臨潼—長安斷裂第四紀(jì)活動性勘探①

李曉妮，馮希杰，任 雋，戴王強(qiáng)，師亞芹

（陜西省地震局，陜西 西安 710068）

0 引言

臨潼—長安斷裂發(fā)育在西安市的東南側(cè)，是西安市附近的一條重要活動斷裂，對西安市部分?jǐn)U展區(qū)域的發(fā)展將有一定的影響。臨潼一長安斷裂位于秦嶺北側(cè)，驪山西側(cè)［1］。是渭河盆地內(nèi)部驪山凸起與周至—戶縣凹陷之間的邊界性斷裂［2－5］。該斷裂北起驪山老母殿，經(jīng)長安縣，子午鎮(zhèn)至秦嶺北麓灃峪口，全長逾45km ，總體走向35°～50°，傾向NW，傾角70°左右，在航磁、重力和人工地震資料及衛(wèi)片上均顯示為一個明顯的異常帶［6－7］。該斷裂帶由數(shù)條平行斷層組成，帶寬5～7km，其中規(guī)模較大者有兩條：麻街—牛角尖—大鮑陂斷裂帶（F1）和楊家寨—肖家寨—月登閣斷裂帶（F2）［5，8］。

臨潼—長安斷裂帶的研究始于20世紀(jì)70年代，80－90 年 代 發(fā) 現(xiàn) 第 四 紀(jì) 活 動 斷 層 存 在［1－2，9］。2003年以來國家開展了 “西安市活斷層探測與地震危險性評價”項目，臨潼—長安斷裂是其重點(diǎn)探測的斷層之一。項目組經(jīng)過詳細(xì)的地面地質(zhì)調(diào)查、深地震反射－折射探測、淺層人工地震探測、鉆探及槽探等工作，對斷裂所經(jīng)之處及推測的有錯斷的位置進(jìn)行了 詳 細(xì) 的 分 析 研 究［5，8，10－15］。 已 發(fā) 表 的 關(guān) 于 該斷裂的文章多是斷層露頭或是探槽等能直接觀察到的現(xiàn)象。本文以長安縣附近的兩個勘探點(diǎn)為例通過淺層地震和鉆孔聯(lián)合剖面勘探重點(diǎn)分析該斷裂第四紀(jì)早中期的活動特性（圖1）。

圖1 臨潼—長安斷裂上淺層地震測線和鉆孔位置圖Fig．1 Position of shallow seismic survey lines and drillings cross Lintong－Chang′an fault．

1 淺層地震探測

1．1 儀器設(shè)備及數(shù)據(jù)處理

淺層地震反射波法作為探測城市活斷層的首選方法，被多位研究者所應(yīng)用［16－19］。根據(jù)西安市活斷層探測工作區(qū)環(huán)境的特點(diǎn)，本次地震數(shù)據(jù)采集儀器采用了美國生產(chǎn)的DS－6型遙測數(shù)字地震儀，數(shù)據(jù)采集工作使用300個地震道，其中200道為實(shí)時數(shù)據(jù)采集道，100道為備用道。檢波器使用了主頻為60Hz的檢波器（TZBS－60Hz），每串4個，采用點(diǎn)組合方式接收。根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，長安二中和杜回村測線均采用了3m道間距、中間激發(fā)兩邊不對稱接收、25次覆蓋的觀測系統(tǒng)。淺層地震反射勘探的資料使用法國CGG公司的Geovectrue Plus6200地震數(shù)據(jù)處理軟件及美國綠山公司初至折射靜校正軟件進(jìn)行處理。野外采取抗干擾探測手段，室內(nèi)數(shù)據(jù)處理中盡可能的恢復(fù)地震記錄中的高頻有效反射波信息、提高反射波分辨率。處理中通過使用帶通濾波、二維濾波等去噪手段，有效濾除面波、聲波和線型干擾波，提高資料的信噪比。

1．2 資料解釋

本次淺層地震勘探資料的解釋主要包括：①地震反射時間剖面的分析和解釋；②深度剖面圖的分析和斷層的判定。

對時間剖面上的地層反射波組，資料解釋時在剖面圖上用T1、T2、T3和T4標(biāo)出，分別代表第四系內(nèi)部的地層界面反射。T4代表第四系覆蓋層的底界，表現(xiàn)為震相突出，反射波能量相對較強(qiáng)，對應(yīng)地層界面表現(xiàn)為不整合接觸。資料解釋中對剖面上這些測段反射波組的對比遵循了“等厚”原則，即認(rèn)為在某段有限的沉積時間范圍內(nèi)，在縱向上地層的沉積是連續(xù)的，在橫向上同一地層的厚度變化不大，除非有斷層的存在地層表現(xiàn)為不連續(xù)。判斷斷層的依據(jù)是：①反射波同相軸明顯中斷與錯位；②反射波同相軸數(shù)目明顯增減或消失；③ 反射波同相軸出現(xiàn)強(qiáng)相位反轉(zhuǎn)以及上下波組相互依賴；④反射波同相軸產(chǎn)狀和反射能量突然變化；⑤ 斷面反射波、繞射波等異常波出現(xiàn)。

（1）長安二中測線

長安二中測線位于長安區(qū)韋曲鎮(zhèn)侯家灣南側(cè)，測線總長870m，走向近EW，與臨潼—長安斷裂走向夾角約50°。測量區(qū)地貌類型為潏河Ⅰ級階地。根據(jù)長安二中測線地震反射時間剖面圖中反射波震相關(guān)系，解釋了T1、T2、T3和T4，共4組穩(wěn)定的強(qiáng)反射界面（圖2）。以CDP1298為界線，剖面左右兩段的反射同相軸不能順直連接。CDP1298以南T4反射界面（即第四系底界）埋深大于800m，以北埋深僅約700m。垂直落差約100m。根據(jù)剖面中界面反射同相軸的整體連續(xù)特征和反射波組間的關(guān)系，在CDP1298附近解釋了1個正斷層F1，斷層傾向NW，傾角約65°。主要錯斷T3約55m，錯斷T2約40m，錯斷T1約20m。斷層向上通往反射盲區(qū)，上斷點(diǎn)埋深小于35m。

（2）杜回村測線

圖2 長安二中斷層附近淺層地震剖面及地質(zhì)解釋圖Fig．2 The shallow seismic survey profile and geological explanation on the buried fault in Chang′an No．2middle school．

杜回村測線始于杜回村南，向東跨越潏河，止于聶河村以北。測線走向為NW，總長1 800m。時間剖面圖上顯示了T1、T2、T3和T4，共4組穩(wěn)定的強(qiáng)反射界面（圖3）。在CDP1150附近，反射同相軸均被扭曲錯斷，解釋為視傾向NW的一組正斷層。斷層南側(cè)第四系底界T4埋深約960m，北側(cè)埋深僅約840m，揭示了剖面控制段內(nèi)第四系厚度為南段厚、北段薄的沉積變化。斷層主要錯斷第四系底界約120m，錯斷T3約95m，錯斷T2約85m，錯斷T1約50m。斷層向上通往反射盲區(qū)，上斷點(diǎn)埋深小于40m。

2條淺層地震勘探結(jié)果均揭示第四紀(jì)以來的沉積層內(nèi)部存在4組反射能量較強(qiáng)、橫向連續(xù)性較好的地層反射波組，第四紀(jì)覆蓋層的底界T4為一個良好的物性分界面。兩條測線所揭示的斷層特征都非常清楚，在斷層附近反射波出現(xiàn)明顯的波形畸變和反射波同相軸的明顯錯斷，并伴有反射能量的突變和同相軸的橫向間斷等現(xiàn)象。斷層錯距下部大，向上逐漸減小，反映了斷層長期以來的生長特征。

圖3 杜回村斷點(diǎn)附近淺層地震剖面及地質(zhì)解釋圖Fig．3 The shallow seismic survey profile and geological explanation on the buried fault in Duhui village．

2 鉆孔聯(lián)合剖面確定斷層的活動性

在利用鉆探方法研究隱伏斷層的活動性方面，前人進(jìn)行了有益探索。徐錫偉等［20－21］利用鉆孔資料分析了北京平原夏墊斷裂晚更新世晚期以來的古地震事件期次。楊曉平等［22］和何忡太等［23］在淺層地震勘探資料的基礎(chǔ)上，利用鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面方法得到了隱伏斷層影響帶的寬度、上斷點(diǎn)位置和活動時代。何文貴［24］等利用鉆探和槽探揭露現(xiàn)象否定了斷層的存在。通常判斷斷層存在及上斷點(diǎn)埋深的依據(jù)是：①淺層地震剖面上第四系中有斷層顯示；②鉆孔地層剖面中標(biāo)志層有明顯落差，且落差的幅度大于原始地層可能存在的落差。

長安二中鉆孔聯(lián)合剖面位于長安縣第二中學(xué)新建校區(qū)里邊，共打鉆孔6口，剖面長141m，鉆孔自西北向東南依次為2＃、1＃、4＃、3＃、5＃和6＃，相鄰孔間距分別是30m，15m，15m，30m和51m，孔深在60～66m不等。鉆孔巖芯巖性主要為淺黃褐－棕黃－褐黃色粉質(zhì)粘土與土黃色含礫粗砂互層，為河流與漫灘沉積。剖面地層分布比較規(guī)律，易于地層巖性對比劃分。綜合剖面巖性資料，自上而下分為7個主要層位：層1接近地表，巖性為耕土、黃土狀土、粉質(zhì)粘土層，粉質(zhì)粘土層中含少量鈣質(zhì)結(jié)核，南北鉆孔中成分稍有不同，北側(cè)鉆孔中下部均為粉質(zhì)粘土層，南側(cè)鉆孔中下部為粉質(zhì)粘土與粗砂互層；層2為黃褐色、土黃色、灰色的含卵石粗砂－中砂－粉細(xì)砂層，卵石直徑較大；層3為淺黃、褐黃、黃棕色的粉質(zhì)粘土層，具團(tuán)塊結(jié)構(gòu)，土質(zhì)均一，含結(jié)核、散布氧化鐵、錳質(zhì)斑點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊密，頂屆埋深在24～27．6m之間；層4為褐黃色、深土黃色、棕黃色的含卵石中砂－粗砂層，有的卵石直徑大于6cm，含少量粘性土，有的鉆孔中夾一薄層淺黃褐色的粉質(zhì)粘土，地層頂屆埋深在31．7～38．4m；層5為淺黃、褐黃、棕黃色的粉質(zhì)粘土層，具塊狀結(jié)構(gòu)，土質(zhì)均一，粘性較大，結(jié)構(gòu)緊密；層6為淺黃色的粗砂－中砂層，分選較好，含少量粘性土；層7為淺黃色－淺黃褐色粉質(zhì)粘土層。

從圖4看出ZK4孔與ZK3孔下段、ZK3孔與ZK5孔中上段之間存在地層層位的明顯落差。層5底界在ZK2、ZK1、ZK4、ZK3、ZK5和 ZK6孔的埋深分別為61．4m、60．2m、58．7m、50m、52．4m 和52．6m，表現(xiàn)出北邊地層埋藏深，南邊地層埋藏淺的特點(diǎn)，ZK3孔相對ZK4孔向南抬高約8．7m。1孔59．8m為淺黃褐色的粉質(zhì)粘土層，土質(zhì)均一，含氧化鐵和錳質(zhì)斑點(diǎn)，在該處發(fā)現(xiàn)一斷面，斷面擦痕清楚（圖5），傾角72°，說明斷層通過1孔59．8m深處。層4底界在ZK2、ZK1、ZK4、ZK3、ZK5和 ZK6孔的埋深分別為50．2m、48．8m、48．1m、40．4m、39．9m和40．9m，表現(xiàn)出北邊地層埋藏深，南邊地層埋藏淺的特點(diǎn)，ZK3孔相對ZK4孔向南抬高約7．7m。層3底界在ZK2、ZK1、ZK4、ZK3、ZK5和ZK6孔的埋深分別為35．5m、38．4m、38．5m、33．5m、31．7m 和32m，南側(cè)三個孔底界基本水平，北側(cè)三個孔底界也基本水平，只是在ZK4孔和ZK3孔之間存在明顯的地層落差5m。層2底界在ZK2、ZK1、ZK4、ZK3、ZK5和 ZK6孔的埋深分別為27m、26．7m、27．2m、26．7m、24m 和24．9m，斷層存在于ZK3與ZK5孔之間，垂直斷距約為2．7 m。上述層5、層4、層3和層2地層的系統(tǒng)落差反映了斷層存在的主要位置。從層5至層2，也就是從下至上斷層錯距在逐漸減小，顯示出該斷層具有明顯的生長屬性，與淺層地震解譯結(jié)果一致。

圖4 長安二中鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面Fig．4 Geological sections of the composite drilling in Chang′an No．2middle school．

圖5 長安二中59．8m鉆探巖芯內(nèi)斷層面Fig．5 The fault face in drilling section of Chang′an No．2middle school at depth of 58．8m．

剖面中測得了4個可靠的ESR年齡結(jié)果（表1），7061號樣品取自ZK4孔埋深57．7m的位置，測年結(jié)果為（588±59）ka；7060號樣品取自ZK4孔埋深48．5m 的位置，測年結(jié)果為（505±49）ka；7059號樣品取自ZK4孔埋深27．5m的位置，測年結(jié)果為（335±32）ka；7058號樣品取自ZK3孔埋深40．5m，測年結(jié)果為（510±49）ka。7060號和7058號均取自劃分的第3套地層，即淺黃、褐黃、棕黃色的粉質(zhì)粘土層的頂部，兩樣品的年齡值分別為（510±49）ka和（505±49）ka，在誤差范圍內(nèi)一致，說明4號孔和3號孔中的層3屬于同一地層，只是由于斷層活動將兩孔地層錯斷。7059號、7060號和7061號樣品自上而下取自ZK4孔，年齡值分別為335ka，505ka和588ka，年齡自下而上逐漸變新，說明了沉積地層的連續(xù)性。

表1 ESR年齡結(jié)果一覽表

縱觀整個剖面情況，深部地層在4孔和3孔兩側(cè)存在明顯的落差，說明斷層在深部通過4孔和3孔之間，另外在1孔深59．8m處發(fā)現(xiàn)了斷面，說明斷層在底部穿過1孔59．8m深處；中淺部孔間相對落差逐漸向南偏至3孔和5孔之間，上斷點(diǎn)埋深為24m，錯距為2．7m，錯斷地層的年齡值在335 ka與588ka之間，說明斷層在中更新世有活動。晚更新世以來斷層是否有活動，我們項目組在斷層上延部位的3孔和5孔之間進(jìn)行了探槽開挖求證，未發(fā)現(xiàn)明顯的斷錯現(xiàn)象。

3 結(jié)論與討論

本文對西安市南側(cè)長安縣附近臨潼—長安斷裂的活動情況進(jìn)行了詳細(xì)分析。淺層地震解譯結(jié)果表明，第四紀(jì)內(nèi)部的反射波組T1，T2，T3和T4均發(fā)生不同程度的斷錯，而且自下而上斷距逐步減小，結(jié)果揭示出斷層帶的存在，并顯示出其有明顯的生長屬性。該斷裂錯斷第四紀(jì)底界約100～120m，第四紀(jì)底界的年齡若以2 200ka推算，則自第四紀(jì)以來的垂直平均滑動速率約為0．045～0．054mm／a。

鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面也揭示了臨潼—長安斷裂的存在。鉆孔地層信息不僅揭露了多套第四紀(jì)晚期的地層被錯斷，而且在1孔埋深59．8m處發(fā)現(xiàn)了新鮮斷面，斷層傾角72°。若以鉆孔地層底界的垂直落差8．7m和其ESR年齡588ka推算，該處中更新世中期以來的最小平均活動速率約為0．015 mm／a。若以鉆孔上部層2底界的垂直落差2．7m和其ESR年齡335ka推算，該處中更新世晚期以來的最小平均活動速率約為0．008mm／a。以上三個逐漸減小的平均滑動速率值反映了第四紀(jì)以來臨潼—長安斷裂的活動在逐漸變?nèi)酢ｉL安二中探槽顯示沒有明顯的斷層存在，而探槽底部的年齡被測得是（19 415±50）a B．P．［10］，表明該斷裂晚更新世中晚期以來基本無活動。

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