西秦岭北缘断裂带地震危险性与危害性

王爱国 袁道阳 张波 吴赵 邵延秀 王金烁

王爱国，甘肃省地震局副研究员，博士，硕士生导师，2011年在美国加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）做交流访问学者。主要研究方向为活动构造、地震工程、地震安全性评价及相关数值模拟。负责完成“西秦岭北缘断裂中东段最新构造活动与大震危险性”“漳县活动断层探测与地震危险性分析”“哈南-青山湾-稻畦子断裂1∶5万活动断层填图”“核燃料后处理厂金塔厂址可研阶段地震安全性评价”等省部级科研与工程项目十余项，发表各类论文60余篇，获省部级科技成果二等奖3项。

断裂带概况

中国西部是全球地震多发地区之一，而地震尤其大地震的发生又与活动构造关系密切。据统计，我国全部8级、绝大部分7～7.9级地震均发生在活动块体边界活动构造带内（邓启东，2003）。西秦岭北缘断裂带位于中国西部青藏高原东北缘，为我国Ⅰ级活动构造分区青藏断块区东边界内一条主要的活动断裂，也是Ⅱ级活动构造东昆仑—柴达木断块和祁连山断块的边界断裂东延段（图1），地震活动强烈。

断裂带西起青海同仁附近，向东经太子山、漳县、武山、天水，至宝鸡附近与秦岭北缘断裂相连，全长约470km，总体走向NW50°～70°，为一条规模大、晚第四纪活动强烈的区域性左旋走滑断裂带。断裂在航空照片、卫星影像及地形图上有清楚地貌显示，区域上表现为连续的大型沟槽地貌及系列山脊、水系左旋错动，微地貌见线性谷、断层崖、断层陡坎及断塞塘等断层新活动地貌。

历史上沿该断裂带曾发生过多次强震，如公元前193年临洮6～7级地震、公元前47年陇西6¾级地震、128年甘谷6½级地震、143年甘谷西7¼级地震、734年天水7级地震、1765年甘谷—武山6½级地震和1936年康乐6¾级地震等，每次地震都给断裂沿线居民造成重大财产损失和人员伤亡（国家地震局震害防御司，1995；袁道阳，2007；雷中生，2007）。

图1 西秦岭北缘断裂带几何展布及附近区域DEM图（地表破裂）F1.西秦岭北缘断裂带：F1-1.锅麻滩断裂、F1-2.漳县断裂、F1-3.武山-甘谷断裂、F1-4.天水-宝鸡断裂、F1-5.杨河-固城断裂、F1-6.秀峰山北缘断裂；F2.六盘山断裂带；F3.渭河断裂；F4.秦岭北麓断裂；F5.礼县-罗家堡断裂；F6.徽成盆地边缘断裂；F7.临潭-宕昌断裂；F8.光盖山-迭山断裂；F9.通渭断裂；F10.西巩驿-李店断裂；F11.会宁-义岗断裂；F12.马御山北缘断裂带；F13.拉脊山断裂带

断层几何结构与新活动特征

断层几何结构包括断层在地表出露位置的几何展布、断层面的倾向、倾角等空间参数及结构关系。断层的活动性质可分为逆断层、正断层、走滑断层以及压—扭或张—扭混合类型。通过断层几何结构特征及活动性质，可推知断裂所处的构造应力环境与地震动力学特征。

在收集前人研究成果的基础上，经过高清卫星影像解译及多次现场追踪调查与研究，确定了西秦岭北缘断裂带地表几何展布细结构（图1）。西秦岭北缘断裂带由主断裂及分支断裂组成，主断裂从西向东可分为锅麻滩断裂（F1-1）、漳县断裂（F1-2）、武山—甘谷断裂（F1-3）及天水—宝鸡断裂（F1-4）四条大的断裂段，分支断裂则包括秀峰山北缘断裂（F1-5）和杨河—固城断裂（F1-6）。4条主断裂段呈左旋左阶斜列的关系，断裂段之间为莲麓阶区、鸳鸯镇阶区和温家套阶区等拉张阶区。分支断裂作为主断裂段端部延伸，在断裂活动中起到了应力调整与构造转换作用。根据项目组多年的补充调查研究，主断裂4个断裂段及2个分支断裂均为全新世活动断层，新活动强烈。

1.锅麻滩断裂（F1-1）：该断裂西起夏河县甘加盆地，向东经大槐沟、松香滩、羊毛沟、锅麻滩至洮河莲麓以东，长约165km，由3条斜列的断裂组成，断裂走向变化较大，总体走向NW60°～70°，倾向不一，倾角65°～80°。断裂在甘加盆地切龙沟、羊毛沟、松香滩、锅麻滩等地断错地貌明显，主要表现为冲沟、阶地和山脊的左旋断错，形成断层崖、断层陡坎、断塞塘、断层三角面及断裂槽地等特征地貌，断层沿线有较多的断层泉出露。甘加盆地探槽揭露断层断错最新地层年代为3602±89a B.P.，覆盖层下部年代为1392±54a B.P.；松香滩南西探槽也揭露断层断错全新世晚期坡积层，表明断层全新世活动强烈，断层活动性质以正左旋走滑活动为主。分支断裂围子山-大夏河断裂上保留有1936年康乐6¾级地震地表破裂带，表现为基岩崩塌、断层陡崖、地裂缝等（图2）。

图2 锅麻滩断裂围子山段地震地表破裂（据张波，2015）(a)破裂带分布；(b)基岩陡崖与基岩崩塌；(c)断层陡坎与断塞塘；(d)新洪积扇上的断层陡坎

图3 漳县断裂地震地表破裂带(a)庞家湾东；(b)白石头南；(c)李坪村东北；(d)地震鼓包及错动面

2.漳县断裂（F1-2）：漳县断裂东起酸刺湾，向西经青崖下、董家山、庞家湾，穿过漳县盆地后，经潘家坪、吴家山至阳壑背后，然后顺车厂沟向西，越过分水岭，经黄香沟、黑林沟终止于洮河西岸。总体走向NW60°～70°，倾向NE，倾角46°～85°，长104km。沿断层带线性地貌清晰，断层崖、断层陡坎发育，山脊、河流、洪积扇、山麓坡积层及文化层等被左旋断错的现象屡见不鲜，多处可见地震崩积楔、坡积楔、充填楔及断塞塘淤积。西段黄香沟段探槽揭露全新世有过多次活动；东段补充调查也发现连续的断错全新世地貌现象及历史地震遗迹，闫家坪断层剖面及探槽揭露断层断错全新世晚期沉积物，14C测年结果分别为 2670±30a B.P.与 2010±30a B.P.。断层新活动明显，总体为左旋走滑特征。

在庞家湾东、李坪村东北、白石头南、黑牛坪及盘古村西山坡上，由于地势原因地表破坏相对小而保留了部分143年甘谷西7¼级地震的地表破裂。残留的地表破裂带形态基本以线性展布的U形或V形沟槽为主（图3）。

3.武山—甘谷断裂（F1-3）：断裂东起凤凰山南麓的胡家沟，向西经东三十里铺、武家河、北坡寺、洛门南、武山北止于鸳鸯镇附近，长约70km。断裂走向NW70°～80°，倾向NE或SW，倾角60°～70°。该断裂沿线线性影像清晰，晚第四纪以来活动显著，地貌上主要表现为断层垭口、断层沟槽、断层陡坎、山脊与水系的同步左旋、阶地左旋位错及顺断层两侧分布的滑坡等。断层活动在武山堡子村探槽剖面揭露至少在4.21±0.45ka B.P.以来有过活动，在武家河乡剖面显示断层在710±30a B.P.以来有过活动，表现为正左旋走滑特征。

断裂西段至今仍保留部分深切的地震断层沟槽、黄土中密集发育的张性构造裂缝、滑坡体和串珠状落水洞等地表形变现象遗迹，应为公元前47年陇西6¾级地震地表破裂遗迹（图4）。

图5 天水—宝鸡断裂典型断层地貌与剖面(a)上马头梁断层崖、断层左旋与探槽；(b)上马头梁西断层沟槽与笔直的断层陡坎；(c)杨家河断层剖面；(d)李家店子断层剖面

4.天水—宝鸡断裂（F1-4）：断裂西起凤凰山南麓，向东经营房梁、南河川、师白村、社棠北、后庄里、葡萄园、吴镇、拓石、通洞至坪头北，长约150km。断层总体走向NW60°～80°，倾向SW，倾角70°～80°。西段沿凤凰山南麓展布，中段基本沿渭河谷地展布，沿断裂带形成宽阔的U型裂谷及冲沟地貌，卫星照片上显示的线性特征非常清楚，上马头梁与凤凰山南缘可见多条冲沟及山梁同步左旋，并保留了笔直的线性断层陡坎。野外调查剖面清理与探槽开挖发现，杨家河断层左旋断错晚更新世黄土及表层松散堆积粉土；上马头梁探槽揭露断层断错最新地层14C测年结果2440±30a B.P.；李家庄子断层剖面断错粉质黏土，覆盖层底部14C测年结果310±30a B.P.。以上证据（图5）均表明该断裂全新世有活动。断层性质表现为张性正断兼左旋走滑特征。

5.杨河—固城断裂（F1-5）：断裂西起榜沙河东，向南东经漆河村、四门镇、杨河乡、固城南向东南延伸，长约48km，总体走向约NW15°～25°，由多条不连续的断层段组成。断层线性影像及地貌清晰，四门镇及杨河附近断层左旋断错了一系列的山脊、冲沟及冲洪积台地，地表形成线性的断层陡坎或陡崖。在四门镇南断层断错山脊处，出露断层剖面（图6）揭示断层断错最新地层顶部14C测年结果为840±30a B.P.，覆盖层底部年代14C测年结果为现代碳。剖面及地表地貌表明断层全新世有活动，活动性质为左旋走滑兼逆冲性质。

图6 杨河—固城断裂地貌(a)及四门镇西南断层剖面(b-c)

6.秀峰山北缘断裂（F1-6）：断层西起硬山村西，SE70°方向断续经年集寨、天水郡红山机械厂、水家沟、上湾里、两旦河、至老鸦河，呈舒缓“S”形展布，长约45km。断层倾向南西，倾角较陡。断裂在卫星影像及地貌上非常清晰，为西南侧高山与山前梁状丘陵之间的地貌分界线，沿断层发育断层沟、负地形及鞍状地貌等。沿断裂在硬山村、年集寨、吕二沟、水家沟等地多处可见断层剖面。毛集村断层左旋断错冲沟T2阶地并残留断层陡坎，在冲沟T1阶地上开挖的探槽揭示，断层断错T1阶地砾石层（图7），表明断层全新世晚期有活动，断层性质为逆冲兼左旋走滑特征。

图7 秀峰山北缘断裂毛集村断层地貌与探槽剖面(a)断层陡坎及阶地左旋断错地貌；(b)T1阶地上开挖的探槽剖面

历史地震和古地震揭示的地震危险区与危险性

历史地震指发生在有地震仪器记录之前，依据历史文献记载确定的地震事件；古地震主要指通过探槽、地表变形等揭示的全新世以来发生的人类历史记载以前所发生的地震；特征地震指在同一活断层段上重复发生同震位移量或震级相近的地震，具有一定的准周期性。对于历史地震活动资料丰富的断裂或断裂段，可通过历史地震（或全新世古地震研究成果）的时间与空间分布规律，确定地震发生空间规律、准周期及离逝率，判定地震发生的危险性。

西秦岭北缘断裂带历史地震多发，项目组在断层野外调查研究中，发现了一些历史地震破裂遗迹及一些新的断层剖面，结合课题组历史地震调查资料，对西秦岭北缘断裂及周边断裂历史地震的发震断裂归属及历史地震地表破裂进行了研究，确定了公元前47年陇西6¾级地震发震断裂为西秦岭北缘断裂带武山—甘谷断裂西段（F1-3西段）、143年甘谷西7¼级地震发震断裂为漳县断层（F1-2）、734年天水7½级地震发震断裂应为秀峰山北缘断裂（F1-5）与凤凰山断裂（F1-4西段），1936年康乐6¾级地震发震断裂应为锅麻滩断裂东段（F1-1东段）。这些研究成果厘清了该区历史地震与发震断裂段的破裂关系，为该区地震危险性预测奠定了基础。

通过探槽开挖，对西秦岭北缘断裂各段也取得了一定的成果：锅麻滩断裂西段古地震事件Ⅰ的年代为距今约（1932±54）a前，事件Ⅱ的年代距今为（3602±89）a与（5880±115）a之间，复发周期约2800年，最后一次古地震的离逝时间约为（1932±54）a；锅麻滩断裂东段最近两次历史地震事件时间分别为公元前193年临洮7级地震和1936年康乐6¾级地震，地震复发间隔约为2100年左右，最新地震离逝时间只有不到100年；漳县断裂古地震复发周期为2400～2800年，最新历史地震为143年7¼级地震，距今已经1870多年。

综合历史地震与古地震资料，以及地震与发震断层段的关系（图8），西秦岭北缘断裂存在锅麻滩断裂西段、漳县断裂段及天水东三个地震空区，其中以漳县地震空区历史地震离逝率最大，危险性最高。选择BPT模型对其未来发震概率进行估算，并以半定量的消逝率为参考对比，漳县断裂未来发生7.5级地震的概率累积至2017年的发震概率约39.1%，累积至未来50年、100年、200年的发震概率分别约为41.2%、43.3%、47.4%。

地震危害性

由于西秦岭北缘断裂有着长期的发育演化历史，顺断层形成了一系列的断层槽地、断层垭口平台、大小不等的拉分盆地等地貌，这些地方往往成为人类选择的居住地。由于这些地方位于断层面之上，受直下型地震的影响，其上建筑物破坏往往是毁灭性的。如2013年甘肃岷县漳县6.6级地震中，位于断层带上的永光村、永星村、车路村、拉路村等，房屋大部分倒塌或严重损坏，成为受灾最为严重的村落。

采用高清卫星影像进行统计，居民点主要密集地分布于断裂带中东段低山丘陵区，特别是天水—漳县一带，西部中高山区居民点则较少。根据统计结果，现今直接位于西秦岭北缘活动断裂上的自然村落有111个，乡镇4个（表1）；断裂带两侧1km范围内的行政村有219个；断裂从漳县县城和天水市区穿过。因此，一旦西秦岭北缘断裂发生中强地震，将给沿线居民安全和财产造成极大的危害。

图8 西秦岭北缘断裂带历史地震破裂带分段与地震危险区判定

表1 坐落于西秦岭北缘活动断裂上的居民点

图9 西秦岭北缘断裂带漳县盆地段断裂展布图（探测后）

另外，西秦岭特殊的构造与地理位置，使其成为横亘在中国南北方之间的一道天然屏障，连通南北和东西的线性工程如铁路、高速公路、高铁、油气管道、高压输电线路等都要跨越西秦岭北缘活动断裂，断裂的蠕滑活动与地震活动都将对这些生命线工程造成极大危害，需要针对这些工程做专门的研究工作，以保证工程安全性。

减灾对策

西秦岭北缘断裂是位于甘肃境内的主要区域性活动断裂，针对该断裂的活动性与地震危险性，甘肃省地震局做了大量的基础研究与地震趋势研判工作。为减轻该断裂可能造成的危害性，具体可采取以下减灾对策。

1.加强断层新活动特征与地震危险性的深入研究。国家地震局兰州地震研究所（1991）曾对该断裂凤凰山以西区段进行了1‥5万地质填图，给出了该断裂段几何展布特征、滑动速率及古地震特征初步结果。随着高清卫星影像、差分GPS测量、低空航空摄影测量等高精度测量技术及测年技术的应用以及大探槽开挖技术的发展等，甘肃省地震局针对不同区段断裂特征进行了补充工作，逐步得到该断裂完整的几何展布图像与运动特征，并从历史地震灾害特征、地震活动性、地貌特征、位移亏损、b值扫描等方面对断裂破裂分段及地震危险性进行了分析，对断裂未来地震危险区与危险性进行判断，为断裂带沿线区域防震减灾工作提供指导意见。

2.加强断裂带沿线重要城市小区划与活断层探测工作。针对位于西秦岭北缘活动断裂带上的天水市区和漳县县城，在2008年汶川地震灾后恢复重建中，甘肃省地震局对天水市区进行了地震小区划工作；在2013年岷县漳县6.6级地震灾后恢复重建中，对漳县县城进行了活动断层探测与地震危险性分析工作。通过以上项目，确定了城市及周边断层展布位置，为城市发展规划、土地利用、重大工程选址以及防震减灾提供了科学依据，提高政府对防震减灾的决策效能。如漳县县城所在的漳县盆地，前人研究认为该盆地是一个拉分盆地，但进行活断层探测工作后，认为盆地演化晚期在继承、改造南北两侧先期逆冲断裂的基础上，断裂左旋走滑运动贯通了盆地东西两侧，在盆地中间部位新形成了一条左旋走滑断裂（图9）。天水市小区划成果及断裂分布成果则被甘肃省地方标准《建筑抗震设计规程》（DB62/T25-3055-2011）所吸收。

3.加强断裂带的地震监测。提高地震监测人员对该断裂的重视与警觉，充分利用现有监测手段及准备新开展的连续观测手段如跨断层GPS、断层气监测等，加强该断裂带的地震监测。在新增加的监测手段选址中，加强地质人员与监测人员的沟通，联合进行选址，提高观测结果的可靠性。

4.与地方政府加强沟通，给出断裂与沿线城镇村庄的确切位置关系，提出避让方案；在城镇规划、新农村建设等工作中提供技术支撑。

5.加大相关县市防震减灾科普宣传，利用各种形式，如宣传日、海报、讲座、地震演练、知识竞赛等，让百姓逐步了解地震灾害知识、地震灾害的预防与应对等方面知识，进一步提高全社会防御地震灾害的能力。