引用本文
徐良鑫, 卞菊梅, 呼楠, 田勤虎, 田伟新, 段蕊. 骊山山前断裂华清池以西段晚更新世以来的活动性[J]. 地震地质, 2019,41(3): 561-575.
XU Liang-xin, BIAN Ju-mei, HU Nan, TIAN Qin-hu, TIAN Wei-xin, DUAN Rui. THE ACTIVITY OF WESTERN LISHAN FAULT SINCE THE LATE PLEISTOCENE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2019,41(3): 561-575.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2019.03.002
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骊山山前断裂华清池以西段晚更新世以来的活动性
徐良鑫1,2), 卞菊梅2), 呼楠3), 田勤虎3), 田伟新3), 段蕊2)
1)中国地震局地质研究所, 活动构造与火山重点实验室, 北京 100029
2)陕西省工程地震勘察研究院, 西安 710068
3)陕西省地震局, 西安 710068

〔作者简介〕 徐良鑫, 男, 1987年生, 2012年于中国地震局地质研究所获构造地质学硕士学位, 工程师, 主要研究方向为活动构造及相关定年方法, 电话: 029-88465357, E-mail: xlx87@Foxmail.com。

收稿日期: 2018-05-23
基金项目: 陕西省“十三五”防震减灾重点项目富平县地震小区划项目和国家自然科学基金(41502205)共同资助
摘要

骊山山前断裂位于骊山北侧, 其华清池以西段向渭河盆地延伸, 该断裂的几何展布和活动习性是准确认识渭河盆地东部区域地震构造及地震安全性评价的重要依据。 跨断裂推测位置布设高密度电法、 人工浅层地震及联合钻孔剖面并通过探槽开挖等多种手段进行探测, 所得结果显示, 华清池以西段的走向由其西段的近EW向变为N60°W, 断裂由2支次级正断层构成, 倾向NE, 倾角约75°。 其中, 南支次级断层自晚更新世以来没有明显的活动证据, 北支次级断层最新活动时代为全新世。 人工浅层地震探测揭示断裂附近的地层产状整体倾向S, 推测与骊山断块自新生代以来向S掀斜运动有关; 联合钻探剖面揭示北支断层自中更新世晚期以来古土壤层S2断错位移量约10m; 晚更新世早期以来古土壤层S1垂直错距最大约7.8m。 探槽剖面揭示西延段断裂自马兰黄土沉积((32 170±530)Cal a BP)以来至少发生过3次古地震事件, 并造成马兰黄土最大总错距约3.0m。 其中, 断裂最新一次活动使全新世早期的黄土层L0((8 630±20)Cal a BP)产生了约0.9m的垂直错距, 并在全新统黑垆土地层S0((4 390±20)Cal a BP)中形成了明显的张裂缝。 最终分析得到骊山山前断裂西延段全新世((8 630±20)Cal a BP)以来的垂直活动速率为0.11~0.19mm/a, 推测单次事件产生的垂直位错量约0.9m。

关键词: 骊山山前断裂; 断裂活动性; 同震垂直位移; 断裂避让
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2019)03-0561-15
THE ACTIVITY OF WESTERN LISHAN FAULT SINCE THE LATE PLEISTOCENE
XU Liang-xin1,2), BIAN Ju-mei2), HU Nan3), TIAN Qin-hu3), TIAN Wei-xin3), DUAN Rui2)
1)Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
2)Academy of Seismic Engineering Surveys, Shaanxi Earthquake Agency, Xi'an 710068, China
3)Shaanxi Earthquake Agency, Xi'an 710068, China
Abstract

Along the northern piedmont of Mt. Lishan, the characteristics and locations of the active normal Lishan fault in west of Huaqing Pool provide important evidences for determining the seismotectonic environment, seismic stability evaluation of engineering in the eastern Weihe Basin. After reviewing the results from high-density resistivity method, seismic profile data, geological drillhole section and trenching in west of the Huaqing Pool, it is found that the strike of western normal Lishan Fault changes from EW direction at the eastern part to the direction of N60°W, and the fault consists of two branches, dipping NE with a high dip angle of ~75°. The artificial shallow seismic profile data reveals that the attitude of strata near Lishan Fault mainly dips to south, which is presumed to be related to the southward tilt movement of Mt. Lishan since the Cenozoic. The section of geological drillhole reveals that since the late middle Pleistocene, the displacement of the paleo-soil layer S2 is about 10m. And the maximum displacement of western Lishan Fault recorded in the paleo-soil layer S1 reaches 7.8m since the late Pleistocene.
In addition, evidences from trench profile show that the western Lishan Fault was active at least 3 times since Malan loess deposition with14C dating age(32 170±530)Cal a BP. The multiple activities of the Lishan Fault result in a total displacement about 3.0m in the Malan loess layer L1. The latest activity of the western Lishan Fault produced a displacement of about 0.9m in the early Holocene loess layer L0((8 630±20)Cal a BP)and caused obvious tensile cracks in the Holocene dark leoss layer S0((4 390±20)Cal a BP). Briefly, we have obtained a vertical movement rate of about 0.11~0.19mm/a since the Holocene((8 630±20)Cal a BP)in the western extension of the Lishan Fault, the recurrence interval of earthquakes on the fault is about(10.7±0.5)ka, and the co-seismic surface rupture in a single event is inferred to be about 0.9m.

Keyword: Lishan Fault; fault activity; co-seismic surface rupture; setback from fault
0 引言

众多研究实例表明, 受构造运动强度衰减和后期地表过程改造的影响, 活动断裂尾端地表附近的断裂形迹和活动性等特征明显减弱(Aki, 1989; 丁国瑜, 1990; 邓起东等, 1995; 冉勇康等, 1995, 2014; 张培震等, 1995), 为获取断裂相应的古地震学参数带来了诸多困扰。 发育于渭河盆地东南缘黄土台塬及冲积扇体上的骊山山前断裂就是一个很好的例证。 该断裂近EW向展布, 东起渭南市阳郭镇南, 西至西安市临潼区华清池。 尽管骊山山前断裂戏河以西段被认为是晚更新世以来整条断裂中活动性较强的一段(李永善等, 1992), 但在华清池以西位于临潼芷阳村附近的断裂西延段却逐渐趋于隐伏, 晚更新世以来其展布位置及活动特征尚不明确(汪一鹏, 1988; 张安良等, 1988)。 同时, 这一地区也是临潼-长安隐伏断裂NE向延伸段的推测位置(田勤俭等, 2003), 与断裂相关的地质构造及地貌环境十分复杂。 究竟骊山山前断裂西延段是继续沿近EW向展布, 还是受临潼-长安断裂的影响而停止向SW方向继续扩展?其西延段晚更新世以来的活动习性与戏河以西段之间是否一致?这些问题的答案不仅关系到渭河盆地东部地区的地震安全性评价结果, 也是附近重大工程是否需要避让断裂的重要参考和依据(徐锡伟等, 2016)。 近年来, 活断层探测手段及测年技术的迅速发展和不断进步不仅为在复杂地质地貌条件下获得断裂的地震学相关参数提供了更多途径, 而且综合运用多种探测手段也能极大地提高活动断裂鉴定结果的准确性和可靠性(邓起东等, 1992, 2003; 胡聿贤, 1999)。 因此, 本文拟综合浅层地震及高密度电法探测、 联合钻孔剖面和探槽开挖等多种断裂探测手段的分析结果对骊山山前断裂西延段晚更新世以来的活动习性予以讨论。

1 区域构造背景

在鄂尔多斯块体南缘与秦岭造山带北侧之间, 自西向东分别发育了渭河、 运城和灵宝3个断陷盆地, 其中以渭河断陷盆地规模最大。 其西起宝鸡陇县, 东至黄河西岸, 北至嵯峨山, 南至秦岭北麓, 东西长约360km, 东部南北宽近70km, 西部南北宽约20km(胡孟春, 1989)。 通过石油物探剖面和钻孔资料等证实, 渭河断陷盆地是由多个不对称发育的复式地堑(凹陷)和掀斜断块(凸起)构成(王景明, 1984)(图1)。 虽然渭河盆地形成于始新世, 是鄂尔多斯块体周缘最古老的断陷盆地, 但晚更新世以来盆地边缘及内部断裂较为活跃, 历史上有过多次强震记载, 尤其以1556年华县 8$\frac{1}{2}$特大地震最为强烈(汪一鹏, 1988; 谢毓寿, 1992; 宋治平等, 2011)。

图 1 渭河盆地构造及主要活动断裂分布图
1 活动正断层; 2 活动逆断层; 3 隐伏活动断裂及隐伏断裂; 4 活动断裂及最新活动时代; 5 第四系等厚线; 6 基岩隆起区; 7 盆地边界; 8 活动断裂编号; 9 构造分区界线; 10 断块倾斜方向; 11 构造分区编号; 12 河流; 13 M≥ 8地震震中; 14 8> M≥ 7地震震中; 15 7> M≥ 6地震震中; 16 6> M≥ 5地震震中; 17 5> M≥ 4地震震中。F1华山山前断裂; F2骊山山前断裂; F3临潼-长安断裂; F4渭河断裂; F5泾阳-渭南断裂; F6中条山北麓断裂; F7双泉-临猗断裂; F8党木断裂; F9口镇-关山断裂; F10乾县-富平断裂; F11扶风-三原断裂; F12周至-余下断裂; F13西秦岭北缘断裂; F14岐山-马召断裂; F15固关-宝鸡断裂Fig. 1 Sketch map of tectonic units and distribution of primary active faults in Weihe Basin.

骊山是发育在渭河断陷带中东部的一个次级凸起构造, 该基岩断块山主要由前震旦纪花岗岩及燕山期酸性侵入体构成(潘侊, 1983)。 自第四纪早期开始, 骊山凸起在掀斜抬升的作用下加速隆起, 奠定了其北部翘起、 南部下倾的地形格局, 在地貌上表现为山势北陡南缓, 最高峰仁宗庙紧靠北坡, 海拔约1 300m, 高出渭河平原近900m。 北坡陡峭, 沟谷深切, 山前洪积扇叠加发育, 向渭河延展覆盖在河流阶地上。 骊山北侧发育的边界断裂即为骊山山前断裂(图1)。

骊山山前断裂西起临潼县城东华清池, 东至阳郭镇西南, 长约40km, 是一条近EW向展布的正断裂, 倾向N, 倾角较陡, 一般为55° ~75° 。 该断裂以戏河为界可分为东、 西2段, 其中西段走向NE, 倾向NW(图2)。 断裂沿线断层崖、 断层三角面十分发育, 断层角砾岩构造清晰, 华清池温泉为该断裂形成的断层泉。 华清池以西段断裂则逐渐趋于隐伏, 且断裂附近地貌受到了后期强烈的人为改造, 很难判断断裂的走向及出露位置。 前人的研究成果表明, 骊山山前断裂晚更新世以来的垂直位移量为0.2~10m, 明显弱于同期华山山前断裂的活动强度(汪一鹏, 1988)。

图 2 骊山山前地貌及断裂分布图(底图来自Google Earth)Fig. 2 Landform and fault scarps along the Lishan Fault(based on Google Earth image).

骊山山前断裂西段第四纪以来活动明显, 断裂南盘基岩及中下更新统地层出露地表或埋藏较浅, 而北盘基岩却埋藏较深。 对比钻孔资料可知, 下更新统底界与中更新统底界在断裂两侧落差分别为180m和140m(汪一鹏, 1988; 张安良等, 1988)。 1568年4月11日(明隆庆二年三月初四)在该断裂西端与临潼-长安断裂交会的临潼一带发生过 5$\frac{1}{2}$级地震, 造成“ 倒塌城池房屋, 压伤人口” (李永善等, 1992)。 但1970年以来沿断裂很少有地震活动发生。 国家地震局第二测量队研究资料显示, 1970年以来该断层垂直形变幅度> 10mm, 断层一带垂直形变梯度明显(彭建兵, 1991)。

2 断裂几何展布位置探测

骊山山前断裂西段总体走向近EW, 其中, 华清池以西段断错地貌特征较为模糊。 对断裂影像进行分析并开展了野外实地踏勘, 结合现场的工作条件, 在西安市临潼区西南部的连霍高速和凤凰大道之间布设了1条高密度电法测线, 编号为DF1-AB; 并沿芷阳三路西侧近SN向布设了1条高密度电法剖面(DF2-AB)和1条浅层地震剖面(LDZ-1AB), 分别长600m和850m; 随后沿NE向的凤凰大道布设了1条浅层地震剖面(LDZ-2AB), 长2 500m, 并收集了1条跨断裂联合钻孔剖面(ZK1-AB)资料(图3)。

图 3 芷阳三路附近断裂勘察工作布设图Fig. 3 Fault and geological exploration map nearby the Zhiyang 3rd road.

为了更好地限定断裂的几何展布位置并定量分析断裂的活动特征, 我们又沿连霍高速东侧附近布设了1条联合钻孔剖面ZK2-AB, 并在联合钻孔剖面地层层位异常位置附近开挖了1个探槽, 以揭露断层的活动特征。 具体工作的内容将分别在下文中予以介绍。

2.1 高密度电法

DF1-AB是位于凤凰大道与芷阳三路之间的高密度电法测线剖面。 该剖面的ρ s等值线剖面图和影像图表明, 测线剖面的视电阻率曲线中段低、 两侧高, 基本呈层状展布, 视电阻率值在5~80Ω · m之间变化。 在测线150m附近有明显的电性阶梯状突变异常(图4), 视电阻率值整体呈北低南高的形态, 说明测线异常点两侧地层具有明显的电性差异。 该异常面倾向N, 推测为断层所致。 电性异常点的平面投影位置见图3。

图 4 高密度电法测线DF1、 DF2剖面结果及解译图Fig. 4 The result from high-density resistivity profile DF1, DF2 and its interpretation.

DF2-AB为布设在连霍高速东侧的高密度电法测线(图3)。 该测线的ρ s等值线剖面图和影像图分析结果显示, 测线剖面的视电阻率曲线形态十分复杂。 蓝色低电阻区可能指示裂隙发育的松散沉积体, 绿色区域代表透水率较低的黄土沉积层, 而黄色— 红色区域可能指示高电阻的钙质结核及砾石堆积体(图4)。 测线视电阻率值分别在170m、 430m附近有明显的电性差异, 推测为2条断裂上断点的异常位置。

2.2 人工浅层地震

人工浅层地震测线LDZ-1AB布设于芷阳三路和连霍高速之间, 从它的时间剖面解释图(图5a)中可以看出反射波组信息丰富, 信噪比高, 波组特征清晰。 虽然同相轴界面的波阻抗强弱差别不大, 但仍能反映地层总体倾向S。 该区域地层产状整体向S倾斜可能与骊山断块自新生代以来由NE向SW发生的北升南降的掀斜运动有关。 前人的研究成果显示, 该浅层地震的解释剖面自上而下有TN、 TQ和 Tq23组较为明显的强反射界面, 分别对应该区域内底界埋深为700~1 400m的上新统灞河组红黏土砾石层、 底界埋深为300~700m的第四系下更新统三门组冲洪积砾石层以及底界埋深100~600m的中更新统泄湖组砂砾石层(李祥根等, 1983; 李晓妮等, 2012; 王建强等, 2015; 杜建军, 2016)(图5)。 3组界面的层位变化均反映出2条明显的断裂异常, 异常位置上断点投影到地面的CDP号分别为255和444, 对应的桩号位置分别为360m和580m。 从断裂异常附近同相轴位错的分布形态来看, 该断裂倾向N, 为正断层。

图 5 LDZ-1AB(a)、 LDZ-2AB(b)浅层测线反射叠加时间剖面及断裂解译图Fig. 5 The buried fault location with travel-time of reflection profile from shallow seismic survey LDZ-1AB(a), LDZ-2AB(b).

而位于凤凰大道西侧的浅层地震剖面LDZ-2AB的解译图也显示出3组较为明显的强反射界面。 3组强反射界面不仅表现出更加明显S倾变化, 同时指示出2处断裂异常(图 5b)。 2处信号异常点附近的反射波同相轴表现出明显的不连续, 推测为断裂异常。 断裂异常的上断点投影到地表处分别对应测线990m和1 230m附近。 2条断层均为视倾向NE的正断层, 其中北支断层(F2-1)上断点埋藏较浅, 说明断层活动时代较新; 南支断层(F2-2)上断点埋藏较深, 说明其最新活动时代相对较老。

2.3 联合钻孔剖面

位于凤凰大道附近的钻孔勘探剖面ZK1-AB(图3)显示, 在芷阳三路和凤凰大道丁字路口西侧约100m附近的钻孔ZK19和ZK20之间揭露的地层层位具有非常明显的高差。 其中, 扣除地形坡度变化后, 2个钻孔之间地层位高差最为明显的晚更新世古土壤层(S1)顶界的高差为3~6m。 (图6)

图 6 ZK1-AB联合钻孔地层剖面解释图Fig. 6 The stratigraphic section of geological drillhole ZK1-AB.

ZK1-AB钻探剖面揭露的古土壤层位不连续的位置和浅层地震测线LDZ-1AB、 LDZ -2AB揭示的断裂异常位置十分接近, 该处晚更新世古土壤层(S1)的垂直错动可能是骊山山前断裂活动所造成的; 而在浅层地震剖面LDZ-2AB的西南侧断裂(F2-2)异常点的对应位置附近, 由钻孔ZK16和ZK17揭露的晚更新统古土壤层(S1)平缓连续, 未见明显的垂直位差, 说明该处南支断裂(F2-2)上断点埋藏位置较深。

根据上述钻探资料和浅层地震结果, 我们在连霍高速东侧附近布设了钻孔剖面ZK2-AB(图3), 以便更好地限定骊山山前断裂西延段断裂的出露位置和走向等特征。

ZK2-AB联合钻孔剖面(图7)显示, 在钻孔7和钻孔8之间地层层位具有明显位错, 其中中更新世晚期古土壤层S2断错位移量约10m, 最为典型的晚更新统古土壤层S1底界垂直错距约7.8m。 推测该处地层位错为北支断裂(F2-1)活动所致, 联合钻孔剖面揭示出该断裂视倾向NE, 活动性质为正断层。

图 7 ZK2-AB联合钻孔地层剖面解释图Fig. 7 The stratigraphic section of geological drillhole ZK2-AB.

2.4 探槽开挖

为了更好地获得断裂的活动时代和活动特征等定量参数, 基于高密度电法、 浅层地震和联合钻孔剖面等资料的综合分析结果, 在跨北支断裂(F2-1)的推测出露位置(图3)开挖了1个大型探槽。 该探槽长27m、 宽12m、 深10m, 探槽剖面揭露出由中更新世晚期地层(L2)至全新统黑垆土(S0)共6套地层。 包括晚更新统古土壤层(S0-1)及其上部的2套马兰黄土地层(L1、 L1-2)和全新统黑垆土(S0)(图8)。

图 8 芷阳广场西探槽西南壁解释图Fig. 8 The pieced photo of the NW trench profile and its interpretation.

另外, 该探槽揭露地层的产状和切盖关系暗示北支断裂(F2-1)由4条次级断裂组成, 由西向东分别表示为F1、 F2、 F3和F4, 断裂带宽约11m, 断裂总体走向N60° W。 其中断裂F1倾向NW, 倾角约75° ; 断裂F2近直立; 断裂F3、 F4倾向NE。 在断层两侧地层中均发育多条构造裂缝, 部分张裂缝充填粉土。 随断裂伴生的地裂缝带宽约15m。 此外, 全新统黑垆土层(S0)中地裂缝较为发育, 可能为断裂最新活动所致。 且全新统黑垆土层(S0)仅在断层上盘出露, 断层下盘缺失, 推测为断裂最新一次活动之后形成的坎前堆积(图9a)。 从探槽剖面中揭露的地层情况来看, 断裂活动错断了晚更新统古土壤层(S0-1)及其上部的马兰黄土层(L1、 L1-2)以及全新统黄土层(L0)。 断裂的多次活动造成马兰黄土层L1的总错距约3.0m。

图 9 芷阳广场西探槽西南壁局部细节解释图Fig. 9 Three parts of photos in Fig. 8 from the NW trench profile and its interpretation.

根据地层的沉积厚度、 位错量匹配原则以及地层之间的切盖关系可推测自马兰黄土堆积以来该处断裂至少发生过3次活动事件。 其中, 最老的一次事件E1, 断裂F4错断了晚更新统古土壤层(S0-1)和L1等地层, 在S0-1 地层顶界及L1地层底部均造成约1.2m的错距(图9b)。 因陡坎前负地形的影响, 地层L1在断层上盘出现了明显的沉积增厚; 较老的一次事件E2发生于地层L1沉积后期, 断裂F3与断裂F1同时错动, 在F4断层陡坎前形成微地堑, 使得地层L1底界错断0.6~0.8m(图9c); 最新一次事件E3, 断裂F2错断地层L1和L0, 地层L1错距约1.0m, L0错距约0.9m。 综合分析可知, 该探槽剖面上晚更新统马兰黄土层L1的最大错距约3.0m。 其中, 全新统黄土层L0底界垂直错距约0.9m, 与该处断层陡坎前全新统黑垆土层(S0)的沉积厚度基本相当。 该处全新统黑垆土层(S0)中地裂缝较为发育, 可能由于断裂最新活动的强度较弱, 仅在断裂尾端造成地层扰动, 但也不排除远震的影响。

在探槽西南壁上的不同地层中采集了4个富有机质碳样, 经美国BETA实验室测试得到的测年结果显示, 探槽剖面上断错位移量最大的马兰黄土层(L1)底界的14C年龄为(32 170± 530)Cal a BP, 顶界14C年龄为(22 420± 100)Cal a BP(表1)。 结合跨断裂探槽剖面及断错地层14C的测年结果可以看出, 骊山山前西延段断裂活动具有准周期原地复发的特征, 探槽揭示的3次地震复发间隔约(10.7± 0.5)ka。 断裂最近一次事件断错了黄土层L0, 年代约(8 630± 20)Cal a BP, 由此确定断裂全新世的平均活动速率为0.11mm/a; 而全新统黑垆土地层S0((4 390± 20)Cal a BP)中发育的多条张裂缝, 暗示断裂在全新世中期有过弱活动。

表1 14C年龄样测试结果 Table1 Ages of 14C sample of the key layers
3 讨论
3.1 断裂展布

在骊山山前断裂华清池以西段的推测位置附近, 高密度电法和浅层地震勘探结果均反映出2条断裂异常特征。 其中2条联合钻孔剖面均揭示出北支主断裂推测位置的晚更新世古土壤地层具有明显的垂直错动现象; 而西南侧的古土壤地层连续展布的特征与浅层地震解释的结果也证实南支次级断裂的上断点出露位置较深, 晚更新世以来的活动特征不明显。 前人在华清池以东段断裂古道村附近(张安良等, 1988)和华清池中学南侧(彭建兵, 1991)也发现骊山山前断裂具有多支次级断裂的构造特征, 且断裂露头剖面均显示北支断裂的活动时代最新, 说明骊山山前断裂最新活动具有向N迁移的趋势。 此外, 临潼长安断裂虽然也具有多支次级断裂的几何结构, 但该断裂的最新活动时代为晚更新世, 且晚更新世末期弱古土壤层L1S仅发育张裂缝而并无明显位错(冯希杰等, 2006)。 因此, 我们认为本次探测得到的2支次级断裂无论从几何展布还是活动性特征上都应属于骊山山前断裂。

综合以上多种物探结果可以看出, 骊山山前断裂华清池以西段主要由2条次级断裂构成, 其中北支断裂为最新活动的主断裂。 该段断裂的走向已经由东侧(戏河以西段)的近EW向转换为N60° W(图1)。 其中, 北支主断裂倾向NE, 倾角约75° , 断裂带宽约15m。

3.2 断裂位移速率

根据钻孔剖面、 探槽剖面分析, 骊山山前断裂华清池以西段晚更新世至全新世的平均活动速率为0.11~0.19mm/a(表2)。 对比华清池以东的骊山山前断裂西段, 黑咀沟处剖面全新统黑垆土S0断距约1.3m①(①陕西省工程地震勘察研究院, 2014, 西安市域快速轨道交通临潼线（纺织城— 临潼秦汉大道）工程场地地震安全性评价工作报告。)。 考虑到关中地区黑垆土层S0不仅非常典型且广泛发育, 其沉积时代已被证实具有良好的一致性, 例如本研究区黑垆土层S0的14C年龄为(4 390± 20)Cal a BP, 与古道村处剖面黑垆土层的14C测试结果(4 035± 155)a(汪一鹏, 1988)较为接近。 参考本次获得的黑垆土层S0的年龄, 得到骊山山前断裂西段黑咀沟处断裂露头剖面记录的滑动速率为0.3mm/a; 戏河以东的骊山山前断裂东段, 古道村处断裂露头剖面晚更新统古土壤层S1断距约10m, 地层14C年龄结果为(27 440± 620)a(张安良等, 1988)。 由此得到骊山山前断裂华清池以东段断裂的活动速率为0.3~0.36mm/a(表2)。

表2 骊山山前断裂平均垂直活动速率 Table 2 The vertical slip rate of Lishan Fault

以上分析结果说明骊山山前断裂在华清池以西段自晚更新世晚期以来虽然能够继续向W扩展, 但其滑动速率相比华清池以东段具有较为明显的减弱(由东段约0.3mm/a降至西段的约0.1mm/a)。

3.3 断裂活动性特征

以上结果表明, 尽管临潼-长安断裂被认为是渭河盆地东部一条规模较大的基底断裂(任隽, 2012), 但由于晚更新世以活动强度较弱, 其并未阻止骊山山前断裂在华清池以西的区域继续向W扩展。 且该区域的历史地震大多集中于近EW走向的正断裂附近, 例如1487年临潼 6$\frac{1}{4}$级地震和1568年临潼 5$\frac{1}{2}$级地震均与骊山山前断裂的活动有关(彭建兵, 1991; 任隽, 2012), 而华山山前断裂以及渭南塬前断裂被认为是1556年华县 8$\frac{1}{2}$级特大地震的主要发震断裂。 同时, GPS观测数据解算的水平速度场结果及深部探测资料也显示渭河中东部地区的伸展构造变形主要由北部鄂尔多斯块体逆时针水平旋转剪切运动及深部软流圈物质横向流动共同控制(任隽, 2012; 李煜航, 2017)。 因此在渭河盆地中东部地区内, 晚更新世以来的构造活动仍由包括骊山山前断裂、 渭南塬前断裂、 口镇-关山断裂及华山山前断裂在内的控盆正断裂主导(图1)。

同样在渭河中东部地区, 不仅骊山山前断裂晚更新世以来的活动性具有东强西弱的明显趋势, 其北部平行展布的渭南塬前断裂活动强度也有同样的分布特征— — 渭南塬前断裂自东向西由马峪口经蔡郭村至坡里高砖厂, 全新世地层垂直错距由6~7m迅速降为0(李高阳等, 2016)。 渭南塬前断裂晚更新世以来约0.29mm/a的滑动速率(李高阳等, 2016)即使叠加骊山山前断裂同期的滑动速率也明显小于华山山前断裂同期1.1mm/a以上的滑动速率平均结果(李祥根等, 1983; 徐伟等, 2017), 甚至秦岭北麓断裂的活动性也具有东强西弱的空间分布特点(汪一鹏, 1988)。 渭河盆地控盆断裂表现出的东强西弱的活动特征可能与鄂尔多斯块体逆时针旋转在西南弧形边界附近造成水平伸展变形分量自西向东逐渐增加有关。

4 结论

首先, 综合高密度电法、 人工浅层地震、 高密度电法及探槽开挖等多种探测手段, 分析认为骊山山前断裂华清池以西段的断裂主要由2条次级断裂构成, 其中北支断裂活动时代最新。 该段落断裂的走向已由东侧(戏河以西段)的近EW向转换为N60° W(图1)。 其中, 北支主断裂倾向NE, 倾角约75° 。

其次, 跨断裂探槽的古地震学研究结果表明, 骊山山前西延段断裂至少发生过3次活动事件, 具有准周期原地复发的特征, 地震复发间隔约(10.7± 0.5)ka。 断裂的多次活动造成马兰黄土层L1((32 170± 530)~(22 420± 100)Cal a BP)的总错距约3.0m。 断裂最近一次事件断错了黄土层L0, 距今约(8 630± 20)a, 而全新统黑垆土地层S0((4 390± 20)Cal a BP)中发育的多条张裂缝, 暗示断裂在全新世中期有过弱活动。 该段断裂晚更新世至全新世的平均活动速率为0.11~0.19mm/a。

另外, 对比前人的工作成果, 我们发现渭河盆地中东部地区不仅主要历史地震都与近EW向展布的正断裂有关, 而且骊山山前断裂自东向西垂直滑动速率由0.3~0.36mm/a降至0.11~0.19mm/a, 与渭南塬前断裂以及秦岭北缘断裂具有同样的东强西弱的活动性分布特征, 表明该区域晚更新世以来具有东强西弱活动特征的水平伸展构造可能与鄂尔多斯块体的逆时针水平旋转运动有关。 渭河盆地内断裂活动对区域应变的响应模式以及新构造运动分量在不同断裂上的分布特点都需要后续研究进一步确定。

致谢 审稿专家对论文提出了宝贵意见; 文中14C年代结果由美国Beta年代实验室测试完成; 本文在撰写过程中得到了冉勇康研究员、 陈立春研究员和冯希杰研究员的悉心指导及斧正; 跨断裂人工浅层测线探测和探槽开挖等现场工作得到了西安市地下铁道有限责任公司和陕西省工程地震勘察研究院相关同志的积极协助。 在此一并表示感谢!

参考文献
[1] 邓起东, 刘百篪, 张培震, 等. 1992. 活动断裂工程安全评价和位错量的定量评估 [A]//国家地震局地质研究编. 活动断裂研究(2): 236-246.
DENG Qi-dong, LIU Bai-chi, ZHANG Pei-zhen, et al. 1992. Research of active fault in evaluating engineering safety and assessing amount of displacement [A]//Institute of Geology, China Earthquake Administration(ed). Research on Active Fault(2): 236-246(in Chinese). [本文引用:1]
[2] 邓起东, 徐锡伟, 张先康, 等. 2003. 城市活动断裂探测的方法和技术[J]. 地学前缘, 10(1): 150-162.
DENG Qi-dong, XU Xi-wei, ZHANG Xian-kang, et al. 2003. Methods and techniques for surveying and prospecting active faults in urban areas[J]. Earth Science Frontiers, 10(1): 150-162(in Chinese). [本文引用:1]
[3] 邓起东, 张培震. 1995. 活动断裂分段研究的原则和方法(一)[J]. 现代地壳运动研究, (6): 196-207.
DENG Qi-dong, ZHANG Pei-zhen. 1995. Principles and methods for study of segmentation of active faults(Ⅰ)[J]. Research on Recent Crustal Movement, (6): 196-207(in Chinese). [本文引用:1]
[4] 丁国瑜. 1990. 全新世断层活动的不均匀性[J]. 中国地震, 6(1): 1-9.
DING Guo-yu. 1990. The inhomogeneity of faulting in Holocence[J]. Earthquake Research in China, 6(1): 1-9(in Chinese). [本文引用:1]
[5] 杜建军. 2016. 渭河盆地东南缘主要断裂晚更新世以来的活动性及灾害效应 [D]. 北京: 中国地质科学院.
DU Jian-jun. 2016. Activity of main faults and related geohazard effects in southeast of Weihe Basin [D]. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing(in Chinese). [本文引用:1]
[6] 冯希杰, 戴王强, 师亚芹, 等. 2006. 临潼-长安断裂错距及其分布特征[J]. 地震地质, 28(4): 579-588.
FENG Xi-jie, DAI Wang-qiang, SHI Ya-qin, et al. 2006. Dislocation and distribution characteristics of the Lintong-Chang'an Fault[J]. Seismology and Geology, 28(4): 579-588(in Chinese). [本文引用:1]
[7] 胡孟春. 1989. 渭河盆地的地质构造与构造地貌类型[J]. 地理研究, 8(4): 56-64.
HU Meng-chun. 1989. The relationship between the tectonic land forms and structures in the Weihe River Basin[J]. Geographical Research, 8(4): 56-64(inChinese). [本文引用:1]
[8] 胡聿贤. 1999. 地震安全性评价技术教程 [M]. 北京: 地震出版社: 130-153.
HU Yu-xian. 1999. The Technical Tutorial on Earthquake Safety Assessment [M]. Seismological Press, Beijing: 130-l53(in Chinese). [本文引用:1]
[9] 李高阳, 冯希杰, 李陈侠, 等. 2016. 渭南塬前断裂晚第四纪活动特征[C]. 2016中国地球科学联合学术年会. 北京.
LI Gao-yang, FENG Xi-jie, LI Chen-xia, et al. 2016. The characteristics of late Quaternary activity of the Weinan tableland marginal fault[C]. 2016 Annual Meeting of Chinese Geoscience Union(CGU). Beijng(in Chinese). [本文引用:2]
[10] 李祥根, 冉勇康. 1983. 华山北坡及渭南塬前活断层[J]. 华北地震科学, 1(2): 10-19.
LI Xiang-gen, RAN Yong-kang. 1983. Active faults in the north slope of Huashan Mountain and the front of the Weinan tableland [J]. North China Earthquake Sciences, 1(2): 10-19(in Chinese). [本文引用:2]
[11] 李晓妮, 冯希杰, 任隽, 等. 2012. 临潼-长安断裂第四纪活动性勘探[J]. 西北地震学报, 34(4): 398-404. doi: 103969/j. issn. 1000-0844. 2012. 04. 0398.
LI Xiao-ni, FENG Xi-jie, REN Jun, et al. 2012. Exploration on Lintong-Chang'an Fault for its activities since Quaternary period[J]. Northwestern Seimological Journal, 34(4): 398-404(in Chinese). [本文引用:1]
[12] 李永善, 耿大玉, 李金正, 等. 1992. 西安地裂及渭河盆地活断层研究 [M]. 北京: 地震出版社.
LI Yong-shan, GENG Da-yu, LI Jin-zheng, et al. 1992. Research on Ground Fissures in Xi'an Region and Active Faults in Weihe Basin [M]. Seismological Press, Beijing(in Chinese). [本文引用:2]
[13] 李煜航. 2017. 青藏高原东北横向扩展运动研究 [D]. 北京: 中国地震局地质研究所.
LI Yu-hang. 2017. Study on the lateral motion of northeastern Tibetan plateau [D]. Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing(in Chinese). [本文引用:1]
[14] 潘侊. 1983. 临潼骊山的地质构造[J]. 长安大学学报(地球科学版), (1): 41-49.
PAN Gong. 1983. Geological structure of Lishan Mountain, Lintong[J]. Journal of Chang'an University(Earth Science Edition), (1): 41-49(in Chinese). [本文引用:1]
[15] 彭建兵. 1991. 骊山北缘山前断层的活动特征[J]. 西安地质学院学报, 13(3): 29-38.
PENG Jian-bing. 1991. The activities and age of the fault at the northern foothills of Mt Lishan[J]. Journal of Xi'an College of Geology, 13(3): 29-38(inChinese). [本文引用:3]
[16] 冉勇康, 李彦宝, 杜鹏, 等. 2014. 中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析(3): 正断层破裂特征、 环境影响与古地震识别[J]. 地震地质, 36(2): 287-301. doi: 103969/j. issn. 0253-4967. 2014. 02. 001.
RAN Yong-kang, LI Yan-bao, DU Peng, et al. 2014. Key techniques and several cases analysis in paleoseismic studies in mainland China(3): Rupture characteristics, environment impact and paleoseismic indicators on normal faults[J]. Seismology and Geology, 36(2): 287-301(in Chinese). [本文引用:1]
[17] 冉勇康, 汪一鹏. 1995. 对活动断层分段性的初浅认识和建议[J]. 现代地壳运动研究, (6): 216-224.
RAN Yong-kang, WANG Yi-peng. 1995. Preliminary understand ing and suggestion of research on segmentation of active faults[J]. Research on Recent Crustal Movement, (6): 216-224(in Chinese). [本文引用:1]
[18] 任隽. 2012. 渭河盆地深部地壳结构探测与盆地构造研究 [D]. 西安: 长安大学.
REN Jun. 2012. Probe on the deep crustal structure in Weihe Basin and tectonics research of basin [D]. Chang'an University, Xi'an(in Chinese). [本文引用:3]
[19] 宋治平, 张国民, 刘杰, 等. 2011. 全球地震目录 [Z]. 北京: 地震出版社.
SONG Zhi-ping, ZHANG Guo-min, LIU Jie, et al. 2011. Global Earthquake Catalog [Z]. Seismological Press, Beijing(in Chinese). [本文引用:1]
[20] 田勤俭, 申旭辉, 冯希杰, 等. 2003. 渭河盆地断层活动反映的第四纪构造事件初步研究[J]. 地震地质, 25(1): 146-154.
TIAN Qin-jian, SHEN Xu-hui, FENG Xi-jie, et al. 2003. Primary study on Quaternary tectonic events based on variation of fault activity in Weihe Basin[J]. Seismology and Geology, 25(1): 146-154(in Chinese). [本文引用:1]
[21] 王建强, 刘池洋, 高飞, 等. 2015. 陕西渭河盆地前新生界地质特征及其油气意义[J]. 地质通报, 34(10): 1981-1991.
WANG Jian-qiang, LIU Chi-yang, GAO Fei, et al. 2015. Pre-Cenozoic geological characteristics and oil-gas significance in Weihe Basin, Shaanxi Province[J]. Geological Bulletin of China, 34(10): 1981-1991(in Chinese). [本文引用:1]
[22] 王景明. 1984. 渭河地堑断裂构造研究[J]. 地质论评, 30(3): 217-223.
WANG Jing-ming. 1984. A study on the tectonics of the Weihe river graben[J]. Geological Review, 30(3): 217-223(in Chinese). [本文引用:1]
[23] 汪一鹏. 1988. 鄂尔多斯周缘活动断裂系 [M]. 北京: 地震出版社.
WANG Yi-peng. 1988. Active Fault System around Ordos Massif [M]. Seismological Press, Beijing(in Chinese). [本文引用:6]
[24] 谢毓寿. 1992. 1556年关中大地震的震级[J]. 灾害学, 7(1): 10-13.
XIE Yu-shou. 1992. On magnitude of 1556 Guanzhong great earthquake[J]. Journal of Catastrophology, 7(1): 10-13(in Chinese). [本文引用:1]
[25] 徐伟, 杨源源, 袁兆德, 等. 2017. 华山山前断裂断错地貌及晚第四纪活动性[J]. 地震地质, 39(3): 587-604. doi: 103969/j. issn. 0253-4967. 2017. 03. 011.
XU Wei, YANG Yuan-yuan, YUAN Zhao-de, et al. 2017. Late Quaternary faulted land forms and fault activity of the Huashan Piedmont Fault[J]. Seismology and Geology, 39(3): 587-604(in Chinese). [本文引用:1]
[26] 徐锡伟, 郭婷婷, 刘少卓, 等. 2016. 活动断层避让相关问题的讨论[J]. 地震地质, 38(3): 477-502. doi: 103969/j. issn. 0253-4967. 2016. 03. 001.
XU Xi-wei, GUO Ting-ting, LIU Shao-zhuo, et al. 2016. Discussion on issues associated with setback distance from active fault[J]. Seismology and Geology, 38(3): 477-502(in Chinese). [本文引用:1]
[27] 张安良, 靳金泉, 种瑾. 1988. 骊山山前断裂第四纪活动性的研究[J]. 内陆地震, 2(3): 227-234.
ZHANG An-liang, JIN Jin-quan, ZHONG Jin. 1988. Research on the piedmont fracture of Lishan in Quaternary activity[J]. Inland Earthquake, 2(3): 227-234(in Chinese). [本文引用:4]
[28] 张培震, 邓起东. 1995. 活动断裂分段研究的原则和方法(二)[J]. 现代地壳运动研究, (6): 208-215.
ZHANG Pei-zhen, DENG Qi-dong. 1995. Principles and methods for the study of active fault segmentation(Ⅱ)[J]. Modern Crustal Movement Research, (6): 208-215(in Chinese). [本文引用:1]
[29] Aki K. 1989. Geometric features of a fault zone related to the nucleation, termination of an earthquake rupture[C]. Proceedings of Conference XLV. Fault Segmentation Controls of Rupture Initiation, Termination. Citeseer. [本文引用:1]