北京地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動特征

北京地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動特征

了解北京新結(jié)構(gòu)運(yùn)動的特點(diǎn)，對于促進(jìn)四化建設(shè)、保障首都圈安全以及劃定地震帶具有重要意義。前人把本區(qū)統(tǒng)列為新構(gòu)造運(yùn)動較強(qiáng)烈的地震危險(xiǎn)區(qū)1,2),即烈度Ⅷ區(qū)。近年來新的資料表明,它的南、北段新構(gòu)造運(yùn)動特征存在明顯差異。未來地震危險(xiǎn)性亦然。一、區(qū)域地質(zhì)背景本文范圍包括西山山前地帶及北京平原大部分。這里南、北段分界大體位于長辛店、豐臺一帶。其構(gòu)造格局如圖1所示。北京地區(qū)中生代構(gòu)造圖式早侏羅世及中侏羅世早中期,北京西山發(fā)生大規(guī)模斷裂活動,北京拗陷區(qū)除某些地段隨之下沉外,主體仍然隆升。該拗陷區(qū)的沉積物分布與厚度未受斷裂影響,具有山間拗陷盆地的沉積特點(diǎn)。約在中侏羅統(tǒng)九龍山組沉積之后,由于強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓作用,西山及其東部地區(qū)形成了北東向九龍山-香峪向斜和谷積山背斜以及一系列逆斷層,八寶山斷裂因之產(chǎn)生。晚侏羅世至早白堊世,八寶山斷裂出現(xiàn)拉張活動,北京拗陷成形。早白堊世初黃莊-高麗營斷裂始見;同時(shí)北京拗陷范圍內(nèi)產(chǎn)生一些近東西向斷裂,致使盆地解體。上侏羅一下白堊統(tǒng)地層在凸起處厚度小,凹陷內(nèi)厚度大。順義凹陷上侏羅統(tǒng)最大厚度達(dá)1000米左右,向南減薄,向北近乎缺失。早白堊世末期本區(qū)受到燕山運(yùn)動北西—南東向強(qiáng)烈擠壓作用,相當(dāng)于北京拗陷范圍被擠壓抬升,八寶山斷裂復(fù)具逆斷層性質(zhì)。之后,經(jīng)白堊世至古新世剝蝕作用,本區(qū)形成北臺期準(zhǔn)平原面。第三紀(jì)北京地區(qū)構(gòu)造呈“二隆一凹”圖式,即京西隆起、北京拗陷和大興隆起(圖1)。北京拗陷西以八寶山斷裂和黃莊-高麗營斷裂與前者相鄰,東以南苑-通縣斷裂與后者相接;北與北西向北京蓬萊斷裂相交,南為近東西向東壘子-淶水?dāng)嗔阉?它呈北北東走向、狹長條形的中新生代斷陷盆地。其本身又被北西至近東西向南口-孫河斷裂、來廣營斷裂、良鄉(xiāng)北斷裂和良鄉(xiāng)斷裂等分割,構(gòu)成若干次一級凹凸相間排列的構(gòu)造圖式。自南而北有涿縣凹陷、良鄉(xiāng)凸起、豐臺凹陷、來廣營凸起和順義凹陷(圖2)。自始新世起,北京拗陷區(qū)在黃莊-高麗營斷裂、順義-前門-良鄉(xiāng)斷裂、南苑-通縣斷裂等北北東—北東向斷裂及近東西向斷裂控制下又重新發(fā)育新生代斷陷盆地,早第三紀(jì)豐臺凹陷和涿縣凹陷下沉,沉積厚達(dá)600—700米,北部順義凹陷則相對隆起。早第三紀(jì)末裂陷作用減弱,該盆地受擠壓抬升,遭到剝蝕。晚第三紀(jì)北京拗陷在整體沉陷中仍有活動,新第三系厚度以豐臺凹陷為最,達(dá)到600—700米,晚第三紀(jì)晚期盆地再次抬升。第四紀(jì)北京地區(qū)“二隆一凹”構(gòu)造圖式消失,出現(xiàn)南北段構(gòu)造分異局面。第四紀(jì)北西向斷裂活動,如孫河-南口、居庸關(guān)-通縣斷裂對北京地區(qū)北段構(gòu)造變異起重要作用。由于該樞紐斷裂(其西北段東北盤上升,西南盤下降;其東南段東北盤下降,西南盤上升)強(qiáng)烈活動,致使京西隆起和北京拗陷發(fā)生重大分異。前者被分割成沙河凹陷和密柔隆起,后者被分成順義凹陷和良鄉(xiāng)、豐臺微隆起。而北京地區(qū)南段豐臺凹陷和涿縣凹陷的沉陷活動近乎趨于結(jié)束,它同相鄰的凸起和東側(cè)大興隆起都表現(xiàn)為向東南緩慢下沉,向西北與京西隆起相接,緩慢抬升,呈現(xiàn)較為單一的構(gòu)造運(yùn)動態(tài)勢。北京拗陷北部(順義拗陷)、中部(豐臺凹陷)和南部(涿縣拗陷)中、新生代地殼升降幅度(圖3)足以顯示出北京地區(qū)南、北段地殼運(yùn)動不同態(tài)勢。南部與中部從晚侏羅世至第四紀(jì)呈同步下沉,沉降總量中部大于南部,但在第四紀(jì)二者的沉降量均顯著減小并同步趨于零。然而北部中、新生代地殼運(yùn)動大相徑庭,升降頻繁。在新第三紀(jì)尤其在第四紀(jì)其沉降量反而日趨增強(qiáng)。二、斷裂穩(wěn)定性分析北段斷裂活動性明顯地貌、水系及第四系研究表明,北段的北東向和北西向斷裂在第四紀(jì)都有明顯活動,垂直差異性運(yùn)動強(qiáng)烈。它們控制山前洪積扇發(fā)育、平原第四系厚度與沉積結(jié)構(gòu)、夷平面與階地高度變化。茲擇其主要者分述如下:1.南口山前北東向斷裂(圖4的斷裂①)該斷裂走向北東,傾向南東,傾角約50°,斷層崖與三角面醒目。其西北盤唐縣夷平面抬升,東南盤此面降至龍虎臺基巖面上。對斷裂兩盤的南口河階地測量表明,斷裂東南盤的山前老爺山附近只有T1、T2和T6級階地,缺乏T3、T4和T5級階地,而斷裂西北盤T1—T6各級階地齊全(表1)。另外在該斷層崖附近,斷層角礫巖層位的溶洞被松散的沖積相礫石層充填,二者距現(xiàn)代溝谷高達(dá)20余米?？梢姶藬嗔褟纳闲率乐寥率谰谢顒?。2.南口-孫河北西向斷裂(圖4的斷裂②)此斷裂走向北西,西北段傾向南西,其東北盤為龍虎臺抬升臺地,西南盤呈斷陷盆地。根據(jù)鉆孔資料揭示,在臺地下有四條不穩(wěn)定、頻移、平面上交疊的古河道帶。此臺地東西向第四系地層均拱成背斜狀。更新世以來虎峪河形成多級向東頻移的洪積扇。該臺地上老爺山以北和大橋東北一帶發(fā)育的沖溝以及紅泥溝和陳莊東溝等十條大沖溝,切割臺地西緣,這些溝底均有三個(gè)以上的裂點(diǎn)?，F(xiàn)代地面水系呈輻散狀。顯見此臺地近期沿?cái)嗔牙^續(xù)抬升。該斷裂西南盤斷陷平原第四系厚度在沙河鎮(zhèn)一帶達(dá)700米,這里地下埋藏二條平面上重合的古河道帶?，F(xiàn)代地面水系仍呈輻聚狀。這些說明該盤仍處于下降狀態(tài)。南口-孫河斷裂東南段斷裂傾向北東,其東北盤為順義凹陷,第四系厚度達(dá)800米?，F(xiàn)代地表水系呈輻聚狀。這顯示該盤處于沉降狀態(tài)。其西南盤永定河水系在歷史上迭次遷徙,處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。地下水位顯著下降,地表沙化嚴(yán)重。它說明該盤地表略有抬升。顯然,南口-孫河斷裂自上新世以來都有活動。3.黃莊-高麗營斷裂在八寶山以北部分(圖4的北段斷裂③)它在地形上呈線形溝狀地。此斷裂在孫河以北的地段,上升(西北)盤第四系厚度只有150—200米,而下降(東南)盤竟厚達(dá)500—800米,二者相差500—600米。在懷柔南側(cè),該斷裂西(上升)盤第四系厚度僅有50米,而東(下降)盤厚及300米。此隱伏斷裂對附近地表的古今水系產(chǎn)生很大影響。如沙河在該斷裂附近的沙子營、北七家一帶有很多支流匯入,河床突然變寬。沙河經(jīng)此斷裂后也出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折與曲流的現(xiàn)象。更新世晚期的白河故道曾分布在懷柔南側(cè)的斯斷裂下盤斷裂線附近?，F(xiàn)代水系在該斷裂下盤部分都發(fā)生明顯匯聚現(xiàn)象?？梢婞S莊-高麗營斷裂在八寶山以北地段,第四紀(jì)以來有明顯活動。4.南苑-通縣斷裂(大興隆起西斷裂,圖4的斷裂④)此斷裂是北京拗陷與大興隆起的分界斷裂。該斷裂東北段第四紀(jì)以來有明顯活動。在那里斷裂東、西兩盤第四系厚度相差100余米,表現(xiàn)為西北(下降)盤厚,東南(上升)盤薄。該段斷裂對地表現(xiàn)代水系影響較大。例如溫榆河、小中河及潮白河經(jīng)過該斷裂附近,急劇輻聚匯合,在通縣北匯成北運(yùn)河。在全新世中期古潮河與古白河亦在此匯合。另外箭桿河在經(jīng)過此斷裂附近也出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折。南苑—通縣斷裂西南段第四紀(jì)以來斷裂活動不明顯。如據(jù)鉆孔資料揭示,位于斷裂西側(cè)的南郊西紅門一帶基巖埋深56米,而其東側(cè)的大興縣委禮堂附近,基巖埋深也是56米,該斷層兩側(cè)基巖頂面高度沒有變化。在左安門與南園子的鉆孔資料,也出現(xiàn)同樣現(xiàn)象。北京地區(qū)南段斷裂活動性不明顯在南段西山與平原分界處有既合又分的八寶山斷裂和黃莊-高麗營斷裂。前者是傾向南東,傾角較緩的逆斷層,后者為傾向南東、傾角較陡的正斷層。平原之下隱伏若干條規(guī)模不等的斷裂,如琉璃河斷裂、良鄉(xiāng)斷裂等。南段北端與南端分別有永定河斷裂和近東西向東壘子-淶水?dāng)嗔褞?圖4)。南段的八寶山斷裂(圖4的斷裂⑥)它在本段南部隱伏于平原之下,北部見于山麓基巖出露地帶,即?？谟?、磁家務(wù)、曉幼營、羊圈頭和化工七廠等。金鳳英等對本段北部的北京市灰石廠的八寶山斷層泥測年分析,認(rèn)為該處八寶山斷裂最后一次活動可能在漸新世之前。而我所對化工七廠附近該斷裂斷層泥測年分析1),認(rèn)為它的最后一次活動可能在早更新世,其運(yùn)動方式以粘滑為主,兼少量穩(wěn)滑。根據(jù)山地地貌研究結(jié)果,即在北車營與大溝村一帶八寶山斷裂兩側(cè)的2)和磁家務(wù)西附近的八寶山斷裂兩側(cè)的唐縣面呈連續(xù)分布,可認(rèn)為該斷裂早更新世最后一次活動僅限于局部地段。此外在曉幼營西側(cè)斯斷裂破碎帶上覆有3—5米厚、未變形的黃土層。黃土樣品的熱釋光年齡3)為(8.48±0.51)×104年,它屬于晚更新世。這至少說明此斷裂在Q3以來絕無活動。據(jù)本段南部平原之下的八寶山斷裂兩側(cè)鉆見基巖的第四系水文孔資料揭示,斷裂兩盤第四系沉積物厚度、沉積層傾向與沉積物結(jié)構(gòu)均未受該斷裂影響。這表明斷裂在該處第四紀(jì)以來未發(fā)生明顯活動。南段黃莊-高麗營斷裂該斷裂從淶水向北經(jīng)石樓、辛開口、曉幼營、大灰廠、辛莊西和蘆井等。它在本段南部隱伏于平原之下,在石樓至蘆井沿途出露。據(jù)文獻(xiàn)研究,此斷裂自(Q3以來未發(fā)生變動。地貌調(diào)查表明,黃莊-高麗營斷裂經(jīng)過南拒馬河山前、南尚樂、房山至長辛店山前地帶的北東-南西向帶狀分布的洪積平臺,后者時(shí)代定為晚更新世(時(shí)墨莊,1973)(圖4)。這些洪積平臺本身無明顯變形現(xiàn)象,該斷裂均未錯斷平臺的Q3黃土狀地層。據(jù)瓦井—南韓繼之間橫跨該斷裂的淺層地震探測結(jié)果1),該斷裂對上覆的Q3與Q4地層未產(chǎn)生斷裂變動現(xiàn)象。因此,黃莊-高麗營斷裂晚更新世以來沒有活動當(dāng)屬無疑。南段平原下隱伏斷裂第四紀(jì)以來沒有活動。這里40、60和80米第四系等厚線展布形狀類似于山邊線輪廓(圖4),不受地下隱伏斷裂走向約束。據(jù)房山縣水文鉆孔柵狀圖揭示2),平原第四系之下的基巖面是第三紀(jì)的侵蝕面,向東南傾斜(圖5);第四系巖性從下而上有粘土層,卵礫石層、砂粘土、砂含卵石和黃土質(zhì)粘土。它們的層間界面也是向東南傾斜。誠然,南段平原第四系沉積結(jié)構(gòu)的形態(tài)、第四系厚度變化趨勢和現(xiàn)代東拒馬河上游支流水系的流向與組合形式,完全順從平原下基巖侵蝕面形狀與傾向,而與基底的北北東向或近東西向的諸斷裂的走向與傾向完全無關(guān)(圖4,圖5)。根據(jù)多種探測結(jié)果1)認(rèn)為,南段斷裂活動情況如下:八寶山斷裂Q1末期以來不活動,黃莊-高麗營斷裂Q3以來不活動。平原第四系下基底斷裂(琉璃河斷裂、大興隆起西斷裂、琉璃河?xùn)|斷裂、良鄉(xiāng)斷裂、竇店北斷裂、前門-良鄉(xiāng)斷裂)第四紀(jì)以來不活動。東壘子-淶水?dāng)嗔褞該斷裂帶充填的未變形的方解石熱釋光年齡為(82.19±4.73)×104年和(88.67±4.85)×104年]Q1末期以來不活動?？傊?北京地區(qū)北段各主要斷裂第四紀(jì)以來有明顯活動,而南段的斷裂除黃莊-高麗營斷裂外,自Q1末期以來均無明顯活動。三、長6世新構(gòu)造運(yùn)動的性質(zhì)北京地區(qū)北段新構(gòu)造運(yùn)動較南段復(fù)雜,強(qiáng)度更大些。前述北段斷裂活動性就是明證。北段的山區(qū)與平原的垂向差異運(yùn)動顯著,山前斷層崖與三角面醒目,如南口北東向斷層崖前,洪積扇發(fā)育,級數(shù)多,前緣坡度陡;北安附近有三級串珠狀洪積扇。南口河在南口北東向斷裂兩盤階地?cái)?shù)目不一,斷層帶附近溝口裂點(diǎn)發(fā)育。此外北段平原下的基巖凹凸地塊垂直差異運(yùn)動明顯。例如南口-孫河斷裂在龍虎臺西側(cè)陡坎異常醒目,抬升的龍虎臺臺地的第四系地層已拱成背斜狀。在北西向斷裂下降盤一側(cè)即沙河凹陷、順義凹陷和通縣一帶,水系較為密集,輻聚點(diǎn)較多。南段新構(gòu)造運(yùn)動較為簡單,前述南段斷裂亦可窺一斑。南段山前地帶廣泛分布層狀地形面,如西山山前夷平面、溶洞層與階地、山麓沖洪積臺地及平原的二級堆積階地,它們在高度上對應(yīng)較好。它表明南段新構(gòu)造運(yùn)動具有間歇性抬升性質(zhì)。圖4表示西山存在3級夷平面,其中Ⅲ級唐縣期夷平面已抬升到150—300米高度。這意味著上新世之后西山發(fā)生整體抬升運(yùn)動,抬升量西北大東南小。從階地高度分布來看,上新世、早更新世和中更新世山前抬升量大些,而晚更新世、全新世以來山前抬升量較小(圖6)。這里與唐縣夷平面相應(yīng)的溶洞層的溶洞,其數(shù)量多,規(guī)模大,如上方云洞(圖7)。這表明喜山運(yùn)動開始后本段于上新世有較長的穩(wěn)定期。早更新世溶洞有馬仙洞等,晚更新世溶洞有背陰洞等。全新世水濂洞規(guī)模大,形成時(shí)間長,地下河長達(dá)數(shù)公里。后者表明全新世以來南段山前地帶構(gòu)造環(huán)境和侵蝕基準(zhǔn)面是較為穩(wěn)定的。中更新世的溶洞小而少,顯見當(dāng)時(shí)地殼變動較頻繁。因此,南段新構(gòu)造運(yùn)動性質(zhì)主要是間歇性抬升運(yùn)動,這種抬升幅度自晚更新世以來漸趨減小,地殼運(yùn)動趨向于相對穩(wěn)定階段。據(jù)上分別計(jì)算了南段山前地帶新構(gòu)造運(yùn)動不同時(shí)期的抬升年速率。圖8表明,中更新世地殼運(yùn)動變動較烈,抬升速率最大,達(dá)到252×10-4mm/a,其次為上新世,即196×10-4mm/a,早更新世與晚更新世為適中,分別達(dá)到158×10-4mm/a和152×10-4mm/a,全新世抬升速率最小僅為107×10-4mm/a。其中從中更新世末期至全新世期間,地殼抬升速率一直處于不斷減小的趨勢。平原水系與微地貌所反映的新構(gòu)造運(yùn)動南段平原水系有南拒馬河、東拒馬河(包括琉璃河等)及永定河。這些水系各行其道,從未合流,呈輻散狀態(tài)(圖4)。其中永定河歷史變遷最頻繁,它從距今7200±11年前的故清河至今永定河基本上由北向南呈順時(shí)針遷移,其分流點(diǎn)在蘆溝橋附近(第四系厚度約為21.20米)。此外永定河故道切割深度較大,如古漯水故道深達(dá)12-20米,無定河為12—18米。平原區(qū)有2級堆積階地,時(shí)代為全新世(廖世芳,1974)。上述水系輻散狀組合關(guān)系、永定河的不穩(wěn)定及其適度切蝕狀態(tài),以及平原階地等均證明南段平原區(qū)地殼運(yùn)動亦處于略有抬升狀態(tài)。根據(jù)東、西拒馬河平面分布,以及它們古河床遷徙變遷,推測在淶水之東、涿州市之南及東拒馬河之西的范圍可能存在微地貌隆起(圖4)。四、斷裂西南盤及地形變觀測資料據(jù)國家地震局天津測量隊(duì)地形變資料1)(1951—1982年)揭示:北段沿南口-孫河-通縣一帶,存在一個(gè)北西向地形變連續(xù)沉降帶,最大年沉降量達(dá)7mm,沙河附近年沉降量為3mm,順義為2mm,通縣7mm,但山前抬升年速率達(dá)1mm。南口山前斷裂東南盤年沉降量(1970—1974年)為1.1mm(馬連著等,1982)。南口-孫河斷裂垂直年速率為0.8mm(1969—1978年),其西南盤下降(南口形變臺資料)。北京地區(qū)南段絕大部分地區(qū)處于地形變垂直抬升年速率為2mm范圍,僅在淶水之東、涿縣舊址之南與南高官莊之西的范圍存在年速率為3mm的半橢圓抬升帶(圖4)以及圖4東南角柳泉之東存在范圍很小的年速率1mm的抬升帶。