北京昌平南口山前断裂特征及构造解析

齐立华，刘 媛

(武警警种学院,北京 昌平 102202)

北京昌平南口山前断裂特征及构造解析

齐立华，刘 媛

(武警警种学院,北京 昌平 102202)

南口山前断裂是北京北部一条重要的区域性断裂，该断地质裂特征明显、现象丰富、演化复杂，是地质类学生进行野外实践性教学的良好素材。通过系统的野外调查，收集和研究大量的相关文献，对该断裂地质特征进行总结和解析，提出该断层前期为挤压逆断层后期为拉张正断层的演化过程，对一些互相矛盾的地质现象进行了合理解释。

北京昌平；南口山前断裂；特征；构造解析

北京昌平南口地区处于太行山脉与燕山山脉交汇处，该地区地质现象典型、丰富。早在十九世纪末，李希霍芬、维理士等人就在该区进行过地质调查，解放后新中国的地质工作者更是在该区进行了大量的地质调查工作。目前中国地质大学(北京)、中国石油大学等都在该区建有实习基地[1]，因此对该地区断裂构造的研究，有利于加强地质实践性教学水平，对提高学生的野外工作能力具有积极意义。

1 区域地质背景

南口地区大地构造位置处于中朝准地台华北断坳与燕山台褶带接触部位，其南东侧为华北断凹、北侧为燕山台褶带，西侧为山西断隆，燕山运动奠定了本区构造的基本格局[2]，晚白垩世以来受NE及NW向断裂活动影响，逐渐形成了北西隆起、南东凹陷地貌形态。区内地层在居庸关和德胜口一线断续出露太古宇(为一套变质程度较深，岩性以角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩为主，并夹有麻粒岩、混合岩，主要呈阴影状、条带状，其次为星点状分布)，沿此一线向向NW和SE从老到新依次出露中上元古界(为一套巨厚的、完整的，未变质或浅变质的沉积岩系)、下古生界(主要岩性为砂岩、页岩、豹皮灰岩、泥质条带灰岩、竹叶状灰岩、鲕状灰岩和纯厚石灰岩等)、中生界(主要岩石有砾岩、砂岩、页岩、泥灰岩、煤层及火山岩系)和新生界(包括第三系和第四系。第三系在本区山区发育不全，出露零星，在平原之下有较厚的沉积物。第四系在山区各大水系的沟谷地带、山区盆地、山前地带的丘陵区、山麓地带以及广大平原地区均较发育。新生界分布面积广泛，厚度巨大，含古生物化石丰富)；构造以线性构造为主，主要有NE向和NW向断裂，褶皱构造主要有NE轴向以太古宇为核部，元古界为两翼的背斜构造[2]，背斜南东翼较为完整，北西翼受构造和火山活动破坏较加大；岩浆活动频繁，主要岩浆活动期有太古代、华力西期和燕山期。

图1 南口地区域地质图(据崔盛芹等,2003)

2 南口山前断裂特征

2.1 平面特征

南口山前断裂为军都山隆起与京西丘陵平原区的分界断层，在构造上处于北东向太行山构造带与东西向燕山构造带的交接部位[2]。据车兆宏等的研究，南口山前断层全长61 km，可分为铁矿峪-上口、上口-南口、南口-白羊城、白羊城-马刨泉四段。本文主要针对白羊城-虎峪沟一带进行探讨。

图2南口地区区域构造简图(据刘广平等,2001年,有修改)

山前断裂平面上呈北东-南西走向(50～60 °)，倾向南东，与区域地层和褶皱构造走向基本一致。断层在白羊城-虎峪一带赋存于长城系高于庄组中，其向北东延伸至侏罗系髫髻山组中；在南口南西约5 km处，花塔岩体侵入其中，花塔岩体为钾长花岗斑岩，岩体呈长条带状分布，长轴方向与断裂一致，该岩体同位素年龄显示为110 Ma左右[2]；在南口镇可以观察到完整的断层三角面；在白羊城-虎峪沟一带构成了北京西北部平原与山区的分界线。经地震转换波法测量山前断裂向深部沿深达80 km[2]。

2.2 剖面特征

南口山前断裂在虎峪沟处与北西向断裂交汇，受北西向断裂、地形和流水共同作用，近于垂直山前断裂走向形成一切割较深的冲沟，冲沟走向170 °[3]，经人工筑坝形成一小型水库，山前断裂出露于虎峪水库坝体下游，剖面完整，现象明显利于观察(图3)。

断层下盘为团山子组中部淡紫红色硅质白云岩与黄绿色页岩、紫色板岩、粉砂岩互层，白云岩局部具纹带及结核构造，上部缺失。断层下盘面平整光滑，发育绢云母、叶腊石等蚀变矿物组合，指示该部位物理化学条件曾发生较大变化，处于构造应力场的核心部位[4]；下盘产状与岩层产状一致150 °∠43 °。断层上盘破碎，发育破碎带，从下盘面开始向170 °方向，虎峪剖面破碎带水平宽度80 m左右，断裂带内由断层角砾和断层泥形成构造岩，角砾由几毫米到几十厘米不等，一般粒径3～5厘米，角砾无分选性，具一定磨圆度，角砾成分与围岩相同，以白云岩、白云质灰岩、灰岩为主，破碎带在山脊处，形成一马鞍形凹陷[3]；80 m后岩石逐渐趋于完整，岩层反倾，产状350 °∠10 °，90 m处岩层近水平，90 m后岩层逐渐转为南东倾，110 m后产状150 °∠40 °，基本与下盘地层一致[3]；从整体上观察在80～110 m形成一牵引褶皱构造，该段岩层内发育一组次级断裂构造，断层倾向与山前断裂一致，倾角大于70 °个别近直立，所有断层均表现为南东盘上升特征[3](图4)。断层上盘为长城系高于庄组，岩性为灰白色厚层白云岩夹浅红色薄层含铁钙泥质岩。

图3 虎峪剖面图

图4 虎峪剖面上盘次级断裂示意图

3 南口山前断裂解析

3.1 断层识别标志

地形地貌标志：在白羊城-虎峪一带构成山区和平原分界[3]；在虎峪剖面山脊处形成鞍状凹陷；

断层面标志：在南口采石场和东园子一带断层三角面发育；在虎峪剖面下盘面平整光滑，盘面上发育绢云母、叶腊石等蚀变矿物组合；

构造岩标志：虎峪剖面发育80 m(水平厚度)的断层角砾、断层泥；

派生构造标志：虎峪剖面牵引褶皱和次级断裂发育；

地层标志：大红峪组缺失、团山子组顶部缺失、高于庄组底部部分缺失。

3.2 断层两盘相对运动方向的确定

断层下盘为团山子组，上盘为高于庄组，下老上新表明上盘相对下降下盘相对上升。另虎峪冲沟上部基岩缓倾部位和裂缝中见有砂砾层残留[3]，而砂砾层是河流冲积的产物，也表明，虎峪河上游(下盘)曾一度处于构造相对抬升区域。

3.3 应力性质分析

从两盘相对运动方向及区域构造分析，南口上前断裂发生过较大规模的正断裂活动，总体表现出张性特征。

但光滑的断面、牵引褶皱、具一定磨圆度的角砾、断层泥、上盘中发育的一组逆断层均表明压剪性的应力特征。

3.4 断层形成时间的确定

断层切过了侏罗系髫髻山组，表明断层形成时间在燕山期或晚于燕山期；花塔岩体侵入于断层中，表明断层形成要早于110 Ma(晚燕山期)。研究表明山前断裂形成后直到1.6～1.8万年一直处于活动状态[2]，特别是南口-白羊城段为断层的主段活动，是第四纪以来持续活动时间最长、幅度最大的段落，晚更新世以来仍有活动。

3.5 断层演化解析

万天丰教授在燕山地区研究发现，燕山期的褶皱轴向可以随时间而变化，早侏罗末世的褶皱轴向一般为NEE向，中侏罗世末期常为NE向，晚侏罗末世主要为NNE向[5]。表明燕山期构造应力场的近水平的最大主应力方向也是逐渐转变的，即从早期的NNW向，经过中期的NW向，到晚期转为WNW向。由此推断燕山中早期在NNW向和NW向主应力作用下，山前断裂形成，其应力性质为压剪性，在压剪性应力作用下上盘相对上升，下盘相对下降，构造角砾岩、牵引褶皱和次级断裂形成；到晚期主应力转为WNW向，垂直于断层走向，断层表现为张性特征，燕山晚期居庸关断隆形成，山前断裂下盘抬升，在下盘抬升过程中由于处于张性应力场中，同时前期形成的断层泥和断层角砾起到了屏蔽和缓冲作用，所以在这一过程中上盘基本没有发生改变，山前断裂形成了现在的基本格局，后来虽有多次活动，但都以小规模地震为主，都没有对断层进行过大的改造。通过构造演化分析可以很好地解释山前断裂为什么既有张性特征又有压剪性特征，既显正断层形态又具逆断层特征。

4 结 论

从穿切和岩体侵入现象观察，南口山前断裂始于燕山构造运动的中早期，至1.6～1.8万年该断裂长期处于活动状态，形成了丰富而复杂的构造现象；该断裂总体呈正断层性质，但断层内很多构造现象表现出逆断层特征，其力学特征也表现为相反的张性和压性；运用动态发展的观点，将该断裂置于燕山期以来区域构造应力场中进行分析，很好地解释了矛盾现象的共存特点。

[1]宋丙剑.地质实习基地建设实践与思考——以昌平南口实习基地为例[J].城市地质,2015,10(01):15-19.

[2]北京市地质矿产局.昌平幅、小汤山幅1/5万区域地质调查报告[R].北京：北京市地质矿产局，1988.

[3]刘桂阁,齐立华,宋丙剑,等．南口地区区域地质矿产调查实习指导书[R]．北京：武警警种学院，2014.

[4]胡受奚,叶瑛,方长泉．交代蚀变岩岩石学及其找矿意义[M]．北京：地质出版社，2004：10-89.

[5]万天丰．中国大地构造学[M]．北京：地质出版社，2005：20-93.

[责任编辑：刘守义 英文编辑：刘彦哲]

Features and Structuctural Analysis of Nankou Piedmont Fault in Changping,Beijing

QI Li-hua,LIU Yuan

(Specialized Forces College of CAPF,Changping,Beijing 102202,China)

Nankou piedmont fault is an important regional fault in northern Beijing.This geological fault with obvious features,rich phenomena and complex evolution is a good material for field practical teaching of geology students.Based on the systematic field investigation,relevant literature collection and study,this paper summarizes and analyzes the geological features of this fault. And the evolution process of reverse fault extrusion in the prophase and normal fault tension in the anaphase are proposed. Besides,some conflicting geological phenomena are reasonably explained in this paper.

Changping Beijing;Nankou piedmont fault;feature;structural analysis

齐立华(1971-)，男,辽宁凌海人，武警警种学院副教授，硕士,现从事区域地质调查与矿产勘查教学和研究工作。

P 542+.3

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2015.05.006

来稿日期：2015-09-08