北京顺义断裂第四纪活动性地球物理及钻孔综合探测证据

第94卷 第4期 2 0 2 0年4月地质学报ACTA GEOLOGICA SINICA V o l. 94 N o. 4

A p r. 2 0 2 0

北京顺义断裂第四纪活动性地球物理

及钻孔综合探测证据

戚帮申，潘智锋4)，丰成君2’3)，谭成轩2’3)，张鹏2’3)，孟静2’3)，

孙明乾2’3)，杨肖肖2’3)，雷晓东1}，石涵静1〉，易冰5)

1)北京市地质勘察技术院，北京，100120; 2)中国地质科学院，地质力学研究所，北京，100081;

3)自然资源部，新构造运动与地质灾害重点实验室，北京，100081;

4)中交公路规划设计院有限公司，北京，100010; 5)防灾科技学院，河北三河，065201

内容提要：顺义断裂是北京平原区重要的隐伏断裂之一，其第四纪活动性及其对地表地裂缝地质灾害影响的研究是优化首都地区国土空间开发格局和防灾减灾体系建设的必要工作。针对隐伏断裂的复杂性特征，利用可控 源音频大地电磁测深（CSAMT)、浅层人工地震、高密度电阻率法地球物理探测，以及钻孔地层剖面记录等方法，综 合分析顺义断裂第四纪活动特征，结果表明：①顺义断裂走向NE，倾向SE•正断活动特征，为全新世活动断裂，北 小营附近断裂上下盘早更新世、中更新世、晚更新世和全新世以来的垂直滑动速率分别为〇.23m m/a、0.03mmAi、0.29mm/a和0.51mm/a;②断裂第四纪以来时空存在明显差异，时间上，早更新世断裂活动性较强，中更新世活 动弱，晚更新世活动性增强，全新世以来活动性最强，空间上，第四纪以来顺义断裂南段的活动性较北段强；③顺义 断裂现今仍具有一定蠕滑活动特征，并对浅地表部地裂缝发育具有明显的控制作用，这可能是顺义地裂缝发育的主要原因。

关键词：顺义断裂•，第四纪活动性；地球物理探测；钻孔联合剖面；北京

活动断层为晚第四纪或距今12万年以来有过 活动的断层，特别是，第四系覆盖区隐伏活动断层是 我国许多发达城市潜在致灾地质因子，不仅突发性 地震时往往沿活动断层迹线的破坏亦最为严重（X u X i w e i et al.，2002;X u X i w e i,2006)，而且断层活 动还会诱发地裂缝、滑坡等地质灾害（P e n g j i a n b i n g et al. ,2007，2012; Z h a n g Y o n g s h u a n g et al., 2019)，严重威胁城市安全。因此，隐伏活动断层的 几何位置、运动方式、活动性，及其控灾效应的研究 具有重要的工程和科学意义，也是影响区域地壳稳定性的重要因素之一（S i m Y e et al.，l998;T a n C h e n g x u a n et al. ,2009；Y a o X i n,2014；Q i B a n g s h e n et al. , 2018) 〇

北京位于燕山隆起、太行山隆起和华北断陷盆地交汇部位，经历了多期构造运动，地质构造较为复 杂，活动断裂发育，主要断裂带有顺义断裂（F1)、黄 庄一高丽营断裂（F2)、南口一孙河断裂（F3)、南苑 一通县断裂（F4)、夏垫断裂（F5)等（图1)。其中，顺 义断裂是北京平原顺义凹陷的边界断裂，自孙河附 近起，向N E方向经天竺、首都国际机场、顺义县城、北小营镇，延伸至木林镇一带，倾向S E，其第四纪活 动性一直备受学者关注（P e n g Y i m i n et al.，1981; Li W e n h a o et al.，1992; H u P i n g et al., 2000; Z h a n g S h i m i n et al.，2005; B ai L i n g y a n et al.，

注：本文为中国地质调杏W地质调杏项目“京渖冀协同发展K活动构造1区域地壳稳定性调查（I)D2*******)”、“通州-石家庄活动构造带区域地质调查（DD20190317)”、国家自然基金“断裂活动导致地应力解隅的机理研究（41702341)”和北京市地质矿产勘査开发局地质调查项目“延庆盆地〗：2.5万高精度重磁测量（PXM2019-158307-000009)”联合资助的成果。

收稿日期：2019-04-20;改回日期：2019-07-22;网络发表日期:2019-08-05;责任编委••张永双；责任编辑：黄敏。

作者简介：戚帮申，男.1988年生，工程师，博士，主要从事新构造、活动构造、区域地壳稳定性研究；E m ail:qibang.s h en@。通汛作 者：丰成君，男，1985年生•副研究M.博士•主要从事水IK致裂地应力测M、构造应力场综合研究及活动断裂调查评价等工作。E m ail: feng2010618@。

引用本文：戚帮申，潘智锋，丰成料，谭成轩，张鹏，孟静•孙明乾•杨？，雷晓东，石涵静.易冰.2020•北京顺义断裂第四纪活动性地球物理及钻孔综合探测证据.地质学报，94(4):1315〜1329,d oi:10. 19762/ki.dizhixuebao.2020002.

Qi B angshen*Feng C hengjun,Tan Chengxuan,Zhang P en g,Meng Jin g，Sun M ingqian，Lei Xiaodong，Shi H anjing,Yi Bing,Yang Xiaoxiao.2020. Application of comprehensive geophysical-drilling exploration to detect the buried Shunyi active fault belt in Beijing.Acta Geologica Sinica. 94(.1): 1315〜1329.

1316

地质学报

h t t p：//w w w.geojournals,cn/dzxb/ch/index.aspx2020 年

2014 ;Z h a n g L e i et al.，2015, 2016)。目前，关于顺 义断裂活动性的认识还存在较大的分歧，有的学者 认为顺义断裂早、中更新世有明显活动，晚更新世以 来活动不明显（Li W e n h a o et al.，1992; Z h a n g S h i m i n et al.，2005)，而有的学者认为其为活动断层（P e n g Y i m i n et al.，1981; H u P i n g et al.，2000；L i n C h u a n y o n g et al. ,2006; B a i L i n g y a n et al., 2〇14；Z h a n g L e i et al. , 2015 ；X u X i w e i et al., 2015)，并且现今断层蠕滑造成了地裂缝地质灾害沿 顺义断裂呈带状群发现象（H u P i n g et al.，2000; Z h a n g L e i et al.，2016) 〇

顺义城区一北小营一带是北京地区地裂缝地质 灾害发育典型地区之一，地裂缝发育密集，破坏严重 (图2)，其形成原因和顺义断裂之间的联系一直存在很多不确定性。顺义地区地裂缝最早发现于1976年唐山大地震后，由北小营至顺义县连续发现 多处裂缝，尤其是顺义西南原北京橡胶二厂一带最为发育，地裂缝穿越的建筑物和道路破坏严重(Z h a o Z h o n g h a i,2001, 2002；R e n J u n j i e et al., 2007 ；Z h a n g S h i m i n et al. ,2005 ；Y a n g T a o et al.，2010; Jia S a n m a n et al.，2011)。20 世纪 80 年代末期到90年代，在橡胶二厂及其西南怡馨家园 小区、中石化北京石油公司、顺义美姿服装有限公司厂区北侧一带都已发现了不同程度的地裂缝，裂缝最宽处达到了 9c m(Y a n g T a o et al.，2010)。2010年以来，顺义地区地裂缝灾害在首都国际机场一天竺一孙河一•带突显（图2)(G a o M i n g l i a n g et al. ,2016)。总体上，地裂缝基本沿顺义断裂展布，于顺义城区一北小营呈带状群发，并且具有由 N E向S W逐渐扩展的趋势。对于顺义地裂缝群发的成因机理不同学者给出了不同的解释，有些 认为地裂缝群发与断裂蠕滑息息相关（H u P m g et al.，2000)，但有些学者认为地裂缝发育主要受地下水超采和土体性质差异影响（Z h a n g S h i m i n et al. ,2005 ；Y a n g T a o et al. ,2010；G a o M i n g l i a n g e t al.，2016)。

针对上述不同观点，本文基于详细的地表调查，在关键构造部位开展地球物理和钻孔综合探测，精确定位断裂展布，进行活动性分析，并对典型地裂缝 地质灾害点进行深部及浅地表结构探查，揭示地裂 缝发育与隐伏活动断层之间的关系，进一步深化对地裂缝控灾机理的认识，从而为优化首都地区国土空间开发格局及防灾减灾体系建设提供地质安全保障。1区域地质背景

北京位于燕山隆起、太行山隆起和华北断陷盆 地交汇部位，北部走向近东西向的燕山隆起，与西部 山区走向N E的太行山隆起，在西北南口关沟处相交，并与北京平原相接（图1)。北京平原下伏基岩埋深变化较大，被多条断裂切割，构成了著名的北京 断陷盆地，平原区是由永定河、潮白河、温榆河等冲 洪积物堆积而成，第四纪沉积物分布广泛，河流冲洪 积扇和沉积凹陷是北京平原第四系地质单元的主要 类型。

本区新生界以来构造运动显著，古近纪时期，N E向黄庄一高丽营断裂与南苑一通县断裂活动，形成自西向东依次分布的京西隆起、北京凹陷和大兴隆起的“两隆一凹”的构造格局（W a n g L i a n g m o u et al.，1990);新近纪时期，N E向断裂发育，导致该 构造格局解体，北京冲积平原初步形成（Z h a n g L ei e t a l.，2017);第四纪以来，新构造运动继承性发展，N W向的南口一孙河断裂与N E向的顺义断裂 活动明显，形成了诸如马池口凹陷、后沙峪凹陷和天 竺凹陷等一系列第四纪断陷盆地（Jiao Q i n g a n d Q i u Z e h u a，2006; Z h a n g L e i et al.，2016)。研究区 内发育的新生代主要地层为上新统（N2)、下更新统 £^)、中更新统（<3巧）、上更新统（<3以）以及全新统 (Q h)，其中，上新统（N2)主要为棕红色半胶结砂岩、砾岩;下更新统Q P,)主要为河流相和湖沼相交替的 淤泥质沉积物，富含腹足类化石；中更新统（Q p2)主 要为河流相或湖沼边缘相的砂、砂砾石类沉积物；上 更新统（Q p3)为河流相与浅湖沼相交替沉积物，主 要以河流相为主，岩性以中粗砂、砂砾石、砾石类沉 积物为主，普遍含钙质结核；全新统（Q h)为河流和 湖沼相沉积，岩性以粘质砂土、粉砂及细砂为主，并 组成多个韵律层（Li D i n g r o n g et al.，1979;C a i X i a n g m i n et al.，2009，2016)。

2地球物理探测

目前，常用的隐伏活动断裂地球物理勘探手段包括可控源音频大地电磁测深法（C S A M T)、高密 度电阻率法、浅层地震勘探等（F a n g S h e n g m i n g et al. , 2002；D e n g Q i d o n g et al. , 2003；Li Z h e n g x i, 2005；W u Z i q u a n et al. , 2005；X u M i n g c a i et al., 2005；L i u W a n e n,2007；D u L i a n g et al. ,2012；Y a n g Q i y a n e t a l.，2016)。研究区内不同岩性地层 的密度、磁化率、剩磁强度、电阻率、极化率物性柱等