河西務斷裂活動性的綜合探測研究1

周月玲　彭遠黔　陳建強　邊慶凱　王曉山

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河西務斷裂活動性的綜合探測研究1

周月玲1）彭遠黔1）陳建強2）邊慶凱1）王曉山1）

1）河北省地震局，石家莊 050021 2）中國地質大學，北京 100083

河西務斷裂為河西務構造帶的東緣斷裂，總體走向北東，傾向南東，向北延伸與廊固凹陷內的橫向斷層（桐柏斷裂）小角度相接，向南延伸與牛東斷裂相接，為廊固凹陷與武清凹陷的分界斷裂，隱伏于冀中凹陷覆蓋層之下。本文通過淺層地震勘探和鉆孔聯合剖面探測，結合年代樣品測試，對河西務斷裂的活動性和滑動速率進行了綜合研究，揭示斷裂上斷點埋深約150m或以淺，第四系底界面的垂直錯距為20—45m，斷裂的最新活動時代為晚更新世早期，晚更新世以來的平均垂直滑動速率為0.03mm/a，中更新世晚期以來的平均垂直滑動速率為0.11mm/a。

河西務斷裂淺層地震勘探鉆孔聯合剖面探測活動性

引言

河西務斷裂為河西務構造帶的東部邊界，也稱河西務東斷層或河西務東緣斷層。河西務構造帶是廊固凹陷主要的油氣富集區，地震勘探和鉆孔勘察程度較高。桂寶玲等（2011）對廊固凹陷的三維精細地質結構進行研究，認為廊固凹陷新生代以來經歷了多期構造活動，河西務斷裂為廊固凹陷內控帶斷層，對武清凹陷沙三段之后的沉積具有明顯的控制作用。前人對河西務斷裂帶的斷裂分段、平面特征、剖面特征、構造演化等方面都有研究（黃忠范，1992；趙紅格等，2003；勞海港等，2010；曾慶魯，2010），從中，我們獲得了河西務斷裂由北向南分為3段，斷裂上部斷開第三系至第四系，深部具有右旋花狀構造特征。前人的工作主要在油氣勘探與預測研究方面，研究部位主要集中于富油構造層位，所關注的地層界面為新近系及以下層位；斷裂的幾何空間展布主要來自石油深部斷點地表投影或次級構造單元劃分邊界。從活動斷裂的角度來看，我們更關心該斷裂在近地表的精確幾何展布及活動特征，但這一方面很少有人涉足或涉足不深，研究成果較為少見。

河西務斷裂距離廊坊市城區最近僅6km，斷裂的第四紀活動特征與地震、地質災害密切相關。本文通過對廊坊市活斷層探測資料的系統分析，綜合淺層地震勘探、鉆孔聯合剖面探測和地層年齡數據等資料，確定了斷裂的活動時代、活動速率等參數，以期為地震預測與災害預防、工程穩定性與地震安全性評價、土地利用與城市規劃以及雄安新區建設服務。

1　區域構造概況

河西務斷裂位于廊固凹陷的東坡，是控制廊固凹陷和武清凹陷的分界斷裂，兩者在始新世—漸新世早中期屬于統一的斷陷盆地；到漸新世晚期，廊固凹陷與武清凹陷逐漸開始分離；在新近紀初兩者才徹底分離成2個獨立的凹陷。漸新世晚期，河西務斷裂發生強烈的張性右旋走滑運動，導致武清凹陷發生強烈沉降和接收沉積物，斷層上盤有完整的古近系，厚達5000—6000m，其下為古生界；下盤地層較薄，古近系厚約3000m，之下為古生界。河西務斷層錯斷了新近系頂面，造成千米左右的落差，說明該斷裂新近紀時期強烈活動。第四紀以來，河西務斷裂繼續活動，控制著武清凹陷的發育，致使武清凹陷成為冀中坳陷的沉降中心，第四系厚度超過400m（王少春等，2011）。河西務斷裂向北延伸與桐柏斷裂小角度相交（范強等，2017），向南延伸與牛東斷裂、高陽-博野斷裂斷續相接，構成了華北平原區內部1條規模巨大的北東向斷裂構造帶（圖1）。河西務斷裂上曾經發生過多次中強或小地震，其中，1511年河北霸縣5?級地震發生在斷裂南端，1536年北京通縣5?級地震發生在斷裂北端，1621年永清東北5?級地震發生在斷裂中段。2018年2月12日永清4.3級地震距離河西務斷裂最近，幾乎就在斷裂上，震源機制解顯示該地震的可能發震構造為河西務斷裂，具有右旋正斷性質（王曉山等，2018）。

F1：河西務斷裂；F2：牛東斷裂；F3：高陽-博野斷裂；F4：老河頭斷裂；F5：徐水南斷裂；F6：大興凸起東緣斷裂； F7：大興凸起西緣斷裂；F8：夏墊斷裂；F9：太行山山前斷裂；F10：寶坻斷裂；F11：桐柏斷裂；F12：滄東斷裂

2　河西務斷裂帶平面展布與深部構造特征

河西務斷裂北起河西務西北，向西南經大王務，延至永清東碼頭鎮，全長約50km，走向北東，傾向南東，傾角40°—60°。斷裂由北向南分為3段，分別稱為河西務斷層、大北尹斷層及別古莊斷層，北段長15km，走向NE50°，傾角65°；中段長22.5km，走向NE35°，傾角50°；南段長15km，走向NE50°，傾角70°（勞海港等，2010）。該斷裂斷錯基底古生代地層，是廊固凹陷與武清凹陷的分界，與其它斷層組構成河西務構造帶。斷層組呈雁行斜列排布，受北北東向的河西務斷裂控制，并與之斜交。主斷層、伴生斷層組及次級伴生構造軸向的平面排布關系表明，河西務地區構造為扭動構造組合，是深層右旋扭動的結果，斷裂帶寬達2—4km。楊承先等（2011）指出這種花狀結構是走滑斷裂的特征，這一性質可由主斷層下降盤附近地層的強烈拖曳變形而非同沉積結構所反映。這種右旋性質與古近紀以來右旋張剪區域應力場相一致。

地震勘探顯示河西務斷裂主斷層呈近直立狀（圖2），與構造帶內其它斷裂構成花狀結構（黃忠范，1992；趙紅格，2000）。地震剖面顯示，斷裂下部斷至基底反射波以下，上部斷開古近系至第四系的反射波，分別切穿了T2、T5、T6和Tg地層（地震反射界面，T2為新近系底界，T5為沙二段底界，T6為沙三段底界，Tg為古近系底界），主要控制沙二—沙一段沉積，主斷層兩側的伴生斷層呈疊瓦狀向上朝兩側撒開，成為地塹型斷塊的邊界，并逐漸消失在淺部反射層中。主斷層深部的落差比淺層的落差大，淺層受斷裂影響的形變區的寬度大于深層，呈錐狀外形，與巖石底部剪切應力作用所形成的破裂區一致。

圖2　LF-511、LF-313和WA-623人工地震地質解釋剖面（據趙紅格，2000）

3　淺層地震勘探剖面及構造解釋

淺層地震勘探是河西務斷裂探測的主要手段，我們根據河西務斷裂附近以往地質和地球物理探測等資料進行綜合分析，判斷河西務斷裂近地表的空間展布，并進行測線布設。其中，測線LF04X長503m，方向為北西—南東，使用美國GEOMETRICS公司STRATAVISOR-NZXP地震儀進行地震勘探數據的采集，采用70kg沖擊夯源進行地震波激發，觀測系統為單邊72道接收、最小偏移距12m、道間距2m、炮間距6m（12次覆蓋），采樣間隔0.25ms，記錄長度0.7s，多個檢波器組合接收。根據勘探任務、地質特點和資料特征，制訂處理流程，確定處理參數，并使用專業處理軟件進行數據處理，包括格式轉換、道編輯、靜校正、數值濾波、動校正、速度掃描、水平疊加等內容，獲得了有效的地震反射時間剖面。

圖3是LF04X測線經過數據處理后得到的地震反射時間及地質解釋剖面。在地震反射時間剖面500ms以上的范圍內，呈現豐富的地層界面反射波組，根據各反射波組特征及波組之間的相互關系，在剖面上共解釋了7組近水平的地層界面反射。根據測線附近鉆孔（京8、京2、務1、務3等）資料及時深轉換結果，發現T0、T2、T3、T4波組分別對應Q4、Q3、Q2、Q1地層的底界面。T4和T3反射能量呈現時強時弱特點，反映出第四系沉積在橫向上的差異變化（也可能與震源能量不足有關）；T2反射能量較強，反射波振幅均衡，震相特征明顯，同相軸連續性較好，雙程反射時間為170—180ms，時深轉換后T2的埋深為160—170m；T0反射波同相軸連續性好，雙程反射時間為50—60ms，埋深30m左右。

根據剖面上各反射波同相軸的橫向變化特征和上下反射波組關系，在剖面上解釋了1個斷點F，第四系底界面的斷距為20—45m，上斷點位于CDP285、雙程反射時間160ms，為傾向東南的正斷層，錯斷了Q3底界面反射波組T2，而未錯斷Q3內部的反射波組T1。需要指出的是，在CDP300左側，斷層F上盤可以解釋1條近直立的次級反向正斷層，其上斷點更淺（100m以淺）。

圖3 LF04X地震勘探反射時間及地質解釋剖面

4　鉆孔聯合剖面探測

4.1　第四系地層劃分

鉆孔聯合剖面場地位于廊坊市城區東南部冶煉廠附近，第四紀地層厚度較大，發育于較為完整的盆地中部，為湖相沉積相，由淺湖相、深湖相、濱湖及其過渡相交替構成。巖性主要以不同顏色的粘土、粉砂質粘土、泥質粉砂和粉砂為主，其次為中砂和細砂，并組成頻率較高的互層和旋回層，代表性鉆孔在鉆遇的241m地層中包含全新統、上更新統和中更新統，尚未見礫石和砂礫，沉積物中夾雜有較多的鈣質結核，標志層不太顯著。鉆孔地層底界劃分如表1所示。

表1　冶煉廠場地各孔分段深度表（單位：m）

劃分依據介紹如下：

（1）全新統：以黃灰色、灰色為主，砂與粘土互層，底界為1套薄層灰色泥質粉砂，厚約0.5—1m，4個鉆孔有較好的一致性。依據地層顏色、巖性、旋回特性與測年數據，綜合控制性鉆孔的劃分與對比等確定其層位，4個鉆孔底界深度平均為27.7m。全新統與下伏更新統上部為整合接觸。

（2）上更新統：可分為上、中、下3套和若干旋回。從沉積物的顏色、巖性和沉積旋回分析，上更新統底界是重要的轉換面，界面以上以灰色、深灰色、黃綠色為主，部分黃褐色，巖性以粘土、粉砂質粘土、泥質粉砂、粉砂、細砂為主，部分中砂，界面以下總體為黃褐色和灰褐色。本段共獲得15個熱釋光測年數據（35.07±2.98ka— 136.47±15.01ka），主要分布于Q3的中部和下部，所測年齡整體上隨地層深度的增加逐漸變老，主要數據能控制主要層段的層位與界面，結合地層的巖性特征和沉積旋回結構，綜合控制性鉆孔的劃分與對比等，確定4個鉆孔Q3底界平均為170.8m。

（3）中更新統（未見底）：以褐灰色、黃褐色、雜色粘土、粉砂質粘土、泥質粉砂、粉砂、細砂為主，部分中砂。本段共獲得11個熱釋光測年數據（132.48±11.26ka—209.73±23.07ka），其中LY-1孔的測年數據（132.48±11.26ka、155.60±17.11ka、168.97±18.58ka、181.76± 19.99ka）和LY-4孔的測年數據（154.77±17.02ka、156.26±17.19ka、175.21±19.27ka、209.73±23.07ka）標定了更新統中部層位。

4.2　地層斷錯特征

對鉆孔聯合剖面（圖4）進行對比分析，發現鉆孔LY-1和LY-4之間確實存在斷點，上斷點埋深116.9—146.2m。斷裂西側鉆孔YL-3、YL-1在深150—170m層段（Q31）以粘土為主，東側鉆孔YL-4、YL-2以砂層為主，反映了斷裂兩側的地層沉積差異。YL-1鉆孔底部標志層深229.9m，鉆孔LY-4標志層深241.9m，標志層為灰色的粉砂質粘土，在斷點兩側的落差為12m。具體分析如下：

（1）全新統（Q4）：底界深度為26.3—28.2m，埋深基本一致，沒有斷錯跡象。

（2）上更新統（Q3）：底界深度為168.5—172.9m，斷點兩側鉆孔的底界深度分別為168.5m和172.6m。在層深147—172m層段（Q31），東（上）盤以砂層為主，西（下）盤以粘土為主，底界斷距約4.1m。

（3）B1層：為灰色、黃灰色粉砂、細砂，含鐵質結核和云母，有淺灰色粘土互層或泥質條帶，厚3—5m。斷層西側以細砂為主，東側以粉細砂或粘土質粉砂為主，斷距約3.7m。

（4）B2層：為1套灰黃色細砂、中砂層，厚約4—5m，層上或層下為顆粒相對細小的粉砂或粘土層。斷層西側以灰黃色細砂、泥質粉砂、粉砂質粘土為主，含泥質條帶和炭質條帶，見銹斑和鈣質結核；斷層東側以灰黃色細砂、中砂為主，夾薄層粘土層，見銹斑，厚4m。YL-1孔B2層底界深168.5m，YL-4鉆孔B1層底界深172.6m，斷錯約4.1m。

圖4　河西務斷裂鉆孔聯合剖面綜合解釋圖

（5）中更新統（Q2）：中上部在深約170—240m地層的標志層和重要旋回層的底界面有斷錯現象，自上而下各界面分別稱為B3、B4、B5、B6、B7，深度相差依次為8.6m、8.7m、10.7m、11.9m和12.0m，自上到下錯距逐漸變大。

（6）B3層：為1套灰色中細砂，厚約2—3m。斷層西側YL-1鉆孔為厚2.6m的灰色中細砂，底界深度為174.3m，底部含有磨圓較好的礫石，與YL-3鉆孔同性狀砂層厚度、深度相當。斷層東側2個鉆孔砂層厚度與YL-1、YL-3相當，但埋深較深，YL-4鉆孔B2層底界深約182.7m，斷層兩側斷錯約8.6m。

（7）B4層：為1套灰色中細砂、粉砂，厚約5—6m。斷裂西側鉆孔YL-1、YL-3層位一致性較好，鉆孔YL-1層厚約5.4m，底界深約188.1m。斷裂東側鉆孔LY-4、LY-2層位厚度、埋深一致性較好，鉆孔LY-4層厚約5.5m，B3層底界深約196.8m。斷層兩側斷錯約8.7m。

（8）B5層：為1套灰色粉砂、泥質粉砂，厚約4m。斷裂西側鉆孔YL-1層厚約4m，底界深約208.3m，含有鐵質銹斑和炭質條紋，中部偶見鈣質結核斷裂東側鉆孔。LY-4層厚約4.2m，底界深約219m。斷層兩側斷錯約10.7m。

（9）B6層：為1套灰黃色細砂、粉砂，厚約2m。斷裂西側鉆孔YL-1層厚約2.4m，黃灰色細砂，有粘土夾層，含白云母，偶見鈣質結核，底界深約222.9m。斷裂東側LY-4為粉砂，層厚約2.3m，底界深約234.8m。斷層兩側斷錯約11.9m。

（10）B7層：為1套灰黃色泥質粉砂，厚約1.6m。斷裂西側鉆孔YL-1層厚約2.4m，為灰黃色泥質粉砂，含泥質條帶，底部偶見鈣質結核，底界深約229.9m。斷裂東側鉆孔YL-4層厚約2.4m，為灰綠色泥質粉砂，底界深約241.9m。斷層兩側斷錯約12.0m。

5　斷裂活動性分析

5.1　最新活動時代

淺層地震勘探發現河西務斷裂在地下淺部有明顯的反映。由于淺層地震探測分辨率有限，其探測結果顯示的斷裂上斷點埋深往往與斷裂的實際上斷點有所偏差，因此，采用鉆孔聯合剖面探測、淺層地震勘探及地層年代測試進行對比分析。

將鉆孔與淺層地震勘探結果對比可以看出，斷點兩側鉆孔約150m以下層位均有斷錯跡象，特別是170m以下斷錯跡象更為明顯（圖3、4）。地震剖面與鉆孔聯合剖面結果一致，斷裂位于鉆孔LY-1與LY-4之間，上斷點埋深約150m（或更淺）。

根據地層年代測試結果，上升盤LY-1孔145.2m處的熱釋光樣品年齡為115.42±9.81ka，163m處的熱釋光樣品年齡為126.58±10.76ka；下降盤LY-4孔154.16m處的熱釋光樣品年齡為111.18±9.45ka，161.18m處的熱釋光樣品年齡為128.64±10.93ka。這些數據表明河西務斷裂最新活動時代應該在115.42±9.81ka—126.58±10.76ka之后，屬于晚更新世早期。

5.2　第四紀以來各時段的滑動速率

由鉆孔地層對比可知，河西務斷裂上斷點埋深150m以淺，晚更新世以來標志層B1、B2錯斷，B1位于153—157m，斷距3.7m，B2位于168—172m，斷距4.1m，B2底界也為晚更新統底界，如認為斷裂晚更新世以來仍持續活動，據此推測河西務斷裂晚更新世以來的平均垂直滑動速率為0.03mm/a。中更新統多個標志層發生錯斷，B3、B4、B5、B6、B7從上到下斷距逐漸增大，斷距分別為8.6m、8.7m、10.7m、11.9m、12.0m。最大斷距12m沒有下限年齡限制，因此無法計算滑動速率。次大斷距11.9m位于孔深222.9—234.9m之間，以LY-4孔234.8m處的熱釋光樣品年齡（209.73±23.07ka）為年齡下限值，晚更新世晚期以來斷裂垂直活動較弱，以100ka為年齡上限，11.9m斷距在109ka時間內的滑動速率為0.11mm/a，其可代表河西務斷裂中更新世晚期的平均垂直滑動速率。上述斷裂垂直斷距及滑動速率顯示，河西務斷裂主要活動時代為中更新世及以前，晚更新世早期垂直活動減弱，從地震剖面傾角上陡下緩推測晚更新世以來斷裂活動性質可能發生轉變，由早期以垂直活動為主轉為晚期以走滑活動為主。

6　結論與討論

冀中凹陷區河西務斷裂活動被巨厚的第四系沉積層覆蓋，僅采用地表地質調查手段很難獲取斷點準確的空間位置、上斷點埋深及最新活動時代。本文通過淺層地震勘探和鉆孔聯合剖面探測，結合鉆孔樣品年代測試結果，分析了河西務斷裂的第四紀活動性質及活動特征。

河西務斷裂走向北東，傾向南東，視傾角50°—65°，向北延伸與廊固凹陷內橫向斷層（桐柏斷裂）小角度相接，向南延伸與牛東斷裂相接，為冀中凹陷內1條規模巨大的北東向構造帶。斷層錯斷了下更新統、中更新統和上更新統底部，上斷點埋深為150m以淺，第四系底界面的斷距為20—45m，晚更新世以來平均垂直滑動速率為0.03mm/a，中更新世晚期以來平均垂直滑動速率為0.11mm/a。

本文的研究結果局限于廊坊市活斷層探測目標區內的河西務斷裂，因此后續還需要對其它段落進行深入的綜合研究。

致謝：文中所用的淺層地震勘探資料和鉆孔探測資料來自廊坊市活動斷層探測項目，對該項目的其他參與人員表示衷心感謝。

范強，冉志杰，周月玲等，2017．桐柏斷裂地震勘探資料研究．地震工程學報，39（S1）：25—34．

桂寶玲，何登發，閆福旺等，2011．廊固凹陷的三維精細地質結構．地質科學，46（3）：787—797．

黃忠范，1992．河西務東主斷層的扭動特征及與油氣勘探的關系．石油地球物理勘探，27（1）：112—119．

勞海港，吳孔友，2010．河西務構造帶調節構造特征分析．內蒙古石油化工，（14）：30—32．

王少春，門相勇，錢錚等，2011．渤海灣盆地武清凹陷含油氣系統的復合性特征與有利勘探區帶．地質勘探，31（11）：59—62．

王曉山，周月玲，馮向東，2018．2018年2月12日河北永清4.3級地震．華北地震科學，36（2）：18—22，42．

楊承先，于慎諤，趙俊香，2011．北京地區晚第三紀活動的北東向走滑大斷裂帶的初步研究——根據人工地震資料中的花狀構造的解譯．見：地殼構造與地殼應力文集（23）．北京：地震出版社，68—76．

易士威，趙淑芳，范炳達等，2010．冀中坳陷中央斷裂構造帶潛山發育特征及成藏模式．石油學報，31（3）：361—367．

曾慶魯，2010．廊固凹陷河西務構造帶斷裂特征與油氣成藏．內蒙古石油化工，（17）：109—111．

趙紅格，2000．廊固凹陷構構造特征及其演化．西安：西北大學．

趙紅格，劉池洋，2003．廊固凹陷的拆離滑脫構造．西北大學學報（自然科學版），33（3）：315—319．

Comprehensive Survey and Study on the Activity of the Hexiwu Fault in Langfang Area, Hebei Province

Zhou Yueling1), Peng Yuanqian1), Chen Jianqiang2), Bian Qingkai1)and Wang Xiaoshan1)

1) Hebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China 2) China University of Geosciences, Beijing 100083, China

The Hexiwu fault is the eastern margin fault of Hexiwu tectonic belt, and is concealed under the cover of the Jizhong depression. We have conducted comprehensive survey and research on Hexiwu fault through petroleum drilling data analysis, shallow seismic exploration, composite drilling section and faulting age determination. The results showed that Hexiwu fault is an extensional detachment fault, which is composed of a main fault dipping to southeast and many secondary faults dipping to SE/NW. The width of the fault zone at surface is about 2—4km, where the surface projection of the breakpoint displays the nearly parallel distribution of primary and secondary faults. In the deep part of the fault zone, the fault is in the form of a ladder eastward slipping, and the second fault has a tendency to attribute to the main fault. The main fault activity in the fault zone is stronger than the secondary faults, generally strikes NE, trend SE, dipping to 50°—65°, with breakpoint on the buried depth of about 150m. The most recent faulting activity is in the early late Pleistocene and the late Pleistocene with sliding rate of 0.03mm/a.

The Hexiwu fault; Shallow seismic exploration; Composite drilling section; Tectonic activities

周月玲，彭遠黔，陳建強，邊慶凱，王曉山，2018．河西務斷裂活動性的綜合探測研究．震災防御技術，13（3）：610—618．

10.11899/zzfy20180312

河北省地震科技星火計劃項目（DZ20170503012），地震科技星火計劃項目（XH180302Y）

2018-04-16

周月玲，女，生于1983年。工程師。從事活動構造調查與探測工作。E-mail：zyl19831111@sina.com