【类型】期刊

【作者】扈桂让，李自红，闫小兵，赵晋泉，曾金艳，郭瑾（山西省地震局；太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站；山西省地质环境监测中心）

【作者单位】山西省地震局；太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站；山西省地质环境监测中心

【刊名】地震地质

【关键词】 韩城断裂；构造地貌；晚第四纪；活动性

【资助项】地震行业科研专项；中国地震局地质研究所基本科研业务专项

【ISSN号】0253-4967

【页码】P206-217

【年份】2019

【期号】第1期

【期刊卷】1;|6;|7;|8;|2

【摘要】在1:5万活断层地质地貌填图的基础上,对韩城断裂的构造地貌特征及晚第四纪活动性进行了详细研究。依据断裂的构造地貌、活动性及几何展布特征等将断裂自北向南分为3段:西硙口至盘河段、盘河至行家堡段和行家堡至义井段。断裂的活动性自NE向SW是逐渐变弱的。西硙口至盘河段为典型的盆山地貌,全新世活动,全新世中期以来的垂直滑动速率估算>0.8mm/a;盘河至行家堡段,断裂沿黄土台地前缘展布,晚更新世晚期活动,晚更新世晚期以来的垂直滑动速率约为0.49mm/a;行家堡至义井段,断裂伸入渭河盆地北部黄土塬中,晚更新世早期黄土中发育裂隙及砂土液化现象。

【全文】 文献传递

韩城断裂晚第四纪活动性研究

扈桂让1，2) 李自红1，2)* 闫小兵1，2)赵晋泉1，2) 曾金艳1，2) 郭 瑾3)

1)山西省地震局， 太原 030002 2)太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站， 太原 030025 3)山西省地质环境监测中心， 太原 030024

摘 要：在1︰5万活断层地质地貌填图的基础上， 对韩城断裂的构造地貌特征及晚第四纪活动性进行了详细研究。依据断裂的构造地貌、 活动性及几何展布特征等将断裂自北向南分为3段： 西硙口至盘河段、 盘河至行家堡段和行家堡至义井段。断裂的活动性自NE向SW是逐渐变弱的。西硙口至盘河段为典型的盆山地貌， 全新世活动， 全新世中期以来的垂直滑动速率估算>0.8mm/a； 盘河至行家堡段， 断裂沿黄土台地前缘展布， 晚更新世晚期活动， 晚更新世晚期以来的垂直滑动速率约为 0.49mm/a； 行家堡至义井段， 断裂伸入渭河盆地北部黄土塬中， 晚更新世早期黄土中发育裂隙及砂土液化现象。

关键词：韩城断裂 构造地貌 晚第四纪 活动性

0 引言

韩城断裂是汾渭断陷带南段的1条边山断裂， 北端与罗云山山前断裂相接， 南端终止于峨嵋台地南缘断裂(图1)。该断裂整体呈NE向展布， 始自山西省河津市西硙口， 向西南经禹门口进入陕西省境内， 经韩城西侧的高许庄、 山底村、 吕家坡伸入合阳境内， 经合义村、 岱堡村等终止于义井一带， 总长约120km。

曹家欣等(1964)对该断裂进行了初步研究， 认为该断裂是老断层复活的典型例证， 并讨论了断裂的类型与构式、 活动的阶段性及对地貌和新生代地层的影响。申屠炳明等(1990)对韩城断裂活动特征及古地震遗迹进行了初步讨论， 认为晚更新世末以来至少有过1次破坏性强烈地震。杨梅忠等(1994)对韩城断裂北山的基岩破裂带进行了研究， 认为其是在新构造运动强烈上升的背景下产生的。总的来说， 前人对韩城断裂的研究主要集中于新构造演化、 断裂的古地震遗迹及基岩地表破裂调查等问题上， 断裂的活动特征虽有涉及， 但多以定性研究为主， 对于晚第四纪以来断裂的分段活动特征、 断裂剖面及测年断代、 定量参数等方面研究程度较低且缺乏系统性。而研究断裂的晚第四纪活动特征对于评价断裂的地震危险性有着非常重要的意义(邓起东等， 1993； 徐伟等， 2014)。本文在韩城断裂1︰5万活断层地质地貌填图的基础上， 运用遥感解译、 地质地貌调查、 探槽、 测年等手段， 对该断裂的晚第四纪活动性进行了详细的研究。

1 区域地质背景

韩城断裂是汾渭断陷带与鄂尔多斯隆起的分界断裂之一(图1)。该断裂演化于燕山时期的逆断层， 新生代转变为正断错动， 并在下降盘沉积了较厚的第四系(国家地震局“鄂尔多斯周缘活动断裂系”课题组， 1988)。其中NE段侯马凹陷厚400～600m， SW段伸入渭河盆地北部的黄土塬区， 厚度<200m。断裂北部西硙口至盘河走向60°， 向SW以30°方向延伸至合阳行家堡， 然后转为50°走向。

基岩地层主要分布于断裂带北段的西硙口至盘河一带， 在上升盘密集分布， 主要为太古界花岗片麻岩， 寒武系白云岩， 奥陶系灰岩， 白云岩及石炭系、 二叠系的泥岩、 灰岩等。盘河以南多为黄土及次生黄土覆盖， 基岩在沟底或边坡处零星出露。断裂沿线广泛分布上新统、 下更新统、 中更新统、 上更新统、 全新统等新生代地层， 如图2。分布较广的成因类型主要为冲积、 洪积、 风积等。上更新统下部普遍发育1层古土壤层S1， 是判断中南段断裂活动的最主要标志层。

2 断层分段的构造地貌特征及其活动性

遥感影像解译及野外调查表明， 韩城断裂两侧的宏观地貌存在较大差异， 暗示着断裂活动对地貌的发育和发展起着重要的控制作用。依据断裂的构造地貌特征、 活动性及几何展布特征等， 以盘河及行家堡为界， 将该断裂分为3段： 西硙口至盘河段、 盘河至行家堡段、 行家堡至义井段。

2.1 西硙口至盘河段

该段总体走向60°， 长约30km。自西硙口经王家岭煤矿北、 杜家沟北， 过禹门口、 上峪口至盘河口一带。该段基岩与冲洪积平原高差达300～450m， 最大处达500～600m， 为典型的盆山地貌。遥感及DEM影像上均可看到明显的断裂线性地貌。

该段洪积扇裙发育。禹门口以东， 断裂分布在洪积扇裙前缘。洪积扇中发育的NW向冲沟中多见跌水， 落差达2m， 是断裂垂向快速错动的产物。禹门口以西， 断裂从扇体后缘和基岩接触处通过， 构成基岩山体与第四纪冲洪积物的分界， 基岩山体的高处残留有断层三角面、 断层崖等， 反映了断裂活动的多期性和较大的活动幅度。

杜家沟一带洪积地貌保存比较完整， 发育2级洪积台地。高台地呈残留鼓包状和脊状， 海拔540～600m； 低台地地形比较平整、 开阔， 海拔465～500m， 由洪积中细砂层、 砂质粉土层等构成， 夹含棱状、 次棱状砾石， 顶部光释光(DJG-1)测年结果为 (26.05±2.24)ka BP*中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室测定。。断裂从低台地前缘通过， 发育陡坎。运用RTK仪器对其实测， 得知该段低台地前缘断层崖高约30m(图3)。

在该段发现了多个晚第四纪断层剖面(图4)， 位置见图3a。其中杜家沟北见断层断错了上更新统， 直达地表； 在禹门口南等地， 洪积扇后缘同样见基岩与上更新统呈断层接触。上峪口探槽(图4c)揭示了2条断层， 错断了 (12.4±1.3)ka BP*山东省地震工程研究院土力学及年代学试验室测定。沉积的1套含砾黏土层。

程绍平等(1998)曾对黄河晋陕峡谷河流阶地进行过研究， 测得禹门口一带断层上升盘黄河I级阶地基岩面拔河19m， TL年龄为 (5.4±0.4)ka； 本次在断层下降盘黄河出口西岸测得I级阶地拔河高度约15m， 两盘落差>4m。据此可粗略测算全新世以来断裂的垂直滑动速率>0.8mm/a。

2.2 盘河至行家堡段

该段总体走向30°， 长约50km。自盘河出山口经沮水河河口向西南经吕家坡、 三甲村殿下村至行家堡北一带。该段进入黄土覆盖区， 并且自NE向SW黄土覆盖厚度逐渐增厚， 断裂从黄土台地前缘通过， DEM影像及野外考察均可见明显的线性陡坎。

该段北部发育的多条河流或冲沟(位置见图6)在跨越断层的出山口处均存在不同程度的右旋拐折， 遥感影像及1︰5万地形图均有清晰的显示， 如图5。这种同步现象应该是断裂右旋走滑运动引起的。另外， 在该段发现的5处断层剖面上， 古土壤层或小砾石层的断距都很小， 仅20～40cm， 且断面较为陡直。这些特征亦可作为断层具有水平运动特征的间接证据。申屠炳明等(1990)曾在此处进行过断裂右旋的调查研究， 并在 1︰2.5 万地形图上测量了各个河流的水平位错量。

与西硙口至盘河段相比， 本段断层活动较弱， 且向SW延伸更趋减弱。表现在地貌上两盘高差逐渐变小。例如， 通过DEM影像分析， 北部高许庄附近断层崖高达200m， 断层通过处附近1km坡降近200m； 向S至曹家沟， 断层崖高度降为100m， 断层通过处1km坡降至100m左右； 再向S至百良镇附近， 高度只有50m左右， 断层通过处附近1km坡降减至不足50m。

尽管该段进入黄土发育区， 但断层露头较为丰富， 地貌上沮水河两岸T2及以上阶地被明显错断。图6 为几个典型场点的断错情况。图6a为沮水河断裂两侧的阶地位相图， 其中断层两侧I级阶地没有明显的突变落差； Ⅱ级阶地突变显著， 出现了陡崖地貌， 两侧相差约17m。沮水河口的样品测年表明， 上升盘Ⅱ级阶地光释光(JSHK-1)测年为 (34.5±3.5)kaBP*中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室测定。， 由此算得此处断层晚更新世晚期的垂直滑动速率约为 0.49mm/a； 剖面b指示山底村附近黄土中古土壤S1被错断>8m， 上升盘S1已消失不见； 剖面c北头村西黄土中古土壤S1被多次错断， 最大断距为3.3m； 剖面d殿下村黄土中古土壤S1被3次错断， 最大断距为0.9m。从以上分析可看出， 该段晚更新世以来自NE向SW断距逐渐减小。

2.3 行家堡—义井段

该段总体走向50°， 呈弧形向SW延伸， 自行家堡， 过东吴村、 郭家坡、 西北坡、 南白村一直延至义井附近(图7)， 长约40km。该段已深入渭河盆地黄土塬区， 在上更新统黄土中形成地貌陡坎。

从DEM影像上可见明显的地貌陡坎。在北部行家堡、 中部郭家坡和南部南白村附近分别截取了地形剖面， 其中行家堡一带地形高差约100m， 断层通过处1km坡降约30m； 郭家坡一带地形高差约120m， 断层通过处1km地形坡降约60m； 南白村一带地形高差约60m， 断层通过处1km坡降约30m。从DEM影像及上述截取的剖面数据均可看出， 该段中部郭家坡一带地貌变形最大， 高差达120m， 甚至超过了芝水河至行家堡一带的地貌变形。为了描述断层通过处的地貌特征， 利用RTK进行了多个地貌剖面的高精度实地测量(图7 展示了其中3个)， 结果显示a、 b和c 3个场点的地貌高差分别为45m、 45m和35m。

该段除了在岱堡村北深沟底部见奥陶系灰岩与中更新统砂砾石层呈断层接触外， 其他位置均未发现断层露头， 但黄土中见有可能是断裂活动所导致的构造裂隙及砂土液化现象， 如图8。在东吴村西黄土冲沟陡壁上， 古土壤S1未明显错断， 只是在距沟口不远处见到竖向密集裂隙带穿越了S1； 又如， 在上东阳、 郭家坡、 醍醐镇等地， 冲沟底部多处见到砂土液化条带， 从底部向上延伸数米后不见。这些现象应该是断裂活动导致， 并且只影响到S1等下部地层， 未在晚更新世中晚期地层中发现此类现象。

早年地质矿产部门进行1︰20万地质填图时曾在行家堡以北开展过深钻孔施工。图7 给出了5个钻孔的位置和各孔揭露的地层及厚度。CK03和CK05分布于断裂的两侧， 均揭示出N2地层， 但是东侧的CK05比西侧的CK03厚63m， 说明上新世断裂垂直差异活动显著。然而从钻孔中第四系各统厚度差异明显变小、 甚至上更新统两侧厚度基本相同的情况分析， 进入第四纪后， 断裂的垂直活动强度逐渐减弱， 晚更新世以来活动水平已经很低。

3 断裂活动性的综合分析与讨论

综合以上地质地貌现象和实测数据可以看出， 韩城断裂3个段不但构造地貌特征不同， 而且活动性各异。断裂的构造地貌特征与其活动性有着较好的一致性。

西硙口至盘河段为典型的盆山地貌， 山前洪积扇发育。禹门口以北断裂沿洪积扇前缘展布， 以南逐渐转从扇体后缘通过， 局部基岩山体上残留有高大的断层三角面和断层崖，禹门口以北洪积扇体中发育的河流冲沟底部多见肉红色花岗片麻岩出露，而该段开挖于洪积扇前缘的1个探槽中也揭示出了断裂的上升盘下部地层为花岗片麻岩，这些证据说明禹门口以北的洪积扇发育于基岩低山之上，断裂从扇体前缘通过，以南低山逐渐消失。可能正是这种原因造成了该段断裂展布位置的渐变。该段盆山对比明显， 是断裂活动性最强的地段， 杜家沟一带见晚更新世晚期的地貌面被错断。根据黄河I级阶地断距>4m推算， 距今5,000a以来断层的垂直滑动速率>0.8mm/a。另外， 上峪口探槽揭示出的断层错断了距今1.2万a的地层。

盘河至行家堡段， 断裂沿黄土台地前缘分布， 线性陡坎清楚。该段断裂两侧的地形高差已降至200m， 且自北向南逐渐降低， 至芝水河以南转为宽缓的斜坡。该段北部盘河至沮水河一带河流及冲沟右旋扭曲明显， 晚更新世地层中垂直断距较小， 该段处于北段与中段的过渡地段， 晚更新世以来断裂活动以走滑分量为主， 主要活动时代应为晚更新世晚期至全新世早期。根据沮水河T2阶地约17m的垂直位错量得知， 距今3.5万a以来断裂的垂直滑动速率约为 0.49mm/a。

行家堡至义井段， 断裂进入渭河盆地并呈隐伏展布。该段未发现切实可靠的断错晚更新世早期古土壤层S1的断面， 但在断裂延伸位置附近， 见晚更新世早期黄土中发育有构造裂隙带及砂土液化现象，这些裂隙和砂土液化现象发育于地貌坎的下部，垂直于地貌坎延伸方向冲沟中的其他部位未发现此类现象，所以极有可能是断裂活动导致的。利用前人的钻孔资料分析， 认为该段断裂上新世时期活动显著， 第四纪以来活动性逐渐减弱， 晚更新世以来的垂直活动已经很弱， 未见全新世活动的证据。

4 结论

韩城断裂呈NE向展布于汾渭断陷带南段的西缘。按照构造地貌、 几何结构以及晚第四纪断裂活动性的差异， 可将断裂分为西硙口至盘河、 盘河至行家堡和行家堡至义井3段。西硙口至盘河段为典型的盆山地貌， 其中禹门口以北洪积扇体中发育断层崖， 显示的断裂沿台地前缘展布， 在禹门口以南逐渐转为从扇体后缘通过； 盘河至行家堡段， 断裂沿黄土台地前缘展布， 于盘河至沮水河一带见断裂水平错动导致的河流右旋扭曲， 相应的垂直错动逐渐减小； 行家堡至义井段， 断裂在黄土中形成地貌坎并呈弧形展布， 现今地貌特征为断裂继承性活动的累积。

断裂的活动性自NE向SW逐渐变弱。西硙口至盘河段活动性最强， 时代为全新世， 禹门口处全新世中期以来的垂直滑动速率>0.8mm/a； 盘河至行家堡段次之， 活动时代主要在晚更新世， 活动性自NE向SW逐渐降低， 沮水河处晚更新世晚期以来的垂直滑动速率为 0.49mm/a； 行家堡至义井段活动性最弱， 仅在晚更新世早期黄土中见有裂隙及砂土液化现象。

致谢 冉勇康研究员、 谢新生研究员、 马保起研究员、 冯希杰研究员等前辈亲临野外指导； 中国地震局地壳应力研究所、 山东省地震工程研究院对样品年龄进行了测试； 山西省地震局代县地震台贾海玉师傅不辞辛苦地野外驾驶与工作协助； 审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见和建议：在此一并表示感谢。

参考文献：

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(本刊编辑部)

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THE STUDY OF LATE QUATERNARY ACTIVITY OF HANCHENG FAULT

HU Gui-rang1，2) LI Zi-hong1，2) YAN Xiao-bing1，2)ZHAO Jin-quan1，2) ZENG Jin-yan1，2) GUO Jin3)

1)Earthquake Administration of Shanxi Province， Taiyuan 030002， China2)National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan， Taiyuan 030025， China3)Geological Environment Monitoring Center of Shanxi Province， Taiyuan 030024， China

Abstract：Based on the 1︰50 000 geological and geomorphologic mapping of active fault， the structural geomorphic features and activity of Hancheng Fault are investigated in detail. In the study， we divide the fault into three sections from north to south: the section between Xiweikou and Panhe River， the section between Panhe River and Xingjiabao and the section between Xingjiabao and Yijing， the three sections show different characters of tectonic landform. The section between Xiweikou and Panhe River is a kind of typical basin-mountain landform， where diluvial fans spread widely. In the north of Yumenkou， the fault deforms the diluvial fans， forming scarps， along which the fault extends. In the south of Yumenkou， the fault extends along the rear edge of the diluvial fans. In the section between Panhe River and Xingjiabao the fault extends along the front of the loess mesa. In the section between Xingjiabao and Yijing the fault forms scarp in the loess and extends as an arc shaped zone， and the landform is formed by the accumulative deformation of the fault. The activity of the fault becomes weak gradually from northeast to southwest. The fault activity of the section between Xiweikou and Panhe River is the strongest， and the latest age of activity is Holocene. The slip rate since the mid-Holocene is bigger than 0.8mm/a at Yumenkou. The fault activity of the section between Panhe River and Xingjiabao is weaker than the north part， the fault’s latest active age is identified as the later period of Late Pleistocene and the activity becomes weak gradually from northeast to southwest. At the estuary of the Jushui River the slip rate of the fault is about 0.49mm/a since late Late Pleistocene. The fault activity of the section between Xingjiabao and Yijing is the weakest. There is no evidence of paleosol S1 deformed in fault profiles， and only some phenomena of fracture and sand liquefaction in the earlier Late Pleistocene loess. The activity of the fault is in line with the fault landform feature. At macro level， the relationship between the uplifted side and the thrown side of the fault switches gradually from the Ordos uplifting region and the rifted basin to the interior blocks of the rifted basin， which maybe is the regional reason why the activity of the Hancheng Fault becomes weak from the northeast to the southwest.

Key words：Hancheng Fault， tectonic landform， Late Quaternary， fault activity

doi：10.3969/j.issn.0253- 4967.2017.01.016

〔收稿日期〕2015-05-26收稿， 2016-11-22改回。

〔基金项目〕地震行业科研专项(200908001， 2014419013)与中国地震局地质研究所基本科研业务专项(IGCEA1416)共同资助。
*通讯作者： 李自红， 正研级高级工程师， E-mail： sxsdzjgcy@163.com。

中图分类号：P315.2

文献标识码：A

文章编号：0253-4967(2017)01-0206-12

〔作者简介〕扈桂让， 男， 1985年出生， 2011年毕业于中国地震局地壳应力研究所地震地质专业， 获硕士学位，工程师，现主要研究方向为活动构造、 地震地质和地震工程， 电话： 15003512959， E-mail: huguirang@163.com。