渭河斷裂咸陽段活動(dòng)性研究*

田勤虎，段　蕊，李曉妮，卞菊梅，魏青珂

(陜西省地震局，陜西 西安 710068)

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渭河斷裂咸陽段活動(dòng)性研究*

田勤虎，段蕊，李曉妮，卞菊梅，魏青珂

(陜西省地震局，陜西 西安 710068)

摘要：通過地貌追蹤、淺層地震、鉆孔聯(lián)合剖面勘探及探槽開挖等，查明了渭河斷裂咸陽段(楊家村—窯店)的展布和最新活動(dòng)時(shí)代。結(jié)果表明，渭河斷裂咸陽段從咸陽市北側(cè)渭河階地前緣陡坎通過，考慮到斷裂在金家莊、東耳村一帶存在一個(gè)左階斜裂區(qū)，階區(qū)寬約1 km，可將斷裂分為東、西兩段，即：楊家村—金家莊段和東耳村—窯店段。斷裂總體走向NE，傾向S，傾角65°～75°，為同生正斷層。程家村探槽顯示斷裂錯(cuò)斷全新統(tǒng)黑壚土底界15 cm，該層底界14C測年結(jié)果為2 255 BP，頂界光釋光(OSL)年齡測年結(jié)果為(3.7±0.41)ka，說明斷裂在全新世有活動(dòng)。渭河斷裂咸陽段自晚更新世以來活動(dòng)性逐漸減弱，全新世平均活動(dòng)速率為0.04～0.12 mm/a。

關(guān)鍵詞：渭河斷裂；淺層地震；鉆孔聯(lián)合剖面；探槽；全新世活動(dòng)斷裂

0引言

渭河斷裂西起寶雞，經(jīng)眉縣、武功、興平、咸陽、西安，東到渭南*陜西大地地震工程勘察中心.2011.咸陽市地震小區(qū)劃工作報(bào)告.，是一條區(qū)域性隱伏活動(dòng)斷裂。歷年來，眾多學(xué)者圍繞這條斷裂持續(xù)做了很多工作，以探明其展布及活動(dòng)時(shí)代(嚴(yán)陣，1965；鄧起東，尤惠川，1985；陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989；李永善，1992；彭建兵，1992；陜西省地震局，1996；馮希杰等，2003，2008；權(quán)新昌，2005)?！笆濉眹抑卮蠼ㄔO(shè)項(xiàng)目“西安市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)項(xiàng)目”查明了渭河斷裂在西安市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)(窯店以東)的展布、深部結(jié)構(gòu)特征及活動(dòng)性*陜西省地震局.2007.西安市斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)項(xiàng)目.，認(rèn)為渭河斷裂由窯店—張家灣斷層和船張—咀頭斷層組成，近東西走向，全新世有活動(dòng)(師亞芹等，2008)。而窯店以西的渭河斷裂穿越咸陽城區(qū)，長期以來認(rèn)為晚更新世有活動(dòng)，但具體位置未定。城市范圍內(nèi)隱伏活動(dòng)斷裂的突發(fā)錯(cuò)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大地震和地表位錯(cuò)，將形成巨大災(zāi)害，并可能使作為當(dāng)代政治、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中心的城市毀于一旦(鄧起東，2002)。

考慮到渭河斷裂從咸陽城區(qū)通過，對咸陽市危害性較大，“咸陽市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)”項(xiàng)目將渭河斷裂咸陽段(楊家村—窯店段)作為主要斷裂進(jìn)行了淺層人工地震、鉆孔聯(lián)合剖面、探槽開挖等勘探與研究，查明了渭河斷裂咸陽段的位置及活動(dòng)性，本文即為該項(xiàng)目的部分研究成果。

1研究區(qū)斷裂展布

作為一條由物探資料推測的被渭河沖積物所掩蓋的隱伏斷裂，渭河斷裂最初位置難以確定。隨著窯店、庇李村(師亞芹等，2007，2009)等斷裂剖面的發(fā)現(xiàn)，在地貌上，斷裂位置均處于渭河北岸階地陡坎前緣，我們以此作為渭河斷裂追蹤的方向。從興平往東經(jīng)咸陽市區(qū)到窯店，渭河階地之間存在著一個(gè)明顯的陡坎，推測為斷裂通過位置。

“咸陽市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)”項(xiàng)目重點(diǎn)在楊家村到窯店段布設(shè)了9條控制性淺層地震測線(圖1)和5條淺層地震詳勘測線，測線總長度為34.6 km，并在多處淺層地震異常點(diǎn)處進(jìn)行了鉆孔聯(lián)合剖面驗(yàn)證。

通過地貌追蹤、淺層地震、鉆孔聯(lián)合剖面等資料綜合分析，渭河斷裂咸陽段位于咸陽市北側(cè)渭河III級階地前緣，考慮到斷裂在金家莊、東耳村一帶存在一個(gè)左階斜裂區(qū)，階區(qū)寬約1 km，可將斷裂分為東、西兩段(圖1)。西段楊家村—金家莊斷裂西起楊家村，經(jīng)齊家堡、程家村、魏家泉，到達(dá)金家莊，走向NE，傾向SE，正斷層，長約23 km；東段為東耳村—窯店斷裂，東起東耳村，經(jīng)陳家臺(tái)到達(dá)窯店，與渭河斷裂西安段相接，走向NE，傾向SE，正斷層，長約10 km。

2斷裂活動(dòng)性研究

筆者重點(diǎn)在咸陽市西側(cè)南北走向的咸平路開展了淺層地震勘探、鉆孔聯(lián)合剖面驗(yàn)證及探槽開挖工作，以明確渭河斷裂的活動(dòng)特征。

2.1咸平路淺層地震勘探

渭河斷裂咸陽段是穿越咸陽市城區(qū)的隱伏活動(dòng)斷裂，淺層地震勘探是城市活動(dòng)斷裂探測中解決隱伏斷裂定位及切割地層層位的最主要方法之一(鄧起東等，2003)。根據(jù)前期資料收集和周圍地質(zhì)地貌調(diào)查，筆者在咸陽市西面的咸平路沿南北方向布設(shè)了一條淺層地震測線(編號W2)，測線南端起于西寶高速咸陽西出口北公路拐彎處，北端止于下底王村西(圖2)，全長5 600 m，跨越了渭河北岸I、II、III級階地。根據(jù)城市地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和強(qiáng)干擾源的類型可有針對性地選擇地震勘探方法、觀測系統(tǒng)、震源類型等(王振東，1988)，咸平路淺層地震測線使用道間距為4 m、炮間距20 m、180道零偏移距不對稱接收、18次覆蓋的觀測系統(tǒng)，震源為震源車。

圖3為咸平路測線地震反射疊加時(shí)間剖面，根據(jù)剖面顯示的反射波組特征，推測TQ反射界面可能是第四紀(jì)的底界。在測線樁號4 106左右，T2～TQ之間地層反射均出現(xiàn)較為明顯的同相軸扭曲和反射波能量的變化，根據(jù)剖面特征推斷這些變化可能是斷層的反映，在剖面圖中用F7標(biāo)出。斷裂在剖面上顯示為向南傾的正斷層，可分辨的上斷點(diǎn)埋深在45～48 m之間，斷裂在T2反射界面的垂直斷距約為3～5 m。

為了驗(yàn)證W2淺層地震異常是否真實(shí)存在，筆者在咸平路W2淺層地震測線之上，自北向南又布設(shè)了一條淺層地震詳勘測線W2X(圖2)。測線北端起自于W2測線樁號的4 600，南端止于W2測線樁號的3 698，總長902 m。該測線使用道間距為2 m、跑間距10 m、180道20 m偏移距不對稱接收、18次覆蓋的觀測系統(tǒng)，震源為震源車。

由圖4反射波疊加時(shí)間剖面圖可以看出，T2以下的地層反射均出現(xiàn)較為明顯的同相軸扭曲和反射波能量的變化，F(xiàn)斷裂異常上斷點(diǎn)延伸到測線樁號492左右，對應(yīng)于W2測線的4 108處。該斷裂異常錯(cuò)斷了剖面上T2以下的所有地層反射，其可分辨的上斷點(diǎn)埋深同樣在45～48 m之間，在該深度上地層的垂直錯(cuò)距為2～3 m。

從這兩條同一位置的淺層地震測線解釋來看，兩條測線解釋出的斷層位于樁號4 106和4 108左右，均錯(cuò)斷了T2以下的所有地層反射。異常點(diǎn)基本上處于地面上同一位置，且位于渭河II、III級階地交匯部位。根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙淤Y料及淺層地震可分辨的上斷點(diǎn)埋深，45～48 m深度為中更新統(tǒng)地層，如果渭河斷裂在此處活動(dòng)，則可以推斷斷裂中更新世有活動(dòng)，斷距在2～3 m之間。

2.2程家村鉆孔聯(lián)合剖面

為進(jìn)一步研究斷裂活動(dòng)狀況，驗(yàn)證W2和W2X淺層地震斷裂異常，并考慮到后期探槽開挖場址等問題，我們在距W2淺層地震測線向東約200 m的程家村進(jìn)行了鉆孔聯(lián)合剖面勘探(圖2)。剖面以淺層地震異常點(diǎn)沿地貌陡坎方向，布設(shè)了5個(gè)鉆孔，自南向北鉆孔編號分別為：WZ1-5、WZ1-3、WZ1-1、WZ1-2、WZ1-4，剖面線總長115.2 m。相鄰鉆孔間距分別為83.4 m、10.5 m、11.3 m、10 m，孔深均為80 m，剖面線橫跨了渭河II級階地后緣和III級階地前緣。

鉆孔聯(lián)合剖面圖顯示(圖5)，鉆探深度內(nèi)地層可劃分出4個(gè)明顯的大層：

從整個(gè)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、WZ1-2號鉆孔之間，這個(gè)位置與淺層地震測線異常點(diǎn)位置相吻合。該異常上斷點(diǎn)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(cè)。斷層面南傾，致使南側(cè)地層下沉，沉積厚度增大，北側(cè)地層相對上升，沉積地層厚度相對減薄，說明了斷裂存在，推測為渭河斷裂咸陽段通過位置。根據(jù)斷裂上斷點(diǎn)位置所對應(yīng)的地層，渭河斷裂極有可能延伸到了全新統(tǒng)地層。

2.3程家村探槽所揭示的斷裂最新活動(dòng)時(shí)代

經(jīng)過淺層地震、鉆孔聯(lián)合剖面勘探，渭河斷裂位置證據(jù)充分。且定位到了一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置，我們實(shí)施了探槽開挖。

探槽布設(shè)在程家村鉆孔剖面西側(cè)空地上(圖2)、鉆孔聯(lián)合剖面WZ1-1～WZ1-4號鉆孔之間，

南北走向，長20 m，上寬10 m，下寬5 m，深10 m，呈對稱梯形。探槽所揭露的地層均為全新統(tǒng)和晚更新統(tǒng)地層，探槽(圖6)可見明顯的斷層面。2.3.1地層分層

探槽揭露的地層從上而下依次為：

斷層下盤取年齡樣，光釋光(OSL)測年結(jié)果為(27.7±1.6)～(34.5±3.3)ka。

另外，在探槽北部3～6 m為一大的人工填土坑，填土深12 m未見底，從當(dāng)?shù)鼐用裉幜私獾弥撎帪橐还啪?，后廢棄填埋。

2.3.2剖面斷裂分析

① 斷裂走向72°，傾向S，傾角67°，由探槽素描圖7可以看出，斷裂錯(cuò)斷了全新統(tǒng)-晚更新統(tǒng)地層。

② 層黑壚土在斷層位置有明顯的撓曲，并且在撓曲底部有斷錯(cuò)現(xiàn)象，斷錯(cuò)地層底界高差約15 cm。在黑壚土頂部取14C樣，測年結(jié)果為2 255BP，在黑壚土底部取光釋光(OSL)年齡樣，測年結(jié)果為(3.7±0.41)ka，說明斷裂在全新世晚期有活動(dòng)，平均活動(dòng)速率0.04 mm/a。

③ 層黃土層底界被明顯錯(cuò)斷，垂直錯(cuò)距1.2 m，且斷裂下盤地層厚度較上盤厚度小，說明渭河斷裂為同生斷層；根據(jù)③層黃土的形成時(shí)間2萬年，計(jì)算得出晚更新世晚期以來斷裂的平均活動(dòng)速率為0.06 mm/a。

④ 層粉質(zhì)粘土層底界在下盤埋深約8.0 m，上盤探槽底界14.0 m未揭露其底界，說明斷距大于6.0 m；且該層厚度差別很大，下盤厚度僅1.0 m，上盤厚度大于6.0 m，結(jié)合鉆孔資料分析斷距約6.4 m；由該層的測年結(jié)果3萬年，計(jì)算得出其平均活動(dòng)速率為0.20 mm/a。

⑤ 主斷層面配套有多組次級斷裂，在層⑧中砂層中形成多個(gè)小斷面，斷面走向、傾向與主斷面一致，帶寬約9.0 m。

另外，在探槽剖面中發(fā)現(xiàn)了多條與斷層配套的裂縫，裂縫寬約0.5～1.0 cm，內(nèi)部主要由灰黃色土壤所充填，兩側(cè)地層無錯(cuò)斷現(xiàn)象，應(yīng)該為斷裂活動(dòng)而引起的張性裂縫。

由程家村探槽揭示的斷層分析得出，渭河斷裂錯(cuò)距在此處隨著地層年齡的增大而增大，斷層活動(dòng)速率也在增大，總體介于0.04～0.2 mm/a之間。

3結(jié)論與討論

根據(jù)地貌追蹤、淺層地震勘探、鉆孔聯(lián)合剖面勘探，渭河斷裂咸陽段位于咸陽市北側(cè)渭河階地前緣陡坎。考慮到斷裂在金家莊、東耳村一帶存在一個(gè)左階斜裂區(qū)，階區(qū)寬約1 km，可將渭河斷裂咸陽段分為楊家村—金家莊段和東耳村—窯店兩段。斷裂總體走向北東NE，傾向S，傾角65°～75°，為同生正斷層，并配套有多組次級斷裂，斷裂帶寬約9.0 m。

以往對渭河斷裂的研究停留在渭河階地與黃土臺(tái)塬地貌差異性上(易學(xué)發(fā)，師亞芹，1994)及單個(gè)探槽、鉆孔聯(lián)合剖面的基礎(chǔ)之上(師亞芹等，2007；戴王強(qiáng)等，2010)。本次我們進(jìn)行了大量淺層人工地震勘探、鉆孔聯(lián)合剖面、探槽開挖、年齡樣品測試等工作，為我們精確研究渭河斷裂咸陽段活動(dòng)性提供了可靠的基礎(chǔ)資料。根據(jù)程家村探槽揭露，渭河斷裂咸陽段錯(cuò)斷全新統(tǒng)地層。但從其活動(dòng)性來說，自晚更新世以來斷裂活動(dòng)逐漸減弱，通過研究區(qū)地貌、階地、鉆探等綜合手段分析*陜西省地震局.2011.咸陽市地震活動(dòng)斷層探測項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告.，渭河斷裂全新世活動(dòng)速率介于0.04～0.12 mm/a之間。

在W2和W2X淺層地震異常點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)有數(shù)條北東向的地裂縫，地裂縫位置處于地貌分界線附近。地裂縫成群產(chǎn)出，與現(xiàn)今構(gòu)造變形、斷層運(yùn)動(dòng)等相關(guān)(吳珍漢等，2003)，咸陽地裂縫出現(xiàn)的位置與區(qū)域構(gòu)造線吻合，說明與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)，而承壓水頭的急劇下降，最終使地裂縫的出現(xiàn)成為可能(于國新，2006)。此位置的地裂縫，一方面說明咸陽地裂縫是地下斷裂在地表的反映(劉俊峰等，2003)，另一方面也說明斷裂活動(dòng)與地下水變化共同作用加劇了渭河斷裂咸陽段的危險(xiǎn)性，這是做活斷層探測及其危害性研究所要重視的。

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Based on the terrain tracking，the shallow earthquake，the drilling composition section exploration and the trench excavation etc. ，we ascertained the distribution of Xianyang Segment(Yangjia Village-Yaodian)of Weihe Fault and its latest active period. The result shows that the Xianyang Segment of Weihe Fault passes through the scarp on the leading edge of Weihe terrace in the north of Xianyang City. Considering that there is a left order oblique fissure zone with the wide of about 1 km around Jinjiazhuang and Dong’er Village on the fault，the fault can be divided into two sections：the segments of Yangjia Village-Jinjiazhuang in the east and Dong’er Village-Yaodian in the west. The Xianyang Segment of Weihe Fault is a synsedimentary normal fault，and the overall trend and the tendency of it is NE and S respectively，and the dip angle of it is 65°～75°. The exploratory trench in Chenjia Village displayed that the bottom boundary of the Holocene Heilu soil was dislocated about 15 cm by the fault. The14C dating result of the bottom boundary was 2 255 BP and the result of age dating on Optically Stimulated Luminescence(OSL)of the top boundary was(3.7±0.41)ka，which indicated that the fault was active in the Holocene. The activities of Xianyang segment of Weihe Fault weakened gradually since the late Pleistocene，and its average active rate was 0.04～0.12 mm/a in the Holocene.

Key words：Weihe Fault；shallow earthquake；drilling composition section；trench；Holocene active fault

*收稿日期：2013-09-17. 基金項(xiàng)目：中國地震局地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(IGCEA1220)、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2011JM5012) 、中國地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH13023Y)與陜西省防震減災(zāi)“十一五”重點(diǎn)項(xiàng)目“咸陽市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)”(SCZC2008)聯(lián)合資助。

中圖分類號：P315.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1000-0666(2015)02-00250-07

Research on Activities of Xianyang Segment of Weihe Fault

TIAN Qin-hu，DUAN Rui，LI Xiao-ni，BIAN Ju-mei，WEI Qing-ke

(Earthquake Administration of Shaanxi Province，Xi’an 710068，Shaanxi，China)

Abstract