北京平原區(qū)地質檢查及成因分析

北京平原區(qū)地質檢查及成因分析

0北京氣候特點北京位于中國北方平原的西北角。其地理位置為東經1152511730，北緯39264103，面積16097.8公里。其中山區(qū)面積為10417.5km2,占總面積的62%;平原區(qū)面積為6390.3km2,占總面積的38%。從總體上看,地勢西北高、東南低,西部是太行山余脈的西山,北部是燕山山脈的軍都山,兩山在南口關溝相交,形成一個向東南展開的半圓形大山彎(即人們所稱的“北京彎”),環(huán)繞著一片緩緩向渤海傾斜的北京小平原。北京山區(qū)的海拔高度一般為1000～1500m,平原的海拔高度一般為20～60m。境內分布著永定河、潮白河、北運河、大清河及薊運河五大河系,共有支流100余條。北京的氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,四季分明,春、秋短促,冬、夏較長。夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥。年平均氣溫為10～12℃,極端最低-27.4℃,極端最高42℃以上。年平均降水量600多毫米,為華北地區(qū)降水量最多的地區(qū)之一。降水季節(jié)分配很不均勻,全年降水約75%集中在夏季,7、8月份常有暴雨。在長達數(shù)十億年的地球演化過程中,北京地區(qū)經歷了一系列復雜而又劇烈的構造運動,形成了在區(qū)內廣泛分布的基底構造和蓋層構造。復雜的地質構造,劇烈的人類活動,特別是頻繁的新構造活動,對北京地區(qū)的地質環(huán)境造成了巨大危害,并引發(fā)了地震、地裂縫等許多不良地質現(xiàn)象。1北京平原區(qū)構造演化期新構造是指自新近紀到第四紀初期的地質構造。前蘇聯(lián)的構造學者曾普遍認為,新構造時期的構造運動性質,與以前地質時期有本質區(qū)別,強調垂直振蕩運動是新構造運動的基本特征。板塊學說興起以來,對上述觀點有所沖擊,認為新構造時期的構造運動性質,與以前地質時期沒有本質區(qū)別,仍是以水平運動為主導的。對于新構造活動的時限和基本特征,至今仍存在著多種認識和不同見解。(地球科學大辭典,2006)萬天豐(中國大地構造學綱要,2003)將78萬年(中更新世)以來活動過的構造作為新構造,認為在中國大陸普遍存在早更新統(tǒng)與中更新統(tǒng)之間的角度不整合,中更新世以來構造活動的特征基本一致,且相當穩(wěn)定,與新近紀及早更新世的喜馬拉雅構造期的構造活動完全不同,應作為一個剛剛開始的新的構造演化階段。這個觀點得到了較多地質專家和學者們的認同,也是本文所采納的觀點和依據。北京平原區(qū)在大地構造上位于中朝準地臺北部,地處祁、呂、賀山字形構造反射弧與陰山東西向構造帶的交匯部位,經歷了印支、燕山及喜馬拉雅等多期構造運動,地質構造較為復雜。其中,印支期構造主要表現(xiàn)為在伸展體制下較深構造層次發(fā)育的固態(tài)流變構造和塑性變形以及收縮體制下的褶皺構造,形跡展布多呈近東西向;燕山期構造主要表現(xiàn)為在伸展體制下形成的北東東—北東—北北東向新生性和繼承性火山構造盆地以及在收縮體制下形成的北東東—北東—北北東向褶皺及逆沖—逆掩—推覆斷裂帶,此外還相伴產生有一系列北西向張性斷裂;喜馬拉雅期構造不甚發(fā)育,主要表現(xiàn)為一系列的北東向正斷層,形成了延慶—懷來盆地、北京斷陷盆地以及順義、馬池口凹陷等。北京平原區(qū)的新構造活動強烈,并以斷裂垂直活動為主。其中,活動性比較明顯的斷裂主要有黃莊—高麗營斷裂、良鄉(xiāng)—前門—順義斷裂、南苑—通縣斷裂以及馬坊—夏墊斷裂等(圖1)。它們組成了密云—北京—涿縣活動斷裂帶及平谷—三河活動斷裂帶,形成了北京平原區(qū)兩隆一凹的構造特征?，F(xiàn)對其中幾條主要的活動性斷裂構造進行簡要介紹。1.1紅流山-紅用沸石斷裂圖7該斷裂沿NEE走向,北起密云西田各莊,向南西經過懷柔、高麗營、北京西直門、房山,至河北淶水附近,全長近132km,是古近系—新近系組成的北京凹陷的西界主控斷裂。據北京地震地質會戰(zhàn)淺層人工地震成果資料,該斷裂兩側的第四系落差達140～280m,由此計算得到該斷裂北段在第四紀平均垂直滑動速率為0.11～0.17mm/年。在該斷裂南段蘆井村北,見該斷裂錯斷了中更新統(tǒng)和上更新統(tǒng)沉積地層(圖2)。從圖2中可明顯看出,該斷裂兩側中更新統(tǒng)紅棕色黃土(Q2)的沉積厚度不同。其下盤的紅棕色黃土堆積在侏羅系中統(tǒng)髫髻山組(J2t)火山角礫巖之上,厚約5m,上覆晚更新統(tǒng)黃土(Q3),二者的分界面高出地面約4.5m;其上盤由紅棕色黃土組成的陡坎高約18m,上亦覆晚更新統(tǒng)黃土,但髫髻山組火山巖基座未出露地表?？梢?基巖面的垂直落差至少在13m以上。由于火山巖與紅棕色黃土的分界面是新的較平直的剪切面,故基巖面的垂直落差是構造運動造成的,而非原始地形陡坎或老斷層崖所致。在該斷裂中段高麗營鎮(zhèn)西王路村西南,可清楚看到該斷裂的揭露情況(圖3)。該地段斷裂走向約70°左右,斷裂面向上延至地表,傾向南東,傾角為55°～60°。斷裂錯斷了第四系中的灰色有機質層,垂直位錯約1.5m。在附近的探槽斷面上,也可清楚看到地層的缺失、重復、厚度變化及超覆現(xiàn)象。這說明該斷裂至今仍在活動。1.2條北北東—良鄉(xiāng)—前門—順義斷裂(F2)該斷裂南起良鄉(xiāng),向北東經豐臺、北京前門、天竺、北采—木林,全長約90余千米。據鉆探和物、化探資料,該斷裂是由數(shù)條北北東—北東向斷裂組成,這些斷裂總體呈35°～45°方向展布,在走向上并不連續(xù)。斷裂面傾向南東,傾角較陡,隨著向深度延伸,傾角逐漸變緩。據探槽揭示(圖4),該斷裂錯斷了第四系地層,錯距約0.3m左右,斷裂顯示出正斷層性質。根據地表調查追蹤,發(fā)現(xiàn)沿該斷裂方向普遍發(fā)育地表破裂,從眾多地面建筑物上出現(xiàn)的裂縫來看,斷裂具右旋拉張性質。1.3基巖結構異常圖分析該斷裂南起新城西,向北經塔上、古城、葫蘆堡、南苑西、定福莊、翟里—沙嶺,全長約130余千米。據鉆探和物、化探資料,該斷裂在基巖埋深等厚圖上表現(xiàn)為一明顯的梯度帶,在區(qū)域布格重力異常圖上的異常梯度可達4～6毫伽。在高碑店—平家疃段,斷裂面傾向北西,錯斷了第四系地層;在通縣—翟里一帶,斷裂對第四系和古近系—新近系的地層分布具有明顯的控制作用。1.4第四系同生斷系特征及生長盤厚度隨高度1.該斷裂為大興凸起與大廠凹陷的分界構造,南起永樂店,北經西集、潘各莊、夏墊—馬坊,全長約70余千米。斷裂總體走向為30°左右,傾向南東,傾角約60°～70°,為一高角度正斷層。據鉆探和物、化探資料,該斷裂東南側第四系的沉積厚度為700m,而西北側第四系的沉積厚度僅為300～400m,兩盤的第四系厚度相差約300余米,地下水埋深也有較明顯的變化。斷裂面產狀顯示出上陡下緩的變化趨勢,表明該斷裂具有同生斷裂的特征。據北京地震地質會戰(zhàn)成果資料,其生長系數(shù)(即下降盤地層厚度與上升盤厚度的比值)為1.8～1.9。據向宏發(fā)等人研究(1989),該斷裂不僅在早、中更新世活動強烈,而且自晚更新世中、晚期以來仍有活動。2新構造活動導致的地質條件惡化頻繁的新構造活動,嚴重地影響著北京平原區(qū)的地質環(huán)境,并引發(fā)了許多不良地質現(xiàn)象。其中,較為常見的有地震、地裂縫以及地面不均勻沉降等。2.1與區(qū)域構造的關系地震是構造活動的產物,是構造活動一種特殊的表現(xiàn)形式。自有歷史記載以來,北京市區(qū)共發(fā)生5級以上強震19次。其中以1057年發(fā)生在今北京市區(qū)附近的634634級地震和1679年發(fā)生在平谷馬坊的8級地震對北京的影響最甚,破壞最為嚴重。1950年以來,北京市區(qū)雖未發(fā)生過強破壞性地震,但4級以下有感地震卻發(fā)生過多次,最近的一次當為1996年發(fā)生在順義的4.0級地震。這些地震多集中發(fā)生在兩個地區(qū),一為北京—平谷地區(qū),一為延慶懷來地區(qū)(圖5)。縱觀北京地區(qū)地震與活動構造之間的關系,大致具以下幾點規(guī)律:(1)地震多呈帶狀分布,且多與活動構造帶相重合。據統(tǒng)計,平谷—三河活動斷裂帶上先后發(fā)生過四次5級以上地震;密云—北京—涿縣活動斷裂帶上先后發(fā)生過六次5級以上地震?，F(xiàn)今仍有小震、微震。(2)發(fā)震構造多為北北東向,與區(qū)內活動構造帶基本格局一致。地震的發(fā)生明顯受控于上述兩組活動斷裂帶構造。(3)主壓應力軸多為北東向,其次為北東東向,仰角一般不超過30°,說明導致現(xiàn)今地殼運動直至發(fā)生地震的地應力以水平作用力為主。這與根據活動斷裂的格局及運動方式所推導出的應力場基本是一致的。由此可以看出,北北東向活動斷裂帶是北京平原區(qū)地震帶的主要發(fā)震構造。2.2區(qū)域分布現(xiàn)狀地裂縫災害是地質災害中的一種地面變形災害。在自然界中,引起地裂縫的因素是多種多樣的。其中構造成因的地裂縫是構造活動在地面上反映出的最新構造形跡,是地應力作用的結果。北京平原區(qū)歷史上曾多次發(fā)生較強烈的地裂縫災害。如公元294年,“上谷地震……居庸地裂,廣三十六丈,長八十四丈”;公元1679年,三河、平谷一帶發(fā)生8級地震,“順義舊署、城垣俱傾,民居盡圮,地裂尺許,中出黑水”。1976年唐山發(fā)生7.8級大地震,直接或間接地導致了北京昌平南新村、通縣西集鄉(xiāng)、順義俸伯鎮(zhèn)以及房山小次洛村等地出現(xiàn)了地裂縫,其中,尤以昌平南新村所受的災害最為嚴重。據不完全統(tǒng)計,從1975年至今,北京發(fā)生了多處、多起地裂縫災害,它們主要分布在平谷的馬坊、英城、大興莊、東高村、夏各莊,通縣的張家灣、西集、郎府、覓子店,順義的高麗營、木林、北彩、牛山、馬坡、塔河、李橋、徐辛莊、焦莊戶,昌平的南新村、十三陵、大東流,房山的紙坊村、小次洛以及延慶的大柏老等地。其分布狀況大體呈現(xiàn)出以下幾點主要特征:(1)絕大多數(shù)出現(xiàn)在平原區(qū)和山間盆地中的第四紀松散沉積物中。(2)多是中強震過程中產生的一種地面破壞現(xiàn)象,其規(guī)模和分布面積與誘發(fā)地震的強烈程度有關。(3)多分布在發(fā)震構造和孕震構造沿線,其走向多與構造線相一致。(4)有明顯的方向性,其方向只受構造應力或活動斷裂的制約,不受土質、地形、地貌、氣溫、氣候、水文條件以及地表建筑物類型等因素的影響,可穿越不同的土質、微地貌單元和各類建筑物,斷續(xù)連接成帶。(5)往往表現(xiàn)出明顯的水平方向應力作用的結果,可出現(xiàn)張性、壓性、張扭性、壓扭性等不同性質的裂縫,或者是幾種性質裂縫按一定規(guī)律排列的集合體。(6)其上地面及建筑物墻體上均出現(xiàn)裂縫,建筑物墻體裂縫往往集中在方向相互平行的墻體上,如北東向或近南北向地裂縫往往造成東西向墻體裂縫。墻體裂縫主要為斜裂縫及水平裂縫,很少見到自上而下發(fā)育的豎裂縫。由此可以認為,北京平原區(qū)的地裂縫主要為構造成因,是上述兩組活動斷裂帶自身的頻繁活動及其所引發(fā)的地震活動在地表所造成的破壞現(xiàn)象。2.3地表陡坎多發(fā)生在北京農業(yè)帶北京平原區(qū)的新構造活動多以垂直運動為主,易引起地表不均勻沉降,形成沿構造分布的陡坎。大量活動斷裂研究表明,地表陡坎是活動斷裂造成的一種重要的地貌現(xiàn)象,已成為識別活動斷裂的一種地貌標志。在北京平谷—河北三河一帶,分布著許多地表陡坎(圖6)。除部分陡坎(沿河流支溝方向分布)是河流侵蝕成因外,其他許多陡坎呈北東方向,與河流水系呈垂直相交關系,顯示了不受河流影響的展布特征,應為斷裂活動所致。向宏發(fā)(1994)、冉勇康(1997)和黃禮良(1997)等研究認為,這些陡坎是1679年三河—平谷8級地震產生的地表斷層陡坎,而馬坊—夏墊斷裂是該次地震帶發(fā)震構造。由活動斷裂所引起的地面不均勻沉降及其所造成的地表陡坎,會破壞農田,損毀公路,破壞水利設施,同樣是一種不容忽視的不良地質現(xiàn)象。3