤城断裂; F6洋河断裂; F7右所堡-松枝口断裂; F8花山盆地北缘断裂; F9天镇-阳高盆地北缘断裂; F10宣化盆地南缘断裂Fig. 1 Map showing faults and topography in the study area.

洋河盆地EW向较长, SN向较短, 总体地势西北高、 东南低, 盆地内部由怀安、 万全、 张家口、 宣化等多个凹陷组成, 北边界由怀安盆地北缘断裂、 洗马林断裂、 万全断裂和张家口断裂控制(图1)。其中, 洗马林断裂原是洗马林-水泉断裂的西北段, 出露于地表, 为区内活动性较强的NW向断裂, 与万全断裂和旧堡断裂相互交切, 具有独特的构造几何和活动特征。

2 洗马林断裂几何结构特征
2.1 平面展布特征

洗马林断裂位于怀安-万全盆地北缘, NE盘为低山丘陵, 由白垩纪砂岩、 砾岩组成, SW盘为中-上更新世冲洪积、 坡积和黄土堆积盆地, 断裂控制着沿线的地层分布和地貌发育(图2)。洗马林断裂总体走向320° , 倾向NE, 西北端与旧堡断裂相交, 东南端与万全断裂相切, 长约19km, 由3段间隔1~2km、 走向NW的左行斜列断层和各段之间的NE向次级断裂组合而成。第1段, 断裂向W尖灭于牛儿湾村, 向SE经洗马林镇, 延伸到兵民村西南, 止于NE向次级断裂, 长约6.4km; 第2段, 向NE错列约2km, 起于站石沟村南, 向SE经黑石堰、 高庙堡乡、 苏家咀村、 蒋家梁延至李受庄, 止于NE向次级断裂, 长约11km, 苏家咀村前平行主断裂还发育长3~4km的次级断层陡坎; 第3段又向NE错列1.2km, 由李受庄东北延伸到贾贤庄东南, 长约1.5km。

图 2 洗马林断裂附近地质构造图
1 全新统冲洪积物; 2 晚更新世冲洪积物; 3 白垩纪泥岩、 砂砾岩; 4 侏罗纪火山碎屑岩; 5 太古代变质岩、 混合岩; 6 全新世-晚更新世断裂; 7 早-中更新世断裂; 8 正断层; 9 逆断层; 10 走滑断层; F1洗马林-水泉断裂; F2万全断裂; F3旧堡断裂Fig. 2 Geology around the Ximalin fault.

2.2 剖面结构

为查明洗马林断裂向地下深处的延伸情况, 在蒋家梁村东、 沿SN向冲沟布设了浅层地震勘探测线(SXML)和电法探测测线(EXML), 用于揭示断层的剖面结构特征。图3是SXML测线的地震反射时间及地质解释剖面, 剖面中存在1组较强的地震反射波组(Tg), 由2— 3个视频率高的强相位组成。根据测区地层和钻孔资料, Tg为第四系(中更新统)底界面反射。由图3可见, 反射界面(Tg)的双程旅行时在CDP700之前为80~100ms(埋深60~75m), CDP700之后在40~70ms(埋深25~50m)之间变化; 在剖面桩号1i060m(CDP720)和1i232m(CDP825)附近, 反射波同相轴发生突然变化和错动, 显示出断层的存在(F1-1 和F1-2), 均为高角度N倾的逆断层, 垂直断距约10m, 可分辨的上断点延至地下20m深处, 明显错断了中更新统底界面, 向上可能延入晚第四纪地层之中。

图 3 SXML测线地震反射时间及解释剖面Fig. 3 Seismic reflection profile and interpretation of survey line SXML.

EXML测线近平行位于SXML测线之东, 沿近SN向田埂布设, 长1i485m。从二维电阻率反演剖面(图4)看, 浅部为中高阻层, 缘于冲洪积粗颗粒堆积且位于地下水位之上; 中下部为低阻层, 反映了含水、 相对细粒堆积的电性特点; 整个剖面的电性结构北侧电阻率高于南侧, 在720m和880m处两侧电性结构有明显差异, 被认为是2条N倾的逆断层所致, 断裂上断点基本上接近于地表。

图 4 EXML测线电阻率反演及断层解释剖面Fig. 4 Resistivity inversion profile and fault-interpretation of survey line EXML.

地震勘探和电法探测均解释出2条相间约160m、 倾向NE的高角度逆断裂, 与苏家咀— 蒋家梁一带2条近平行的断层陡坎相对应。

洗马林断裂的上述特征说明该断裂的几何结构比较复杂, 总体而言, 断裂平面上呈斜列锯齿状, 剖面上为1— 2条高角度N倾逆断层。

3 洗马林断裂及相邻断裂的构造活动特征
3.1 洗马林断裂

3.1.1 NW向断层

NW向断层表现为逆-走滑活动特征, 断裂带一般宽1~3m, 多发育于白垩纪砾岩、 砂岩、 泥岩与第四系之间, 从西至东典型构造活动现象如下:

在洗马林西北公路旁、 与旧堡断裂交会处之西, 见白垩纪砂砾岩与太古代片麻岩呈断层接触; 断层走向NW, 倾向NE, 倾角约80° 。据断层带的挤压现象和砾石定向排列特征、 以及地貌变位判断为逆断层, 新地层在老地层之上可能是断裂走滑活动所致。该处断层上盘为白垩纪砾岩, 砾径一般为2~5cm, 磨圆好, 分选一般至较好, 胶结较好, 为河湖相堆积; 下盘为太古代片麻岩, 黄褐色、 浅紫红色, 经多次构造运动, 较破碎。断层破碎带两盘物质掺杂在一起, 呈浅黄色条带状。断层带附近砾石定向排列, 仔细观察见擦痕和磨光面, 未发现断裂活动对地表第四系有影响。

在洗马林村东北, 存在1条由白垩系组成的NW走向的断层陡坎, 断续延伸, 累计高度> 10m, 坡度较缓。在陡坎下方的剖面上见白垩系与中-上更新统和全新统呈断层接触(图5), 被断错地层上部TL样品年龄为(6.02± 0.47)ka(徐锡伟等, 2002)。卫星影像和野外考察发现, 该陡坎实为1至多个坡度各异的陡坎组合; 此处公路南侧还有1个坡度变化较大的陡坎, 其位置与其他断点呈线性展布, 应为主陡坎。北侧为橘红色中更新世黄土, 表部被薄的— Qh 地层覆盖; 南侧为厚层的 — Qh地层堆积, 推测前缘断裂(F)的最新活动使中更新世地层逆冲到晚更新世或全新世地层之上。它与北侧的f1正断层和f2正-走滑断层组成1个 “ y” 字型结构。此处地质剖面显示, 断裂主体为兼具挤压的剪切断层, 地层岩性特征和TL样品年龄说明断裂在晚更新世至全新世中期还在活动。

图 5 洗马林东北断层地质剖面(据徐锡伟等, 2002修改)
①全新世含砾砂土; ②晚更新世含砾黄土状砂土; ③中更新世黄土; ④白垩纪砾岩Fig. 5 Geological cross-section of the fault northeast of Ximalin village(modified from XU Xi-wei et al., 2002).

层①厚约2m, 取样位置在该层上部; 因此可以得到, 距今6.02ka以来的某个时段, 断层f1发生了≥ 1.2m的垂直错动, 平均垂直滑动速率≥ 0.20mm/a。从图5的地质地貌现象分析, 最新活动应主要发生在断层F, 其垂直活动速率应该还要大些。若以10m的陡坎高度来估计该断裂组合晚更新世中晚期(6万a)以来总的垂直滑动速率应为0.17mm/a。

在苏家咀村北、 横跨地形变化较大的山麓前缘陡坎清理了1个剖面(图6), 显示该处主断裂发育于白垩纪地层之中, 为高角度逆断层, 走向NW, 倾向NE, 倾角82° , 被很薄的地表松散土层覆盖。断裂上盘下部为棕红色砾岩, 胶结好, 磨圆, 粒径3~5cm居多, 大者达8~10cm, 小者1~2cm; 上部为具有平行层理的褐色泥岩, 顶部近断层处为一小冲沟堆积。断裂下盘为灰绿色泥岩夹砂层透镜体, 具平行层理, 向S倾, 倾角10° ~30° 不等; 被第四纪薄层堆积物覆盖。断层破碎带宽1.2m, 为棕色泥岩与灰绿色泥岩混杂, 可见泥质挤压的片理、 节理, 充填白色的CaCO3团块。剖面更多地显示出与走滑活动相关的迹象。

图 6 苏家咀村北洗马林断层地质剖面
①表层腐殖土, 含砾石; ②具有水平层理的砾石; ③白垩系页岩; ④白垩系泥岩; ⑤白垩系砂砾岩Fig. 6 Geological cross-section of the Ximalin fault north of Sujiazui village.

贾贤庄村北的洗马林断裂上, 发现了白垩纪砂砾岩逆冲到晚更新世黄土之上, 断层走向NW, 倾向NE, 倾角40° ~48° (图7)。白垩纪砾岩中有多条次级断裂, 白垩纪砾岩与第四纪地层之间的最新断裂破碎带有白色条带物质填充, 砾石定向排列, 地表被坡积层覆盖, 由地层颜色、 岩性、 构造位置等推断, 该处断裂的最新活动时代为晚更新世, 可见垂直断距为6~8m。黄土下部样品的光释光年龄为(56.7± 3.8)ka, 因此该处断裂晚更新世晚期以来的平均垂直滑动速率≥ 0.14mm/a。

图 7 贾贤庄村北洗马林断裂剖面
a 地质剖面; b 地形; ①白垩纪浅紫褐色砾岩, ②晚更新世晚期黄土, ③全新世晚期坡积物; ▲采样点Fig. 7 Geological cross-section of the Ximalin fault north of Jiaxianzhuang village.

图 8 於家梁村北断裂地貌及解释(影像来自Google Earth)Fig. 8 Landform and fault-interpretation in the north of Yujialiang village(image from Google Earth).

图 9 李受庄村西冲沟扭动与断层地貌Fig.9 Topography, gully offset and fault dislocation in the west of Lishouzhuang village.

NW向断裂还表现出左旋走滑活动特征, 存在冲沟、 阶地水平错动迹象。在於家梁北的冲沟出山口处发现冲沟和T1阶地发生左旋扭错, 断裂北侧T1阶地发育在沟谷西侧, 南侧T1阶地则位于沟谷东侧, 沟谷和岸边的水平错距达35~40m, 断裂南北两侧有地形落差(图8)。李受庄西为断裂走向NW和NE的转变部位。 图9为近EW向断裂通过处的地貌, 冲沟发生左旋位错2~4m、 垂直位错1.5~2m。北侧白垩系形成低山-丘陵, 与南侧第四纪盆地呈近垂直断层接触, 破碎带处白垩纪砾岩断层泥化, 原始产状破坏殆尽, 破碎带宽约2m。冲沟跌水后退约10m, 在跌水附近白垩纪砾岩中发现老断裂活动痕迹。断裂最新活动使得冲沟发生拐弯且断裂两侧冲沟宽度发生改变, 断裂北侧冲沟宽约3m, 南侧冲沟宽达6.5m, 断裂南侧冲沟两壁分别向E位错2m(可能受到侵蚀而变小)和4m。

图8冲沟有一定的延伸长度, 且发育阶地, 可按晚更新世中晚期(约6万a)估计其年龄; 图9冲沟很短, 不发育阶地, 应为全新世早中期形成, 按8i000a估计其年龄。据此, 可得到洗马林断裂晚更新世以来和全新世期间的平均左旋走滑速率分别为0.58~0.67mm/a和0.50mm/a左右, 而垂直滑动速率仅为0.19~0.25mm/a。

3.1.2 NE向断层

NE向断裂活动强烈, 地质地貌表现非常明显, 沿线随处可见断层剖面。图10为李受庄村西头全新世含砾砂土与白垩纪砾岩呈正断层接触(局部); 断层倾向SE, 倾角75° ~83° , 断面清晰, 见滑动面, 紧邻断面的黄土发育劈理。此处, 近断层白垩纪砾岩破碎, 带宽2m, 带内见宽20~30cm的黄白色断层泥, 地层倾角发生较大改变, 远离断层的白垩纪砾岩相对完整, 产状为走向NW、 倾向NE、 倾角10° 左右。 向NE延伸, 地貌上构成陡坎, 地质上为晚更新世— 全新世次生黄土与白垩纪砾岩以断层接触, 断面有倾滑擦痕, 含砾石黄土在断裂破碎带附近发育相向而倾的张性裂隙或劈理, 与断面锐角相交, 表现为正断层。在李受庄东北, 断层通过处形成了宽20~50cm, 深3~4m的近垂直裂缝, 地表台地面被垂直错动2~3m, 东南侧下降, 堆积晚第四纪次生黄土(图11)。

图 10 李受庄村西断层剖面Fig.10 Geological cross-section of the fault in the west of Lishouzhuang.

图 11 李受庄村东北断裂地貌Fig.11 Landform around the fault northeast of Lishouzhuang village.

3.1.3 断裂活动性分析

浅层地震勘探、 直流电法探测、 地质剖面和微地貌变形等均揭示洗马林断裂晚更新世以来和全新世期间仍有活动。就活动性质而言, NW向断层为逆-走滑, NE向断层为正断; 就垂直活动幅度而言, 两者基本一致, 相差无几, 晚更新世中晚期以来和全新世期间的垂直滑动幅度可分别以2级断层陡坎高度(约10m和2~3m)估计, 相应的垂直滑动速率为0.17mm/a和0.25~0.38mm/a。而NW向断层晚更新世中晚期以来和全新世期间的水平错动幅度如上估计为35~40m和4m, 相应的滑动速率为0.58~0.67mm/a和0.50mm/a。

3.2 万全断裂

万全断裂北起万全镇西, 与张家口断裂相交, 向SW经盆窑、 吴家庄、 沙家庄、 张贵屯、 赵家梁, 在贾贤庄附近与洗马林断裂相交会, 总体走向35° , 倾向SE, 倾角65° ~75° , 为正断层, 全长15km。该断裂构成低山丘陵与河川盆地的分界线, 西北侧是中低山区或浅山丘陵区, 发育下白垩系青石砬组、 中-上白垩系洗马林组; 东南侧是河川区, 分布上更新统山前冲洪积物及马兰黄土(周月玲, 2011)。

断裂北段多处可见错动第四纪地层的剖面。在盆窑村北发现了断裂错断新地层的现象, 在褐色黄土状含圆砾土层和砾石层之中发育多条断层。其中, 最大垂直错距6m, 对应的光释光年龄为(21.8± 1.5)ka, 据此获得该处单一断层的平均垂直活动速率为0.3mm/a(周江林等, 2012)。断裂南段多处可见白垩纪红色砾岩与上更新统呈断层接触。在赵家梁东, 断裂发育于黄土之中, 产状为35° /SE∠85° 或45° /SE∠70° , 断面有片理化现象和滑动构造, 并有定向小砾石充填, 黄土垂直错距约8m。

在贾贤庄村东, 地表见出露的断层剖面, 经清理并深挖, 揭示出万全断裂的地层错动和断面结构比较清楚: 断层走向50° , 倾向SE, 倾角72° , 错动了晚更新世— 全新世黄土(图12a); 断面滑动带宽约10cm, 两盘物质相互搅拌、 混合在一起, 沿断面呈褐红色、 黄褐色条带分布, 砾石定向排列(图12b)。从剖面上看, 断层上盘下部为偶含小砾石的黄土, 质地较纯、 较松, 厚度较大, 其顶不整合覆盖1个砂砾石薄层(透镜体), 该层应是在持续稳定环境下堆积的, 靠近顶部采集的光释光样品年龄为(27.0± 1.6)ka; 上部为全新世次生黄土及砂砾石层透镜体。简单地分析, 或许我们可以认为粗粒物质代表不稳定的快速堆积, 黄土则代表缓慢的稳定堆积。基于这一想法, 在不同层位采集了光释光年代样品, 自下而上它们的年龄为(14.1± 1.1)ka、 (6.4± 0.5)ka和(3.6± 0.3)ka。2号样品年龄(14.1± 1.1)ka偏大, 可能是近源堆积的缘故。

图 12 贾贤庄东万全断裂剖面
a 地质剖面, b 断面结构; ①白垩纪砂泥岩, ②晚更新世黄土, ③全新世次生黄土及砂砾石层透镜体; Δ 采样点Fig. 12 Cross-section of the Wanquan fault east of Jiaxianzhuang village.

根据上述分析、 年龄数据和地层结构特征(图12a), 不难分析得到该处断裂晚更新世末期以来或全新世期间发生过3次(期)垂直错距1m左右的活动事件。

3.3 旧堡断裂

旧堡断裂为怀安盆地北缘断裂东段, 走向35° ~45° , 倾向SE, 长10余km, 为山盆之间的构造边界, 控制着沿线地层和地貌发育, 两盘岩性迥异、 高差100~200m。在洗马林西南、 旧堡西北的山前一带、 柳沟村北等地, 断层三角面及断层崖十分发育, 断面及滑动构造清晰, 西北侧为太古代片麻岩、 变质岩组构成的低山-丘陵, 东南侧一些地段发育冲洪积扇群组成的盆地, 另外一些地段直接为盆地冲积平原。断裂通过处形成明显的陡坎, 一些地段坎下的盆地面微微倾向断裂。

方仲景等(1994)在柳沟村北发现断裂的全新世活动剖面, 断层错断了晚更新世晚期黄土及其上覆的褐灰色腐殖土层, 形成3m高的断层崖, 断面上最新擦痕的侧伏角近垂直, 热释光和14C年龄分别为(18.3± 1.4)ka和(5 140± 90)a。该剖面已被破坏, 作者在其邻近地方清理了1个地质剖面(图13), 清楚可见: 断裂位于低山丘陵与山前台地之间, 破碎带宽近1.5~2m, 断层泥化, 呈紫红、 黄绿色, 形成较大尺度的滑动镜面; 下降盘为晚第四纪堆积, 断裂直抵地表(耕作挖去表土); 含碎石的砂砾石层③被垂直错动约0.5m, 断面附近砾石定向排列和拖拽变形, 并沿断面形成三角楔。

图 13 柳沟村北旧堡断裂剖面
①土层, 含砂; ②沙土层; ③砂砾石层, 含碎石; ④黄土; ⑤断层破碎带; ⑥片麻岩Fig. 13 Cross-section of the Jiupu fault north of Liugou village.

从剖面不难分析, 在层④(样品年龄为(18.3± 1.4)ka)堆积之后、 层③堆积之前, 断层f1发生较大幅度的突然错动, 造成上盘层④与破碎带直接接触; 之后, 下盘层④被剥去, 并堆积层③, 在层②(样品年龄为(5i140± 90)a)堆积之前断层f1再次发生错动事件, 垂直错距约0.2m; 其后, 堆积层②并在其上发育冲沟, 堆积层①, 然后f1最后1次发生错动事件, 垂直错距约0.3m。

4 构造变形及其转换作用

洗马林断裂(F1)与万全断裂(F2)和旧堡断裂(F3)均属洋河盆地北缘断裂带构造体系(图14), 东西两侧还有张家口断裂和怀安盆地北缘断裂(主体断层)。该断裂带北侧为基岩山地, 南侧沉积盆地。在区域构造应力场控制下, 断裂带不同断裂具有不同的变形特征, 它们的活动既互相影响又互相制约, 共同控制着洋河盆地的形成和演化。

区域主要受NEE-SWW向挤压、 NNW-SSE向拉张的水平构造应力作用(谢富仁等, 2007; 李瑞莎等, 2008; 张红艳等, 2009)。受洋河盆地北缘断裂带结构和活动(图1)的影响, 局部构造应力场方向可能稍有偏转(图14)。在这一构造应力场控制下, 地块受到NE-SW向挤压和NW-SE向拉张, 造成了NE向的万全断裂和旧堡断裂的张性倾滑活动, 形成正断层; 而NWW向的洗马林断裂等则具有挤压和剪切属性, 发生逆冲-左旋走滑运动。它们的地质地貌表现非常清晰, 万全断裂和旧堡断裂以正断为主, 断层三角面、 构造镜面、 陡坎发育; 洗马林断裂活动以左旋走滑为主, 兼有逆冲, 其地质地貌表现不如万全断裂和旧堡断裂, 因为其垂直活动强度和幅度都不如前2条断裂。然而, 它们的几何结构和构造变形却是相互关联的: 洗马林断裂具有类似转换断层的作用, 它的逆-左旋走滑与其西端南部的旧堡断裂和东端北部的万全断裂的正断-拉张构成了几何学和运动学的转换关系, 使应力得以传递、 变形得以匹配、 活动可以协调(图14)。

图 14 洗马林断裂的构造变形转换模式示意图(箭头代表区域构造应力场方向)Fig. 14 Schematic diagram of tectonic deformation and transform around the Ximalin fault.

5 结论

本文以地质地貌调查、 浅层地震勘探、 直流电法探测等综合方法, 对洗马林断裂及邻近的旧堡断裂和万全断裂的空间展布(构造几何)和活动性进行了探查和研究, 并讨论了它们之间的变形转换关系, 基本结论如下:

洗马林断裂总体走向NWW, 由NW向和NE向2组多条断层交互组成, 多处发现断裂错动晚更新世— 全新世地层, 形成相应的断层地貌。NW向断层为洗马林断裂的主体, 延伸较长; NE向为次级断层, 延伸很短。它们分别表现为逆-走滑和正断2种截然不同的活动性质和运动方式。NW向断层地貌表现不很清楚, NE向断层地貌表现非常清晰, 但垂直活动幅度基本一致, 晚更新世中晚期以来和全新世期间的垂直滑动速率分别为0.17mm/a和0.25~0.38mm/a; 而NW向断层还具有左旋走滑活动, 晚更新世中晚期以来和全新世期间的水平滑动速率为0.58~0.67mm/a和0.50mm/a。

洗马林断裂是本区活动性较强的NW向断层, 与NE向的旧堡断裂和万全断裂断层互相交切形成统一的、 具有特定结构的断裂带; 在区域构造应力场控制下, 它们的活动性质和变形方式不同, 但彼此之间是匹配的, 在几何学和运动学上相互转换。

The authors have declared that no competing interests exist.

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