徐 伟 刘旭东 张世民

(中国地震局地壳应力研究所，北京 100085)

口泉断裂中段晚第四纪以来断错地貌及滑动速率确定

徐 伟 刘旭东*张世民

(中国地震局地壳应力研究所，北京 100085)

通过口泉断裂1/5万地质填图，调查了口泉断裂中段(上神泉至杨家窑段)晚第四纪以来断错地貌特征。从山麓麓原面到山间沟谷河床一共可以划分出5级层状地貌面，最顶部(第5级地貌面)为山麓剥蚀面，推测为形成于新近纪的唐县期夷平面;第4级地貌面由大河间T3阶地以及山麓地带发育的同期洪积台地组合而成，形成于中更新世末、晚更新世初;第3级、第2级地貌面在山区只见于山间河谷，分别代表着T2及T1阶地，山前不同部位展布T2及T1同期洪积扇，分别形成于晚更新世末、全新世中期;第1级地貌面为河漫滩及山前现代洪积扇。口泉断裂中段晚第四纪活动以小峪口至楼子口段最为明显，T1阶地断距超过3m，T2阶地断距不＜17.5m。根据测年、T2阶地断距与断代，得出小峪口至楼子口段滑动速率不＜0.53mm/a，石井至鹅毛口段滑动速率为0.4mm/a，大峪口至禅房段滑动速率为0.17mm/a。这可能表明口泉断裂中段晚第四纪活动中心位于小峪口至楼子口一带，向两侧活动强度减弱。

口泉断裂 层状地貌 断错地貌 滑动速率

0 引言

口泉断裂为山西地堑系北部大同盆地西缘断裂(图1)。该断裂北起大同市以北的官屯堡附近，往SW经北羊坊、上皇庄、口泉、鹅毛口、小峪口、大峪口至上神泉，在甘庄转为近SN走向，继续向南在地上庄转向SW，向西在神头转为近EW向并止于峙峪，全长160km。该断裂所控制的盆地西侧在历史时期发生过2次6⅟²级地震，其未来地震危险性受到关注。关于口泉断裂全新世以来的古地震活动，前人做了研究，认为在距今1.23万a以来发生过4次地表破裂型古地震事件(谢新生等，2003)。研究者还根据部分段落冲沟的一致性拐弯，推断该断裂有右旋走滑错动(丁国瑜等，1983;徐锡伟，1989;邓起东等，1995;王乃梁等，1996;谢新生等，2003)。目前对该断裂晚第四纪活动性研究仅限于个别点，尚不系统，尤其缺少定量测量资料与测年数据。口泉断裂中段从上神泉至杨家窑 (图1b)，全长47km，断错地貌形迹清楚。本文在口泉断裂1/5万地质填图的基础上，对断裂中段晚第四纪断错地貌进行了系统对比与断代，在此基础上给出了断裂在晚第四纪以来较为可靠的倾滑速率。

图1 口泉断裂展布图Fig.1 Distribution map of the Kouquan Fault.

1 区域地质背景

大同盆地位于山西地堑系北部，是山西断陷系新生代断陷盆地的主要组成部分。怀仁沉降中心位于口泉断裂东侧，其新生代最大沉积厚度达到1，800m，位于口泉至鹅毛口段靠近口泉断裂一侧，在大峪口段沉积厚度也有1，000m以上(王乃梁等，1996)。

口泉断裂在中生代表现为逆断层，其东侧的大同盆地当时受NW-SE方向的主压应力作用，表现为轴向NE的背斜构造，其西侧形成的向斜盆地沉积了较厚的煤系地层。进入新生代，口泉断裂受NW-SE方向的主张应力作用而表现为张性倾滑断层，在其东侧形成了大同断陷盆地，并沉积了以km计的新生代沉积物(王钟堂，1957;杜丕，1964;邓起东等，1973;刘光勋等，1986;王乃梁等，1996)。断裂除南端走向近 EW外，总体走向N35°～55°E，倾向 SE，倾角50°～70°。柏坡以北断裂中北段晚第四纪以来垂直错动迹象显著，普遍发育高达几m至二十几m的断层崖或断层陡坎，有些地方断层崖被流水侵蚀切割成断层三角面。

2 层状地貌

口泉断裂西侧基岩山区在新生代尤其是第四纪以来经历了强烈的构造隆升(王乃梁等，1996)。断层崖和断层三角面在小峪口至楼子口段表现得尤为明显。山麓洪积台地和山间河谷发育的河流阶地以及山前不同时期冲洪积扇的展布很好地刻画了该地区的构造运动。

从山麓麓原面到山间沟谷河床一共可以划分出5级层状地貌面，最顶部(第5级地貌面)为山麓剥蚀面，推测为唐县期夷平面;第4级地貌面由大河的T3阶地与山麓地带发育的洪积台地联合而成;第3级、第2级地貌面发育于山间河谷，分别代表着T2及T1阶地，山前局部发育着同期洪积扇;第1级地貌面为河漫滩及山前现代洪积扇。图2为口泉断裂石井至鹅毛口段断层两侧层状地貌展布图，图中等高线的等高距为20m。

图2 石井至鹅毛口段层状地貌图Fig.2 Stratiform landforms of the part between Shijing village and Ermaokou village.

2.1 山麓剥蚀面

山麓剥蚀面是地貌侵蚀旋回达到壮年期形成的地貌，是破坏了的山足面或壮年期河流宽谷(潘保田等，2000)，指示了相对较长的构造稳定期(张世民等，2008)。

口泉断裂中段，上升盘可见零散分布的山麓剥蚀面，为第5级(最高一级)地貌面。新生代以来基岩山区遭受强烈的构造抬升，长期遭受风化剥蚀，山麓剥蚀面已成山梁与丘陵地貌。该级地貌面整体海拔1250～1 300m，高出山前冲积平原100m左右，拔河50～80m。在局部地区，山梁上上覆磨圆较好的砾石和红土，有可能是华北地区上新世唐县期剥蚀面。

2.2 山麓洪积台地与T3阶地

洪积台地是山麓地带构造抬升的标志(韩恒悦等，2001)。山麓洪积台地与大河的T3阶地相连，构成了第4级地貌面，拔河30～40m。其中山麓洪积台地已被现今河流切割成为山梁，但其展布已超越了冲沟的范围，指示一期广泛的麓原化过程。洪积台地上部披盖有厚度不等的砂砾石层。

在断裂较活动的禅房以北段，垂直差异运动使得上升盘侵蚀作用较强，早期形成的洪积台地上覆的砾石层已残留很少或侵蚀殆尽，基岩裸露，仅在局部地区如王坪西及石井附近保留较好。而在断裂活动较弱的上神泉至禅房段，洪积台地保留相对较好，顶面较为平坦。石井北洪积台地顶部光释光年代为(70±6.59)ka BP。洪积台地上发育1m至数m厚的砂砾石层，其中还夹多层棕红色黄土层，指示其可能形成于中更新世。

T3阶地在一些大的河谷两侧发育，整体拔河25～35m，为基座阶地。阶地砾石层整体偏红棕色，其间还夹杂有红褐色古土壤层，土质较硬。往河谷两侧，T3阶地与山麓洪积台地连成一体。

在小峪河T3阶地取光释光样，测得年龄为(73.7±4.37)ka BP。由此，推测该区T3阶地的年代不＜70ka。

2.3 T2阶地与同期洪积扇

山间河谷发育的T2阶地及山前展布的同期洪积扇代表了研究区的第3级地貌面。

T2阶地整体拔河10～20m，在物源丰富的大河谷内表现为堆积阶地，如小峪河。在物源较匮乏的小冲沟，T2阶地一般为基座阶地。阶地砾石层上覆厚度不等的晚更新世马兰黄土。

为了限定T2阶地最新年龄，我们在不同河流和探槽(位置见图4)的T1阶地底部冲积层和T2阶地顶部冲积层分别取了光释光样和炭样。测得年龄见表1。

河流阶地是在相对稳定堆积和迅速下切过程中形成的，T1阶地底部开始堆积的年代比T2顶部开始下切时的年代要新。因此，T1阶地底部的年代约束了T2阶地的最新年代。由表2可知:T2阶地的最新年龄为(20～33)ka BP。考虑到14C测年精度及石井北探槽Ⅱ取样位置更接近于T2阶地顶部，故T2阶地最新年龄更接近于33ka BP。

T2同期洪积扇主要展布于禅房以南，从上游往下游方向呈扇状展布，在山前连为一体，洪积扇又被新的冲沟下切，在沟壁可见粒径粗大的砾石。在柏坡以南，该期洪积扇上口泉断裂经过地段未形成断层陡坎，但更高一级地貌面前缘可见断层陡坎。

2.4 T1阶地与同期洪积扇

山间河谷发育的T1阶地及山前展布的同期洪积扇代表了研究区的第2级地貌面。

T1阶地主要发育于山区冲沟中。在柏坡以南断层活动较弱地段，山前T2同期洪积扇及扇间黄土台被冲沟下切，较大的冲沟中也发育了T1阶地。T1阶地一般拔河5～10m。

在不同河流和探槽(位置见图4)的T1阶地取样进行测年，结果见表2。由此，可以推断该区T1阶地最新年龄4～8ka BP，为全新世早中期。

T1同期洪积扇主要展布于柏坡以北断层较活动的地段。柏坡至禅房山前，T1同期洪积扇上冲沟发育，扇面往下游方向缓缓降低直至与现代洪积扇连为一体。

2.5 河漫滩与现代洪积扇

河漫滩及大河出山口展布的现代洪积扇代表了研究区最低的一级地貌面。

现代洪积扇在禅房以北段大河出山口可见，呈扇状展布。因水量充足，植被发育，多数地段已被开垦种植庄稼，但从遥感影像上可以很明显地看出。冲洪积扇往下游方向彼此相连，再往下游就形成冲洪积平原。

3 断错地貌特征

口泉断裂从遥感影像上平行于主断裂方向未发现明显的断层陡坎，野外跨断层穿越了诸多冲沟，除在盆地后缘与基岩接触带附近可见断错现象外，往盆地方向未发现阶地断错，表明口泉断裂活动主要集中在基岩与盆地接触部位。研究区域内不同部位因断层活动性差异断错地貌特征各异。在活动性强的部位断层线性迹象清晰，形成了断层崖和断层三角面，断层断错了河流的低阶地(第1、第2级阶地);在活动性弱的部位，断层崖线性特征不清楚，由于遭受河流侵蚀或坡面后退，断层陡崖多呈缓坡状，低阶地没有断错。

3.1 断层崖与断层三角面

柏坡以南由于断层活动弱，早期断错形成的断层陡崖已后退成缓坡状，线性特征不明显。T2同期洪积扇在山前广泛分布且彼此相连，扇顶深入上升区并披盖于基岩之上，断错形成的陡坎已被冲蚀，仅在扇间局部有所残留。图3a为燕庄北T3同期洪积台地陡坎，台地面较为平坦向山前缓缓降低，山前为黄土台地。

柏坡以北断层活动较强，断层崖与断层三角面清晰可见，断层线性展布，以小峪口至楼子口一带最为明显，可见新鲜的基岩陡坎。

柏坡至禅房段断层线性特征较柏坡以南明显，山前广布T2及T1同期洪积扇，黄土台地在扇间可见，基岩山顶近断层处局部可见T3同期洪积台地，在前缘可见洪积台地前缘断坎。图3b为柏坡北T3同期洪积台地前缘断坎，台地面平坦展布，拔河30m，其上散布磨圆很好的砾石，局部受后期钙质淋滤已胶结成岩。

禅房以北段由于断层活动性较强，早期形成的T3同期山麓洪积台地已被侵蚀殆尽，仅局部有所残留，山前断层经过处陡坎清晰可见。图3c为小峪口至楼子口之间基岩陡坎。图3d为石井北T3同期山麓洪积台地前缘陡坎，台地面较为平坦，可见磨圆很好的砾石层，局部地区受后期钙质淋滤已固结成岩，台地顶面拔河25～30m，断层经过处，冲沟沟壁可见基岩断面。

鹅毛口以北，山前转为黄土台地，断层在黄土台地中形成陡坎。

3.2 断错阶地

3.2.1 断错 T1阶地

图3 口泉断裂中段典型断层崖(虚线为断层经过处)Fig.3 Typical fault scarps of the middle part of Kouquan Fault.

图4 口泉断裂中段探槽开挖位置及周边地貌图Fig.4 Trench locations of the middle part of Kouquan Fault and nearby geomorphologic map.

口泉断裂中段晚第四纪活动明显，禅房以北段可见T1、T2阶地跨断层断错现象，在小峪口至楼子口段表现得尤为明显。禅房以南，冲沟两侧发育的T1阶地未见断错迹象。图4为研究区典型的阶地断错。为了研究中段地区古地震活动，在小峪口至楼子口一带以及石井至鹅毛口一带一共开挖了6个探槽，位置见图4。探槽同样揭示出阶地断错。

图5 口泉断裂中段典型阶地断错Fig.5 Typical faulted terraces of the middle part of Kouquan Fault.

图5b为大峪口南西冲沟南壁T1阶地上部剖面图，阶地拔河6.8m，可见T1阶地顶部细砾石层被阶梯状断层错断，断距为50cm;图5c为小峪口东北冲沟南侧T1阶地断错地貌，下盘T1阶地拔河3.5m，断层错断T1阶地并形成高3m的陡坎，山前为现代洪积扇，T1阶地断距至少为3m。

在鹅毛口南侧一条无名冲沟南岸T2阶地前缘陡坎开挖了一个探槽，即鹅毛口南探槽Ⅱ(位置见图4)，揭示口泉断裂最新活动错断了T1阶地。图5e为其北壁局部剖面。具体层位为:层①灰黄色黄土层，底部与层②交界处光释光样测年结果为(7.71±0.19)ka BP，为该区T1阶地最新年龄;层②粉细砂夹杂细砾石层;层③粗砾石层;层④细砾石层，可见水平层理;层⑤粉砂粉土层，顶部光释光样和炭样测年结果分别为(17.59±0.32)ka BP和(21.69±0.08)ka BP，代表了T1阶地底部的年龄;层⑥⑦⑧⑨未见明显层理，受断层多期活动影响，砾石较乱，断层附近可见砾石定向排列，局部可见古土壤层;层⑩肉红色花岗片麻岩，片麻理产状与断层大致相同。层②～层④为T1阶地沉积，最新年代距今(7.71±0.19)ka。分析可知，T1阶地披盖了断层F2～F4，被断层F1错断，断距为25cm，代表了断层在该处最新一次活动的垂直断距。

图5f为鹅毛口南探槽Ⅰ(位置见图4)南壁局部剖面图。该探槽顶为T1阶地，拔河5m，其水平砾石层被错断，阶地顶部为灰褐色黑垆土层所覆盖，具体层位为:层①黄白色次生黄土层;层②黑垆土上部，颜色呈浅灰褐色;层③黑垆土下部，颜色呈深灰褐色，该层中部14C年龄为(7.34±0.08)ka BP;层④灰黄色亚砂土;层⑤砾石层，受钙质淋滤呈灰白色;层⑥砾石层，上部粒径较下部大;层⑦砾石层;层⑧灰黄色粉砂粉土层。层①～层④上覆于T1阶地之上，故该区T1阶地最新年代不＜(7.34±0.08)ka BP。分析可知，除层①和层②未断外，其余各层均被错断，断层最新活动断错至黑垆土下部土层，断距25cm。

石井北探槽Ⅰ顶部同样为黑垆土层所披盖，断层最顶部错断了黑垆土下部深褐色土层顶部，断距30cm。

3.2.2 断错 T2阶地

柏坡以南，山前T2同期洪积扇发育，扇顶已向上游延伸至基岩山区，洪积台地又被年轻的冲沟下切，沿冲沟从上游往下游方向进行追踪，跨断层未见断错迹象，表明该地段T2阶地及同期洪积扇形成之后断层未再有活动。柏坡以北，T2及更高的阶地被错断。

图5a为禅房至大峪口之间一NW-SE向冲沟左岸T2阶地断错地貌。该处T2阶地拔河15m，断层产状45°/SE∠55°。具体层位为:层①砾石层，可见水平层理;层②砾石层，层位明显，粒径下粗上细，最顶部为厚约0.5m的棕红色古土壤层;层③棕红色黄土层，土质较硬;层④前寒武系花岗片麻岩，片麻理产状55°/SE∠55°。通过层位对比，可见该处T2阶地垂直断距为 5.7m。

小峪口北探槽附近上升盘T1阶地拔河3.5m，T2阶地拔河10m，在下降盘T2阶地被埋藏，在冲沟沟床北侧高漫滩上跨断层处进行探槽开挖，槽底距顶部7.5m，尚未揭示出T2阶地顶部，说明该处在T2阶地形成以来断距不＜17.5m。

图5d所示为石井北探槽Ⅱ(位置见图4)，该探槽为前人取土所留下的大坑，深6m。在南壁可见T2阶地被数条阶梯状断层错断，上盘阶地砾石层上覆灰黄色马兰黄土，T2阶地在此垂直断距达13m。T2阶地最顶部砾石层之下的粉砂粉土层中炭样测年结果为(33.02±0.27)ka BP(图6)。

4 活动性分析

以33ka作为研究区T2阶地面年龄，由此计算出石井北探槽ⅡT2阶地形成以来滑动速率为0.4mm/a。小峪口北T2阶地断距超过17.5m，滑动速率不＜0.53mm/a。大峪口至禅房段T2阶地断距为5.7m，滑动速率为0.17mm/a。研究区不同部位阶地断错量及滑动速率总结如表3。

图6 石井北探槽Ⅱ南壁剖面图Fig.6 South side section of trench Ⅱ at the north of Shijing village.

由此可以看出，口泉断裂中段晚第四纪最大断错位于小峪口至楼子口一带，T1阶地断错不＜3m，T2阶地断错不＜17.5m，T2阶地形成以来滑动速率不＜0.53mm/a。

5 结论

通过对口泉断裂上神泉至杨家窑段遥感影像解译及野外实地调查，得出以下几点结论:

(1)从河床至剥蚀面可以划分出1～5级层状地貌，依次为河床、现代洪积扇、T1阶地(T1同期洪积扇)、T2阶地(T2同期洪积扇)、T3阶地(山麓洪积台地)、山麓剥蚀面。

(2)以柏坡和禅房为界，分为3段，各段断错地貌特征各异，表现为上神泉至柏坡段山麓洪积台地被错断，更新的地貌面跨断层连续，断错地貌不明显;柏坡至禅房段断层不连续，T2阶地被错断，T1阶地跨断层连续;禅房以北段断层线性展布，T1阶地被错断。

(3)禅房以北段断层活动呈现中间强，向两侧变弱的特点。最强段位于小峪口至楼子口段，T1阶地断错不＜3m，T2阶地断距不＜17.5m，T2阶地形成以来滑动速率不＜0.53mm/a。大峪口T1阶地断错50cm，石井至鹅毛口段断层最新活动错断T1阶地，断距25～30cm。

研究表明口泉断裂中段在进入中更新世末至晚更新世初，柏坡以南段活动呈减弱趋势，进入晚更新世晚期，柏坡至禅房段断裂活动减弱，进入全新世，断裂活动主要集中于禅房以北段，其中以小峪口至楼子口段表现最为明显。

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LATE QUATERNARY FAULTED LANDFORMS AND DETERMINATION OF SLIP RATES OF THE MIDDLE PART OF KOUQUAN FAULT

XU WeiLIU Xu-dong ZHANG Shi-min
(Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China)

Kouquan Fault is located in the north part of Shanxi graben which controls the west edge of Datong Basin.Two M 6⅟² earthquakes happened in the west side of basin in historical time，and there has been a concern about the future hazard of the fault.However，previous researches on Kouquan Fault were limited only in several points，especially，there was lack of measurements and dating data.Based on the 1:50000 geological mapping of Kouquan Fault，the paper investigates the late Quaternary faulted landforms of its middle part(the part between Shangshenquan village and Yangjiayao village)，combining with remote sensing interpretation of Spot image and field validating of the study area，and finally obtains the late Quaternary dip-slip rates of this fault.

Five stratiform landforms can be found from piedmont to riverbed.The topmost part(the fifth geomorphic surface)is piedmont erosion surface which might be the planation surface of Tangxian period;the fourth geomorphic surface，which formed in the end of the middle Pleistocene to the early stage of late Pleistocene，consists of T3terrace of big rivers and diluvium mesas developed on piedmont;the third and the second geomorphic surface can be found in valleys and are represented as T2and T1terrace，respectively.Diluvium mesas of the same period formed in the end of the late Pleistocene and the middle stage of Holocene are distributed in different parts in front of mountains.The first geomorphic surface is flood plain and modern alluvial fans at mountain front.

According to OSL dating and radiocarbon dating of different terraces，we obtained the ages below:T3，no less than 70ka;T2，about 33ka;T1，4 ～8ka.

The characteristic of faulted landform of the research area is different due to the fault activity of different parts.In the segment with intense faulting，the fault trace is obvious，and we could see fault scarps and triangular facets in the field，low river terraces such as T1and T2had been faulted;In the segments with less activity，the fault trace is unclear，the older fault scarps have gentle slope due to river erosion and reverse slope，and there is no evidence of faulted low terraces.Based on faulted landforms of the different terraces，we divide the middle part of Kouquan Fault into three sections by Baipo village and Chanfang village.

At south of Baipo village，the diluvium mesas corresponding to the period of T3were faulted，but there is no evidence found dislocating the younger geomorphic surface.This indicates that this part has not been active since Holocene;T2and the older terraces were faulted between Baipo village and Chanfang village;the evidence of offset of T1terrace could be seen at the north of Chanfang village，especially in the part between Xiaoyukou village and Louzikou village.

In the section north of Chanfang village，the fault throw of T1terrace is 50cm in Dayukou village，over 3m in the part between Xiaoyukou village and Louzikou village，and 25 ～30cm in the part between Shijing village and Ermaokou village;the fault throw of T2terrace is 5.7m in the part between Chanfang village and Dayukou village，over 17.5m in the part between Xiaoyukou village and Louzikou village，and 13m in the part between Shijing village and Ermaokou village.We calculated the slip rates combining with the fault throw of T2terrace at different sites，and the results are as follows:＞0.53mm/a between Xiaoyukou village and Louzikou village，0.4mm/a between Shijing village and Emaokou village and 0.17mm/a between Chanfang village and Dayukou village.These maybe indicate that the late Quaternary activity of the fault was centered on the part between Xiaoyukou village and Louzikou village，and became weaker towards both sides.

Kouquan Fault，stratiform landforms，faulted landform，slip rate

P315.2

A

0253-4967(2011)02-0335-12

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.007

2011-01-10收稿，2011-04-28改回。

中国地震局“十一五”重点项目(1520945024)、中国地震局地壳应力研究所基本科研业务专项(ZDJ201009)和国家自然科学基金(40972143)共同资助。

* 通讯作者:刘旭东，E-mail:liu_xingyi@yahoo.com.cn。

徐伟，男，1986年生，2008年毕业于中国矿业大学地质工程专业，现为中国地震局地壳应力研究所在读硕士研究生，主要研究方向为地震地质、新构造、活动构造，电话:13426220213，E-mail:xwazhy@163.com。