夏垫断裂是北京平原区一条重要的活动断裂。1679年该断裂上曾发生三河—平谷8级大地震。20世纪70年代末以来,许多学者对夏垫断裂的第四纪活动特征及1679年8级地震的发震构造进行了研究。孟宪梁等(1983,1988)、向宏发等(1988,1994)调查了该8级地震的地表破裂带,并开挖了潘各庄等探槽,冉勇康(1997)开挖了东柳河屯探槽,江娃利等(2000)对地表破裂带的古地震特征进行了研究,确定了断裂的最新活动时代。但是由于地表地质调查、探槽及钻探方法仅能确定断裂的浅部特征,而断裂向下的延伸情况及空间分布图像尚不清楚,因此有必要采用浅层高分辨率地震勘探方法查明夏垫断裂的浅部特征,以便研究浅部断裂与深部发震断裂之间的关系,对断裂未来的地震活动性以及可能造成的地震灾害进行预测。

夏垫断裂位于松散覆盖层较厚的平原地区,处于隐伏状态,因此需要采用有效的探测方法提高断裂的定位精度。隐伏断裂探测主要以纵波反射探测方法为主(王振东,1982; 赵成斌等,2007; 姚姚,2005; 何强等,2001),由于纵波的传播速度快、波长长,受各种干扰的影响大,对浅部地层和薄地层的分辨能力低,而高分辨率地震勘探不仅要准确确定断裂的位置,更重要的是确定断裂的上断点埋深、断距及断裂的最新活动年代。由于断裂的上断点距地面一般都较浅,因此探测深度要浅、范围要大,探测成果的分辨率要高,分辨薄地层的能力要强。由于横波的传播速度慢、波长短,对浅部地层和薄地层的分辨能力强,有利于准确地确定浅部断裂的上断点埋深和判定断裂的最新活动年代(赵成斌等,2001); 而纵波波长长,探测深度大,有利于确定断裂的特征及向深部的延伸形态,因此,我们在夏垫断裂上开展了浅层纵波和横波联合探测的研究,以便在城市活断层探测工作中采用纵、横波联合探测方法开展高分辨率地震探测。

夏垫断裂是华北平原区北部一条重要的隐伏活动断裂。断裂走向N50°E,倾向SE,倾角50°～70°,是北京东侧大厂凹陷和通县凸起两个第四纪构造单元间的边界断裂(图1)(车兆宏,1993)。受夏垫断裂正断倾滑运动的影响,大厂凹陷持续沉降,堆积了厚约600～700 m的第四系松散沉积物。通县凸起则相对隆升,第四系松散沉积物厚度仅300～400 m。研究表明,夏垫断裂两侧第四系下更新统夏垫组的垂直位移达319 m,中更新统翟里组139 m,上更新统军营组15 m。1679年三河—平谷8级地震在地表形成了一条西起东柳河屯,经夏垫镇北,东止东兴庄,长约10 km的地震断裂陡坎,这些地震断裂陡坎共分为6段,总体走向北东—南西。研究人员在夏垫断裂上开展的钻井和探槽开挖研究结果显示,夏垫断裂呈现东南盘下降、西北盘抬升的正断倾滑性质,兼有右旋走滑分量(黄礼良,1997; 张晚霞等,1995)。据已有的古地震探槽资料推测,距今20 ka以来夏垫断裂上曾发生过4次地表破裂型古地震,其中1679年的三河—平谷8级大地震是夏垫断裂上最新的一次地震活动(江娃利等,2000; 徐锡伟等,2000)。

图1 地质构造及测线位置图
Fig.1 Geological structure and the location of the reflected seismic profile

(1)夏垫断裂是由两条断裂组成的断裂带。我们采用浅层纵、横波联合探测方法查明了夏垫断裂的位置、性质、活动性以及断裂浅部的结构形态,获得了夏垫断裂在浅部地层中的定量解释结果,并在夏垫断裂的南侧发现了一条倾角较缓、并呈铲型向下延伸的断裂。该断裂的发现表明夏垫断裂不是一条简单的断裂,而是由两条断裂组成的断裂带。这两条断裂在活动规模和活动时间上都不相同,其中新发现的断裂F_P1相对于断裂F_P2不仅活动规模较小,而且最新活动时间也较早。

(2)采用纵、横波联合探测可以提高探测结果的分辨率。本次浅层纵、横波联合探测采用炸药震源、横波机械可控震源和锤击扣板震源相结合的激发方式,获得了不同探测深度、不同分辨率的反射时间剖面图,得到了不同精度的探测结果。尤其是采用锤击扣板横波震源,使最浅探测深度达到了近地表3～5 m,纵向分辨率达到了0.4 m左右(速度100 m/s、主频80 Hz),大大提高了浅层反射地震探测的分辨率。