北京平原大兴凸起东缘断裂全新世活动的新认识

李正芳 李彦宝 周本刚 朱国军 刘保金 吴 健

1）中国地震局地质研究所，中国地震局地震与火山灾害重点实验室，北京 100029

2）中国地震局地球物理勘探中心，郑州 450002

3）中国地震灾害防御中心，北京 100029

0 引言

大兴凸起东缘断裂又称为大兴断裂，位于北京平原的东南部，该断裂长65～90km，走向NE，倾向SE，是大兴隆起的东部边缘断裂。已有资料对该断裂的展布和活动性有不同的认识：李志义等（1985）编辑出版的《河北平原及其周围地区新构造图》将该断裂归属为第四纪以来活动较明显的断裂；高文学等（1993）将该断裂称为固安盆地北缘断裂，断裂从宫村、礼贤和牛堡屯通过，并将该断裂向N与夏垫断裂相连，依据该断裂沿线出现的3个左阶斜列的第四系凹陷推测其对第四系分布有一定的控制作用，认为其活动时代可能延续至晚更新世；何付兵等（2020）沿该断裂北段布置了浅层地震勘探测线，揭示该断裂在早中更新世晚期或中更新世早期仍有活动，晚更新世以来无明显活动。以上研究资料显示，针对大兴凸起东缘断裂的活动性研究尚未得到一致的结论。

在区域构造背景上，大兴凸起东缘断裂向N与控制大厂凹陷的夏垫断裂斜接（图1），而夏垫断裂是一条全新世活动断裂，其上曾发生著名的1679年三河－平谷8级大地震。据历史记载，1057年大兴断裂附近也曾发生过6级地震，该地震的具体位置和发震构造目前仍不明确。1536年，大兴凸起东缘断裂与夏垫断裂的交会处还曾发生6级地震。因此，针对大兴凸起东缘断裂的最新活动时代、性质等方面的研究尤为重要，对首都圈潜在震源区的划分和防震减灾工作具有重要的指导意义。本文依托地震风险普查项目，联合高精度浅层地震勘探和钻孔联合地质剖面探测方法对该断裂的第四纪以来的活动性进行了初步研究。

图1 研究区及邻区主要断裂分布图Fig．1 Distribution map ofmain faults in the study area and its adjacency．

1 浅层地震测线的布置及剖面特征

在北京市城市活断层探测与地震危险性评价工作中，布设了2条NW 向深地震反射勘探测线，其中一条测线自三河南侧穿过夏垫断裂及大厂凹陷（BJ1），另一条测线自北京南部至廊坊地区，穿过大兴凸起及其东侧的廊固凹陷（BJ2），获得了莫霍面以上的地壳结构、新生代盆地及其主要断裂特征，2条测线的解释剖面均体现了类似的结构特征。根据深地震反射剖面BJ2的解释结果可以判断，大兴凸起东缘断裂主断层上延部位经过礼贤镇附近，基本控制了大兴凸起东缘断裂礼贤镇附近的断裂位置（刘保金等，2009；赵成彬等，2013）。在廊坊市活断层探测与地震危险性评价项目中，布设的LFZS2－2中浅层地震勘探测线解释剖面显示在安定镇附近有断点断错了第四系中部，但根据该解释剖面尚不能排除断层继续向浅部延伸的可能性(1)中国地震局地球物理勘探中心，2011，廊坊市活动断层探测项目浅层地震勘探成果报告。。在三河市活动断层探测与地震危险性评价项目中，对三河－平谷8级地震震区的夏垫断裂展布、活动性、古地震等开展了详细探测，获得了该地震发震构造的新资料，并发现夏垫断裂全新世活动段已到达北运河附近(2)防灾科技学院，2019，三河市活动断层探测与地震危险性评价工程技术报告。。综上所述，大兴凸起东缘断裂具有与夏垫断裂类似的深部构造背景，但根据现有探测工作结果仍不能确定其最新活动时代及活动特征。因此，本工作沿着大兴凸起东缘断裂在安定镇NE延伸方向上布置了AA′和BB′2条浅层物探测线（图2）。

图2 大兴凸起东缘断裂的浅层物探测线和钻孔布置图Fig．2 The shallow geophysical prospecting lines and drill hole layout on the eastern margin fault of Daxing Uplift．

AA′测线长约10km，其反射波叠加时间剖面（图3）震相丰富，参考河北省廊坊地区的第四系地层表，通过构造类比确定了物探剖面的地层特征，剖面显示新近系及以上地层整体表现出南深北浅的倾斜形态，剖面南段新近系以下有明显的反射特征，与新近系底界面TN呈角度不整合接触。根据剖面特征在剖面上解释了2个断点，FP15为视倾向S的正断层，断点FP15－1为其下降盘上的反向次级断层，2个断点两侧新近系底界面TN和第四系底界面TQ反射波的同相轴有明显的错断现象，向上均错断了第四系内部反射波同相轴T1，上断点的埋深为60～65m。

图3 AA′测线的反射波时间剖面Fig．3 The time section of seismic reflections along the line AA′．

为追踪在AA′测线剖面上所解释断点的具体走向，在该测线东侧约1.2km处布设了1条2m点距的加密测线BB′，其时间剖面揭示新近系及以上地层整体表现出南深北浅的倾斜形态，新近系以下地层与新近系底界面TN呈角度不整合接触（图4）。根据剖面特征在剖面北端上解释了1个视倾向N的断点FP16，该断点向上错断了所有可连续追踪的第四系内部反射波同相轴T1，其上断点埋深为38～43m，对比该地区已有的地层特征及时代划分界线（赵勇等，2019）可知，该上断点已经断错了晚更新世地层，故认为该断裂在晚第四纪以来有过明显活动。

图4 BB′测线的反射波时间剖面Fig．4 The time section of seismic reflections along the line BB′．

2 钻孔联合地质剖面的布置及地层位错特征

2.1 钻孔布置及第四纪地层的划分

为了进一步确定断裂的活动性，根据物探剖面识别出的上断点的位置（图3）布置了1条钻孔联合剖面，剖面位于北京市大兴区长子营镇，本次钻孔的位置（D3）与中国地震局地壳应力研究所于2012年在该区域布置的钻孔位置（D1）相距约2km(3)中国地震局地壳应力研究所，2012，北京新机场项目工程场地地震安全性评价报告。，与赵勇等（2019）在大兴凸起南部钻孔的位置（D2）相距约20km，它们的岩性地层特征和测年数据具有一定的可比性（图2）。结合赵勇等（2019）在大兴凸起南部标准孔的研究成果可知，本区全新统底界埋深约为17.35m，上更新统底界埋深约为57m，中更新统底界埋深约为75m，下更新统底界埋深约为181m（赵勇等，2019）。

2.2 地层断错特征

本钻孔联合地质剖面（图5）揭示了丰富的标志性地层位错信息，并在穿越断层的钻孔岩芯中发现断层滑动面，经综合分析将断层的上断点定位在孔间距为2m的5＃与9＃钻孔之间，上断点埋深位于约8m处或更浅，主要断层识别证据包括：

（1）通过对比钻孔联合地质剖面所揭露的地层，发现了多套极具标志性特征的地层，具有明显的旋回特征：灰黑色黏土（局部粉砂质）—土黄色粉砂质黏土—细砂（黄色为主）。这些标志层的埋深在断层两侧具有明显落差，且具有越向深部落差越大的特征，同时断层上盘（南东盘）的地层存在加厚、发育生长地层等现象。

（2）在7＃钻孔埋深39.4m处见砂层与黏土层之间呈疑似断层接触，接触面的视倾角为40°，4＃钻孔埋深51.5m与54.2m处亦分别见疑似断面，视倾角约为55°。

（3）7＃钻孔在39.4m以浅部分的地层序列与断层上盘钻孔一致，而39.4m以深则与下盘钻孔的地层序列一致；4＃钻孔在疑似断层带的上、下处与7＃钻孔类似，即疑似断层带以浅的地层序列与上盘钻孔一致，断层带以深的地层序列则与下盘钻孔一致，表明该2孔应跨断层面。

2.3 主要的标志层位错特征

层（2）为一套土黄色粉砂层，在5＃钻孔的埋深约为8m，在9＃钻孔的埋深约为10m，其在断层2盘的位错量约2.0m。

层（5）为一套灰绿色砂层，在断层下盘（北西盘）厚1.0～2.0m，近断层处加厚，埋深为14～16m，在断层上盘（南东盘）则埋深19～21m，其在断层2盘的位错量约为5.0m。

层（9）为一套粉砂质黏土层，上半段为灰黑色，下半段为灰绿色夹黄褐色（砂含量较高），下半段的特征尤为明显，易于识别。其在下盘的埋深为24～28m，在上盘的埋深为33～37m，位错量约为9.0m。

层（14）为一套粉砂质黏土层，其顶部呈极易识别的深黑色，底部则为灰绿色。其在下盘的埋深为44～51m，在上盘的埋深为58～63m，顶部位错量约为14.0m。

层（19）为厚层的粉砂质黏土，上段为浅灰黑色，下段为棕黄色；其在下盘的埋深为74～89m，在上盘的埋深为102～119m，位错量约为28.0m。

3 断裂活动性分析

经浅层地震勘探发现大兴凸起东缘断裂在地下浅部有明显的反映，结果显示上断点的埋深为38～43m，由于浅层地震探测的分辨率有限，其探测结果显示的断裂上断点埋深往往与断裂的实际上断点存在偏差，因此需要结合钻孔联合地质剖面探测结果和地层年代测试结果对该断裂的活动性进行进一步验证。钻孔联合剖面显示断层位于5＃钻孔和9＃钻孔之间，剖面显示其具有明显的正断特征，上断点的埋深约在8m或更浅的位置。赵勇等（2019）在其标准孔深12.20m处获得的14C年龄测试结果为（2 370±30）a BP，并以17.35m作为全新统的底界。中国地震局地壳应力研究所在钻孔深5.1m处获得的14C年龄测试结果为（3 600±30）a BP(4)中国地震局地壳应力研究所，2012，北京新机场项目工程场地地震安全性评价报告。。基于邻近已有钻孔的地层年代学资料并结合区域构造背景开展类比分析，推断大兴凸起东缘断裂属于全新世活动断裂，其最新活动的具体年代及其断错特征将通过后续钻孔年代学测试及开挖大型探槽作进一步论证。

4 结论

大兴凸起东缘断裂位于北京平原的东南部，被近150～300m厚的第四纪沉积层覆盖，仅采用地表地质调查手段很难获取断点准确的空间位置、上断点埋深及最新活动时代。本文通过浅层地震勘探和钻孔联合地质剖面探测方法，结合邻近地段钻孔样品年代测试结果，分析了大兴凸起东缘断裂的第四纪活动性，取得的主要结论包括：

（1）通过高精度浅层勘探，发现新近系及以上地层整体表现出南深北浅的倾斜形态，新近系与下伏地层呈角度不整合接触，断层最浅的上断点埋深为38～43m，根据邻近地段的地层年代解译出该断裂晚第四纪以来有过明显活动。

（2）钻孔勘探联合地质剖面揭示了丰富的标志性地层位错信息，通过钻孔地层对比进一步确认了活动断裂的存在。在钻孔岩芯中分别在39.4m、51.5m和54.2m深处观测到晚更新世地层中存在断层滑动面。对孔距为2m的5＃与9＃钻孔地层进行对比，进一步揭示出埋深8～10m处的地层断距约为2m，推断断层上断点的深度可能为8m或更浅。依据本区邻近钻孔地层年代数据，认为该断裂为全新世活动断裂。其最新活动的具体年代及其活动参数将通过后续钻孔年代学测试结果及开挖大型探槽作进一步研究。

致谢审稿专家对本文的修改和完善提出了宝贵意见。在此一并表示感谢！