陜西關中地區城市活動斷層探測工作特色及減災實效

馮希杰 李高陽 馬冀

馮希杰，博士、研究員，陜西省地震局預報中心副主任，主要研究方向為活動構造和工程地震。自“十五”以來，作為項目首席，主持和完成了陜西省西安市、寶雞市、渭南市、漢中市的城市活斷層探測與地震危險性評價工作。以第一完成人獲省部級科技進步二等獎3項、三等獎2項，公開發表科學研究論文30余篇，出版《一五五六年華縣特大地震》等專著。

工作安排

關中地區位于陜西省中部，自然、經濟條件優越，從西周始，先后有周、秦、西漢、隋、唐等十余個王朝建都于關中平原，歷時千余年。關中地區所轄的西安、寶雞、咸陽、渭南、銅川及楊凌區的總面積達39064.5平方千米，約占全省土地面積的19%，關中地區總人口約2241.7萬，為陜西人口最密集地區。關中地區的城鎮作為中國西部地區第二大城市群，也是中國工業、農業和文化發達地區之一。

陜西關中地區南依秦嶺，北靠北山，西起寶雞，東至潼關，東西長約360千米，南北寬30～80千米。該地區地處中國大陸中部，夾持于鄂爾多斯地塊和秦嶺褶皺系之間，是環鄂爾多斯地塊周緣大型斷陷盆地之一。歷史至今，陜西一系列強震和大震如公元前780年岐山地震、1501年朝邑7級強震、1556年華縣8?級大震等均發生于該地區，是陜西省擁有強震和大震孕育能力、且又充滿高危性的地區。

正是基于關中地區這種優越的人文、經濟背景和特殊的地震構造環境，自“十五”以來，在中國地震局、陜西省人民政府及西安市等各級政府的大力支持下，在關中地區選擇多個城市，持續開展了城市活動斷層探測與地震危險性評價，先后完成了西安市、寶雞市、咸陽市、渭南市的活動斷層探測與地震危險性評價工作，現正在開展興平市的活動斷層探測與地震危險性評價（見表1和圖1）。

工作特色

陜西省活動斷層探測與地震危險性評價項目從“十五”做到“十三五”，探測城市涵蓋了關中地區西安、寶雞、咸陽、渭南和興平，從最開始的學習摸索到現在的駕輕就熟，我們積累了大量工作經驗和基礎數據，也漸漸地形成了自己的工作特色。

1.以目標城市為核心，輻射帶動周邊地區

對于某個城市活動斷層探測而言，我們不僅僅以勘測城市為工作的目標區，而是根據城市所處的地震構造環境，包括城市及其周鄰地區的主干斷層展布位置、走向以及次級塊體構造邊界等來進行活動構造探測的整體把握。例如在寶雞活動斷層探測中，除了寶雞市所處的寶雞凸起作為工作重點外，我們還對隴縣—岐山—馬召斷裂以及其東側的西安—周至次級斷陷進行了較詳細研究，工作范圍甚至擴展至甘肅及寧夏境內；再如在渭南活動斷層探測中，我們也對渭河盆地東部固市凹陷及華山山前斷裂向北東方向延伸開展了諸多工作，范圍也擴展至山西境內。感受是只有跳出城市行政劃分，按照活動構造單元進行研究，才能獲得更為完整的活動構造信息。

表1 關中地區城市活動斷層探測與地震危險性評價工作表

圖1 關中地區開展活動斷層探測與地震危險性評價的城市分布圖

2.分階段、分層次、逐步逼近的工作思路

在城市活動斷層探測開展的初期，我們就開始從長遠意義考慮，絕不僅僅為了做幾個城市的斷層，而是將最終目標放在整個關中地區，工作地域涵蓋了渭河盆地及其南北兩側的秦嶺及鄂爾多斯地塊。西安、寶雞、咸陽、渭南、興平五個城市活動斷層并不是五個獨立的活動斷層探測項目，而是先后重疊銜接在一起。通過關中諸城市持續不斷的工作結果，使得關中地區的活動構造面貌越來越清晰。

3.深部、中部、淺層地球物理探測有機結合

除查明淺表斷層活動特征外，為了探明渭河盆地與鄂爾多斯地塊及秦嶺造山帶的構造關系，在關中城市活動斷層探測中，分中部、西部和東部多次開展了深反射探測、寬角折射/反射探測、高分辨折射/反射探測、中深層人工地震探測工作（見圖2、圖3），深淺不同的多種探測方式的相互結合，使得對整個關中地區以及南北兩側的鄂爾多斯地塊和秦嶺造山帶的深部地殼精細結構有了較為清晰的認識。

4.淺表地面地質調查

以大比例尺地形圖和衛星影像判讀、解譯為基礎，對沿斷層走向上的典型沖溝及河流階地進行大量野外實地踏勘。從西安活動斷層探測項目開始至今，在野外發現斷層露頭和剖面數達百個（見圖4），遍布于整個關中及周鄰地區，觀察到前人未曾記錄的多條斷層真實面貌。野外采樣及其樣品測試方式也逐漸更新和發展，緊跟行業最新動態，從最初的光釋光、熱釋光到目前的碳十四、宇宙成因核素、古文化層廣泛運用。

5.與其他科研項目高度融合

城市活動斷層探測項目與其他研究項目緊密結合，實現資料及最新成果的實時共享。比如關中大震危險性評價項目、城市地震小區劃項目及陜西活動構造圖件編制項目都吸收了大量城市活動斷層探測的成果；而項目組成員申請的自然基金課題及星火計劃課題、活動斷層填圖等課題的研究成果又為城市活動斷層探測項目補充了基礎資料。

6.項目團隊專業齊全

專業齊全的項目團隊為整個活動斷層探測的順利開展提供了有力保障，項目組成員11名，其中研究員2名、高級工程師3名、工程師6名，專業涵蓋了地球物理、構造地質學、年代學、地理信息系統等學科。

圖2 關中及其鄰區開展的深部地殼結構探測測線位置圖

圖3 關中地區開展的淺層地震勘探測線位置圖

圖4 關中地區的活斷層剖面

工作成果

1.基本查明了關中及其鄰區深部地震孕育環境

通過跨越關中的4條寬角折射/反射剖面、3條深反射剖面、3條高分辨折射/反射剖面的多次探測，獲得渭河盆地及其北側的鄂爾多斯塊體、南側的秦嶺山地和揚子地塊北緣的深部地殼精細速度結構，得到了不同構造單元的莫霍面形態及其埋深，同時有關區內結晶基底和沉積蓋層的結構形態也取得了很好的結果。基于深部地殼結構特征和空間接觸關系，基本探明了關中及其鄰區強震破裂和發生的孕育環境。

2.對淺部渭河斷陷盆地結構有了更清晰的認識

關中地區實施的多條深反射探測和中深層探測，使得渭河斷陷的盆地結構圖像更加清晰。根據盆地內部次級斷塊的構造變形程度及圍限的主干斷裂展布，將渭河斷陷進一步細化為：盆地東部的固市次級斷陷、中部的西安—周至次級斷陷和西部的寶雞次級斷凸。這些圍繞在活動次級斷塊周緣的活動斷裂帶則控制了區內的強震分布，并在地震孕育和發生時起到了重要作用，也是我們研究和追蹤的重點對象。

3.查明了主要活動斷裂的深淺關系

活動斷裂的深淺關系是城市活動斷層探測的重點工作內容之一。通過多個城市的活動斷層探測，控制渭河盆地演化發育的盆地南緣斷裂帶（包括固市斷陷的南部邊界斷裂帶、西安—周至斷陷的南部邊界斷裂）、演化成一個復雜活動斷裂帶的渭河盆地北緣斷裂帶，以及青藏高原東北緣向渭河盆地過渡的隴縣—岐山—馬召調節型走滑斷裂帶，這三條斷裂帶的深淺關系都有了一個新的結果。

4.基本上解決了關中地區歷史存疑斷層的問題，發現多條新斷層的活動證據

過去曾認為，關中地區的渭河斷裂是一條沿渭河走向貫穿整個盆地的斷層，但大量探測結果則顯示，渭河斷裂向東僅延伸至渭南，并沒有穿過固市斷陷。同樣，口鎮—關山斷裂也止于閻良東，并未東延至黃河一帶。在原來認定的周至—余下斷裂位置，并沒有探測到區域性較大斷裂。與此相反，近幾年的工作還新發現一些活動斷裂，如來自于太白盆地方向的桃川斷裂，由西進入渭河盆地，一直向東延伸，是西安—周至斷陷內規模較大的一條斷裂。又如在大荔北東方向，存在多條北東向斷層，在渭河盆地北部的山前地帶，廣泛發育一組規模較大，延伸很遠的反向斷裂，在潼關塬西緣存在一條規模較大的活動性邊界斷裂等。

5.對重點斷層最新活動性和活動方式取得定量研究結果

在十余年的活動斷層探測和地震危險性評價工作中，還詳細研究了1556年華縣大地震的地表破裂帶及其空間幾何分布、1556年華縣地震當天7級強余震的破裂帶展布、固市斷陷南部邊界斷裂上發生的古地震事件、西安—周至斷陷南邊界斷裂帶上的古地震事件。獲得口鎮—關山斷裂、渭河斷裂、渭河盆地北緣斷裂、隴縣—岐山—馬召斷裂、韓城斷裂、桃川—戶縣斷裂、雙泉—臨猗斷裂、驪山山前斷裂、華山西緣斷裂、中條山西緣斷裂和臨潼—長安斷裂等關中地區主要活動斷裂的最新活動時代和運動速率。

6.對重要地震重新進行了考證，并對其發震構造進行了探討

陜西省關中地區歷史上發生過多次強震和大震。通過十多年的不斷探測、地面地質調查、歷史記載查證等工作，對公元前780年岐山地震、公元600年秦隴6?級地震、1487年臨潼咸陽一帶6?級地震、1556年華縣8?級地震、1556年華縣地震7級余震、1568年西安6?級地震、1568年臨潼5?級地震的震級大小、宏觀震中位置、地面破裂帶展布以及發震斷裂等進行了多方位考證和修正，取得系列工作結果。

7.在渭河盆地創建了活動構造甄別的年代標尺

除了關中地區廣泛發育的S1古土壤層能夠用作晚更新世早期的標志層，來甄別斷層的活動性外，工作中還發現，區內的馬蘭黃土中普遍發育有一套弱古土壤層（代號：L1S），該弱古土壤層指示了2～4萬年間黃土高原地區經歷的溫暖濕潤期，對活動構造識別和研究具有重要意義。此外，在盆地東部近年工作還發現，區域上普遍存在著一次大洪水事件，該事件發生在全新世，其沖洪積物覆蓋在早已脫離水面的河流階地和沖洪積扇之上，也是活動構造識別和研究的一個很好的年代標尺。

8.重新構建了關中地區地貌單元的構造特征

渭河盆地主體地貌由渭河及其支流沖積而成。眉縣以西渭河河谷狹窄，發育有四至五級基座階地，顯示西部隆升的構造背景。眉縣以東渭河河谷變寬，發育有三級埋藏階地。其中，河漫灘及一、二級階地寬廣平坦，連續分布，三級以上階地多斷續分布，二級階地以上各級階地均為黃土覆蓋。渭、洛兩河之間的階地上形成了部分沙丘地，顯示中部的西安—周至斷陷和東部的固市斷陷處于下沉的構造背景。而渭河平原兩側的黃土臺塬分布于渭河北岸及西安、渭南、潼關等地，是在下更新世湖盆基礎上形成的，連同分布于秦嶺和北山山前的多期洪積扇則是構造與氣候共同作用的結果。在基巖山地區，沖溝中能夠識別出多期斷裂點，顯示所在斷裂的多期新活動。

9.為陜西防震減災戰略布局和關中城市群規劃建設提供了基礎信息

經過關中地區十余年來持續不斷的活動斷層探測和地震危險性評價工作，有關渭河盆地及鄰區的深部地殼結構、渭河盆地深淺構造關系、渭河盆地主要活動斷裂展布和最新活動特征、渭河盆地強震和大震孕育能力、渭河盆地地球動力學模式、渭河盆地主要次級塊體邊界活動斷裂的地震離逝時間、關中地區未來大震危險性及其可能受災地區等方面都取得了新的結果，這些都為陜西省防震減災工作戰略布局提供支持。探測中甄別的活動斷層存在與否的工作結果也直接運用到所在城市的規劃和建設之中，在關中城市群建設中發揮作用。

結束語

城市活動斷層探測和地震危險性評價是一項利國利民的基礎性工作。開展城市活動斷層探測，不僅為城市建設規劃和國土利用提供依據，使城市規劃更科學、更合理，減輕地震對城市造成的破壞和損失，保障社會穩定與人民安居樂業。而且，從科學發展角度，也為地震科學發展創造條件，通過活動斷層探測，力求達到“地下搞清楚”的長遠目標，推動地震科學研究水平向縱深發展。