北京地区高风险断裂及其强地面运动模拟

北京地区历史上发生多次破坏性地震.在未来50年超越概率10%的中国地震烈度区划中,北京地区烈度为Ⅷ度.北京邻区强震对北京地震烈度的影响已经有一些研究.然而,如果北京地区的断裂发生强震,其地震烈度将有多大?又是如何分布?这是防震减灾所关注的问题.北京活断层研究表明,黄庄-高丽营等断裂具有第四纪分段活动特征.本文首先用有限元方法对北京地区活动地震断裂地震安全度进行评估,确定了黄庄-高丽营断裂(北段)是其中地震安全度相对最低的断裂;然后在此断裂上设定一个MS7.2的情景地震,使用可以考虑真实起伏地形影响的任意曲线网格有限差分方法模拟了这个设定地震在北京地区引起的强地面运动特征和烈度分布细节.强地面运动模拟结果表明,峰值速度PGV>0.7 m·s^(-1)的区域集中在沿断裂东侧的8~9 km宽的条带内,最大值达1 m·s^(-1);烈度分布显示断裂周围20 km内大都超过Ⅷ度.本文结果可为防震减灾提供参考依据.

北京黄庄-高丽营断裂土壤气体地球化学特征及其对地震活动的指示

通过对2017年5月土壤气CO_(2),Rn和Hg的野外流动测量以及2020年9月1日至2021年6月30日期间土壤气监测站Rn的连续监测,利用残差法和地震指数KS方法对黄庄—高丽营断裂南北段的活动差异和区域地震活动进行了分析。结果表明,与首都圈地区其它断裂相比,黄庄—高丽营断裂是首都圈地区活动性相对较强的活动断裂,断裂北段的土壤气体浓度和通量较南段更高,且北段上盘的CO_(2)和Rn浓度明显高于下盘,指示断裂北段具有更强的活动性。对土壤气连续监测站数据进行分析,结果显示监测站的Rn浓度与气温、土壤温度和气压之间无明显相关性。2021年3月25日北京顺义ML3.0地震前6天,监测站记录到Rn浓度出现异常升高,增加了一倍,且震后异常持续了一个月。顺义ML3.0地震前后Rn浓度的异常变化表明监测站的土壤气Rn浓度对KS>0.1的地震有很好的响应。

北京后沙峪凹陷的第四纪地层划分与构造演化

通过对北京平原北部昌平、顺义、朝阳等区域的多个深孔资料、尤其后沙峪地区G3钻孔资料的深入分析,并开展磁性地层学及孢粉测试成果研究,建立了钻孔的磁性地层序列,结合南口—孙河断裂、顺义断裂以及黄庄—高丽营断裂的活动性研究成果,确定了后沙峪凹陷的第四纪地层格架,分析了凹陷的构造演化过程。结果表明,后沙峪凹陷上G3孔下更新统底界为511.7 m,中更新统底界为175.5 m,上更新统底界为31.6 m。在燕山期晚期,黄庄—高丽营断裂形成,控制了北京凹陷的西部边界,在北东向顺义断裂和北西向南口—孙河断裂共同作用下形成后沙峪凹陷。进入第四纪后,G3钻孔地层在早、中、晚更新世的沉积速率分别为0.198 mm/a、0.255 mm/a和0.243 mm/a;各条断裂活动速率的差异性客观反映出各块体之间的升降特点。由于后沙峪凹陷处于黄庄—高丽营断裂的上盘,同时也是顺义断裂的下盘,因此,断裂间的相互运动在第四纪沉积作用下形成了后沙峪凹陷。

应用三分量浅层地震反射方法探测隐伏活动断裂

多波多分量地震勘探方法在油气田勘探开发中日益受到重视,但在工程和活动断裂探测中过去还没有开展多波多分量地震勘探的先例.本文简要介绍了在北京黄庄—高丽营断裂上开展的三分量浅层地震反射试验数据采集和资料处理方法,以及取得的初步结果.试验结果表明,采用纵波震源或横波震源激发、三分量接收的浅层地震勘探方法,可获得较高信噪比的浅层地震纵波、横波和转换波剖面,特别是水平分量采集的横波和转换波可提供很有意义的地下结构和构造信息.综合利用纵波、横波和转换波剖面特征进行的地质分层和断层解释结果取得了与跨断层的钻孔联合地质剖面结果较好的一致性.

北京市立水桥附近黄庄-高丽营隐伏断裂的浅层地震勘探

利用高精度的浅层地震勘探手段,探测出北京市立水桥附近的黄庄-高丽营隐伏断裂,并进行了地质解释。结果表明北京市立水桥附近区域的浅部速度模型为4层结构。第1层至第2层的介质深度从0～150m,P波速度从800～2000m/s,介质为第四纪或古-新近纪覆盖层;第3层至第4层的介质深度为130～300m,P波速度在2000～2500m/s以上,推测为泥岩、砂岩类的基岩区。黄庄-高丽营隐伏活断裂其浅部由东西2条近似平行、相距1300m、走向N23°E、倾向SE的断裂所组成,西断裂F2倾角22°,东断裂F1倾角67°,在634m深度归结成单条断层,构成分叉状结构;断层上盘埋深101m,下盘埋深109m,断距为8m,为断错T2,T3地层界面、带走滑分量的正断层型。

北京南口-孙河断裂与黄庄-高丽营断裂交会区沉积速率差异对断裂活动性的响应

通过对北京地区南口-孙河断裂与黄庄-高丽营断裂交会处钻孔剖面开展磁性地层学研究,结合沉积物岩石组合特征以及浅部测年数据进行分析,建立了钻孔剖面的第四纪地层格架,由于地层沉积速率对控盆断裂的活动具有较好的响应,对比钻孔沉积速率的变化特征能够对目标断裂的第四纪活动性进行探讨。研究表明,南口-孙河断裂与黄庄-高丽营断裂交会处所控制的断块在第四纪时期存在明显的差异性沉降。早更新世至全新世,南口-孙河断裂活动性表现为强弱交替的特点,黄庄-高丽营断裂则表现为逐渐减弱的特点。早更新世,黄庄-高丽营断裂活动强度大于南口-孙河断裂,之后南口-孙河断裂的活动强度大于黄庄-高丽营断裂的活动强度,直至全新世,2条断裂的活动性趋于一致。

高密度电法在隐伏断裂探测中的应用

应用高密度电法中的温纳和偶极两种探测方法,对北京地区的黄庄-高丽营隐伏断裂进行了探测,结果表明,该断裂的走向、倾向与浅层地震勘探和探槽剖面探测结果非常一致,说明电法探测技术在隐伏断裂探测中有着良好的应用前景。

北京地区黄庄——高丽营断裂北段活动性研究与灾害效应分析

通过浅层人工地震、高密度电阻率法及钻探工程等综合方法,对穿越北京市重要创新产业基地的未来科技城内的隐伏黄庄—高丽营活动断裂进行了精细研究,揭示了其结构特征、第四纪活动性及其致灾机理。研究表明:黄庄—高丽营断裂北段总体上表现为张性正断层特征、倾向南东、倾角70°~80°、基岩深度附近垂直断距较大,断裂向上延伸至第四系产状逐渐变陡,具有"铲式"断层的特点,局部表现为"Y"字形组合特征;黄庄-高丽营断裂北段第四纪以来活动迹象明显。钻孔对比表明,早、中、晚更新世和全新世以来平均垂直活动速率分别为0.07mm/a、0.04 mm/a、0.23 mm/a、0.10 mm/a,其变化特点与北京西山隆升所反映的新构造运动的特征吻合;黄庄—高丽营断裂北段全新世以来表现为强烈蠕滑变形,沿断裂下盘诱发了线性分布的地裂缝、地面塌陷、墙体路面开裂等地质灾害现象。

北京地区八宝山-黄庄-高丽营断裂的活动与地震

根据八宝山-黄庄-高丽营断裂第四纪地质构造活动特征和利用首都圈地区跨断层位移最新的观测资料求得的北京地区区域主压应力方向和区域构造活动特征,分析了八宝山-黄庄-高丽营断裂上7处跨断层位移测点的断层活动与地震活动的关系,得出了首都圈及邻近地区即将进入下一个地震活跃期的结论。认为:1)跨断层位移观测资料能够直接反映区内主要断层的最新活动情况;2)断层现今活动与地震活动在时间序列上相互对应,均有活跃期与平静期相互交替出现的活动特征;3)断层活动强弱是区域主压应力强弱的表现,亦是孕震强度的标志。

北京平原区黄庄—高丽营断裂北段结构特征及活动特点研究

黄庄—高丽营断裂是横穿北京市城区的一条规模较大的隐伏深大活动断裂,是北京凹陷和西山隆起的分界构造。本次研究工作区选在黄庄—高丽营断裂北段昌平未来科技城一带,对目标断裂先后开展了地震勘探、高密度电阻率法勘探以及槽探3种方法组合对其结构与活动性进行综合分析研究,查明了目标断裂的结构及其活动性。研究表明,黄庄—高丽营断裂由主断裂和次级断裂组成的断裂带,断裂带内次级断层也较为发育。断裂带在基岩中表现为阶梯状断层,向上延伸至第四系内部,形成"Y"字形断层组合。该断裂在全新世以来断裂活动明显,物探解译结果的上断点以及探槽中的现象均已达到地表。由此可见,本次工作所采用的3种物探方法组合,对探测城市隐伏断裂并探究其活动性,具有明显的效果,对减轻城市地震灾害实际应用评估具有十分重要的意义。

奥林匹克公园地区隐伏断裂综合探测

2001～2003年为奥运工程规划、建设开展了对北京奥林匹克公园区域中黄庄—高丽营断裂的探测,本项工作另一探索性任务是为随后即将在全国开展的城市地区隐伏断裂探测工作摸索有效方法、积累经验.本次探测先采用电阻率层析成像和浅层地震勘探方法进行断裂定位,再钻探进行断裂准确定位并探测断裂结构和地层结构,结合对所采集样品进行的^(14)C、红外释光、古地磁、孢粉等多种测年方法进行地层年代划分.通过多种方法并行对比、验证、综合分析,以多方面综合性大量研究工作明确给出了断裂位置、结构、活动性,认为本段断裂最新活动时代为早更新世(非地震活断层).根据实践经验探讨了城市地区隐伏断裂探测的有效方法.

北京黄庄—高丽营隐伏断裂立水桥段浅部活动特征的地震探测

采用浅层地震技术对北京市立水桥附近的黄庄—高丽营隐伏断裂浅部活动特征进行探测,研究其活动形变特征。结果表明:立水桥附近区域的浅部(150 m以内)地层为3层结构,黄庄—高丽营断裂是由多条断层组合而成的、至今仍在活动的隐伏断裂;断裂上盘存在沉降中心,不同时期沉降中心位置不同、沉降幅度不同;受沉降中心的牵引,沉降带边缘产生了多条小断裂。这些特征为黄庄—高丽营隐伏断裂的整体研究提供了可靠的依据,也为浅部活动性提供了证据。

北京黄庄-高丽营断层、八宝山断层现今活动追踪研究

综合分析了控制黄庄 高丽营断层、八宝山断层活动性的形变、重力及地磁资料,认为断层的活动以永定河断层与良乡断层之间最为显著;其活动与强震的发生密切相关;断层所在地段是地震活动引起应力场变化的敏感地区,是大同及张北地震后应力转移集中的地区,转移集中的部分应力可能以断层蠕动的形式得到缓慢释放。

北京平原区晚中生代安山岩锆石U-Pb年代学及其地质意义

本文对北京平原区Jr173井和Jr176井安山岩进行了SHRIMP和LA-LCP-MS锆石U-Pb定年,用以精确限定北京平原区火山岩时代、盆地形成与地貌转变之间的关系。2个安山岩中的锆石多晶型良好,具有典型的生长环带和较高的Th/U比值,显示其为岩浆锆石。Jr173井底部安山岩14颗锆石的206Pb/238U年龄可分为两组,其加权平均年龄分别为122.6Ma和138.4Ma;Jr176底部安山岩53颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为122.63Ma,表明该期火山岩的形成时代为早白垩世晚期,与前人认为的侏罗纪有较大区别。结合前人资料,北京地区沿着黄庄-高丽营断裂一线形成断陷盆地,西部隆升为山脉,东部下降为平原,就其安山岩喷发时代、空间展布和盆地发育特征而言,可视为中国东部晚中生代构造演化的一个缩影。

潮白河冲洪积扇下伏基岩面起伏及活动断裂电阻率特征显现——以雁栖湖开发区牤牛河区块为例

潮白河冲洪积扇中上部下伏基岩面起伏及活动断裂分布,是影响重大工程规划和设计方案的重要因素。为怀柔雁栖湖经济开发区北京光源场地选址,开展以高密度电法为主的地球物理勘探。结果发现,不同于以往该区200~300 m第四系厚度等值线,燕山晚期宰相庄花岗岩体埋深由东北的30 m到西南的250 m,存在着一个近NW走向的埋深剧变梯度带,地下100 m以内电阻率从2 000多Ω·m变化到20Ω·m,相差2个数量级,说明第四系厚度剧烈变化和岩性及构造作用影响之大。在场地西侧500 m外为黄庄-高丽营断裂,其东侧200 m处发育与主干断裂平行的分支,断裂带角度陡而电阻率低。下伏基岩埋深梯度带产生不均匀沉降和活断层,影响到工程地基稳定性,随后该工程场址北移另建。

结合波形互相关的双差定位在北京西北地区地震活动性研究中的应用

采用2002年—2012年首都圈台网事件目录和2008年12月—2011年11月中国地质科学院地质力学研究所布设的微震台网记录的地震事件目录,分别运用结合波形互相关的双差定位和Geiger定位方法进行精确定位,对北京西北地区的活动地震构造进行了研究。结果表明北京西北地区分布两条NW向地震断裂带和两条NE向地震断裂带及两个地震密集分布区,地震活动密集分布区均位于NE向地震断裂带与NW向地震断裂带相交处及地处山区平原过渡区,可能是东北旺断裂与南口—山前断裂活动的反映。该地区地震震源深度分布范围主要为5～30km,主要分布在上地壳和中地壳。

北京平原区黄庄—高丽营断裂(房山—涞水段)第四纪活动特征的浅层综合探测证据

黄庄—高丽营断裂是北京平原区主要的隐伏活动断裂之一,其第四纪活动性对北京及邻区的城市规划、建设具有重要的意义。针对该隐伏断裂的复杂特征,本文通过可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、浅层人工地震、高密度电阻率法等地球物理探测技术,结合联合钻孔剖面方法,揭示了黄庄—高丽营断裂房山—涞水段的第四纪活动性及主要特征,探测结果与综合分析表明:(1)该断裂走向NE,倾向SE,倾角为60°~70°,具典型的正断活动特征。(2)推断黄庄—高丽营断裂(房山—涞水段)上断点埋深约10 m,上更新统欧庄组底界错距约16 m,可能为晚更新世早期活动断裂,并可能是1658年涞水6级地震的发震构造,并对浅地表地裂缝地质灾害具有一定的控制作用。因此,对黄庄—高丽营断裂房山—涞水段的几何学与运动学的综合探测结果可为该地区重大工程建设的区域地壳稳定性评价及防灾减灾等提供关键地质依据。(3)综合物探结果可知,CSAMT法对隐伏活动断裂的初期探测有重要意义,在第四系松散沉积层内浅层地震勘探剖面揭示的断裂特征不如其在坚硬岩石地层内揭示的断裂特征明显,但通过多种物探方法的综合探测,能够做到优势互补,增加隐伏活动断裂探测的确定性。

华北盆地北缘香河—皇庄断裂晚更新世以来活动性研究

香河—皇庄断裂位于华北盆地北缘,是京津唐地区一条重要的NE向断裂构造。浅层人工地震反射剖面探测发现,香河—皇庄断裂在廊坊市香河县西马家窝地区表现为一条NE-SW走向的NW倾正断层,剖面上呈铲状,上部略陡,向下逐渐变缓;其对大厂凹陷东缘没有明显的控制作用,为一条新近纪以来形成的断裂,切穿了前中生界基底,且第四纪以来仍有活动。通过部署于断层两侧的构造观察孔岩芯对比及测年数据判断,(6.69±5.6)ka以来香河—皇庄断裂无活动,其上断点很可能位于距地表15~30 m范围内,大致相当于晚更新世早期;在中更新世上部地层中,香河—皇庄断裂存在1.5~1.8 m的垂直落差。香河—皇庄断裂现阶段处于不活动状态,未来发生中强地震的可能性较低。

北京市平原区黄庄-高丽营断裂北段土壤气汞地球化学特征

选取地表变形痕迹明显的典型场地——温榆河北堤、中部绿化带和北部农田,开展土壤气汞、大气汞浓度和土壤汞含量监测研究。监测结果表明:1)地表覆盖层性质不同,对表层土壤气汞特征有显著的影响,表层(0~20 cm)土壤气汞浓度以及土壤汞(0~20 cm)含量均为绿化带>农田>河堤;2)深层(60~80 cm)土壤气汞浓度高于表层(0~20 cm)土壤气汞浓度,地表变形痕迹明显处为土壤气汞浓度异常地段,其曲线分布形态反映温榆河北堤和北部农田断裂结构特征不同,不同季度深层土壤气汞浓度特征表明黄庄-高丽营断裂带温榆河北堤和北部农田地段活动性相同;3)通过监测土壤气汞地球化学动态特征,有利于土壤气汞地球化学方法进行断裂带的控制性探测。