晉冀蒙交界地區(qū)主要斷裂活動(dòng)的大地水準(zhǔn)測(cè)量

晉冀蒙交界地區(qū)主要斷裂活動(dòng)的大地水準(zhǔn)測(cè)量

0地質(zhì)構(gòu)造條件錯(cuò)誤是地殼的邊界，是地殼最活躍的部分?；顒?dòng)的兩個(gè)側(cè)和兩個(gè)側(cè)最容易積累和釋放應(yīng)力。研究斷層的現(xiàn)今運(yùn)動(dòng),對(duì)了解區(qū)域地震活動(dòng)背景和大震預(yù)測(cè)有著重要意義。通常,斷層活動(dòng)是通過布設(shè)在斷層上的流動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)或者臺(tái)站短水準(zhǔn)、短基線測(cè)量來監(jiān)視。重復(fù)的大范圍的水準(zhǔn)測(cè)量資料通常只用來研究一個(gè)區(qū)域的垂直形變場(chǎng),很少有人用它研究斷層活動(dòng)。由于大范圍的水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中,有許多測(cè)線跨越一些重要斷層,如果進(jìn)行了多次重復(fù)觀測(cè),則可以用來研究斷層的活動(dòng)狀況。本文將用大地水準(zhǔn)測(cè)量資料研究晉冀蒙交界地區(qū)的現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和特征。研究的地區(qū)范圍是北緯39°～41.2°,東經(jīng)112°～115.5°。該地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈,強(qiáng)震頻繁發(fā)生,大地水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)布設(shè)密集,復(fù)測(cè)次數(shù)較多,資料積累較豐富,是研究現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的有利場(chǎng)所。研究的方法是,首先找出水準(zhǔn)路線跨越斷層的確切位置,然后繪制垂直形變速率剖面圖,由于斷層通過的地方應(yīng)該比較活躍,兩盤的形變差異比其它地方更顯著。由此可以判定斷層是否活動(dòng)及運(yùn)動(dòng)的方式和速率。研究地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要有三部分:即山西斷陷帶東北段、燕山構(gòu)造帶西段和陰山構(gòu)造帶東段。山西斷陷帶西側(cè)為鄂爾多斯隆起,東側(cè)為太行山隆起。本研究區(qū)是該帶的東北段,包括大同盆地、代縣盆地北段、蔚廣盆地、延懷盆地、靈丘盆地和淶源盆地。這些盆地呈斜列式展布,走向北東東,多數(shù)為單地塹盆地。盆地之間均以隆起相隔。生成時(shí)間為上新世-早更新世,第四紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)烈。它們除受北東東向正斷層控制外,還多有北西和北東向斷層插入。燕山構(gòu)造帶由一系列北西西和北東—北東東向活動(dòng)斷裂組成共扼構(gòu)造格架。在本研究區(qū)內(nèi)主要有宣化—張家口盆地、懷安鎮(zhèn)盆地,而延懷盆地、陽(yáng)原盆地、蔚縣盆地是燕山構(gòu)造帶與山西構(gòu)造帶的復(fù)合部位,原屬于東西向燕山褶斷帶的一部分,但是當(dāng)進(jìn)入喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)以來被山西斷陷帶所奪取。在本區(qū)西北部屬于陰山構(gòu)造帶東段的一部分,包括岱海盆地等。1金山西蒙邊地區(qū)的斷裂活動(dòng)晉冀蒙交界地區(qū)主要活動(dòng)斷裂及水準(zhǔn)路線分布如圖1所示。本文只研究那些水準(zhǔn)路線跨越的斷裂。1.1神堂堡古斷裂5年該斷裂西起代縣蘇龍口,經(jīng)代縣、繁峙,止于靈丘,全長(zhǎng)150km,走向NEE,傾向NW,正斷層。斷層活動(dòng)年代為N2,Q4活動(dòng)最為強(qiáng)烈。該斷裂曾于公元512年發(fā)生代縣7.5級(jí)地震。水準(zhǔn)測(cè)線從神堂堡往北在大營(yíng)鎮(zhèn)跨越五臺(tái)山北麓斷裂后,轉(zhuǎn)向西南與斷裂平行,經(jīng)繁峙直到代縣(圖1)。1983～1988年間五臺(tái)山相對(duì)隆起,在斷裂通過的大營(yíng)鎮(zhèn)出現(xiàn)明顯臺(tái)階,斷裂上盤下降,下盤上升,變化速率為1.4mm/a,1988～1992年期間雖然速率有所減緩,但是變化趨勢(shì)沒有改變(圖2)。1.2巖石圈地震活動(dòng)及波場(chǎng)特征太白山山前斷裂,起于靈丘西南,止于靈丘東北,全長(zhǎng)32km,正斷層,走向NEE,傾向NW。形成于Mz,Q4活動(dòng)最為強(qiáng)烈,曾于1626年發(fā)生靈丘7級(jí)地震。對(duì)于這條斷裂,不同的人有不同的畫法,《中國(guó)巖石圈動(dòng)力學(xué)圖集》將其畫成一個(gè)U字形,緊挨其南面還有一條弧型斷裂。水準(zhǔn)路線在靈丘穿越該斷裂(圖1)。圖3是紅石塄-石家田垂直形變速率剖面圖。1983～1988年期間,在斷裂經(jīng)過的地方出現(xiàn)明顯臺(tái)階,上盤(靈丘盆地)下降,下盤上升,速率為2.35mm/a。到1988～1992年間,剖面圖還是在此發(fā)生轉(zhuǎn)折,速率為-0.45mm/a。1.3東、4g活動(dòng)恒山南麓斷裂西起代縣太和嶺口,經(jīng)赤土溝、龍興村,止于繁峙縣沙河鎮(zhèn),全長(zhǎng)75km,正走滑斷層,走向NE45°,傾向南東,Q4活動(dòng)最為強(qiáng)烈。它與五臺(tái)山北麓斷裂構(gòu)成代縣盆地的南北兩側(cè)邊界,也控制著代縣盆地的生成與發(fā)展。水準(zhǔn)路線在山陰縣太和嶺口穿越恒山南麓斷裂(圖1)。圖4是該水準(zhǔn)路線從山陰縣陽(yáng)明堡—泥河的剖面圖。由圖可見,在1983～1988年和1988～1992年兩個(gè)時(shí)段,恒山南麓斷裂垂直運(yùn)動(dòng)都不明顯,南盤略為下降,北盤(恒山)略為抬升,速率小于0.5mm/a。1.4堡歷史帶與山陰縣新武廣斷裂—恒山北麓斷裂恒山北麓斷裂西起朔州神武,經(jīng)應(yīng)縣下社、渾源,東止于渾源縣望狐村,全長(zhǎng)137km,正斷層,走向NE65°,傾向NNW,形成于N2,Q4活動(dòng)最為強(qiáng)烈。它是大同盆地的南部邊界和控制斷裂。山陰—陽(yáng)明堡水準(zhǔn)路線在山陰縣新武廣穿越恒山南麓斷裂(圖1)。1983～1988年期間,該斷裂在新武廣活動(dòng)不很明顯,但是在1988～1992年期間出現(xiàn)明顯活動(dòng),上盤(大同盆地)快速下降,上下兩盤垂直速率差異為2.7mm/a左右,是全線變化最突出的地方(圖4)。另一條水準(zhǔn)路線渾源—廣靈線,從渾源到沙圪坨鎮(zhèn)與恒山北麓斷裂大致平行,在沙圪坨鎮(zhèn)繞過恒山北麓斷裂端部向東南轉(zhuǎn)向。由渾源—望狐垂直形變速率剖面圖可見恒山北麓斷裂的東端點(diǎn)沙圪坨變化最為明顯,1983～1988年期間斷層西北上升,東南下降,速率為1.7mm/a。到1988～1992年期間,沙圪坨轉(zhuǎn)為下降,速率為0.6mm/a(圖5)。1.5東北部k3—六棱山北麓斷裂六棱山北麓斷裂西起懷仁縣河頭鎮(zhèn),經(jīng)西浮頭、友宰,止于河北省陽(yáng)原縣辛堡鎮(zhèn),全長(zhǎng)125km,正斷層,走向NEE—NE,傾向NNW—NW,形成于K2,Q4活動(dòng)最為強(qiáng)烈。大同—渾源水準(zhǔn)路線在大同縣吉家莊穿越六棱山北麓斷裂(圖1)。1983～1988、1988～1992年期間六棱山北麓斷裂在吉家莊都沒有明顯變化(圖6)。1.6從上盤到西營(yíng)線演變蔚廣盆地南緣斷裂起于廣靈上白羊村,向東經(jīng)直峪、西宜興,蔚縣的南馬莊、北口、嘴子嶺、松枝口、止于上河村,全長(zhǎng)120km,正斷層,總體走向北西西—北東東—北東,傾向NNE-NW,為一總體向南突出的弧形彎曲,局部向北凹進(jìn)的圈椅狀的正斷裂帶,形成于M2。有兩條水準(zhǔn)路線穿越蔚廣盆地南緣斷裂,一條是靈丘—廣靈線在邵家莊穿過,邵家莊是形變的轉(zhuǎn)折點(diǎn),1983～1988年期間上盤(蔚廣盆地)下降,速率為1.8mm/a,1988～1992年期間,出現(xiàn)反向運(yùn)動(dòng),速率為0.8mm/a(圖7)。另一條是淶源—西合營(yíng)線在九宮口穿過斷裂(圖1),1983～1988年間上盤(蔚廣盆地)上升,速率為0.66mm/a,1988～1992年間,反向,上盤(蔚廣盆地)下降,速率為0.97mm/a(圖8)。同一條斷裂,蔚縣段與廣靈段在同一時(shí)期的活動(dòng)是相反的。前期廣靈段下降,而蔚縣段上升;后期廣靈段上升,而蔚縣段下降。呈撬板式的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該指出的是,淶源—西合營(yíng)剖面,在草溝堡有個(gè)明顯轉(zhuǎn)折,從淶源到草溝堡逐漸下降,穿過草溝堡再往北轉(zhuǎn)為逐漸上升。構(gòu)造圖上表明有一條老斷裂從這里通過,看來這條老斷裂也有活動(dòng)。1.7斷陷盆地北緣演化懷涿盆地北緣斷裂起于懷來杏林堡,止于涿鹿長(zhǎng)疃,全長(zhǎng)58km,正斷層,走向北東,形成于N2,Q4活動(dòng)最強(qiáng)。它是懷涿盆地的北緣邊界,控制著懷涿盆地的生成與發(fā)展。懷涿盆地北緣斷裂雖然屬于山西斷陷帶的北段,但它同時(shí)又受燕山構(gòu)造帶的影響,不同于山西帶上其它盆地主斷裂發(fā)育于盆地南側(cè),而它發(fā)育于斷陷盆地的北側(cè)。宣化—延慶荊家堡水準(zhǔn)線,在新保安附近跨越斷裂,1983～1988年間變化十分顯著,上盤(盆地)下降,速率達(dá)4.0mm/a。1988～1992年無(wú)明顯變化(圖9)。1.8狼山地區(qū)的地震活動(dòng)延礬盆地北緣斷裂起于延慶縣營(yíng)盤村,經(jīng)方家沖、狼山,止于懷來縣紅土溝,全長(zhǎng)102km,正斷層,走向北東,形成于N2,Q4期活動(dòng)最強(qiáng),1337年曾在狼山發(fā)生6.5級(jí)地震(圖1)。它與懷涿盆地北緣斷裂一樣,既是山西斷陷帶的一部分,同時(shí)又受燕山帶的影響,它發(fā)育于延礬盆地北緣,是控制延礬盆地的主要斷裂。水準(zhǔn)路線在北辛堡村跨越斷裂,1983～1988年變化明顯,兩盤形變速率差為2.2mm/a,1988～1992年沒有明顯變化(圖9)。1.9mz,4g活動(dòng)特征懷安盆地北緣斷裂東起于萬(wàn)全縣洗馬林,經(jīng)柳溝、馬市口,止于興和縣喇嘛營(yíng),全長(zhǎng)43km,走向NE—NNE,形成于Mz,Q4活動(dòng)最強(qiáng),曾于1628年發(fā)生6.5級(jí)地震(圖1)。團(tuán)結(jié)—西沙城水準(zhǔn)路線在滿州坡穿越該斷裂,1983～1988年及1988～1992年間滿州坡都是形變速率剖面圖上明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),表現(xiàn)出斷裂上盤(盆地)下降,兩盤速率差分別為3.0mm/a和1.67mm/a(圖10)。同時(shí),斷層以北地殼活動(dòng)速率逐漸增大,顯示出應(yīng)變積累狀態(tài)。1.10斷層走向近ew懷安盆地南緣斷裂西起天鎮(zhèn)縣石家莊村,經(jīng)由寺溝、水溝口,止于懷來縣和尚溝,全長(zhǎng)41km,正斷層,走向近EW,形成于Mz,Q3活動(dòng)最強(qiáng)。西沙城—化稍營(yíng)水準(zhǔn)線在懷安縣陡坡村穿越該斷裂(圖1),1983～1988年間在陡坡村斷裂兩盤形變差異變化十分顯著,表現(xiàn)為上盤(盆地)下降,形成明顯的陡坎,速率達(dá)3.2mm/a,而1988～1992年無(wú)明顯變化(圖11)。1.11東物養(yǎng)殖mz陽(yáng)原盆地北緣斷裂西起陽(yáng)原縣城西,經(jīng)臺(tái)家莊、水峪口,止于陽(yáng)原東豹峪,全長(zhǎng)62km,正斷層,走向NE,形成于Mz,Q3最為活動(dòng)。西沙城—西合營(yíng)水準(zhǔn)線在金家莊南側(cè)跨越斷層(圖1),1983～1988、1988～1992年變化都不明顯(圖11)。1.12化調(diào)旋回從運(yùn)輸角度解釋張家口斷裂西起萬(wàn)全縣北水溝臺(tái)村,經(jīng)新平、永豐堡,止于宣化縣青邊口,全長(zhǎng)40km,正斷層,走向NW,傾向SW,形成于Mz,Q3活動(dòng)最強(qiáng)。張家口斷裂屬于燕山構(gòu)造帶的西端。宣化—張北水準(zhǔn)線在膳房堡跨越斷層(圖1)。從宣化—張北垂直形變速率剖面圖可見,1983～1988年,張家口市往西北至膳房堡地殼逐漸上隆,膳房堡上升速率最大,達(dá)16.19mm/a,膳房堡是形變的轉(zhuǎn)折點(diǎn),斷裂兩側(cè)速率差為2.2mm/a。自膳房堡再往北至張北基本上保持這個(gè)隆起速度,可能是張北地震孕育期間的應(yīng)變積累。1988～1992年整個(gè)剖面無(wú)明顯變化(圖12)。1.13期19942002年大王莊斷裂是蘇宗正和程新原(1992)根據(jù)野外考察和物探、鉆探資料,發(fā)現(xiàn)斜切冊(cè)田凹陷的一條規(guī)模較大的斷裂。該斷裂南起大王莊,向北東經(jīng)貴仁村、講理村、神泉寺村、東小村、神泉窯,抵西要泉一帶,走向北東50°左右,全長(zhǎng)48km,至少在晚更新世末有活動(dòng)。他們認(rèn)為大王莊斷裂是大同—陽(yáng)高地震的發(fā)震構(gòu)造(圖13)。張四昌、刁桂苓等(1993)根據(jù)大同地震序列的地震破裂面分析,也認(rèn)為大王莊斷裂是大同地震序列的發(fā)震構(gòu)造。大同—化稍營(yíng)垂直形變速率剖面圖顯示,在東小村與東井集之間1983～1988年有一個(gè)陡然的突變,在相距4km的兩點(diǎn),速率差異達(dá)6.27mm/a,東邊下降,西邊上升,到了1988～1992年出現(xiàn)完全相反的變化(圖14)。1989年10月19日和1991年3月26日在大同—陽(yáng)高發(fā)生兩次M6.1級(jí)地震,震中位于東井集西南20km左右。從圖上分析,大王莊斷裂在東小村與東井集之間通過。此處1983～1988年的變化可能是大同—陽(yáng)高地震前斷層的應(yīng)變積累,而1988～1992年的變化則是同震形變,即彈性回跳。2斷裂活動(dòng)特征(1)以上結(jié)果表明,在活動(dòng)斷裂通過的地方,形變剖面圖上常常顯示出轉(zhuǎn)折或突變。用大地形變測(cè)量資料研究斷裂的現(xiàn)今活動(dòng)狀況是最直觀最可靠的方法。(2)本文研究了晉冀蒙交界地區(qū)13條主要活動(dòng)斷裂的現(xiàn)今活動(dòng)狀況。在這13條斷裂中,1983～1992年的10年期間,活動(dòng)強(qiáng)烈,平均速率超過2mm/a的有懷安盆地北緣斷裂和懷涿盆地北緣斷裂。活動(dòng)較強(qiáng),平均速率在1.0～1.9mm/a的有恒山北麓斷裂、懷安盆地南緣斷裂、太白山山前斷裂、蔚廣盆地南緣斷裂西段、延礬盆地北緣斷裂、張家口斷裂、五臺(tái)山北麓斷裂。活動(dòng)較弱,平均速率小于1mm/a的有蔚廣盆地南緣斷裂東段、恒山南麓斷裂、六棱山北麓斷裂、陽(yáng)原盆地北緣斷裂。(3)晉冀蒙交界地區(qū)所有的斷陷盆地都處于下降之中,其中下降速度最快的是懷涿盆地和懷安盆地。懷安盆地南北兩側(cè)下降都很明顯,呈整體下降