渭南塬前断裂晚第四纪古地震研究
【类型】期刊
【作者】李高阳，李陈侠，李晓妮，马冀（陕西省地震局）
【作者单位】陕西省地震局
【刊名】华南地震
【关键词】 南塬前断裂；古地震；滑动速率；活动性
【资助项】中国地震局地震科技星火计划(XH17033Y)
【ISSN号】1001-8662
【页码】P65-70
【年份】2019
【期号】第3期
【期刊卷】7
【摘要】渭南塬前断裂是渭南市南侧一条重要的全新世活动断裂,也是1556年华县81/4级大地震的发震断裂之一。通过对渭南市南侧的蒋家村剖面的详细研究,揭示出了两次古地震事件,发生时间分别在41.58±1.72 ka与14.43±0.59 ka之间, 0.73±0.03 ka之后,黑垆土被错断0.3 m,通过钻孔剖面获得T2阶地砾石层被断错了17.4 m,利用T2阶地砾石层的最大年龄为60.36±3.16 ka,可获得渭南塬前断裂晚第四纪以来平均滑动速率为0.29 mm/a。
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渭南塬前断裂晚第四纪古地震研究
Late Quaternary Paleoearthquake Research of Weinan Plateau Front Fault
0 引言
渭河盆地位于鄂尔多斯地块南缘，盆地中部和东部发育有两个沉降中心，即西安—周至凹陷和渭南固市凹陷，其中，渭南固市凹陷边界，在我国明朝时期先后发生过1501年朝邑7.0级地震和1556年华县8.0级地震。从20世纪50年代开始，国内众多专家学者分别从历史地震考证、发震构造、地表破裂及地形地貌测量等方面对1556年华县大地震进行过研究[1-9]。1992年李永善［7］等在《西安地裂缝及渭河盆地活断层研究》及2010年原廷宏［10］等在《一五五六年华县特大地震》中通过详细的野外调查分析，一致认为华山山前断裂和渭南塬前断裂是华县大地震的发震断裂。
前人研究多集中在地质调查和地形地貌学分析，缺少相应的全新世断层剖面及其年代数据，本文在大量野外调查的基础上，选取典型的全新世地层剖面进行对比研究，通过探槽开挖、古地震研究进一步查明其最新活动性。
1 渭南塬前断裂地质概况
渭南塬前断裂断裂主体位于渭河盆地东南部，东接华山山前断裂，是渭河盆地和渭南台塬的边界断裂（图1）。断裂西起渭南零河口，经沋河至华县马峪口，长约54 km，其走向在马峪口至赤水河段为NWW向，赤水河至沋河段为近EW向，沋河以西为NE至NEE向。断层面倾角60°～70°。断裂最新活动表现在断裂错断全新世地层、河谷沟口的最新阶地和冲洪积扇，形成全新世断层陡坎［7］。
图1 南塬前断裂位置图
Fig.1 The location of Weinan plateau front fault.
2 古地震研究
沋河发源于秦岭北麓，流经渭南塬、自南向北汇入渭河，在沋河口，发育了三级阶地面（图2），T1拔河高约3～5 m，在沋河两岸呈带状分布，阶地呈现典型的二元结构，上部为耕土层和粉砂质粘土层堆积，厚约2 m，下部为河流相卵石层。T2拔河高约10～15 m，主要分布在沋河口两侧，阶地剖面呈典型的二元结构，上部为耕土层和厚约3～5 m的马兰黄土，含有古土壤层，下部为河流相卵石层。T3拔河约30 m，主要带状分布沋河两侧及渭南塬前，阶地剖面呈典型的二元结构，上部为耕土层和厚约13 m（未见底）的黄土层，在沋河右岸黄土层中含有古土壤S1，形成时代大约为100 ka。
由于陇海铁路、连霍高速、西安到合肥的铁路从沋河口通过，原始地形地貌遭受不同程度的人为破坏，从现有的沋河河口微地貌解释出了总体走向近东西的陡坎，T1和T2均被垂直错断，T1阶地上的断层陡坎高约5.2 m，T2阶地上的断层陡坎高约9.2～19 m。这种不同阶地垂直位移的差异反映断裂具有多次活动特征。
图2 沋河口DEM图及探槽位置
Fig.2 The DEM of Youhe river and the trench site.
野外调查中发现，渭南塬前断裂在沋河口蒋家村T2阶地有明显出露，于是在此进行了探槽开挖。
探槽位于蒋家村南侧，陇海铁路北侧沋河口T2阶地剖面上，地表断错地貌明显，断层陡坎高约5 m，探槽近南北向，长约8 m，高约6 m，主要为次生黄土堆积和松散卵砾石层（图3），为了获得准确的地层错距，在紧挨探槽剖面北侧布设了一个钻孔（图4）。
图3 蒋家村探槽剖面照片（镜向东）
Fig.3 Photograph of the trench profile of Jiangjia Village（Mirror to the east）
图4 图4蒋家村探槽剖面素描图及北侧钻孔柱状图
Fig.4 The sketch map of Jiangjiacun trench and drilling profile in the north of the trench.
探槽揭露的地层特征描述如下：
层①人工混杂堆积，上部为表土层，庄稼地，下部为人工混杂堆积，含砾石；
层②黑色垆土层，被错断约0.3 m；
层③土黄色粘土层，被错断约10.6 m；
层④砂卵石层，被错断约17.4 m；
层⑤黄绿色粉细砂；
层⑥白色粉砂质粘土层，被错断约17.4 m；
层⑦青灰色褐色粉砂质条带；
层⑧青灰色粘土。
充填楔Ⅰ淡红色红粘土，较硬；断层破碎带，含砾石，为断层破碎带；
充填楔Ⅱ土黄色粘土，夹杂黑垆土。
探槽剖面共揭露了条1条主断层，根据这条断层与地层之间的切割与覆盖关系，可识别出2次地震事件（A，B），详见图3a，从揭露的断错地层分析，第一次地震事件主要表现为断层断错了层⑩到层④，被断错了大约17.4 m，被层③覆盖，说明断层时间应该发生在层④堆积后，层③堆积前。形成了充填楔Ⅰ。第二次地震错断时间主要表现为断层错动层⑩到层②，断错约0.3 m，被层①覆盖，说明断层时间应该发生在层②堆积后，层①堆积前，也是最新的一次事件，1556年华县81/4级地震所造成，并形成了充填楔Ⅱ。黄土层中有比较清楚的断层剖面，可看到擦痕。为了得到两次地震事件的发生时间，在探槽剖面上采集了光释光样品进行了年代测试，测试结果见表1。
表1 探槽剖面中断层下盘地层光释光测年结果及地层错距
Table 1 The OSL dating results and stagger formation of footwall in sectional
层位编号 测年结果/k a 地层错距/m②0.7 3±0.0 3 0.3③ 顶部：1 4.4 3±0.5 9 底部：4 1.5 8±1.7 2 1 0.6④ 顶部：4 1.5 8±1.7 2 底部：6 0.3 6±3.1 6 1 7.4⑤ 顶：6 0.3 6±3.1 6 底：5 7.8 7±2.6 5⑥ 顶：5 7.8 7±2.6 5 底：4 4.6 5±2.0 4 1 7.4⑩1 2 9.4 5±1 1.7 7
129.45 ±11.77通过样品测试结果，可以得到第一次事件发生在41.58±1.72 ka与14.43±0.59 ka之间，第二次事件发生在0.73±0.03 ka之后。T2级阶地上发育断层陡坎高约9～10m，层4断错17.4 m代表了T2接地废弃后形成的断距，可见断层陡坎与阶地砾石层断距较为接近。根据层④卵石层的错距17.4 m及其最大年龄为60.36±3.16 ka，计算得到渭南塬前断裂晚更新世晚期以来的活动速率大约为0.29 mm/a。
3 分析和讨论
1556年华县地震的发震断裂为华山山前断裂和渭南塬前断裂，两条断裂在华县马峪口相交，以马峪口为中心点，对地震地表破裂及全新世地层垂直位移量进行了统计（表2），并对其数据由东向西进行了对比分析（图5）。
表2 1556年华县地震地表破裂统计表
Table 2 The surface rupture statistics of the Huaxian earthquake in 1556
断裂名称 地名 距马峪的距离（西为正，东为负）/k m 垂直位移量/m华山山前断裂方山峪口 -1 8 7.5李家堡村 -1 4.5 1 2.5窑底村 -1 2 8李家坡村 -5 6渭南塬前断裂马峪口 0 6瓜底村 2.9 6赤水蔡郭村 9.5 7沋河蒋家村 2 0.5 0.3坡里高砖厂 2 2.5 0.2红柿沟取土场 2 7.5 0惠家沟砖厂 3 9.5 0
图5 1556年华县地震地表破裂垂直位移图
Fig.5 The vertical displacement map of surface rupture of the Huaxian earthquake in 1556
结果表明（图5），华县地震垂直位移量由东向西逐渐减小。从图1看出，分布于华山山前断裂的华山西缘断裂在1556年华县地震中可能分担了部分能量，导致破裂向西侧的渭南塬前断裂明显减弱。在渭南塬前断裂上表现为，在其东段的马峪口、瓜底村和蔡郭村垂直位移在6～7 m，而中段的蒋家村和坡里高砖厂垂直位移仅为0.3 m和0.2 m，西段全新世地层垂直位移量为0。可见，渭南塬前断裂在1556年华县地震时地表破裂起始于华县马峪口，止于坡里高砖厂以西，破裂强度向西逐渐减弱。这一现象也说明了渭南塬前断裂最新活动性由东向西逐渐递减。
4 结语
从渭南塬前断裂错断的地层来看，蒋家村探槽中有全新世地层被错断，反映了该断裂为全新世活动断裂，最新一次破裂为1556年华县81/4级地震。
蒋家村探槽揭示出了两次古地震事件，发生时间分别在41.58±1.72 ka与14.43±0.59 ka之间和0.73±0.03 ka之后，最新地层黑垆土错断0.3 m，断裂滑动速率约为0.29 mm/a。
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