应用地球化学方法确定北京地区活动断裂的位置

吕金波，车用太，郑桂森，刘成龙

（1.北京市地质调查研究院，北京 102206；2.中国地震局地质研究所，北京 100029；3.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

应用地球化学方法确定北京地区活动断裂的位置

吕金波1，车用太2，郑桂森3，刘成龙2

（1.北京市地质调查研究院，北京 102206；2.中国地震局地质研究所，北京 100029；3.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

京北地区有3条活动断裂，即指黄庄－高丽营断裂（代号定为HG）、南口－孙河断裂（代号定为NS）和夏垫断裂（代号定为XD）。地球化学探查与观测，较地球物理探查与观测，具有技术简单、解释直观，效果明显等优点，因此在地震工程与监测中得到广泛的应用。本文在收集、归纳、整理已有成果的基础上，请原测人员到现场核实后，补测了测线方位及测线起止点与地球化学观测点的坐标，使京北地区活动断裂有了精确的定位，为将来城市建设避开活动断裂的干扰，提供了地质技术支持。

活动断裂定位；地球化学探测

0 引言

北京北部有3条活动断裂，即黄庄—高丽营断裂（代号定为HG）、南口—孙河断裂（代号定为NS）和夏垫断裂（代号定为XD）。对于3条断裂，前人作过一些地质－地球物理探查工作，结果列于表1[1]。

表1 3条断裂的基本特征

3条断裂上的地球化学探查与观测工作，始于20世纪80年代末。地球化学探查，主要是配合有关工程的地震安全性评价进行的。地球化学观测，主要是为首都圈地区的震情监测进行的工作。上述工作是由不同单位的不同工作小组在不同时段进行的，所用的仪器与方法不尽相同，测项也不同，探查与观测资料也多分散在不同的单位，发表在不同的书刊上。

本次工作，从上述实际情况出发，主要是收集、归纳、整理了已有的成果。与此同时，为抢救资料，对被汇总资料的测线，均请原测人员到现场核实后，补测了测线方位、测线起止点与地球化学观测点的坐标（图1）。

图1 地球化学探查剖面与测点的现场补测

1 地球化学探查与观测方法

地球化学探查与观测较地球物理探查与观测，具有技术上相对简单，地质解释很直观，探测与观测效果好等优点，因此在地震工程与地震监测中得到广泛推广应用。

地球化学探查主要用于工程场地地震安全性评价工作，目的是初步确定活动性隐伏断裂的位置，一方面论证前期地质调查的认识，另一方面为后期地球物理探查确定范围。这种探查，一般在地震地质野外调查推测出的断裂部位上，根据工作区的地形地貌、土壤、地下水分布等条件，布设跨越推测断裂走向的测线，其长度根据断裂带宽度等具体情况而定，短时100m左右，长时可达几千米；测线上的测点间距，以不漏掉异常点为原则，一般初测为20m；有异常时加密复测。

地球化学观测，主要用于地震前兆监测，为地震预测提供依据。这种观测，在已确定的活动断裂带上选取固定观测点，首先施工1～3m深的取样孔，孔内放置塑料护孔管；孔底裸露，以便释放的气体聚集于孔内；孔口平时用橡皮塞赌死，以防聚集于孔内的气体逸散和孔口外的空气进入孔内；每天或隔1～2天取样一次，然后送实验室测定有关气体的浓度。

地球化学探查与观测中，测定的主要气体组分有氡(Rn)、汞(Hg)、氢(H2)、氦(He)与二氧化碳(CO2)等5种。每种气体组分测定使用的仪器与方法如表2所列[2]。

表2 地球化学探查与观测仪器与方法一览表

2 测线与观测点坐标补测

在3条断裂上补测了11条测线，汇总了4个观测点10个测项100多个月的观测资料。

（1） 被汇总的测线

本次工作汇总的隐伏断裂位置的地球化学探查资料，共3条断裂上的11条测线，测线总长度约为11km（表3）。

表3 被汇总的3条断裂隐伏地段地球化学探查资料一览表

（2） 被汇总的观测点

被汇总的地球化学固定观测点的资料，共4个观测点10个测项100多个月的断续观测资料（表4）。由于地球化学在地震监测预报中一直处于探索阶段，多为科学研究而观测，因此观测数据都不连续。

表4 被汇总的地球化学观测点资料一览表

上述地球化学探查测线与观测点的分布，如图2所示。

图2 地球化学探查测线与观测点分布

（3）测线方位与观测点坐标补测

测线方位用地质罗盘测量，每条测线上测定3个点的坐标值，即起点、异常点与终点；观测点上测定坐标值。坐标值的测定是利用手持式GPS进行，读数精度为0.1″，绝对误差在10m左右。

测线的方位见表3，测线上3个点的坐标值补测结果见表5，地球化学连续观测点的坐标值补测结果见表6。

表5 地球化学测线上3点坐标值测定结果

表6 地球化学连续观测点坐标测定结果

3 黄庄—高丽营（HG）断裂带上的测线坐标补测

黄庄—高丽营断裂（HG）共补测了洼边村（HG-1）、太平庄村(HG-2)和北七家（HG-3）等3条测线。探查结果如图2所示[3]。

(1) 洼边村（HG-1）测线

洼边村测线位于朝阳区洼里乡洼边村西南。测线长1700m，走向SE→NW。测项为土壤气汞（Hg）。

探查结果，如图3(a)所示。全测线气汞平均值为250ng/m3。异常的标准是超过平均值加4倍均方差，即测值达到或超过该值时为异常测段（下同）。超过异常下限值的异常段有3段，其中第1段为200～300m（测线SE 端起点为0m）、第2段为800～850m，第3段为1000～1100m地段；最高异常测值为700ng/m3，为平均值2.8倍，最小异常测值为330ng/m3，为平均值的1.3倍，异常较为显著。分析结果认为，测线上存在2条隐伏断裂，第1异常段为一条，第2、3异常段合为另一条，后者推测为黄庄—高丽营断裂的主干断裂。

(2) 太平庄村（HG-2）测线

太平庄村测线位于昌平区东小口乡太平庄村南，跨越立水桥→小汤山公路。测线长1100m，走向E→W。测项为土壤气汞（Hg）。

探查结果，如图3(b)所示。全测线气汞平均值为190ng/m3。达到异常标准的异常段有2段：第1段为280～320m（测线E端起点为0m）,第2段为540～610m；最小异常值为300ng/m3，最高异常峰值为700ng/m3，分别为平均值的1.6～3.7倍，异常较为显著。分析结果认为，测线上存在2条隐伏断裂，最高异常峰值所在处为黄庄—高丽营断裂主干断裂所在处。

(3) 北七家（HG-3）测线

北七家测线位于昌平县北七家乡北七家村西。测线长590m，走向SE→NW。测项为土壤气氡（Rn）。

探查结果，如图3（c）所示。全测线气氡平均值为3.9脉冲/分。达到异常标准的异常段有3段：第1段为70～120m（测线SE端起点为0m）,第2段为230～250m，第3段为310～470m地段；第1段与第3段异常明显，异常峰值分别为9脉冲/分与19脉冲/分，为平均值的2.3～4.9倍。初步分析认为，该测线上也有2条隐伏断裂，第3个高值异常段为黄庄—高丽营断裂的主干断裂所在处。

图3 黄庄—高丽营断裂带上的3条测线探查结果

4 南口—孙河（NS）断裂带上的测线坐标补测

南口—孙河断裂(NS)共补测了富豪村（NS-1）、东三旗（NS-2）、白浮（NS-3）、百泉庄（NS-4）和雪山村（NS-5）等5条测线。探查结果如图3所示[4]。

(1) 富豪村（NS-1）测线

富豪村测线位于通州区富豪村东南，测线走向与公路大体平行。测线总长度为1500m ，走向SW→NE。测项为土壤气汞（Hg）。

探查结果，如图4（a）所示。全测线气汞平均值为46ng/ m3。超过平均值的异常段有2段，第1段为0～350m（测线SW端起点为0m）；第2段为650～975m，异常峰值分别为76ng/L与82ng/L，达不到异常标准，故视为正常起伏，不作为隐伏断裂的标志。因此，认为南口—孙河断裂带不通过此测线，推测该断裂在此处已尖灭。

(2) 东三旗（NS-2）测线

东三旗测线位于昌平区东三旗村西。测线总长度为2500m ，走向S→N。测项为土壤气汞（Hg）。

探查结果，如图4（b）所示。全测线气汞平均值为80ng/m3。测线上达到异常标准的测段有2处，第1段为280～380m（测线S端起点为0m），第2段是30～600m；异常峰值分别为160ng/m3与220ng/m3，为平均值的2.0～2.8倍，异常显著。分析结果认为，2个异常峰值之间存在长约100m的低值段，可能是地层较为完整，没有地壳放气的通道，因此认为测线上可能存在2条隐伏断裂，后1个异常段作为南口—孙河断裂的主干断裂所在处。

(3) 白浮（NS-3）测线

白浮测线位于昌平区白浮村西，测线与公路平行。测线总长度为2500m ，走向NWW→SEE。测项为土壤气汞（Hg）。

探查结果，如图3（c）所示。全测线气汞平均值为60ng/m3。测线上达到异常标准的异常段有1处：750～850m（测线W端起点为0m）段，异常峰值为160ng/ m3，为平均值的2.7倍，异常显著。分析结果认为，该异常段作为南口－孙河断裂的主干断裂所在处。

(4) 百泉庄（NS-4）测线

百泉庄测线位于昌平区马池口乡百泉庄西。测线总长度为250m ，走向NE→SW。测项为土壤气汞（Hg）。

探查结果，如图4（d）所示。全测线气汞平均值为115ng/m3。测线上达到异常标准的异常段有一处：35～55m地段异常峰值为480ng/m3，为平均值的4.2倍，异常十分显著。分析结果认为，该异常段作为南口—孙河断裂所在处。

在该异常段上，实施了槽探，开挖出南口—孙河断裂的剖面（图5），证实了地球化学探测结果的可靠性。

(5) 雪山村（NS-5）测线

雪山村测线位于昌平区南口镇雪山村东，测线与公路平行。测线总长度为800m。测项为土壤气汞（Hg）。

探查结果，如图4（e）所示。全测线气汞平均值为140ng/m3。测线上达到异常标准的异常段有二：第1段为150～250m（测线S端起点为0m）段，第2段是550～610m段，异常峰值分别为310ng/m3与360ng/m3，为平均值的2.2～2.6倍，异常显著。分析结果认为，测线上有2条隐伏断裂，后1个异常段作为南口—孙河断裂的主干断裂所在处。

图4 南口—孙河断裂带上5条测线探查结果

5 夏垫（XD）断裂带上的测线坐标补测

夏垫断裂(XD)共补测了潘各庄砖厂东（XD-1）、潘各庄砖厂西（XD-2）、二里半村东（XD-3）等3条测线，探查结果如图6（a）所示[5]。

（1） 潘各庄砖厂东（XD-1）测线

潘各庄砖厂东测线位于河北省三河县夏垫镇潘各庄村与村西砖厂间的取土坑以东。测线长230m，走向NW→SE。测项为土壤气氡（Rn）。

探查结果，如图6（a）所示。全测线气氡平均值为19脉冲/分。测线上超过平均值的异常段主要出现在80～160m段（测线NW端起点为0m），存在3个异常峰值，分别是34，59，49脉冲/分，为平均值的1.8～3.1倍，异常较为明显。分析结果认为，该异常段作为夏垫断裂所在处，且断裂在该处可能分为多支。

该测线的不足是测线长度较短，但在该测线以西约50m处砖厂取土坑内已揭露出夏垫断裂剖面，其位置与上述分析结果完全吻合。

（2） 潘各庄砖厂西（XD-2）测线

潘各庄砖厂西测线位于河北省三河县夏垫镇潘各庄砖厂以西。测线总长度为385m ，走向NW→SE。测项为土壤气氡（Rn）。

探查结果，如图6（b）所示。全测线气氡平均值为41脉冲/分。测线上达到异常标准的异常段出现在90～180m处（测线NW端起点为0m），有2个异常峰值，分别为151脉冲/分与93脉冲/分，为平均值的3.7～2.3倍，异常显著。分析结果认为，该异常段为夏垫断裂所在处，且断裂在此处分为2支。

（3） 二里半村东（XD-3）测线

二里半村东测线位于河北省三河县夏垫镇二里半村东，起点在北坞村东头。测线总长度为1050m ，走向NW→SE。测项为土壤气氡（Rn）。

图5 南口—孙河断裂百泉异常点探槽素描图（据向宏发）

探查结果，如图6（c）所示。全测线气氡平均值为22脉冲/分。测线上达到异常标准的异常段有2处：第1段为100～250m地段（测线NW端起点为0m），第2段为380～520m地段；异常峰值分别为88脉冲/分与65脉冲/分，为平均值的4.0~2.9倍，异常十分显著。分析结果认为，此2个异常段为夏垫断裂所在处，且断裂明显分为2支。

图6 夏垫断裂带3条测线探查结果

6 结论

隐伏断裂带上普遍表现出断层气异常。北京地区黄庄—高丽营（HG）、南口—孙河（NS）与夏垫（XD）等3条活动断裂，在地球化学探查中都表现出土壤气Rn与Hg的异常，因此Rn与Hg异常出现处即可视为隐伏断裂所在处。然而，土壤气异常段与隐伏断裂的关系仍较复杂。这种复杂性，一方面来自断裂的分叉性，即一条断裂可能由多个破裂面构成；另一方面可能还来自环境干扰，如一些人工填土中Hg的测值高，因此实际工作中必须排除可能存在的干扰异常。

致谢 感谢王基华、鱼金子、高清武、张培仁和孙天林等中国地震局专家给予的帮助。

[1]高文学，马 瑾.首都圈地震地质环境与地震灾害[M].北京：地震出版社，30～52. 1993.

[2]车用太，鱼金子等.地震地下流体学[M].北京：气象出版社. 2006.

[3]王基华，高清武，林元武等.首都圈地区断层气动态特征及未来地震活动性分析.见：国家地震局地质研究所.1997年度地震危险性预测研究[C].北京：地震出版社：81～85. 1996.

[4]王基华，王 亮，孙凤民等.隐伏断层性状的汞地球化学标志研究[J].中国地震，10（2）：114～122. 1994.

[5]高清武.首都圈断层气地震前兆监测与试验研究.见：国家地震局科技监测司编.首都圈地震短临预报新方法观测与研究[C].北京：地震出版社：93～104. 1994.

Confirming Location of Active Faults in Beijing Area with Geochemistry Method

LÜJinbo1CHE Yongtai2ZHENG Guisen3LIU Chenglong2
(1.Beijing Geological Survey, Beijing 102206; 2.Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029; 3.Beijing Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Beijing 100195)

There are 3 active faults in North Beijing, which are named Huangzhuang-Gaoliying fault (ab. HG), Nankou-Sunhe fault (NS) and Xiadian fault (XD). Comparing to geophysics, the geochemical exploration and observation has the characteristics of easy operation, intuitional interpretation and obvious showing result. So it is widely used in earthquake engineering and monitoring. Based on data collection and local verify of original investigators, we surveyed coordinates of geodesic azimuth, point of begin-end and observation station of geochemistry, to confirm location of active faults. It provided geological technical support for city constructions to keep away from disturbs of active faults.

Confirm locality of active faults; Geochemical exploration; North Beijing area

P632

A