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。     

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。     

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。     

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。     

北京凹陷北缘第四纪凹陷盆地沉积速率变化特征与顺义断裂活动性的响应关系

北京凹陷受黄庄—高丽营断裂与南苑—通县断裂共同控制,形成于古近—新近纪。凹陷北缘在第四纪由于顺义断裂的强烈活动解体,形成2个新的凹陷,后沙峪凹陷和俸伯凹陷。文章在后沙峪凹陷内开展了钻孔ZK19的第四纪磁性地层研究,结合光释光测年结果获得钻孔ZK19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434 m、128 m、29.9 m和1.35 m。通过与俸伯凹陷内钻孔ZK12-2进行沉积地层厚度与沉积速率的对比分析,探讨了顺义断裂第四纪以来的活动特点,从而对北京凹陷北缘盆地演化进行了探讨。研究表明,顺义断裂在第四纪早更新世的强烈活动最终造成了北京凹陷北缘盆地的解体;中更新世,顺义断裂相对于黄庄—高丽营断裂活动性不甚明;晚更新世,顺义断裂相对于黄庄—高丽营断裂再次强烈活动,加速了北京凹陷北缘盆地的分化;全新世,顺义断裂强烈活动并造成了地表地裂缝的发育和建筑物的破坏。     

北京平原地区主要活动断裂带研究进展

本文通过对北京平原地区主要活动断裂的调研、分析,认识到：①北京地区的构造格局是在晚第三纪“二隆夹一凹”(京西隆起、大兴隆起和北京凹陷)的基础上发展起来的,第四纪以来这一总的格局解体。沙河凹陷在第四纪开始发育；整个北京凹陷反向抬升,与大兴隆起结为一体；大兴隆起北部则发育了顺义第四纪凹陷。②黄庄-高丽营断裂、南口-孙河断裂研究的程度相对较深入,新成果较丰富。黄庄-高丽营断裂具有明显的分段活动性质,第四纪期间断裂活动由南向北逐渐加强,最新活动表现在北段的高丽营段,活动时代为全新世,黄庄段最新活动时代为晚更新世。南口-孙河断裂是北京地区规模最大的一条北西向断裂,也是张家口-渤海地震带中一条醒目的地表第四纪活动断裂。     

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。     

珠江口盆地珠一坳陷韩江组-万山组旋回地层学

对珠江口盆地珠一坳陷惠州凹陷北部HZ0811井和惠陆低凸起HZ1811井中中新世-上新世的韩江组、粤海组和万山组自然伽马测井曲线进行频谱分析和小波分析, 识别出显著的米兰柯维奇沉积旋回.通过对短偏心率旋回进行高斯带通滤波, 建立了HZ0811井和HZ1811井的"浮动"天文年代标尺.两口井的万山组、粤海组和韩江组分别记录了35个、56个和64个短偏心率旋回, 据此估计出万山组沉积时限约为3.5 Ma, 粤海组沉积时限约为5.6 Ma, 韩江组沉积时限约为6.4 Ma.根据天文年代标尺计算出HZ0811井和HZ1811井韩江组-万山组的沉积速率, 结果表明沉积速率变化显示出明显的1.0 Ma和0.4 Ma的旋回性, 可能与长偏心率周期(1.0 Ma和0.4 Ma)控制的海平面变化有关.      

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。     

青藏高原东部晚新生代重大构造事件与挤出造山构造体系

文章系统梳理了青藏高原东部地区晚新生代重大构造事件的沉积记录、岩浆记录和构造变形响应,重新厘定了青藏运动或横断事件的起始时限,建立了青藏高原东部晚新生代构造演化序列与挤出造山构造体系。研究认为,发生在上新世之前的青藏运动是青藏高原东部最重要的构造作用阶段,起始于距今12~8 Ma,并持续到上新世早期,持续时间达6~8 Ma。在这个构造运动阶段,青藏高原东部地块(川滇地块、川青地块、西秦岭构造带和陇中地块等)有序地向东挤出,受到鲜水河、东昆仑、海原等WNW-ESE向大型断裂左旋走滑运动调节,构造挤出同时伴随地块内部逆冲褶皱变形,导致地壳增厚和高原东缘山脉快速崛起;构造挤出也超越了现今东缘地貌边界,向东扩展导致扬子地块盖层滑脱褶皱,形成龙泉山、大凉山等褶皱构造带。上新世出现的砾石层(东缘前陆地带的大邑砾石层、临夏盆地的积石砾石层、兰州盆地的五泉砾石层等)标志了青藏高原东部差异性构造地貌的形成。上新世晚期至早更新世时期(3.6~1.0 Ma)对应一个构造松弛阶段,青藏高原东部整体进入冰冻时期,沿其东缘发育一系列受正断层控制的南北向伸展断陷盆地,如安宁河谷地、元谋盆地、盐源盆地、滇西北盆地群等,其中加积了以昔格达组为代表的稳定河湖相沉积。发生在早、中更新世之交(距今1.0~0.6 Ma)的昆—黄运动或元谋事件使青藏高原东部地块进一步向东挤出、东缘地壳逆冲增厚和年轻山系加速隆升。晚更新世以来的构造运动称为共和运动或最新构造变动阶段,起始于距今约120 ka,青藏高原东缘构造变形系统出现重大分化,南段川滇菱形地块发生绕喜玛拉雅东构造结的顺时针旋转运动,形成川滇双弧形旋扭构造体系;而中段川青地块的挤出伴随东缘龙门山断裂带的右旋走滑运动和秦岭山系的向东挤出。在这个最新构造变动阶段,青藏高原东部下地壳通道流可能是重要的深部构造驱动因素。     

祁连山北缘-河西走廊西段晚新生代逆冲推覆断裂发育模式

祁连山北缘-河西走廊西段地处青藏高原东北缘,是我国新构造活动最强烈的地区之一。通过野外对研究区主要活动断裂的调查研究、结合年代学测试和综合分析,认为祁连山北缘-河西走廊西段地区的旱峡-大黄沟断裂、玉门断裂、新民堡断裂和阴洼山断裂都是晚更新世至全新世活动断裂。旱峡-大黄沟断裂形成于中新世晚期,一直活动至今;玉门断裂形成于上新世早期,在距今76 ka左右和32 ka左右发生过2次强烈的新构造活动(古地震),也是2002年玉门地震的发震断裂;阴洼山断裂形成于上新世晚期(30 Ma左右),在距今199～210 ka、86～100 ka、41～50 ka发生过3次强烈的新构造活动,也可能是1785年惠民堡(现新民堡)地震的发震断裂;但是位于近盆地中心的新民堡断裂形成时代明显晚的多,起始于中更新世晚期(017 Ma左右),在距今283 ka、44 ka和12 ka左右发生过强烈的3次新构造活动。在运动形式上,上述4条断裂均为自南南西向北北东的逆冲推覆。在变形性质上,新民堡断裂以非地震性的蠕滑为主,其他3条断裂主要为地震性的粘滑变形。在祁连山北缘-河西走廊西段的北北东剖面上,逆冲推覆断裂表现为前展 后展复合发育模式,即形成时代最新的是位于酒西盆地中心的新民堡断裂,在酒西盆地中心以南部分的剖面中断裂发育为前展式,由祁连山腹地向河西走廊盆地中心断裂形成时代越来越新,而酒西盆地中心以北部分的剖面中断裂发育为后展式,即从盆地中心到盆地北缘断裂形成时代越来越老。     

基于年龄测试的黄庄—高丽营断裂活动性研究

黄庄—高丽营断裂是北京平原区一条重要的活动断裂,在庙城—高丽营段沿线发生地裂缝,造成大量房屋墙体开裂和道路破坏。在西王路村探槽揭示该断裂错断第四系地层,产生地表地裂缝。探糟断裂孢粉年龄测试,该断裂发生年龄大致在13～22ka,仍处于活动状态。     

祁连山中段门源盆地新构造运动的阶段划分

门源盆地是祁连山中段的山间盆地, 南北边缘均为断裂控制, 发育古近系白杨河组、第四纪冰碛物和冰水堆积物。地层变形、地貌发育和断裂活动分期的差异显示新生代以来门源盆地经历了4个构造运动阶段。新生代最早的构造运动开始于渐新世中期(约30MaB.P.), Ⅰ级夷平面解体, 盆地断陷形成并接收了白杨河组砂砾石沉积。第二阶段始于渐新世末期-中新世初(约23MaB.P.), 盆地结束了沉降过程, 白杨河组褶皱变形, 这一过程持续至中更新世初期。第三阶段始于中更新世中期(约460ka B.P.), 新的边界断裂形成, 盆地再次断陷, 堆积了厚度大于400m的冰碛或冰水堆积物, 边缘断裂强烈活动, 这一过程持续到晚更新世晚期(约30ka B.P.)。最新阶段始于30ka B.P., 盆地和两侧的山地整体抬升, 盆地面由此前的加积过程转变为侵蚀切割过程, 北缘断裂的活动由含走滑分量的逆冲性质转变为走滑性质, 但走滑速率明显降低。      

龙门山断裂活动和川西高原隆升历史的裂变径迹测年

通过12个构造岩、变质砂岩和花岗岩样品的磷灰石裂变径迹测年年龄分析, 结合前人研究成果, 初步确定了青藏高原东缘龙门山地区晚新生代主要断裂活动时期和区域隆升历史。结果表明, 龙门山逆冲推覆构造带2条主断裂:汶川-茂县断裂和映秀-北川断裂, 最晚一次强烈活动发生在早更新世(FT年龄为1.2~ 1.3 Ma), 高原内部北西向米亚罗断裂在中更新世(约0.5 Ma)发生过强烈活动; 后龙门山逆冲推覆构造带在中新世晚期开始快速隆升, 而高原内部强烈隆升发生在上新世末至中更新世。高原隆升导致深切河谷地貌的形成和发育。