楊曉平， 劉保金， 詹艷， 姬計法， 徐錫偉， 酆少英，高翠君， 趙萬里， 梁貴平， 杜曉泉

1 中國地震局地質(zhì)研究所, 活動構(gòu)造與活動火山重點實驗室， 北京　100029 2 中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州　450002 3 石家莊市地震局， 石家莊　050055 4 河北省地震局， 石家莊　050021

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太行山東緣石家莊南部地殼結(jié)構(gòu)及斷裂活動性探測

楊曉平1， 劉保金2， 詹艷1， 姬計法2， 徐錫偉1， 酆少英2，高翠君3， 趙萬里3， 梁貴平3， 杜曉泉4

1 中國地震局地質(zhì)研究所, 活動構(gòu)造與活動火山重點實驗室， 北京100029 2 中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州450002 3 石家莊市地震局， 石家莊050055 4 河北省地震局， 石家莊050021

摘要采用深、淺地震反射和鉆孔地質(zhì)剖面相結(jié)合的方法，對太行山東緣石家莊南部的地殼結(jié)構(gòu)和隱伏斷裂的活動性進行了研究.深地震反射探測結(jié)果表明，該區(qū)地殼厚度33～38 km，莫霍面從華北平原向太行山下傾伏.石家莊—晉縣凹陷是受拆離斷層控制的盆嶺構(gòu)造，太行山山前斷裂為凹陷的西邊界斷裂，表現(xiàn)為上陡下緩的鏟形斷裂.石家莊—晉縣凹陷中還發(fā)育北席斷裂和欒城斷裂，它們與太行山山前斷裂一樣受拆離斷層的控制，未錯斷早更新世晚期以來沉積的地層不屬于活動斷裂.深地震反射剖面的中部還揭示了一個近垂直的穹窿狀反射異常體，它可能起源于莫霍面，向上，穿過上、下地殼分界面，并延伸至上地殼.穹窿狀反射異常體內(nèi)部反射波視頻率隨深度增加而降低，在莫霍面附近的殼幔過渡帶也出現(xiàn)明顯的頻率降低、界面扭曲和變形現(xiàn)象，推斷它可能是上地幔巖漿上涌到地殼內(nèi)部的侵入體.結(jié)合電磁測深結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，上地幔熱物質(zhì)的上涌和東、西向拉張可能是形成石家莊—晉縣凹陷的動力學(xué)機制.探測結(jié)果為深入理解石家莊地區(qū)的深部地球動力學(xué)過程、華北克拉通破壞機制、深淺構(gòu)造關(guān)系和地震構(gòu)造提供了依據(jù).

關(guān)鍵詞華北平原； 石家莊—晉縣凹陷； 地震探測； 鉆孔地質(zhì)剖面； 斷層活動性； 地殼結(jié)構(gòu)

1引言

石家莊斷陷盆地位于太行山與華北平原的過渡帶上，一些學(xué)者通過對太行山山前斷裂、太行山東緣地殼深部結(jié)構(gòu)與淺部構(gòu)造關(guān)系的研究，認為地殼與巖石圈結(jié)構(gòu)是控制華北新生代構(gòu)造的主要因素，復(fù)雜的基底結(jié)構(gòu)與構(gòu)造是長期地質(zhì)歷史演化的綜合結(jié)果，部分斷裂還控制了華北新生代盆地的發(fā)育，是繼承性活動的結(jié)果(王椿鏞等，1994；徐 杰等，2000；張家聲等，2002).太行山山前斷裂是華北地區(qū)一條重要的構(gòu)造帶，北起北京懷柔附近，向南經(jīng)房山和河北淶水、保定、石家莊、邢臺、邯鄲，以及河南安陽、湯陰直至新鄉(xiāng)，總體呈NE-NNE向展布，全長620 km(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)，由黃莊—高麗營、徐水、保定—石家莊、邯鄲、湯東和湯西等十多條斷裂組成.太行山山前斷裂的中段石家莊—保定斷裂，自晚侏羅世—早白堊世開始控制了冀中坳陷盆地的發(fā)育，構(gòu)成冀中坳陷的西界，沿斷裂發(fā)育了石家莊、保定、徐水等凹陷，組成冀中坳陷的西部凹陷帶.此斷裂帶不僅是地貌分區(qū)的界線，而且也是區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地球物理場中重要的邊界，一些研究者認為它是一條深大斷裂(黃汲清，1980；商宏寬等，1985；河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)，有研究者認為它是活動斷裂帶和地震構(gòu)造帶，或部分段落最新活動時代為晚更新世早期(李紹炳等，1984；江娃利和聶宗笙，1984；高占武等，2014)，也有學(xué)者認為太行山山前斷裂第四紀無明顯活動(劉伯禮等，1991；徐杰等，2000).

地震的發(fā)生不但與地殼深部的構(gòu)造活動有關(guān)，而且沿地殼淺部的活動斷裂往往形成地震重災(zāi)帶(Schonlz,1990；Crone and Haller, 1991;徐錫偉等，2008)，說明深、淺構(gòu)造之間存在著某種內(nèi)在的力學(xué)聯(lián)系或地殼變形的深淺轉(zhuǎn)換.因此，探測研究地殼不同深度的構(gòu)造特征、變形方式和深淺構(gòu)造的幾何配置(構(gòu)造樣式)，以及淺地表構(gòu)造對深部構(gòu)造運動的響應(yīng)，對理解地殼深部與淺部物質(zhì)運移的動力學(xué)機制、地震發(fā)生的深、淺構(gòu)造背景等具有重要意義.本研究中采用深地震反射、淺層地震勘探和鉆孔地質(zhì)剖面相結(jié)合的探測方法，對太行山東麓冀中坳陷的地殼結(jié)構(gòu)和近地表斷裂的活動性進行了探測，獲得了研究區(qū)范圍的高分辨率地殼結(jié)構(gòu)和太行山山前斷裂活動性資料.文中根據(jù)獲得的深、淺地震反射剖面和鉆孔地質(zhì)剖面結(jié)果，對冀中坳陷西部的地殼結(jié)構(gòu)、深淺構(gòu)造特征和斷裂活動性進行了研究.其成果不僅可提高對該區(qū)深、淺構(gòu)造關(guān)系和發(fā)震構(gòu)造背景的認識，而且對研究華北克拉通的破壞也具有借鑒意義.

2研究區(qū)地質(zhì)概況和地震剖面位置

石家莊深地震反射、淺層地震反射和鉆探地質(zhì)剖面均位于太行山隆起與冀中坳陷的接合部位(圖1).太行山隆起區(qū)內(nèi)主要由前震旦紀變質(zhì)巖系(Pt、Ar)、花崗巖(r1)和古生代地層(Pz)組成，缺失中生代沉積，新生代以來繼續(xù)隆起并產(chǎn)生局部坳陷.冀中坳陷被第四紀地層(Q)覆蓋，其內(nèi)部可以進一步分成石家莊凹陷、北席凸起、晉縣凹陷、寧晉凸起、束鹿凹陷、新河凸起、南宮凹陷等次一級構(gòu)造單元.鉆探資料顯示，石家莊東側(cè)的藁城一帶，冀中坳陷內(nèi)第四紀沉積厚度達300 m(張兆吉，2009).研究區(qū)內(nèi)主要斷裂帶有太行山山前斷裂(F1)、北席斷裂(F2)、欒城斷裂(F3)、晉縣斷裂(F4)、新河斷裂(F5)、寧晉斷裂(F6)、明化鎮(zhèn)斷裂(F7)、晉(城)-獲(鹿)斷裂(F8)和衡水?dāng)嗔?F9)等.其中太行山山前斷裂(F1)為北北西向展布，該斷裂不僅是地形地貌分界線，也是區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地球物理場中重要邊界.研究區(qū)內(nèi)除晉—獲斷裂之外，其余斷裂均隱伏于第四紀地層之下(河北地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989；徐杰等，2000).

本文實施的深地震反射剖面位于石家莊市區(qū)南部，起點位于井陘南，終點位于藁城賈市莊鎮(zhèn)西南，測線長77.76 km(圖1).剖面西段(樁號25 km以西)處于太行山區(qū)，地形起伏較大，局部地形高差達200 m，地表以砂卵石層為主，厚度5～50 m不等，其下為基巖；剖面東段位于華北平原，地形平坦，人口密集，第四系厚度30～500 m不等.為獲得石家莊南部太行山山前斷裂(F1)、北席斷裂(F2)和欒城斷裂(F3)的淺部結(jié)構(gòu)及其活動性，還完成了2條總長度31.8 km的高分辨率淺層地震反射剖面和一排鉆孔(圖1).

圖1　研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與測線分布(a) 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖與測線分布； (b) 研究區(qū)位置圖.黑色方框為研究區(qū)大致位置. F1：太行山山前斷裂；F2：北席斷裂；F3：欒城斷裂；F4：晉縣斷裂；F5：新河斷裂；F6：寧晉斷裂；F7：明化鎮(zhèn)斷裂；F8：晉—獲斷裂； F9：衡水?dāng)嗔?Fig.1　Geological structure map and the division of geophysical measured lines(a) Geological structure map and the division of geophysical measured lines in research area; (b) Location map of research area, black box is the approximate location of the study area. F1： Piedmont fault of Taihang Mountains； F2： Beixi fault； F3： Luancheng fault； F4：Jinxian fault； F5： Xinhe fault； F6： Ningjin fault； F7： Minghuazhen fault； F8： Jincheng-Huolu fault； F9： Hengshui fault.

3地震數(shù)據(jù)采集與處理

3.1數(shù)據(jù)采集

深地震反射剖面的數(shù)據(jù)采集采用了道間距30 m、炮間距150 m、600道接收、60次覆蓋的觀測系統(tǒng).地震波激發(fā)采用鉆孔爆破源，激發(fā)孔深25～30 m，激發(fā)藥量30 kg.考慮到地殼深部結(jié)晶巖內(nèi)部的反射系數(shù)通常較小，由其產(chǎn)生的反射波能量較弱，現(xiàn)場工作中平均間距900 m還增加了藥量為80～100 kg的大炮，以確保深層反射波的信噪比.地震波接收時采用了固有頻率10 Hz的檢波器串(10個/道，線性組合)，地震儀器為美國I/O公司生產(chǎn)的SYSTEM-Ⅱ數(shù)字地震儀，采樣率4 ms，記錄長度20 s.

淺層地震剖面的數(shù)據(jù)采集分別采用了道間距4 m、炮間距20 m，180道接收、18次覆蓋(L1-3測線)和道間距8 m、炮間距40 m，240道接收、24次覆蓋(L1-1測線)的觀測系統(tǒng).地震波激發(fā)使用美國IVI公司生產(chǎn)的Y2700型可控震源，掃描頻帶30～200 Hz，掃描長度8 s.地震波接收使用了固有頻率60 Hz的檢波器串(4個/道，點組合).地震儀器使用法國SERCEL公司生產(chǎn)的SN408UL數(shù)字地震儀，采用間隔0.5 ms，記錄長度2 s.

無論是深地震剖面，還是淺層地震剖面，均采用了多次覆蓋P波反射探測方法.為確保深、淺地震探測成果質(zhì)量，現(xiàn)場工作時除對單炮記錄及時進行現(xiàn)場回放和質(zhì)量監(jiān)控外，還采用Grisys地震反射數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對每天采集的數(shù)據(jù)進行初步處理，依據(jù)初步疊加地震反射剖面效果檢查數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、指導(dǎo)現(xiàn)場探測工作.采用上述的工作方法和技術(shù)措施，可保證高質(zhì)量原始資料的取得.

3.2數(shù)據(jù)處理

深、淺地震反射資料的室內(nèi)數(shù)據(jù)處理采用Focus地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并結(jié)合了Grisys數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的部分模塊，充分利用了現(xiàn)有處理軟件的交互性能.其數(shù)據(jù)處理流程和方法主要包括：初至折射靜校正、時變帶通濾波、二維傾角濾波、時變譜白化、速度分析、正常時差校正(NMO)、傾角時差校正(DMO)、共中心點(CMP)疊加、剩余靜校正、疊后偏移和疊后剖面去噪等.

確定合理的地震波速度是獲得良好反射波疊加剖面圖像、計算反射界面埋深的關(guān)鍵.為獲得剖面上不同深度的反射波疊加速度和剖面平均速度，在深地震反射資料處理和解釋時，采用了不同的速度求取方法.對于雙程到時5～6 s及以上的反射波組，其反射同相軸大多呈雙曲線形態(tài)，資料處理中采用速度譜分析方法求取剖面沿線的疊加速度，并對相應(yīng)的反射波組進行正常時差校正(即動校正)；對于雙程到時5～6 s及以下的深層反射波，因相鄰記錄道之間的反射波正常時差較小，其反射同相軸近于平直，為獲得深層反射波的疊加速度，數(shù)據(jù)處理中除采用反射波速度掃描方法求取反射波疊加速度外，還參照了中國地震局地球物理勘探中心2010年完成的鹽城—石家莊—包頭深地震寬角反射/折射剖面二維地殼速度結(jié)構(gòu)資料1)1) 中國地震局地球物理勘探中心.2010.中國大陸活動斷層探察—華北構(gòu)造區(qū)深地震探測研究報告..在對淺層地震反射剖面資料進行動校正時，使用了速度掃描和速度譜分析方法得到反射波速度.采用上述數(shù)據(jù)處理方法獲得了較高信噪比的深、淺地震反射剖面圖像.為計算剖面上不同深度界面反射波的埋深，根據(jù)上述方法獲得的剖面反射波疊加速度數(shù)據(jù)，通過速度平滑和迪克斯(DIX)公式得到了剖面沿線的地殼平均速度分布(圖2)，并以此對深地震反射時間剖面進行時-深轉(zhuǎn)換和解釋.

圖2　深地震反射剖面的平均速度分布Fig.2　The average velocity distribution image of deep seismic reflection profile

由圖2的深地震剖面平均速度分布可以看出，地震波平均速度在縱向上由淺到深逐漸增加，橫向上呈現(xiàn)出剖面西側(cè)速度較高、東側(cè)速度較低的分布特征.雙程到時約3 s以上，平均速度總體小于3500 m·s-1；TWT3s以下，平均速度逐漸增加，但變化幅度較緩，至雙程到時8～8.5 s之間，平均速度增加至約5500 m·s-1；大約在雙程到時10.5～11.0 s之間，剖面平均速度約為5950～6050 m·s-1，而在雙程到時16 s之下，剖面平均速度大于7500 m·s-1.

4石家莊南部的地殼反射結(jié)構(gòu)特征

圖3給出了本項研究獲得的深地震反射疊加時間剖面以及時-深轉(zhuǎn)換后的剖面解釋結(jié)果.由圖可以看到，在雙程到時5 s以下，剖面上有兩組反射能量較強、橫向上連續(xù)性較好的反射波組RC和RM，它們是劃分該區(qū)地殼基本結(jié)構(gòu)的重要依據(jù).其中，反射波組RC在剖面上出現(xiàn)的時間約為TWT5～6 s，該波組在剖面上自東向西傾伏，對應(yīng)界面深度約為15～18 km，該界面被解釋為上、下地殼的分界面.反射波組RM解釋為殼幔過渡帶反射，其在剖面上的持續(xù)時間約為1.0～1.5 s，其底界相當(dāng)于莫霍面的位置.莫霍面在剖面上自東向西傾伏，其埋深約在33～38 km之間變化.

由剖面反射波特征看，本區(qū)上地殼反射大約以太行山為界，具有明顯不同的反射波場特征.剖面東段的華北平原區(qū)，地層反射較為豐富，界面反射波能量較強，反射同相軸的分段連續(xù)性也較好.根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)資料、石油地震剖面解釋結(jié)果(孫冬勝等，2004; 戴福貴等，2008)以及深地震剖面的反射波組特征，把剖面上的反射波TN解釋為新近系的底界反射，TE解釋為古近系的底面，其下為石炭-二疊紀和寒武紀地層.剖面上這些地層反射起伏變化形態(tài)清楚，并均向南東方向傾斜，局部地段上這些反射還表現(xiàn)出受構(gòu)造運動造成的地層褶皺、反射同相軸扭曲、界面產(chǎn)狀和反射能量變化以及反射同相軸的錯斷等現(xiàn)象，表明相應(yīng)位置上應(yīng)有斷裂存在.在剖面西段的太行山山區(qū)內(nèi)，剖面反射波特征與華北平原區(qū)的反射波特征明顯不同.在該區(qū)段內(nèi)，除了可隱約看到有一定橫向延續(xù)長度的、能量較弱的TB1反射波外，在剖面2.0 s以淺，幾乎看不到橫向連續(xù)性較好的界面反射.地質(zhì)資料表明，剖面西段的太行山內(nèi)為變質(zhì)巖出露區(qū)，既使局部地段上有少量的第四系覆蓋，但厚度較薄，因此，在深地震反射剖面上難以獲得連續(xù)性較好的反射.

在剖面樁號27～38 km之間(即太行山與華北平原的交接部位附近)，從剖面TWT2s之下的部分，可看到一條寬約10 km、近垂直分布的強能量的穹窿狀反射帶，它一直延伸到Moho面，且其兩側(cè)的RC反射波和下地殼反射波特征也明顯不同.剖面樁號27 km以西，RC反射波自西向東傾伏.在剖面西段的下地殼內(nèi)部，盡管下地殼反射波的橫向延續(xù)長度較短，但反射能量明顯比剖面東段要強，而且在橫向上有大約2～5 km不等的延續(xù)度.在樁號38 km以東，上、下地殼分界面反射波RC有著較好的橫向連續(xù)性，其界面產(chǎn)狀自東向西傾伏，在RC和RM之間的下地殼，從剖面上幾乎看不到明顯的反射震相.說明華北平原的下地殼與太行山之下的下地殼可能有著不同的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)構(gòu)成.出現(xiàn)在剖面樁號27～38 km之間的近垂直穹窿狀強反射能量帶是剖面上具有局部意義的一套反射事件，該套強反射從上地殼向下一直延伸到莫霍面，其外形上窄下寬，其波組形態(tài)和反射能量與其周圍的殼內(nèi)弱反射有很大區(qū)別，推測可能是上地幔熱物質(zhì)上涌至地殼的殘留物.在大地電磁測深剖面上，該穹窿狀強反射體表現(xiàn)為相對低阻特征，夾持在太行山山前斷裂之下的兩個高阻體之間(詹艷等，2011).遠震層析成像結(jié)果顯示華北地區(qū)地幔中存在明顯的低波速異常(Lei, 2012)，也支持穹窿狀強反射體可能為地幔熱物質(zhì)上涌至地殼的殘留物.

變質(zhì)核雜巖構(gòu)造是地殼經(jīng)歷強烈伸展和減薄的標(biāo)志之一，是地殼強烈伸展并使中下地殼物質(zhì)直接剝露至地表的典型構(gòu)造.一些研究表明，華北是中國最為典型的伸展構(gòu)造發(fā)育地區(qū)，發(fā)育一系列的變質(zhì)核雜巖構(gòu)造，它們可能是中生代華北克拉通破壞(巖石圈減薄)的淺部構(gòu)造表現(xiàn)和響應(yīng)(王濤等，2007；Zhu et al.,2011).近十幾年來，國內(nèi)外學(xué)者對伸展構(gòu)造開展了大量研究，鑒別出了一些典型的變質(zhì)核雜巖，如太行(阜平及贊皇)(牛樹銀，1994；孫冬勝等，2004)、房山(宋鴻林，1996)、云蒙山(Zheng et al.，1988；張建新等，1997)、呼和浩特(王新社等，2002)以及遼南(楊中柱等，1996)等變質(zhì)核雜巖，也發(fā)現(xiàn)和研究了一些與變質(zhì)核雜巖相似的穹隆等伸展構(gòu)造(劉正宏等，2002；劉俊來等，2006).深地震反射剖面在太行山與華北盆山結(jié)合部位所揭示的穹隆狀強反射異常體、低角度拆離斷層及其控制的沉積盆地與孫冬勝等(2004)利用石油地震剖面資料解釋的阜平變質(zhì)核雜巖以及北美科迪勒拉山地區(qū)的變質(zhì)核雜巖構(gòu)造(Davis and Lister, 1988)相類似.我們認為深地震反射剖面揭示的這套近垂直的、具有局部意義的穹窿狀反射體與變質(zhì)核雜巖可能有一定關(guān)系.

RM反射波組在剖面上表現(xiàn)為一組相互彼此近于平行的反射條帶，該反射帶解釋為殼幔過渡帶反射，在殼幔過渡帶內(nèi)部，多組反射波同相軸交叉或相互干涉.殼幔過渡帶反射波在縱向上的延續(xù)時間約為1.0～1.5 s，對應(yīng)殼幔過渡帶厚度約為3～4.5 km，殼幔過渡帶厚度在剖面上自東向西逐漸變厚，剖面東段的華北平原區(qū)，殼幔過渡帶較薄，約為3 km，而在剖面西段的太行山之下，殼幔過渡帶厚度約為4.5 km.殼幔過渡帶的底界解釋為地殼底界，即莫霍面.由深度解釋剖面(圖3)可以看出，本區(qū)莫霍面自東向西逐漸加深，剖面東端莫霍面埋深約為33 km，西端深度約為38 km.

圖3　石家莊深地震反射剖面及解釋圖(a) 深地震反射時間剖面及其構(gòu)造解釋圖; (b) 深地震反射剖面線描和構(gòu)造解釋圖.圖中藍色虛線示Moho面，藍色實線為淺層地震剖面位置. TN：新近系反射界面；TE:古近系反射界面；Tc-p-∈：石炭-二疊-寒武系的反射界面；TB1、TB2:太行山內(nèi)變質(zhì)巖中的反射界面；Tg:拆離斷層Fd上的反射界面；RC:上、下地殼分界面反射；RM:殼幔過渡帶反射；Fa、Fb、Fc: 太行山內(nèi)變質(zhì)巖中的斷層；L1-1、L1-3:淺層地震測線，位置見圖1.其他斷層符號見文中說明.Fig.3　Interpretation results of deep seismic reflection profile(a) Interpretation results of deep seismic reflection profile; (b) The line drawing figure and interpretation results of deep seismic reflection profile. Blue dotted line show the Moho, blue solid line show the location of shallow seismic reflection profile. TN：Neogene reflective interface； TE: Paleogene reflective interface； Tc-p-∈：Carboniferous-Permian-Cambrian reflective interface； TB1: Reflective interface within metamorphic rocks in Taihang Mountains； Tg: detachment fault reflective interface； RC: reflective interface between the upper and lower crust； RM: Cru07t-mantle transition zone reflective interface； Fa、Fb、Fc: Fauls in Taihang Mountains；L1-1、L1-3: shallow seismic reflection lines, the location see Fig.1.Other fault symbol see text description.

5石家莊南部的斷裂構(gòu)造特征

5.1深地震反射剖面揭示斷裂構(gòu)造特征

深地震反射剖面經(jīng)過地區(qū)的斷裂構(gòu)造較為發(fā)育.根據(jù)圖3的剖面反射波特征，在剖面上共有9條特征明顯的斷裂.現(xiàn)分別描述如下：

斷裂F8-2：該斷裂位于深地震反射剖面的西端，從剖面特征看，斷裂F8-2應(yīng)是規(guī)模較大的地殼深斷裂.從剖面西端點(樁號0 km)TWT1.0s左右開始，可看到一組傾角約45°～50°的東傾反射，該反射在剖面上斷續(xù)分布，反射能量時強時弱，而且其兩側(cè)的反射波特征也明顯不同，這說明兩側(cè)的巖石具有不同的物性差異和明顯的波阻抗，這組傾斜反射被解釋為斷層面反射.斷裂F8-2自近地表向下延伸，向下切割了基底反射波Tg和上、下地殼分界面反射RC，并一直可追蹤至深約23～25 km的地殼深處，推測其延伸至下地殼，終止于近直立的強反射異常體之上.根據(jù)該斷裂的斷面傾角估算，該斷裂在剖面西端1.0～1.2 km之間可能出露至地表.從區(qū)域地質(zhì)資料看，我們推測該斷裂與晉—獲斷裂中的一個分支斷裂相吻合，因此，剖面上的斷裂F8-2應(yīng)是晉—獲斷裂分支斷裂的深部表現(xiàn).

斷裂Fd：斷裂具有低角度拆離斷層特征，在剖面樁號35.8 km以西的太行山內(nèi)，它基本沿太行山內(nèi)一個可能的構(gòu)造拆離面展布，向西被斷裂F8-2所截.在樁號約35.8 km以東的華北平原區(qū)，斷裂Fd沿結(jié)晶基底和沉積蓋層底界面展布，大約以20°左右的傾角向華北平原區(qū)之下延伸，并控制了斷裂上盤的地層沉積和構(gòu)造發(fā)育.在剖面的東南端，推測斷裂Fd大約在TWT5s(深度約15 km)收斂到上、下地殼分界面RC之上.

斷裂Fa、Fb和Fc：斷裂均位于太行山內(nèi)，其位置分別位于剖面樁號8.80 km、18.30 km和26.85 km附近.由于這3條斷裂地處基巖出露區(qū)，斷裂兩側(cè)的反射波特征不明顯，因此，其可靠程度不高.但根據(jù)剖面上隱約存在的一些地層界面反射，推測這3條斷裂的規(guī)模不大，向下深度約2～3 km均終止在緩傾角的斷裂Fd上.

斷裂F1：該斷裂是傾向南東的正斷層，位于深地震反射剖面樁號30.1 km附近.由圖3可以看出，該斷裂錯斷了深地震反射剖面上埋深最淺的一組地層反射，向下深度約800～1000 m與斷裂Fd合并為一條向東傾的鏟形斷裂.從斷裂F1所處的位置和特征看，它應(yīng)是太行山山前斷裂(即石家莊凹陷的西邊界斷裂)的反映.

斷裂F2和F3：斷裂均位于斷裂F1以東的平原區(qū)，其位置分別位于深地震反射剖面樁號42.0 km和56.9 km附近.斷裂F2和F3表現(xiàn)為面狀或鏟狀正斷層特征，在剖面上相背而傾，共同控制了寬度約5 km的新生代隆起.由剖面反射波組特征看，斷裂F2和F3均錯斷了新近紀地層的底界反射波TN，向下切割古近紀和石炭-二疊紀等基巖地層，向下收斂到東傾的鏟形斷裂Fd上.區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料表明，北席斷裂為傾向北西的正斷層，是石家莊凹餡和北席凸起的邊界斷裂.欒城斷裂傾向南東，是北席凸起與晉縣凹陷的分界斷裂.從這2條斷層在剖面上的位置和特征分析，斷裂F2與北席斷裂的位置有著較好的對應(yīng)關(guān)系，而斷裂F3與欒城斷裂的特征相一致.

斷裂F3-1：該斷裂位于剖面樁號68.4 km附近.由圖3可以清楚地看出，斷裂F3-1為向東傾的正斷層，該斷裂錯斷了TN反射波之下的古近紀地層反射波TE等地層，向下終止于向東傾的緩傾角斷裂Fd之上，屬晉縣凹陷內(nèi)的一條次級斷層.

5.2斷裂的淺部構(gòu)造特征及其活動性

為獲得太行山山前斷裂F1的淺部結(jié)構(gòu)，在深地震反射剖面北約1.0～1.5 km附近，橫跨太行山山前斷裂F1完成了長度7.98 km的淺層地震反射剖面(其位置見圖1中的L1-3測線和圖3中的藍色實線)，圖4a給出了該測線的淺層反射波疊加時間剖面.可以看出多組地層界面反射在剖面上的分布特征非常清楚，第四紀和新近紀地層自西向東傾斜，太行山山前斷裂F1位于樁號5460 km左右，錯斷了新近紀地層反射波TN，并以鏟形正斷層方式向剖面深處延伸.除斷層F1外，在其東側(cè)還可看到錯斷新近紀地層的斷裂F1-1，該斷裂在剖面上向西傾，錯斷了新近紀地層的底界反射波TN，深度大約在800m左右歸并到斷裂F1之上，為太行山山前斷層的伴生斷層.

在深地震反射剖面以北側(cè)的馬莊鎮(zhèn)—冶河鎮(zhèn)—方莊鎮(zhèn)沿線，橫跨北席斷裂(F2)和欒城斷裂(F3)完成了長23.85 km的淺層地震反射剖面(測線位置見圖1中的L1-1測線和圖3中的藍色實線).圖4b給出了該測線的淺層地震反射波疊加時間剖面，由圖可以看出，該剖面揭示了多組反射能量較強、橫向連續(xù)性較好的新生界地層反射，這些地層反射在剖面上自西向東傾伏，新生界地層厚度西薄東厚.該剖面所揭示的斷裂F2-1位于淺層地震剖面樁號20 km附近，斷層向西傾，錯斷了新近紀地層的底界，為石家莊凹陷內(nèi)的一條斷層.斷層F2和F3分別位于樁號13 km和7.5 km附近，這2條斷層在剖面上相背而傾，在2條斷層之間的地層隆升，呈地壘狀.從剖面特征來看，這3條斷層均沒有延伸到第四系內(nèi)部，應(yīng)是第四紀以來不活動的斷層.

圖4　淺層地震反射剖面圖和構(gòu)造解釋TQ:第四系底界反射界面；TN、TE同圖3；F1、F2、F3同圖1.F1-1：石家莊斷裂的反向斷層；F2-1：北席斷裂的一條分支斷層.Fig.4　Shallow seismic reflection profiles and structure interpretationTQ: Bottom boundary reflection interface of Quaternary; TN、TE: The same as in Figure 2; F1、F2、F3: The same as in Fig.1; F1-1：The back-dip fault of Shijiazhuang fault；F2-1：a branch of Beixi fault.

在圖4的淺層地震剖面上盡管可以看到太行山山前斷裂F1的近地表特征，但要根據(jù)淺層地震探測結(jié)果判定斷裂的活動時代還存在不確定性.為了確定太行山山前斷裂在石家莊附近的活動性，跨太行山山前斷裂F1完成了一條210 m的鉆孔地質(zhì)剖面，該剖面由5個孔深100～101.5 m的鉆孔組成.圖5是根據(jù)5個鉆孔的地層柱狀圖得到的鉆孔地質(zhì)剖面，剖面中的地層自上而下分別是上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)和下更新統(tǒng).根據(jù)各鉆孔中地層的巖性特征和年齡樣品測試數(shù)據(jù)，鉆孔地質(zhì)剖面上揭露的地層特征如下：

上更新統(tǒng)：厚32.0～34.0 m，可細分為3段.其中上段層①厚11.6～14.0 m，巖性為灰黃、棕黃色亞黏土、亞砂土互層；中段層②厚6.5～11.4 m，巖性為灰黃、黃色粉細砂夾深灰、灰黑灰色淤泥質(zhì)黏土；下段層③厚9～13.5 m，巖性為棕黃色、黃棕色亞黏土、礫石層.

中更新統(tǒng)：埋深32～99.6 m，可細分為5段.自上而下，第五段層④厚11.0～14.3 m，巖性為黃褐色、棕黃色砂質(zhì)黏土，黃褐色、棕黃色砂礫石層；第四段層⑤厚10.0～11.6 m，巖性為灰色砂質(zhì)黏土，黃褐色、灰色砂礫石層；第三段層⑥厚7.4～11.2 m，巖性為灰色夾棕黃色砂質(zhì)黏土，黃褐色、灰色砂礫石層；第二段層⑦厚13.5～18.5 m，巖性為棕黃色砂質(zhì)黏土，灰色砂質(zhì)黏土夾砂礫石層；第一段層⑧厚15.6～18.0 m，巖性為灰色砂質(zhì)黏土層.

下更新統(tǒng)：僅鉆探揭露0.6～1.5 m厚的地層(層⑨)，巖性為紅褐色砂礫石層.

由圖5可見，下更新統(tǒng)頂面基本平緩，反映出淺層地震勘探確認的斷層沒有影響下更新統(tǒng)上部及其以上的堆積，至少反映早更新世晚期以來太行山山前斷裂在石家莊附近不再活動.

圖5　鉆孔地質(zhì)剖面圖(斷層為淺層地震探測確定的位置)Qp3：晚更新世地層；Qp2：中晚更新世地層；Qp1：早更新世地層；①—⑨地層的詳細分層；SJZZK-1、SJZZK-2、SJZZK-3、SJZZK-4和SJZZK-5：鉆孔編號; F1:太行山山前斷裂.Fig.5　Drilling geological profile(the location of F1 fault from shallow seismic profile)Qp3：Upper Pleistocene；Qp2：Middle Pleistocene；Qp1：Lower Pleistocene；①—⑨: the number of details layer；SJZZK-1、SJZZK-2、SJZZK-3、SJZZK-4 and SJZZK-5：drill number； F1, Piedment fault of Taihang.

6討論

克拉通是地球表面相對穩(wěn)定的構(gòu)造單元，它由上部古老的大陸地殼和下部的巖石圈地幔組成.太古宙克拉通密度最輕、最冷，具有大于200 km的巨厚巖石圈根，不易破壞，因而能夠穩(wěn)定存在25億年以上，表現(xiàn)在太古宙以后無明顯構(gòu)造-巖漿-成礦活動，現(xiàn)今也無明顯地震活動，成為地球上最穩(wěn)定的地區(qū)(Boyd et al.,1985；Pollack，1986；Sleep，2003，2005；Foley，2008).然而，華北克拉通卻表現(xiàn)出與世界其他克拉通十分不同的特征，該克拉通保存有世界上罕見的大于38億年的陸殼記錄(Liu et al.,1992)，自18億年華北克拉通形成后至古生代一直保持相對穩(wěn)定，并存在巨厚的太古宙巖石圈根(Xu,2001;Gao et al.,2002).然而，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地幔包體和巖漿巖巖石學(xué)和地球化學(xué)以及地球物理研究均證明，華北克拉通自中生代以來遭受了強烈的活化改造(翟明國等，2005；Yang et al.,2008；Chen et al.,2006；吳福元等，2008)，發(fā)生了大規(guī)模的構(gòu)造變形和巖漿活動，形成了多種類型的盆地，并伴隨產(chǎn)生了大量金屬礦產(chǎn)和油氣資源(Yang et al.,2003).原有克拉通的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遭到明顯的破壞，活動斷裂發(fā)育，并伴隨有強烈的地震活動(Deng et al.，2003；張培震等，2013).

拆沉作用、熱機械-化學(xué)侵蝕作用、橄欖巖-熔體相互作用、機械拉張作用、巖漿提取作用和巖石圈地幔水化模型是目前理解華北克拉通破壞機制的主要模型，但無論何種模型，它都能解釋一些地質(zhì)現(xiàn)象，也都存在一些難以回答的問題(吳福元等，2008).華北克拉通破壞機制是爭論最激烈的地球科學(xué)問題之一，這一爭論還將在未來一段時間內(nèi)持續(xù)存在.目前出現(xiàn)一個傾向，即認為在華北的周邊地區(qū)，板塊俯沖而導(dǎo)致的拆沉作用可能是巖石圈減薄的主要機制，但在華北內(nèi)部熱侵蝕可能更為重要(吳福元等，2008).遠震層析結(jié)果顯示，華北地區(qū)地幔中存在明顯低速異常的結(jié)果(Lei, 2012)，支持上涌軟流圈的熱導(dǎo)“烘烤”會使巖石圈最底部物質(zhì)發(fā)生軟化，在軟流圈水流動產(chǎn)生的切向剪切應(yīng)力作用下，這部分物質(zhì)就會轉(zhuǎn)化成軟流圈的一部分(吳福元等，2008).

石家莊地區(qū)位于華北克拉通的內(nèi)部，詹艷等(2011)完成的寬頻帶大地電磁探測剖面西起太行山區(qū)井陘西南的關(guān)鎮(zhèn)，東端止于棗強縣東北，長約167 km，自西向東穿越太行山隆起區(qū)和冀中坳陷(包括石家莊凹陷、北席凸起、晉縣凹陷、寧晉凸起、束鹿凹陷和新河凸起等).獲得的深部電性結(jié)構(gòu)表明(圖6)，在太行山山前斷裂帶淺部，東傾的低角度滑脫斷層和深部陡立的電性邊界帶構(gòu)成了太行山隆起區(qū)和冀中坳陷接觸區(qū)的深、淺構(gòu)造組合形態(tài).太行山山前斷裂帶東側(cè)深部(10 km以下)、淺部(10 km以上)結(jié)構(gòu)具有相互獨立性，冀中坳陷內(nèi)的晉縣斷裂、新河斷裂延伸深度不超過10 km.1966年邢臺地震的6.2級強余震震源位于上陡、下緩的新河斷裂和其下隱伏的深部電性差異帶的交會區(qū)，交會區(qū)上方及其東西兩側(cè)為具一定厚度和寬度的高阻體.在太行山山前斷裂和新河斷裂之間的中下地殼存在高導(dǎo)層，其中心對應(yīng)石家莊-晉縣凹陷.高導(dǎo)層中心部位較東、西兩側(cè)淺，推測與深部熱物質(zhì)的上升有關(guān).根據(jù)深地震探測結(jié)果，圖6中也繪制了莫霍面(M)的深度，在太行山隆起區(qū)約為42 km，冀中坳陷區(qū)約為32 km(嘉世旭和張先康，2005).李松林等(2011)研究了諸城—宜川人工地震剖面后也發(fā)現(xiàn)，太行山重力梯度帶附近巖石圈厚度出現(xiàn)了約30 km的突變，巖石圈地幔和下地殼介質(zhì)的P波速度值東側(cè)較低，西側(cè)較高，傾向于熱機械-化學(xué)侵蝕作用解釋華北克拉通破壞.我們的結(jié)果顯示，太行山山前斷裂在石家莊附近表現(xiàn)為向東緩傾的拆離斷層，拆離斷層的上盤發(fā)育有地塹、地壘構(gòu)造，構(gòu)成冀中坳陷裂陷盆地區(qū)內(nèi)次級的凹陷和凸起構(gòu)造，它們的形成也可能與地幔熱物質(zhì)的上涌、地殼巖石圈的減薄和伸展有關(guān).

朱守彪等(2010)通過有限元數(shù)值分析方法，研究了斷層下面存在高速異常體與低速異常體，在分別受到拉張與擠壓構(gòu)造力作用時，定量給出應(yīng)力及應(yīng)變能的空間分布特征.認為低速異常體對地震的發(fā)生起著促進作用，在變形較小的華北盆地要發(fā)生強震，低速異常體的存在是個非常關(guān)鍵的因素.嘉世旭和張先康(2005)利用華北地區(qū)約20000 km的深地震測深資料，得到三河、唐山強震區(qū)上地殼、下地殼中存在低速異常體.Lei等(2008)利用1500多個高質(zhì)量的PmP波(Moho面反射波)走時資料和38500多個高質(zhì)量的P波初至資料，反演了北京及周邊地區(qū)的三維地殼速度結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)1679年三河—平谷8級地震和1976年唐山7.8級地震等強震的震源區(qū)下方均存在地震波低速異常區(qū).劉福田等(1986)通過層析成像資料，提出我國大陸地震多發(fā)生在高速區(qū)與低速區(qū)的過渡帶，且偏于高速帶一側(cè).

圖6　石家莊電磁剖面深部電性結(jié)構(gòu)圖(a)(詹艷等，2011)與地殼上地幔結(jié)構(gòu)解釋圖(b)F1:太行山山前斷裂； F2：北席斷裂： F3：欒城斷裂； F4：晉縣斷裂； F5：新河斷裂； F7：明化鎮(zhèn)斷裂； F8：晉—獲斷裂；EZone1、EZone2：地殼內(nèi)的電性結(jié)構(gòu)過渡帶;HRB: 高阻體；LRB：低阻體；Moho界面深度參考嘉世旭等(2005)的研究成果.Fig.6　2-D geo-electrical structure model obtained by the NLCG along the profile (a) (from Zhan et al.,2011) and structure interpretation of Crust-upper mantle (b)F1：Piedmont fault of Taihang Mountains； F2：Beixi fault； F3：Luancheng fault； F4：Jinxian fault； F5：Xinhe fault； F7：Minghuazhen fault； F8：Jincheng-Huolu fault； EZone1、EZone2： Transition zone of electrical structure within crust. HRB:high resistivity body；LRB：lower resistivity body；The depth of Moho from Jia et al. (2005).

梅世蓉(1997)研究強震區(qū)三維速度結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)：(1)強震區(qū)的地殼一般具有高速、低速相間分布的多層結(jié)構(gòu)特征，殼內(nèi)高速度層與殼內(nèi)多震層基本一致；(2)強震震源區(qū)下的上地幔速度較低，且有上地幔隆起.臧紹先等(2002)研究發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)的大斷裂與熱巖石圈底部的隆起相對應(yīng)，華北地區(qū)MS>6.5的地震大都發(fā)生于熱巖石圈底部隆起區(qū)附近和Moho面溫度的高值區(qū).我們知道，中下地殼熱的地方物質(zhì)比較軟弱，一般情況下地震波速度出現(xiàn)低速異常.因此，臧紹先等(2002)的發(fā)現(xiàn)從另一側(cè)面印證了華北盆地的強震與軟弱物質(zhì)構(gòu)造(低速度異常)的關(guān)系.尹京苑等(1999)用數(shù)字模擬的方法，對邢臺地震區(qū)地殼深度結(jié)構(gòu)特征與強震孕震、發(fā)生的關(guān)系進行了研究，并認為地殼內(nèi)高、低速同時存在，有利于高應(yīng)力在高速/高阻體以內(nèi)及外側(cè)附近地殼上、下部相對集聚，這是大震孕育和發(fā)生的有利的深部條件.

深部電性結(jié)構(gòu)揭示，石家莊及其附近存在殼內(nèi)高導(dǎo)層，在太行山隆起區(qū)和冀中坳陷接觸區(qū)存在深部低阻帶、殼內(nèi)高導(dǎo)層以及高阻體相組合的結(jié)構(gòu)，深部低阻帶和殼內(nèi)高導(dǎo)層推測為深部熱物質(zhì)上涌的通道(詹艷等，2011).當(dāng)?shù)退?低阻異常體上部存在斷裂時，在水平向構(gòu)造力的作用下，會使異常體上方應(yīng)力集中、應(yīng)變能積累(朱守彪等，2010).殼內(nèi)高阻/高速、低阻/低速層以及附近切割莫霍面的低阻帶的深部組合結(jié)構(gòu)，是大地震孕育和發(fā)生有利的構(gòu)造條件(詹艷等，2011).1966年邢臺地震群就發(fā)生在這樣的深部結(jié)構(gòu)背景區(qū)域，太行山隆起帶與冀中坳陷接觸帶，存在與1966年邢臺地震類似的深、淺部構(gòu)造背景，它們同處于相同的地球動力學(xué)環(huán)境和應(yīng)力場條件下，應(yīng)加強太行山山前沿線深部結(jié)構(gòu)探測和地震活動監(jiān)測.

7結(jié)論

本研究采用深、淺地震反射探測和鉆孔地質(zhì)剖面相結(jié)合的方法，獲得了華北盆地石家莊附近高分辨率的地殼結(jié)構(gòu)圖像，揭示了研究區(qū)近地表斷裂和地殼深部構(gòu)造之間的關(guān)系，為進一步研究太行山東緣的深部構(gòu)造環(huán)境、深淺構(gòu)造關(guān)系及斷裂活動性，以及發(fā)震構(gòu)造提供了證據(jù).

(1) 深地震反射探測獲得的反射波疊加剖面上共發(fā)現(xiàn)了9條特征明顯的斷裂.斷裂F8-2是深地震剖面上一條規(guī)模較大、錯斷深度較深的斷裂.該斷裂在剖面上向東傾、視傾角約為45°～50°，它切割了上、下地殼分界面RC，延伸至下地殼；斷裂Fd表現(xiàn)為低角度拆離斷層特征，在剖面樁號35.8 km以西該斷裂沿著構(gòu)造反射面TB2展布，向西被斷裂F8-2所截.在樁號約35.8 km以東斷裂Fd沿基底面大約以20°左右的傾角向華北平原區(qū)之下延伸，并控制了斷裂上盤的地層沉積和塹、壘構(gòu)造的發(fā)育.在剖面的東南端，斷裂Fd大約在TWT5s(深度約15 km)收斂到上、下地殼分界面RC之上.F1為太行山山前斷裂，錯斷了新近紀地層底部的TN反射層，在約800 m深度收斂于Fd斷層上.

(2) 深地震反射剖面揭示的殼幔過渡帶反射波RM表現(xiàn)為明顯的疊層反射結(jié)構(gòu)，該反射帶在剖面上約在TWT10～11 s左右開始出現(xiàn)，對應(yīng)頂界面深度約30～33 km；殼幔過渡帶在剖面縱向上的持續(xù)時間大約1.0～1.5 s，對應(yīng)殼幔過渡帶厚度約3～4.5 km，其厚度自東向西逐漸加厚，殼幔過渡帶的底界對應(yīng)于莫霍面的位置，其深度約33～38 km.本區(qū)莫霍面自東向西逐漸加深，剖面東端，莫霍面埋深約33 km，剖面西端，其深度約為38 km.顯示出莫霍面自華北平原向太行山下方下插.

(3) 深地震反射剖面的中部，即太行山和華北平原的交接部位，剖面還揭示了一個延伸到下地殼，寬約8～10 km、近垂直的強反射異常體.由剖面反射波特征來看，該異常體可能起源于莫霍面，向上穿過上、下地殼分界面RC，并延伸至上地殼.在強反射異常體的內(nèi)部，幾個縱向疊置、橫向延伸約8～10 km的穹窿狀反射條帶，其特征與其兩側(cè)的弱反射形成鮮明的對比.剖面上該強反射異常體呈穹隆狀，其外形上窄下寬，反射波視頻率隨著深度的增加而變低，在地殼底部的莫霍面附近，殼幔過渡帶反射也出現(xiàn)有明顯的頻率變低、以及界面扭曲和變形等現(xiàn)象.據(jù)此推斷，該強反射異常體可能是上地幔物質(zhì)上涌到地殼內(nèi)部的侵入體，也可能是拆離構(gòu)造中的變質(zhì)核雜巖.它的存在使得剖面上部原始產(chǎn)狀可能為近水平的低角度拆離斷層Fd因穹隆作用出現(xiàn)上隆，斷層面呈穹狀彎曲.

(4) 跨太行山山前斷裂的淺層地震反射剖面和鉆孔地質(zhì)剖面結(jié)果把近地表斷裂與深地震剖面揭示的地殼結(jié)構(gòu)聯(lián)系到一起，從而可以在地殼尺度范圍分析石家莊地區(qū)的深、淺構(gòu)造環(huán)境.結(jié)果表明，太行山山前斷裂、北席斷裂和欒城斷裂沒有斷錯下更新統(tǒng)頂部地層，未見中更新世以來斷裂活動的證據(jù)，為不活動斷裂.也說明向東緩傾的拆離斷層已經(jīng)停止伸展活動，華北斷陷盆地可能進入一個新的演化階段.

(5) 電磁探測資料顯示，太行山隆起區(qū)為高阻體，由古生代和前古生代沉積巖和變質(zhì)巖組成，新河凸起下地殼為高阻體，組成地層與太行山隆起相同.石家莊—晉縣凹陷下地殼為低阻體，莫霍面上隆，顯示出深部地幔熱物質(zhì)上涌的現(xiàn)象.石家莊—晉縣凹陷下地殼低阻體與新河凸起下地殼高阻體的接觸帶于1966年3月22日、26日分別發(fā)生了7.2級和6.6級地震.太行山隆起高阻體與石家莊—晉縣凹陷下地殼低阻體接觸帶隱伏于太行山山前的華北平原之下，亦是不同物性介質(zhì)的地質(zhì)體的接觸帶，是否會孕育強烈地震值得進一步研究.

致謝感謝兩位審稿人提出的寶貴意見和建議，使論文得到進一步完善和成熟.

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附中文參考文獻

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(本文編輯汪海英)

基金項目國家自然科學(xué)基金重點項目(91214205)，石家莊市活斷層探測與地震危險性評價(HBYHT2007-32-1-A)和特大地震危險區(qū)評估及災(zāi)情快速獲取關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)(2012BAK15B01-02)共同資助.

作者簡介楊曉平，男，1962年生，研究員，主要從事活動構(gòu)造研究.E-mail:yangxiaoping-1@163.com

doi:10.6038/cjg20160212 中圖分類號P514

收稿日期2014-11-14，2015-12-22收修定稿

Survey of crustal structure and fault activity around southern Shijiazhuang in the eastern margins of Taihangshan Mts

YANG Xiao-Ping1, LIU Bao-Jin2, ZHAN Yan1, JI Ji-Fa2, XU Xi-Wei1，F(xiàn)ENG Shao-Ying2,GAO Cui-Jun3, ZHAO Wan-Li3, LIANG Gui-Ping3, DU Xiao-Quan4

1KeyLaboratoryofActiveTectonicsandVolcano,InstituteofGeology,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100029,China2GeophysicalProspectingCenter,ChinaEarthquakeAdministration,Zhengzhou450002,China3EarthquakeAdministrationofShijiazhuangCity,Shijiazhuang050055,China4EarthquakeAdministrationofHebeiProvince,Shiajiazhuang050021,China

AbstractWe used the method combining deep and shallow seismic reflection to explore the fine crustal structure and buried faults in the Shijiazhuang segment along the Taihangshan piedmont fault zone. Deep seismic reflection results show that the crust is 33～38 km thick, and the Moho plunges from under the north China plain to the Taihangshan Mts. The Shijiazhuang-Jinxian depression is a basin-ridge structure controlled by a detachment fault. The west boundary fault of the Shijiazhuang-Jinxian depression is the eastern piedmont fault of the Taihang Mts that is characterized by a listric fault. The Beixi fault and Luancheng fault are also in the Shijiazhuang-Jinxian depression, this two faults like the eastern piedmont fault of Taihang Mts is controlled by the detachment fault. Eastern piedmont fault of Taihang Mts, Beixi fault and Luancheng fault, both do not cut the late-period sedimentary formation of early Pleistocene, thus are not active faults. The middle part of deep seismic reflection profile also reveals a reflective abnormal body that is of a nearly vertical dome shape. This abnormal body may be originated from the Moho, cutting the interface of upper-lower crust upward, and entering the upper crust. The internal reflection wave frequency in the abnormal body decreases with increasing depth. Nearby the Moho, the reflection waves were distorted and deformed obviously, suggesting that upper mantle magma intruded into crust. Combined with broadband magnetelluric (MT) survey results, we also find that the upwelling of hot material from upper mantle, the east-west directed tension may be form the dynamics mechanism of the Shijiazhuang-Jinxian depression. Our survey results provide a basis for understanding the deep geodynamic process, the north China craton destruction mechanism, deep-shallow structure relations and seismotectonics of the Shijiazhuang area.KeywordsNorth China plain； Shijiazhuang-Jinxian depression； Seismic survey； Drilling geological profile； Fault activity； Crustal structure

楊曉平， 劉保金， 詹艷等. 2016. 太行山東緣石家莊南部地殼結(jié)構(gòu)及斷裂活動性探測.地球物理學(xué)報，59(2):528-542,doi:10.6038/cjg20160212.

Yang X P, Liu B J, Zhan Y, et al. 2016. Survey of crustal structure and fault activity around southern Shijiazhuang in the eastern margins of Taihangshan Mts.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(2):528-542,doi:10.6038/cjg20160212.