马村北断裂第四纪活动性勘探

孟立朋，冉志杰，王 燕，彭远黔

(河北省地震局，石家庄 050021)

马村北断裂第四纪活动性勘探

孟立朋，冉志杰，王 燕，彭远黔*

(河北省地震局，石家庄 050021)

采用浅层地震勘探、钻探资料对比方法对石家庄附近的马村北隐伏断裂的活动性进行研究，布设了2条高质量的地震勘探剖面，获得了马村北断裂的浅部构造特征以及活动特征信息。勘探结果显示，马村北断裂是由2条断裂组成的断裂带，其活动时代为早更新世晚期—中更新世早期。

马村北断裂；地震勘探；断裂活动特征

0 引言

马村北断裂是发育在华北平原中部的NWW向隐伏断裂，该断裂切割了石家庄断裂、北席断裂和元氏断裂。马村北断裂研究程度较低，断裂的构造特征和活动特征，尤其是浅部特征等资料较少。断裂位于第四系覆盖区，隐伏断裂探测的有效方法之一是反射波地震勘探。为此，开展地震勘探以便获得该断裂的构造特征以及活动特征。

1 断裂构造及地层

1.1 断裂构造

马村北断裂是发育在华北平原中部的隐伏断裂，西起范家庄村西，经马村北，止于西不落营村西，走向NWW，全长约23 km，倾向北，为转换正断层。该断裂切割石家庄断裂、北席断裂和元氏断裂。

石家庄断裂位于太行山山前断裂带的中段，全长160 km。石家庄以北断裂走向NE40°，倾向SE；石家庄以南走向NNW，倾向东，断裂控制了新生代石家庄凹陷的发育。北京中震创业工程科技研究院从精细的浅层地震探测、钻探联合地质剖面等方面研究认为，石家庄断裂晚第四纪以来不存在活动的迹象，断裂活动时代为早更新世[1]。

北席断裂是石家庄凹陷和无极低凸起的边界断裂，呈NNE向延伸，全长约30 km，是一条西倾正断层，倾角60°。人工地震勘探资料显示，断层上端埋深600～700 m，错断古生界、中生界、古近系和新近系底板、并延入新近系地层中。地貌上断裂两侧地形平缓，无地形陡坎、槽地等断层地貌；在卫星影像上，沿断裂无线性显示，两侧色调无差异，综合分析认为北席断裂为早第四纪断裂。

元氏断裂是晋县凹陷西侧的主控边界断裂，断裂走向350°，倾向NE，倾角45°，全长60 km。钻孔资料表明，沿断裂存在一基岩陡坎，两侧新近系至第四系厚度有明显变化，断裂两侧新近系底面落差300 m，并向上断错第四系底部地层。据煤田资料，元氏断裂主要于新近纪到第四纪活动。在该断裂附近高邑、临城一带小震较活跃，历史上也曾有过多次有感地震记载。

1.2 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，从而确定断层上断点和最新活动时代。

测区位于华北平原中部的太行山山前冲洪积平原，第四系在测区广泛发育，主要由坡积、冲积、洪积等组成，第四系地层特征及分布如下[2]：

(1)全新统(Qh)：为砂砾石，细粉砂，亚砂土，亚粘土，局部地区有湖相沉积。

(2)上更新统(Qp3)：为洪积坡积层，黄褐或土黄色黄土状亚粘土，含钙质结核，近底部有不规则的砾石、碎石层或透镜体，厚3～35 m。

(3)中更新统(Qp2)：岩性主要为一套冲积、洪冲积的砂层、粉砂层、砂砾石层、粘土层。

(4)下更新统(Qp1)：为泥砾层，红褐色泥与砾石混杂组成，砾石分布零乱，成分复杂，内夹红粘土、粘质砂土透镜体。

地震勘探MC01剖面位于栾城赵庄村东，据附近栾3钻孔资料，地层自上而下分别是全新统、上更新统、中更新统、下更新统。全新统厚15 m，上更新统厚8.2 m，中更新统厚52.3 m，下更新统厚232.5 m。下更新统可分为2段，其中上段厚31.8 m，下段厚200.7 m。

地震勘探MC02剖面位于元氏范家庄村西，据附近寺家庄钻探剖面资料[1]，地层自上而下分别是上更新统、中更新统、下更新统。上更新统厚32.0～34.0 m，可细分为3段。其中，上段厚11.6～14.0 m，中段厚6.5～11.4 m，下段厚9～13.5 m；中更新统厚64.6～67.5 m，可分为5段，自上而下，第5段厚11.0～14.3 m,第4段厚10.0～11.6 m，第3段厚7.4～11.2 m，第2段厚13.5～18.5 m，第1段厚15.6～18.0 m；下更新统仅钻遇0.6～1.5 m。

2 剖面位置和数据采集、资料处理

2.1 剖面位置

为查明马村北断裂的活动特征，布设了2条浅层地震勘探剖面。MC01剖面位于栾城赵庄村东，剖面起点37°51′6.02″N，114°33′23.03″E；终点37°51′34.56″N，114°33′19.42″E；MC02剖面位于元氏范家庄村西，剖面起点37°52′46.07″N，114°21′46.96″E；终点37°53′8.71″N，114°21′45.77″E。2条剖面均跨越马村北断裂(图1)。

图1 断裂构造及剖面位置图

2.2 数据采集和处理方法

使用美国Geometrics公司StratiVisor NZXP96数字地震仪采集数据，采用70 kg冲击夯激发地震波，单点激发20次。震源置于地面的金属垫板上，以便提高震动能的耦合转换效能；每道采用60 Hz组合检波器串接收，以提高检波器的灵敏度。

为合理选取数据采集工作参数，首先进行了扩展排列试验，通过试验和综合分析最终确定工作参数：道间距4 m，偏移距16 m，72道接收，9次覆盖；记录长度0.8 s，采样间隔0.25 ms，低截15 Hz，高截250 Hz带通滤波。为能保证浅层反射波具有较高的覆盖次数，又能使较深部的反射波避开震源干扰波的干扰、提高该反射波的信噪比，采用单边排列激发的工作方式。

数据处理主要方法有：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[3]。

3 地震反射剖面特征

3.1 MC01剖面

MC01剖面位于栾城赵庄村东，近NS向布设，剖面长894 m。根据剖面的波组特征(图2)，解释了一组反射波T1。依据地震勘探时深转换获得的反射界面深度结果与测区地层资料，以及剖面附近栾3孔地层资料对比确认，T1对应于下更新统上段底界。在剖面桩号600 m、740 m(CDP301、CDP371) 反射波同相轴出现明显的消失、错动现象，表明在这2处存在断裂。对比浅部和深部反射波，认为上述2个断点所显示的断裂为同一组断裂，断裂在300 m深处汇聚在一起形成反“y”字型。主断裂地面投影坐标37°51′25.26″N，114°33′20.59″E。根据反射波同相轴错动特征，主断裂为视倾向北的正断层，断裂视倾角较缓，断裂带宽140 m。断裂上断点埋深100 m，错断了T1反射界面，即错断了下更新统上段(Qp1-2)底界，断裂最新活动时代为早更新世晚期。

图2 MC01浅层地震剖面及地质解释

3.2 MC02剖面

MC02剖面位于元氏范家庄村西，NS向布设，剖面长700 m。根据剖面的波组特征，解释了1组反射波T1。依据地震勘探时深转换获得的反射界面深度结果与测区地层资料，以及剖面附近寺家庄钻探资料对比确认，T1对应于中更新统第2段底界。在剖面桩号400 m、520 m(CDP201、CDP261) 反射波同相轴出现明显的分叉、扭曲、畸变现象，表明在这2处存在断裂。对比和追踪上下反射波，认为上述2断点所显示的断裂为同1组断裂，断裂在230 m深处汇聚在一起形成反“y”字型。主断裂地面投影坐标37°52′59.30″N，114°21′46.17″E。据反射波同相轴错动特征，主断裂为视倾向北的正断层，断裂视倾角较缓，断裂带宽120 m。断裂上断点埋深56 m，错断了T1反射界面，即错断了中更新统第2段(Qp2-2)底界，断裂最新活动时代为中更新世早期。

图3 MC02浅层地震剖面及地质解释

3.3 综合对比解释

根据2条浅层地震剖面的波组特征和已掌握的断裂构造资料，以及剖面附近钻孔资料，判定MC01、MC02剖面探测到的断层为马村北断裂。综合分析2条地震剖面可以看出，马村北断裂是由2条断层组成的断裂带，形如反“y”字型，断裂带宽120～140 m；主断裂为一条倾向北的正断层，倾角较缓；断裂上断点埋深56～100 m；断裂具有分段活动特征，断裂东段最新活动时代为早更新世晚期，西段最新活动时代为中更新世早期。

4 结论与讨论

应用浅层地震探测方法探测到隐伏于第四纪覆盖区的马村北断裂的位置、性质、以及浅部的结构形态，并对比地层资料确定了该断裂的最新活动时代，为该断裂的进一步研究提供了可靠的依据。马村北断裂是由2条断层组成的断裂带，其形态为反“y”字型。断裂在东、西2段的规模和活动时代存在差异，东段断裂带宽140 m，西段断裂带宽120 m；东段上断点埋深较深为100 m，西段埋深较浅为56 m；东段最新活动时代较西段早，为早更新世晚期(Qp1-2)，而西段为中更新世早期(Qp2-2)。

据断裂构造资料，石家庄断裂、北席断裂和元氏断裂终止于马村北断裂。浅层地震勘探结果表明，马村北断裂西段活动时代为中更新世早期，晚于早更新世活动的石家庄断裂；东段活动时代为早更新世晚期，同样晚于早更新世的北席断裂和新近纪到第四纪活动的元氏断裂。说明马村北断裂与石家庄断裂、北席断裂、元氏断裂不是同一期次的断裂，3条断裂形成之后被后期形成的马村北断裂阻断。

[1] 北京中震创业工程科技研究院.河北省活断层探测与地震危险性评价项目石家庄市活断层探测与地震危险性评价分项目技术报告[R].2013.

[2] 陈望和，倪明云.河北第四纪地质[M].北京：地质出版社,1987.

[3] 王振东.浅层地震勘探应用技术[M].北京：地质出版社,1988.

Exploration on the Macun North Fault for Its Activities since the Quaternary

MENG LI-peng, RAN ZHI-jie, WANG Yan, PENG YUAN-qian

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China)

Macun north fault is one of the north west buried faults in Shijiazhuang city. This paper uses shallow seismic exploration and drilling data to study the activity of the fault. Two high quality seismic exploration profiles are obtained. The shallow structural features and active feature information of the Macun north fault are collected. The exploration results show that the fault zone of Macun is composed of two faults.

Macun north fault; seismic exploration; fault activity characteristics

孟立朋，冉志杰，王燕，等．马村北断裂第四纪活动性勘探[J]．华北地震科学，2017，35(1):62-66.

2016-11-20

河北省地震科技星火计划项目“河北省1∶25万地震构造图编制”(DZ20150504104)

孟立朋(1983—)，男，河北石家庄人，工程师，主要从事地震地质研究．E-mail：782679390@qq.com

*通讯作者：彭远黔(1965—)，男，河北石家庄人，高级工程师，主要从事工程地震研究．E-mail： pengyq84531@126.com

P315.2

A

1003-1375(2017)01-0062-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.01.010