0 引言

延庆-怀来盆地(以下简称延怀盆地)位于NEE向山西地堑系北部盆岭构造区东端与NW向张家口-蓬莱断裂构造带交汇地段，由雁行式排列的涿鹿、怀来、延庆、矾山4个新生代次级断陷盆地组成，它继承中生代山间盆地发育而成，盆地基底由前震旦系片麻岩及白云岩组成，地质结构复杂，且盆地北侧发育延矾盆地北缘断裂、施庄断裂，由于盆地第四系沉积厚度变化大，最后可达800 m，盆地内部断裂多为隐伏断裂。近年来，许多学者先后对延怀盆地周边活动断裂展开研究，基本查清了延矾盆地北缘断裂北东段断裂几何学、运动学特征及深部构造变化特点，确定了断裂的活动性[1-3]。怀涿盆地北缘断裂由一系列NE-NEE向次级断层呈右阶斜列状排列而成，断裂几何形态、地貌特征、活动速率等具有明显分段性特点，为晚更新世-全新世活动断裂[2]；而施庄断裂在中更新世-晚更新世早期有过较强烈的左旋错动[4]。上述研究集中于盆地周边断裂出露良好段，而对于盆地内隐伏断裂分布特点、运动特征及活动性则缺少深入研究。

本文基于野外调查和盆地内联合深孔剖面，结合高密度、CSAMT(可控源音频大地电磁)、浅层地震等地球物理资料，剖析盆地隐伏断裂特点及空间展布，依据第四纪沉积特点、钻孔岩芯磁化率及断裂活动迹象，研究盆地主要隐伏断裂平面几何形态特征及运动特点，为区域地壳稳定性评价及重大工程选址设计提供科学依据。

1 区域构造背景

延怀盆地位于中朝准地台(或华北断块)燕山台褶带西段的宣龙复式向斜内，山西地堑系东北部。盆地北为燕山断块隆起，南为太行山分支山脉，西与山西北部断陷盆地相连，东南以军都山和燕山分支山脉为屏障与华北平原相邻，盆地边缘以中低山为主，受周边断裂控制，沿NE向呈条带展布。

延怀盆地区域地层岩性多样，基岩山区主要为震旦系高于庄组、雾迷山组厚层燧石条带白云岩、灰质白云岩，局部出露侏罗系砂砾岩、砾岩、砂岩等，太古界桑干群片麻岩仅在盆地东北边缘有所出露，盆山过渡带以坡积和冲洪积扇堆积为主，沿盆地边缘呈环带状分布，盆地内为第四系冲洪积粘土与砂砾石层，地层厚度变化大。

受长期构造作用影响，盆地内及周边褶皱、断裂发育，褶皱包括盆地内古城梁穹隆、近EW向和NE向褶皱构造系；区域性断裂有尚义-平泉断裂、张家口-蓬莱断裂。延怀盆地周边断裂发育，主要包括宣化盆地南缘断裂、延矾盆地北缘断裂、怀涿盆地北缘断裂、施庄断裂、桑干河断裂、土木-黄土窑断裂、新保安-沙城断裂等(图1)。

延怀盆地区域上新世以来新构造运动强烈，断裂活动性较强。更新世时期尤为剧烈，特别是怀涿盆地北缘断裂、延矾盆地北缘断裂2条主要活动断裂，且盆地内部隐伏断裂如：施庄断裂、土木-黄土窑断裂、新保安-沙城断裂更新世时期皆有活动[5-8]

延怀盆地位于NW-WWW向张家口-蓬莱地震构造带和NE-NNE向山西地震构造带交汇处。盆地周边地震活动性较强，史料记载的6级以上强烈地震有4次：294年延庆东6级地震、1484年延庆东6.75级地震、1337年怀来6.5级地震和1720年怀来6.75级地震，1967年和1972年怀来地区分别发生过4.0级以上地震2次。据不完全统计，1970—2004年地震观测仪器记录到2.0级以上地震有163次，平均每年有7次有感地震，是未来发生破坏性地震的危险区[9-11]。

2 延怀盆地隐伏断裂特征

2.1 延矾盆地北缘断裂

延矾盆地北缘断裂整体走向N55°～65°E，由一系列NNE、NE和NEE向不连续的次级断层组成，长约102 km。该断裂在剖面上由多条倾向SE、倾角55°～80°的阶梯状正断层组合而成，阶梯状断层的倾角有向盆地断陷一侧逐渐增大的变化规律。

依据地表出露特点，延矾盆地北缘断裂可分为北段和南段2段。断裂北段北起延庆营盘，南至狼山，地表出露较好。断裂在遥感影像上线性特征明显(图1)，沿盆山结合带发育多级断层三角面、线性基岩断面、断层陡坎，连续性好，呈锯齿状沿山前分布。在辛家堡北、张山营西北以及蚕房营西冲沟西侧均见到断层面擦痕发育，倾伏方向不单一，不同断面上倾伏角相差较大，断层具多期活动特点[6]。

断裂南段即狼山-红土沟段，在地表未出露，均隐伏于盆地内部。依据CSAMT视电阻率反演结果(图2)，在406号点、486号点反演电阻率等值线密集带，视电阻率出现陡降，形成明显高阻到低阻变化带，确定为F1、F2断裂带，F1断裂上断点为150 m，倾向角约为60°，断距大于35 m；F2断裂上断点195 m，产状与F1近一致。

在桑园镇南S241省道东侧布置高密度电法测线G02(图1)，反演视电阻率剖面(图3)出现阶梯状陡变形态，解译为F1、F2断裂，其位置与CSAMT成果推断的断裂位置一致，F1上断点埋深110 m，F2上断点埋深40 m，产状近一致，倾角约60°，断距约35 m。

桑园镇附近地震时间剖面解译也显示了相似的结果。图4显示，同相轴在T2反射层扭曲并错断，断层两盘反射层具明显差异，断层上盘反射波阻较紊乱，有明显扰动现象；下盘地层水平，反射层平稳细密。F1断层南倾，倾角上陡下缓，断点延伸至第四系，埋深约116 m。该点位北侧，F2断层T1-T2同相轴发生扭曲错断，倾向南，倾角上陡下缓，基岩界面断距约172 m，上断点错断T1反射层，埋深86 m。

从物探解译位置来看，F1应为延矾盆地北缘断裂(南段)，而F2断裂应为其次级断裂。

根据浅层地震、高密度电法及CSATM解译各断裂位置，沿炮儿村-桑园镇南堡-窑湾村北布置1条NNE-SSW向钻孔联孔剖面(图1)，共10个钻孔，剖面线长14.49 km。

由图5和表1可知，钻孔Zk09、Zk06、Zk05、Zk10、Zk04太古界地层顶面埋深分别为181.50 m、461.66 m、105.70 m、185.90 m、416.50 m，为燕山期延矾盆地北缘断裂与施庄断裂形成的古凸起。受延矾盆地北缘断裂控制，断层上盘钻孔Zk07、钻孔Zk09第四纪厚度近一致，但与Zk06厚度差178.0 m，同时，在上盘两钻孔256.60～285.61 m、259.57 m处泥岩中发育断层滑面，为上盘伴生断层。在钻孔Zk06深84.43～152.20 m内，见泥河湾组灰白色泥岩中发育大量伴生小断层，倾向SE，倾角60°～80°，上陡下缓，断层面光滑平整，发育擦痕、阶步(图9a)，统计裂隙产状与延矾盆地北缘断裂产状近一致，主断裂(F1)断距最大约96 m(泥河湾组地层)。

综上所述，延矾盆地北缘断裂隐伏段(南段)沿窑湾村-桑园南堡村一线展布，主要由2条SE倾的阶梯状正断层组成，断层走向NE65°，倾角约60°，剖面上呈上陡下缓的铲形正断层，且断裂带宽度约64.3 m，向深处有收敛趋势，钻孔揭露延矾盆地北缘断裂南段第四系沉积厚度差异较大，断裂上下盘地层对比性较好，具同生断层性质。

2.2 施庄断裂

施庄断裂在官厅水库东侧施庄-化庄一带出露良好，断层破碎带发育，宽20～50 m，局部大于100 m，沿SE向河谷展布，倾向NE，倾角60°～80°，延伸长度约20 km，自施庄向北西隐伏于盆地第四纪内。

施庄断裂在施庄村南公路西侧路堑出露较好(图6)，由多条阶梯状正断层组成(F3-1～F3-5)，断层产状145°∠65°，断距10～15 m，主断裂破碎带宽2～4 m，由杂乱无章的张性角砾岩、透镜体、灰白色断层泥组成，钙质胶结。其中可见部分断层角砾岩呈微定向排列，断层泥内发育多方向摩擦镜面，具扭转性质，次级断层发育，切割白云岩透镜体，总体表现为正断性质，断层活动最少经历正断-反扭挤压-张扭转换过程，顶部未见断层切割上覆上更新统Q3次生黄土。

施庄断裂北西段隐伏于延怀盆地内，在万窑附近CSAMT反演结果显示(图7)，在153点号附近布格重力梯度值达到最大，电阻率曲线密集，并发生陡降，密集带两侧电阻值相差大，在密集带东侧出现大面积低阻带，切割地层较深，推测为F3断层带，正断性质，走向NW，倾向NE，倾角约60°，上断点70 m，错距约300 m。布格重力及水平梯度异常曲线也表现为施庄断裂位置附近出现水平梯度极大值。

由图5和表1可知，受施庄断裂控制，钻孔Zk04、Zk05揭露太古界地层埋深分别为416.5 m、105.7 m，系断层古陡坎，受构造地貌影响钻孔Zk04、Zk05第四系沉积厚度差328.5 m，后期断裂重新活动，在钻孔Zk04深133.1 m处泥河湾组泥岩发育伴生小断层，断层面平整光滑，发育擦痕、阶步，产状与施庄断裂产状近一致。施庄断裂应位于钻孔Zk04、Zk05之间，因此，在钻孔Zk04、Zk05之间布置钻孔Zk10，钻孔Zk10基岩埋深185.9 m，第四系厚度161.5 m，泥河湾组厚33.2 m，但未见明显断裂构造迹象，说明施庄断裂倾角变大，切割赤城组砂砾层。

3 隐伏断裂第四纪活动性

3.1 延矾盆地北缘断裂

1)延矾盆地北缘断裂活动迹象明显，地表可见断裂错断第四系地层，发育断层陡坎。

在怀来县万窑村南冲沟内，可见延矾盆地北缘断裂伴生断层切割第四系晚更新世冲洪积层(图8a)。冲沟左岸出露地层自上而下为：Ⅰ.黄褐色、浅黄色次生黄土，含较多砾石，厚4 m左右，其底部为砾石层，砾石呈棱角状，磨圆差，砾径2～20 cm，变化较大，层底面为弧形，系冲蚀凹槽堆积；Ⅱ.黄褐色次生黄土夹薄层砾石，砾石磨圆差，呈棱角状，砾径2～15 cm，由两期冲洪积作用形成，受断层影响，上盘粘土层发生牵引变形，偶见裂隙发育，①、②地层与蚕房营、方家冲、姚家营等地层对比，地层年代大致为晚更新世时期(表2)；Ⅲ.红褐色、褐色粘土层，厚1 m，层位稳定，可作为标志层；Ⅳ.黄褐色粘土质砾石层，粘土含量30%～50%，砾石大小混杂，磨圆差，呈棱角状，上盘偶见裂隙发育，产状与断层产状近一致；Ⅴ.黄褐色、浅黄色含粘土砾石层，砾石磨圆差，呈棱角状，砾径1～30 cm，变化较大。

由图8可知，延矾盆地北缘断裂伴生断层产状稳定，走向68°，倾向SE，倾角65°，断距2 m左右。标志层③层间裂隙发育，裂隙产状与断层产状近一致，断层面附近砾石呈微定向排列，未见砾石被剪切错断，冲沟底部发育断层陡坎，高0.2 m(图8b)。

2)钻孔揭露延矾盆地南西隐伏段断裂切割第四系，造成第四系厚度差异，且断裂带构造裂隙发育。

对比Zk09与Zk06钻孔岩芯，延矾盆地北缘断裂上下盘第四系厚度差异大，上盘较下盘厚167.4 m，其中泥河湾组厚度相差96 m，顶面高差82 m，底面高差178 m，断距约82 m；赤城组沉积厚度横向变化微弱，断层上下盘厚度差10.4 m，顶面高差71.6 m；马兰组底面高差71.6 m，断距71.6～82.0 m。

Zk06钻孔深86～89 m处见上更新统泥河湾组灰黑色、黑色泥岩中发育不同角度的构造裂隙面，表面平整光滑，发育擦痕、正阶步等断层活动特征，统计节理面产状与断层接近一致(图9)，系延矾盆地北缘断裂带。

3)在断裂通过处，相邻孔岩心磁化率出现明显磁异常。

岩心磁化率在一定程度上反映岩土矿物组成和性质，通常用无量纲参数CM表示，当CM>0且其值较小时，表示顺磁质，反之，则属于抗磁质。同一盆地内邻近钻孔磁化率的差异不仅代表了岩土矿物组成不同，也反映了相邻钻孔间可能发育断裂构造[12]。Zk06全孔磁化率表现为强烈正异常，磁化率值约0.14，仅下部为低正值；而Zk07全孔磁化率为低正值，磁化率值约0.04，变化较小，仅中部表现正异常。据图10钻孔对比可知，两钻孔岩性差别小，而磁化率差异明显，表明在Zk06孔与Zk07孔之间发育断层，结合区域断裂构造分析，两孔磁化率异常系延矾盆地北缘断裂南段错断第四系所致，这与钻孔岩心对比得出的结果相吻合。

4)断层活动年代测定

延矾盆地断裂北段出露较好，陈绍平等人在蚕房营、方家冲村开挖探槽揭露断裂带，测年分析(表2)显示，断层至少有2期活动迹象，都处于更新世晚期[1]；刘德权等人在姚家营取样测年也得到了相似的结果，断层至少有过3期活动，同时，通过钻孔测年参数分析，盆地沉积速率从5万年至2万年的0.2 mm/a，到2万年以来的0.07 mm/a，如果不考虑气候影响，那么挽近时期以来，断裂差异活动逐渐减弱[13]；陈绍平统计的7个断层陡坎测年分析属于晚更新世陡坎，未见有全新世陡坎发育[1]；冉勇康等人在八营村开挖探槽揭露延矾断裂带，发生4次古地震时间，年代均为晚更新世时期[14]。说明晚更新世时期延矾盆地北缘断裂曾发生强烈活动，全新世未见断层活动迹象。

3.2 施庄断裂北段

1)施庄断裂地表可见断裂错切上新世砾石层

施庄断裂经施庄穿官厅库区，经Zk04孔与Zk05孔间通过，北延至万窑村附近。施庄北大沟，断裂出露良好，断层面平直光滑，切割上新世砾石层夹红色亚粘土层，红色亚粘土层TL测年结果为62.37±4.68 ka·BP，断层泥TL测年为11～44 ka·BP，表明施庄断裂在晚更新世曾有过强烈的活动[15]。

2)钻孔岩心对比结果表明，施庄断裂北西隐伏段错切第四系，断裂带岩心构造裂隙发育，断裂上下盘第四系各层位厚度差异明显。对比Zk05与Zk04钻孔岩芯(图5，表1)，第四系上盘较下盘厚215.8 m。泥河湾组上下盘厚度差160.5 m，底面高差328.5 m，赤城组底面高差171.2 m。同一构造单元内不同地段沉积厚度分布的不均一性，说明第四纪以来盆地以不均匀升降为主，早-中更新世断裂有过活动。

Zk04、Zk10、Zk05孔第四系底面埋深分别是105.7 m、198.15 m、416.5 m，而Zk06、Zk09孔分别是185.1 m、461.68 m，说明该段基岩起伏较大，应属第四系沉积前断裂控盆作用形成的古凸起(图5)。Zk04、Zk10、Zk05基岩坡度形态与施庄断裂近一致，指示了该古坡面可能为古断裂三角面，测年数据也说明了断裂在更新统时期活动性强。Zk06、Zk09孔基岩坡度变化也反映了相似的特点，显示了延矾盆地北缘断裂更新世活动特点。

Zk04孔在133 m处晚更新世地层见构造裂隙发育，裂隙面光滑平整，擦痕发育，统计裂隙面产状，裂隙倾角约65°，与施庄断裂倾角近一致，为施庄断裂伴生断层活动所致。表明施庄断裂在晚更新世活动性强，这也与测年结果一致。在上覆地层中未见断裂活动迹象，地表也未见断裂全新世活动表现，说明更新世晚期以后，施庄断裂活动性有逐渐减弱的趋势。

3)断裂通过处相邻钻孔磁化率异常明显

Zk04全孔磁化率CM≤0.1，仅中部表现微弱正异常，而Zk05全孔强烈正异常(图10)。断层上盘岩心磁化率对比性较好，与Zk05孔具有明显差异，受正断性质影响。

此外，延矾盆地内第四系沉积可大致分为2期冲洪积，即上新世冲洪积、中更新世冲洪积。施庄断裂上盘冲洪积层呈透镜状，横向岩性变化连续；临近断裂地层厚度变化成阶梯状，反映断裂具多期活动特点。

施庄断裂北隐伏段沿走向145°，倾角65°，向北西方向延展经万窑村，早-中更新世有过活动，晚更新世活动性较强，全新世未见活动迹象。

4 结论和讨论

依据野外调查和钻孔联合剖面，结合地球物理探测和钻孔磁化率测试结果，剖析了延怀盆地主要隐伏断裂的活动性，得出以下结论：

1)延矾盆地北缘断裂隐伏段(南段)沿窑湾村-桑园南堡村附近展布，由2条SE倾的阶梯状正断层组成，断层走向NE65°，倾角约60°，上陡下缓的铲式正断层，上断点埋深40 m，断距约35 m。该断裂早-中更新世有过活动，晚更新世活动性最强，全新世以后断裂活动性具逐渐减弱的趋势。

2)施庄断裂北隐伏段沿走向145°，向北西延展经万窑村展布，倾角50°～70°，上断点埋深约70 m；施庄断裂活动性具有继承性特点，钻孔揭露断裂发育古陡坎(断层三角面)，后期接受第四系沉积，更新世断裂重新活动。该断裂早-中更新世有过活动，晚更新世活动性较强，全新世未见断裂活动。

致谢：感谢北京市地质勘察技术院提供的地球物理探测资料及河北保定地质工程勘查院提供的钻孔资料。

参考文献：

[1] 程绍平, 杨桂枝, 杨喆. 延庆盆地北缘断裂带蚕房营段晚更新世晚期断层作用[J]. 地震地质, 1994, 16(4): 346-354.

[2] 冉勇康, 方仲景, 段瑞涛, 等. 河北矾山盆地北缘断层八营段的古地震重复模型[J]. 中国地震, 1998, 14(1): 47-58.

[3] 于贵华, 徐锡伟, 马文涛, 等. 延矾盆地北缘断裂深浅构造关系研究[J]. 地震学报, 2004, 26(1): 68-76.

[4] 高文学, 马瑾. 首都圈地震地质环境与地震灾害[M]. 北京: 地震出版社, 1993.

[5] 徐锡伟, 吴卫民, 张先康, 等. 首都圈地区地壳最新构造变动与地震[M]. 北京: 科学出版社, 2002.

[6] 谢富仁, 张红艳, 崔效峰, 等. 延怀盆地活动断裂运动与现代构造应力场[J]. 地震地质, 2007, 29(4): 693-705.

[7] 戚帮申. 张家口地区地壳稳定性研究[D]. 北京: 中国地质科学院, 2017.

[8] 盛艳蕊, 张子广, 周晓成, 等. 新保安—沙城断裂带土壤气地球化学特征分析[J]. 地震, 2015, 35(4): 90-98.

[9] 朱海生, 赵赪民, 李广辉, 等. 延怀盆地构造特征及未来地震危险性评价[J]. 华北地震科学, 2006, 24(1): 38-42.

[10] 张素欣, 王晓山, 王想, 等. 2016年1月9日怀来震群序列震兆意义综合分析[J]. 华北地震科学, 2016, 34(3): 32-36.

[11] 谭毅培, 曹井泉, 刘文兵, 等. 2013年3月涿鹿微震群遗漏地震事件检测和发震构造分析[J]. 地球物理学报, 2014, 57(6): 1847-1856.

[12] 刘栋梁, 李海兵, 李德贵, 等. 地表探槽断裂岩岩石磁学揭示汶川地震断裂带不同滑移机制[J]. 地质学报, 2015, 89(12): 2250-2265.

[13] 刘德权, 张国宏, 赵国存, 等. 延庆盆地北缘断裂带姚家营-张山营段活动特征探讨[A]. 地壳构造与地壳应力文集, 2007: 42-50.

[14] 冉勇康, 方仲景, 李志义, 等. 河北怀来-涿鹿盆地北缘活断层的古地震事件与断层分段[J]. 中国地震, 1992, 8(3): 76-87.

[15] 魏占玉. 断层面高精度形貌学定量研究[D]. 北京: 中国地震局地质研究所, 2010.