華山山前斷裂中段晚第四紀活動的地貌表現及響應1

楊源源 高戰武 徐 偉

1）中國地震局地震預測研究所，北京 100036

2）中國地震災害防御中心，北京 100029

引言

華山山前斷裂是渭河盆地南界斷裂的東段，東起潼關，西止于藍田流峪口，它在華縣以東呈東西走向，經潼關向東可繼續延至靈寶附近，與北東向的三門峽-靈寶斷裂相交；而在華縣以西則向南西方向延伸至秦嶺山前，與秦嶺北麓斷裂相接（國家地震局鄂爾多斯周緣活動斷裂系課題組，1988）（圖1a）。該斷裂為一典型正斷層，傾向北，傾角62°－70°；上升盤為華山基巖山體，由太古界太華群深變質巖系及不同時代的花崗巖侵入體組成；下降盤在華縣－華陰段表現為沖洪積扇群，在華縣以西和華陰以東分別為渭南塬和潼關塬。據賀明靜（1986）的研究，早第三紀形成的華山山頂夷平面海拔在 1800－2000m，而下降盤老第三系地層最大深度在6000m以上，兩盤相對幅差8000m左右。

圖1 渭河盆地構造地貌圖（a 據韓恒悅等，2001）與華山山前斷裂中段展布圖（b）Fig. 1 Tectonic landform map of Weihe Basin (a) and special distribution of Huashan Front Fault (b)

華山山前斷裂中段從華縣石堤峪口至華陰杜峪口，走向北東東-東西，全長近40km（圖1b）。該段正斷層構造地貌特征極為顯著，全新世地層、地貌面普遍發生斷錯。李祥根等（1983）認為，華山北坡10－20m的地貌陡坎為全新世斷層陡坎，得到斷裂全新世以來的垂直滑動速率為1－2mm/a。張安良等（1989）討論了斷裂全新世以來不同時間段的滑動速率，得到6000a B.P.以來的垂直滑動速率為0.6－2.0mm/a，而2700a B.P.以來的垂直滑動速率為0.5－2.3mm/a。李永善（1992）對華山山前斷層陡坎進行了系統的測量，證實了河流階地與沖洪積扇上的最新陡坎為斷層陡坎，并且通過地層中文物考古年齡計算得到全新世以來斷裂的平均垂直位移速率為2.4mm/a。此外，很多研究者在研究1556年華縣148 級地震發震構造時也從地貌角度討論了華山山前斷裂中段的全新世活動性。多數研究者認為，1556年華縣148 級地震即發生在該段上或與之相關（郭增建，1957；韓恒悅等，1982；雷姚琪等，1985；張安良等，1989；李永善，1992），但也有少數研究者認為其發震構造另有所屬（王景明，1980；侯建軍，1985；環文林等，2003）。

本文系統調查了華山山前斷裂中段的斷層構造地貌，基于微地貌平面、剖面實測及其精確測年計算了斷裂垂直滑動速率，建立了主要地貌類型對斷裂活動的響應模式。

1 斷層構造地貌

華山山前斷裂是一典型的正斷層，沿斷裂兩側正斷層構造地貌十分發育。主要表現為形態完整、逐級嵌套的斷層三角面；斷層三角面底部從高到低、由老到新排列的階梯狀洪積階地和斷裂下降盤多期洪積扇的疊置、埋藏；以及線性延伸、高度穩定的斷層陡坎與沖溝中的多級裂點。

1.1 斷層三角面

華山山前斷裂的強烈活動形成了非常典型的斷層三角面，甕峪以東至黃甫峪之間最為明顯，高度在150－500m，隨高度增加而坡度變緩，表現為上緩下陡的折面形式。尤其在黃甫峪至杜峪一段表現為基巖斷層三角面，三角面平直寬闊、形如刀切，局部地段可見擦痕和摩擦鏡面。此外，華山北麓基巖斷層三角面還出露在小夫峪、方山峪、仙峪等峪口兩側。韓恒悅等（2001）將華山北麓斷層崖逐級分為形態殘缺的斷層大三角面和形態完整的斷層小三角面，認為斷層崖、斷層大、小三角面一級套一級，逐級降低的結構和組合形式是斷裂帶不同期次活動的記錄。通過野外調查發現，最新一期斷層三角面（即斷層小三角面）海拔在 500－700m之間，高度在150－250m之間，傾角50°－60°，其表面多為晚更新世及全新世黃土覆蓋，底部與洪積階地相連。

1.2 洪積階地與埋藏型洪積扇

洪積扇基底斷層活動，在洪積扇上形成陡坎，洪積扇的扇頂將往斷層線方向遷移，新洪積扇嵌入在老洪積扇之內，老洪積扇被切割成洪積階地（楊景春等，2005）。華山山前各大溝峪峪口兩側所見的階梯狀地形即洪積階地，它是由于華山山前斷裂周期性活動，不同時期形成的洪積扇的后緣部分被斷錯，并隨山體抬升，斷層陡坎剝蝕后退而形成的。即洪積階地是洪積扇被斷錯后殘留在斷裂上升盤的洪積扇后緣部分，而該洪積扇前緣部分則隨斷裂下降盤運動以致被后期洪積扇覆蓋、埋藏。因此，上升盤的多級洪積階地與下降盤的多期埋藏型洪積扇構成了華山山前斷裂中段最顯著的構造地貌特征。

通過野外調查與洪積階地地貌面測量發現，華山山前各大溝峪峪口兩側普遍發育 3－5級洪積階地，峪口兩側的斷層崖坡折即通過各洪積階地前緣陡坎呈階梯狀排列來表現（圖2）。T1或T2級洪積階地前緣陡坎一般為斷層陡坎，T3－T5級洪積階地前緣陡坎依次向山體一側后退，在T3－T5級洪積階地前緣陡坎處未發現斷層，說明這些陡坎并非階梯狀斷層活動形成的，而是老的斷層陡坎形成后隨山體抬升而剝蝕后退所致，其高度代表了斷層在一定時期內的位移幅度。對一些主要溝峪的斷層崖陡坎進行的測量結果（圖 3）顯示，不同時期的斷層陡坎高度基本在8－10m左右，反應了斷裂周期性活動幅度具有穩定性。

結合野外調查、遙感解譯、地形判讀、以及前人研究（李祥根等，1983；賀明靜，1986；李永善，1992），我們認為華山山前存在三期埋藏型洪積扇（圖 1b），第一期洪積扇距離山前3－5km，為晚更新世晚期或全新世早期洪積扇，形成了山前洪積平原，其表面平緩，扇體部分被后期洪積扇埋藏，其前緣在華縣－華陰縣城一線表現為5－10m的地形陡坎，與渭河Ⅰ級階地相接；第二期洪積扇為全新世中、晚期洪積扇，其表面坡度陡，東西連接呈洪積扇裙，迭覆在第一期洪積扇上，其前緣距離山前1.5－3km；第三期洪積扇為全新世晚期或現代洪積扇，其表面坡度較大，扇體完整，距離山前一般幾百米，東西向呈串珠狀迭覆于第二期洪積扇上。至于斷裂下降盤各期洪積扇與上升盤各級洪積階地的對應關系目前尚不能準確確定，但根據本次研究得到的洪積階地14C年代可初步判斷：第三期洪積扇與T1級洪積階地對應，第二期洪積扇與T2級洪積階地對應，第一期洪積扇與T3級或T3級以上洪積階地對應。

圖2 洪積階地地貌測量圖Fig. 2 Geomorphological survey results of diluvial terrace

1.2.1 T1級洪積階地

T1級洪積階地為堆積階地，其前緣陡坎一般為斷層陡坎，高度在5－10m；階地面平坦，寬度在 3－40m，大多數峪口在 3－5m；階地結構表現為礫石混雜堆積，多為棱角狀，其頂部大多礫石裸露，有的也堆積少量黃土。如潭峪T1級洪積階地，階地面寬3－5m，礫石呈棱角狀，粒徑 6－10cm，成分主要為花崗片麻巖，頂部直接表現為礫石裸露堆積（圖 4a）。大多數峪口 T1級洪積階地礫石層上無覆蓋物，不易采取測年樣品，但礫石中普遍可見秦漢以來的布紋瓦，初步判斷其年代為距今2000多年。另根據國家地震局鄂爾多斯周緣活動斷裂系課題組（1988），華山北麓的河流階地相當于同級的渭河階地，因而可以采用渭河T1級階地的形成年代（2500a B.P.）作為其支流T1級洪積階地的形成年代。但筆者認為華山山前作為渭河支流的各溝峪T1級洪積階地的形成年代應晚于渭河T1級階地的形成年代。幸而筆者在方山峪T1級洪積階地獲得了理想采樣點，在礫石層頂部亞砂土中取得豐富塊狀黑色木炭，經美國貝塔實驗室14C測定其結果為1800a B.P.（圖4b）。綜合以上認識，本文將其它溝峪T1級洪積階地年代統一定為2000a B.P.。

圖3 斷層崖陡坎測量結果圖（黑點為測量點）Fig. 3 Results of the fault scarp measurements in the field (black points are measurement points)

圖4 潭峪洪積階地（a）與方山峪洪積階地（b）Fig. 4 Diluvial terraces in Tanyu (a) and Fangshanyu (b)

1.2.2 T2級洪積階地

T2級洪積階地為基座階地，其前緣陡坎高度在5－12m，階地面傾角較緩，寬度在20－50m；該級階地自形成以后接受全新世黃土堆積，堆積厚度在1－2m；底部礫石粒徑在10－20cm，一般較T1級洪積階地礫石粒徑大。如水峪T2級洪積階地礫石粒徑在10－20cm，常見50－70cm的粗大礫石，礫石成分為花崗片麻巖，礫石間為粗砂充填，礫石頂部黃土厚2m。此外，各大溝峪T2洪積階地礫石層中多夾仰韶文化（5000－7000a B.P.）的紅陶。通過在部分溝峪礫石層頂部、黃土底部采炭樣定年，使得該級階地年代能夠很好的控制，其14C年代范圍在6000－8000a B.P.，這也與張安良等（1989）提到的T2級洪積階地年代為6000a B.P.相近。

1.2.3 T3級洪積階地

T3級洪積階地為基座階地，前緣陡坎高度在10－12m，階地面較陡，寬度不穩定，其后緣一般與基巖斷層面相連，如太平峪，仙峪。在水峪該級洪積階地上黃土堆積厚 4m，而太平峪則>5m。甕峪東側T3級洪積階地上，礫石成分主要為花崗巖，粒徑在8－12cm，分選、磨圓較好，已經開始膠結。筆者推測T3級洪積階地形成年代為晚更新世晚期－全新世早期，可能與斷裂下降盤第一期洪積扇對應。

1.2.4 T4、T5級洪積階地

這兩級洪積階地僅出現在方山峪以西的少數峪口，多為基座階地，其前緣陡坎高度基本穩定在 15m左右，自形成后經歷長時間的剝蝕改造，形態不完整，階地面狹窄、陡峻。T4級洪積階地上黃土較厚，一般>3m，推測其形成時代為晚更新世中、晚期。T5級洪積階地已經殘缺不全，其上基本無黃土覆蓋。水峪 T5級洪積階地已呈侵蝕階地，階地面直接與基巖斷層面過渡，推測其形成時代為晚更新世早期。

1.3 斷層陡坎

斷層陡坎是斷裂活動在地表留下的最直觀證據，其延伸方向基本代表了斷層線的方向。通過野外調查發現，華山北麓斷層陡坎基本發育在全新世松散沉積物中，錯斷了年輕的地貌面，如T1級洪積階地、T0級漫灘階地和現代小洪積扇。本文根據斷層陡坎發育的地貌部位將其分為四類：洪積階地前緣陡坎、漫灘階地陡坎、坡積陡坎和現代洪積扇陡坎。

1.3.1 洪積階地前緣陡坎

洪積階地前緣的斷層陡坎僅發育在各大溝峪峪口兩側，是晚期洪積扇后緣受斷層切割后形成的，一般發育在T1級洪積階地前緣（圖5a）。它向斷裂兩側延伸與坡積陡坎對應，其在地表的展布基本可以代表斷裂的跡線。T1級洪積階地前緣的斷層陡坎高度在5－10m，傾角一般>70°；物質組成為全新世晚期洪積礫石，礫石呈棱角狀，混雜堆積；陡坎頂部黃土或土壤層極薄，大多直接表現為礫石裸露。

1.3.2 漫灘階地陡坎

關于華山山前斷裂兩側的河流階地位錯，前人已做過不少研究（國家地震局鄂爾多斯活動周緣活動斷裂系課題組，1988；米豐收等，1992），普遍提及在斷裂的下降盤存在兩級階地，其中Ⅰ級階地位錯平均2－3m，Ⅱ級階地位錯平均6－7m。通過野外調查證實，前人所謂Ⅰ級階地其實為河流下切T1級洪積階地的同期洪積扇(第三期洪積扇)而形成的漫灘階地，Ⅱ級階地其實為斷裂下降盤 T1級洪積階地對應的同期洪積扇。例如在石堤峪、小夫峪等大的溝峪，河流在山前下切洪積扇，形成漫灘階地，斷層通過漫灘階地形成漫灘階地陡坎（圖5b）。它向河流兩岸延伸正好與 T1級洪積階地前緣陡坎對應。李永善（1992）根據漫灘階地陡坎礫石層中夾有明代文化遺物判斷，此類陡坎形成于1556年華縣148 級地震。

1.3.3 坡積陡坎

主要為全新世坡積層斷錯形成，在斷層崖與洪積平原交界的地方廣泛分布（圖 5c）。線性延伸好但高度不穩定，一般在5－20m之間，與各大溝峪峪口的T1或T2級洪積階地前緣斷層陡坎高度對應。在水峪至潭峪之間，以及臺峪至仙峪之間坡積陡坎高度一般在5－10m，基本與各大峪口的 T1級洪積階地前緣斷層陡坎高度對應；在大夫峪至馬跑泉之間以及方山峪至太峪之間，坡積陡坎高度在15－20m之間，基本與各大峪口T2級洪積階地前緣斷層陡坎高度對應。坡積陡坎一般為棱角狀的坡積碎石組成，有的也以全新世黃土堆積為主。

1.3.4 現代洪積扇陡坎

華山北麓有許多季節性流水的小溝峪，在它們出口處往往發育著現代洪積扇。這些洪積扇規模不大，形態完整，結構粗糙，扇頂土壤層極薄或直接為裸露的礫石，在構峪－太峪一段發育較多。斷裂通過這些洪積扇形成了特征明顯的陡坎，形態上表現為眉狀或鐮刀狀。此類陡坎長度在幾十米左右，高度在2－4m之間，與漫灘階地陡坎形成時代一致。

1.4 沖溝裂點

沖溝裂點是由于斷裂活動，位于斷裂下降盤的河流侵蝕基準面降低，在河流溯源侵蝕作用下形成的溝床坡度轉折點。斷裂多次活動形成多級裂點，通過對幾條溝床縱剖面測量發現，離斷裂最近的兩級裂點保留完整，P1級裂點在部分溝峪表現為基巖陡坎，其高度一般與峪口兩側T1級洪積階地前緣陡坎高度一致，陡坎處一般形成跌水或小瀑布（圖5d）。總的來說，P1級裂點與T1級洪積階地能對應上，P2級裂點與洪積階地對應關系不易確定。圖6是部分溝峪溝床裂點測量結果圖。

圖5 華山山前斷裂斷層構造地貌圖Fig. 5 Fault landforms of Huashan Front Fault

2 斷裂垂直滑動速率

據原廷宏等（2010）研究，1556年華縣148 級地震的地表破裂帶沿華山山前斷裂展布，其所提及的最新構造破裂面在本次野外工作中均能得到證實。雖然有研究者根據宏觀震害現象分布以及區域構造分析指出，華縣特大地震的發震構造可能并非華山山前斷裂（王景明，1980；侯建軍，1985；環文林等，2003），但我們認為歷史大地震發震構造的確定主要應依據于相關斷裂是否存在地震地表破裂。從對華山山前斷裂的構造地貌調查以及區域歷史地震記錄來看，漫灘階地與現代洪積扇等最新地貌單元普遍存在2－4m的斷距應為1556年華縣大地震作用所致。因此，本文從構造地貌的研究角度支持華山山前斷裂是1556年華縣148 級地震發震構造的觀點。基于此認識我們討論華山山前斷裂中段的垂直滑動速率。

T1級洪積階地前緣斷層陡坎下有斷層崖物質崩落形成的坡積碎屑層或現代洪積物堆積，因而斷層陡坎的高度小于實際斷距，但是由于其厚度較小，對其影響我們不予考慮。本文取T1級洪積階地礫石層頂界高度作為T1級洪積階地形成以來的斷裂垂直位移，即T1前緣陡坎高度減去T1黃土厚度。T1級洪積階地年代問題前文已經討論過。表1是T1級洪積階地形成以來的斷裂垂直滑動速率計算表。

圖6 溝床裂點測量結果圖（黑點為測量點）Fig. 6 Results of the gully nickpoint measurements in the field (black points are measurement points)

表1 T1以來斷裂垂直滑動速率計算表Table 1 Calculated vertical slip rates after development of T1

取T1、T2級洪積階地礫石層頂界相對高度作為T2形成至T1形成期間的斷裂分期垂直位移，即T2前緣陡坎高度減去T2黃土厚度再加上T1黃土厚度。本文將無測年數據的其它溝峪T2洪積階地年齡定為6000a B.P.，有年代數據的直接采用其自身年代值。表2是T2級洪積階地形成至T1級洪積階地形成之間的斷裂垂直滑動速率計算表。

表2 T2－T1斷裂垂直滑動速率計算表Table 2 Calculated vertical slip rates from T2 to T1

從滑動速率計算結果可以看到，華山山前斷裂中段全新世活動十分強烈，6000a－2000a B.P.以來的平均垂直滑動速率為1.485mm/a，2000a B.P.以來的平均垂直滑動速率為3.73mm/a。另據李永善（1992）研究，1556年華縣大地震引起的地表平均垂直位移為3m。因而，2000a以來滑動速率值較大可能是由于：①1556年華縣大地震同震位移對滑動速率計算值的放大作用；②以2000a為起算點的時間段稍顯短暫，這與T1級洪積階地的年代控制有關。綜合以上考慮，我們認為6000a－2000a B.P.以來的滑動速率值更能代表斷裂全新世中、晚期以來的真實活動水平。

3 地貌響應模式

通過系統的地質地貌調查發現，華山山前斷裂中段斷層線單一，斷裂位置控制在 T1或T2洪積階地前緣陡坎處，且各級洪積階地前緣陡坎高度或者斷層崖上各級陡坎高度基本一致，可以判定斷裂呈原地周期性活動。結合洪積階地微地貌測量結果，本文建立了洪積階地的演化模式，以期說明華山山前河流地貌對斷裂活動的響應過程（圖7）。

最開始是山地中河流發育，由于河流發生溯源侵蝕與側蝕作用，河流將出山口處山體改造呈喇叭狀，并開始自溝口向外堆積第一期洪積扇（圖7a、b）。斷裂活動，第一期洪積扇后緣被切割，溝口內殘留部分形成洪積階地T3，后來它隨著山體抬升發生剝蝕作用，其前緣陡坎逐漸后退；溝口外的第一期洪積扇稱為 T1洪積階地的同期洪積扇，后來它隨斷層下降盤逐漸沉降以致被第二期洪積扇疊置、埋藏（圖7c、d）。斷裂再次活動，第二期洪積扇后緣又被切割，形成洪積階地T2，又經抬升剝蝕，其前緣陡坎后退；在下降盤的第二期洪積扇又被第三期洪積扇疊置、埋藏（圖 7e）。這樣，隨著斷裂的周期性活動，華山山前洪積扇不斷堆積、切割，形成了現今所見的上升盤多級洪積階地與下降盤多期洪積扇疊置、埋藏的地貌格局（圖7f）。

需要指出的是，一級洪積階地的形成往往是數次斷裂活動所形成的。另外，斷裂每活動一次，河流縱剖面上出現一級裂點，裂點下堆積新一期洪積扇。因此，從理論上說，洪積階地級數、裂點個數與洪積扇期次是能夠一一對應的，但由于溝床中老的裂點不易保存，加上下降盤各期洪積扇呈埋藏關系而不易分辨，因此最能指示斷裂周期性活動次數的是上升盤保留相對完整的各級洪積階地。最后，本文建立的洪積階地演化模式是基于兩盤作強烈差異升降運動的正斷層，適用于隆起和沉降中心相隔很近的狹窄山麓地帶。

圖7 洪積階地演化模式圖Fig. 7 Evolution pattern map of diluvial terraces in study region

4 結論與認識

綜上所述，我們得出以下幾點結論和認識：

（1）華山山前斷裂中段為一全新世強烈活動的正斷層，形成的斷層構造地貌主要有：斷層三角面、斷層陡坎、階梯狀洪積階地、埋藏型洪積扇以及溝床裂點。

（2）通過對漫灘階地等最新斷錯地貌的研究，本文支持華山山前斷裂是1556年華縣148級地震發震構造的觀點，認為斷裂上升盤的多級洪積階地是斷裂多期次活動的直接證據，其形成與演化與斷裂原地周期性活動緊密相關。

（3）通過對 T1、T2級洪積階地位錯測量及其年代約束，計算得到華山山前斷裂 6000a－2000a B.P.以來的平均垂直滑動速率為1.485mm/a；2000a B.P.以來的平均垂直滑動速率為3.73mm/a；同時認為6000a－2000a B.P.以來的垂直滑動速率值更能代表斷裂全新世中、晚期以來的真實活動水平。

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