邢台老震区地震构造环境特征①

边庆凯， 刘志辉， 王晓山， 杨 凡， 周月玲

(河北省地震局，河北 石家庄 050021)

1986年出版的《一九六六年邢台地震》[1]一书，对邢台老震区地震构造环境做了系统完整的阶段性总结。之后的三十多年地震科学取得长足发展，从深部探测到震源层系统研究，从地壳结构到三维动力模型，同样邢台老震区的研究也取得长足进步。在前人工作基础上，从深浅构造相结合的角度，分别从盖层、基底和震源层入手，结合地震构造带，力求更全面地研究邢台老震区的发震构造环境。

1 地震构造环境构建

与人体受八大系统控制类似，多系统控制是大震构造环境的基本特征，包括岩土水热断裂带等因素。逐步捋清各要素之间的关系，为地震中长期预报铺路，是老震区精研的重要方向。强震大震的发生有着深刻的地震构造背景。邢台7.2级地震的发生不单是一条活动断裂的问题，也包括这条活动断裂所处的区域地震构造环境(图1)。研究地震构造环境，不只是研究表生主断裂，也包括地震构造带，震源层，基底和盖层环境等方面[2-4]。认清三层一带，认清内外动力的相互作用，是地震构造环境构建的重点。

图1 河北平原地震带强震分布和基底构造图[8]

内外动力相互作用是强震大震发生的主控因素[5]，外动力影响到地下主要是水、重力和固体潮，内动力则包括热动力和冷动力(板块运动)。幔枝构造在地壳中的发展演化，不只是火成岩的运移，也是热动力的源泉[6]。水与热的交融，硬核与软层的磨合，挤压与拉张的转换，盆山耦合，是地震构造环境体系的主要构成要素[7-9]。这些要素汇聚冲突，多重矛盾相互作用，就像大熔炉一样，有高温，高压，干燥，也有低温，低压，潮湿，形成巨大的冷热交换动力系统，软硬共处的应力演化场所，同时也是脆性韧性相互转化的复杂环境。在这个复杂体系中，有冷热、干湿、强弱的转换，有坚硬岩层的阻挡和能量的蓄积，有能量蓄积的场所，也有能量释放的通道。地震构造环境属于多系统控制，多层位响应，多单元相互作用，多震级层次，多序列旋回的复杂体系。

邢台老震区两条大河(滹沱河和滏阳河)，曾经的大湖(宁晋泊)为地下水沿断裂破碎带向下渗流提供了不竭的资源[10]。另外盖层基底构造单元及其耦合，产生了明显的布格重力异常分布。幔枝构造提供强有力的热动力源，板块运动提供复杂的水平运动动力源。盆岭构造或者潜山盆地耦合，提供构造应力场发展孕育的复杂场所，一个堵点形成与打通反复转换的活动断裂系统蓄积了邢台大震发生的能量也最终导致了大震的发生。

2 第四纪盆地和地表主断裂

邢台老震区的第四纪盆地，主要是指束鹿凹陷内部的第四纪盆地，它是在继承新生代盆地的基础上发展起来的。从目前掌握的资料看，第四纪盆地长轴呈NE走向，束鹿凹陷的第四系厚度达300～500 m[11]。对邢台老震区第四纪盆地的研究，主要依据陈望和[11]的资料，但由于其所绘图件比例尺过小，还不能满足近场区大比例尺活动构造研究的需要。目前还没有开展有关邢台老震区第四纪盆地三维结构的专项研究，对第四纪盆地的三维结构，尤其是细部结构还有待深入研究。

邢台7.2级地震已经过去半个多世纪，但一个不容回避的问题仍然值得探究，那就是邢台7.2级地震的主断裂是否到达地表，精确位置在哪？从两方面来回答这一问题，一是前人资料的整理再分析，二是进行现场野外勘察确认。

没有系统明确的资料记载邢台7.2级地震主断裂的地表出露特征，当时的烈度调查也没有涉及地表主断裂调查，更多的资料记载是大面积出现的粘滑地裂缝。当时的地震地质调查才刚刚起步，没有更多的现成经验可供借鉴，野外调查往往是从现象入手，对主断裂调查的力度不够。限于当时的具体情况，1966年7.2级地震的野外调查没有明确主断裂的具体位置，更多的是关注地面破坏，粘滑地裂缝，喷沙冒水，建筑物破坏等现象[12]。而我们所关心的主要问题是如何找到主断裂在第四纪地层中的多点出露迹象，并能连点成线。

对主断裂是否到达地表进行正反两方面的分析。一是邢台7.2级地震主断裂没有到达地表，二是主断裂到达了地表。如果主断裂没有到达地表，地表地层没有错开，有两个因素，一是软土对断层位错的强烈吸收，二是沙土液化扰乱了断层在地表的位错。是否属实，还需要进行相关的研究工作。邢台7.2级地震能错断十千米厚，几十千米长的坚硬岩石，几百米的软弱土层就错不开？如果主断裂达到地表，那么它的大致展布范围在哪？主断裂和粘滑地裂缝的关系，喷砂冒水在其中起哪些作用？要回答这些问题也需要开展相应的工作。结合震源断层的走向，结合地震烈度极震区中轴线，推测主断裂走向有可能是NNE—NE向，倾角接近直立，倾向 NWW。今后要对推测结果进行验证，包括野外地震地质再调查和地球物理勘探。从目前的资料看，江娃利曾提到，邢台7.2级地震在耿庄桥附近地面出现顺时针水平扭错麦垅10～20 cm[13-14]，这需要进行针对性的野外调查工作。

3 基底新构造格局

石油地质资料是极其宝贵的资料，它为研究潜山和盆地构造和新构造格局提供了宝贵的第一手资料。从盆山耦合的角度看，潜山和盆地错落起伏，形成复杂的凸起/凹陷相连的盆岭构造。据石油地质资料，邢台老震区新构造格局的主体是束鹿地堑，是两凸夹一凹盆山耦合地貌(图2)。

图2 衡水地区构造位置图

邢台7.2级地震宏观震中位于束鹿凹陷南部次凹内部，曹庄横向凸起把束鹿凹陷和南部次凹分割开。邢台老震区的主体位于束鹿凹陷内部，凹陷西侧是宁晋凸起，东侧是新河凸起，凹陷中轴线走向是NNE(N20°E)，凹陷长度80 km，宽度14～20 km，束鹿凹陷内部盖层沉积除第四系外，还有N地层底界面，新生界地层埋深5～6 km，N地层界面埋深大致在1.5～2.1 km。束鹿凹陷的东边界是新河断裂，西边界是晋县断裂，凹陷的南边界是隆尧断裂，北边界是无极-衡水转换带[15-19]。这些断裂的活动构造研究程度都较低，没有开展过相应的活动构造研究工作，主要依据石油地质资料进行描述。从目前掌握的资料看，这些断裂的最新活动时代是第四纪早期，不是活动断裂。

4 地震烈度衰减形态特征

邢台7.2级地震烈度图中，审视各烈度图形衰减特征，主体是一个椭圆，Ⅹ度，Ⅸ度形态类似椭圆，Ⅷ度形态复杂，除主体椭圆外还出现2个衰减尖角，Ⅶ度则是椭圆中心明显向东南偏移，各烈度椭圆中心不重合是其突出特征。

Ⅹ度区模拟椭圆中心115.03°，37.55°，长轴方向N40°E，长轴17 km，短轴10 km，椭圆东侧边界几乎与新河断裂位置重合。

Ⅸ度区椭圆中心115.06°，37.50°，长轴方向N40°E，长轴53 km，短轴3 6 km，椭圆北边界附近是前磨头断裂西南端，椭圆南边界在隆尧断裂北侧约6.0 km。

Ⅷ度区衰减形态比较复杂，除主衰减椭圆外，还有两个衰减尖角。Ⅷ度区椭圆中心115.19°， 37.64°。长轴方向N40°E，长轴126 km，短轴86 km。椭圆北边界在深县断裂北侧约9.7 km，椭圆南边界在隆尧断裂南侧约8.7 km，东南边界位于明化镇断裂附近，但东南尖角却穿越明化镇断裂，止于威县清河之间。

Ⅶ和Ⅷ度区出现明显的衰减凹槽，结合新构造分析，Ⅶ和Ⅷ度的衰减凹槽位于无极—衡水转换带附近，并且走向一致。而Ⅶ和Ⅷ度区沿衰减长轴的向东北贯通，可能与衡水转换带豁口相关，衡水转换带豁口是地震构造带穿越衡水转换带时形成的。

Ⅶ度等震线形态十分复杂，长轴最远端分别是饶阳和临漳，短轴最远点是夏津和高邑西北，交点位置是115.12°，37.51°。模拟椭圆中心115.26°，37.33°，长轴方向N20°E，长轴225 km，短轴145 km。椭圆南边界附近是临漳—大名断裂，椭圆西边界附近是元氏断裂和邯郸断裂，椭圆东边界附近断裂是沧东断裂(东南)和沧西断裂(东北)。结合Ⅹ度区模拟椭圆中心来看，Ⅶ度区向东偏南一侧衰减缓慢，东南一侧短轴101 km，西北一侧短轴44 km。导致这一现象的原因是太行山山前断裂及其造山带与新构造周缘断裂的共同影响。

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依据极震区Ⅹ度的模拟椭圆中心，可以确定邢台7.2级地震的宏观震中，而Ⅶ度区椭圆中心明显偏离宏观震中和微观震中，偏离Ⅹ度区椭圆中心约27 km(SE方向)。可能的解释是新构造格局对其地震动影响场产生的影响，不同地震烈度形态变形的原因直接与场地特性有关，基岩，软土对Ⅶ度区等震线形态的影响尤为明显，新构造格局影响Ⅶ度区范围。

邢台7.2级地震烈度图中另外一个显著特征是百公里烈度异常区，这些异常区集中在Ⅶ度模拟椭圆中心偏西一侧，包括灵寿，井陉，东冶头，杜家庄，路罗，活水，龙化，南杨寨，武安，肥乡，丘县等地。唐山7.8级大震[20]，张北6.1级强震[21]和新疆伽师6.6级强震[22]也有类似的现象。

5 震源层构造特征

构造地震所在的地层就是震源层，华北地区一般是5～30 km，对这一深度地层还知之甚少。现有的基本认识，距离认清震源层地质构造和发震构造环境，还有很大差距。

老震区精研是地震科学的基本方向，研究震源层地质构造，了解地质体结构，还需要持续的基础性研究工作。目前常规的地下勘探包括钻探和物化探，人工地震勘探可以探测地壳中深部的结构，但还远远不够，由于钻探的深度限制，对地壳中深部人工地震剖面的解释，缺乏直接的钻孔岩性佐证。对地壳中深部的研究，主要依据石油地质所积累的地壳浅层经验。

目前关于震源层构造特征的研究，主要依据震源机制解、中小震精定位、波速比、应力降、视应力、Q值、壳层速度结构、重力和电磁特性等。近20年来虽然这方面取得长足进展，但还需要进行更加深入细致的研究。

对震源断层的研究主要是利用地震仪记录天然地震并进行分析，确定有关震源断层的部分信息，包括震源机制解和小震精定位等。表1为邢台地震序列的部分震源机制解，王晓山在文中提到邢台7.2级地震是走滑型地震，断裂参数是走向186°，倾角83°，倾向NWW，震源深度9 km[23]。对断裂走向偏离角进行简单统计，结果显示与主震震源断裂走向的偏离角15°以内有5个，15°～30°的4个，30°～60°的4个，6级以上地震的偏离角在这3个范围各1个。这说明余震过程中体破裂的特征逐渐凸显，是为适应主破裂出现以后的局部应力场调整造成的结果。偏离角左偏占4个，右偏占9个，3个6级以上的都是右偏，说明震源破裂的优势走向是NNE—NE，这与地表观测到的结果一致。随着地震台网密度增加，2000年以后震源机制解分析有了更多参考台站，王晓山对邢台老震区的后续中小震进行了大量的震源机制解分析，并获得更多不同类型的震源断层参数，包括走滑/正断/逆冲，这也从一个侧面说明地震序列后期，体破裂特征更明显。目前对震源层的研究，对包括震源层的内部结构、震源层的变形如何影响基底和盖层、震源层构造应力场演化特征和诸如此类的问题，还是比较模糊。

表1 邢台地震序列ML≥3.9地震震源机制解

6 地壳中深部探测

冀中坳陷和临清坳陷，堑垒相间，凸起/凹陷纵向排列，而转换带则是与其共轭的多条横向构造带，它们纵横交错形成区域地网体系[29-30]。地网体系在石油地质上已经得到广泛应用，幔枝构造也在找矿领域和地热—水循环系统中得到广泛应用。虽然对深大断裂，幔枝构造，地热—水循环，地网体系都有很多新发现，但这几个方面在地壳中深部的情况，还知之甚少。透视盖层基底和震源层三维地壳结构，研究地幔柱，幔枝构造的形成机理，幔枝构造体系与构造环境的关系，震源层断裂带与幔枝体系的关系，幔枝体系与杂岩体的关系，硬核岩体(火山岩和杂岩体)在构造环境中扮演的角色，认识地热—水循环对地震构造环境的影响，建立更符合实际的三维地震构造动力模型等等，以上提到的这些问题是今后要努力解决的问题。

目前对地壳中深部的研究几乎是一片盲区，而有效的探测工具是关键，是可视化的关键，特别是三维可视化。如果能够获得发震层的地象变化特征，获得类似云图图像，那么地震预报才可能迈上新台阶。

科学仪器是人类的第三只眼，研究地壳内部的地象过程，就像认识气象的风雨雷电，风雨雷电能看见听见，而通过科学仪器，也能看到听到地象过程的“风雨雷电”。就像声呐技术应用在大洋底部地形探测，取得丰硕的成果，为板块学说的建立和发展提供重要的技术支撑。而今超声波，声呐，雷达技术在军工领域已经发展的很成熟，只要转嫁到中深部地层探测上来，理论上讲是行得通的，但具体实施，还需要做大量的细致工作。

7 蠕滑地裂缝地质灾害

按与强震大震的关系，地裂缝成因划分为两种。一是伴随大震强震发生而在宏观震中附近产生的粘滑地裂缝。二是与大震强震无关，由于断裂蠕滑形成的地裂缝，而这一断裂往往是重力塌陷成因，断裂剖面纵深浅，在地壳表生，与来源于震源的活动断裂关系不明。蠕滑地裂缝往往成因复杂，包括人为因素影响，地下水超采，矿区开采和岩溶塌陷等因素和构造因素[31-36]。

可以结合蠕滑地裂缝所处的地质构造单元对其进行划分，包括潜山地裂缝，盆地地裂缝，地震构造带上的地裂缝，老震区地裂缝，以及矿区地裂缝等类型，研究这些地裂缝的基础是新构造地质单元的特性。

邢台7.2级地震发生至今，邢台老震区比较棘手的问题之一是蠕滑地裂缝。从目前掌握的资料看，邢台老震区规模较大的地裂缝有三条，一条是柏乡县小里铺村—南营儿—寨里的8 km 地裂缝[30]，一条是辛集—安平—深县交界附近的北郭—吴王—宿王宋—郭王宋的8.75 km 地裂缝，还有一条是长30 km的隆尧地裂缝，途径崔庄—周村—周张庄—南小河—虎中—柏舍—西店子—东店马—任村—西清湾—舍落口—毛尔寨。地裂缝在崔庄—西店子是近NE向，位于隆尧断裂附近，之后从东店马—毛尔寨转为NE向，位于新河断裂附近。徐继山详细研究这次蠕滑地裂缝的地质灾害[37]，这些超长地裂缝主要分布在邢台老震区周围，从长期地下水超采看这些地裂缝位于地下水漏斗区的边缘。从新构造单元看，隆尧地裂缝位于隆尧断裂和新河断裂附近，柏乡县地裂缝位于晋县断裂附近，北郭—郭王宋地裂缝位于无极衡水转换带北侧的深县断裂附近，这四条断裂都是新构造时期形成的断裂，是新构造单元的主控断裂，但现今的粘滑活动性不强。老震区地裂缝成因的解释，一是地下水超采形成的水漏斗产生的重力塌陷，二是老震区震源层长期活动产生的累积变形被新生代盆地吸收后，在盆缘周围形成的蠕变场导致，蠕滑变形的边界效应，盆缘和山缘的显著变形类似于面波效应。

蠕滑地裂缝是一种不可忽视的地质灾害。蠕滑地裂缝的地质灾害有目共睹，触目惊心，要引起重视。针对各地出现的蠕滑地裂缝，要进行详细的野外地质调查，跟踪地裂缝的发展演化进程。对于穿越房屋的地裂缝，建议进行房屋拆迁，使再建房屋远离地裂缝所在位置及其延长线上。已经看到地裂缝产生的危害，如果是居住房屋，建议搬迁再建。既然知道蠕滑地裂缝位置，在城乡规划中要明确地质灾害专项，再建房屋要注意避让，以免再产生不必要的地质灾害。

8 结 语

地震构造带作用于盖层，基底和震源层，就像枝叶、树干和树根的关系，是一个有机整体，却又存在鲜明差异。地震构造环境是一个错综复杂的环境，是多矛盾共同体，多系统共同作用的场所。有水有热有构造，有软有硬有耦合，有消有长有旋回。控制震源层地震构造的主要因素包括板块运动，幔枝构造(热)，水动力过程，盖层和基底重力滑脱等。板块构造运动和幔枝构造如何影响震源层，外动力(水和固体潮)如何深刻影响地震构造，震源层地震构造如何影响基底和盖层的地质构造单元，这些都是今后地震构造环境研究的关键问题。

截至目前，对邢台老震区沉积盆地的第四系地层三维结构信息还知之甚少，还需要开展更多的相关研究工作。邢台大震地表主断裂古地震的研究还没有实质性的进展，因此有必要开展地表活动断裂调查，确定主断裂精确的空间展布特征，而不是笼统模糊的大概位置，并进行细致的古地震研究工作。最后，要重视老震区隐伏断裂蠕滑地裂缝的危害。邢台老震区周边3条超长地裂缝，都形成了很明显的地质灾害，房屋裂缝严重的已经不能住人，这些要引起相关部门的重视。