北京平原沙河凹陷第四纪磁性地层学研究及其新构造运动的沉积响应

北京地区在古近—新近纪时呈"两隆一凹"的构造格局。由于南口—孙河断裂北段第四纪以来的强烈活动,在上述格局上分化出新的第四纪凹陷盆地——沙河凹陷。本次工作在沙河凹陷内开展了钻孔ZK3的第四纪磁性地层研究,结合14C同位素测年结果获得钻孔剖面早更新世、中更新世、晚更新世和全新世地层底板埋深分别为493.8 m、157.4m、87.7 m和7.2 m,建立了钻孔剖面的第四纪地层序列。通过计算ZK3钻孔剖面第四系沉积速率分别为0.19 mm/a、0.11 mm/a、0.70 mm/a和0.63 mm/a。对比分析控盆断裂南口—孙河断裂的活动规律及北京西山的隆升特点,第四纪以来,受到北京西山隆升的影响,控制沙河凹陷的同生断裂南口—孙河断裂强烈活动,并控制了沙河凹陷的演化形成。钻孔地层平均沉积速率所体现的变化规律与山体隆升速率及断裂活动速率具有较好的响应关系。     

北京平原南口一孙河断裂南段第四纪活动性的磁性地层学研究

通过对北京平原南口一孙河断裂南段上下两盘钻孔剖面开展磁性地层学研究,建立了目标钻孔的磁性地层序列。结合沉积物岩石组合特征以及浅部测年数据进行分析,建立了本区第四纪地层格架。断裂两盘地层对比结果表明,南口一孙河断裂南段早更新世、中更新世、晚更新世和全新世垂直落差分别为116.5m,30.Om,4.1m和1.2m,各时代垂直活动速率分别为O.065mm/a,0.046mm/a,0.03mm/a和0.11mm/a。南口-孙河断裂南段活动特征总体表现为早更新世-晚更新世活动较弱,全新世活动强烈的特点。     

北京平原南口—孙河断裂带北西段活动性分析

南口—孙河断裂是北京平原区唯一一条北西向的活动断裂,也是张家口—渤海地震带中最醒目的隐伏、半隐伏的第四纪活动断裂。对南口—孙河断裂北西段开展了浅层地震勘探和钻探工程,验证了该目标断裂的精确定位。笔者通过钻孔岩心及探槽剖面的对比分析,并结合磁性地层研究及~(14)C年龄测定,对该断裂第四纪以来的活动性进行了探讨。研究表明,南口—孙河断裂具有粘滑兼蠕滑的活动特点,中更新世、晚更新世和全新世以来的垂直活动速率分别为0.12 mn/a、0.58 mm/a、0.31 mm/a。总体表现为弱-强-弱的规律。晚更新世以来至少可识别出两次古地震事件,分别为距今(9230±45)aBP~(9370±40)aBP和(13620±90)aBP~(13960±60)aBP,错断地层的最浅深度为1.2 m。同时探讨了城市隐伏活动断裂的研究思路和方法。     

北京南口-孙河断裂带(北段)的结构及活动性

通过可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、浅层地震和高密度电法地球物理探测手段建立的联合剖面对比,同时开展钻探工程及古地磁样品测试,对南口-孙河断裂带(北段)结构及活动性进行研究。南口-孙河断裂带(北段)由1条主断裂和1条次级断裂组成,断裂带宽约400m,表现为阶梯状断层,向上延伸至第四系。第四纪以来,断裂带活动显著,体现为松散层浅部引张的特点。根据断裂两盘第四纪以来各阶段累积垂直落差,计算出主断裂及次级断裂的活动速率。主断裂在早更新世、中更新世、晚更新世、全新世活动速率分别为0.161mm/a、0.072mm/a、0.468mm/a、0.52mm/a,次级断裂在早更新世、中更新世、晚更新世、全新世活动速率分别0.049mm/a、0.052mm/a、0.223mm/a、0.04mm/a。     

基于磁性地层和沉积地层特征对北京市南口—孙河断裂活动性评估

南口—孙河断裂是北京平原区一条重要的活动断裂,也是渤海—张家口断裂带的组成部分。本文通过开展钻探和样品测试(古地磁和14C测年)分析工作,利用沉积相分析和磁性地层学技术方法建立钻孔沉积地层的磁极性年代序列,并对南口—孙河断裂北段进行第四纪以来活动性进行分析和研究。结果表明:南口—孙河断裂北段第四纪以来的活动性变化特征表现为早更新世早期(2.58～0.99 Ma)活动性由强转弱,在早更新世末期(0.99～0.78 Ma)再次转强;中更新世(0.78～0.126 Ma)活动性转弱;晚更新世至全新世(0.126 Ma至今)活动性再次加强。这一规律与北京西山隆升基本特征吻合,活动性总体表现"强-弱-加强"的特点。     

磁性地层年代对北京平原顺义断裂第四纪活动性的约束

顺义断裂是位于北京平原东北部的一条第四纪活动断裂,其活动性对北京市城市安全具有潜在的地质灾害威胁。为了解顺义断裂第四纪以来的活动性,对该断裂下盘的一个钻孔剖面ZK12-1的岩心样品开展磁性地层学研究。通过逐步热退磁,大部分样品可成功分离出两个剩磁分量,其中低温分量具有正的、高倾角特征,可解释为由钻杆旋转引起的重磁化分量;高温分量为中等倾角且具有倒转特征,为原生剩磁。据此建立了ZK12-1钻孔的磁性地层年代格架。结合断裂上盘ZK12-2钻孔的磁性地层年代格架结果,并根据这两个钻孔在第四纪不同时期的地层落差,计算出顺义断裂上、下两盘在早更新世、中更新世、晚更新世和全新世的相对垂直活动速率分别为0.023 mm/a、0.001 7 mm/a、0.033 mm/a和0.051 mm/a。这一结果表明顺义断裂在早更新世活动较强,中更新世活动最弱,晚更新世断裂开始活化,活动性增强,全新世活动性最强。     

北京后沙峪凹陷的第四纪地层划分与构造演化

通过对北京平原北部昌平、顺义、朝阳等区域的多个深孔资料、尤其后沙峪地区G3钻孔资料的深入分析,并开展磁性地层学及孢粉测试成果研究,建立了钻孔的磁性地层序列,结合南口—孙河断裂、顺义断裂以及黄庄—高丽营断裂的活动性研究成果,确定了后沙峪凹陷的第四纪地层格架,分析了凹陷的构造演化过程。结果表明,后沙峪凹陷上G3孔下更新统底界为511.7 m,中更新统底界为175.5 m,上更新统底界为31.6 m。在燕山期晚期,黄庄—高丽营断裂形成,控制了北京凹陷的西部边界,在北东向顺义断裂和北西向南口—孙河断裂共同作用下形成后沙峪凹陷。进入第四纪后,G3钻孔地层在早、中、晚更新世的沉积速率分别为0.198 mm/a、0.255 mm/a和0.243 mm/a;各条断裂活动速率的差异性客观反映出各块体之间的升降特点。由于后沙峪凹陷处于黄庄—高丽营断裂的上盘,同时也是顺义断裂的下盘,因此,断裂间的相互运动在第四纪沉积作用下形成了后沙峪凹陷。     

北京顺义断裂第四纪活动性地球物理及钻孔综合探测证据

顺义断裂是北京平原区重要的隐伏断裂之一,其第四纪活动性及其对地表地裂缝地质灾害影响的研究是优化首都地区国土空间开发格局和防灾减灾体系建设的必要工作。针对隐伏断裂的复杂性特征,利用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、浅层人工地震、高密度电阻率法地球物理探测,以及钻孔地层剖面记录等方法,综合分析顺义断裂第四纪活动特征,结果表明：①顺义断裂走向NE,倾向SE,正断活动特征,为全新世活动断裂,北小营附近断裂上下盘早更新世、中更新世、晚更新世和全新世以来的垂直滑动速率分别为0. 23mm/a、0. 03 mm/a、0. 29 mm/a和0. 51 mm/a;②断裂第四纪以来时空存在明显差异,时间上,早更新世断裂活动性较强,中更新世活动弱,晚更新世活动性增强,全新世以来活动性最强,空间上,第四纪以来顺义断裂南段的活动性较北段强;③顺义断裂现今仍具有一定蠕滑活动特征,并对浅地表部地裂缝发育具有明显的控制作用,这可能是顺义地裂缝发育的主要原因。     

北京平原南口—孙河断裂南段第四纪活动性及其构造意义

通过对北京平原南口—孙河断裂南段上、下两盘钻孔ZK17和ZK18的磁化率和自然伽马测井曲线进行频谱分析,识别出显著的米兰柯维奇沉积旋回,揭示出北京平原区第四纪古气候及沉积过程受到地球轨道力的控制。通过对初始年代格架下的数据曲线进行100 ka的短偏心率信号滤波处理并调谐至天文理论偏心率曲线,建立了精度为01 Ma的连续天文年代标尺,在此年代学研究成果的基础上实现了对目标断裂活动性精细探讨的目的。通过对比断裂两盘的沉积速率变化,可以识别出南口—孙河断裂第四纪以来6个相对较强的活动幕。其中早更新世存在4个明显的活动幕,活动周期具有04 Ma准周期的特点,第Ⅰ幕和第Ⅲ幕分别对应了青藏高原隆升期的青藏运动的B幕(26 Ma)和C幕(17 Ma),中更新世的活动特征则对应了“昆黄运动”,北京地区新构造运动特征与之有较好的呼应关系。     

北京地区黄庄-高丽营断裂北段活动性研究与灾害效应分析

通过浅层人工地震、高密度电阻率法及钻探工程等综合方法,对穿越北京市重要创新产业基地的未来科技城内的隐伏黄庄—高丽营活动断裂进行了精细研究,揭示了其结构特征、第四纪活动性及其致灾机理。研究表明:黄庄—高丽营断裂北段总体上表现为张性正断层特征、倾向南东、倾角70°~80°、基岩深度附近垂直断距较大,断裂向上延伸至第四系产状逐渐变陡,具有"铲式"断层的特点,局部表现为"Y"字形组合特征;黄庄-高丽营断裂北段第四纪以来活动迹象明显。钻孔对比表明,早、中、晚更新世和全新世以来平均垂直活动速率分别为0.07mm/a、0.04 mm/a、0.23 mm/a、0.10 mm/a,其变化特点与北京西山隆升所反映的新构造运动的特征吻合;黄庄—高丽营断裂北段全新世以来表现为强烈蠕滑变形,沿断裂下盘诱发了线性分布的地裂缝、地面塌陷、墙体路面开裂等地质灾害现象。     

北京平原区新构造运动研究

本文选取北京平原区3条重要的控盆活动断裂,北西向的南口—孙河断裂,北东向黄庄—高丽营断裂和顺义断裂,对其第四纪以来的活动性进行深入研究。研究表明,目标断裂活动性第四纪以来均表现为较强—弱—强—较强的特点。在此基础上,对各条断裂活动性的共性特征进行总结,并以此表征本区新构造运动的特点。本区新生界以来构造运动显著,古近纪时期,北京平原形成"两隆一凹"的构造格局;新近纪时期,该构造格局解体,北京冲积平原初步形成;第四纪以来,新构造运动继承性发展,形成多个第四纪断陷盆地,诠释了构造与建造之间的密切关系。同时,对北京地区构造-气候耦合关系进行深入探讨,明确了构造-气候旋回具有0.4Ma的周期性,中更新世以后,0.1Ma的准周期开始成为主导周期的特点。该特点与青藏高原地区及中国大陆东部的新构造运动,具有较好的对应关系。     

京张地区延矾盆地北缘活动断裂带桑园镇隐伏段综合地球物理及钻孔地层剖面研究

京张高铁预选路线跨越延矾盆地北缘活动断裂隐伏段,隐伏活动断裂的产状、活动性对高铁设计、建设和运营具有直接影响。针对盆地隐伏活动断裂的复杂性特征,利用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、浅层地震、高密度电阻率综合地球物理探测,以及钻孔地层剖面记录等方法,分析延矾盆地北缘活动断裂隐伏段特征,结果表明:(1)延矾盆地北缘活动断裂隐伏段由两条次级断层组成(F2-1、F2-2),二者大致平行分布,走向N56°E,倾角为50～70°,平面上,与地表出露段共同呈右阶雁列分布;(2)F2-1次级断层可分辨上断点埋深约10 m,其晚更新世以来垂直滑动速率大约0.12 mm/a,应是重大工程建设重点设防对象,次级断裂F2-2可分辨上断点埋深约30 m,晚更新世以来活动性弱;(3)通过钻孔地层剖面记录与地球物理探测成果对比,CSAMT法与浅层地震勘探对基岩顶界面探测可靠有效,高密度电阻率法对于该地区浅部第四系松散堆积物探测效果显著,比较直观地反映出电性异常体的形态和规模,通过综合地球物理探测,能够做到优势互补,减少隐伏活动断层解译的不确定性。     

河北省邯郸—邢台断裂晚更新世以来的活动特征

本文根据野外地质地貌调查,结合卫星影像解译和钻孔资料的分析认为,邯郸—邢台断裂是一条晚第四纪以来活动的断裂。根据断裂走向、活动时代及活动性质的变化,可将该断裂分为三段。临城—永年和永年—磁县段为全新世活动断裂,活动性质为右旋正断,晚更新世断裂的垂直滑动速率为0.25mm/a,全新世垂直滑动速率为0.47mm/a。磁县—安阳段为晚更新世时期活动断裂,活动性质为右旋正断,垂直运动速率为0.22mm/a,但全新世没有活动。     

铺前—清澜断裂西支晚更新世活动特征

海域浅层地震探测调查表明,铺前—清澜断裂向北西海域方向延伸,断裂走向NW-SE,倾向SW,为高倾角的正断层;在地震剖面上,断裂断错了第四系地层;进一步应用钻探技术对铺前—清澜断裂进行探测研究,结合层序地层学、岩性岩相分析与年代测定等方法建立了钻孔联合剖面,揭示断层性质为正断层,倾向SW,断距4.0 m,断层的最新活动时代为晚更新世,第四纪表现为张性活动,断裂的平均垂直速率为0.15 mm/a。     

雄安新区附近主要隐伏断裂第四纪活动性研究

雄安新区建设是调整优化京津冀城市布局和空间结构的重大举措,雄安及邻区内主要隐伏断裂活动性研究对保障新区的规划、建设具有重大意义。通过可控源音频大地电磁测深、浅层地震、高密度电阻率法综合地球物理探测,结合钻孔地层剖面记录,基本查清雄安新区外围保定—石家庄断裂及徐水—大城断裂的几何分布特征与第四纪活动性。结果表明:1)保定—石家庄断裂为走向NE–SW,倾向SE,倾角45°～75°的正断层; 2)徐水—大城断裂为走向WNW–ESE,倾向S,倾角约70°的正断层; 3)保定—石家庄断裂第四纪以来不活动,徐水—大城断裂晚更新世以来不活动,雄安新区整体处于构造稳定区。     

郯庐断裂南段怀远—池河北西向断裂的第四纪活动性——来自韭山东北缘的地质证据

怀远—池河断裂与郯庐断裂带南段相交,处在郯庐断裂带活动性逐渐减弱的地段。为获取断裂活动的地质证据,选取安徽韭山东北缘进行地貌调查、探槽开挖、年龄样品测试等工作。研究表明,韭山东北缘的线性地貌受断裂活动控制,在调查揭示的多个剖面中,断层表现出一致的活动性质,走向NW,倾向NE,倾角70°左右,具有正断性质;断层垂直断距在第四系中由下往上逐渐变小,直至消失在第四纪覆盖层中,说明断裂具有多期活动,进入中更新世后活动性逐渐减弱。通过跨断层探槽剖面分析及测年结果可知,断层最新活动错断了中更新世地层,上覆的中更新世顶部地层及晚更新世地层未受影响,说明该断裂是一条中更新世断裂,晚更新世以来不活动。怀远—池河断裂的活动情况与其所在地区的新构造环境有关。郯庐断裂带是本区规模最大的控制性构造,它的活动性对区内其他断裂具有重要影响,断裂带明光以南段最新活动时代为中更新世,受其影响,与它相交的怀远—池河断裂最新活动时代也表现为中更新世。这或是蚌埠—凤阳地区以中小地震活动为主的一个构造背景。     

滇西北周城—清水断裂带晚新生代活动性初步研究

地表地质调查发现,位于滇西北菱形断块中南部的周城—清水断裂在上新世早期已经开始活动,而断裂强烈活动时期在中更新世,晚更新世以来活动性减弱。断裂运动方式以左旋走滑为主,兼有逆冲分量,并发生过从逆冲到正断的转换,全新世活动不明显。根据断裂断错的上新世昔格达组湖相沉积地质及河流地貌进行的初步分析,可以判断该断裂晚第四纪以来的垂直活动速率为0.1 mm/a左右,明显小于周城—清水断裂北侧川滇菱形块体向南东方向的运动速度(13~14 mm/a)。这表明周城—清水断裂对印度板块与欧亚板块碰撞所形成的次生构造———川滇菱形块体的侧向挤出的调节作用很有限。     

郯庐断裂南段怀远—池河北西向断裂的第四纪活动性——来自韭山东北缘的地质证据

怀远—池河断裂与郯庐断裂带南段相交,处在郯庐断裂带活动性逐渐减弱的地段。为获取断裂活动的地质证据,选取安徽韭山东北缘进行地貌调查、探槽开挖、年龄样品测试等工作。研究表明,韭山东北缘的线性地貌受断裂活动控制,在调查揭示的多个剖面中,断层表现出一致的活动性质,走向NW,倾向NE,倾角70°左右,具有正断性质;断层垂直断距在第四系中由下往上逐渐变小,直至消失在第四纪覆盖层中,说明断裂具有多期活动,进入中更新世后活动性逐渐减弱。通过跨断层探槽剖面分析及测年结果可知,断层最新活动错断了中更新世地层,上覆的中更新世顶部地层及晚更新世地层未受影响,说明该断裂是一条中更新世断裂,晚更新世以来不活动。怀远—池河断裂的活动情况与其所在地区的新构造环境有关。郯庐断裂带是本区规模最大的控制性构造,它的活动性对区内其他断裂具有重要影响,断裂带明光以南段最新活动时代为中更新世,受其影响,与它相交的怀远—池河断裂最新活动时代也表现为中更新世。这或是蚌埠—凤阳地区以中小地震活动为主的一个构造背景。     

韩城断裂西庄村-西南村一带断裂展布及晚第四纪剖面

为研究山西韩城断裂中段西庄村-西南村一带的晚第四纪活动性,采用遥感解译、地质地貌调查等手段,对该断裂在该地区的典型断层剖面进行了分析,给出了该段断裂的展布及晚第四纪以来的地层地貌标志、活动幅度及滑动速率。研究结果表明:韩城断裂在该段普遍错断马兰黄土下部古土壤S1,最新错断马兰黄土中上部古土壤L1s并直通地表,晚更新世晚期以来仍有活动。估算晚更新世早期以来滑动速率约为0.088mm/a,晚更新世晚期以来滑动速率大于0.035mm/a。     

渤海海峡跨海通道工程区断裂活动性及地震分布特征

利用近年来采集的高分辨率地震剖面资料,编制了渤海海峡跨海通道工程区主要活动断裂分布图,并对其中各断裂的垂直活动速率进行计算,发现渤海海峡跨海通道工程区内NE—NNE向断裂晚更新世以来的平均垂直活动速率为0103 mm/a,NW向断裂的平均垂直活动速率为0080 mm/a,其中NE—NNE向断裂和NW向断裂的活动速率呈由南到北逐渐增强的趋势,NW向断裂还表现出明显的自西向东活动速率逐渐增强的特点。另外,通过与现代小震资料和历史地震资料进行对比,发现研究区内地震分布具有不均匀性,地震活动性随着与断裂之间距离的增加而减弱,且在断裂交点和端点处活动性较强。研究区内地震的这些分布特征能够用弹性回跳学说解释。此外,研究区内地震活动性与断裂的水平位移速率关系可能更为密切,其与断裂垂直活动速率的关系还需要进一步研究。