西秦嶺北緣斷裂帶地震危險性與危害性

王愛國 袁道陽 張波 吳趙 邵延秀 王金爍

王愛國，甘肅省地震局副研究員，博士，碩士生導師，2011年在美國加州大學圣芭芭拉分校（UCSB）做交流訪問學者。主要研究方向為活動構造、地震工程、地震安全性評價及相關數值模擬。負責完成“西秦嶺北緣斷裂中東段最新構造活動與大震危險性”“漳縣活動斷層探測與地震危險性分析”“哈南-青山灣-稻畦子斷裂1∶5萬活動斷層填圖”“核燃料后處理廠金塔廠址可研階段地震安全性評價”等省部級科研與工程項目十余項，發表各類論文60余篇，獲省部級科技成果二等獎3項。

斷裂帶概況

中國西部是全球地震多發地區之一，而地震尤其大地震的發生又與活動構造關系密切。據統計，我國全部8級、絕大部分7～7.9級地震均發生在活動塊體邊界活動構造帶內（鄧啟東，2003）。西秦嶺北緣斷裂帶位于中國西部青藏高原東北緣，為我國Ⅰ級活動構造分區青藏斷塊區東邊界內一條主要的活動斷裂，也是Ⅱ級活動構造東昆侖—柴達木斷塊和祁連山斷塊的邊界斷裂東延段（圖1），地震活動強烈。

斷裂帶西起青海同仁附近，向東經太子山、漳縣、武山、天水，至寶雞附近與秦嶺北緣斷裂相連，全長約470km，總體走向NW50°～70°，為一條規模大、晚第四紀活動強烈的區域性左旋走滑斷裂帶。斷裂在航空照片、衛星影像及地形圖上有清楚地貌顯示，區域上表現為連續的大型溝槽地貌及系列山脊、水系左旋錯動，微地貌見線性谷、斷層崖、斷層陡坎及斷塞塘等斷層新活動地貌。

歷史上沿該斷裂帶曾發生過多次強震，如公元前193年臨洮6～7級地震、公元前47年隴西6?級地震、128年甘谷6?級地震、143年甘谷西7?級地震、734年天水7級地震、1765年甘谷—武山6?級地震和1936年康樂6?級地震等，每次地震都給斷裂沿線居民造成重大財產損失和人員傷亡（國家地震局震害防御司，1995；袁道陽，2007；雷中生，2007）。

圖1 西秦嶺北緣斷裂帶幾何展布及附近區域DEM圖（地表破裂）F1.西秦嶺北緣斷裂帶：F1-1.鍋麻灘斷裂、F1-2.漳縣斷裂、F1-3.武山-甘谷斷裂、F1-4.天水-寶雞斷裂、F1-5.楊河-固城斷裂、F1-6.秀峰山北緣斷裂；F2.六盤山斷裂帶；F3.渭河斷裂；F4.秦嶺北麓斷裂；F5.禮縣-羅家堡斷裂；F6.徽成盆地邊緣斷裂；F7.臨潭-宕昌斷裂；F8.光蓋山-迭山斷裂；F9.通渭斷裂；F10.西鞏驛-李店斷裂；F11.會寧-義崗斷裂；F12.馬御山北緣斷裂帶；F13.拉脊山斷裂帶

斷層幾何結構與新活動特征

斷層幾何結構包括斷層在地表出露位置的幾何展布、斷層面的傾向、傾角等空間參數及結構關系。斷層的活動性質可分為逆斷層、正斷層、走滑斷層以及壓—扭或張—扭混合類型。通過斷層幾何結構特征及活動性質，可推知斷裂所處的構造應力環境與地震動力學特征。

在收集前人研究成果的基礎上，經過高清衛星影像解譯及多次現場追蹤調查與研究，確定了西秦嶺北緣斷裂帶地表幾何展布細結構（圖1）。西秦嶺北緣斷裂帶由主斷裂及分支斷裂組成，主斷裂從西向東可分為鍋麻灘斷裂（F1-1）、漳縣斷裂（F1-2）、武山—甘谷斷裂（F1-3）及天水—寶雞斷裂（F1-4）四條大的斷裂段，分支斷裂則包括秀峰山北緣斷裂（F1-5）和楊河—固城斷裂（F1-6）。4條主斷裂段呈左旋左階斜列的關系，斷裂段之間為蓮麓階區、鴛鴦鎮階區和溫家套階區等拉張階區。分支斷裂作為主斷裂段端部延伸，在斷裂活動中起到了應力調整與構造轉換作用。根據項目組多年的補充調查研究，主斷裂4個斷裂段及2個分支斷裂均為全新世活動斷層，新活動強烈。

1.鍋麻灘斷裂（F1-1）：該斷裂西起夏河縣甘加盆地，向東經大槐溝、松香灘、羊毛溝、鍋麻灘至洮河蓮麓以東，長約165km，由3條斜列的斷裂組成，斷裂走向變化較大，總體走向NW60°～70°，傾向不一，傾角65°～80°。斷裂在甘加盆地切龍溝、羊毛溝、松香灘、鍋麻灘等地斷錯地貌明顯，主要表現為沖溝、階地和山脊的左旋斷錯，形成斷層崖、斷層陡坎、斷塞塘、斷層三角面及斷裂槽地等特征地貌，斷層沿線有較多的斷層泉出露。甘加盆地探槽揭露斷層斷錯最新地層年代為3602±89a B.P.，覆蓋層下部年代為1392±54a B.P.；松香灘南西探槽也揭露斷層斷錯全新世晚期坡積層，表明斷層全新世活動強烈，斷層活動性質以正左旋走滑活動為主。分支斷裂圍子山-大夏河斷裂上保留有1936年康樂6?級地震地表破裂帶，表現為基巖崩塌、斷層陡崖、地裂縫等（圖2）。

圖2 鍋麻灘斷裂圍子山段地震地表破裂（據張波，2015）(a)破裂帶分布；(b)基巖陡崖與基巖崩塌；(c)斷層陡坎與斷塞塘；(d)新洪積扇上的斷層陡坎

圖3 漳縣斷裂地震地表破裂帶(a)龐家灣東；(b)白石頭南；(c)李坪村東北；(d)地震鼓包及錯動面

2.漳縣斷裂（F1-2）：漳縣斷裂東起酸刺灣，向西經青崖下、董家山、龐家灣，穿過漳縣盆地后，經潘家坪、吳家山至陽壑背后，然后順車廠溝向西，越過分水嶺，經黃香溝、黑林溝終止于洮河西岸。總體走向NW60°～70°，傾向NE，傾角46°～85°，長104km。沿斷層帶線性地貌清晰，斷層崖、斷層陡坎發育，山脊、河流、洪積扇、山麓坡積層及文化層等被左旋斷錯的現象屢見不鮮，多處可見地震崩積楔、坡積楔、充填楔及斷塞塘淤積。西段黃香溝段探槽揭露全新世有過多次活動；東段補充調查也發現連續的斷錯全新世地貌現象及歷史地震遺跡，閆家坪斷層剖面及探槽揭露斷層斷錯全新世晚期沉積物，14C測年結果分別為 2670±30a B.P.與 2010±30a B.P.。斷層新活動明顯，總體為左旋走滑特征。

在龐家灣東、李坪村東北、白石頭南、黑牛坪及盤古村西山坡上，由于地勢原因地表破壞相對小而保留了部分143年甘谷西7?級地震的地表破裂。殘留的地表破裂帶形態基本以線性展布的U形或V形溝槽為主（圖3）。

3.武山—甘谷斷裂（F1-3）：斷裂東起鳳凰山南麓的胡家溝，向西經東三十里鋪、武家河、北坡寺、洛門南、武山北止于鴛鴦鎮附近，長約70km。斷裂走向NW70°～80°，傾向NE或SW，傾角60°～70°。該斷裂沿線線性影像清晰，晚第四紀以來活動顯著，地貌上主要表現為斷層埡口、斷層溝槽、斷層陡坎、山脊與水系的同步左旋、階地左旋位錯及順斷層兩側分布的滑坡等。斷層活動在武山堡子村探槽剖面揭露至少在4.21±0.45ka B.P.以來有過活動，在武家河鄉剖面顯示斷層在710±30a B.P.以來有過活動，表現為正左旋走滑特征。

斷裂西段至今仍保留部分深切的地震斷層溝槽、黃土中密集發育的張性構造裂縫、滑坡體和串珠狀落水洞等地表形變現象遺跡，應為公元前47年隴西6?級地震地表破裂遺跡（圖4）。

圖5 天水—寶雞斷裂典型斷層地貌與剖面(a)上馬頭梁斷層崖、斷層左旋與探槽；(b)上馬頭梁西斷層溝槽與筆直的斷層陡坎；(c)楊家河斷層剖面；(d)李家店子斷層剖面

4.天水—寶雞斷裂（F1-4）：斷裂西起鳳凰山南麓，向東經營房梁、南河川、師白村、社棠北、后莊里、葡萄園、吳鎮、拓石、通洞至坪頭北，長約150km。斷層總體走向NW60°～80°，傾向SW，傾角70°～80°。西段沿鳳凰山南麓展布，中段基本沿渭河谷地展布，沿斷裂帶形成寬闊的U型裂谷及沖溝地貌，衛星照片上顯示的線性特征非常清楚，上馬頭梁與鳳凰山南緣可見多條沖溝及山梁同步左旋，并保留了筆直的線性斷層陡坎。野外調查剖面清理與探槽開挖發現，楊家河斷層左旋斷錯晚更新世黃土及表層松散堆積粉土；上馬頭梁探槽揭露斷層斷錯最新地層14C測年結果2440±30a B.P.；李家莊子斷層剖面斷錯粉質黏土，覆蓋層底部14C測年結果310±30a B.P.。以上證據（圖5）均表明該斷裂全新世有活動。斷層性質表現為張性正斷兼左旋走滑特征。

5.楊河—固城斷裂（F1-5）：斷裂西起榜沙河東，向南東經漆河村、四門鎮、楊河鄉、固城南向東南延伸，長約48km，總體走向約NW15°～25°，由多條不連續的斷層段組成。斷層線性影像及地貌清晰，四門鎮及楊河附近斷層左旋斷錯了一系列的山脊、沖溝及沖洪積臺地，地表形成線性的斷層陡坎或陡崖。在四門鎮南斷層斷錯山脊處，出露斷層剖面（圖6）揭示斷層斷錯最新地層頂部14C測年結果為840±30a B.P.，覆蓋層底部年代14C測年結果為現代碳。剖面及地表地貌表明斷層全新世有活動，活動性質為左旋走滑兼逆沖性質。

圖6 楊河—固城斷裂地貌(a)及四門鎮西南斷層剖面(b-c)

6.秀峰山北緣斷裂（F1-6）：斷層西起硬山村西，SE70°方向斷續經年集寨、天水郡紅山機械廠、水家溝、上灣里、兩旦河、至老鴉河，呈舒緩“S”形展布，長約45km。斷層傾向南西，傾角較陡。斷裂在衛星影像及地貌上非常清晰，為西南側高山與山前梁狀丘陵之間的地貌分界線，沿斷層發育斷層溝、負地形及鞍狀地貌等。沿斷裂在硬山村、年集寨、呂二溝、水家溝等地多處可見斷層剖面。毛集村斷層左旋斷錯沖溝T2階地并殘留斷層陡坎，在沖溝T1階地上開挖的探槽揭示，斷層斷錯T1階地礫石層（圖7），表明斷層全新世晚期有活動，斷層性質為逆沖兼左旋走滑特征。

圖7 秀峰山北緣斷裂毛集村斷層地貌與探槽剖面(a)斷層陡坎及階地左旋斷錯地貌；(b)T1階地上開挖的探槽剖面

歷史地震和古地震揭示的地震危險區與危險性

歷史地震指發生在有地震儀器記錄之前，依據歷史文獻記載確定的地震事件；古地震主要指通過探槽、地表變形等揭示的全新世以來發生的人類歷史記載以前所發生的地震；特征地震指在同一活斷層段上重復發生同震位移量或震級相近的地震，具有一定的準周期性。對于歷史地震活動資料豐富的斷裂或斷裂段，可通過歷史地震（或全新世古地震研究成果）的時間與空間分布規律，確定地震發生空間規律、準周期及離逝率，判定地震發生的危險性。

西秦嶺北緣斷裂帶歷史地震多發，項目組在斷層野外調查研究中，發現了一些歷史地震破裂遺跡及一些新的斷層剖面，結合課題組歷史地震調查資料，對西秦嶺北緣斷裂及周邊斷裂歷史地震的發震斷裂歸屬及歷史地震地表破裂進行了研究，確定了公元前47年隴西6?級地震發震斷裂為西秦嶺北緣斷裂帶武山—甘谷斷裂西段（F1-3西段）、143年甘谷西7?級地震發震斷裂為漳縣斷層（F1-2）、734年天水7?級地震發震斷裂應為秀峰山北緣斷裂（F1-5）與鳳凰山斷裂（F1-4西段），1936年康樂6?級地震發震斷裂應為鍋麻灘斷裂東段（F1-1東段）。這些研究成果厘清了該區歷史地震與發震斷裂段的破裂關系，為該區地震危險性預測奠定了基礎。

通過探槽開挖，對西秦嶺北緣斷裂各段也取得了一定的成果：鍋麻灘斷裂西段古地震事件Ⅰ的年代為距今約（1932±54）a前，事件Ⅱ的年代距今為（3602±89）a與（5880±115）a之間，復發周期約2800年，最后一次古地震的離逝時間約為（1932±54）a；鍋麻灘斷裂東段最近兩次歷史地震事件時間分別為公元前193年臨洮7級地震和1936年康樂6?級地震，地震復發間隔約為2100年左右，最新地震離逝時間只有不到100年；漳縣斷裂古地震復發周期為2400～2800年，最新歷史地震為143年7?級地震，距今已經1870多年。

綜合歷史地震與古地震資料，以及地震與發震斷層段的關系（圖8），西秦嶺北緣斷裂存在鍋麻灘斷裂西段、漳縣斷裂段及天水東三個地震空區，其中以漳縣地震空區歷史地震離逝率最大，危險性最高。選擇BPT模型對其未來發震概率進行估算，并以半定量的消逝率為參考對比，漳縣斷裂未來發生7.5級地震的概率累積至2017年的發震概率約39.1%，累積至未來50年、100年、200年的發震概率分別約為41.2%、43.3%、47.4%。

地震危害性

由于西秦嶺北緣斷裂有著長期的發育演化歷史，順斷層形成了一系列的斷層槽地、斷層埡口平臺、大小不等的拉分盆地等地貌，這些地方往往成為人類選擇的居住地。由于這些地方位于斷層面之上，受直下型地震的影響，其上建筑物破壞往往是毀滅性的。如2013年甘肅岷縣漳縣6.6級地震中，位于斷層帶上的永光村、永星村、車路村、拉路村等，房屋大部分倒塌或嚴重損壞，成為受災最為嚴重的村落。

采用高清衛星影像進行統計，居民點主要密集地分布于斷裂帶中東段低山丘陵區，特別是天水—漳縣一帶，西部中高山區居民點則較少。根據統計結果，現今直接位于西秦嶺北緣活動斷裂上的自然村落有111個，鄉鎮4個（表1）；斷裂帶兩側1km范圍內的行政村有219個；斷裂從漳縣縣城和天水市區穿過。因此，一旦西秦嶺北緣斷裂發生中強地震，將給沿線居民安全和財產造成極大的危害。

圖8 西秦嶺北緣斷裂帶歷史地震破裂帶分段與地震危險區判定

表1 坐落于西秦嶺北緣活動斷裂上的居民點

圖9 西秦嶺北緣斷裂帶漳縣盆地段斷裂展布圖（探測后）

另外，西秦嶺特殊的構造與地理位置，使其成為橫亙在中國南北方之間的一道天然屏障，連通南北和東西的線性工程如鐵路、高速公路、高鐵、油氣管道、高壓輸電線路等都要跨越西秦嶺北緣活動斷裂，斷裂的蠕滑活動與地震活動都將對這些生命線工程造成極大危害，需要針對這些工程做專門的研究工作，以保證工程安全性。

減災對策

西秦嶺北緣斷裂是位于甘肅境內的主要區域性活動斷裂，針對該斷裂的活動性與地震危險性，甘肅省地震局做了大量的基礎研究與地震趨勢研判工作。為減輕該斷裂可能造成的危害性，具體可采取以下減災對策。

1.加強斷層新活動特征與地震危險性的深入研究。國家地震局蘭州地震研究所（1991）曾對該斷裂鳳凰山以西區段進行了1‥5萬地質填圖，給出了該斷裂段幾何展布特征、滑動速率及古地震特征初步結果。隨著高清衛星影像、差分GPS測量、低空航空攝影測量等高精度測量技術及測年技術的應用以及大探槽開挖技術的發展等，甘肅省地震局針對不同區段斷裂特征進行了補充工作，逐步得到該斷裂完整的幾何展布圖像與運動特征，并從歷史地震災害特征、地震活動性、地貌特征、位移虧損、b值掃描等方面對斷裂破裂分段及地震危險性進行了分析，對斷裂未來地震危險區與危險性進行判斷，為斷裂帶沿線區域防震減災工作提供指導意見。

2.加強斷裂帶沿線重要城市小區劃與活斷層探測工作。針對位于西秦嶺北緣活動斷裂帶上的天水市區和漳縣縣城，在2008年汶川地震災后恢復重建中，甘肅省地震局對天水市區進行了地震小區劃工作；在2013年岷縣漳縣6.6級地震災后恢復重建中，對漳縣縣城進行了活動斷層探測與地震危險性分析工作。通過以上項目，確定了城市及周邊斷層展布位置，為城市發展規劃、土地利用、重大工程選址以及防震減災提供了科學依據，提高政府對防震減災的決策效能。如漳縣縣城所在的漳縣盆地，前人研究認為該盆地是一個拉分盆地，但進行活斷層探測工作后，認為盆地演化晚期在繼承、改造南北兩側先期逆沖斷裂的基礎上，斷裂左旋走滑運動貫通了盆地東西兩側，在盆地中間部位新形成了一條左旋走滑斷裂（圖9）。天水市小區劃成果及斷裂分布成果則被甘肅省地方標準《建筑抗震設計規程》（DB62/T25-3055-2011）所吸收。

3.加強斷裂帶的地震監測。提高地震監測人員對該斷裂的重視與警覺，充分利用現有監測手段及準備新開展的連續觀測手段如跨斷層GPS、斷層氣監測等，加強該斷裂帶的地震監測。在新增加的監測手段選址中，加強地質人員與監測人員的溝通，聯合進行選址，提高觀測結果的可靠性。

4.與地方政府加強溝通，給出斷裂與沿線城鎮村莊的確切位置關系，提出避讓方案；在城鎮規劃、新農村建設等工作中提供技術支撐。

5.加大相關縣市防震減災科普宣傳，利用各種形式，如宣傳日、海報、講座、地震演練、知識競賽等，讓百姓逐步了解地震災害知識、地震災害的預防與應對等方面知識，進一步提高全社會防御地震災害的能力。