北京地區(qū)干交斷裂活動(dòng)狀態(tài)的大地水準(zhǔn)測量

0區(qū)域水準(zhǔn)測量及特征地殼變形法的數(shù)據(jù)是最可靠、最直接的研究欺詐活動(dòng)的證據(jù)。斷層是地殼塊體的邊界,是地殼中最活躍的部位,活動(dòng)斷層兩側(cè)和端部最易積累或釋放應(yīng)力。研究斷層的現(xiàn)今運(yùn)動(dòng),對(duì)區(qū)域地震活動(dòng)背景和大震預(yù)測有重要意義。通常是通過布設(shè)在斷層上的流動(dòng)觀測點(diǎn)或者臺(tái)站短水準(zhǔn)來監(jiān)視斷層活動(dòng)的。重復(fù)的大范圍的水準(zhǔn)測量資料一般用來研究一個(gè)區(qū)域的垂直形變場,較少有人用它研究斷層活動(dòng)。其實(shí),在大范圍的水準(zhǔn)測量網(wǎng)絡(luò)中,有許多測線跨越一些重要斷層,如果進(jìn)行過多次重復(fù)觀測,則可以用來研究斷層的活動(dòng)。本文擬用現(xiàn)代大地水準(zhǔn)測量資料研究北京地區(qū)的現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和特征。研究的范圍是φN39.5°~φN40.5°,λE116.0°~λE117.2°。該地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈,歷史上曾發(fā)生過多次強(qiáng)烈地震,近年來中小地震亦較活躍。北京地區(qū)大地水準(zhǔn)測量網(wǎng)布設(shè)密集,復(fù)測次數(shù)多,資料積累豐富,是研究現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)震發(fā)育的有利場所。1數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)1.1單位權(quán)的測量結(jié)果本文所用資料為中國地震局第一地形變監(jiān)測中心于1983年、1988年、1992年和1998年在華北北部進(jìn)行精密水準(zhǔn)測量的結(jié)果。分1983年至1998年,1998年至1992年,1992年至1998年3個(gè)時(shí)段,采用線性動(dòng)態(tài)速率平差模型對(duì)資料進(jìn)行整體平差,形變基準(zhǔn)點(diǎn)為北京原點(diǎn)。平差計(jì)算得到的單位權(quán)中誤差都在1mm/km左右。平差計(jì)算由中國地震局第一地形變監(jiān)測中心楊國華研究員完成,本文直接采用他的計(jì)算結(jié)果。圖1是該地區(qū)的水準(zhǔn)路線及活動(dòng)斷層分布圖。1.2北西南北東—構(gòu)造背景北京地區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上屬于張家口—蓬萊地震構(gòu)造帶。它由—系列北西西和北東—北東東向活動(dòng)斷裂組成共扼構(gòu)造格架。其中北西西向斷裂有昌平—豐南斷裂、南口—孫河斷裂;北東—北東東向活動(dòng)斷裂有南口山前斷裂、小湯山—東北旺斷裂、黃莊—高麗營斷裂、順義—良鄉(xiāng)斷裂、南苑通縣斷裂、夏墊斷裂等(見第9頁圖1)。這些斷裂將該地區(qū)內(nèi)部巖體分割成與主干斷裂方向大體一致的隆起和凹陷。它們?cè)谛聵?gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期的活動(dòng)方式往往以斷塊差異活動(dòng)為其特點(diǎn)。2錯(cuò)誤2.1mz,3g活動(dòng)南口山前斷裂起于北京昌平縣黃花城,經(jīng)白羊城、南口村,止于馬創(chuàng)泉,全長61km,正斷層,走向北東50°,傾向南東,形成于MZ,Q3活動(dòng)最強(qiáng)。南口山前斷裂由多條斷裂組成,其北面還有一條斷裂與之平行,起于果莊,經(jīng)居庸關(guān)、王家園,在禾子澗與沿河城斷裂相交。西撥子—昌平水準(zhǔn)線在南口東源村附近穿越南口山前斷裂。由于1998年至1992年與1983年至1988年重復(fù)水準(zhǔn)點(diǎn)太稀不能說明問題,只采用1991年至1998年的資料,由圖2可見,斷裂附近是明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),斷裂以北是逐漸抬升,斷裂以南比較平穩(wěn)(見圖2)。2.2沙河鎮(zhèn)斷陷盆地下降特征小湯山—東北旺斷裂起于北京湯山,止于頤和園,全長24km,正斷層,走向北東35°,傾向南東,形成于N,Q4最活躍,1730年頤和園6.5級(jí)地震可能與該斷裂有關(guān)。南口—北京剖面在沙河鎮(zhèn)與回龍觀之間跨越該斷層。從1983年到1998年沙河鎮(zhèn)斷陷盆地一直在下降,下降最快的時(shí)間是1988年至1992年,最大下降速率為23.48mm/a,下降范圍西起西沙屯村,東到清河西,下降中心在沙河鎮(zhèn)(見圖3)。小湯—東北旺斷裂兩側(cè)速率差異十分明顯。1983年至1988年為4.5mm/a,1988年至1992年為13.4mm/a。沙河鎮(zhèn)是沙河斷陷盆地的中心,現(xiàn)今的下降可能反映了盆地的繼承性下降運(yùn)動(dòng)。但是下降速率太快,其中也可能含有人類活動(dòng)引起的地面沉降。下葦?shù)辍本┢拭嬖谲娗f與模石口之間是一明顯的下降區(qū),在五里坨與模石口之間形變梯度最大,兩點(diǎn)速率差異1983年至1988年為1.16mm/a,1992年至1998年為1.4mm/a(見圖4)?；顒?dòng)方式與回龍觀一致。此處位于半山區(qū),干擾因素少,資料可靠。推測小湯山—東北旺斷裂可能延伸到了這里。2.3斷裂形態(tài)及活動(dòng)黃莊—高麗營斷裂起于河北淶水,向北經(jīng)長溝、辛開口、曉幼營、大灰廠、黃莊、洼里,止于柔廟城,正斷層,全長130km,形成于E,Q3活動(dòng)最強(qiáng)。黃莊—高麗營斷裂是由多條斷裂組成,比較重要的是其西側(cè)并與之平行的八寶山斷裂。由于兩條斷裂相距很近,且八寶山斷裂活動(dòng)相對(duì)較弱,所以第9頁圖1僅標(biāo)出黃莊—高麗營斷裂。這兩條斷裂位于北京坳陷與京西隆起的交接地帶,是控制北京坳陷的西界斷裂。黃莊—高麗營斷裂可分為3段:南段自淶水到辛開口,走向?yàn)楸睎|31°;中段為辛開口至八里莊,走向?yàn)?6°;北段為八里莊至廟城,走向約北東41°。有3條水準(zhǔn)線跨越黃莊—高麗營斷裂,自北向南依次是懷柔—順義、下葦?shù)辍本┖驮葡紟X—良鄉(xiāng)紫草塢(見第9頁圖1)。懷柔—順義剖面在高各莊東南穿過黃莊—高麗營斷裂,此處是全線最活躍的地方。各個(gè)時(shí)段的變化形態(tài)基本相似,東南盤下降,西北盤相對(duì)上升,斷層兩側(cè)速率差異1983至1988年為1.53mm/a,1988年至1992年為0.6mm/a,1992年至1998年為0.45mm/a(見第11頁圖5)。下葦?shù)辍本┢拭嬖谔锎迮c八里莊之間穿過黃莊—高麗營斷裂。斷裂兩側(cè)速率差異不明顯(見第10頁圖4)。云霞嶺—紫草塢剖面在房山縣辛開口村跨越黃莊—高麗營斷裂。這里屬于斷裂的南段,斷裂兩側(cè)差異運(yùn)動(dòng)十分清晰,東盤下降,西盤上升,上下兩盤垂直形變速率差異1983年至1998年為0.2mm/a,1988年至1992年為1.45mm/a(見圖6)。地震部門為了監(jiān)視黃莊—高麗營斷裂的活動(dòng),在大灰廠設(shè)有一個(gè)流動(dòng)觀測點(diǎn),用基線和水準(zhǔn)觀測斷裂的現(xiàn)今活動(dòng),每月觀測一至數(shù)次。已經(jīng)積累了30多a資料。在頭20a里,斷裂比較穩(wěn)定,但是自1989年后出現(xiàn)強(qiáng)烈活動(dòng),而且活動(dòng)有不斷加強(qiáng)的趨勢(shì),斷裂兩盤垂直變化累計(jì)已達(dá)38mm,平均速率為2.9mm/a,上盤上升,下盤下降(見圖7)。在距大灰廠流動(dòng)觀測點(diǎn)東北約800m處,是豐臺(tái)地震臺(tái),有室內(nèi)短水準(zhǔn)監(jiān)視黃莊高麗營斷裂的活動(dòng),自1990年以來也同樣觀測到斷裂的明顯變化,形態(tài)與大灰廠流動(dòng)觀測點(diǎn)的觀測結(jié)果基本相似,斷裂兩盤相對(duì)垂直變化達(dá)17mm左右,平均速率為1.3mm/a(見圖8)?？傊?黃莊—高麗營斷裂各段都有活動(dòng),但各段活動(dòng)方式和強(qiáng)度有所不同。在北段是上盤下降,反映出順義斷陷盆地下降和京西隆起的繼承性抬升;中段活動(dòng)最強(qiáng),大灰廠一帶平均垂直向速率超過2mm/a,西(下)盤下降,東(上)盤上升,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的受壓狀態(tài);南段是東(上)盤下降,西(下)盤上升,反映出京西隆起抬升和涿州斷陷盆地的繼承性下降。中段的活動(dòng)方式與南、北兩段相反,可能與斷裂帶的走向變化有關(guān)。因?yàn)槟?、北兩段走向?yàn)楸北蔽?中段為北東東。如果京西地區(qū)的壓應(yīng)力場為北北西,則斷裂的中段必將受到擠壓,而南、北兩段則受到拉張。所以,斷裂活動(dòng)方式相反。2.4順河湖濕地公園北西部斷裂活動(dòng)順義—良鄉(xiāng)隱伏斷裂是一條縱貫北京凹陷的斷裂,起于河北涿州,經(jīng)前門,止于順義,全長70km,正斷層,走向北東30°,傾向北西。水準(zhǔn)路線在蘆溝橋小井村與六里橋之間跨越順義—良鄉(xiāng)隱伏斷裂。由圖9看見,此處斷裂活動(dòng)不明顯。另一條從石景山—通縣水準(zhǔn)在北京玉淵潭與西安門北大醫(yī)院之間跨越斷層,斷裂東盤下降,下降速率1988年至1992年為0.93mm/a(見圖9)。2.5mz,3g南苑—通縣斷裂南起松林店,經(jīng)馬頭、南邵、葫蘆岱、東葫城、南苑,止于北務(wù)南,全長11km,正斷層,走向北45°東,傾向北西,形成于MZ,Q3活動(dòng)最強(qiáng)。是北京凹陷與大興隆起的分界。北安河—大興剖面在南苑跨過南苑—通縣斷裂,但是沒有明顯變化(見圖10),石景山—通縣剖面在雙橋西跨過斷裂,但是由于重復(fù)水準(zhǔn)點(diǎn)太稀,不能說明問題。2.6基底斷裂分析夏墊斷裂南起鳳河營,并與桐柏?cái)嗔严嘟?往北經(jīng)馬頭、夏墊、馬坊、鎮(zhèn)羅營、桃園、程各莊,止于吉家營,全長100km,正斷層,走向北東30°,傾向南東,形成于E,Q4活動(dòng)最強(qiáng)。夏墊斷裂是大興隆起與大廠凹陷的分界。沿?cái)嗔褞е亓Ξ惓５戎稻€密集,為一條基底斷裂,1679年發(fā)生的三河—平谷8級(jí)大地震與該斷裂帶有關(guān),有4條水準(zhǔn)線跨過夏墊斷裂。一條是巨各莊—三河水準(zhǔn)線,在大興莊與岳各莊間跨過斷裂。1983年至1988年斷裂東盤上升,西盤下降,兩側(cè)速率差為1.1mm/a;1988年至1992年轉(zhuǎn)為東盤下降,西盤上升,兩側(cè)速率差達(dá)4.6mm/a(見圖11)。第2條是通縣—薊縣水準(zhǔn)線,在夏墊跨過斷裂。1983年至1988年夏墊附近變化最大,東側(cè)上升,西側(cè)下降,速率差為3.9mm/a。在1988年至1992年的剖面圖上,夏墊是速率變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn),夏墊以西下降速率逐漸增大,夏墊以東比較平緩(見圖12)。第3條跨越該斷裂的是通縣—大孟莊水準(zhǔn)線,但是重復(fù)水準(zhǔn)點(diǎn)太少,不能進(jìn)行有效分析。第4條跨越斷裂的是榆垡—廊坊水準(zhǔn)線,由于處在強(qiáng)烈的地面下沉區(qū),斷裂活動(dòng)信息被掩蓋。2.7垂直變形速率剖面分析昌平—豐南斷裂西起昌平十三陵,經(jīng)順義、上倉,止于唐?？h撈魚尖,全長250km。左旋走滑斷裂,形成于MZ末,Q4活動(dòng)強(qiáng)烈。有北京—懷柔廟城、通縣—薊縣跨越該斷裂。a)北京—懷柔廟城垂直形變速率剖面圖上,在昌平—豐南斷裂通過的順義突然出現(xiàn)陡坎,斷裂的南盤下降,而北盤相對(duì)上升,兩盤速率差1983年至1988年為2.4mm/a,1988年至1992年為5.8mm/a(見圖13);b)通縣—薊縣水準(zhǔn)線在三河與段甲嶺之間跨越斷裂,1983年至1988年三河水準(zhǔn)點(diǎn)明顯上升,但不能判斷斷裂的活動(dòng)狀況。1988年至1992年斷裂兩側(cè)變化不明顯(見圖12)。雖然在地質(zhì)年代里昌平—豐南斷裂是一條走滑斷裂,但是現(xiàn)今水準(zhǔn)測量資料分析,它還有傾滑成分,總體表現(xiàn)為斷裂的西南盤下降,東北盤上升。活動(dòng)最強(qiáng)的地段在順義附近,速率達(dá)5.8mm/a。2.8主北緣斷陷盆地北邊界南口—孫河斷裂西起南口,經(jīng)七間房、百善、孫河、止于馬頭附近,全長58km,正斷層,形成于N2,Q3活動(dòng)最強(qiáng)。南口—孫河斷裂是沙河斷陷盆地的北邊界。北京—懷柔水準(zhǔn)線在孫河跨越斷裂,1983年至1998年有明顯活動(dòng),斷裂南盤下降,速率差異達(dá)4.66mm/a,反映出沙河斷陷盆地的強(qiáng)烈下降。1988年至1992年變化不大(見圖13)。3區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的特征a)有活動(dòng)斷裂通過的地方,形變剖面上常常顯示出轉(zhuǎn)折或突變。用大地形變測量資料研究斷裂的現(xiàn)今活動(dòng)狀況是最直觀、最可靠的方法;b)北京地區(qū)的8條主干斷裂的現(xiàn)今活動(dòng)都比較活躍,在1983年至1998年的15a間,活動(dòng)最強(qiáng),速率超過2mm/a的有小湯山—東北旺斷裂、黃莊—高麗營斷裂中