基于地球物理场特征对张家口—蓬莱断裂带南口—宁河段构造体系的研究

王　茜，徐新学，陈宇坤，张林峰，郑国磊,袁　航

(1.天津市地球物理勘探中心，天津 300170;2.天津市地震局，天津 300201;3.天津华勘集团有限公司，天津 300181)



基于地球物理场特征对张家口—蓬莱断裂带南口—宁河段构造体系的研究

王茜1，徐新学1，陈宇坤2，张林峰3，郑国磊1,袁航1

(1.天津市地球物理勘探中心，天津 300170;2.天津市地震局，天津 300201;3.天津华勘集团有限公司，天津 300181)

张家口—蓬莱断裂是华北地区一条重要的北西向地震构造带。为了研究其断裂构造体系，在对张家口—蓬莱断裂带南口—宁河段地球物理重磁场资料分析研究的基础上，利用线性增强后的重磁水平45°、135°及总梯度模资料，获取了与断裂构造体系关系密切的主要线性构造分布。研究表明，区域上重磁场存在东高西低及具裂陷槽性质的近北西西向宽缓磁力低值异常带格局；北东向和北西(东西)向断裂互相限制，晚期以来区域构造应力有利于北东向的断裂活动，致使北西向断裂表现出明显的分段性；北西西向断裂提供了深部孕震环境，控制了地震沿北西定向排列，而北东向断裂则是主要的发震构造。此结果为今后该段断裂活动性的研究提供了依据。

张家口—蓬莱断裂带；地球物理重磁场；线性构造；断裂活动性

1　引　言

张家口—蓬莱断裂带是华北地区一条重要的北西向地震构造带，西起河北省张北，向南经张家口、怀来、昌平、宁河等地，穿渤海延伸到蓬莱、烟台以北的北黄海海域，总体走向为北西向60°，长约700 km，最大宽度可达60～80 km[1-4]。断裂带主体由一系列断续相连的北北西、北西和近东西向左行走滑断裂组成，其间与数条北东或北北东向断裂带相交，徐杰等将张家口—蓬莱断裂带作为新生代黑龙江板块和华北亚板块的组成部分，根据各种深部地球物理探测资料，推测其为一条岩石圈级别的构造带[5]。该断裂南口—宁河段是通过华北平原的区段，其西北端起于京西军都山与北京平原的交接地带，东南端止于宁河附近，介于北东走向的南口山前断裂和唐山—河间—磁县断裂带之间，长约200 km，宽数十千米，全部为隐伏断裂，该区段内北西向断裂有南口—孙河、昌平—丰南、永定河和蓟运河断裂等，与北东向黄庄—高丽营、夏垫和唐山—河间—磁县等断裂相交汇，构造结构复杂[6-9]。

本次研究利用2012～2013年天津市基岩地质调查项目中获取的1∶10万连片重力数据以及天津地区1∶5万航磁数据[10]，在分析区域地球物理场特征的基础上，进行了各项位场转换处理，获取了顺义至丰南一线北东及北西向与断裂构造体系密切的主要线性构造特征，为该段断裂活动性的研究与评价提供了依据。

2　区域地球物理场

图1为研究区布格重力及航磁ΔT的异常平面图，下面对其进行分析。

2.1布格重力场特征

由图1(a)～图1(e)可知，研究区布格重力场值总体表现为东高西低，呈现出四高四低的异常特征。以别山镇—林亭口—俵口为界，东部异常走向近北东，对应沧县隆起北延及唐山凸起区；西部北段低值异常走向近东西，与燕山山系均衡重力异常相关；中段高值异常走向近东西，对应宝坻凸起；南段为与中新生代武清凹陷沉积对应的近北东向布格重力低值异常。异常展布特征反映了以工部断裂为界，东西不同的构造格局。

其中沿近北西西向顺义、昌平、三河、上仓、丰南一线重力值表现为高低相间、杂乱分布的宽缓带状异常。随着延拓高度的增加，研究区区域布格重力异常场趋向于东西向重力高值背景连成一致，呈现北高南低的趋势，反应了华北断陷盆地的北缘边界。

2.2磁力异常场特征

由图1(f)～图1(j)可知，研究区的航磁异常图大致以别山镇—林亭口—俵口为界，磁力值表现为西低东高。磁异常局部错断明显，自西向东顺义到蓟县段表现为近东西，蓟县到丰台镇段表现为近北西，而丰台镇到丰南段则表现为近南北，三段之间被低磁带状异常错断，表现出在原北西西向基础上被北东向断裂构造体系后期改造的形迹。研究区北部磁异常高低变化较大，西侧的磁力低与蓟县系、长城系等磁性层走向一致，东侧磁力高为太古宇磁性结晶基底，盘山岩体表现为磁力高。别山镇南局部的磁力低与凹陷及断陷沉积盖层的厚度有一定关系，而局部的磁力高多位于断裂的边缘附近，推测与沿断裂上移的火山碎屑岩有关。

随着上延深度的增加，宝坻东部位于磁力高低异常的转折部位，周边总体呈现出三高三低的磁力场特征，存在近南北向、北西西向两条磁力低值异常带和三个局部的磁力高值异常。三个磁力高值异常上存在多个局部磁力高异常中心，主异常中心分别对应了通县附近凸起区、宁河凸起及北部的太古宇磁性结晶基底。南北向的磁力低值异常带与北西西向的磁力低值异常带位于宝坻东部蓟运河、工部断裂的交汇地段。以宝坻附近为中心，存在明显的分段特征，西侧北移，东侧南移，北西西向的宽缓磁力低带状异常反应了近北西西向裂陷槽特征。

图1　布格重力及航磁ΔT异常平面Fig.1　Map of Bouguer gravity and aeromagnetic ΔT anomaly

3　线性构造及断裂构造体系分布

3.1线性构造体系与断裂体系的关系

线性构造一般表现为沿一定走向属性相同的地质体，多为断裂构造和不同岩性的分界线。各种重磁力线性构造特征线往往是不同时期、不同性质、不同地质构造及其他因素在重磁力场上的综合反映，对布格重力及化极ΔT异常进行线性增强处理后求取方向导数，可以较好地突出不同研究方向的线性构造信息，进而结合地质资料综合推断断裂的平面位置[11]。重磁力水平45°方向导数可以突出北西向、北西西向的线性构造特征，对北西或北西西向隐伏断裂有较明显的刻画；水平135°方向导数主要突出北东向的线性构造异常特征；水平总梯度模集成了两个方向的线性构造信息，能对研究区的断裂构造体系加以刻画。因此，通过求取不同延拓深度方向导数可以实现对北东向的线性构造切割深度的定性认识。

3.2重磁力方向导数

分别计算研究区布格重力及航磁ΔT水平45°方向导数和水平135°方向导数，结果见图2。

3.2.1水平45°方向导数

在布格重力水平45°方向导数(图2a)上，研究区表现为被北东或南北向线性构造多处错断的近东西向、北西西向和北北东向线性异常，沿顺义—三河—上仓—丰南一线为多组高低相间的带状异常。在研究区内大致分为四段，分别以三河—大厂一线、大钟庄—玉田县一线和丰台镇—丰润县一线为界。其中三河—大厂以西在东西向构造主体的背景上存在近南北向的线性构造，该线以东附近则主要呈现为北东向的构造线，而其北西、南北向构造线迹象不明；丰台镇—岳龙庄以西总体表现出近北西向的多组延伸有限的线状构造，该线以东构造线则转变为近北北东向。

在磁力水平45°方向导数(图2c)上，研究区表现为被两条相对高值线性构造带所辖的多组高低相间的带状异常，与航磁ΔT宽缓低值异常带相对应，推测沿断裂带边缘发生过强烈或多期次的岩浆或热液活动，使磁性增强或减弱，致密的老基底或基性岩浆喷溢使异常梯度变化大。带内总体以低值线状异常带为主，夹杂局部的高值线状异常带，次级断裂发育，边界附近异常变化明显。

图2　布格重力及航磁ΔT水平方向导数Fig.2　Horizontal direction derivative map of Bouguer gravity and aeromagnetic ΔT

3.2.2水平135°方向导数

布格重力水平135°方向导数计算结果(图2b)对北东向、北东东向和近东西向线性构造揭示得比较清晰，而北西向、北西西向构造则呈现串珠状线性异常的特征。随着上延深度的增加，北西向、北西西向构造痕迹日趋不明显，构造的主体以近东西和北东向为主。

磁力水平135°方向导数(图2d)揭示了正负线状构造发育，蓟县—宝坻一线表现为近南北向的线状构造，存在南北向的深大构造错断东西向构造，宝坻断裂以北和武清、宁河附近线性构造线方向近东西，宝坻断裂至武清—宁河一线区间构造线近杂乱分布。随着上延深度的增加，深部构造线方向与重力表现形式近似一致，体现了深部构造以近东西向为构造格架的布局。

3.3水平总梯度模

图3为研究区布格重力及航磁ΔT水平总梯度模图。

从布格重力求取的线性增强的水平总梯度模(图3a、图3b)上分析，东西向、北东向、北东东向和北南向线性构造信息明显强于北西西向，北西西向线性构造信息在上延20 km前有部分信息，但总体很弱，无明显的连续性，表明北西西向构造信息被北东向、东西向后期改造。随着上延深度的增加，沿遵化县—林亭口一线西部线性构造发

育，东部构造信息弱。北东向、东西向线性构造日趋明显，线性构造的强度及错断迹象表明存在两个方向构造互相改造的现象，而东西向由于多期次的继承性改造作用，上延20 km后仍主要表现为近东西向的线性构造，北东向线性构造迹象虽也依然存在，但较东西向略弱，推测近东西向构造切割深度大、构造活动剧烈，现今的断裂构造体系是在东西向和北东向互相改造的基础上形成的。

磁力水平总梯度模(图3c、图3d)显示，大致沿南北向别山镇—林亭口—俵口一线表现为近南北向的宽缓线性构造，以此为界分为较明显的东西两部分，两侧表现为较明显的近东西向线性构造迹象，与重力线性构造表现特征类似，表明东西向断裂构造体系是研究区规模最大或活动期次最多的方向。但不同于重力异常特征的是，随着延拓深度的增加，近北东向的线性构造迹象减弱，主要表现为近东西向。

4　断裂活动性探讨

张家口—蓬莱断裂带是地震活动多发地带，沿这条断裂带发生过1976年唐山7.8级、1969年渤海7.4级、1679年三河—平谷8级、1548年渤海海峡7级强震和大量中小地震，1998年张北—尚义6.2级地震被认为是该断裂带向西北侧发展的结果。1970～1979年京津唐渤地区三级以上地震，主要分布在昌平、顺义、丰南一线，且沿南东东向向渤海海域延伸，是一条相对密集的地震条带[12-15]。

图3　布格重力及航磁ΔT水平总梯度模Fig.3　Horizontal total gradient mode of Bouguer gravity and aeromagnetic ΔT

通过对总梯度模和方向导数的分析可知，尽管在上延深度较浅的情况下，线性构造成北东、南北和北西、东西交叉分布的特点，但随着延拓深度的增加，构造线主体倾向于近东西(北西西)向，推测深部构造格架以东西(北西西)向为主，表现出地壳活动的复杂性。由此推断出研究区的断裂构造体系分布，见图4。由图4可知，研究区内北东向和北西向断裂互相限制，北东或南北向的断裂把研究区北西西向错断成多段，错断的先后顺序表明，张家口—蓬莱断裂带内北东或南北向的断裂活动顺序晚于北西西向，北西西、东西向断裂更倾向于早期形成的断裂，相交的北东向断裂比北西向断裂活动性强，说明近代区域构造应力作用有利于北东向断裂活动。地球物理场航磁资料揭示，北西西向存在深部构造，为地壳活动提供了深部孕育环境，结合历史发震位置，分析得出深部构造控制了地震沿北西西定向排列。在后期北东或近南北向断裂活动的过程中，与北西西向断裂的交汇部位(构造薄弱部位)易形成突破口，因而两组构造交汇部位多是地震的易发部位。

图4　推断断裂构造体系分布Fig.4　Distribution map of fault structure system

5　结　论

结合平面重磁场特征及线性增强后的位场转换资料，对研究区内的线性构造和断裂体系进行了分析，得出以下结论，为断裂活动性分析提供了依据：

1)重磁力场表现出以别山镇—林亭口—俵口为界、东高西低的地球物理场特征，其中磁异常存在近北西西向具裂陷槽性质的宽缓低值磁异常带，宝坻东部为磁异常带转折交汇部位。

2)研究区线性构造发育，受北东向区域应力场的作用，北西西向重磁力场具有明显的分段性，表现为北东向与北西西(东西)向互相限制，其相互错断关系表明北东向活动强于北西西向。

3)受历史上多期次运动的影响，存在近东西(北西西)向与历史发震位置定向排列的深部构造迹象，该构造为地壳活动的深部孕震环境，与北东(南北)向断裂的交汇部位为构造薄弱地段。

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Research on the Fault System of Zhangjiakou—Penglai Fault Zone in Nankou—Ninghe Region Based on Geophysical Field Characteristics

Wang Qian1,Xu Xinxue1,Chen Yukun2,Zhang Linfeng3,Zheng Guolei1,Yuan Hang1

(1.TianjinCenterofGeophysicalProspecting,Tianjin300170,China；2.EarthquakeAdministrationofTianjinMunicipality,Tianjin300201,China;3.TianjinChinaGeologicalProspectingGroupCo.,Ltd.,Tianjin300181,China)

Zhangjiakou—Penglai fault zone is one of the most important seismic structural belts in northwest China.In order to study the fracture structure system, based on the analysis of the gravity and magnetic field of Nankou—Ninghe in Zhangjiakou—Penglai fault zone, it obtains the distribution of primary linear structure through studying the horizontal directional derivative(45°, 135°) and total gradient modules operated by linear enhancement. The result indicates that the gravity and magnetic regional field are high in the east and low in the west, and there is a NWW trending wide and gentle band of low magnetic value, which is with property of rift trough. It interacts between the NE-trending and NW(WE)-trending faults, and it could be beneficial to the NE-trending fault activity in late stage, which results in the NW-trending faults with obvious segmentation. It provides deep seismogenic environment by NEE-trending fault that controls the seismic arranging direction along NE-trending. And the NE-trending fault is the main seismogenic structurte. The results provide a basis for the study of this segment activity in the future.

Zhangjiakou—Penglai fault zone; gravity and magnetic field; linear structure; activities of faults

1672—7940(2016)04—0470—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.012

王茜(1983-)，女，工程师，主要从事地球物理应用及研究工作。E-mail：wangqian_1031@126.com

徐新学(1970-)，男，教授级高工，主要从事地球物理应用及研究工作。E-mail：xuxinxue@126.com

P631.2

A

2016-04-05