磁县-大名断裂东段第四纪活动性

2022-05-20彭远黔冉志杰茅远哲朱坤静

华北地震科学 2022年2期

彭远黔，冉志杰，茅远哲*，朱坤静

（1.河北省地震局,石家庄 050021；2.邯郸市地震监测中心,河北邯郸 056002）

0 引言

1830年磁县发生了7.5 级地震，在地表形成了右阶斜列7 km 长的破裂，其发震构造就是磁县-大名断裂[1-3]。此外，在该断裂的周邻，也曾发生过344年临漳5～6 级地震、953年大名地震、1654年朝城地震、1889年大名5 级地震、1968年大名4.2 级地震、1970年磁县4.5 级地震和1977年磁县4.5 级地震，近年来该断裂附近还常有4 级以下地震的活动[4]。磁县-大名断裂西段和中段研究程度较高[2-8]，其东段由于隐伏于第四纪盖层之下，尽管一些学者开展过研究[4，9-10]，但有关断裂东段的空间展布和第四纪活动系统性的研究则较少。本文基于重新处理的浅层地震勘探结果、周邻的钻孔资料，进一步厘定磁县-大名断裂东段的空间展布以及第四纪活动性，为系统认识磁县-大名断裂整体活动特征提供新的基础背景。

1 区域地质背景

磁县-大名断裂位于华北平原南部，是华北地震区中重要的断裂之一。断裂东自鲁西隆起，穿越华北沉降平原，至太行山隆起中部，横亘3 个构造单元；走向NWW，倾向北，为一条高角度正断层；长度大于180 km[11]，断裂截切临漳断裂后使汤阴地堑向西扭曲变形，具有左旋滑动性质[12]。磁县-大名断裂西段位于太行山山前断裂西侧，发育于太行山隆起区，长约50 km，走向NWW，倾向北，倾角60°～80°。该段断裂发生过1830年磁县7.5 级地震，极震区等震线延伸方向和断层一致[11]。

磁县-大名断裂东段隐伏于华北平原沉降区，是北侧的临清坳陷与南侧的内黄隆起之间的边界断裂[13-14]（图1a）。该断裂中生代活动强烈，北侧中生代地层厚2 500～4 000 m，而南侧基本缺失。古近纪该断裂活动相对较弱，新近纪以来，断裂活动较为强烈，北侧一些断陷盆地的沉积中心向断裂附近迁移，新近系和第四系最厚达1 900 m，断裂两侧新近系底面落差达200～300 m。

图1 磁县-大名断裂地震勘探测线和钻孔剖面位置

2 浅层地震勘探结果

浅层地震勘探方法在隐伏断裂探测中得到广泛应用[15-25]。河北省地震局工程院曾在磁县、临漳、大名布设过3 条浅层地震勘探测线探测磁县-大名断裂，使用美国Geometrics 公司Strata Visor NZXP 地震仪、80 kg 夯击震源，采用单边放炮连续追踪、12 次覆盖、全排列、72 道60 Hz 检波器的接收观测系统，采集参数为道间距4 m、炮距12 m、前置增益36 dB、采样间隔0.25 ms。本文是应用加拿大GEDCO 公司Vista12.0 版本地震处理系统，运用多途径、分步骤的去燥处理方法和技术对3 条浅层地震勘探测线的数据进行重新处理的结果。

为方便与地层划分结果进行对比，确定反射界面的年代，本文通过叠加速度（NMO 速度）和不同界面反射波的双程垂直到时t0，采用迪克斯(DIX)公式获得不同地层反射界面以上的平均速度，并进行时-深转换。

2.1 CX-1 测线资料解译

CX-1 测线位于磁县县城东环朱庄村西，垂直于断裂呈SN 向布设（图1b），剖面长1 280 m。该剖面反射波较为清晰，共有2 个明显的地震反射波组（图2），解释了2 个反射界面，自上至下分别标为T1、T2。T1反射面双程反射时间为90～130 ms，反射波较为清晰，埋深约85～100 m；T2反射面双程反射时间为120～150 ms，埋深约115～140 m。

图2 CX-1 测线浅层地震勘探剖面及地质解释

在距剖面起点710 m 处，反射波同相轴连续性有明显差异，T2界面连续性中断，T1界面分叉，清晰地显示出断裂构造。解释断层倾向N，为正断层，上断点埋深约78 m。

根据测区第四纪地层资料，结合位于测线西南1.5 km 的磁1 孔，以及测线西侧200 m 的邯郸市活动断层探测磁县东外环跨断裂钻孔资料，剖面中的T1为中更新统地层内的一反射界面，T2对应于中更新统底界，断层上断点延伸至中更新世地层中。

2.2 LZ-1 测线资料解译

LZ-1 测线位于临漳县城东北史庄村西，跨断裂呈NE30°布设（图1b），剖面长1 280 m。剖面上震相特征明显，反射波清晰，有3 个明显的地震反射波组（图3），解释了3 个反射界面，自上至下分别标为T1、T2、TQ。T1反射面双程反射时间为150～220 ms，埋深约120～180 m；T2反射面双程反射时间为200～250 ms，埋深约160～210 m；TQ反射面双程反射时间为270～350 ms，埋深约230～280 m。

图3 LZ-1 测线浅层地震勘探剖面及地质解释

在距剖面起点340 m 处，反射波同相轴连续性有明显差异。TQ界面连续性中断，T1界面错动，清晰地显示出断裂构造，断层倾向NE，为正断层（F1），上断点埋深约140 m。此外，在剖面1 080 m附近，存在一倾向SW 的正断层（F2），上断点埋深200 m 左右。根据断裂的倾向判断，F1应是磁县-大名断裂在剖面中的显示。

根据测区第四系地层资料，结合位于测线西北2.1 km 的临3 钻孔资料，剖面中的T1为中更新统地层内的一反射界面，T2对应于中更新统底界，TQ为第四系底界，磁县-大名断裂上断点延伸至中更新世地层中。

2.3 DM-1 测线资料解译

DM-1 测线位于大名县城南旧治村西，跨断裂呈NE40°布设（图1b），剖面长800 m。该剖面震相特征明显，反射波较为清晰，有3 个明显的地震反射波组（图4），解释了3 个反射界面，自上至下分别标为T1、T2、TQ。T1 反射面双程反射时间为180 ms左右，埋深约170 m；T2反射面双程反射时间为290～340 ms，埋深约260～300 m；TQ反射面双程反射时间为400～460 ms，埋深约350～420 m。

图4 DM-1 测线浅层地震勘探剖面及地质解释

在距剖面起点500 m 处，反射波同相轴连续性有明显差异。TQ界面连续性较差，能量减弱和错断约20 m，断层向上延伸使得T2界面错断和T1界面错动，清晰地显示出断裂构造，断层倾向NE，为正断层，上断点埋深约150 m。

根据测区第四系地层资料，结合位于测线西1.8 km 的大20 钻孔资料，剖面中的T1对应于上更新统底界，T2对应于中更新统底界，TQ为第四系底界，断层上断点延伸至晚更新世地层中。

3 钻孔剖面显示

在诸多的隐伏断层勘探手段中，钻孔剖面是研究隐伏断层活动特征的有效手段之一，并在断层定位和活动性鉴定方面广泛应用[26-29]。此外，钻孔间距达数公里的钻孔剖面也见于隐伏断裂的研究中[30-33]。

磁县-大名断裂东段展布的华北平原沉降区，堆积了巨厚的新生代陆相沉积层。地层系统有石炭系、二叠系、侏罗系、古近系、新近系和第四系，其中第四系厚度约253～550 m。据钻孔岩芯揭露的岩性特征，并结合区域地层对比[34-35]可知，研究区新生代地层主要有古近系以及新近系明化镇组(N2m)、第四系（固安组(Qp1g)、杨柳青组(Qp2y)、欧庄组(Qp3O)、全新统（Qh）。其中，全新统（Qh）主要由灰黄、灰、灰黑色含淤泥质的亚粘土、亚砂土夹砂、淤泥层及泥炭组成；欧庄组(Qp3O)主要由黄色、棕黄色具黄土状结构的粉质亚砂土、亚粘土夹砂砾石层组成，在底部有砂砾石平行不整合于杨柳青组；杨柳青组(Qp2y )为含砂亚粘土夹砂砾石层的堆积，其中可见明显的长石风化碎屑，在底部有厚层砂砾石平行不整合于固安组；固安组(Qp1g)为粘土、亚粘土夹砂砾石层堆积，在底部见泥砾层，角度不整合于新近系地层之上，是划分第四系与新近系的“标志层”；明化镇组(N2m)主要由棕黄、浅色粘土、砂质粘土与浅棕色粉砂岩、砾砂岩互层。

基于断裂构造资料、浅层地震探测，本文分别在断层上下两盘收集了水文地质、地热资源、煤田地质勘查等方面的钻孔资料，用于揭示断层两盘的地层差异，判断断层位置、活动时代等信息。各钻孔位置见图1b，钻孔剖面位于华北平原，地表地势较为平坦，钻孔高程在36.22～41.89 m 之间，相差6 m 左右。

3.1 临漳—成安钻孔剖面

剖面南起临漳张村集，经临漳南关至成安范耳村，由3 个钻孔组成，单孔最大深度500.13 m，最小430.2 m（图5）。临4 钻孔与成4 钻孔之间的第四系底界平稳，变化较小，但临2 钻孔与临4 钻孔之间的欧庄组(Qp3O)、杨柳青组(Qp2y)、第四系底界落差明显，并依次递增24.85 m、29.8 m、87.4 m，显示有存在断层的迹象。结合磁县-大名断裂的以往成果资料，推断磁县-大名断裂展布于临2 钻孔与临4 钻孔之间，为一条倾向北的正断层，上断点埋深为78 m 左右。

图5 临漳—成安钻孔剖面

3.2 魏县—广平钻孔剖面

剖面南起魏县回龙村，经魏县六座楼至成广平西营村，由3 个钻孔组成，单孔最大深度600.8 m，最小387.42 m（图6）。魏31 钻孔与广18 钻孔之间的第四系底界平稳，变化很小。但魏19 钻孔与魏31 钻孔之间的欧庄组(Qp3O)、杨柳青组(Qp2y)、第四系底界落差明显，并依次递增45.78 m、64.66 m、77.68 m，显示有存在断层的迹象。结合磁县-大名断裂的以往成果资料，推断该剖面磁县-大名断裂展布于魏19 钻孔与魏31 钻孔之间，为一条倾向北的正断层，上断点埋深为106 m 左右。

图6 魏县—广平钻孔剖面

3.3 大名—馆陶钻孔剖面

剖面南起魏县永东村，经大名常马庄至馆陶西苏村，由3 个钻孔组成，单孔最大深度500.33 m，最小453.21 m（图7）。大17 钻孔与馆13 钻孔之间的第四系底界平稳，变化较小。但魏30 钻孔与大17 钻孔之间的欧庄组(Qp3O)、杨柳青组(Qp2y)、第四系底界落差明显，并依次递增52.86 m、73.50 m、77.90 m，显示有存在断层的迹象。结合磁县-大名断裂的以往成果资料，推断磁县-大名断裂展布于魏30 钻孔与大17 钻孔之间，上断点埋深为108 m左右。

图7 大名—馆陶钻孔剖面

3.4 南乐—冠县钻孔剖面

剖面南起濮阳清丰县彭家村，经大名石槽村、莘县东石固至聊城西周卜村，由4 个钻孔组成，单孔最大深度1 616.37 m，最小400.47 m（图8）。莘2 钻孔和冠3-1 钻孔之间的第四系底界平稳，变化很小。在大23 钻孔与莘2 钻孔之间的第四系底界落差达233 m，显示有存在断层的迹象，可能为一条倾向南的正断层，标识为F2。在ZK2408 钻孔与大21 钻孔之间，第四系底界落差达197 m，显示也存在断层的迹象，可能为一条倾向北的正断层。结合磁县-大名断裂的以往成果资料，推断磁县-大名断裂展布于ZK2408 钻孔与大21 钻孔之间，标识为F1。

图8 南乐—冠县钻孔剖面

位于临漳、魏县、大名附近的3 条跨断裂钻孔剖面共同显示，磁县-大名断裂的上断点埋深在78～108 m 之间，断层错断了欧庄组(Qp3O)底界。因此，推断该段断裂的最新活动时代为晚更新世。

4 讨论

4.1 断裂东延展布

从临清坳陷及邻区重力异常可见，具有东西分带、南北分块的基本特征（图9），存在NNE-NE 以及NWW-近EW 的重力梯度带。其中，以NNE-NE 向的重力梯度带及其夹持的平缓重力低与重力高区带相间排列为主，同时叠加有 NWW-近EW 向的重力梯度带或线性重力异常带。沿磁县—大名—范县存在NWW-NW 向的重力梯度带，反映出基底的断裂构造。在大名附近重力梯度带分叉成两支，其中NWW 向一支沿莘县方向展布，另一支NW 向沿范县方向展布，显示出沿NWW、NW 方向分别展布有断裂构造。

图9 临清坳陷及邻区重力异常及解释图（中原油田勘探开发研究院，1999）

王继等[10]在位于大名县龙王庙镇双庙村西部的乡间小路，近SN 向布设了一条长41 116 m 的地震勘探DZ1 测线（测线位置见图1b），探测大名-磁县断裂及其次级断裂。勘探结果显示，在磁县-大名断裂的北侧临清凹陷中存在一条倾向S 的正断裂F5（图10）。此外，在南乐-冠县钻孔剖面（剖面位置见图1b）的大23 钻孔与莘2 钻孔之间，也存在一条倾向S 的正断层F2（图8）。DZ1 测线探测到的断裂F5 与钻孔剖面显示的断裂F2 产状一致，其走向与NWW 向重力梯度带展布位置相吻合，推测NWW 向重力梯度带应是临清凹陷中倾向S 的正断裂重力异常的反映。这样，NW 向的另一分支重力梯度带就有可能是磁县-大名断裂的重力异常反映。

图10 DZ1 测线地震勘探时间剖面及解译[10]

磁县-大名断裂，又名朝城-大名-磁县断裂带[8]，一般认为磁县-大名断裂东段至朝城与聊城-兰考断裂相交[4]，断裂终止于朝城附近。从磁县—大名—范县的NWW-NW 向的重力梯度带可见，磁县-大名断裂可能往范县方向东延（图9）。图11 为西起范县陈庄村，经莘县前三里营至阳谷县南子村的钻孔剖面（剖面位置见图1b），在阳1 钻孔与莘5 钻孔之间的第四系底界变化较小，但在ZK001 钻孔与莘5 钻孔之间的第四系底界落差达118.5 m，显示存在一条倾向北的断裂迹象。综合重力梯度带展布情况和范县-阳谷钻孔剖面，推测磁县-大名断裂也可能向东延伸到范县附近，并非一定终止于朝城附近。