通过对田庄断裂附近的地质调查,发现田庄断裂对太原断陷盆地地貌形态有着明显的控制作用,太原盆地在断裂以北相对较窄,宽度仅10～20 km,在断裂以南宽度达45 km。该断裂对汾河和潇河也有明显的控制作用:汾河由北向南流经田庄断裂附近时向西转折,形成东西向的河湾,跨过断层后又转为南北向; 潇河由晋中市榆次区东山流出后与田庄断裂近平行展布,于断裂南部(上盘)4 km,即在田庄断裂和南堰断裂的交会处流入汾河(图1)。从田庄断裂对河流的控制作用分析,田庄断裂上盘相对低凹,表明其上盘仍在沉降接受冲洪积。

通过对田庄断裂遥感图像进行主成分分析,断层两侧地貌存在单元色调变化,断层迹像清晰,呈蓝色条带状,两侧含水性差异明显(图2)张景发.2007. 太原市区域遥感图像处理与活动构造解译报告.。

图1 田庄断裂位置(田庄断裂资料来源江娃利,1993)
Fig.1 Loaction of Tianzhuang Fault(The data of Tianzhuang Fault is from Jiang(1993))

刘媛媛等(2014a、b)、张希等(2013)通过对PS-InSAR资料和GPS水平运动场资料的研究,认为田庄断裂两侧存在明显的差异性形变,这再次证明太原市的沉降受田庄断裂的控制。

田庄断裂带沿线小震密集,震群活动突出,自1970年以来,共有8次震群活动(图3)。1973～1979年北格一带共有5次震群活动,其中1976年北格M_L3.7震群的规模最大,从6月19日至10月20日,历时115天,共记录到地震683次,其中3.0≤M_L≤3.9地震10次,2.0≤M_L≤2.9地震70次,M_L≤2.0地震603次; 1979年榆次M_L3.3震群和1991年榆次M_L3.4震群,各发生M_L≥3.0地震1次; 1983年太原M_L4.4震群,历时86天,共记录到地震65次,其中M_L≥4.0地震1次,3.0≤M_L≤3.9地震2次。郑鹄(1984)通过研究太原区域地震活动特征,认为该区地震活动受北东向构造的控制。

图2 田庄断层TM遥感主成份分析彩色合成
Fig.2 Color synthesis of principal component analysisof TM imagine of Tianzhuang Fault

图3 田庄断裂附近地震分布图(ML≥2.0)
Fig.3 Distribution of earthquakes around Tianzhuang Fault(ML≥2.0)

通过对田庄断裂附近地质地貌特征、地震活动特征的分析,表明该断裂确实存在。断裂呈NNE走向,大致位置始于西温庄乡,经田庄、刘家堡、西柳林至姚村,与交城断裂相交。

为了探测田庄断裂东段的确切位置和上断点埋深,根据已有田庄断裂的资料,结合现场地形地貌特征,布设了5条浅层地震勘探测线,测线位置见图1,测线参数见表1。

本次研究数据采集仪器为德国SUMMIT 遥测数字地震仪,地震波激发源使用美国Metrz公司生产的M18/612型可控震源,检波器使用3个高频检波器组合。

表1 浅层地震勘探测线参数
Tab.1 Parameters of shallow seismic exploration measuring line

注:表中TZ₅(2-4小店)测线为太原市活断层探测测线.

资料解译中,对反射波组进行地质分层时,参考“太原市活断层探测与地震危险性评价项目”控制性浅层地震勘探报告的资料。地层反射波组分别用T₀₁、T₀₂、T₀₃…、T_Q、T_N表示,T₀₁、T₀₂、T₀₃…表示第四系内部地层,T_Q、T_N分别代表第四系底界和第三纪地层,剖面上的断错点用F_p1、F_p2…表示 孙振国.2005. 太原市活断层探测与地震危险性评价项目控制性浅层地震勘探报告.。

(1)TZ₁(流涧村)测线

该测线位于流涧村东,时间剖面从上到下解释了11个可以连续追踪的强反射波组,断层信息清晰(图4)。反射界面特征在总体上具有南深北浅的埋深形态。剖面南部T_Q界面向北不断抬升,T₁₀和T₀₉界面随着T_Q界面的抬升而相继出现尖灭。剖面中部T_Q界面基本趋于水平层状形态。在剖面桩号1 200 m两侧,T_Q界面存在明显的深度差异,落差达700 m左右; 桩号1 200 m以北,T_Q界面呈清晰的水平层状展布,界面连续。结合浅部其它界面的特征分析认为,在剖面北段存在一个视倾向南的正断层。剖面上解释了2个断点:

F_p1断点:在剖面桩号783 m左右、T₀₂及其以下各界面均出现波组同相轴不同程度的错断,从T₀₂以上界面存在微弱变形来看,该断层有继续向上延展的可能,上断点可能更浅。剖面上可分辨的上断点埋深约为105～115 m,垂直断距约为3～5 m。

F_p2断点:在剖面桩号1 806 m处,T₀₂～T₀₅界面也出现错断特征,断点两侧T₀₄和T₀₅界面产状也有差异,断点南部界面呈近水平层状,而断点北部则视倾向南。分析认为此处存在一视倾向北的正断层,该断层下部止于F_p1断层,向上错断了T₀₂界面,与F_p1断层呈Y字形展布特征。可分辨的上断点埋深为100～105 m,垂直断距为5～10 m。

图4 TZ1测线浅层地震反射波叠加剖面图(a)TZ1测线整体剖面图;(b)图(a)中虚线框区段剖面图
Fig.4 Stacked section of shallow seismic reflection wave in TZ1 measuring line(a)the total profile of TZ1 measuring line;(b)sectional view of dotted frame in the map(a)

(2)TZ₂(太原大学)测线

该测线位于太原大学新校区西侧唐槐公路,从剖面揭示的反射波组来看(图5),T_Q以上界面均有不同程度的有规律的起伏变化。T_Q界面在剖面北部呈水平层状展布,埋深约320 m,南部则埋深约1 200 m,并有向南继续加深的趋势。在剖面上也有类似于“Y”字形断层特征反映,解释了2个断点:

F_p3断点:该断点位于剖面桩号2 115 m,断层错断至T₀₂界面,断点北侧界面呈水平层状,而南侧界面则视倾向南,该断点为视倾向南的正断层,剖面上可分辨的上断点埋深约为93～98 m,垂直断距约为3～5 m。

F_p4断点:位于剖面约1 050 m处,该断点与F_p3共同构成似Y字形构造,倾向与F_p3相向,为一视倾向北的正断层。其下部在深度约1 131 m时,交于F_p3断层。可分辨的上断点埋深为95～105 m,垂直断距为3～5 m。

(3)TZ₃(宋环)测线

该测线布设于宋环村北部的水泥路上,是为控制F_p1断点可能向北东方向的延伸而布设的。在时间剖面上,自上而下解释了6个强的反射波组(图6)。各波组所提示的反射界面基本呈水平层状,西部埋深略大于东部,剖面上各界面横向连续性好,没有出现错断等断层特征。分析认为,该剖面没有断层存在。

图5 TZ2测线浅层地震反射波叠加剖面图(a)TZ2测线整体剖面图;(b)图(a)中虚线框区段剖面图
Fig.5 Stacked section of shallow seismic reflection wave in TZ2 measuring line(a)the total profile of TZ2 measuring line;(b)sectional view of dotted frame in the map(a)

(4)TZ₄(208国道)测线

该测线呈近南北向布设于208国道,目的是为了控制F_p1断点向西的延伸位置。剖面上T_Q以上5个反射波组反射特征清晰(图6),界面特征略呈南深北浅的层状特征,横向连续性好,无错断、突变等断层特征。分析认为,该剖面没有断层存在。

(5)TZ₅(2-4小店)测线 孙振国.2005. 太原市活断层探测与地震危险性评价项目控制性浅层地震勘探报告.

该测线布设于小店区的通达西街、通达街以及武洛街,为太原市活断层探测与地震危险性评价布设的一条控制性浅层地震测线。在地震剖面上除了发现了新城—亲贤断裂(F_p19)和南畔东断裂(F_p21)以外,还在桩号8 015 m处发现断层F_p22(图7),断层东西两侧的界面反射存在较大的差异:西侧界面基本水平,东侧明显向西倾斜,存在一条视倾向向东的正断层,可视上断点埋深约125～130 m。对比TZ₂、TZ₃测线的测试结果,该断裂与F_p3、F_p1特征相似,应为同一断层的反映,即田庄断裂北侧断裂(F_1-2)。由于该测线长度有限,在剖面上未揭示南侧断裂(F_1-1)。

图6 TZ3(a)、TZ4(b)测线浅层地震反射波叠加剖面图
Fig.6 Stacked section of shallow seismic reflection wave in TZ3(a), TZ4(b)measuring lines

图7 TZ5测线浅层地震反射波叠加剖面图(a)TZ5测线地震反射剖面图;(b)图(a)中虚线框区段剖面图
Fig.7 Stacked section of shallow seismic reflection wave in TZ5 measuring line(a)the total profile of TZ5 measuring line;(b)sectional view of dotted frame in the map(a)

综合5条浅层地震勘探测线的结果,本次除探测到田庄断裂的主断裂(F_1-2)外,还在浅部探测到田庄断裂的次级断裂(F_1-1),且两条断裂基本成平行走向。北部主断裂(F_1-2)倾向南东,南部次级断裂(F_1-1)倾向北西。田庄断裂带总体宽800～1 000 m,东起西温庄乡,沿NE走向至西攒村,走向产生转变,由NE向转为近WE,经宋环村、杜家寨后走向再次改变为NEE,后又经东蒲村北、西柳林村至本次研究的西边界滨河东路(图8)。

对比本次研究结果与前人研究成果,对田庄断裂带的空间位置有了以下新的认识:(1)走向发生改变:通过探测发现,田庄断裂带的走向由西往东并不是前人认定的EW—NEE—NE向,在小店区内断裂带的走向为NEE—WE—NNE。(2)空间位置发生改变:田庄主断裂位置向北偏移约250～600 m。(3)探测结果显示,断层错断的上断点埋深为93～105 m,并且有向上延展的趋势。(4)除主断裂外,田庄断裂发育一条与主断裂倾向相反的次级断裂(F_1-1),这也符合大型铲形正断层的上盘为了消除沿弯曲断层面位移所产生的反牵引作用,会形成与主断裂断面倾向相反的次级伴生断层这一规律(方良好等,2015)。

图8 田庄断裂最新位置图
Fig.8 Latest spatial distribution map of Tianzhuang Fault