張家口斷裂第四紀構造變形與活動性研究1

周月玲 尤惠川

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

張家口斷裂第四紀構造變形與活動性研究1

周月玲 尤惠川

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

本文根據野外詳實資料對張家口斷裂的構造變形和活動性進行分析與研究，結果表明：斷裂由西、中、東3段組成，各段多由北西向和近東西向2組多條次級斷層組成，總體呈北西西走向展布，長達 70km，控制著張家口及附近的第四紀構造演化和地貌發育；北西向斷層構成斷裂的主體，為高角度的逆（或正）走滑斷層，近東西向斷層較短，表現為正傾滑，第四紀期間2組斷層持續活動，以脆性變形為特征；斷裂端部段落與北東向斷裂交匯，活動性較弱，構造表現不甚清楚，中部段落活動強烈，晚更新世以來單條斷層的平均垂直活動速率大于0.07—0.30mm/a，總的垂直活動速率可能達到1.33mm/a。

張家口斷裂 第四紀 構造變形 活動性

引言

張家口斷裂是華北地區著名的張家口-渤海地震構造帶西部的一條斷裂（河北省地質礦產局，1993；高占武等，2001），是山西斷陷帶與燕山斷塊的構造分界之一，控制了張家口-宣化盆地的北部邊界，所在盆地構造復雜，受到北西西向張家口-渤海構造帶和北北東向山西斷陷帶的復合作用。斷裂北側中生代地層抬升，形成低山丘陵；南側下降接受第四紀堆積，多構成山間盆地。斷裂總體上呈北西西走向展布，長達70km，由北西向和近東西向2組多條次級高角度正（或逆）走滑斷層組成，控制著本區的新構造活動。然而，對于這樣一條構造位置很重要的斷裂，不管是基礎地質還是活動構造的調查與研究都很薄弱，至今沒有明確標示該斷裂構造幾何的較大比例尺的基礎性圖件，對其第四紀構造變形和活動性的研究也不夠深入，多是在地震安全性評價中對其進行基本調查和初步分析，一般僅停留在個別地點、個別剖面的考察與研究（楊文遠等，1988；朱德瑜等，2000），很多細節不清楚。

本文根據作者等人在城市活斷層探測與地震危險性評價中比較細致的地質地貌調查時獲得的詳實資料，對斷裂的第四紀構造變形和活動性進行深入的分析與研究。

1 區域地質構造特征

1.1 地層發育與構造演化

張家口斷裂所在區域大地構造上屬于華北地臺，其結晶基底為太古代-早元古代變質巖系，之上堆積有中、晚元古代-古生代沉積蓋層，以碳酸鹽巖和碎屑巖為主。中生代期間主要為斷塊差異運動，之后，構造演化進入喜馬拉雅構造發展階段。白堊紀末至古近紀初，本區構造活動相對平穩，廣大地區處于剝蝕環境。新生代期間，本區以裂陷構造和斷塊隆起為主要特征，形成了晉冀北盆嶺構造和張北壩上隆起。第四紀期間，形成張家口-宣化等山間盆地，第四系厚度可達240m以上。

1.2 地貌與新構造特征

張家口斷裂附近區域在新構造上屬于張家口-宣化盆嶺構造區。斷裂以北是火焰山-猴兒山強烈隆起，以南主要為萬全-宣化斷凹盆地和尖山中強隆起?；鹧嫔?猴兒山強烈隆起位于北西西向的張家口斷裂以北、近東西向的赤城-尚義斷裂以南。地塊峰頂面海拔高度大多在1400m以上，最高峰大于2000m，總體地勢北東高、南西低。自震旦紀以后，該區表現為持續面狀隆起，中、新生代以間歇性抬升為主，新生代地層在山間洼地零星分布。區內北臺期夷平面海拔在1500m左右，唐縣期夷平面海拔約1300m，河谷發育2—3級階地。

張家口-宣化斷凹盆地分布在張家口斷裂以南，盆地平均海拔700m左右，是一個第三紀末到第四紀早期的強烈斷陷，第四紀中、晚期以來斷凹繼續，但下降速度大大減弱。據鉆孔資料，中更新統為一套紅粘土和粘砂，厚40余米，主要分布在盆地南部山前地帶的沖溝底部；上更新統為一套黃棕色粘土，夾砂礫石，頂部常含1m左右的黑壚土，該套地層廣泛分布于盆地之中，并構成沖洪積扇和沖洪積臺地。張家口-宣化盆地地下 8.18m為全新統，8.18—86.50m為上更新統，86.50—185.98m為中更新統，185.98—240.00m為下更新統，第四系厚度達240m（陳望和等，1987）。

尖山中強隆起被張家口-宣化斷凹盆地包圍，峰頂海拔高度在1200m以上，最高達1286m，為上新世發育的唐縣期夷平面。

新構造運動以來，區內不同地塊之間表現出很大的構造差異運動。古近紀時期，本區處于剝蝕環境，形成準平原化地形。新近紀期間，斷裂活動使早期準平原分化、瓦解，形成一系列斷陷盆地，它們與周圍的隆起斷塊（山地）一起形成盆嶺構造。另外，古近紀和新近紀發育的兩級夷平面還說明這種垂直升降運動具有間歇性抬升特點，使得地塊遭受河流切割，形成現代河谷和多級沖積、洪積階地。張家口斷裂附近區域主要發育北西西向、北東向和北西向3組斷裂構造，前2組斷裂第四紀活動性較強。

1.3 斷裂展布與幾何結構特征

張家口斷裂西起萬全鎮北的水關臺西，向西可能繼續延至北新屯西，止于北東向洗馬林北斷裂；往東南沿萬全-張家口公路北側延伸，經五墩臺、永豐堡、人頭山、青邊口，延至大白陽東南，總體走向310°，傾向南或北，傾角60°甚至更大，全長70km，為正（或逆）走滑性質（圖1）。斷裂由西、中、東3段組成：西段（11F）較短，長約10km，位于兩條北東向斷裂之間，沿河谷展布，隱伏于地下，構成低丘與高臺的構造分界；中部主體段落（21F）起自萬全鎮西北，向東偏南延至西望山北東，長達39km，由北西西向和近東西向2組多條長短不等的次級斷層斜列組成，為山盆之間的構造邊界；東段（31F）由北西西向和北西向2條斷層組成，長 21km，構造形跡不很清楚，止于其東的北東向斷裂。整條斷裂地質上表現為北側中生代或太古代地層與南側第四系的正（或逆）走滑斷層接觸，地貌上構成低山與山間盆地或丘陵的分界。

2 斷裂第四紀構造變形特征

2.1 總體變形特征

張家口斷裂是一條基本出露于地表的裸露斷層，地質地貌調查在多個地方發現了清楚的斷層剖面，規模較大，可見晚更新世以來的活動跡象，新地層錯斷現象十分清楚，為高角度正（或逆）走滑斷層?？傮w而言，張家口斷裂由北西西向和近東西向兩組、多段斷層組成。前者為斷裂主體，單條長度較大；后者構成重要的連接段，具有更明顯的傾滑活動，微地貌有清楚顯示。大多數段落表現為中生代火山-碎屑巖或太古代變質巖與第四系的截然相接，并發育斷層破碎帶，寬1—10m，地貌上構成巨大的斷層崖。

2.2 主體段落西部亞段的變形特征

在清水河以西，張家口斷裂的地質地貌表現極為清楚，侏羅紀低山與晚第四紀山前臺地和構造洼地截然相接，形成較大規模和連續的斷層陡崖。在萬全鎮西北山坡前沿開挖的剖面上，可見侏羅紀灰白色、黃色含礫砂巖與晚更新世灰色含小碎石黃土狀土呈斷層接觸，斷層產狀85°/S∠70°，為南傾正斷層（圖2）。斷面上發育磨光面、擦痕等滑動構造，并有異盤物質卷入，產生片理化現象，頂部被人工填土覆蓋，可見斷距達5m以上。取上盤黃土狀土樣品，經北京大學地表過程分析與模擬教育部重點實驗室測定（下同），其光釋光年齡為（56.8±3.9）ka B.P.。這些現象表明，該處斷裂走向近東西，為張性正斷性質，在晚更新世期間仍在活動，其平均垂直活動速率達0.09mm/a。

①侏羅紀灰白色、黃色含礫砂巖；②晚更新世灰色含小碎石次生黃土；△采樣點圖2 萬全鎮西北張家口斷裂地質剖面Fig.2 Geological section of the Zhangjiakou fault northwest of Wanquan town

在清水河以西的張家口市區西北山前，斷裂表現為侏羅紀山體與第四紀平地的截然相接，山地前緣發育一系列大型的左階斜列構造透鏡體（照1）。在山前人工開挖剖面上，揭露出一條產狀為 75°/N∠45°的逆斷層，使北盤的侏羅紀砂巖逆沖于南盤的晚更新世黃土之上（圖3）。侏羅系發生劈理化，內部發育一條低角度逆掩斷層，主斷裂面附近兩盤地層相互混合，下盤黃土強烈片理化。需要指出的是，斷層的逆沖性質和構造透鏡體的斜列形式指示該段斷裂同時具有左旋走滑活動屬性。此外，斷層剖面顯示兩盤黃土落差大于 15m，根據黃土的性狀及與鄰區資料對比，以50ka B.P. 估計其年齡，則該處斷裂的平均垂直滑動速率大于0.30mm/a。

照1 清水河西張家口斷裂（鏡向西南）Photo 1 Feature of the Zhangjiakou fault west of Qingshuihe stream, view to southwest

①侏羅紀桔紅色砂巖；②侏羅紀紫色砂泥巖；③晚更新世偶含小碎石黃土，夾砂礫石石層圖3 清水河西張家口斷裂地質剖面Fig.3 Geological section of the Zhangjiakou fault west of Qingshuihe stream

在西太平山隧道口西側，大型開挖剖面揭示出復雜和完整的張家口斷裂結構（圖4）：北側是較早活動的逆斷層，發育于侏羅紀地層內部，被晚第四紀堆積物覆蓋；南側為近垂直斷層，走向 310°，北盤上升，南盤下降，構成張家口斷裂的地貌變異帶；中間還有一條北西走向的高角度斷層，明顯錯斷了晚更新世-全新世松散堆積物，斷面上發育10cm厚的白色斷層泥，并有片理化現象（照2）。

①侏羅紀紫紅色砂巖；②晚更新世-全新世次生黃土；③晚更新世-全新世黃色松散碎石土；④全新世坡積物圖4 西太平山南緣張家口斷裂地質剖面Fig.4 Geological section of the Zhangjiakou fault south along Mt. Xi Taiping

2.3 主體段落東部亞段的變形特征

在清水河以東，張家口斷裂主體段落的構造表現與其西部分略有差異，斷層南側形成侏羅紀低山丘陵和地勢較高的晚第四紀臺地，沿線還有埡口等多種斷層地貌發育。在張家口市區東北角黑山堰山前，張家口斷裂中段低山與山前沖洪積扇的陡變接觸帶開挖的地質剖面發現，北側為侏羅紀雜色火山巖、南側是晚第四紀灰色松散堆積物，兩者呈現非常清楚的斷層接觸（尤惠川等，2008）?；鶐r中還有一個平行的斷面，接近頂部也是與第四系接觸，它與主斷面之間的巖石破碎，寬 1m，破碎帶頂部的第四系為雜亂的灰褐色砂礫土。主斷面走向近東西，傾向南，傾角 68o，為正斷層，滑動跡象清楚，可見礫石定向排列，向下至地基以下1.5m仍為巖石與砂土接觸，向上基本上“通天”，僅被厚30—40cm的褐色、灰黑色現代坡積物覆蓋。上盤的第四系為比較雜亂的松散含礫砂土，總體下粗上細，近斷層處上部至少存在3個小的韻律，向遠離斷層方向尖滅，極似“崩積楔”構造，應是斷層多次活動的產物。根據地層的巖性特征和出露的微地貌位置分析，灰色含礫砂土為晚更新世-全新世堆積，厚約2m，底部光釋光年齡為（30.5±2.6）ka B.P.，表明該處斷層晚更新世晚期以來的平均垂直滑動速率至少為0.07mm/a。

在口里東窯子以東，山前開挖揭露出張家口斷裂（圖5），侏羅紀紫紅色和灰白色、灰黃色砂泥巖，向南逆沖于中更新世（?）深褐色含碎石土層之上，斷層產狀 302°/NE∠62°，發育1—5cm厚的紅色斷層泥和3—8cm厚的褐色斷層泥。

照2 西太平山南緣張家口斷裂伴生斷層（鏡向東）Photo 2 Local feature of the Zhangjiakou fault south along Mt. Xi Taiping, view to east

①侏羅紀紫紅色、灰白色、灰黃色砂泥巖；②中更新世（?）深褐色含碎石土層；③全新世灰黃色砂礫土；④現代崩塌堆積圖5 口里東窯子東張家口斷裂地質剖面Fig.5 Geological section of the Zhangjiakou fault east of Kouli-Dongyaozi

向東，在梅家營以北的山前沖溝西壁，發現了清楚的張家口斷裂構造剖面（圖6、照3）：北側為侏羅紀灰白色、灰黃色泥巖構成的山體；南側是沖洪積臺地，由白堊紀肉紅色礫巖基座和其上的晚更新世含礫黃土狀堆積組成；兩者之間為逆斷層，上部傾角變緩，頂部被很薄的現代坡積物覆蓋。應該指出，該處斷層具有最新活動性，形成3—4m高的沖溝裂點。此外，還發生明顯的左旋位移。

繼續向東，接近張家口斷裂東段的青邊口附近，粗略的控制性調查依然發現了沖溝的左旋錯動（照4）和地層的斷層接觸（圖7），表明該處斷裂在晚更新世期間是活動的，而不是前人認為的張家口斷裂向東不活動。當然，東段的地質地貌表現不如其西主體落清楚，許多活動性細節有待于今后進一步調查和研究。

照3 梅家營北張家口斷裂（鏡向北西）Photo 3 Feature of the Zhangjiakou fault north of Meijiaying, view to northwest

照4 青邊口附近張家口斷裂東段沖溝錯動（鏡向南東）Photo 4 Offset of gully across the Zhangjiakou fault near Qingbiankou, view to southeast

①侏羅紀灰白色、灰黃色泥巖；②白堊紀肉紅色礫巖；③晚更新世含礫次生黃土圖6 梅家營北張家口斷裂地質剖面Fig.6 Geological section of the Zhangjiakou fault north of Meijiaying

①侏羅紀砂泥巖；②侏羅紀灰白色破碎帶；③晚更新世-全新世次生黃土，夾砂礫石層圖7 青邊口附近張家口斷裂東段地質剖面Fig.7 Geological section of the Zhangjiakou fault near Qingbiankou

3 斷裂第四紀活動性研究

3.1 斷層活動性質

綜合本文前述資料，不難發現張家口斷裂的活動性質比較復雜，有時表現出正斷屬性，有時具有逆沖性質，某些情況下還發現沖溝的左旋錯動。仔細分析可以總結出張家口斷裂的一些活動規律：首先，絕大多數剖面的斷層傾角都比較大，許多甚至是直立的，加上保存的典型沖溝錯動現象，說明張家口斷裂應以左旋走滑活動為主，沒有發現更多的水平活動現象是斷裂還具有較大的傾向活動分量的緣故；其次，斷裂具有獨特的幾何結構，由2組多段斷層組成，北西-北西西向斷層構成斷裂主體，大多具有北傾逆斷性質，近東西向斷層為前者的連接構造，長度較小，幾乎都是南傾正斷性質。因此，張家口斷裂是一條高角度北傾逆沖、或南傾正斷的左旋走滑斷層。

3.2 斷層最新活動時代

前人資料認為張家口斷裂研究精度較差，主體段落為晚更新世斷層，最新活動年代為距今17.1—21.9ka，東段的最新活動時代為中更新世（朱德瑜等，2000；冉勇康等，2001；高占武等，2001）。我們先前的調查研究表明，張家口斷裂的最新活動時代為晚更新世中晚期至全新世（尤惠川等，2008）。我們在城市活斷層探測中更詳細地分析研究后，對于中部主體段落，已有（12.8±0.9）—（56.8±3.9）ka B.P.的測年數據加上地層對比支持這一結論；而斷裂東段，本文雖沒有直接資料證實但仍不排除它的最新活動發生在晚更新世期間。因此，我們認為，除西端延伸部分外張家口斷裂為晚更新世活動斷層，主體段落的最新活動時代可能持續到全新世。

3.3 斷層垂直活動速率

前人還沒有明確給出張家口斷裂的活動速率，本文前述資料給出了斷裂主體段落零星的垂直活動速率，即晚更新世中晚期以來單條斷層的平均垂直活動速率大于0.07—0.30mm/a。鑒于張家口斷裂可能有多個滑動面，上述數據作為張家口斷裂垂直活動速率估計是偏于保守的，更接近實際的估計有賴于今后進一步的調查和研究。這里，我們還要討論的是，從宏觀的角度去估計張家口斷裂的垂直活動速率。

清水河沿岸跨越張家口斷裂，利用河流階地和鉆孔資料是研究該斷裂總的垂直活動速率的有效方法。圖8是清水河階地示意性橫剖面，共發育4級階地，寬闊而連續的Ⅳ級階地拔河高度約100m，其主體堆積為中更新世礫石層和紅色土（照5），上覆晚更新世風城黃土。觀察研究表明，黃土是后期加積的。因此，該級階地形成于中更新世，中更新世末期開始抬升不再接受河流堆積，大致可以此數據來估計張家口斷裂北盤晚更新世以來總的抬升幅度。而斷裂南盤早已下降并接受后期堆積，我們未經發表的斷裂附近的鉆孔資料表明，下降盤晚更新世以來的堆積厚度多在60m以上。至此，我們可以估計張家口斷裂晚更新世以來總的垂直活動速率為：≥（100+60）m/120ka=1.33mm/a。應該說，這一數據更接近于實際，它明顯比單個剖面單條斷層的活動速率要大得多?；蛟S，我們對于Ⅳ級階地抬升年代的估計不夠準確，但修正的結果可能不會偏差太大。

圖8 清水河階地剖面Fig.8 Geological section across Qingshuihe stream

另外，郭良遷等（2003）指出，張家口-蓬萊斷裂帶西段（張家口斷裂為其組成部分）呈左旋走滑，水平滑動速率為1.57mm/a。這一數據也許有助于我們估計張家口斷裂的垂直活動速率。

照5 清水河階地堆積（鏡向北）Photo 5 geological section on the terrene of Qingshuihe stream, view to north

4 結論

（1）張家口斷裂可分為西、中、東3段，各段多由北西-北西西向和近東西向2組多條次級斷層組成，總體呈北西西走向展布，長達 70km，是張家口及附近一條重要的地質地貌構造分界線，控制著第四紀構造演化和地貌發育：北側抬升為低山丘陵，南側下降構成盆地平原或山間洼地。

（2）張家口斷裂的組成斷層均為高角度走滑為主的逆或正斷層，其中，北西-北西西向斷層構成斷裂主體，大多具有北傾逆斷性質，近東西向斷層為前者的連接構造，長度較小，表現為正斷性質。因此，張家口斷裂是一條高角度北傾逆沖或南傾正斷的左旋走滑斷層。

張家口斷裂第四紀期間持續活動，除西端延伸部分外為晚更新世活動斷層，主體段落的最新活動時代可能持續到全新世。

（3）張家口斷裂中部主體段落活動強烈，晚更新世中晚期以來單條斷層的平均垂直活動速率大于0.07—0.30mm/a；張家口斷裂有多個滑動面，根據清水河階地和相關鉆孔資料估計，總的垂直活動速率達到1.33mm/a。

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楊文遠，王生立，1988. 萬全-刁鄂、武家溝-萬全斷裂構造活動性及地震發展趨勢. 河北地質學院學報，11（1）：59—66.

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Research on Quaternary Deformation and Activities of Zhangjiakou Fault，Hebei Province

Zhou Yueling and You Huichuan

(Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China)

Based on detailed field investigation, this paper describes geometrical characteristics and tectonic activities of Zhangjiakou fault in northwest of Beijing. This fault strikes mainly northwest to east-west, dipping to north, and extends over a length of 70km. As a major geological/and geomorphological boundary, Zhangjiakou fault controls the neotectonic movement in this region, in which its southern side is characterized by Late Quaternary unconsolidated basin deposits, and its northern side is Mesozoic volcano debris and Pre- Mesozoic metamorphic rocks in the form of lower-mountains and hills. Zhangjiakou fault are mainly of high-angle inverse strike-slip fault and partially of normal strike-slip fault. The activity of central segment of Zhangjiakou fault is stronger than other segment. Since late Pleistocene, the average vertical slip rate along single fault is over 0.07—0.30mm/a., while the total vertical slip rate overall of entire fault is as high as 1.33mm/a.

Zhangjiakou fault; Quaternary; Tectonic deformation; fault activity

河北省城市活斷層探測與地震危險性評價項目（冀發改投資[2007]1684號）；地震行業科研專項（200908001）

2009-11-11

周月玲，女，生于1983年。碩士研究生。從事活斷層探查與深淺構造關系研究。E-mail：zyl19831111@sina.com