渭河断裂东段中更新世晚期以来活动速率*

田勤虎，周本刚，段 蕊，卞菊梅，魏青珂

（1.陕西省地震局，陕西西安710068；2.中国地震局地质研究所，北京100029）

渭河断裂东段中更新世晚期以来活动速率*

田勤虎1，周本刚2，段 蕊1，卞菊梅1，魏青珂1

（1.陕西省地震局，陕西西安710068；2.中国地震局地质研究所，北京100029）

综合地形、断裂遥感解译以及钻孔联合剖面，考虑到渭河断裂东段在金家庄、东耳村一带存在一个左阶斜裂区，阶区宽约1 km，将断裂分为杨家村－金家庄段和东耳村－张家湾段，均为同生正断层，全新世有活动。使用研究区的十一条钻孔联合剖面，结合典型断错地层光释光年龄，建立了渭河断裂东段中更新世晚期以来的断裂活动速率曲线。结果显示杨家村－金家庄段全新世活动速率为0.04 mm／a，晚更新世活动速率在0.16～0.40 mm／a之间，中更新世平均活动速率在0.24～0.30 mm／a之间；东耳村－张家湾段全新世平均活动速率为0.12 mm／a，晚更新世活动速率在0.11～0.23 mm／a之间，中更新世平均活动速率在0.19～0.24 mm／a之间。通过与渭河断裂东部地区晚更新世以来的沉积速率曲线对比，在较长时间段里，地层沉积速率大于断裂活动速率，反映了渭河断裂垂向差异运动较弱，以至于隐伏于渭河阶地之下。

钻孔；联合剖面；渭河断裂东段；光释光年龄；断裂活动速率；地层沉积速率

从1960年代起，严阵［1］根据渭河盆地黄土台塬的分布等地貌特征，提出渭河河谷存在断裂，人们即开始对渭河断裂进行了探查与研究。“十五”期间，陕西省地震局开展了“西安市活断层探测与地震危险性评价”项目，查明了渭河断裂西安段（窑店－张家湾段）的展布和活动特征（图1）。“十一五咸阳市活断层探测与地震危险性评价”项目又查明了渭河断裂咸阳段（杨家村－窑店段）的展布和活动状态。渭河盆地遭遇过多次地震的影响［2］，渭河断裂在历史上发生过多次5级以上地震［3］，而渭河断裂东段（杨家村－张家湾段）是该断裂活动性较强的一段，通过对渭河断裂东段活动速率的研究，可以研究该断裂的潜在的地震危险性及地震发生趋势，为地震的中长期预报提供依据。本次主要通过多条钻孔联合剖面和典型地层的年龄样测试结果，分析研究渭河断裂东段的活动速率。

1 渭河断裂东段展布特征

图1 渭河断裂展布图

渭河断裂西起宝鸡，经眉县、武功、兴平、咸阳、西安，东至灞河［4］，是一条区域性隐伏活动断裂。根据断裂的活动强弱及其探查详细程度，我们将渭河断裂以杨家村为界，分为东西两段，西段断裂活动时代较弱，断裂展布不清。相比而言，东段活动较强，构造地貌表现较清楚，从DEM图上可以看出，自杨家村往东经咸阳、西安，在渭河阶地之间存在着一条明显的陡坎（图2），坎高约5～15 m。另外通过遥感影像解译（图3），渭河北岸阶地陡坎两侧发育有两套不同颜色的第四系沉积层，排除植被干扰后，南北两套沉积物影像特征仍有明显差异［5］。

沿这条地貌陡坎，西安和咸阳活断层探测与地震危险性评价项目进行了大量的浅层人工地震勘探，解释出了多个断裂异常点（图2），然后通过钻探和探槽等工作，最终确认为渭河断裂东段通过位置。渭河断裂东段西起杨家村，经程家村、魏家泉、金家庄、东耳村、陈家台、窑店、庇李村，到达张家湾，总长50 km，总体走向NE，倾向S，倾角较大，为正断层。考虑到断裂在东耳村、金家庄一带存在一个左阶斜裂区，阶区宽约1 km，将渭河断裂咸阳段分为杨家村－金家庄段和东耳村－窑店段（图4）。

图2 渭河断裂东段地形地貌图

图3 渭河断裂遥感影像解译图

图4 渭河断裂探测图

2 渭河断裂东段活动性勘探

断裂在宏观上定位以后，如何找到其上断点，探测出断裂的准确位置，前人在探测第四纪隐伏活断层中，使用钻孔联合剖面勘探方法已经进行了大量的尝试与探索［6－10］，查明了多条隐伏于城市覆盖层之下的活动断裂。根据浅层地震及遥感解译提供的断裂异常位置，“西安市活断层探测与地震危险性评价”、“咸阳市活断层探测与地震危险性评价”“咸阳市地震小区划”项目在杨家村到窑店段布设了11条控制性钻孔联合剖面（图4），揭示出了渭河断裂东段的展布及最新活动时代。考虑到文章篇幅，本文选取具有代表性的两条钻探剖面加以分析。

2.1 程家村钻孔联合剖面

在W2X和W2浅层人工地震勘探的基础之上，我们在浅层异常点附近的程家村布置了一条钻孔联合剖面（图5），剖面线近南北方向展布，横跨了渭河II级阶地后缘和III级阶地前缘，总长115.2 m，共5个钻孔。自南向北钻孔编号为：WZ1－5、WZ1－3、WZ1－1、WZ1－2、WZ1－4，相邻钻孔间距为：83.4 m、10.5m、11.3 m、10 m，孔深均为80 m。

图5 咸平路附近渭河断裂勘探图

钻孔联合剖面图显示（图6），钻探深度内地层可划分出4个明显的大层。

图6 程家村钻孔联合剖面图

表1 程家村剖面主要标志层的错距表

从整个钻孔联合剖面图可以看出，剖面中部存在明显的地层不连续现象。不连续部位位于WZ1－1和WZ1－2号钻孔之间，①～④层地层均被错断。断裂上断点位于3 m附近的人工填土层中，向下延伸到WZ1－3号钻孔南侧，断层面S倾。南侧地层下沉，沉积厚度增大，北侧地层相对上升，沉积地层厚度相对减薄，说明该断裂为同生正断层。表1所示为该剖面主要标志层的错距统计，断裂错断晚更新世地层8.15 m，错断中更新世地层32.2 m。

2.2 陈家台钻孔联合剖面

陈家台钻孔联合剖面位于咸阳市东陈家台（图7），近南北向共布设了7个钻孔，剖面线长218.4 m，自南向北钻孔编号为：WZ8－3、WZ8－9、WZ8－10、WZ8－2、WZ8－12、WZ8－11、WZ8－7，相邻钻孔间距为：25.3 m、38.6 m、28.9 m、46.4 m、33.6 m、45.6 m，钻孔深度80～90 m。从钻孔联合剖面图（图8）可以看出，整个剖面可以划分出4个较明显的大层，分别为：

②砂层及圆砾Qhal，灰黄色，河流冲积相沉积层，在每个钻孔中均有分布，以细中砂为主，夹有粗砂和圆砾，在其顶部夹有灰色粉质粘土，在WZ8－7孔中夹有较厚的灰色淤泥。该层整体较厚，层底埋深24.4～31.6 m，相应标高在352.98～358.49 m之间，局部有起伏，但没有明显的地层错动现象。

图7 陈家台钻孔平面位置图

图8 陈家台钻孔联合剖面图

由上述剖面的地层分布可以看出，WZ8－6、WZ8－7号钻孔之间存在明显的地层不连续现象，①②层为全新世地层，没有明显错动现象。错断现象主要在③、④层，断面南倾，南侧下沉，地层埋深大，地层厚度也较大，北侧地层埋深浅，地层厚度小，相对上升，说明该断裂为S倾同生正断层。在WZ8－5、WZ8－1号钻孔之间存在反倾向的次级断裂，与主断裂呈“Y”型状。以相对稳定的③－1、③－2、④－1三个标志地层进行对比，断裂垂直错距见表2。

3 渭河断裂东段活动速率分析

3.1 分段活动速率分析

鉴于渭河断裂东段在金家村、东耳村的斜裂阶区，我们分别对杨家村－金家庄段和耳村－张家湾段进行分析。本次使用钻孔联合剖面ZT1－ZT11和TC1、TC2探槽中的73组典型地层测年数据分析，在所探测的90 m地层中，钻孔揭穿了全新世及晚更新世地层，揭露了部分中更新世地层。大部分剖面中发现了断裂错断地层现象，错断地层多为晚更新世和中更新世地层，部分错断了全新世地层。综合钻孔联合剖面认为，渭河断裂东段是向南倾的同生正断层。同生正断层活动速率的计算方法，前人［11－12］已作了算法上的探讨。表3、表4中分别给出了杨家村－金家庄段和东耳村－张家湾段错断全新世、晚更新世、中更新世晚期地层的上断点埋深、错距及活动速率等参数。

表2 陈家台剖面主要标志层错距表

表3 杨家村－金家庄段错断地层参数

表4 东耳村－张家湾段断裂错断地层参数

剔除异常点和不稳定数据可以看出，渭河断裂东段全新世早期平均活动速率为0.12 mm／a，晚期活动速率为0.04 mm／a；晚更新世活动速率较大，在0.16～0.45 mm／a之间；中更新世平均活动速率在0.24～0.30 mm／a之间。分段来看，西小段杨家村－金家庄段全新世活动速率为0.04 mm／a，晚更新世活动速率在0.16～0.40 mm／a之间，中更新世活动速率在0.24～0.30 mm／a之间。东小段东耳村－张家湾段全新世平均活动速率为0.12 mm／a，晚更新世活动速率在0.11～0.23 mm／a之间，中更新世活动速率大多在0.19～0.24 mm／a之间。从图9、图10中更新世晚期以来断层活动速率对比而言，东耳村－张家湾段全新世活动速率较强，但中更新世和晚更新世则稍弱。

图9 中更新世晚期以来杨家村－金家庄段断层活动速率

图10 中更新世晚期以来东耳村－张家湾段断层活动速率

西小段的杨家村探槽（TC1）和程家村探槽（TC2）揭示渭河断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较大，在2～5.1 m之间；晚更新世晚期至全新世古地震的同震位移相对较小，在0.15～1.2 m，说明断层活动强度逐渐减弱。东小段的庇李村探槽（TC3）揭示出全新世以来有四次古地震事件，古地震事件同震位移在0.2～0.5 m之间，说明断层粘滑活动的强度较西小段全新世强。

3.2 中更新世以来断层活动速率与地层沉积速率对比分析

从渭河断裂东段活动速率曲线（图11）可以看出，134.0～100.0 ka断裂活动平稳，约为0.12 mm／a；81.1～28.8 ka断裂活动逐渐增强，最大活动速率达到0.45 mm／a，此后断裂活动逐渐减弱，到3.7 ka最小活动速率仅为0.04 mm／a。

图11 渭河断裂东段断裂与地层沉积速率曲线

“咸阳市活断层探测与地震危险性评价”项目在咸阳市秦都区南寨村进行了标准地层钻探，对地层年代进行了测试与划分［13］，本文以此建立了渭河断裂东部地区晚更新世以来的沉积速率曲线（图8）。曲线显示，118.3～44.9 ka沉积速率平稳，约0.36 mm／a；42.2～9.0 ka沉积速率陡然降低，平均0.27 mm／a，期间年平均沉积速率变化不大；9.0 ka以来沉积速率加快，2.2 ka至今年平均沉积速约为0.68 mm／a。从晚第四纪以来的沉积曲线来看，该区地层沉积变化稳定，整体波动变化较小。

综合分析晚第四纪以来的地层和断裂活动速率可以看出，在较长时间段里，沉积速率大于断裂活动速率，反映了渭河断裂垂向差异运动较弱，从而隐伏于渭河阶地之下。

4 结论

通过对渭河断裂东段钻孔联合剖面和探槽年龄样进行分析，得出了以下结论：

（1）渭河断裂东段位于咸阳市北侧渭河阶地陡坎前缘的杨家村、魏家泉、金家庄、东耳村、陈家台、窑店一线，考虑到断裂在东耳村、金家庄一带存在一个左阶斜裂区，阶区宽约1 km，将渭河断裂咸阳段分为杨家村－金家庄段和东耳村－窑店段。

（2）在所探测的90 m深度地层中，钻孔揭穿了全新世及晚更新世地层，揭露了部分中更新世地层。大部分钻孔联合剖面中发现了断裂错动地层现象，错断地层多为晚更新世和中更新世，部分错断了全新世地层，且地层埋深越深错距越大。

（3）西小段杨家村－金家庄断裂全新世活动速率为0.04mm／a，晚更新世活动速率在0.16～0.40 mm／a之间，中更新世平均活动速率在0.24～0.30 mm／a之间。东小段东耳村－张家湾断裂全新世平均活动速率为0.12 mm／a，晚更新世活动速率在0.11～0.23 mm／a之间，中更新世平均活动速率大多在0.19～0.24 mm／a之间。

（4）从断裂平均活动速率可以得出，渭河断裂东段断裂活动速率整体由晚更新世至全新世减弱。但东耳村－张家湾段与杨家村－金家庄段存在着活动上的差异，东耳村－张家湾段全新世活动较杨家村－金家庄强，中更新世和晚更新世活动性则弱于杨家村－金家庄段，这也为我们将渭河断裂东段分为东西两小段提供了依据。

（5）在较长时间段里，渭河断裂东段晚第四纪以来地层沉积速率大于断裂活动速率，反映了渭河断裂垂向差异运动较弱，从而隐伏于渭河阶地之下。根据地震危险性评估及前人研究结果，渭河断裂东段在近200年内发震危险程度低～中等［13－14］。

本文释光年龄样品由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室年代学实验室测试。

［1］ 严阵.渭河谷地第四纪旋转大断裂［J］.中国第四纪研究，1965，4（2）：117－118.

［2］ 张宇翔，袁志祥.汶川8.0级地震陕西灾区震害特征分析［J］.地震研究，2010，33（3）：329－335.

［3］ 师亚芹，李晋，冯希杰，等.渭河断裂带古地震研究［J］.地震地质，2007，29（3）：607－616.

［4］ 陕西大地地震工程勘察中心.咸阳市地震小区划工作报告［R］.西安：陕西大地地震工程勘察中心，2011.

［5］ 陕西省地震局.咸阳市地震活动断层探测项目遥感解译报告［R］.西安：陕西省地震局，2011.

［6］ 徐锡伟，计凤桔，于贵华，等.用钻孔地层剖面记录恢复古地震序列河北夏垫断裂古地震研究［J］.地震地质，2000，22（1）：9－19.

［7］ 邓起东，徐锡伟，张先康，等.城市活动断裂探测的方法和技术［J］.地学前缘，2003，10（1）：93－103.

［8］ 柴炽章，孟广魁，杜鹏，等.隐伏活动断层的多层次综合探测：以银川隐伏活动断层为例［J］.地震地质，2006，28（4）：536－545.

［9］ 贾荣光，王志才，王健，等.潍坊市主要隐伏断层活动特征研究［J］.震灾防御技术，2007，2（3）：250－263.

［10］郝凯，田勤俭，刘保金，等.郑州老鸦陈断裂的探测与活动性调查研究［J］.地震学报，2008，30（4）：416－423.

［11］赵孟为.断层生长指数探讨［J］.石油实验地质，1989，11（3）：250－254.

［12］牟中海.同生断层活动速率的研究［J］.新疆石油地质，1991，12（3）：212－216.

［13］陕西省地震局.咸阳市活断层探测与地震危险性评价报告［R］.西安：陕西省地震局，2011.

［14］袁志祥.陕西省的地震危险趋势估计［J］.灾害学，1991（2）：30－38.

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，周本刚，段蕊，等.渭河断裂东段中更新世晚期以来活动速率［J］.灾害学，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”陕西省防震减灾重点项目“咸阳市活断层探测与地震危险性评价”（SCEC2008）；陕西省自然科学基础研究计划（2011JM5012）

田勤虎（1982－），男，陕西宝鸡人，工程师，主要从事城市活断层探测、工程地震.E-mail：glorich＠126.com