北京平原夏垫断裂带齐心庄探槽设计

北京平原夏垫断裂带齐心庄探槽设计

1地表陡坎探槽夏垫断裂是北京平原的一个重要扰动。该断裂于1679年发生在三河-平原八度地震中。自70年代末以来,许多学者对夏垫断裂的第四纪活动特征及1679年8级地震的发震构造进行了研究(齐心庄探槽位于齐心庄南800m。这里1679年8级地震形成的地表断层陡坎呈近东西向分布,延伸300余米,与东西两侧地表陡坎呈左阶斜列展布,陡坎两侧的地面垂直高差1.6m。该探槽工程共开挖了2个探槽及4个探坑,探槽与探坑的最大距离达400m(图1),探槽最大深度4m,探坑深1～2m。探槽揭露的断面位于现今地表陡坎以南23m。该项探槽工程揭露地层16个层位,实测2通过揭露地层破坏和古代地震事件2.1层位及构造特征在齐心庄探槽出露的16层地层中,除地表耕植土外,断层上升盘有8个层位,断层下降盘有7个层位。地层编号由老到新排序(图2),下面按此序做描述。(1)灰黑色粘土,上部含少量锈斑,下部锈斑减少,含螺壳碎片,厚1m,上述层位(1)～(6)在1号探槽及2号探槽内断层上升盘分布。同时,在距离2号探槽以南100m及200m的2号及3号探坑的底部可见到层位(6)～(7),TL测年距今(8.05±0.68)ka及(7.16±0.61)ka。距离2号探槽以南400m的3号探坑,出露层位(2)～(5),TL测年距今(13.57±1.15)ka(图3)。(7)黄褐色粘土,含少量锈斑,探槽内出露最大厚度为1.9m,未见底。该层下部TL测年距今(9.71±0.82)ka,层位上部TL测年距今(8.54±0.73)ka。该层岩性与上述层位(5)近似,但厚度明显大于层位(5)。该层与上覆地层之间的倾角达20°,故层位(5)被推测为崩积楔堆积。(8)黄色粉砂,略含粘土,底部含零星钙核,厚0.6m,该层底部TL测年距今(7.39±0.63)ka。在断面以南6m,该层的顶部TL测年距今(6.25±0.53)ka。(9)黄色粉砂,近断面处混杂灰黑色粘土块,粘土块直径1～3cm。该层总体形态呈崩积楔状,底边长1.4m,最大厚度0.7m。层顶部TL测年距今(6.68±0.57)ka。(10)灰黄色亚粘土,底部钙核较多,粒径1～3cm。该层超覆在层位(8)、(9)之上,厚0.8m,上述层(7)～(11)分布在2号探槽内断层下降盘。其中层(11)在2号、3号探坑也有出露。2号探坑层(11)(12)该层位于2号探槽内断层上升盘,探槽东西两壁有所不同,分别命名为层位(12)-1及层(12)-2。(12)-1在探槽西壁出现,褐色亚粘土,含小粒零星钙核,层位(12)-2在探槽东壁出现,灰色亚粘土,含小粒钙核,厚0.3m。探槽东壁紧邻断面处,(12)-2层中有一高约0.4m、长约1m的黄色粉砂团块,其下部呈张裂楔插入层位(5)中。(13)黄色砂,纯净,呈透镜体状,仅在2号探槽东壁出现,厚0.2m。(14)灰黄色亚粘土,含1～2mm厚的薄层黄色粉砂层,黄色粉砂层与灰黄色亚粘土被强烈揉皱,该层的底面呈波状起伏,厚0.6m。层位顶部上述层位(14)～(15)出现在2号探槽断层下降盘,层位稳定。(16)灰色耕植土,覆盖在断面两侧,厚0.2～0.3m。2.2探槽及古地震事件的格局从图2可以看到,展布在2号探槽内的断层断错了探槽内层位(1)～(13),此外层位(14)微细层理的揉皱,反映该层沉积后受到后期地震事件影响。该断层下部,层位(1)～(9)被断错,断面平直,断层上部层位(12)及(13)被断错,断面倾角较缓,显示上部地层被错断后经历过剥蚀(图2)。齐心庄探槽存在以下的古地震现象:①地层层位错断;②断层下降盘出现崩积楔;③断层下降盘出现堰塞塘堆积;④张裂楔;⑤地层出现揉皱或液化现象。由图2看到,该探槽没有出现同层位错。以下由老至新对古地震事件进行分析。探槽底部层位(7)的大角度地层分布形态,显示了早期古地震事件(E层位(9)崩积楔状的堆积代表探槽内由老至新的第二期古地震事件(E层位(11)为黑色粘土,代表静水沉积。这种沉积既可能是古地震事件形成的陡坎前局部负地形堆积,也可能是大范围的环境沉积。在2号探槽以南400m范围内开挖的3个探坑表明,在距2号探槽以南约100m的2号探坑及200m以外的3号探坑中,该黑色粘土依然存在,但厚度变薄,在3号探坑内层(11)厚0.4m。而在2号探槽以南400m的4号探坑内,层(10)与层(11)全部消失,表明层(11)黑色粘土不代表大范围的环境沉积,而是邻近断面的淤积塘堆积。该堰塞塘反映了探槽的第三次古地震事件(E层(11)与层(9)在探槽东壁断面附近出现张性拖拽,反映了在层(11)沉积之后发生的断层活动。该次事件活动发生在距今(2.233±0.070)ka以后。层(14)、(15)是层(11)沉积后断层上升盘遭受剥蚀以后的超覆堆积。层(14)中薄层揉皱现象反映了浅水环境中地层的强烈振荡,代表了层(14)沉积后经历了一次强震事件。层(14)的此外,探槽东西两壁断层上升盘层位(5)顶部出现多条黄色粉砂充填的张裂楔,表明层(5)之上原是一古地面。这些张裂楔代表的古地震事件略早于这些黄色粉砂的热释光年代,大体对应上述E上述古地震事件E综上所述,探槽共揭示了4次强震事件,其中包括3次古地震事件及一次历史地震,即1679年三河-平谷8级地震。3次古地震发生的时间分别距今(10.85～9.71)ka、(7.39～6.68)ka、(5.416～2.233)ka,其均值分别为(10.28±0.57)ka、(7.035±0.355)ka、(3.824±1.591)ka。这4次强震事件的间隔分别为(3.245±0.336)ka、(3.211±0.815)ka及(3.553±0.796)ka,平均强震间隔为(3.336±0.396)ka。此处标准差计算方法参见2.3同震同震位移、地表陡坎的演变探槽断裂两侧缺少同层地层,无法计算同层地层的垂直落差。但依据现今地表陡坎与断层的位置及断层两侧地层的沉积相分析,仍有可能从恢复古地震事件的断层地形入手,尽量接近真实地反映这几次地震事件的同震垂直位移(1679年三河-平谷8级地震的同震垂直位移,在探槽开挖地点表现为1.6m高的陡坎,同时,2号探槽内层位(15)是1679年以后的沉积,即层位(15)的厚度及现今该点地表陡坎的高度,代表了1679年三河-平谷8级地震(E3比较以往的研究结果3.1齐心庄探槽与东柳河屯探槽的对比在齐心庄西3.3km开挖了潘各庄探槽,深4.0m。从表2可以看到,潘各庄探槽中的层(2)、(7)和层(9)与齐心庄探槽中的层(1)和层(5)、层(14)岩性可大致对应,但潘各庄探槽中的层(8)无法与齐心庄探槽中的层(8)、(9)、(10)、(11)对应。这与潘各庄探槽断层下降盘开挖长度不充分有关。齐心庄探槽与东柳河屯探槽在断层上升盘有2套地层可对比,在断层下降盘有3套地层可大致对比。在地震事件方面,在同震垂直位移分析中,潘各庄探槽断层两侧见到4层地层的同层对比,垂直位移2m。从上述3个探槽古地震事件对比结果可以看到,沿同一地表地震破裂带不同地段开挖的探槽,得到的古地震期次不完全相同。其中齐心庄探槽与东柳河屯探槽的全新世地震事件有三次对应(图4)。同时,齐心庄探槽比东柳河屯探槽多一次距今(3.824±1.591)ka的古地震事件。在探槽地层的同震垂直位错分析方面,在考虑探槽内断层两侧地层位错与地表陡坎关系之后,东柳河屯探槽与齐心庄探槽的同层垂直位错可大体对比。3.2层位错距与古地震事件的发生焦振兴等根据对潘各庄钻孔的古地震事件分析,潘2孔层(7)～(9)以上的层位有4次古地震事件(江娃利,2000),它们与齐心庄探槽的4次古地震事件在时间方面存在差异。依据钻孔分析的古地震事件较同期的探槽古地震事件时间上存在滞后现象,这可能是因为在钻孔中只能依据层位错距来判断事件,而在探槽剖面中可依据地层形态判断古地震事件。例如,潘2孔中的第3、4期古地震事件(E徐锡伟等人(1999)在夏垫断裂东柳河屯打了2个钻孔,通过钻孔地层剖面对比及地层年代学测定,研究了夏垫断裂2.6万年以来的古地震序列。徐锡伟等人(2000)认为,在距今1万年期间,夏垫断裂曾发生3期地表破裂型强震事件。这3期强震事件除1679年三河-平谷8级地震外,另2期强震事件发生在距今(4.2±0.37)ka及(7.97±0.65)ka。由此表明,东柳河屯钻孔与齐心庄探槽在全新世期间后3次地震事件大体对应(图4)。4强震事件间隔及对比在夏垫地表地震断层东段开挖的齐心庄探槽研究中,得到以下结论:(1)齐心庄探槽揭示了夏垫断裂全新世活动的4次地震事件。其中最新一次地震为1679年三河-平谷8级地震,其余三次为古地震事件。(2)根据探槽内地层断错与地层测年情况,这3次古地震事件分别发生在距今(10.85～9.71)ka、(7.39～6.68)ka及(5.416～2.233)ka。4次强震事件的间隔分别为(3.245±0.336)ka、(3.211±0.815)ka及(3.553±0.796)ka,平均强震间隔为(3.336±0.396)ka。(3)齐心庄探槽四次强震事件的最小同震位移由新至老分别为:1.8m,1.2