唐山大地震及构造描述26文档

1、唐山地震的发震构造以往在唐山地震极震区附近尚未发现区域性大断裂,历史上也未记载 有大地震发生,因而过去把该区列为地震危险性较小的地区.这次在这里 发生了 7. 8级地震,是很多地震地质工作者没有预料到的.震后的地表 地质和深部探测工作所取得的一些信息,对答复唐山地震的发生提供了一 定的依据.通过这些资料研究唐山地震的发震构造,对于预报未来可 能发生的强震是有意义的.唐山地震的发生有其具体的深浅部地震地质条件,除了一些区域性地 质和地震背景外,对京津唐地区来说,还应该强调构造的复杂性和强烈的 差异活动性.本区基底破碎,由前震旦系组成,它被多组断裂切割,并一 直限制和影响着盖层构造的形成和变形.多

2、组断裂形成的复杂结点,使其 易于形成多点源的应力集中.新生代以来,断块之间发生差异运动,其幅 度高达10000米以上,次级断块之间的差异运动多数也在5000-8000米此外,这一地区在深部构造上又处于儿个界面变化梯度大的地带,强烈的 差异运动提供了孕育强震的条件.根据地表地质研究,北部燕山隆起与华北平原拗陷相接处存在一个唐 山菱形块体虢顺民等,1977;李志义等,1979,它的四周被断裂所围限, 块体中央存在着一条北东走向的断裂带,唐山地震就发生在这个断裂的深 处.可见,深部构造与此也有明显的对应关系.下面着重对唐山及其周围 地区的深浅部断裂展布、活动性以及发震构造进行讨论.一、唐山地区的断裂

3、及其新活动假假设我们剥掉新生代的地层,就可以清楚地看到,唐山地区主要发育有三组浅层活动性断裂图3. 27,即北东向的宁河一昌黎断裂、丰台一 野鸡坨断裂、唐山断裂带,北西向的滦县一乐亭断裂、蓟运河断裂和东西 向的丰台一丰南断裂.它们有的是前古生代形成的, 有的是古生代形成的, 但中、新生代普遍强烈活动.关于这些浅层断裂向深部的延伸情况,由于 该区已完成的人工地震测深剖面的线距较稀,因此尚不能做详细的分析. 就已取得的深部资料来看,深浅部的一些主要断裂一般符合较好.这里, 我们以浅部断裂为主,一并加以分析.1 .宁河一昌黎断裂断裂西起宁河,经昌黎后延入渤海.断裂产生于前震且纪,中生代又 有强烈活动

4、.其东南盘下降,堆积了很厚的中生代碎屑岩系,西北盘上升,缺失中生代地层.新活动强烈,东盘在第三纪强烈下沉,形成厚达4000米左右的堆积盆地,西北侧仍然上升,缺失第三纪的沉积.根据钻孔资料, 第四纪时断裂东盘降、西盘升,落差可达 400多米图3. 28 o在断裂带 的北西盘上,有一平行该断裂的北东东向的河流纵比降转折带,与断裂的 北西盘上升、南东盘下降一致图3. 29 o另外,自新石器时代开始,由 北往南分布有五个时期的古海岸线,它们大致平行于断裂.新石器时代古 海岸线分布在断裂带北侧,其余各时期海岸线均分布在南侧,这可能与宁 河一吕黎断裂带活动有关.古海岸线由北往南逐渐推移,反映近期地壳有 逐

5、渐抬升的趋势.在昌黎县城北出露的燕山期花岗岩上还有两级海蚀平 台,海拔高度为40米和180米,其上海蚀穴,海蚀洞,海蚀蘑菇石十分 发育.两级海蚀平台均位于宁河一昌黎断裂的北盘,而断裂南盘同时期的 花岗岩却深埋于第四系松散层之下,其深度可达200-300米.断裂两侧都有全新世中期的海相淤泥出露据中国科学院地质所抱粉纵抱粉分析结果,共高差达15米以上,也是南盘降北盘升.从元朝以来700年间滦河的屡次决口改道来看,决口地点也正好位于宁河一昌黎断裂附近的沙铺、史家口、钉流河等地.在人工地震测深剖面中有三条穿过宁河一昌黎断裂图3. 8中的A、C、D,但其中两条剖面的解释长度没有到达该断裂的位置,因而很难

6、判断其 深部情况.据剖面 D唐山一丰南段的解释结果图3. 8b中的D,在桩号 50的位置上,仅于莫氏面上有断点存在, 而壳内其它速度界面上没有发现 相应的断点,说明该断裂没有断到壳内.由于桩号 50与宁河一昌黎断裂 在地表的位置相距不远,因此我们推断上述断点有可能就是宁河一昌黎断 裂在地壳基底的反映.2 .丰台一野鸡坨断裂该断裂为蓟县块隆和唐山块陷的分界线,它限制了古生代地层的发育.断裂以北为巨厚的震且纪地层,以南主要为古生代地层.西段断面倾 向北西,东段倾向南东,在榛子镇附近为断面转折的枢纽部位图3. 27 o断裂带新构造活动明显,东段是山区与平原的分界线,西段断裂两侧第四 系厚度之差达50

7、0米,北盘为第四纪的凹陷区通称雅洪桥凹陷,南盘为 隆起区,沿断裂为第四系厚度等值线的陡变带图3. 30 o在丰台一野鸡坨断裂以西 20公里处,深部有一条玉田地壳基底断裂图3. 7,它是一条北东向的断裂,有三条人工地震测深剖面穿过它,并分别在桩号400图3. 8a中的A、130图3. 8b中的D和90附近图3. 8b 中的C发现于莫氏面上有断点存在,但断距均较小,东南盘上升,西北 盘下降.这条地壳基底断裂南段的延伸方向,与地表的丰台一野鸡坨断裂 方向根本一致,但它们在平面距离上相距较远, 估计它们不是同一条断裂. 根据图3. 8b中的C剖面判断,玉田地壳基底断裂仅在莫氏面上有断点, 在壳内其它速

8、度界面上没有发现断点存在,所以它不是断到地表的断裂.3 .滦县一乐亭断裂该断裂限制了山海关块隆和唐山块陷的活动.长期以来,前者上升, 后者下降.断面走向北西、倾向北东,为高角度逆冲断层.在马城与野鸡 坨之间由四条平行的断层组成. 该断裂形成于前古生代,新生代强烈活动, 在滦县以西有一系列北北西走向的断层残山.断裂东侧发育上升海岸,出 现高达20 40米的砂丘以及海蚀穴、陆连岛,西侧发育下降海岸,出现 三角洲I、湿地.断裂两侧分布着三个历史时期的滦河冲积扇,它们是滦县 一乐亭断裂新活动的结果.更新世晚期,断裂西侧下沉,滦河西迁,形成 早期冲积扇,12000年至3000年前,断裂东侧下沉,滦河东迁

9、,形成中期 的冲积扇,3000年前至今又变为东侧升、西侧降,滦河西迁,形成晚期的 冲积扇.滦河的屡次迁移,反映了断裂两侧的屡次升降运动.现今,位于 断裂西侧的乐亭县王滩公社海边两个小村子,由于海岸的不断下沉,不得 不在1959年搬迁,村子的原址已被海水淹没,说明滦县一一乐亭断裂的 西侧仍处于下沉当中.由于没有人工地震测深剖面穿过这条断裂,因而它在深部的发育情况 无法断定.这条断裂在重磁异常图上尚未见到明显反映.4 .蓟运河断裂它为唐山块陷和沧县块隆的分界线,断裂向西北延伸后与香河一宝纸东西向断裂相连.断裂限制了古生代地层的发育和中生代盆地的分布,形 成于前古生代,但在新生代仍有活动.第四纪时断

10、裂东北盘抬升,西南盘 下降,断裂两盘第四系底界落差大于 100米.该断裂限制了蓟运河水系的 流向,以断裂为界,两侧的水系流向截然不同.西侧流向东南,如海河、 青龙河、潮白河等,东侧流向西南,如陡河、沙河、还乡河等.在卫星影 象上沿断裂线性特征显示清楚.在浅层的蓟运河断裂下方,有一宝纸一宁河地壳基底断裂,两者在平 面位置上和延长方向上根本一致.这是一条较大的北西向地壳基底断裂, 构成了新生代冀中拗陷和沧县隆起的北界.根据在宝城附近穿过该断裂的 塘沽一密云人工地震测深剖面图3. 8b巾的E,该断裂从地壳基底一直 断到地壳上部,断距 3-4公里,为正断层,西南盘下降,与浅层的蓟运 河断裂产状一致.5

11、 .唐山断裂带断裂带主要由三条平行的断裂组成,此外还有一系列褶皱伴生,下而 分别表达.1唐山一古冶断裂：西南段走向北东30° ,东北段走向北东 50°.断裂南端被一条近东西向横断裂 丰南断裂所切,全长约30公里.唐山 以南一段由两条平行的断层组成, 被开滦煤矿命名为4号断层和5号断层. 两断层间距约500米,断面倾向北西,倾角 70 80° ,西边一条为正断 层,东边一条为逆断层图3. 28 o2陡河断裂：东北段为倾向北西的正断层,西南段由两条平行的小断 层组成,断面都倾向北西,西边一条为正断层,东边一条为逆断层,全长约50公里.3唐山一巍山一长山南坡断裂：由一些

12、断续出露的断层组成,走向北东,倾向北西,倾角很陡,近于 80° ,以挤压逆冲性质为主,断面多沿地层层面分布.根据地层比照分析,估计断距不大.断层长约 20公里.上述三条断裂向西南延伸后,在丰南附近合并成为一条,延伸到磨坊 桥附近消失,全长约 40公里,通称为唐山断裂带.与唐山断裂带伴生的 还有一系列褶皱.从图3. 27看,褶皱由西往东有丰台背斜、 车轴山向斜、 卑子院背斜、开平向斜、大佟庄背斜.褶皱轴走向均为北东,背斜窄,向 斜宽,具隔档式构造特点.其中开平向斜规模最大,变形最强烈,两翼不 对称,东南翼平缓开阔,西北翼陡倾,以致倒转,唐山断裂带就发育在这 个倒转翼上.倒转翼受断裂强烈

13、切割,在断裂挟持的中部巍山一长山一带, 形成北东向的狭长型地垒,地貌上表现为隆起的条形山脊.唐山断裂带主要是根据地表地质方法和矿区钻探确定的.据目前得到的资料,证实断裂带发育在古生代地层当中 图3. 28,而一般的物探方 法如重、磁法均没有发现明显的异常,说明断裂在较深部位 如结晶基 底局部表现不明显.唐山断裂带及其伴生的褶皱与外围地区中生代的构造形迹和运动性质 很类似,推测主要是燕山运动形成的.在新生代时,唐山断裂带活动也有 表现.唐山一巍山一长山南坡断裂是上下两级剥蚀面的分界线,高剥蚀面 海拔200250米,大致沿大城山一巍山一长山呈北东向分布,低剥蚀面 海拔40 80米,向南过渡到冲积平

14、原.它们是断裂活动的结果,在断裂 限制下,大城山一巍山一长山成为新的地垒式构造.陡河断裂紧靠地垒构造的西侧展布,断裂两侧地貌景观截然不同,以东为高剥蚀面,以西为山 前倾斜平原.止匕外,断裂还限制了陡河水系的发育,沿断裂形成第四系等 厚线的梯度带,断裂两侧第四系底界落差可达 350米图3. 28,图3. 20 唐山一古冶断裂不但限制了石榴河河谷,而且是低夷平面和冲积平原的分 界线.唐山周围的积水洼地呈北东向展布,洼地集中带与洼地稀少带相间 出现,这种微地貌上的线状变形,也反映了北东向构造的新活动.前面在图3.8中给出了 A、D两条人工地震测深剖面,其东南殴穿过了 唐山地震区.为了便于讨论,现将这

15、两段地壳结构重绘于图 3. 31a、b中这两条剖面相互平行,相距约25公里,沿北西一南东方向横切极震区.在图3. 31a中有三条地壳基底断裂,从左而右是玉田断裂、唐山断裂和 宁河一昌黎断裂；在图 3. 31b有两条地壳基底断裂,从左而右是玉田断 裂和唐山断裂.对于这几条断裂前已做了分析,这里仅对极震区的唐山地 壳基底断裂再做一些讨论.在平面上推断,该断裂沿宁河一丰南一唐山一 带呈北东向展布,但向两端的延伸情况尚难确定.初步认为,该断裂向南 可能被宝城一宁河地壳基底断裂所阻,向北延伸也不会很远见图3. 7从图3. 31可见,该断裂西北盘下降,东南盘上升,可能为正断层,断距 23公里,其下降盘方向

16、的莫氏界面和壳内的其它速度界面均向西北方向 逐渐抬升,莫氏界面在被玉田地壳基底断裂所切后又逐渐下降.根据壳内 各速度界面上下错动的情况,似乎在壳内20多公里处,唐山地壳基底断裂就没有明显的垂直断距了,而且在该断裂的上方也未能获得完好的相位 追踪.因而我们推测,如果作为垂直断层考虑,该断层的上断点可能就在20多公里处,其上可能有破碎带存在. 由于该区的人工地震测深工作是在唐山大震后进行的,故上述结果说明,唐山大震的震源处并未出现能被目 前的人工地震测深探测到的具有垂直断距的断层,进而说明了唐山地壳基 底断裂在唐山地震以前就已存在.6 .丰台一丰南断裂断裂从西往东呈不连续延伸.西部为平行的两条断层

17、,规模较大,丰 南及其东部断裂断续分布,隐伏于第四系之下.根据水系纵比降分析,蓟 运河的一级支流在丰台镇、黄庄洼一带,陡河在稻地一带,沙河在钱家营 一带图3. 30,都忽然出现了近东西向的转折.从新生代沉积物厚度变 化看,从丰台镇经丰南至滦南一线,等厚线呈近东西向延伸. 在丰南附近,北薄南厚,厚度差可达 300-500米.唐汉军通过卫星影象解释,也发现 有一条近东西向的影象色谱界面呈断续分布.林辉德根据1978年的工作结果认为,宝纸断裂可东延到唐山地区.根据航空物探大队904队京津唐地区1/20万航测资料,在唐山以南 存在一个北西西向左旋平移断层,称为丰南平移断层图3. 32.由图可见,丰南与

18、稻地一西河两个北北东向磁力高带,异常的幅度、范围及特征 极为相似,故它们原来应是统一的磁异常带,后来被北西西向的平移断层 切成两段,使异常轴平移了10多公里.根据磁异常特征分析,该异常可能是燕山期侵入体的反映,因此这条北西西向平移断层很可能发生在新生 代时期.这条北西西向的平移断层与上述东西向浅层断裂在丰南南部出露 段的位置是一致的.上述资料说明,在唐山以南可能有一条东西向断裂穿过.马瑾等1980通过多种方案的有限元计算,得出唐山地区应力集中最高的方案,认为除了北东向的断裂以外,还存在一条东西向的断裂通过唐山南部.显然,这条断裂对于唐山地震的作用应予重视.另外,唐山及外围还有一些断裂,它们对强

19、余震的发生起着很重要的作用,如滦县一卢龙断裂、汉沽断裂 等.滦县一卢龙断裂长约 40公里, 在周王山庄、滦河江心岛上,断裂露头清楚,角砾岩、糜棱岩化强烈,挤压破碎带宽约 30米,在桃园附近,寒武系与震旦系之间呈断层接触.据 地层层位比照,断裂为反时针向扭动.新生代时该断裂限制了水系的发育, 沿断裂形成河流谷地.在宁河以西有一北东走向的桐城断裂可能为沧东断裂北延局部,其西部为潘庄隆起,东部为北塘凹陷,宁河就位于凹陷 与隆起的转折带上.在宁河以南还有北西西向的岭头断裂,汉沽断裂.所 有这些断裂使唐山这一地区形成构造上比拟复杂的局面.二、唐山地震的发震构造在唐山地区开展地震地质工作的单位很多,许多人

20、从各自的研究思路 和方法出发,取得了必要的第一手资料和初步的分析结果.这里,我们在 从深浅结合的构造观点讨论发震构造之前,有必要先简要介绍一下各家的 主要看法,以使读者了解目前对这个问题的研究状况.国家地震局地震地质大队孟宪梁等从大范围构造体系活动规律的分析出发,认为唐山地震的发生与挽近地质时期及现今十分活泼的北北东向构 造带和东西向构造带在唐山地区复合有关,并强调了沧东断裂在发生地震 时的作用.根据人工地震测深、卫星影象的分析,以及其它地质、物探资 料他们认为,北北东向的唐山断裂带位于沧东断裂带的东北端,当区域应 力场增强而破裂欲向外开展时,地震沿已存在的构造薄弱带发生最为有利.在这种开展过

21、程中,由于强大的阴山纬向构造带的阻挡,破裂得到暂时的稳定,形成相对的闭锁区.闭锁区在近东西向的压应力作用下逐渐积 累应变能,进而孕育成为大的震源体,直至应力超过岩石的反抗强度后, 突破闭锁而发生地震.唐山地震工作队1977和杨理华等1980根据板块构造的观点,认为 唐山地区位于两个陆地小板块构造边界带的交汇处.一个是华北板块的北 界阴山东西向构造带的南缘-燕山褶断带,另一个是冀中板块的东部边界 带一沧东断裂.二者交汇在唐山、滦县地区,构成唐山、滦县地区强震发 生的地震地质背景.唐山地震区的发震构造与北东走向的宁河一唐山断裂 和北东向的开平向斜在唐山地区交汇有关.他们还认为,宁河一唐山断裂 是沧

22、东断裂带在唐山地区插入燕山东西向构造带之后的一个主要分支大 断裂,北东向的开平向斜那么是燕山东西向构造带的一个组合局部.他们还 根据地震活动、地质构造的差异,提出在此次唐山地震中,唐山、滦县、 宁河是三个独立的发震区,亦即是三个不同的应力集中区.每个应力集中 区有一个主震,并形成相对独立的余震活动区,三个应力集中区是由三组 不同的构造带构成的.国家地震局地质研究所马瑾等 1980,利用有限单元分析方法认为, 唐山地震的发震模型是北东向断层与东西向断层交而不汇.发震断层为北 东向断层,而东西向断层对它起了阻隔、限制以至增强应力的作用,即唐 山地震的发生是由于唐山外围一些断层的活动引起唐山附近应力

23、集中的 结果.而宁河、滦县地震那么是由于唐山地震的发生,促使其应力进一步提 高而发生的.国家地震局分析预报中央强祖基等,通过卫星数字图象处理和第四纪 沉积物沿断裂分布的厚度变化分析,认为唐山地区为一复杂的地质块体,孕震构造是陡河断裂、唐山断裂和北西西向昌平一丰南断裂所组成的多组 活动断裂交汇部位.马宗晋1980还用华北地壳多点应力集中应力场 的观点,讨论了唐山地震序列中强震连发的力学实质.下面从我们所掌握的深浅部地震地质资料出发,结合大震前后的地震 活动性、地震裂缝、构造模拟实验等资料,着重从断块构造观点来讨论一 下唐山地震的发震构造.7 .地表地质资料的分析唐山地区受宁河一昌黎深断裂、丰台一

24、野鸡坨大断裂、滦县一乐亭断裂和蓟运河断裂的切割,形成了一个北东东向的菱形块体图3. 27.唐山菱形块体新生代强烈活动图3. 30,对本区的地震活动有着重要的影 响.唐山菱形块体的基底为前震旦纪的变质岩系,盖层为震且纪和古生代 的沉积岩系,中生代地层缺失,新生代沉积了大量的第四系松散层,其沉 积厚度向南逐渐加大达 800米以上,显示了块体向南倾斜的特征.在地貌 上,该块体呈山前倾斜平原,平原上散布着残丘,由北往南逐渐消失.唐山菱形块体虽然是一个相对完整的块体,但其内部仍然有发育在盖层中的断裂带一唐山断裂带.虽然它的规模较小,但对于地震的发生起了 重要作用,再加上丰南附近存在的东西向断裂,给块体内

25、的结构增加了复 杂性马瑾,1980.从浅部地质构造角度看,唐山断裂带的规模和新活动强度与周围地区的深大断裂相比要小得多,而且被围限于菱形块体的中央,大致构成短对 角线,两端与两对角没有连通.其活动受菱形块体的制约,因而形成了活 动块体上易破而未破的闭锁区.又由于块体内东西向断裂的存在,使北东 向的唐山断裂带受到限制或变形,发震的闭锁构造更加复杂化,因此也就 为集中更高的应力提供了必要的条件 图3. 33.菱形块体的东、西边界断裂不仅对 7. 8级地震的应力积累起了重要作用,而且对强余震的应力积累也起了重要作用李志义等,1979,这一点也与力学分析和计算结果一致丁文镜,1978 o唐山地震极震区

26、位置与唐山断裂的位置根本一致.十一度等震线沿唐山断裂带中的古冶一唐山断裂分布,共长轴走向与唐山断裂带的走向和位 置一致图3. 33 o九度和八度线的长轴走向为北东东,其形态和分布与 菱形块体的范围和方向也根本一致.上述各等烈度线的长、短轴之比为二 比一,显示了北东向构造作用的优势.地震后喷水冒砂区的分布也有一定的规律性.张步春通过对震后所摄航空影象的分析,画出了全区喷水冒砂的平面分布图 见图3. 34.将它 与构造线比照后,发现喷水冒砂受下述构造限制： 其一,受菱形块体限制, 喷水冒砂区在块体内分布面积最大.其二,受菱形块体的边界断裂限制.喷水冒砂区东、西两边的界线呈直线状延伸,分别与北西向的

27、滦县一乐亭 断裂和蓟运河断裂的分布一致.沿丰台一野鸡坨断裂也有分布,呈条带状 延伸,其长轴走向与断裂平行.沿宁河一昌黎断裂的分界不明显,可能与 靠近海边有关.其三,受北东向唐山断裂带限制,以断裂为界,西北侧喷 水冒砂寥寥无几,东南侧那么大片出蹿.其四,受东西向丰台一丰南断裂控制,喷水冒砂的分界线呈东西向延伸,北侧很少,南侧大片出露.可见,震后的喷水冒砂反映了菱形块体及其边界断裂,以及唐山断裂带的活动.唐山地震的余震明显地呈北东向分布,与发震断裂的走向和位置一致.根据国家地震局地球物理研究所速报目录,从截止于1976年12月23日震级为4. 5级以上的余震分布看图3. 35,余震分布区的长轴走向

28、为北东45° 从后来更长时间的资料看,长轴走向已达50-60° ,其长度约140公里,短轴长度约45公里,长短轴之比约为三比一.6级以上的强余震集中分布在滦县、宁河两个区域内,它们与菱形块体的东西边界断裂活动密切相关.如第二章中所述,唐山7. 8级地震及其一系列的强余震,在深度总体分布上是东北浅,西南深,中部唐山地区介于二者之间图2. 16.这一特点与唐山菱形块体有一定的关系.唐山菱形块体在新生代以后是一个掀斜块体,西南下沉第四系最厚,东北翘起基岩出露地表,与余震深度 的总体分布特征一致.据国家地震局地震测量队资料,1975至1976年震后唐山地区垂直形变有一定的规律性,其

29、变化方向与菱形块体的长轴方向也一致.唐山断裂两侧的垂直形变是东南侧下降, 西北侧上升,与地震块体的运动方式一致.唐山地震后,在滦县、宁河出现了两个强烈下沉区,其构造位置分别处于唐山断裂带两端的异侧,据此分析唐山断裂带两侧的两个三角形块体的运动方式呈右旋.滦县,宁河两地区,位于三角形块体运动方向的后侧,故该两处的下沉是走滑断块尾端效应的结果图3. 36 o唐山地震震源机制解中的第一节面走向与余震分布带的走向也相符,7. 8级说明该节面是地震的断层面,它正好与唐山断裂带相对应.根据 地震与余震的位置,可以判断破裂开始于唐山断裂的西南段,然后向北东及南西方向开展邱群,1976张之立等,1980,其总

30、破裂长度大约140公 里.由此可见,测震学提供的资料与地质构造是符合的.唐山地震发生后,沿唐山断裂带中的5号断层出现了一条地震裂缝带图1. 3,它直观地说明了发震构造的性质和破裂方式.地震裂缝带的具 体情况和力学分析在第一章中已有介绍,在此不再赘述.从裂缝的组合来 分析,裂缝的形成是由于北东东一南西西向的水平挤压力和来自深部的垂 直力共同作用的结果.前已提及,根据余震分布范围推断唐山地震的总破裂长度大约140公里,但唐山地震裂缝与之相比那么要小得多.其原因可能是：裂缝带发育在 第四系松散层中,柔性介质不易出现刚性破裂,而且,深部发震断裂与地 表断裂的连通性差,即深部断裂没有完全延伸到地表.因而

31、,唐山 8公里 长的地裂缝,并不是产生地震的断层,而只是深部断裂在地表上的一种直 接反映.唐山地震断裂带上主破裂-7 . 8级地震发生后,在急剧的应力一应变 调整中,在破裂端部附近受到横向断裂一滦县一乐亭断裂和蓟运河断裂的 阻隔而形成两个新的应力集中区,进而也同时牵动北西向断裂的破裂.由 于两组断裂的破裂,发生了 7. 8级地震两侧的假设干次强余震,如在东北 端发生的7. 1级地震和西南侧发生的6. 9级地震等.对于唐山地震发震构造的这一分析,曾得到了模拟实验的证实虢顺民 等,1977)8 .深部资料的分析基于浅部地质资料对唐山地震发震构造所作的上述分析,也得到了深部资料的支持.唐山块体的边界

32、断裂,大部在深处发育有地壳基底断裂,为储存巨大的应变能和多点应力集中提供了条件.前已述及,唐山地壳基 底断裂对应着浅部的唐山断裂带.地表上的唐山断裂带是由一些伴随褶皱 的逆断层组成,推测其延伸不会超过 5公里.显然,这就有可能存在一个 在深、浅断层之间没有或没有完全断开的闭锁段,估计其深度范围大约在 5-20多公里左右.如果是这样的话,我们认为这一范围是最容易发震的 地段,由于它有利于应力的集中和断层的继续破裂与开展.根据 1/20万 航空磁测资料解释结果,有一条北西西向的丰南平移断裂通过唐山极震区 (图3. 31a) o这条左旋平移断裂大致在唐山、丰南之间与唐山断裂相交, 断裂的这种交汇点是

33、应力最容易集中的部位.唐山地震的震中就位于该交 汇点附近,震源深度为12公里.除上述发震断层外,我们认为有些深部构造特征也可能与唐山地震的 孕育与发生有关.现根据前面有关章节的讨论结果,我们把唐山地震区的 上地幔高导层埋深,莫氏面构造形态和深度以及唐山地震的震中分布绘于 图3. 37中.由图可见,唐山地震与地壳一上地幔结构有密切关系,主要有以下几点：(1)7 . 8级地震震中位于唐山北东向地壳基底断裂和丰南北西西向平移 断裂的交汇处附近.(2)大量的余震震中密集分布区的长轴方向根本上与唐山北东向地壳基底断裂的展布方向吻合,余震分布范围大体上没有超过周围地壳基底断裂所限定的空间.(3)唐山地震区

34、分布在以渤海为中央的下辽河一渤中一黄骅一上地幔高导层隆起的50公里等深线与北部山前地带 80公里等深线之间的变化带 上.根据大地热流和居里等温而研究结果,这一斜坡带正好是从渤海“高 热区到北部山区“冷区的过渡地带.(4)唐山地震区位于玉田东南莫氏面隆起的斜坡上. 该莫氏而隆起与雅 洪桥第四纪拗陷对应(图3. 4),其中第四纪沉积厚达 700800米,为华 北第四纪沉积最厚的地区之一.这种对应关系说明,进入第四纪以来这一带深部存在着局部上隆,从而导致地表下沉.但上隆中央不在7. 8级地震震中的下方,而是在其西北一侧.(5)唐山地震区位于上地壳内 G界面隆起的斜坡带上.由于以渤海为中央的下辽河一渤

35、中一黄骅上地幔高导层(软流圈)的上隆,导致了上地壳的侧向滑动,在壳内构造比拟复杂的唐山地区上地壳滑动受到了阻碍,从而使上地先处于侧向挤压应力场的作用之下.该挤压应力积累在上地幔软流圈隆起带的边缘以外,并被限定在唐山周围地区的断裂所围限的空间之内,其挤压应力的主要集中点是唐山地壳基底断裂和丰南平移断裂的交汇处.该区西北部的上地幔局部上隆所形成的局部垂直应力,以及该区下部明显的水平温度梯度所形成的热弹性应力,对唐山大震的孕育和爆发也起着不可无视的作用.其立体结构模式如图3. 38所示.综上所述,唐山菱形块体所围限的连通性不好的唐山断裂与隐伏深断刹之间复杂的构造闭锁区可能就是地震的发震构造,菱块短轴

36、方向上的两钝角端,是构造的复杂交汇区,是唐山断裂带端部破裂的扩展区和北西向 构造的牵动区,所以发生了一系列强余震.深部构造环境为应力在这地区 集中创造了必要条件.唐山市构造描述1、区域地质构造概况本区大地构造位于燕山台褶带南缘的开滦台凹,该台凹主要由中元古 界至上古生界组成,晚古生界石炭、二迭纪沉积环境稳定,发育齐全,沉 积层厚1200m的煤系地层.中生代燕山运动强烈,形成一系列褶皱和断裂, 并缺失中生界,也无岩浆运动.褶皱具隔挡式特点,背斜窄,走向断层发 育,向斜宽.褶皱轴走向均为北东,主要有丰台背斜、车轴山向斜、碑子 院背斜、开平向斜.新生代以来,南北构造分异明显,南部下沉,上新统 一第四

37、系向北层层超覆,并伴随断裂活动形成鸦鸿桥凹陷、新军屯一唐山 凸起、唐山东断凹等构造.北北东一北东向唐山断裂带,是区内一条重要断裂带,斜贯全区,展 布于碑子院背斜和开平向斜间的陡倾以至倒转的翼部,见图3 1.是一系列大致平行的断裂与褶皱相伴生的复杂断裂带.其中唐山断裂是1976年7.8级地震的发震断裂,沿断裂在地表产生长达11km的裂缝带.2、主要断裂活动性本区断裂以北东一北东东为主,次为北西向和北东东一近东西向,见 图32.主体断裂为北北东一北东向唐山断裂带,断裂带内全新世强烈逆冲右旋走滑断层一唐山断层是发震断层.由于大局部断裂展布于平原和海 域,皆为隐伏断裂,故其断裂性状及活动性主要是石油勘

38、探、浅层地震探32)测、钻探和地质、地貌调查等方法综合分析加以确定见表韩家庄断裂Fi展布于丰润东南,向西南经毛家坨至韩家庄以西,区内长41kni总体走向北东东,倾向北西,倾角 50°75°.该断裂为由钻孔、物探证实的 一条隐伏断裂,构成新军屯凸起与鸦鸿桥凹陷的边界,限制鸦鸿桥凹陷的 上新统一第四系厚达数百米至千米的沉积,为晚更新世活动断裂.岳龙庄断裂F2为发育在新军屯凸起上的一条断裂,又称韩家庄南断裂展布于韩城南 至岳龙庄以西一线,区内长24k管总体走向北东东,倾向南东.为一条早、 中更新世活动断裂.唐山断裂带F3-F11是一条由多支相互平行的断裂与褶皱相伴生的复杂断裂带,

39、发育在开平向 斜陡倾以致倒转的西北翼上.该断裂带从北向南可划分为三段.北段由陡 河断裂F3、巍山一长山南坡断裂F4、唐山一古冶断裂F5组成,中 段由碑子院一丰南断裂 F6、唐山一丰南断裂F7、唐山断裂F8组成, 南段由王兰庄断裂东、西支F9、Fi.和王兰庄南一汉沽断裂Fii组成. 其中该断裂带东边的唐山一古冶断裂、唐山断裂、王兰庄断裂东支和王兰 庄南一汉沽断裂彼此大多呈右阶错裂,晚第四纪活动性强,并构成唐山断 裂带中规模最大的一条断裂.陡河断裂F3在巍山一长山西北麓沿陡河分布,向南在龙王庙南消失,全长20km走向北东,倾向北西,正断层.断裂两侧地貌景观截然不同,东南侧为海拔高200m以上的山地

40、夷平面,西北侧是山前平原,并在紧邻下降盘一侧 形成300m- 400m的沉降中央,断裂两侧第四系最大垂直落差达 150200ml 根据地矿部水文地质技术方法研究所浅层地震勘探资料,由两条相距200m左右的平行断裂组成,越向东北方向断裂活动性增强.断层北部在大学道 断入第四系,上断点埋深为 30m,相当于上更新统.西南部在裕华道断入 第四系,上断点埋深为 80m左右,相当于中更新统.巍山一长山南坡断裂F4断续出露于巍山一长山南麓,向南延伸可能止于北西向西缸窟断裂.走向北东,倾向北西,倾角达80° ,全长约21km,以挤压逆冲为主.断裂多沿地层层面分布,从地层层序上看,断距很小.地貌上大

41、致限制上下 两级剥蚀面的分布,西北侧巍山一长山高剥蚀面海拔高200250ml东南侧低剥蚀面仅4080ml未发现晚更新世以来活动的地质、地貌证据.判 断为早、中更新世活动断裂.唐山一古冶断裂F5位于唐山城区以北,南自南新道北,向北经开平、古冶一线延出区外, 区内长32kmi总体走向北东至北东东,倾向南东,倾角50°60° ,逆冲兼走滑性质.该断裂限制石榴河河谷走向, 地貌上大致为海拔高4080m 低剥蚀面与冲积平原的分界线.表现为东盘上升,西盘下降,具逆冲性质,上断点已切入上更新统,1976年唐山地震时此段断层附近有地表裂缝出 现.碑子院一丰南断裂F6北自碑子院,向南经梁家屯

42、、刘家过道至丰南区,全长13kmo走向北 北东至北东向,倾向北西、正断层性质.断裂北局部仍由两支平行断裂组 成,上断点埋深 45nl根据上断点的深度对应的地层年代资料判断,该断 层最新活动时代为中更新世晚期和晚更世早期.唐山一丰南断裂F7该断裂组有三条平行断裂组成F71、F72、F 73,相当于开滦煤矿 命名的唐山矿I、n、出号断层,断裂北自凤凰山一带向南经老将军坨至 丰南区城东消失.北段走向北北东,向南折为北东向,倾向北西,全长10km 以上.据地矿部水文地质技术方法研究所,1993年在凤凰山公园内和北新 东道浅层地震勘察,揭示上断点在第四系地层中埋深10m为晚更新世活动断裂.本次在南新东道

43、和老将军坨一王禾庄乡村路布设的两条浅层地震 测线均揭露到该断裂组,其位置与地质上推断出的唐山一丰南断裂组位置 相应.上述断点埋深 3060m最新活动时代为晚更新世.唐山断裂F8北自胜利路,向南大致沿复兴路后经礼尚庄村西郑家庄村东,安机寨 西至望马台南,全长约15km它北与唐山一古冶断裂,南与王兰庄断裂东 支均呈右阶错列.据唐山矿资料,该断裂由2条平行断裂组成,即开滦煤矿命名的唐山矿IV、V号断裂,相距300m左右.V号断层倾向北西西,倾角70°80° ,属逆冲走滑性质,西侧IV号断层,近直立或北西西倾, 向下650m即与5号断层相接,组成“ Y字形结构,为正断走滑性质.王兰庄断裂东、西支F9、F10和王兰庄南一汉沽断裂F11据石油部646厂人工地震勘察资料,在王兰庄一带展布2条断裂,称之王兰庄西支断裂F9和王兰庄东支断裂F10,它们应分别是唐山断裂带碑子院一丰南断裂和唐山断裂向南延伸段,彼此间呈右阶错列,分别长约18km总体走向北东,均倾向东,上新统底部砾岩被其断开40300nl王兰庄南一汉沽断裂Fii,自王兰庄南直延伸到汉沽以南,区内长17km,倾向东,