渭河斷裂東段中更新世晚期以來活動速率*

田勤虎，周本剛，段 蕊，卞菊梅，魏青珂

（1.陜西省地震局，陜西西安710068；2.中國地震局地質研究所，北京100029）

渭河斷裂東段中更新世晚期以來活動速率*

田勤虎1，周本剛2，段 蕊1，卞菊梅1，魏青珂1

（1.陜西省地震局，陜西西安710068；2.中國地震局地質研究所，北京100029）

綜合地形、斷裂遙感解譯以及鉆孔聯(lián)合剖面，考慮到渭河斷裂東段在金家莊、東耳村一帶存在一個左階斜裂區(qū)，階區(qū)寬約1 km，將斷裂分為楊家村－金家莊段和東耳村－張家灣段，均為同生正斷層，全新世有活動。使用研究區(qū)的十一條鉆孔聯(lián)合剖面，結合典型斷錯地層光釋光年齡，建立了渭河斷裂東段中更新世晚期以來的斷裂活動速率曲線。結果顯示楊家村－金家莊段全新世活動速率為0.04 mm／a，晚更新世活動速率在0.16～0.40 mm／a之間，中更新世平均活動速率在0.24～0.30 mm／a之間；東耳村－張家灣段全新世平均活動速率為0.12 mm／a，晚更新世活動速率在0.11～0.23 mm／a之間，中更新世平均活動速率在0.19～0.24 mm／a之間。通過與渭河斷裂東部地區(qū)晚更新世以來的沉積速率曲線對比，在較長時間段里，地層沉積速率大于斷裂活動速率，反映了渭河斷裂垂向差異運動較弱，以至于隱伏于渭河階地之下。

鉆孔；聯(lián)合剖面；渭河斷裂東段；光釋光年齡；斷裂活動速率；地層沉積速率

從1960年代起，嚴陣［1］根據(jù)渭河盆地黃土臺塬的分布等地貌特征，提出渭河河谷存在斷裂，人們即開始對渭河斷裂進行了探查與研究?！笆濉逼陂g，陜西省地震局開展了“西安市活斷層探測與地震危險性評價”項目，查明了渭河斷裂西安段（窯店－張家灣段）的展布和活動特征（圖1）?！笆晃逑剃柺谢顢鄬犹綔y與地震危險性評價”項目又查明了渭河斷裂咸陽段（楊家村－窯店段）的展布和活動狀態(tài)。渭河盆地遭遇過多次地震的影響［2］，渭河斷裂在歷史上發(fā)生過多次5級以上地震［3］，而渭河斷裂東段（楊家村－張家灣段）是該斷裂活動性較強的一段，通過對渭河斷裂東段活動速率的研究，可以研究該斷裂的潛在的地震危險性及地震發(fā)生趨勢，為地震的中長期預報提供依據(jù)。本次主要通過多條鉆孔聯(lián)合剖面和典型地層的年齡樣測試結果，分析研究渭河斷裂東段的活動速率。

1 渭河斷裂東段展布特征

圖1 渭河斷裂展布圖

渭河斷裂西起寶雞，經(jīng)眉縣、武功、興平、咸陽、西安，東至灞河［4］，是一條區(qū)域性隱伏活動斷裂。根據(jù)斷裂的活動強弱及其探查詳細程度，我們將渭河斷裂以楊家村為界，分為東西兩段，西段斷裂活動時代較弱，斷裂展布不清。相比而言，東段活動較強，構造地貌表現(xiàn)較清楚，從DEM圖上可以看出，自楊家村往東經(jīng)咸陽、西安，在渭河階地之間存在著一條明顯的陡坎（圖2），坎高約5～15 m。另外通過遙感影像解譯（圖3），渭河北岸階地陡坎兩側發(fā)育有兩套不同顏色的第四系沉積層，排除植被干擾后，南北兩套沉積物影像特征仍有明顯差異［5］。

沿這條地貌陡坎，西安和咸陽活斷層探測與地震危險性評價項目進行了大量的淺層人工地震勘探，解釋出了多個斷裂異常點（圖2），然后通過鉆探和探槽等工作，最終確認為渭河斷裂東段通過位置。渭河斷裂東段西起楊家村，經(jīng)程家村、魏家泉、金家莊、東耳村、陳家臺、窯店、庇李村，到達張家灣，總長50 km，總體走向NE，傾向S，傾角較大，為正斷層?？紤]到斷裂在東耳村、金家莊一帶存在一個左階斜裂區(qū)，階區(qū)寬約1 km，將渭河斷裂咸陽段分為楊家村－金家莊段和東耳村－窯店段（圖4）。

圖2 渭河斷裂東段地形地貌圖

圖3 渭河斷裂遙感影像解譯圖

圖4 渭河斷裂探測圖

2 渭河斷裂東段活動性勘探

斷裂在宏觀上定位以后，如何找到其上斷點，探測出斷裂的準確位置，前人在探測第四紀隱伏活斷層中，使用鉆孔聯(lián)合剖面勘探方法已經(jīng)進行了大量的嘗試與探索［6－10］，查明了多條隱伏于城市覆蓋層之下的活動斷裂。根據(jù)淺層地震及遙感解譯提供的斷裂異常位置，“西安市活斷層探測與地震危險性評價”、“咸陽市活斷層探測與地震危險性評價”“咸陽市地震小區(qū)劃”項目在楊家村到窯店段布設了11條控制性鉆孔聯(lián)合剖面（圖4），揭示出了渭河斷裂東段的展布及最新活動時代?？紤]到文章篇幅，本文選取具有代表性的兩條鉆探剖面加以分析。

2.1 程家村鉆孔聯(lián)合剖面

在W2X和W2淺層人工地震勘探的基礎之上，我們在淺層異常點附近的程家村布置了一條鉆孔聯(lián)合剖面（圖5），剖面線近南北方向展布，橫跨了渭河II級階地后緣和III級階地前緣，總長115.2 m，共5個鉆孔。自南向北鉆孔編號為：WZ1－5、WZ1－3、WZ1－1、WZ1－2、WZ1－4，相鄰鉆孔間距為：83.4 m、10.5m、11.3 m、10 m，孔深均為80 m。

圖5 咸平路附近渭河斷裂勘探圖

鉆孔聯(lián)合剖面圖顯示（圖6），鉆探深度內地層可劃分出4個明顯的大層。

圖6 程家村鉆孔聯(lián)合剖面圖

表1 程家村剖面主要標志層的錯距表

從整個鉆孔聯(lián)合剖面圖可以看出，剖面中部存在明顯的地層不連續(xù)現(xiàn)象。不連續(xù)部位位于WZ1－1和WZ1－2號鉆孔之間，①～④層地層均被錯斷。斷裂上斷點位于3 m附近的人工填土層中，向下延伸到WZ1－3號鉆孔南側，斷層面S傾。南側地層下沉，沉積厚度增大，北側地層相對上升，沉積地層厚度相對減薄，說明該斷裂為同生正斷層。表1所示為該剖面主要標志層的錯距統(tǒng)計，斷裂錯斷晚更新世地層8.15 m，錯斷中更新世地層32.2 m。

2.2 陳家臺鉆孔聯(lián)合剖面

陳家臺鉆孔聯(lián)合剖面位于咸陽市東陳家臺（圖7），近南北向共布設了7個鉆孔，剖面線長218.4 m，自南向北鉆孔編號為：WZ8－3、WZ8－9、WZ8－10、WZ8－2、WZ8－12、WZ8－11、WZ8－7，相鄰鉆孔間距為：25.3 m、38.6 m、28.9 m、46.4 m、33.6 m、45.6 m，鉆孔深度80～90 m。從鉆孔聯(lián)合剖面圖（圖8）可以看出，整個剖面可以劃分出4個較明顯的大層，分別為：

②砂層及圓礫Qhal，灰黃色，河流沖積相沉積層，在每個鉆孔中均有分布，以細中砂為主，夾有粗砂和圓礫，在其頂部夾有灰色粉質粘土，在WZ8－7孔中夾有較厚的灰色淤泥。該層整體較厚，層底埋深24.4～31.6 m，相應標高在352.98～358.49 m之間，局部有起伏，但沒有明顯的地層錯動現(xiàn)象。

圖7 陳家臺鉆孔平面位置圖

圖8 陳家臺鉆孔聯(lián)合剖面圖

由上述剖面的地層分布可以看出，WZ8－6、WZ8－7號鉆孔之間存在明顯的地層不連續(xù)現(xiàn)象，①②層為全新世地層，沒有明顯錯動現(xiàn)象。錯斷現(xiàn)象主要在③、④層，斷面南傾，南側下沉，地層埋深大，地層厚度也較大，北側地層埋深淺，地層厚度小，相對上升，說明該斷裂為S傾同生正斷層。在WZ8－5、WZ8－1號鉆孔之間存在反傾向的次級斷裂，與主斷裂呈“Y”型狀。以相對穩(wěn)定的③－1、③－2、④－1三個標志地層進行對比，斷裂垂直錯距見表2。

3 渭河斷裂東段活動速率分析

3.1 分段活動速率分析

鑒于渭河斷裂東段在金家村、東耳村的斜裂階區(qū)，我們分別對楊家村－金家莊段和耳村－張家灣段進行分析。本次使用鉆孔聯(lián)合剖面ZT1－ZT11和TC1、TC2探槽中的73組典型地層測年數(shù)據(jù)分析，在所探測的90 m地層中，鉆孔揭穿了全新世及晚更新世地層，揭露了部分中更新世地層。大部分剖面中發(fā)現(xiàn)了斷裂錯斷地層現(xiàn)象，錯斷地層多為晚更新世和中更新世地層，部分錯斷了全新世地層。綜合鉆孔聯(lián)合剖面認為，渭河斷裂東段是向南傾的同生正斷層。同生正斷層活動速率的計算方法，前人［11－12］已作了算法上的探討。表3、表4中分別給出了楊家村－金家莊段和東耳村－張家灣段錯斷全新世、晚更新世、中更新世晚期地層的上斷點埋深、錯距及活動速率等參數(shù)。

表2 陳家臺剖面主要標志層錯距表

表3 楊家村－金家莊段錯斷地層參數(shù)

表4 東耳村－張家灣段斷裂錯斷地層參數(shù)

剔除異常點和不穩(wěn)定數(shù)據(jù)可以看出，渭河斷裂東段全新世早期平均活動速率為0.12 mm／a，晚期活動速率為0.04 mm／a；晚更新世活動速率較大，在0.16～0.45 mm／a之間；中更新世平均活動速率在0.24～0.30 mm／a之間。分段來看，西小段楊家村－金家莊段全新世活動速率為0.04 mm／a，晚更新世活動速率在0.16～0.40 mm／a之間，中更新世活動速率在0.24～0.30 mm／a之間。東小段東耳村－張家灣段全新世平均活動速率為0.12 mm／a，晚更新世活動速率在0.11～0.23 mm／a之間，中更新世活動速率大多在0.19～0.24 mm／a之間。從圖9、圖10中更新世晚期以來斷層活動速率對比而言，東耳村－張家灣段全新世活動速率較強，但中更新世和晚更新世則稍弱。

圖9 中更新世晚期以來楊家村－金家莊段斷層活動速率

圖10 中更新世晚期以來東耳村－張家灣段斷層活動速率

西小段的楊家村探槽（TC1）和程家村探槽（TC2）揭示渭河斷裂有多次古地震事件，中更新世至晚更新世晚期的古地震事件同震位移較大，在2～5.1 m之間；晚更新世晚期至全新世古地震的同震位移相對較小，在0.15～1.2 m，說明斷層活動強度逐漸減弱。東小段的庇李村探槽（TC3）揭示出全新世以來有四次古地震事件，古地震事件同震位移在0.2～0.5 m之間，說明斷層粘滑活動的強度較西小段全新世強。

3.2 中更新世以來斷層活動速率與地層沉積速率對比分析

從渭河斷裂東段活動速率曲線（圖11）可以看出，134.0～100.0 ka斷裂活動平穩(wěn)，約為0.12 mm／a；81.1～28.8 ka斷裂活動逐漸增強，最大活動速率達到0.45 mm／a，此后斷裂活動逐漸減弱，到3.7 ka最小活動速率僅為0.04 mm／a。

圖11 渭河斷裂東段斷裂與地層沉積速率曲線

“咸陽市活斷層探測與地震危險性評價”項目在咸陽市秦都區(qū)南寨村進行了標準地層鉆探，對地層年代進行了測試與劃分［13］，本文以此建立了渭河斷裂東部地區(qū)晚更新世以來的沉積速率曲線（圖8）。曲線顯示，118.3～44.9 ka沉積速率平穩(wěn)，約0.36 mm／a；42.2～9.0 ka沉積速率陡然降低，平均0.27 mm／a，期間年平均沉積速率變化不大；9.0 ka以來沉積速率加快，2.2 ka至今年平均沉積速約為0.68 mm／a。從晚第四紀以來的沉積曲線來看，該區(qū)地層沉積變化穩(wěn)定，整體波動變化較小。

綜合分析晚第四紀以來的地層和斷裂活動速率可以看出，在較長時間段里，沉積速率大于斷裂活動速率，反映了渭河斷裂垂向差異運動較弱，從而隱伏于渭河階地之下。

4 結論

通過對渭河斷裂東段鉆孔聯(lián)合剖面和探槽年齡樣進行分析，得出了以下結論：

（1）渭河斷裂東段位于咸陽市北側渭河階地陡坎前緣的楊家村、魏家泉、金家莊、東耳村、陳家臺、窯店一線，考慮到斷裂在東耳村、金家莊一帶存在一個左階斜裂區(qū)，階區(qū)寬約1 km，將渭河斷裂咸陽段分為楊家村－金家莊段和東耳村－窯店段。

（2）在所探測的90 m深度地層中，鉆孔揭穿了全新世及晚更新世地層，揭露了部分中更新世地層。大部分鉆孔聯(lián)合剖面中發(fā)現(xiàn)了斷裂錯動地層現(xiàn)象，錯斷地層多為晚更新世和中更新世，部分錯斷了全新世地層，且地層埋深越深錯距越大。

（3）西小段楊家村－金家莊斷裂全新世活動速率為0.04mm／a，晚更新世活動速率在0.16～0.40 mm／a之間，中更新世平均活動速率在0.24～0.30 mm／a之間。東小段東耳村－張家灣斷裂全新世平均活動速率為0.12 mm／a，晚更新世活動速率在0.11～0.23 mm／a之間，中更新世平均活動速率大多在0.19～0.24 mm／a之間。

（4）從斷裂平均活動速率可以得出，渭河斷裂東段斷裂活動速率整體由晚更新世至全新世減弱。但東耳村－張家灣段與楊家村－金家莊段存在著活動上的差異，東耳村－張家灣段全新世活動較楊家村－金家莊強，中更新世和晚更新世活動性則弱于楊家村－金家莊段，這也為我們將渭河斷裂東段分為東西兩小段提供了依據(jù)。

（5）在較長時間段里，渭河斷裂東段晚第四紀以來地層沉積速率大于斷裂活動速率，反映了渭河斷裂垂向差異運動較弱，從而隱伏于渭河階地之下。根據(jù)地震危險性評估及前人研究結果，渭河斷裂東段在近200年內發(fā)震危險程度低～中等［13－14］。

本文釋光年齡樣品由中國地震局地質研究所地震動力學國家重點實驗室年代學實驗室測試。

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Activity Rate of the East Section of Weihe Fault in late Middle Pleistocene

Tian Qinhu1，Zhou Bengang2，Duan Rui1，Bian Jumei1and Wei Qingke1
（1．Earthquake Administration of Shaanxi Province，Xi’an 710068，China；2．Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China）

Integrated with the landform remote sensing interpretation and composite drilling section，considering there is a left-stepped，oblique-arranged zone in Jinjia village and Donger village near the Weihe fault with width about1km.We divided the east section ofWeihe fault into Yangjia village-Jinjia village section and Donger village-Yaodian section.They are both contemporaneous normal faults and Holocene active.Eleven composite drilling sections are used in the study area and the typical fault OSL age strata.Fault activity rate curve of latemiddle Pleistocene of the east section of theWeihe fault is build，which shows that the activity rate of Yangjia village-Jinjia village section in Holocene is 0.04 mm／a，Late Pleistocene is 0.16 to 0.40 mm／a，Middle Peistocene is 0.24 to 0.30 mm／a.The activity rate of Donger village-Zhangjiawan section in Holocene is 0.12 mm／a，Late Pleistocene is 0.11 to 0.23 mm／a，Middle Peistocene is 0.19 to 0.24 mm／a.Contrast with the deposition rate curve of late middle Pleistocene of the east section of theWeihe fault.Stratum deposition rate is greater than faultactivity rate in a long time.And it is shown that the Vertical differentialmovement is weaker of Weihe fault.So it blind in the Weihe terrace.

composite drilling section；east section ofWeihe fault；OSL ages；fault activity rate；stratigraphic sedimentary rate

P315.2；X4

A

1000－811X（2014）04－0076－06

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.04.015

田勤虎，周本剛，段蕊，等.渭河斷裂東段中更新世晚期以來活動速率［J］.災害學，2014，29（4）：76－81.［Tian Qinhu，Zhou Bengang，Duan Rui，etal.Activity Rate of late Middle Pleistocene of the East Section of the Weihe Fault［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（4）：76－81.］

2014－03－21

2014－05－06

“十一五”陜西省防震減災重點項目“咸陽市活斷層探測與地震危險性評價”（SCEC2008）；陜西省自然科學基礎研究計劃（2011JM5012）

田勤虎（1982－），男，陜西寶雞人，工程師，主要從事城市活斷層探測、工程地震.E-mail：glorich＠126.com