西秦岭北缘断裂带西端的活动性及其对西宁至成都铁路方案的影响

2020-08-13张志亮

华南地震 2020年2期

张志亮

（中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043）

0 引言

西秦岭北缘断裂带是青藏高原东北缘一条强烈活动的区域性深大断裂,控制着东昆仑—柴达木断块和祁连山断块等2个Ⅱ级块体的边界（图1）。沿断裂带,曾发生过公元128年甘谷61/2级、143年甘谷西71/4级、734年天水71/2级地震、1765年甘谷—武山61/2级地震和1936年康乐63/4级等多次历史强震和大震。关于断层的几何结构、晚第四纪活动性与活动参数,很多学者先后开展过调查和研究工作,积累了丰富的基础资料和研究成果[1-13]。断裂带总体呈NWW向,东端延向渭河盆地,终止于陇县—宝鸡断裂带；而断裂的西端终止到哪,却依然存有疑问。国家地震局兰州地震研究所[3]1/5填图工作认为断裂西端延到土房村附近。张波等[14]沿土房村以西段开展了调查,认为断裂西端延到了甘家镇南侧的切龙沟附近,并终止于甘家盆地东缘。规划中的西宁至成都铁路（简称西成铁路）设计线路拟从甘家盆地穿经,西秦岭北缘断裂带西段的活动性及其端部终止位置,直接关系到铁路安全。对此,我们在甘家盆地一带开展了断裂活动性调查,获得了一些新的资料。本文拟在这些资料的基础上,分析和探讨西秦岭北缘断裂带西端的活动性及其对铁路的可能影响。

1 构造背景

受印度板块与欧亚板块的挤压、碰撞影响,青藏高原持续隆升,并向N-NE推挤,造成青藏高原东北部发育东昆仑断裂带、西秦岭北缘断裂带和祁连山北缘—海原断裂带等一系列大规模的NWW-NW向左旋走滑断裂,将高原分割成几个次级块体。西秦岭北缘断裂带是东昆仑—柴达木块体和祁连山块体边界的重要组成部分,东起宝鸡,往西经天水、武山、漳县、和政,至临夏以西的青海同仁一带,长约500 km ,总体走向NWW,倾向NE,左旋走滑性质。关于断裂带的几何结构破裂分段,综合不同学者的认识[3,9,12,13],断裂带总体可分为6条主要次级断裂,从东往西依次为：宝鸡—天水断裂、秀峰山北缘断裂、武山—甘谷断裂、杨河—固城断裂、漳县断裂、锅麻滩断裂（图1）。

图1 西秦岭北缘断裂带平面展布简图Fig.1 Distribution of the western Qinling fault zone

宝鸡—天水段是西秦岭北缘断裂带的最东段,从天水以西的凤凰山南麓一直东延至渭河出山口附近,西段沿凤凰山南麓展布,天水以东,大致沿渭河谷地展布,长约110 km,由2～3条次级断裂组成,活动性质以左旋走滑为主,局部张性正断。沿该段断裂无历史大震记录,探槽揭露,断层断错了14C测年结果为（2440±30）a B.P.的地层[13]。

秀峰山北缘断裂从硬屲村西,呈SE70°方向,延至两旦河、老鸦河一带,长约45 km,控制西南侧高山与北东侧山前梁状丘陵之间的地貌分界。毛集村一带,断层左旋断错了冲沟T1-T2阶地,T1阶地上探槽揭露,断层断错了T1阶地砾石层。该段断裂为公元734年天水7½级地震的发震断裂,该次地震中,凤凰山断裂也可能同时破裂[13]。

武山—甘谷断裂东起凤凰山南麓的胡家沟,经武家河、武山,止于鸳鸯镇西苟家山附近,长约70 km,倾向NE,倾角60°～70°,左旋走滑,局部兼有正断性质。断裂晚第四纪以来活动显著,发育断层沟槽、断层陡坎、山脊与水系同步左旋等微地貌,晚第四纪以来的平均水平滑动速率约2.5 m/a,垂直速率为0.5 mm/a。沿断裂段发生过公元前47年陇西6¾级地震,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同震地表破裂与变形遗迹局部仍然可辨。

杨河—固城断裂西起榜沙河东,向南东经四门、杨河,至固城南东一带,长约48 km ,由多条不连续的断层段组成。在四门和杨河附近,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。断层断错地层的顶部14C样品测年结果为（840±30）a B.P.。沿断裂有2次5～6级地震记录,但无6级以上历史地震记录。

漳县断裂东起酸刺湾,向西经董家山、庞家湾,穿过漳县盆地后,顺车厂沟向西,越过分水岭,经黄香沟、黑林沟,止于洮河西岸,总体走向290°～300°,倾向NE ,倾角65°左右,长近110 km。沿断裂,线性影像特征清晰,断层崖、断层陡坎、水洗位错等微地貌发育。全新世以来的平均左旋滑动速率为2～3 mm/a ,垂直速率约1.2 mm/a[4]。闫家坪探槽揭露断层断错了14C测年结果为距今约（2010±30）a的全新世晚期沉积物。黄香沟探槽揭露出6次地震事件 , 从老到新依次为 13480±240、9890±220、7020±93、5148±62、3028±94 和 1163±44 a B.P.,平均复发间隔约2400年[11],最新一次事件即公元143年甘谷西7¼级地震,沿断裂多处可见地震崩积楔、充填楔及断塞塘淤积。

锅麻滩断裂是西秦岭北缘断裂带的最西段,与东侧的漳县断裂左阶斜列,东端起于洮河西岸的莲麓附近,往西几何结构较为复杂,由多条更次一级的断裂组成。其中,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[16]。松香滩南西的探槽揭露断层断错全新世晚期坡积层,活动性质以正左旋走滑活动为主。

2 甘家盆地一带的断裂活动性

甘家盆地是高原内部一个小型的新近纪以来形成的山间汇水盆地,水系从南、西、北三面向东汇聚至央曲,盆地东西长约23 km ,南北宽约18 km ,总体呈西宽东窄的斗状（图2）,最低海拔2930余米。从西缘山体延向盆地最低点,发育有两排近南北向的基岩垄脊。盆地周缘以新近系红层为主,往盆地中央直接过渡到山麓洪积扇形或洪积平原型、河谷型晚更新世—全新世堆积,基本未见早—中更新世地层。

沿西秦岭北缘断裂带,从八五期间1/5万填图的西端点土房村再往西,1/20万和1/25万地质图上都标示出多条断层,且空间位置有较大差别。影像上和地貌上,断层地表活动迹象并不十分明显,仅局部有所显示。经探槽揭露,盆地东缘的切龙沟附近局部线性槽谷为断层活动引起,最新一次活动的时间在距今（1932±54）年左右[14]。断裂形迹终止于盆地东缘。

图2 甘家盆地一带活动构造简图Fig.2 Active tectonic map around the Ganjia basin

甘家镇央曲北岸（102°33'30.9"E,35°23'41.9"N）一带,是线性影像比较清晰的一段,地貌上,为NWW向线性陡坎。陡坎前缘经开挖揭露,断层断错了央曲的T2阶地基座砾石层,并影响到了近地表的含砾石次生黄土（图3）,但最顶层黄土未见明显断错。剖面揭示这一陡坎地貌为断层晚更新世-全新世活动形成,但全新世活动可能已减弱。从该点往西南方向延伸,在（102°34'04.1"E,35°23'06.2"N）一带也见有两个断层剖面,断层断错了古近纪红层（图4）。地貌上未观察到明显的断错微地貌。该断层与央曲北岸断层似呈右阶斜列。

图3 甘家镇央曲北岸（102°33'30.9"E,35°23'41.9"N）处断层剖面图Fig.3 Fault profile of the north bank of Yang river in Ganjia town

图4 甘家镇央曲南岸（102°34'04.1"E,35°23'06.2"N）处断层剖面图Fig.4 Fault profiles of the south bank of Yang river in Ganjia town

甘家盆地北缘基岩山前一带,线性影像特征非常清晰,长近10 km。地貌上,为灰岩山前断层陡崖。在（102°34'14.6”E , 35°26'51.6”N）处,见有基岩破碎带出露（图5）,发育断层泥,但已基本固结或半固结。沿断层走向,断层控制山前古近系山麓红层堆积,断层陡崖和断层三角面清晰,但山麓堆积未见明显变形迹象。断层最新活动可能在第四纪早期。

图5 甘家盆地北缘一带地貌与断层剖面图Fig.5 Geomorphology and fault profiles along the northern margin of the Ganjia basin

盆地西缘的3条近南北向线性影像,为3排向西倾的高角度逆断层带,多处见有断层剖面出露（图6）。最西侧的第一排,断层发育于灰岩中,上覆有较厚的Qp3-Qh坡洪积含砾砂土。最东侧的第3排,断层发育于花岗岩中,断面非常清晰,断层泥发育,半固结为主,局部较松散。断层均上覆洪坡积含砾砂土。几排逆断层的最新活动时代可能在第四纪早期。

3 讨论

甘家盆地周缘断裂活动性调查结果显示：甘家盆地是一个西高东低的新生代箕状汇水盆地；盆地西缘受3排高角度逆断层控制；盆地北缘,受NWW向山前断层控制；盆地南缘,未见控盆山前断裂；盆地东缘,西秦岭北缘断裂发散为多条断层,其中,有2支断层晚第四纪以来可能仍有活动,但地表断错迹象已明显减弱,2支断层也基本止于盆地东缘。综合这些观察结果,甘家盆地可能是古近纪形成的一个高原内部小型压陷性盆地。受西侧逆冲阻挡影响,西秦岭北缘断裂活动已进入尾端。从区域构造环境看,日月山断裂以东,拉脊山断裂带、倒淌河—循化南山断裂带以及西秦岭北缘断裂带,走向和活动性质近似,总体呈右阶斜列,与之间间夹的拉脊山和循化南山组成一组NWW向构造。西秦岭北缘断裂带往西,构造活动可能已向北迁移。

图6 甘家盆地西缘一带断层剖面图Fig.6 Fault profiles along the western margin of the Ganjia basin

也就是说,甘家盆地的东缘已是西秦岭北缘断裂带的尾端。正在规划中的西宁至成都铁路线路方案从甘家盆地西侧穿行,未直接穿经西秦岭北缘断裂西段2条主要活动断裂,未来遭遇该断裂突发位错的可能性不大。但由于盆地东缘附近的西秦岭北缘断裂西端仍有全新世地表弱活动迹象,未来存在发生7级左右地震的可能,线路规划需要考虑该断裂可能产生的地震动影响。