引用本文
王继, 高战武, 刘芳晓, 王万合, 赵国存, 徐伟. 用浅层人工地震方法探测唐山—河间—磁县地震构造带内的活动断裂[J]. 地震地质, 2020,42(4): 866-880.
WANG Ji, GAO Zhan-wu, LIU Fang-xiao, WANG Wan-he, ZHAO Guo-cun, XU Wei. STUDY ON TANGSHAN-HEJIAN-CIXIAN EARTHQUAKE FAULT ZONE BY SHALLOW SEISMIC EXPLORATION METHOD[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2020,42(4): 866-880.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.006
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用浅层人工地震方法探测唐山—河间—磁县地震构造带内的活动断裂
王继1), 高战武1), 刘芳晓2), 王万合2), 赵国存3), 徐伟1)
1)中国地震灾害防御中心, 北京 100029
2)中煤科工集团西安研究院有限公司, 西安 710000
3)中国地震局地壳应力研究所, 北京 100085

〔作者简介〕 王继, 男, 1972年生, 2005年于中国地震局地质研究所获固体地球物理学硕士学位, 副研究员, 主要研究方向为地震活动性和地震安全性评价, 电话: 010-69941134, E-mail: 1121303367@qq.com。

收稿日期: 2019-07-27
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFC1500401)资助
摘要

由于唐山—河间—磁县地震构造带的位置、 断错层位与上断的埋深尚不明确, 在大名断裂、 沧西断裂、 大城东断裂附近布设了4条浅层地震勘探测线。 测线DZ1位于邯郸市大名县东南部的龙王庙镇, 以探测大名断裂。 在该测线上共探测出5个断点, 均为正断裂, 上断点埋深95~125m, 断距为6~12m, 错断晚更新统而未错断全新统。 DZ2测线位于沧州市献县县城东部, 以探测沧西断裂。 在该测线上共探测出3个断点, 均为正断裂, 上断点埋深170~190m, 断距为7~10m, 断裂上断点切割中更新统。 DZ3和DZ4测线位于大城县里坦镇西, 共探测出4个断点, 上断点埋深120~130m, 断距为5~15m, 均为正断裂, 断裂上断点切割中更新统。 根据探测结果分析认为: 大名断裂是晚更新世活动断裂, 沧西断裂和大城东断裂是中更新世活动断裂, 这3条断裂均有发生6级左右地震的能力。 大城东断裂是先存地壳 “深断裂”向上撕裂状扩展的 “新生断裂”。

关键词: 浅层地震勘探; 唐山—河间—磁县地震构造带; 隐伏断裂
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2020)04-0866-15
STUDY ON TANGSHAN-HEJIAN-CIXIAN EARTHQUAKE FAULT ZONE BY SHALLOW SEISMIC EXPLORATION METHOD
WANG Ji1), GAO Zhan-wu1), LIU Fang-xiao2), WANG Wan-he2), ZHAO Guo-cun3), XU Wei1)
1)China Earthquake Disaster Prevention Center, Beijing 100029, China
2)CCTEG Xi'an Research Institute, Xi'an 710000, China
3)Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China
Abstract

The location of the buried faults, the fault broken layers and the depth of breakpoints in the Tangshan-Hejian-Cixian seismotectonic zone are not clear. We implemented 4 shallow seismic exploration profiles on the Daming Fault, Cangxi Fault, and Dachengdong Fault. Line DZ1 is located on the Daming Fault in the southeast of Daming County. Five breakpoints were dectectd, which are all normal faults, with depths of 95~125m and displacements about 6~12m, offsetting late Pleistocene but not the Holocene. Line DZ2 is located in the east of Xianxian County to dectect the Cangxi Fault. Three breakpoints were detected, all are normal faults, with depths of 170~190m and displacements about 7~10m. The upper breakpoints of the three faults cut the middle Pleistocene. The lines DZ3 and DZ4 are located in the west of Litan Town, Dacheng County. Four breakpoints were detected, with the upper breakpoint depth of 120~130m and displacements about 5~15m. They are all normal faults, and the upper breakpoints of the faults cut the Pleistocene strata.
The result of the exploration of Cixian-Daming Fault is not consistent with the buried depth 1 200m proposed by XU Hua-ming. It is proved that the activity of the fault is also consistent with the overall activity of the Cixian-Daming Fault, which is an active fault since late Pleistocene.
The Dachengdong Fault and Cangxi Fault offset the middle Pleistocene strata. Although the late Pleistocene active faults are generally defined as active faults in the practice of active tectonics research in China, strong earthquakes in eastern China have shorter recurrence period, and earthquakes of magnitude 6 or so may also occur in some middle Pleistocene active faults.
During the compilation of GB18306-2015 “Seismic ground motion parameter zonation map of China”, there were no late Pleistocene active faults in the M6~6.5 potential source areas in eastern China. Therefore, we believe that the Dachengdong and Cangxi faults still have the ability to generate earthquake of magnitude 6 or so, and the faults have some similarities with the seismogenic structures of Xingtai earthquake swarm. Under the action of the latest tectonic stress field, the “deep faults” tearing ruptured successively and expanded upwards, resulting in stress migration and loading between two neighbouring en-echolon concealed faults, so, the Dachengdong and Cangxi faults are the product of this three-dimensional rupture process. The Dachengdong Fault is a “newly-generated” fault resulting from the tearing rupturing and upward expanding of the pre-existing concealed “deept faults” in the middle and lower curst.

Keyword: shallow exploration; Tangshan-Hejian-Cixian seismic fault belt; hidden fault
0 引言

1966— 1976年间, 华北平原发生了一系列强烈地震, 如1966年3月8日隆尧6.8级地震、 1966年3月22日邢台7.2级地震、 1967年3月27日河间6.3级地震、 1969年7月18日渤海7.4级地震、 1976年7月28日唐山7.8级地震、 滦县7.1级地震(中国地震局震害防御司, 1999)等, 根据这些地震和中、 小余震可勾画出1条从唐山、 河间— 邢台的NE向地震活跃带。 徐杰等(1996)根据这些地震活动和沿线的中生代、 古近纪发育的断裂分布情况, 提出了唐山— 河间— 磁县构造带是新近纪开始发育的新生地震构造带。 近年来, 该构造带陆续发生了2006年7月4日河北省文安5.1级地震和2018年2月12日廊坊永清4.3级地震, 引起了社会的广泛关注。 Yin(2014)也指出在华北盆地沿唐山— 河间— 磁县这条NE向的右旋走滑断裂带可能存在1个平静期超过8 400a、 长约160km的地震空区, 如果是一次地震事件触发破裂, 则意味着该地震空区应有1次约M7.5的大地震。

围绕唐山— 河间— 磁县地震构造带的发震构造, 通过S波速度结构发现唐山— 河间— 磁县构造带地下10~20km深处存在低速异常区, 且下方存在地幔和软流圈的强烈隆起(刘启元等, 2007; 宫猛等, 2017), 这是其出现低速异常的主要原因(徐杰等, 1996, 1998)。 该构造带自北而南可分为滦县— 宁河、 大城— 河间、 束鹿— 隆尧和永年— 磁县等4个地震密集段, 除大城— 河间段外, 其余各段都已发生过7级以上地震。

在滦县— 宁河段发生了唐山7.8级地震, 前人已经获得了相关的较为详细的结果。 如尤惠川等(2002)和刘保金等(2009, 2011)根据地表破裂观察、 浅层地震探测资料和深地震反射探测剖面结果, 获得了唐山地震区的第四纪结构, 结合本区已有的深部探测成果, 认为唐山断裂是一条高角度的W倾逆冲走滑断裂, 晚更新世以来的垂直位错达15m, 地壳厚32~34km, 莫霍面自东向西逐渐加深, 中— 下地壳反射和壳幔过渡带反射均被唐山深断裂错开, 断裂两侧的莫霍面发生错断。 断裂在浅部表现为典型的花状构造; 在深部, 其切割和扰动了下地壳物质和壳幔过渡带。 这种深、 浅共存的断裂构造体系是控制该区地震孕育和发生的重要因素。

1966年束鹿— 隆尧段发生了邢台7.2级地震。 根据对邢台地震区的研究成果可知, 该区的地壳上部存在NNE走向的新河断裂, 控制了束鹿断陷盆地的发育, 呈铲形下延消失至约10km的深处; 之下的中、 下地壳部分发育有高角度断裂, 具有走滑断裂特征(王椿镛等, 1993)。 但邢台地震的主要发震断裂不是古近纪产生于地壳浅层的新河断裂, 而是深部的高角度断裂(徐杰, 1986; 王椿镛等, 1993, 1994, 2016)。 徐锡伟等(2000)基于邢台地震极震区浅层探测、 新生代深浅构造运动的分期、 地壳上地幔结构特征剖析及其与震源参数的对比等研究, 指出邢台地震区控制古近纪盆岭构造发育的铲形断裂及其下部向E缓倾的滑脱面与邢台地震的发生无关, 邢台地震群是在最新构造应力场作用下, 受NW向断裂或横向障碍体阻隔的不连续 “ 深断裂” 依次向上撕裂状破裂扩展、 引起相邻斜列状深断裂间应力迁移和加载等三维破裂过程的产物; 邢台地震断裂是先存地壳 “ 深断裂” 向上撕裂状扩展的 “ 新生断裂” 。

历史地震记录表明, 永年— 磁县段发生了1830年磁县7½ 级地震。 许华明等(2010)对磁县-大名断裂的分段性进行了研究, 认为磁县-大名断裂从东向西可分为3段, 即大名— 临漳段、 磁县— 峰峰段和南山村— 岔口段, 且3段呈左阶展布。 西段, 即南山村— 岔口段的活动性较强, 表现出明显的地表破裂带; 中段, 即磁县— 峰峰段自更新世以来没有活动的证据, 未见明显的地表破裂带; 东段, 即大名— 临漳段的沿线有多次中强震发生, 该段的上断点断错至古近系顶, 埋深约为1 200m, 新近纪及第四纪沉积地层稳定, 总体可认为断裂沿线是一条活动较强的地震带, 其活动性尚不清楚, 有待进一步研究。

但该带中段大城— 河间段和磁县— 大名段地处华北平原内部, 且1967年河间6.3级地震没有形成地表破裂带, 构造背景不清。 最近, 由于某天然气管道穿过该地震构造带, 我们在该地震构造带与管道相交的部位布置了4条浅层人工地震测线, 发现这条地震构造带内多条断裂存在明显的新构造活动特征。

1 浅层人工地震探测

本次浅层人工地震测线共布设测线4条, 总长18.09km, 位于华北平原中部。 该区地形平坦、 交通方便。 测区内潜水面在地表下3~10m, 全区低速带的变化与潜水位的变化规律基本一致。 同时, 河北平原被巨厚的新生界覆盖, 厚达800~5 000m, 其中第四系厚300~500m, 沉积韵律特征明显。 表、 浅层地震地质条件较好。 根据邻区钻探揭露, 新生界韵律层比较清晰, 整体产状比较平缓, 波组抗界面比较清晰, 新生界与下伏地层角度不整合接触且普遍存在1层底砾岩, 是良好的反射界面。 因此, 中、 深层地震地质条件良好。

本次浅层人工地震探测采用人工震源激发纵波反射波法多次覆盖系统, 并尽可能做到浅、 中、 深部兼顾, 力求在测区获得较好的反射波组, 以便更好地判断断裂浅部与中深部之间的关系, 提高解释浅部断点的可靠性。 反射波法利用多次覆盖技术压制干扰, 可有效提高地震资料的信噪比, 在划分具有一定厚度的沉积地层层序、 探测隐伏活动断裂等地质构造方面效果较好, 是活动断裂探测的主要方法。

在数据处理中, 主要考虑了合适的静校正、 叠前去噪、 反褶积、 剩余静校正方法测试、 叠后去噪、 偏移测试的处理手段。

根据陈望和等(1987)给出的河北省第四系底界面等深线图可知, 沿沧东断裂沧州段第四系分层底界面埋深为: 全新统底界深度一般为20~40m, 上更新统底界面深度为150~175m, 中更新统底界面深度一般为300~350m, 下更新统底界面深度一般为450~500m。

1.1 DZ1测线

该测线位于邯郸市大名县东南部龙王庙镇双庙村西部的乡间小路, 近SN向布设, 测线长4 116m, 主要探测大名断裂及其次级断裂(图1)。 磁县-大名断裂在临漳以东构成北部的临清拗陷与南部的内黄隆起之间的边界断裂, 是中生代以来长期发育的一条边界断裂。 根据石油地质资料, 该断裂表现为上陡下缓的铲式断裂, 穿越古近系, 断入基底, 其浅层被巨厚的新生界覆盖。 断裂下盘普遍缺失古近系。 新近系层厚度具有变薄的趋势。 该断裂全长超过150km, 走向NWW, 倾向N, 可分为西支磁县断裂和东支大名断裂, 在临漳一带不连续, 西支进入太行山区。 磁县断裂倾向N, 长约60km。 沿断裂展布一系列断错山脊、 坡面断崖及断裂陡坎等最新的活动形迹。 在峰峰南山村附近, 断裂断错鼓山基岩山体, 形成1个近EW向延伸、 南高北低、 高差达100m的断裂陡崖, 水平位移为300~400m, 垂直位移为40~60m。 南山村探槽揭示, 该断裂断错了古崩积物及其上覆TL年龄为12ka的坡积物, 表明约24ka BP以来有过2次大地震事件, 最新一次为1830年的7 ½ 级地震。 该地震沿断裂在地表出现长30km的地表破裂带, 最大垂直位移为4~7m(江娃利等, 1994)。 断裂擦痕、 次级断裂右阶斜列展布及断裂两侧山体和冲沟位错均显示出该断裂为左旋走滑的正断裂。 大名断裂是临清坳陷和内黄隆起的边界断裂(王椿镛等, 1994; 段永红等, 2002), 长约90km。 人工地震资料显示其古近系底界的落差为200~250m, 水文钻孔剖面显示该断裂最新影响到晚更新统。 在大名一带沿断裂发生过953年4¾ 级和1889年5级地震(图1)。

图1 测区的地质背景和测线位置
F1宁河-昌黎断裂; F2唐山断裂; F3榛子镇断裂; F4宝坻断裂; F5保定-石家庄断裂; F6牛驼镇凸起南缘断裂; F7沧东断裂; F8大城东断裂; F9饶阳断裂; F10沧西断裂; F11衡水断裂; F12晋县断裂; F13新河断裂; F14明化镇断裂; F15馆陶断裂; F16大名断裂; F17邯郸断裂Fig. 1 Geological background and location of the survey lines in the study area.

DZ1测线的时间剖面图(图2)信噪比较高, 反射波组连续性较好, 断裂错断特征明显, 解释了5个反射界面(TQ1— TQ3和TN1— TN2)。 整体上, 各层比较平缓, 层间距比较稳定。 各层除靠近断裂附近层位出现牵引变形外, 产状特征基本保持一致。 5个断点自南向北依次为F1— F5。 其中, F1和F2 2条断裂剖面特征相似, 为主断裂, 二者呈反向断阶的组合特征; F3— F5断裂为伸展环境下主断裂的调整断裂, 剖面上显示主断裂与调整断裂呈典型的负花状构造样式。

图2 DZ1测线的时间剖面、 深度剖面图及其解释成果
a 时间剖面; b 深度剖面Fig. 2 Time profile and depth profile of survey line DZ1 and its interpretation results.

F1— F4为正断裂, 上陡下缓, 视倾向N, 视倾角为30° ~75° , 走向NWW, 倾向NNE, 推断其为大名断裂的次级断裂, 埋深95~125m以浅, 断距为6~12m。 F1— F4均错断晚更新统(TQ3)而未见切入全新统, 因此判断其为晚更新世活动断裂。

F5为正断裂, 视倾向S, 视倾角为35° ~60° 。 埋深225m以浅, 断距约为10m, 下断点尖灭于F2断裂面之上。 F5错断中更新统(TQ2), 故判断其为中更新世以来的活动断裂。

许华明等(2010)在磁县-大名断裂上布设了3条浅层地震测线, 由新清流村— 磁县县城东, 浅层地震剖面解释的断点埋深具有由浅变深的规律, 上断点埋深约为5.5m、 35m和81m, 磁县-大名断层中段在隐伏区的破裂埋深自西向东由从接近地表至地下近百m, 向E延伸直至本次探测出的5条断裂, 上断点埋深为95~225m。

根据邯郸东南OX90-355石油地震解释剖面(图3)(许华明等, 2010)可知, 大名— 临漳段表现为铲式断层, 该段断层切穿新近系以下地层, 断入基底, 石炭纪— 二叠纪地层被明显断开, 落差约为3 000~7 000m。 冉志杰等(2016)在大名县城附近实施的浅层地震勘探表明大名断裂的上断点埋藏在105m深处, 最新活动时代为晚更新世中期。

图3 邯郸东南QX90-355石油地震解释剖面图(据许华明等, 2010)
N+Q 古近-新近纪— 第四纪; E 古近纪; K1 晚白垩纪; K2 早白垩纪; J 侏罗纪; T 三叠纪; C-P 石炭纪— 二叠纪; ∈ -O 寒武纪— 奥陶纪Fig. 3 The interpreted seismic profile QX90-355 in the southeast of Handan(after XU Hua-ming et al., 2010).

1.2 DZ2测线

该测线位于沧州市献县东部, 近EW向沿河城街布设, 西部起点位于河城街与昌盛路的十字路口, 沿途经过陈坟村、 献王纪念园和献县职教中心等, 至东部结束于河城镇卫生院门口。 测线长4 521m(图1), 主要探测沧西断裂及其次级断裂。

沧西断裂走向NNE, 全长超过80km, 是沧县隆起和冀中坳陷的边界断裂(徐杰, 1986; 高战武等, 2000), 石油地震勘探剖面显示断面倾角上部约为60° , 下部约为50° 。 断裂以东的沧县隆起基本缺失古近纪沉积或厚度甚薄, 断裂两侧古近系的底界面落差约为3 000m, 新近系的底界落差约为300m。 沿沧西断裂有一厚度变化梯度带, 似乎表明其在第四纪时期具有一定的活动性。 中国地震局地质研究所曾在崔乡进行了浅层地震探测, 勘探结果表明, 沧西断裂在350m深处尚无反映, 该深度已接近第四系底界位置, 说明沧西断裂在第四纪时期的活动较弱, 且即使有活动也发生在新近纪末或第四纪早期。

沧西断裂是沧县隆起和冀中拗陷的边界断裂。 沧县隆起自古生代以来长期处于隆起状态, 至喜山晚期全面沉降, 接受了厚1 000~1 400m的沉积。 而冀中拗陷形成于中生代末期或新生代初期, 沉降中心在固安— 保定一带, 沉积物厚达6 000m, 渐新世沉降中心向E移, 且逐渐变浅。 测区地表起伏不大, 穿越沧县隆起和冀中拗陷, 潜水位浅, 震源激发条件好; 由前人资料可知, 该区域的新生界厚度较大, 表、 浅层主要为第四纪河湖相沉积物堆积, 厚约400m, 层间韵律特征典型, 地震反射波组特征明显, 易于识别追踪。

由时间剖面图(图4)可知, 该时间剖面图的信噪比较高, 解释了6个反射界面(TQ1— TQ3、 TN1— TN2和TE)。 整体上, TE反射界面起伏较大, 解释为新生界的底界, 其余各层比较平缓, 产状特征基本保持一致。 该剖面解释了3个断点, 自西向东依次为F6— F8。 其中, F6和F7 2条断裂为主断裂, 切割TQ2— TQ3、 TN1— TN2和TE共计5个层位, 断距特征具有由深部向浅部逐渐变小的趋势, 二者呈典型的地垒状组合形式, 断裂下盘各层的厚度明显大于上盘, 地垒内部的层厚最薄, 指示2条断裂具有同生长沉积的特点; F8断裂为F7断裂伸展拉张的调整断裂, 二者呈 “ Y” 形组合发育。 F6为正断裂, 视倾向W, 视倾角约为30° , 推断其为沧县隆起与冀中拗陷的边界断裂— — 沧西断裂的主断裂, 埋深180m以浅, 2盘反射层波组的特征差异明显, 尤其是断裂面附近各层位牵引变形的现象显著, 埋深360m处的断距约为10m。 F7为正断裂, 视倾向E, 视倾角约为30° , 发育于沧县隆起内部, 推断其为大城东断裂的次级断裂, 埋深170m以浅处, 断裂2盘反射层波组的特征差异明显, 埋深360m处的断距约为65m。 F8为正断裂, 视倾向W, 视倾角约为60° , 其可分辨的上断点位于测线桩号2 103处, 埋深190m以浅, 埋深430m处的断距约为7m, 下断点归于F7。 F6、 F7、 F8 3条断裂的上断点切割中更新统(TQ2), 因此判别三者为中更新世以来的活动断裂。 根据渤海湾盆地中段的地壳结构剖面图(图5)(徐杰等, 2002)可知, 沧西断裂下切至太行山山前断裂。

图4 DZ2测线的时间剖面、 深度剖面及其解释成果
a 时间剖面; b 深度剖面Fig. 4 Time profile and depth profile of survey line DZ2 and its interpretation results.

图5 渤海湾盆地中段的地壳结构图(徐杰等, 2002)Fig. 5 Crustal structure map of the middle section of Bohai Bay Basin(after XU Jie et al., 2002).

1.3 DZ3测线

该线位于廊坊市大城县里坦镇北部, 沿清河线近EW向布设, 西部起点位于白马堂村东侧村口, 途经廊泊大道、 小邵村南、 小沿村南和大沿村南等, 至东部结束于长芦疃村西部沟渠桥头, 测线总长5 433m, 主要探测大城东断裂及其次级断裂。 大城东断裂发育于沧县隆起内部, 为里坦凹陷的西部边界断裂, 走向NE— NNE, 全长达百余km。 倾向SE, 倾角为50° , 卫星影像清楚。 其控制了东侧里坦断陷盆地的发育。 据石油人工地震资料可知, 其新近系底部落差为300m。

DZ3测线测区地表地形整体较为平坦, 测线穿越里坦断陷盆地, 新生界厚度大, 表、 浅层主要为第四纪河湖相沉积物堆积, 厚约400m, 层间韵律特征典型, 地震反射波组特征明显, 易于识别追踪, 故该线的地震地质条件较好。

DZ3测线位于里坦凹陷内部, 时间剖面图的信噪比较高(图6), 反射波同相轴连续性较好, 层次韵律特征比较明显。 解释了5个反射界面(TQ1— TQ3和TN1— TN2)。 各层整体比较平缓, 层间距比较稳定, 产状特征基本保持一致。 解释2个断点, 自西向东依次为F9和F10, 二者呈 “ 人” 字形组合发育, 其中F10 断裂的上断点归于F9。 F9为正断裂, 视倾向W, 视倾角为45° , 埋深130m以浅, 沿断裂面附近反射波同相轴扭曲变形特征明显, 埋深240m处的断距约为25m。 F9断裂错断中更新统(TQ2), 因此判断该断裂为中更新世以来的活动断裂; F10 为正断裂, 视倾向E, 其可分辨的上断点位于测线桩号1 944处, 埋深1 030m以浅, 尖灭于F9, 其2盘反射层波组特征差异明显, 埋深1 105m处断距约为26m。 F10 断裂错断中新统(TN1), 向浅层发育被F9断裂阻隔, 因此判断其为中新世以来的活动断裂。

图6 DZ3测线的时间剖面、 深度剖面及其解释成果
a 时间剖面; b 深度剖面Fig. 6 Time profile and depth profile of survey line DZ3 and its interpretation results.

1.4 DZ4测线

测线位于廊坊市大城县里坦镇西北部, 近EW向布设, 西部起点位于九高庄村, 途经东汪学校、 东汪村, 至东部结束于后烟村东部沟渠沿岸(图1), 测线总长4 020m, 主要探测大城东断裂及其次级断裂。 该测线与DZ3线相邻, 因此其地形和地震地质条件与DZ3测线基本一致。 该测线的时间剖面图信噪比较高(图7), 解释了5个反射界面(TQ1— TQ3和TN1— TN2)。 地层产状整体上具有西翘东倾的特点, 据此可判断里坦凹陷的西部边界位于测线西部, 各层层间距稳定, 产状基本保持一致。 解释了2个断点, 自西向东依次为F11 和F12, 二者呈地垒状组合发育。 F11 为正断裂, 视倾向W, 视倾角为50° , 其可分辨的上断点位于测线桩号1 243处, 埋深120m以浅, 其2盘反射层波组特征差异明显, 埋深250m处的断距约为5m。 F12 为正断裂, 视倾向E, 视倾角为15° ~30° , 其可分辨的上断点位于测线桩号1 489处, 埋深125m以浅, 沿断裂面附近的地层反射波连续性变差, 埋深275m处的断距约为15m。 时间剖面显示, F11 和F122条断裂向浅层延伸错断中更新世地层(TQ3), 因此判断二者均为中更新世以来的活动断裂。

图7 DZ4测线的时间剖面、 深度剖面及其解释成果
a 时间剖面; b 深度剖面Fig. 7 Time profile and depth profile of survey line DZ4 and its interpretation results.

根据沧州地区地质剖面图①(① 中国地震应急搜救中心, 2014, 沧州市活断层探测与地震危险性评价报告。), 大城东断裂(图8)呈正断层, 断错新近系, 断距约为200m。

图8 沧州地区地质剖面图Fig. 8 Geological section map of Cangzhou area.

2 结果分析和讨论

根据以上探测结果和前人的认识可以这样认为: 磁县-大名断裂的东支大名断裂是临清坳陷和内黄隆起的边界断裂。 在大名附近, 多条断裂斜列状分布, 呈正断裂性质, 走向NWW, 倾向NNE, 向下穿越古近系, 断入基底, 最新活动错断晚更新统但未见切入全新统, 埋深95~225m以浅, 断距为6~12m, 少数错断中更新统, 总体判断为晚更新世活动断裂。

沧西断裂是沧县隆起和冀中拗陷的边界断裂, 在献县附近, 呈正断裂性质, 走向NNE, 视倾向W, 视倾角约60° , 穿越古近系, 断入基底, 最新活动错断中更新统但未见切入晚更新统, 埋深170~190m以浅, 断距7~10m, 总体判断为中更新世活动断裂。

大城东断裂发育于沧县隆起内部, 为里坦凹陷的西部边界断裂, 发育在沧县隆起部位的一条NE— NNE向断裂, 全长达百余km, 在里坦附近呈正断裂性质, 倾向W或E, 视倾角为15° ~60° , 变化较大, 古近-新近系底部落差为300m, 最新活动错断中更新统未见切入晚更新统, 埋深120~130m, 断距为5~15m, 总体判断为中更新世活动断裂。

大城东断裂、 沧西断裂断错了中更新统地层, 虽然在中国的活动构造研究实践中一般将晚更新世活动断裂定义为活动断裂(邓起东, 2001), 但中国东部地区的强震重复周期短, 一些中更新世活动断裂也可能发生6级左右地震。

华北地区多次7级以上地震未形成或仅形成较短的地表破裂带(表1), 说明华北地区大地震的发震断裂埋藏较深, 这是华北地区大地震发震断层的特点之一。 本次探测到大城东断裂、 沧西断裂错断第四系下部地层, 反映这2条断层仍具有一定的活动性, 可以认为它们仍然具有发生大地震的构造条件。 这也说明华北平原地区发震构造所具有的特殊性, 此外覆盖的第四系较厚也是原因之一。 根据最新探测结果, 在1679年三河-平谷8级地震的SE向发现的牛东断裂、 保定石家庄断层也存在错断第四纪早期地层的现象(高战武等, 2014), 这种现象在华北平原地区应引起重视。

表1 华北部分7级以上地震地表破裂程度 Table 1 Surface rupture degree of earthquakes above magnitude 7 in North China

在《中国地震动参数区划图(GB18306-2015)》编制的过程中, 可发现中国东部大量6.0、 6.5级潜在震源中并未包括晚更新世活动断裂(高孟潭, 2015)。 因此, 我们认为大城东断裂、 沧西断裂仍有发生6级左右地震的活动能力, 并且和邢台地震群的发震构造有一定的相似性(徐锡伟等, 2000), 是在最新构造应力场作用下深部 “ 深断裂” 依次向上撕裂状破裂扩展、 引起相邻斜列状深断裂间应力迁移和加载等三维破裂过程的产物; 河间地震断裂是先存地壳 “ 深断裂” 向上撕裂状扩展的 “ 新生断裂” 。

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