南苑—通县断裂大兴规划新城段的研究

2012-01-28李哲琳孙进忠

城市地质 2012年4期

黄骁，陈刚，李哲琳，孙进忠

（1.中国地质大学工程技术学院，北京 100083；2.北京市地质工程勘察院，北京 100046；3.中国新兴建设开发总公司，北京 100039）

0 引言

南苑—通县断裂是北京南部平原地区的一条主要控制性断裂，是划分北京迭断陷和大兴迭隆起的分界断裂。1979年北京地震地质会战期间，沿南苑－通县断裂实施了一系列人工地震剖面探测，揭示了断裂的存在[1][2]。20世纪90年代以来，随着地震安全性评价工作的开展，北京市地震局、中国地震局所属研究所等多家单位先后在断裂南段的芦城、方庄、后高米店和西红门等地开展了程度不同的浅层人工地震剖面探测，但由于探测剖面线较短、深度浅等多方面原因，探测结果显示的断错地层不甚清楚。为查明南苑—通县断裂在大兴规划新城内的准确位置，并进一步验证该断裂的活动性，2009年北京市地质工程勘察院在“北京大兴规划新城前期区域工程地质勘查”项目中对该断裂开展了综合物化探（浅层地震勘探、放射性氡气勘探、重力勘探、电法勘探）工作，本文在此基础上将有关断裂的资料进行了总结归纳，与同行进行交流。

1 南苑—通县断裂前人研究成果

南苑－通县断裂总体呈北东向展布，南起河北省涿县的塔上，经北京房山区的刁窝、码头镇、两间房、葫芦垡，穿过永定河之后继续向北东延伸，沿南苑镇、大红门、高碑店、定福庄、双埠头、平家疃至顺义的北务一线展布，全长约为110km。断裂总体走向为北东35°～50°，倾向北西，倾角约40°～60°。

根据断裂几何结构及展布特点，大致以高碑店为界分为南北两段，在断裂分段界区东侧与南口－孙河断裂交汇。断裂北段为顺义迭凹陷的南边界构造，其北侧为顺义迭凹陷，第四系厚度约700m，南侧为大兴迭隆起，第四系厚度约200～300m；南段断裂两侧第四系底界面埋深相差不大，均在50～70m左右。

20世纪80年代地震会战中，在南苑－通县断裂北段布设了7条地震测线，其中317测线（通州和顺义之间）比较好地反映了该断裂深部特征。如图1“原石油部646厂317测线”所示，断层面倾向北西，倾角为70°～85°，它错断了早、中更新统的地层，说明南苑－通县断裂北段在早、中更新世有一定的活动性，且在该地区断裂两侧的第四系厚度有明显差异，证明其为穿透第四系底部的活动断裂。

北京地震地质会战时对断裂南段做了5条地震勘探测线，其中308号测线（从南苑到采育，测线跨越了大兴迭隆起和丰台迭凹陷，长度约26km）剖面（图2“原石油部646厂308测线”）中明显反应出南苑—通县断裂呈高角度正断层，自地表深200m以下明显错动了新近的T2层，200m以上的第四系TQ没有被错断的痕迹，沉积物的层理连续和清楚。且断裂两侧的第四系厚度没有明显差异，均为70m左右。故此，认为南苑～通县断裂南段的最新活动时代为第四纪之前，第四纪以来尚未发现断裂活动的迹象。

图1 原石油部646厂317测线

图2 原石油部646厂308测线

根据历史地震资料，在断裂的北段通州城区附近，在历史地震中以及1976年唐山地震中，其活动都极其显著；而断裂的南段南苑地区，却未发现震害证据，断裂的活动不明显[3][4]。因而推断该断裂在大兴一带不是明确的第四纪活动断裂。

2002年徐锡伟、吴卫民等认为南苑—通县断裂的主要活动时期为N、Q，最新活动时期为Q3[5]。2006年刘保金，胡平等人采用地震反射剖面和钻孔联合地质剖面确定了南苑—通县断裂北段控制了顺义盆地东南边界及其两侧的第四纪地层沉积，认为该断裂段错断的最新地层为埋深约43m 的晚更新中期地层，推断其最新活动时代应为晚更新世中期，晚更新世晚期以来没有明显的活动[6]。

2 勘查工作布置

本次野外数据采集共完成5条测线的综合物化探工作，每个测线均进行了放射性氡气勘探、重力勘探、电法勘探工作，其中Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ三条测线还进行了浅层地震勘探工作，工作布置见图3“南苑—通县断裂勘探剖面示意图”。

图3 南苑—通县断裂勘探剖面示意图

（1）兴丰大街测线（Ⅰ测线）：测线起点位于乐园路路口，沿兴丰街东侧自南向北布设，穿后高路、双高路、前高路，向北止于北兴路，测线全长1560m。

（2）兴旺路测线（Ⅱ测线）：测线起点位于清源路路口，沿兴旺路西侧自南向北布设，向北止于康庄路西口北侧500m处，测线全长1860m。

（3）清源西路测线（Ⅲ测线）：测线起点位于清源西路铁道北侧，沿清源西路自南向北布设，经大兴区黄村镇敬老院分院、蓝兴通达汽车修理中心、清源路、向北止于芦城至鹅房的路口南，测线全长2520m。

（4）前辛庄测线（Ⅳ测线）：测线起点位于前辛庄村内，沿小路自南向北布设，经前辛庄铁路涵洞向北止于天堂河边，测线全长1760m。

（5）六合庄测线（Ⅴ测线）：该测线沿永定河左堤路东侧自南向北布设，南端起于六合庄村西左堤路18km里程碑南200m处，止于宝兴高尔夫球场的过路天桥北侧680m处，测线全长2960m。

3 物化探资料分析

图4～图8为5条测线的综合物化探地质解释剖面图。测区5条放射氡气浓度曲线均显示放射性氡气在断裂带处有异常；异常幅度范围呈现北部测线较高南部测线较低的趋势，这与研究区基岩埋深深度变化的趋势吻合。

5条测线重力曲线图清楚地显示出断裂两侧的布伽重力梯度异常曲线均呈现南高北低的趋势，每条测线重力异常数值在断裂带位置均呈现急速下降的态势，在断裂两侧呈现负极大值。异常幅度在测区北部Ⅰ测线达到6毫伽、南部Ⅴ测线为3毫伽，亦可见由东向西逐渐减小趋势。断裂两侧的基岩埋深落差较大，上升盘，下降盘清晰。

5条电测深断面图均呈现如下特征：一维测深反演曲线在断裂带南北两侧有着明显变化，南侧为二元地层结构，北侧为三元地层结构。在断裂南侧推测为第四系下伏高阻基岩，在断裂西北侧推测第四系下伏新第三系，其下又是高阻基岩。在二、三元地层结构分界之处，推测为南苑—通县断裂。二维电测深反演断面图在断裂带两侧第四系下伏基岩视电阻率值存在明显变化，南侧第四系下伏基岩电阻率高达400欧姆•米；而北侧第四系下伏基岩电阻率仅为几十欧姆•米。据区域地质资料显示[7]：南侧为奥陶系灰岩，北侧为新第三系的泥岩、砂岩。界线两侧属不连续沉积地层，是断裂存在的重要特征。

3条浅层地震测线反射波叠加时间剖面显示：第四系底界TQ反射波都具有较高的信噪比，而且在剖面横向上均可以被连续追踪对比。第四系内部可分辨出1～3组地层界面反射波，它们的反射能量相对较弱，在剖面上基本呈近水平形态展布且连续。在第四系覆盖层之下的基岩地层内部，获得了多组TB反射波，它们的反射能量以及展布形态变化较大且都不连续，大部分断层在反射剖面上的特征清楚。其中Ⅰ测线中段TQ反射同相轴出现较为明显的扭曲，其下的TB1和TB2反射波组在相关位置也有不同程度的波形畸变和同相轴的扭曲、错断现象，推测该处可能存在断层；在剖面上是一个向北倾的正断层，视倾角较陡，错断了剖面上TQ以下的所有地层，在TQ反射界面的垂直断距很小，仅有1～3m左右。Ⅲ测线剖面揭示第四系下伏基岩内部的地层反射存在3处异常：其一在测线桩号730m附近，TB3以下的反射波组有波形畸变和同相轴的扭曲、错断现象，两侧地层的产状也有所不同，与其它物探方法显示断层位置基本一致；它错断了剖面上TB3以下的地层，在TB3反射界面的垂直断距约为2～4m左右。其二在测线桩号1440m左右的下方，TB1以下的反射波组存在能量上的较大差异，且各反射同相轴也有较为明显的扭曲、错断迹象，剖面显示为向南倾正断层，视倾角较陡；它错断了剖面上TB1以下的所有地层，在TB1反射界面的垂直断距约为2～4m左右。其三在1780m桩号附近的下方，TQ反射同相轴有较为明显的错断迹象，其下的TB反射波组在相关位置也有不同程度的波形畸变和同相轴的扭曲、错断现象，在剖面上显示为向北倾正断层，视倾角较陡；它将TQ反射界面垂直错断了4～6m左右。Ⅴ测线南段850m桩号左右的下方，TB3同相轴的反射能量出现较为明显的突变，推测为一向北倾正断层；它在TB3反射界面的垂直断距约为2～3m左右，由于剖面中TB反射震相的信噪比较低，在基岩内部解释的该断层可靠程度不高，且其它物探方法未在该桩号附近显示异常。

图4 Ⅰ测线综合物探地质解释剖面图

图5 Ⅱ测线综合物探地质解释剖面图

图6 Ⅲ测线综合物探地质解释剖面图

4 断裂综合分析研究

图7 Ⅳ测线综合物探地质解释剖面图

图8 Ⅴ测线综合物探地质解释剖面图

本次研究认为大兴规划新城处于南苑—通县断裂的南段，该段第四纪以来基本没有明显活动，表现在断裂两侧第四系厚度相同，且在浅层地震剖面上可以清晰看出断裂没有影响第四系，为一条基岩断裂。研究区内南苑—通县断裂带至少由两条断裂组成，其中靠北侧为主断裂，其南侧发育一条次级断裂；主断裂因控制了古近系和新近系的分布从而造成明显的重力梯度异常。研究区内断裂以氡气测量和电法测量的结果圈定其大体位置，以重力测量所解译的结果为主，以浅层地震的结果辅助可得5个断点，见表1“南苑—通县断裂断点参数表”。