磁县断裂带的构造和地震活动特征

李 皓，潘 晖，温 超，冉志杰，吕国军

（河北省地震局，石家庄 050022）

0 引言

磁县断裂带是华北地震区一个次级构造单元，该断裂为内黄隆起和临清坳陷的分界断裂，东起磁县北，西经席家村、甘泉、南岔口、陶泉、塔湾村、白土镇、小河沟村、峰峰矿区、南山村、西固义、张家店，全长约50km。该断裂走向NWW，倾向N，倾角较陡，是中生代以来长期发育的一条断裂［1］。根据其活动性质，可分为东西2段，东段为磁县－峰峰段，西段为南山村－岔口段，全新世时期该断裂有多次活动，活动方式以具左旋性质的正倾滑为主［2］。该断裂的地震活动对邯郸及周边地区的地震安全有着重要影响。因此，研究磁县断裂带的构造及地震活动特征，并进一步分析其地震活动趋势［3－6］，不仅具有区域构造方面的理论意义，而且对于深入认识邯郸及周边地区的地震危险也具有重要的实际意义。

1 磁县断裂带的构造特征

1.1 磁县断裂新生代的构造特征

磁县断裂以太行山山前断裂带的邯郸断裂为界，其西为新生代的太行山隆起区，以东则为华北平原坳陷区。本节从研究区的地质地貌和新构造运动分区出发，阐述研究区新生代构造特征。图1为磁县研究区地质构造图。

1.1.1 构造地貌单元研究区位于太行山以东，其新构造地貌单元大体可划分为2部分：太行山山前台地及剥蚀缓斜地区和华北平原沉降区。

（1）山前台地及剥蚀缓斜区：

以基岩山区与山前堆积区边界为西界，以太行山山前断裂带邯郸断裂为东界，是基岩隆起区与华北平原区的过渡区。在地貌单元划分上属山前地带台地及剥蚀缓斜地区。本区发育的一级夷平面是晚第三纪晚期的剥蚀面，即唐县面，其海拔一般在200 m 左右，在山前和主要河流两侧的丘陵及台地区均有分布，紫山西侧的武安盆地边缘。

（2）华北平原沉降区：

以太行山山前断裂带的邯郸断裂为西界的地区，由滏阳河、沙河冲积和洪积物构成，第四系厚度由山前的几十米，向东增大至200～300m。第四纪时，由断裂控制的断陷和断隆形成南北分带、东西分块的构造格局，到第四纪已基本消失，整体处于坳陷状态，个别单元有差异运动，如邯郸断陷。从现有资料分析，本区地势低平，略向NE方向倾斜。

1.1.2 新构造单元划分

在大地构造的基础上，考虑到断裂展布特征及其相互关系，深部构造特点、中新生代构造演化历史、新构造特征等因素，对研究区及邻近区域做新构造单元划分。研究区涉及太行 山隆起区与华北平原坳陷区的临清坳陷和内黄隆起。

图1 磁县研究区地质构造图

（1）太行山隆起区：为太行山山前断裂即邯郸断裂以西的地区，是一个新生代强烈隆起区。据夷平面资料，第三纪以来最大抬升幅度达1 500～2 000 m。晚第三纪夷平面（如唐县面）高出当地现今河床，一般为100～300m，不大于400m。

在太行山隆起的背景上，一些老断裂在晚第三纪至第四纪时期发生差异运动，产生了一系列半地堑式的构造盆地和一些新的小断裂，且控制了地貌、沉积的发展。在太行山山前及紫山西侧武安盆地内，发育了一个较平坦微向东倾斜的晚第三纪河湖相堆积台地面，它代表了上新世末期最低一级夷平面。这个夷平面之上往往覆盖一层早更新世的红土砾石层，表明早更新世曾一度下降，而后它们同太行山一起抬升，遭受剥蚀。

（2）华北平原坳陷区：是太行山山前断裂带以东，聊考断裂以西地区。研究区涉及本坳陷区临清坳陷的西南和内黄隆起的北边缘。

①临清坳陷

临清坳陷：南界为磁县－大名断裂，西界为太行山山前断裂带，北为邢衡隆起，东与鲁西隆起相邻。受NNE－NE向断裂控制，新构造时期形成NE 向断凸断凹相间的构造形式。

临清坳陷内部受断裂活动控制，新生代形成了一系列NW 向排列的NNE 向凹陷和凸起，凹陷沉积了千米以上下第三系，其中多数凹陷下第三系厚度达3 000m 以上。凸起区仅有数百米或缺失下第三系沉积。邢衡隆起和临清坳陷至晚第三纪进入了一个新阶段，由多凹多凸盆－岭构造转为全区下沉，尽管如此，多数断隆、断凹仍有一定的继承性活动。多数凹陷的上第三系和第四系总厚度仍大于相邻的凸起，在此期间，多数断裂继续活动，切过上第三系底板，上延到上第三系地层之中，一些断裂还切穿第四系底板，显示第四纪期间的活动，活动断裂以NNE－NE向为主，其次是NW－NWW 向。断裂性质均为正断层，控制断凹的断裂规模较大，其产状由浅入深由陡变缓的形态，呈铲状消失于埋深7～10km的结晶基底顶部附近。

②内黄隆起：北界为磁县断裂，南界为新乡－商丘断裂，西邻汤阴地堑，东界为长垣断裂。内黄隆起是由太古代到古生代地层作基底的向SE 倾斜的单面山式隆起，是基底整体性较好的坚硬地块。隆起北部新生代由于受断裂的影响形成断凸和断凹，其沉积厚度800～1 600 m 左右，为相对隐伏的隆起区。

研究区的新构造运动主要受NNE 向的邯郸断裂的控制，该断裂由于被NWW 向的永年断裂和磁县断裂切割，第四纪以来存在活动差异性。断裂东西两侧差异幅度在北部的邢台一带为30m，邯郸附近为250m，磁县南约几米至几十米。显示了邯郸附近差异运动最强、向北和向南逐渐变弱的特点。

1.2 磁县断裂带的构造特征

据地表活断层调查，隐伏区浅层地震探测以及磁县断裂地震活动分布特征的研究，将磁县断裂划分为2段，东段为磁县－峰峰段，以隐伏断层和控制地貌发育为特征；西段为南山村－岔口段，以部分地区出现1830年磁县地震地表破裂带为特征，总体表现出基岩区山体和山脊被错断的地貌现象。磁县断层东段和西段在走向上不连续，整体呈左阶型。

南山村－岔口段断层近东西走向，倾向NNW，倾角70°～80°，全长约35km。又可再分为岔口断层及南山村断层2段。南山村断层地表出露约5km，横切NNE 向鼓山山脉。岔口断层总长16 km，东端始于陶泉盆地西侧，向西连续延伸经北王庄至涉县甘泉村，往西断续延伸至清漳河西岸席家村南山。

该断裂在磁县西峰峰南山村附近，断错基岩山体，形成一个EW 方向延伸，南高北低高差100 m的断层陡崖，并切割了该处的NNE 向断裂，水平位移300～400m，垂直位移40～60m（图2）。断裂显示左旋走滑正断层活动性，活动时期在NNE 向断裂构造形成之后。

图2 磁县南山村西坡地震断层剖面

1830年地表破裂走向为NEE，各次级破裂呈右阶斜列形式（图3），其总体展布方向为NWW，极震区长轴也是NWW 向，这样的事实表明，1830年地震的主滑面为NWW 向，因此NWW 向磁县断裂为发震断层。

图3 1830年级地震地表破裂展布图

在西部山区的中岔口乡附近，发现最新地表破裂带即1830年磁县级地震形变带（图4），NEE向次级破裂段呈右阶斜列分布，与前述一致。

图4 磁县西部岔口附近最新地表破碎带展布

在磁县南山村通过探槽开挖揭示了该断裂。南山村西坡顶上断层剖面，北盘为砂页岩（C－P），其上覆盖全新统坡积物（Q4），南盘为含燧石灰岩（O2），断裂破碎带较宽，约2～3m。断层破裂面有2～4条，其中有2条主滑面，断面平直光滑，擦痕明显，倾伏角35°，显示左旋正断性质。断层泥较厚，热释光测年值为8.6万年。地形上显示了基岩地貌陡坎，西壁（图5）坎下有一套1m 左右厚的地震崩积物；东壁（图6）该套崩积物上覆盖1.2万年以来的坡积物，并被断错。该剖面表明，层②代表了1.2万年前的一次古地震事件，层①代表1830年地震。

南山村刘茂福屋东南角开挖了1 个断层剖面（图7）。从东南角剖面可以看出，崩积碎石层；（③层）代表了2.4万年左右（②层沉积后）的1次古地震事件；①层崩积物代表了1次地震事件。2 次地震事件的垂直位错达2.3m，最新的1次地震垂直位错最大为1.4m。

图6 磁县断裂南山村东壁断层剖面图

图7 磁县南山村刘茂福屋东南角地震断层剖面

2 磁县断裂带的地震活动性特征

2.1 历史地震活动

磁县断裂地震密集带由磁县北，进入太行山隆起区，到峰峰、陶泉以西，长约50多公里。在这条带中，1830年磁县发生强震。

表1是磁县断裂带历史地震表，从表中可以看出，该断裂带的历史地震最大为7级。而其大部分发生在断裂带中部和南部，尤其南部为多，所以在讨论该断裂带未来地震危险时，主要讨论南段的地震活动［3］。

表1 磁县断裂带历史地震

在历史上发生了上述的较强地震活动，其中震级最大的为1830年磁县地震，历史文献中也对磁县地震有所记载——“冀豫之交同时地大震，磁州尤甚，官民房屋倒塌殆尽，人物压毙无算。城关及西乡最重，南乡次之，东北二乡稍轻。山陵分崩，南乡次之，东北二乡稍轻。山陵分崩，河渠翻凸，桥梁尽折，茔墓皆平，村庄道路不复可辨。章滏两河水尽涸见底；平地坼裂，水涌出，其色黑白不等，水尽继以沙，沙尽继之以寒气。”

2.2 现今地震活动

图8是这条地震带的中小地震的空间分布，从图中可以看出，这条地震密集带介于华北平原地震带与汾渭地震带之间。

图8 磁县地震亚带的空间分布图

图9 磁县地震带的年频度

从上述结果可以看出，磁县地震带历史上发生的地震大部分发生在其中南段，磁县地震后，该带发生了密集的中小地震，震级水平以中小地震为主，图9可以看出磁县地震带地震频度最高达361 次，时间为1982年，其后逐年下降，到目前，其年频度为40次。

3 未来磁县断裂带南段的强震活动预测

我们用震级－时间模型对磁县断裂带北段未来的地震活动进行预测，Papazachos于1989提出了区域时间－震级可预测模型，它不同于以前的时间可预测模型，也有别于震级可预测模型，既可研究包括主断层的孕震区，也可研究发生中小地震的断裂。它由2个关系式表示。一个表达式给出重复时间Ti；另一个给出了下一次地震的面波震级Mf，Mp为上一次主震震级，表达式中包括所考虑资料的最小震级Mmin、上次地震的震级矩的年变化率M。具体的表达式为：

其中：b、c、d、q、B、C、D、m 都是待定系数。

这个模型克服了与单个断层只有有限时间间隔的资料的困难，所以对像磁县断裂带南段这样历史上发生地震不多的区域进行未来地震危险的预测是合适的。表2给出了对该区域的预测结果。

表2 震级－时间模型对磁县断裂带南段未来地震活动的预测

4 结论

（1）磁县断裂划分为2 段，东段为磁县－峰峰段，以隐伏断层和控制地貌发育为特征；西段为南山村－岔口段，以部分地区出现1830年磁县地震地表破裂带为特征，总体表现出基岩区山体和山脊被错断的地貌现象。磁县断层东段和西段在走向上不连续，整体呈左阶型。

（2）历史上，磁县断裂带发生了多次5级地震，主要发生在其中南段，磁县地震后，该断裂发生了密集的中小地震，强度最大为5级，这样的中等地震活动在1971年到1980年前后达到高潮，以后逐年降低，目前的年发生频率为40次左右。

（3）依据震级－时间模型对磁县断裂带中南段未来的地震活动进行预测，结果表明，未来该段中南的总体活动水平维持在5级左右。

［1］ 江娃利，张英礼.河北磁县北西西向南山村－岔口活动断裂带活动特征与1830年磁县地震［J］.地震地质，1996，18（4）：349－357.

［2］ 冉志杰，张合，温超，等.小震密集带与地质活动断裂的关系研究［J］.华北地震科学，2012，30（2）：13－16.

［3］ 许华明，周斌，耿师江，等.磁县大名断层分段特征及活动性［J］.华北地震科学，2010，28（1）：1－7.

［4］ 齐浪，刘巍，刘轩，等.口泉断裂口泉村段断裂特征研究［J］.华北地震科学，2012，30（1）：44－47.

［5］ 许洪泰，葛孚刚，沈得秀，等.鲁西地区苍山－尼山断裂活动习性及地震活动研究［J］.华北地震科学，2012，30（3）：8－13.

［6］ 陈波，杨清福，盛俭，等.长春市开源堡－小城子断裂活动性研究［J］.华北地震科学，2011，29（4）：15－20.