【摘要】：南口-孙河断裂是北西向张家口-蓬莱地震构造带(又称张家口-渤海断裂带)中一条重要隐伏发震断层,对北京平原区地裂缝分布具有重要的控制作用。长期以来,限于地质、地球物理勘探、钻探等资料及其精度的原因,该断裂南东段研究极为薄弱,与地裂缝灾害关系也未有开展深入研究。开展南口-孙河断裂构造几何学、运动学研究,探讨该断裂第四纪以来对大兴凸起沉积控制作用,分析其与北京平原区地裂缝关系,不仅为断裂的发震危险性判断提供基础资料,进而为城市防灾减灾服务,还可深化理解北西向断层对大兴凸起、北京凹陷解体的控制作用,为区域新构造运动研究提供地质基础。本文以南口-孙河断裂为主要研究对象,以该断裂南东段所在的大兴凸起区为重点研究区,利用针对此断裂开展的二维地震、高精度重力、可控源音频电磁大地测深等综合物探和钻探资料,并结合区域重力、关键构造部位的三维地震勘探等成果,系统分析了南口-孙河断裂的几何学特征,建立了该断裂的几何结构模型。从地球物理证据和断裂活动制约证据证实了南口-孙河断裂对北东向黄庄-高丽营断裂、顺义-前门-良乡断裂切割关系,提出其还切割北东向南苑-通县断裂新的认识。利用二维地震勘探剖面和断裂两盘深浅联合钻探成果,采用高分辨率层序地层分析和古地磁、沉积物色度、碳十四等测试结果,重点研究了南口-孙河断裂南东段第四纪以来的垂向运动学特征,探讨了南口-孙河断裂在大兴凸起上的沉积控制作用,恢复了大兴凸起新生代演化过程。另外,将通州地区发育的地裂缝按照历史地裂缝和现代地裂缝分类开展研究,重点分析了地裂缝发育的地质要素,建立了通州两类地裂缝成因概念模型,探讨了地裂缝发育与南口-孙河断裂之间的关系。南口-孙河断裂在空间上分为北西段、中段和南东段三段落,呈NW向右阶斜列展布,形成两个阶区。三段落垂向断距差异较大,北西段最大,南东段最小,且单段内断距和倾角也有所差异,表现出中部断距、倾角大两端断距、倾角小的空间分布特征。南口-孙河断裂南东段早更新世时期断裂活动总体较弱,断裂活动速率在0mm/a~0.202mm/a,平均活动速率为0.075mm/a。中更新世时期断裂活动总体较强,断裂活动速率在0mm/a~0.789mm/a,平均活动速率0.74mm/a。晚更新世以来活动再次转弱,平均活动速率为0.069mm/a。第四纪以来断裂活动表现出明显震荡活动特性,共计发育4次相对较强的构造运动幕,分别发生于约2.5Ma±、1.35Ma±、0.79Ma~0.55 Ma和0.15Ma~0.25 Ma,其可同北西段构造运动幕次一一对比。南口-孙河断裂三段最新活动年代略有所差异,北西段最新活动年代为全新世,中段最新活动年代为晚更新世中期-晚期,南东段最新活动年代为晚更新世早期-中更新世晚期。南口-孙河断裂对北东向断裂活动强度和最新活动时代具有明显制约作用,其北东盘发育断裂第四纪活动强度大、活动年代新,南西盘则反之。统计基岩深度(新生代)南口-孙河断裂切割北东向黄庄-高丽营断裂、顺义-前门-良乡断裂、南苑-通县断裂的水平位移量表明,南口-孙河断裂左旋走滑运动中段最大,向北西和南东两端急骤减小,左旋走滑量0.97km~3.1km,平均为1.61km,其位移量远高于其垂向位移量0.1km~0.5km。断裂运动学特征揭示南口-孙河断裂可能以左旋走滑为主或其在前新生代就发育一定左旋走滑量。南口-孙河断裂与北东向南苑-通县断裂一起对大兴凸起的沉积具有重要的控制作用。新近纪-早更新世,南口-孙河断裂的“活化”解体了北京平原区“两隆两凹”构造格局,断裂南西盘大兴凸起区主体仍发育为凸起剥蚀区,并为其北东盘新发育形成沉积区提供部分沉积物源。中更新世,南口-孙河断裂强烈活动并制约控制北东向断裂活动,使得南口-孙河断裂两盘沉积厚度差异明显。晚更新世以来,南口-孙河断裂活动强度转弱,对大兴凸起沉积控制影响转弱,但其微弱的活动仍影响了河流水系发育演化,沿南口-孙河断裂下降盘发育为低洼地形,成为重要的“汇水方向”和“过水通道”。通州地区广泛发育历史地裂缝和现代地裂缝。历史地裂缝广泛同震动液化有关,现今绝大多数已经愈合。现代地裂缝为复合成因地裂缝,又可划分为两类。一类以庙上地裂缝为代表,其先期是在现今地应力场作用下,沿断裂面形成应力集中或沿断裂周边地区形成近南北向的张应力或北东、北西两组剪切应力集中,在地震发生时形成具有定向特征的液化型地裂缝愈合后,在后期降水或灌溉淋滤作用下再次复活发育形成的复合成因地裂缝。由于该类地裂缝是地震力作用下的地表破裂,不是隐伏断裂直接活动所致。因此,复活后的地裂缝由于其先期产生地表破裂有限,地裂缝破坏性并不强,只是作为一种地质不连续面对人类工程活动产生影响,地表表现为线性特征小幅度地面塌陷。另一类以双埠头地裂缝为代表,是在当前NNW向拉张应力作用下,南苑-通县断裂长期持续蠕滑引起沿断裂带附近土层应力、应变持续积累,在地下水超采诱发下造成土层破裂形成的以拉张为主复合成因地裂缝。该类地裂缝记录了南苑-通县断裂蠕滑活动量。因此,地裂缝发育规模大,危害也强。南苑-通县断裂同黄庄-高丽营断裂、顺义-前门-良乡断裂相比,其产状较缓、上断点埋深较深,使得沿线地裂缝发育宽度比黄庄-高丽营断裂和顺义-前门-良乡断裂沿线大。南口-孙河断裂对现今北京平原区地裂缝重要控制作用主要体现在其对现今河流沉积控制影响和对活动地块控制影响两个方面。南口-孙河断裂北东盘相对较强的活动地块,尤其是沿此断裂发育的低洼河道地区是现代地裂缝发育的主要地区。
【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P548;P642.2
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本文编号：
2623427
