冉志杰，彭遠(yuǎn)黔，孟立朋，董 博

（河北省地震局，石家莊 050021）

0 引言

張家口地區(qū)位于張家口-渤海地震構(gòu)造帶與山西地震構(gòu)造帶的交匯區(qū)，新構(gòu)造上屬于張家口-宣化盆地，新構(gòu)造復(fù)雜，活動(dòng)構(gòu)造發(fā)育，地震頻發(fā)[1]。蔚廣盆地是張家口區(qū)域內(nèi)一個(gè)受南部邊界正斷層控制的、南深北淺的不對稱半地塹盆地。該盆地小震分布較為廣泛，不僅分布于斷陷盆地邊緣，在盆地內(nèi)部也分布較多。蔚廣盆地南緣斷裂是一條活動(dòng)斷裂帶，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世—全新世，為蔚廣盆地規(guī)模最大的主邊界斷裂。

跨斷層觀測是獲取地震前兆信息的重要手段之一，在多次地震前后分別監(jiān)測到形變異常特征，如1990年常熟5.1級地震和1995年蒼山5.2級地震前后出現(xiàn)了斷層形變前兆異常[2-3]，2013年蘆山7.0級地震前跨鮮水河、安寧河、則木河斷裂帶上出現(xiàn)顯著的形變異常變化[4]。尤其是在張家口地區(qū)多次地震前后分別監(jiān)測到形變異常特征，如1989年大同6.1級、1991年大同5.8級地震及1998年張北6.2級地震前后張山營跨斷層基線出現(xiàn)異常變化[5]。

跨斷層測量場地的選取是斷層形變監(jiān)測最為基礎(chǔ)、最為重要的環(huán)節(jié)之一，其包含兩部分內(nèi)容：一是所跨活動(dòng)斷層的選取，斷層的活動(dòng)性對測量工作起著制約性的作用；二是針對測量場地的環(huán)境條件，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范[6-10]。

針對斷裂活動(dòng)特征和不同的場地條件采用不同的選址方案和技術(shù)方法，綜合考慮確定選址場地。通過在蔚廣盆地南緣斷裂沿線進(jìn)行露頭追蹤及野外考察，分別對斷裂出露點(diǎn)賀窯村、東宜興莊村、西莊頭村、南馬莊村、大探口村進(jìn)行跨斷層流動(dòng)形變測量場地選取，綜合考察各種有利及不利因素后最終確定大探口測量場地。根據(jù)場地環(huán)境條件，結(jié)合斷裂野外調(diào)查，應(yīng)用電阻率層析成像、淺層地震反射波法等地球物理方法，查明大探口村附近蔚廣盆地南緣斷裂隱伏段的準(zhǔn)確位置和斷層結(jié)構(gòu)，為開展跨斷層流動(dòng)形變測量提供地質(zhì)構(gòu)造方面的資料和依據(jù)。

1 研究區(qū)概述

蔚廣盆地南緣斷裂西起廣靈縣賀家窯，經(jīng)直峪、西宜興、蔚縣南馬莊、北口、咀子嶺、松枝口，東至上河村一帶，全長約120 km，傾向NW，傾角50°～70°，主要由3組次級斷層斜列組合而成，在地表鋸齒狀曲折延伸。該斷裂為蔚廣盆地規(guī)模最大的斷裂，對蔚廣盆地的形成、發(fā)展起著決定性的控制作用，是一條活動(dòng)斷裂帶，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世—全新世活動(dòng)。

徐錫偉等[11]在《首都圈地區(qū)地殼最新構(gòu)造變動(dòng)與地震》一書中對蔚廣盆地及其南緣斷裂帶進(jìn)行了系統(tǒng)的論述和研究。自有歷史記載以來，盆地內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過多次中強(qiáng)地震，主要包括公元前231年地震、1581年地震、1618年地 震、1911年地震，以及1956年地震。

王林[12]在《盆地邊界活動(dòng)正斷層多尺度構(gòu)造地貌研究—以京西北蔚廣盆地南緣斷裂帶為例》一文中對蔚廣盆地南緣斷裂帶進(jìn)行了詳實(shí)研究和論述。通過實(shí)際調(diào)查和研究同樣得到了與徐錫偉等[11]相似的結(jié)論：蔚廣盆地南緣斷裂帶分為 5 個(gè)段落（圖1），從西向東依次為上白羊段（S1）、唐山口段（S2）、北口段（S3）、松枝口段（S4）以及上虎盆段（S5）；斷裂晚更新世以來的活動(dòng)部位主要集中在唐山口、北口、松枝口3個(gè)段落上，是控制蔚廣盆地第四紀(jì)持續(xù)活動(dòng)的主邊界斷裂段，與盆地的沉降中心部位相對應(yīng)；而東、西兩端的上虎盆段、上白羊段晚更新世以來的活動(dòng)性已經(jīng)十分微弱。

圖1 蔚廣盆地南緣斷裂幾何展布與分段特征[8]

在 S2～S4 段落上，山前晚更新世晚期的沖洪積扇扇面被多處斷層錯(cuò)斷，形成了明顯的斷層陡坎，表明活動(dòng)斷層進(jìn)一步向山前扇體之中發(fā)育和演化。

據(jù)王林等[13]研究中論述，蔚廣盆地南緣斷裂唐山口段山前斷裂屬于全新世活動(dòng)斷裂，在位于S2段落上東宜興莊村南（考察點(diǎn)2）存在一段明顯的斷層陡坎（圖2）。并且，在橫跨斷層陡坎處開挖的探槽揭示了3次古地震事件，3次古地震事件的同震累積垂直位移量約為 8.1 m，單次平均同震垂直位移量約為2.7 m，整條山前斷裂的平均復(fù)發(fā)周期約為1.7 ka、平均滑動(dòng)速率約為1.6 mm/a。

圖2 東宜興莊村南斷層陡坎（鏡向ES）

2 斷裂沿線考察以及測量場地選取

根據(jù)斷裂已有資料，對斷裂出露點(diǎn)進(jìn)行追蹤和現(xiàn)場考察，沿線考察點(diǎn)有賀窯村（考察點(diǎn)1）、東宜興莊村（考察點(diǎn)2）、西莊頭村（考察點(diǎn)3）、南馬莊村（考察點(diǎn)4）、大探口村（考察點(diǎn)5）（圖1），在這些考察點(diǎn)分別追蹤到斷裂露頭位置（圖3）。根據(jù)蔚廣盆地南緣斷裂的活動(dòng)特征以及場地自然環(huán)境，在斷裂晚更新世以來的活動(dòng)地段，選址3個(gè)跨斷層測量場地，即大探口村西場地、西莊頭村南場地和東宜興莊村南場地。

圖3 蔚廣盆地南緣斷裂斷層出露點(diǎn)

蔚廣盆地南緣斷裂在東宜興莊村南的山前形成斷層陡坎，斷裂為全新世活動(dòng)，該處斷層在全新世時(shí)期有過3 次古地震事件。在斷層陡坎的東側(cè)有一NS向道路，地勢平坦，視野較為開闊，場地周邊無干擾源，交通便利。但由于該道路為田間地頭路，后期土地規(guī)劃極有可能對其進(jìn)行重新規(guī)劃，因此，暫不考慮該場地開展跨斷層測量。

蔚廣盆地南緣斷裂在大探口村處晚更新世以來曾經(jīng)發(fā)生過活動(dòng)。在大探口村西有一條NE向道路，地勢平坦，視野開闊，周邊無振動(dòng)干擾源、荷載干擾源和水文地質(zhì)環(huán)境變化干擾源，適宜開展跨斷層測量。

在西莊頭村南，沖溝眾多，地形起伏較大，無適宜開展跨斷層測量的場地。

我國中藥材企業(yè)普遍存在體量小、抗市場風(fēng)險(xiǎn)沖擊能力弱的問題，以甘肅為例，甘肅是中藥材產(chǎn)出大省，然而甘肅省內(nèi)卻沒有大型的中藥材企業(yè)，分散的、零散的中小型企業(yè)常年面臨技術(shù)、融資、產(chǎn)能、市場問題的困擾，很難形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，限制了甘肅省的中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

現(xiàn)場考察結(jié)果：大探口村西場地砂石路面，沿山洪沖積溝南北設(shè)立測線。該地?cái)鄬游恢妹鞔_，干擾較小，土質(zhì)堅(jiān)實(shí)，保存時(shí)間較長，可作為地震水準(zhǔn)觀測之用。

3 大探口監(jiān)測場地?cái)鄬游恢锰綔y

由于受盆地邊緣斷層的作用，盆地周邊自山體區(qū)域向盆地呈階梯狀下降，形成緩坡等地帶，在山邊往往形成山前洪積扇，地形變化較大，且坡度大，呈裙?fàn)钇鸱］^老的山前斷層往往出露于山體邊緣，斷裂走向往往隨著山體走向變化而變化，沿線斷層陡坎、斷崖等地貌現(xiàn)象突出，多處可見斷層錯(cuò)斷第四紀(jì)地層。由于盆地邊界斷裂構(gòu)造復(fù)雜，進(jìn)行跨斷層流動(dòng)形變觀測場地選址具有一定的難度，與常規(guī)選址存在一定的差異，如何進(jìn)行選址需仔細(xì)斟酌，以便滿足形變觀測場地需求。

針對盆地邊界斷裂復(fù)雜，以及地形變化較大的特點(diǎn)，依據(jù)跨斷層流動(dòng)形變測量相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合場地環(huán)境條件，基于以下因素在大探口選址測量場地：①選址應(yīng)在更容易發(fā)生地震的斷裂全新世活動(dòng)段，在大探口位于蔚廣盆地南緣斷裂全新世活動(dòng)唐山口段（S2）；②交通便捷，有鄉(xiāng)村公路通往大探口村，并遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，有利于長期觀測；③無環(huán)境干擾源，場地遠(yuǎn)離人類活動(dòng)場所，周邊荒野；④場地附近應(yīng)有斷層出露，以便獲得斷裂的活動(dòng)特征和斷層位置；⑤存在地勢平坦，視野開闊的場地。

在位于大探口村東南部附近的扇體沖溝內(nèi)出露斷面（圖4中觀測點(diǎn)A），斷面產(chǎn)狀為 NE80°/NW∠75°，斷層錯(cuò)斷扇體的同時(shí)，形成了一段線性良好的斷層陡坎，陡坎高約15 m左右（圖5a）。

在大探口村南山前出露斷面（圖4中觀測點(diǎn)B），斷層上盤為馬蘭黃土和古土壤，下盤為灰?guī)r（圖5b），斷面上清晰可見斷層擦痕。該斷面所屬斷層為盆地主控邊界較老的基巖斷面斷裂。

圖5 大探口村附近蔚廣盆地南緣斷裂地質(zhì)剖面

上述兩處斷面出露點(diǎn)附近地形起伏較大，不適宜作為跨斷層測量場地。因此，經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，大探口村西沿一近NS向道路（圖4，圖6）地勢較為平坦、視野開闊，該場地?cái)鄬颖坏谒南邓采w。為確定斷裂的準(zhǔn)確位置及其斷層結(jié)構(gòu)，以便布設(shè)跨斷層水準(zhǔn)標(biāo)石。為此，應(yīng)用電阻率層析成像和淺層地震勘探對斷裂進(jìn)行綜合探測。

圖4 大探口村附近斷裂考察點(diǎn)及地球物理勘探測線位置（基于Google Earth影像）

圖6 大探口跨斷層測量場地環(huán)境（鏡頭南）

電阻率層析成像（也稱高密度電法）是利用地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)差異探測地層或巖體的埋深，在識別斷層、破碎帶等方面十分有效，探測隱伏斷裂已有大量成功實(shí)例[14-17]。

在大探口村西、村東分別布設(shè)兩條電法測線DF1、DF2，野外數(shù)據(jù)采集使用DUK-2A型高密度電法測量系統(tǒng)，共布置114根、90根電極，電極距等間距4 m、3 m，采用溫納對稱四極裝置，探測深度31 m、23 m。

測線DF1位于大探口村西，起始于山前扇體斜坡處，沿道路由南向北延伸，測線長456 m，測線位置見圖4。由測線DF1探測結(jié)果（圖7）看出，在剖面100 m處，淺部低阻層、深部高阻層厚度橫向變化明顯；在284～320 m段，電性結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，淺部為低阻區(qū)，深部為高、低阻區(qū)交替，在該剖面上解釋了2條斷層F1、F2。結(jié)合淺層地震勘探結(jié)果，確認(rèn)F1、F2為斷裂構(gòu)造。

圖7 大探口村西測線DF1電阻率層析成像剖面

測線DF2位于大探口村東，沿山前沖溝布設(shè)，從南向北延伸，長264 m，測線位置見圖4。由測線DF2探測結(jié)果（圖8）看 出，在108～120 m段，淺部高阻層、深部低阻層厚度橫向變化明顯；192 m至測線末端，電性結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，為高、低阻區(qū)交替，在該剖面上解釋了2條斷層F3、F4，結(jié)合圖7淺層地震勘探結(jié)果，確認(rèn)F3為斷裂構(gòu)造，推測F4為盆地邊緣巖性變化所產(chǎn)生的電阻率異常顯示。對比測線DF1的位置和探測結(jié)果，以及蔚廣盆地南緣斷裂的走向，認(rèn)為斷層F3與測線DF1探測到的斷層F2為同一斷層。

圖8 大探口村東測線DF2電阻率層析成像剖面

為進(jìn)一步確定測線DF1、DF2所探測到的斷層及其結(jié)構(gòu)，應(yīng)用淺層地震勘探對斷層進(jìn)行探測。淺層地震勘探是根據(jù)地下介質(zhì)彈性和密度的差異界面上地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，探測和判定斷裂構(gòu)造，并在山間盆地?cái)嗔烟綔y中得到應(yīng)用[18]。

淺層地震勘探使用STRATAVISOR NXZP96地震儀記錄，采用3 m道間距、12次覆蓋、單邊放炮，72道接收，24道備用，向前連續(xù)追蹤的觀測系統(tǒng)。

淺層地震剖面Ⅰ—Ⅰ′ 位于大探口村西，從南向北布設(shè)，剖面起點(diǎn)位于測線DF1的50 m處，剖面長672 m，從剖面中反射波同相軸的橫向變化可見（圖9），位于剖面樁號40～51 m和252～267 m之間的反射波同相軸被錯(cuò)斷，難以連續(xù)追蹤。根據(jù)反射波同相軸的橫向變化特征和上下關(guān)系，在剖面上解釋了2條斷層，標(biāo)識為F1、F2。斷層F1為傾向北的正斷層，破碎帶寬度約11 m，地表投影坐標(biāo)39°44′35.34″N，114°32′38.62″E；斷層F2為傾向北的正斷層，破碎帶寬度約15 m，地表投影坐標(biāo)39°44′41.67″N，114°32′41.55″E。

圖9 大探口村西淺層地震勘探剖面Ⅰ—Ⅰ′探測結(jié)果

在大探口村東，沿測線DF2布設(shè)了一條長672 m的淺層地震勘探剖面Ⅱ—Ⅱ′，剖面起點(diǎn)距測線DF2起點(diǎn)80 m，從剖面中反射波同相軸的橫向變化可見（圖10），位于剖面樁號195～210 m之間的反射波同相軸被錯(cuò)斷，難以連續(xù)追蹤。根據(jù)反射波同相軸的橫向變化特征和上下關(guān)系，在剖面上解釋了1條傾向北的正斷層，破碎帶寬度約15 m，地表投影坐 標(biāo)39°44′40.79"N，114°33′08.33"E。對 比測線DF2探測結(jié)果，淺層地震勘探所探測到的斷層與測線DF2中的斷層F3為同一斷層。此外，測線DF2中的斷層F4在淺層地震勘探剖面Ⅱ—Ⅱ′中無顯示，推測為山前沖洪積扇邊緣與沉積盆地過渡帶的橫向不均勻所至。

圖10 大探口村東淺層地震勘探剖面Ⅱ—Ⅱ′探測結(jié)果

綜合電阻率層析成像、淺層地震勘探的探測結(jié)果，結(jié)合斷裂出露剖面，以及斷裂的走向，認(rèn)為隱伏區(qū)內(nèi)斷層F1應(yīng)是扇體根部蔚廣盆地南緣斷裂較老的山前斷層，斷層F2應(yīng)是扇體之中發(fā)育最新的活動(dòng)斷層，斷層近EW走向，傾向N，傾角70°，破碎帶寬度約15 m，斷層埋深近地表。

4 監(jiān)測場地選址分析與布測

通過對蔚廣盆地南緣斷裂沿線進(jìn)行野外踏勘、勘選和物理探測斷層具體位置，最終優(yōu)選大探口村西場地作為跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測場地。監(jiān)測場地內(nèi)有F1和F2兩個(gè)斷層點(diǎn)，由于F1為扇體根部較老的山前斷層，斷層F2應(yīng)是扇體之中發(fā)育最新的活動(dòng)斷層，故監(jiān)測布設(shè)主要針對斷層F2開展。監(jiān)測布設(shè)方案為：大探口村西場地砂石路面，沿山洪沖積溝，南北設(shè)立測線，該地?cái)鄬游恢妹鞔_，干擾較小，土質(zhì)堅(jiān)實(shí)，保存時(shí)間較長，可作為地震水準(zhǔn)觀測之用。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DB/T47-2012《地震地殼形變觀測方法 跨斷層位移測量》，做土層綜合樁，采取單線支線測量，分段、分光段兩端控制的方法。

5 結(jié)語

根據(jù)蔚廣盆地南緣斷裂活動(dòng)特征，依據(jù)跨斷層流動(dòng)形變測量相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合場地環(huán)境條件，在位于蔚廣盆地南緣斷裂全新世活動(dòng)唐山口段（S2）的大探口選址跨斷層流動(dòng)形變測量場地。該場地交通便捷、環(huán)境條件好，而且場地附近斷層出露，斷層位置明確。為滿足測量場地的規(guī)范要求，在斷層出露附近，沿一近NS向的道路布設(shè)觀測場地。基于場地內(nèi)斷層被第四系所覆蓋，為確定斷裂的準(zhǔn)確位置及其斷層結(jié)構(gòu)，應(yīng)用電阻率層析成像和淺層地震勘探地球物理方法對蔚廣盆地南緣斷裂進(jìn)行了綜合探測，結(jié)合斷裂出露剖面、斷裂的走向，查明大探口場地隱伏區(qū)內(nèi)較老的山前斷層和扇體中發(fā)育最新的活動(dòng)斷層的準(zhǔn)確位置和斷層結(jié)構(gòu)，為開展跨斷層流動(dòng)形變測量和布設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石提供了地質(zhì)構(gòu)造方面的資料和依據(jù)。