引言

临漳-大名断裂西起临漳附近,向东经魏县南、大名南、龙王庙、马陵至朝城南,在朝城镇以北与聊兰断层相交,走向北西西,它是古生代以来长期活动的一条边界大断裂,控制内黄隆起和临清凹陷的发育。许华明等(2010)认为,临漳-大名断裂是磁县-大名断层的东段,上断点埋藏较深,在1200m左右,断裂向上影响到中更新统,判断临漳-大名断裂为中更新世断裂(中国地震局地壳应力研究所,2014)。断裂沿线是一条活动较强的地震带,沿该断裂附近,已发生过多次较大的地震。

尽管一些学者对临漳-大名断裂进行了一些研究,但对其构造和活动特征,尤其是浅部特征认知不足,因此有必要对该断裂开展进一步研究。

临漳-大名断裂位于覆盖层较厚的平原地区,处于隐伏状态,需采用有效的探测方法确定断裂的上断点埋深、断裂的最新活动年代等活动特征。隐伏断裂探测主要采用反射波探测方法(徐明才等,2005;刘保金等,2002;2008;何正勤等,2010;杨歧焱等,2015),因此,针对该断裂采用高分辨浅层地震勘探方法对断裂开展探测,以便获得断裂的活动特征。

1 断裂构造及地震活动特征
1.1 断裂构造

临漳-大名断裂位于临漳以东的华北平原隐伏区中,西起临漳附近,向东经魏县南、大名南、龙王庙、马陵至朝城南,走向北西西,全长90km,倾向北东,倾角50°—60°。它是古生代以来长期活动的一条边界大断裂,控制内黄隆起和临清凹陷的发育。位于邯郸东南的成安-大名QX90-355石油地震剖面显示(图1),断裂表现为铲式断层,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3000—7000m。断层控制丘县凹陷白垩纪和古近系的沉积,古近纪时期该断裂活动较弱,在下降一侧未形成明显的沉降中心,魏县西南一带厚度最大为2000m。新近纪以来有强烈活动,使沉降中心由凹陷中部向该断裂转移,新近纪—第四系厚达1900m。临漳-大名断裂西段落差较大,始新统底面落差为2100m,渐新统底面落差1300m,新近系底面(T2)垂直落差200m。东段落差,始新统底面1200m,新近系底面300m。


N+Q:第三—第四纪;E:古近纪;K1:晚白垩世;K2:早白垩世;J:侏罗纪;T:三叠纪;C—P:石炭—二叠纪;∈—O:寒武纪—奥陶纪
图 1 邯郸东南QX90-355石油地震解释剖面图(据华北油田,1999 Fig. 1Seismic profile and interpretation of QX90-355 section in Southeast of Handan (according to North China Oil Field, 1999)
1.2 地震活动

断裂沿线是一条活动较强的地震带,沿断裂附近发生过较大的地震,如344年临漳5—6级地震、953年大名4¾级地震、1654年朝城5½级地震、1889年大名5级地震、1968年大名4.2级地震。近年来沿断裂常有4级以下地震活动。从断裂附近的震中分布图来看(图2),地震震中分散,没有明显的密集性,但呈现出地震沿断裂分布的特征。

2 临漳-大名断裂浅层地震勘探
2.1 测区第四纪地层

第四纪地层层序划分是判断由浅层地震勘探结果得到断层活动时代的重要依据,利用地层层序划分结果与地震勘探时深转换结果进行对比,从而可确定断层上断点和最新活动时代。

河北省地区第四系地层由老至新的划分是:下更新统出露地层以泥河湾组河湖相堆积及其下伏冰碛—冰水堆积物为代表,平原地区为固安组地层。中更新统出露地层上段为一套相当于周口店期的红黄土、红色亚粘土所构成的湖积-冲洪积层,下段由红色泥砾为主构成的冰碛冰水堆积物,平原地区为杨柳青组地层。上更新统出露地层为以马兰黄土代表的黄土堆积,以及下伏的冲洪积或冰水冰缘堆积物—砂砾石层,平原地区为欧庄组地层。全新统为一套近代以冲积、洪积及湖沼为主的堆积物。

图 2 临漳-大名断裂构造、震中分布及浅层测线位置图 Fig. 2Location of geophysical prospecting lines, the Linzhang-Daming fault and the distribution of earthquake epicenters

测区位于河北省平原地区,第四纪地层发育特征如下:

全新统(Qh):为冲洪积层及超覆于以上各套地层之上的残积层、风积层,为一套亚砂土和亚粘土,岩性单调,变化不大。

上更新统(Qp3):上段上部为浅黄色粉土质亚砂土、亚粘土,下部为乱砾石层。中段主要为粉土质亚砂土、亚粘土,含大量钙质结核,夹古土壤层及砂、砾、碎石透镜体。下段为粗显层理的亚砂土、砂砾石及卵石层,局部地区为卵石、砾石混有砂、泥的杂乱堆积,通称“黄土砾石层”。

中更新统(Qp2):为红色泥砾层一套冰碛-冰水堆积物,其中砾石、卵石含量占50—70%,混杂红色粘土及砂岩屑,以石英砂岩为主,下部则见片麻岩、火成岩的卵石及块石,并已风化成砂土状。

下更新统(Qp1):由直径10—20cm及50cm以上的卵石或漂砾与含量约占40—50%的粘土及砂、砾组成杂色泥砾层,呈杂乱堆积。

图3为永年、沙河、磁县、临漳、大名、肥乡、南和等地典型钻孔地层剖面对比图(陈望和等,1987)。

临漳全新统(Qh)底面埋深25m;上更新统(Qp3)分上、中、下三段,其底板埋深分别为39m、58m、79m;中更新统(Qp2)分上、下两段,其底板埋深分别为120m、193m;下更新统(Qp1)分上、下两段,其底板埋深分别为230m、266m。

大名全新统(Qh)底面埋深38m;上更新统(Qp3)分上、中、下三段,其底板埋深分别为76m、126m、200m;中更新统(Qp2)分上、下两段,其底板埋深分别为248m、280m;下更新统(Qp1)分上、下两段,其底板埋深分别为387m、470m。

图 3 第四系地层剖面对比图(陈望和等,1987 Fig. 3Comparison of the Quaternary stratigraphic section (from Chen Wanghe et al., 1987)
2.2 测线位置

为了查明临漳-大名断裂的活动特征,在临漳、大名附近各布设了一条浅层地震勘探剖面,LZ01测线位于临漳北史庄村西,全长1000m,测线走向NE30°,剖面起点114°43'29.28"E,36°18'20.46"N;终点114°43'50.78"E,36°18'47.90"N;DM01测线位于大名旧治村西,全长800m,测线走向NE40°,剖面起点115°07'34.61"E,36°14'47.76"N;终点115°07'53.50"E,36°15'07.90"N。两条剖面均跨过了临漳-大名断裂(图2)。

2.3 数据采集和处理方法

数据采集采用美国GEOMETRICS公司生产的STRTAVISORNZXP96高分辨率数字地震仪,地震波采用70kg冲击震源单点激发,每个点激发18次,冲击夯源冲击置于地面的金属垫板,以便提高震动能的耦合转换效率;每道采用6个60Hz组合检波器串接收,以便提高检波器的灵敏度。

为合理选取数据采集参数,进行了扩展排列试验。图4为扩展排列地震试验记录(96道),试验采用道间距4m,偏移距0m,采用全通频带记录。由图4所示的地震试验记录可知,干扰波较为发育,主要表现为强面波、直达波、浅层折射波。面波的频率和视速度较低,反射波的频率和视速度较高。在近炮点记录道上,浅层反射信息丰富,受面波干扰严重。在远炮点记录道上,地震记录的信噪比较高,有效反射波不受干扰波干扰,为获得浅层反射波,宜采用小偏移距。

图 4 扩展排列试验 Fig. 4Extended permutation test

通过试验和综合分析,最终选用的工作参数为:道间距4m,炮间距16m,偏移距8m,单点叠加次数18次,72道接收,记录长度0.7s,采样间隔0.25ms,15Hz低切滤波器和250Hz高切滤波器。采用9次覆盖、单边排列激发的浅层地震反射技术。

数据处理采用水平多次叠加的方法,主要处理方法有:真振幅恢复、地表一致性振幅补偿、数字滤波、初至静校正、反褶积、速度分析、动校正、剩余静校正、叠加、偏移、时深转换等。

2.4 地震反射剖面特征

LZ01测线位于临漳北史庄村西,全长1000m,由叠加速度获得层速度,浅层地震勘探时间剖面经时深转换获得其深度剖面,图5展示了整个浅层地震勘探剖面。根据该剖面的波组特征,解释了两组反射波TQ3、T2Q2,其中:TQ3为上更新统底界面产生的反射波,T2Q2为中更新统上段底界面产生的反射波。TQ3反射波组特征明显、连续性好,在整个剖面上可连续追踪对比。根据临漳地层资料TQ3为上更新统底界面产生的反射波。

在图5所示的浅层地震剖面上,在测线桩号340m(CDP171)附近反射时间170ms以下的反射波同相轴出现明显消失、错动现象,表明此处存在断裂,断层地表投影坐标114°43'36.65",36°18'29.79",断层倾向北,为高角度的正断层,断层上断点埋深120m,错断了T2Q2以下的反射波界面,未错断上更新统(Qp3)底界,断层活动时代为中更新世早期。

图 5 LZ01测线浅层地震剖面 Fig. 5Shallow seismic profile along LZ01 prospecting line

DM01测线位于大名旧治村西,全长800m,由叠加速度获得层速度,浅层地震勘探时间剖面经时深转换获得其深度剖面,图6展示了整个浅层地震勘探剖面。根据该剖面的波组特征,解释了3组反射波T3Q3、TQ3、TQ2,其中:T3Q3为上更新统内的反射波界面,TQ3为上更新统底界面产生的反射波,TQ2为中更新统底界面产生的反射波。T3Q3反射波组特征明显、连续性好,在整个剖面上可连续追踪对比。根据大名地层资料T3Q3为上更新统上段底界面产生的反射波。

在图6所示的浅层地震剖面上,在测线桩号500m(CDP251)附近反射时间150ms以下的反射波同相轴出现明显错断和消失,表明此处存在断裂,断层地表投影坐标115°07'44.72"E,36°15'01.79"N,断层倾向北,为高角度的正断层。

对比时深转换剖面,断层上断点埋深105m,错断了TQ3、TQ2反射波同相轴,即断层错断了上更新统、中更新统(Qp3、Qp2)底界,未错断上更新统上段底界,断层活动时代为晚更新世中期。

2.5 综合对比解释

据陈望和等(1987)的地层资料,LZ01测线所位于的临漳全新统(Qh)底面埋深25m;上更新统(Qp3)底板埋深为79m;中更新统(Qp2)分上、下两段,其底板埋深分别为120m、193m。LZ01测线浅层地震勘探(图5)表明,断层上断点埋深120m,错断了中更新统下段(Qp2-1),未错断到上更新统(Qp3)底界。断层活动时代为中更新世早期。

图 6 DM01测线浅层地震剖面 Fig. 6Shallow seismic profile along DM01 prospecting line

DM01测线所位于的大名全新统(Qh)底面埋深38m;上更新统(Qp3)分上、中、下三段,其底板埋深分别为76m、126m、200m;中更新统(Qp2)底板埋深280m。DM01测线浅层地震勘探(图6)表明,断层上断点埋深105m,断层错断了上更新统(Qp3)、中更新统(Qp2)底界,未错断上更新统上段(Qp3-3)底界,断层活动时代为晚更新世中期。

综合分析LZ01、DM01测线浅层地震勘探剖面可见,临漳-大名断裂是一条高倾角、正断层性质断裂带,视倾向北东。断层上断点埋深105—120m,最新活动时代为中更新世早期—晚更新世中期。

3 结论

许华明等(2010)认为,临漳-大名断裂是磁县-大名断层的东段,该段上断点断错至古近系顶,埋深1200m左右,新近纪及第四纪地层沉积稳定。图3所示临2钻孔与大21钻孔之间晚更新世底界落差110m左右,全新统底界落差10m左右,显示两钻孔之间存在断裂构造,断裂活动时代为全新世。跨断层水文钻孔资料显示(图7),临漳-大名断裂为中更新世断裂。位于临漳和大名的两条浅层地震勘探剖面表明(图5、图6),临漳-大名断裂上断点埋深105—120m,最新活动时代为中更新世早期—晚更新世中期。

跨断层钻孔剖面中钻孔间距较大,达到十多千米,地层埋深横向对比误差较大,对断层活动时代的确定存在偏差,通过跨断层浅层地震勘探所确定的断裂活动时代应更加可靠。

在相距37km的两条剖面探测结果显示,临漳-大名断裂活动时代具有分段特征:临漳段断裂上断点埋深120m,最新活动时代为中更新世早期;大名段断裂上断点埋深105m,最新活动时代为晚更新世中期。

应用高分辨浅层地震探测方法探测到了临漳-大名断裂的位置和活动特征,为该断裂的进一步研究提供了可靠的依据。

图 7 前大西堡—张村集水文钻孔剖面(据河北省地矿局水文队资料) Fig. 7The borehole profiles in Qiandaxibu-Zhangcunji
(from Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources)
参考文献
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