黃土高原區(qū)域穩(wěn)定性

蔡軍 王朋

黃土高原西鄰青藏高原，東瀕華北平原，南接秦嶺山脈，北壤騰格里和毛烏素沙漠。高原自西向東依次由隴西高原、隴東高原、陜北高原和山西高原構(gòu)成，其中隴西和隴東高原以六盤山為界，隴東和陜北高原以子午嶺為界，陜北和山西以黃龍山為界。黃土高原地質(zhì)構(gòu)造的特點是穩(wěn)定地塊嵌于活動構(gòu)造之間，因此區(qū)域穩(wěn)定性在不同地域差異顯著，地震受鄰區(qū)活動帶的影響突出。

1 黃土高原新構(gòu)造分區(qū)

受區(qū)域構(gòu)造和深部構(gòu)造的控制，黃土高原及其臨區(qū)自上新世以來，在整體隆升的背景下，具有顯著的差異性運(yùn)動，表現(xiàn)為構(gòu)造地塊嵌于斷隆與斷陷之間，穩(wěn)定區(qū)被活動區(qū)環(huán)繞的格局。朱照宇[1］根據(jù)黃土高原的上新世和第四紀(jì)的沉積巖相、地貌組合和新構(gòu)造期的變形特征對黃土高原及鄰近地區(qū)做了新構(gòu)造區(qū)劃，作者在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步劃分，將該區(qū)域一般分為三種構(gòu)造類型:1)構(gòu)造地塊;2)斷隆帶;3)斷陷帶。黃土高原構(gòu)造地塊包括阿拉善地塊(A1)，北鄂爾多斯地塊(A2)，隴西地塊(A3)，隴東地塊(A4)，陜北地塊(A5);斷陷帶包括山西斷陷帶(B1)，渭河斷陷帶(B2)，銀川斷陷帶(B3)，河套斷陷帶(B4);斷隆帶包括賀蘭山斷隆帶(C1)，六盤山斷隆帶(C2)，白于山隆起帶(C3)，子午嶺斷隆帶(C4)，梁山斷隆帶(C5)，太行山斷隆帶(C6)(見圖1)。

圖1 黃土高原及臨區(qū)的大地構(gòu)造單元及新構(gòu)造分區(qū)

2 黃土高原新構(gòu)造運(yùn)動

現(xiàn)代地貌是新構(gòu)造活動以來所形成的，因此新構(gòu)造運(yùn)動反映在現(xiàn)代地貌和巖相特征上。黃土高原有三種區(qū)域地貌類型，即分水嶺區(qū)，山前地帶和梁茆發(fā)育區(qū)，谷地和塬區(qū)。朱照宇、閔隆瑞等[1，2］根據(jù)三類地貌形態(tài)和沉積旋回將新生代晚期黃土高原的新構(gòu)造運(yùn)動分為四個階段。

第一階段:上新世(N2)。上新世之前，黃土高原的部分分水嶺地區(qū)，如六盤山、子午嶺、北山等已高出周圍地區(qū)，上新世繼續(xù)隆升，遭受剝蝕。該階段的早中期，在白于山南、北發(fā)生了構(gòu)造分異，北鄂爾多斯地塊上升受到侵蝕，南部隴東、陜北地塊則沉積了巨厚的紅色砂泥巖。六盤山以西的阿拉善地塊和隴西地塊為巨型盆地沉積;銀川斷陷及山西斷陷形成。此時的主壓應(yīng)力總體為北東或東西向;高原北部的白于山地區(qū)由于塊體南移而產(chǎn)生了區(qū)域性的主壓應(yīng)力，造成了近東西向的坳陷、隆起和湖盆。經(jīng)歷了晚期準(zhǔn)平原化后，于末期發(fā)生了喜山期第一幕新構(gòu)造運(yùn)動，使準(zhǔn)平原解體，產(chǎn)生不整合面、斷裂、褶皺，大的地貌—構(gòu)造格局形成。此時的主壓應(yīng)力總體為北東或東西向。

第二階段:上新世末～早更新世(N2～Q1)。早期的分水嶺地區(qū)繼續(xù)上升，遭受剝蝕，白于山地區(qū)結(jié)束沉積，由構(gòu)造下降轉(zhuǎn)變?yōu)槁∑?，在其北部地區(qū)形成了無定河，至此整個分水嶺地區(qū)變?yōu)槁∩齾^(qū)。該時期，太行山以西的大型沉積盆地消失;隴西地塊多發(fā)育了北西向的小型斷陷盆地;阿拉善地塊為風(fēng)蝕～風(fēng)積區(qū);白于山以北的北鄂爾多斯地塊仍以剝蝕～風(fēng)蝕為主，有少量東西向的小湖盆;白于山以南的高原主體部分以小型坳陷的湖盆為主;汾渭盆地發(fā)育成連續(xù)的狹長斷陷帶。本階段末期發(fā)生了喜山期第二幕構(gòu)造運(yùn)動，為黃土高原主隆起期，導(dǎo)致大部分湖盆消亡，現(xiàn)代黃河及支流水系初具規(guī)模，一系列斷裂、褶皺和火山發(fā)育。

第三階段:中更新世～晚更新世中期(Q2～)。分水嶺地區(qū)沿襲早中更新世的剝蝕作用，繼續(xù)上升，而白于山地區(qū)又下沉，接受了數(shù)十米的沖積沉積。白于山以北仍為剝蝕、風(fēng)積、風(fēng)蝕區(qū)，以南沉積了巨厚的黃土。隴西區(qū)斷陷盆地消失，與阿拉善之間發(fā)育了粗碎屑沉積。汾渭地塹變窄收縮，沉積粒度加粗。地殼間歇性上升，在河流兩岸形成多級階地，大同等地發(fā)育多期火山運(yùn)動。本階段末期，發(fā)生了喜山期第三幕構(gòu)造運(yùn)動，致使白于山以南強(qiáng)烈上升形成深切河曲，以北強(qiáng)烈坳陷形成東西向湖盆，分水嶺發(fā)生遷移，水文網(wǎng)局部改觀，大同等地發(fā)生火山活動。

總的來說，第四紀(jì)以來黃土高原的構(gòu)造運(yùn)動，是先下降到緩慢上升，再強(qiáng)烈上升的一個過程，由此構(gòu)成了一個由下降到上升的大的構(gòu)造旋回，其上升過程是非平穩(wěn)的，而是階段性的。在地理環(huán)境上表現(xiàn)為分水嶺環(huán)繞的湖盆發(fā)展為臺地到高原的過程，同時部分地區(qū)分異為斷陷。

據(jù)現(xiàn)代地殼垂直形變測量結(jié)果[3］，形變帶與區(qū)域構(gòu)造線一致，鄂爾多斯臺坳基本以緩慢上升為主，一般0 mm/年～+1 mm/年，延安、洛川達(dá)+2.8 mm/年。周緣盆地均為繼承性沉降活動，一般0 mm/年～－5 mm/年。斷塊山地仍以強(qiáng)烈上升為主，年均達(dá)+1 mm～+6 mm。除城市過量采水引起的地面沉降因素外，這種區(qū)域性的差異升降趨勢，與新構(gòu)造格局及繼承性活動一致。

3 黃土高原地震活動性

黃土高原現(xiàn)今地震活動集中于鄂爾多斯周緣斷陷帶及西南緣六盤山斷隆帶，處于我國重要的強(qiáng)震活動帶內(nèi)。震中嚴(yán)格受盆地及其活動斷裂控制，震源深度發(fā)生于上地殼。鄂爾多斯臺坳內(nèi)部，包括隴東地塊、陜北地塊和北鄂爾多斯地塊，大地震很少出現(xiàn)，中強(qiáng)地震僅有零星出現(xiàn)。因此該地區(qū)地震活動特征與構(gòu)造活動關(guān)系密切。

黃土高原及其鄰近地區(qū)自公元前780年以來，共記錄有51次6級以上地震，其中Ms≥8級5次，7級≤Ms＜8級10次，主要分布在鄂爾多斯臺坳周緣。由于其周緣地震活動的差異，可分為3個地震活動帶，東緣和南緣是汾渭地震帶，它由山西斷陷和渭河斷陷組成;西緣地震活動帶由三段組成，即銀川斷陷(北段)，隴西地塊(中段)和六盤山斷隆帶(南段)組成;北緣是河套地震活動帶，即河套斷陷帶[4］。其中鄂爾多斯臺坳的西南邊緣的六盤山斷隆帶斷裂以逆沖走滑為主，其他斷陷盆地以張性斷裂為主。區(qū)域性地震構(gòu)造及其控制性斷裂如表1所示。

表1 鄂爾多斯臺坳周緣活動斷裂及其構(gòu)造背景

這三個地震活動帶中，西緣地震活動帶地震活動頻度、強(qiáng)度都最大，其次是東緣和南緣的汾渭地震帶，地震活動最弱的是北緣的河套地震活動帶。塊體西緣和東緣及南緣1000年以來地震記載較全，但北緣地震記錄遺漏較多，除公元849年包頭西的63/4級地震外，其余6次6級多地震都是1929年以后發(fā)生的。地震活動的頻次分布見表2。

4 黃土高原區(qū)域穩(wěn)定分區(qū)

根據(jù)黃土高原區(qū)域構(gòu)造背景、現(xiàn)代地殼活動、地震活動、斷裂活動和地裂縫活動，將其區(qū)域穩(wěn)定性劃分為不穩(wěn)定、次不穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和穩(wěn)定四個等級，各個級別的分布區(qū)域如圖2所示，其特點分述如下。

表2 鄂爾多斯臺坳周緣地震頻次分布(公元1000年～公元2000年)

圖2 黃土高原區(qū)域穩(wěn)定劃分略圖

1)不穩(wěn)定區(qū)域。

不穩(wěn)定區(qū)域主要分布在現(xiàn)代斷陷盆地中，包括渭河斷陷、山西斷陷和銀川斷陷、河套斷陷。

渭河斷陷和山西斷陷首尾相連呈“S”形，統(tǒng)稱汾渭裂谷系。主要展布于渭河盆地、汾河盆地、太原盆地、忻定盆地、大同盆地等斷陷盆地或盆地中的反向隆起帶。這些地域自形成之日起，即處于斷陷沉降狀態(tài)，不僅深斷裂及基底斷裂發(fā)育，而且派生出許多橫向斷裂。因此，基底破碎，次級斷凹、斷隆甚多，總的趨勢是陷落，但不均勻沉降卻非常突出，此種垂向差異活動不利于區(qū)域穩(wěn)定。近千年來破壞性地震已出現(xiàn)四個高峰期。尤其是汾渭斷陷盆地，垂向形變速率遠(yuǎn)大于其他盆地，莫霍面埋深較淺，汾渭斷陷盆地未來的地震活動極可能進(jìn)入新的活躍期。

各斷陷盆地的第四紀(jì)沉積物厚度大，自數(shù)百米達(dá)千余米，粉細(xì)砂夾層多，上部多是結(jié)構(gòu)疏松，具濕陷性的黃土，不利于抗震穩(wěn)定。河谷平原一級階地區(qū)黃土狀土之下普遍夾粉細(xì)砂層，地下水埋藏淺，地震劇烈振動時由于孔隙水的動壓力作用，易使砂層液化，不利于地基穩(wěn)定。如平陸63/4級及朝邑7級地震的嚴(yán)重破壞區(qū)，因大規(guī)模噴水冒砂而引起地裂;洪洞、華縣8級地震的極震區(qū)由于涌水冒砂而產(chǎn)生地裂、地陷及地滑。已有地震效應(yīng)調(diào)查表明，盆地淺部飽水松散砂層在M＞63/4級地震的劇烈振動作用下會產(chǎn)生液化。

銀川及河套兩盆地的不穩(wěn)定區(qū)域，多位于第四系厚逾千米的近代急劇下沉的凹陷帶，尤其是銀川盆地歷史上發(fā)生過毀壞性大地震，近幾十年來盡管無強(qiáng)震發(fā)生，次一級的地震年均高達(dá)一次以上，和汾渭盆地的震情類似。

兩斷陷盆地的砂層及砂礫層分布廣泛，埋藏淺，一般只有3 m～5 m，甚至裸露，上部覆蓋層為弱導(dǎo)水的砂質(zhì)粘土或粘質(zhì)砂土，凡M＞6級的歷史地震，不論極震或嚴(yán)重破壞區(qū)均會導(dǎo)致砂土液化，如銀川、五原、平羅等地震時均發(fā)生過噴水冒砂現(xiàn)象，可見這兩個斷陷盆地的砂基不利于抗震穩(wěn)定。

2)次不穩(wěn)定區(qū)。

次不穩(wěn)定區(qū)分布于不穩(wěn)定斷陷盆地的邊緣地帶，雖有破壞性地震發(fā)生，但為數(shù)極少，主要是受不穩(wěn)定域強(qiáng)震或大震的影響。該區(qū)域斷裂切割深度淺、規(guī)模小，近代活動強(qiáng)度較弱;地震基本烈度為7度～8度。但是，此區(qū)域歷史上受地震災(zāi)害所造成的地面破壞嚴(yán)重，相應(yīng)損失巨大。

3)基本穩(wěn)定區(qū)。

基本穩(wěn)定區(qū)主要為穩(wěn)定地塊或斷隆，諸隴東和陜北地塊，子午嶺斷隆、呂梁斷隆、太行斷隆等構(gòu)造區(qū)，近期構(gòu)造活動以大面積上升為主，基巖裸露，地殼厚度較大。有的地區(qū)雖黃土覆蓋較厚，但地下水位埋深大，近千余年發(fā)生過一些小地震，M＞6級地震未出現(xiàn)，主要受不穩(wěn)定區(qū)地震波及的影響。地震基本烈度為6度～7度?？傊?，這些地區(qū)歷史上震災(zāi)少。

4)穩(wěn)定區(qū)。

穩(wěn)定區(qū)位于北鄂爾多斯斷塊的伊盟隆起，為太古代的古老隆起，蓋層甚薄，或結(jié)晶基底直接裸露于地表，基底穩(wěn)固，極少地震發(fā)生。

[1]朱照宇.黃土高原及鄰區(qū)新構(gòu)造與新構(gòu)造運(yùn)動[J］.第四紀(jì)研究，1992(3):252-263.

[2]閔隆瑞.中國黃土高原第四紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動[J］.中國地質(zhì)科學(xué)院院報，1984(9):225-230.

[3]國家地震局.鄂爾多斯周緣活動斷裂系[M］.北京:地震出版社，1998.

[4]彭 浩，彭美煊，啜永清.鄂爾多斯周緣地震活動性和近期地震趨勢分析[J］.東北地震研究，2001，17(3):7-14.

[5]陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局第二水文地質(zhì)隊.黃河中游區(qū)域工程地質(zhì)[M］.北京:地質(zhì)出版社，1986.