豫西三門峽地區溫塘斷裂第四紀活動性研究1

喬 龍 王 磊 郭長輝 塔 拉 沈小七

（中國地震局第一監測中心, 天津 300180）

引言

鄂爾多斯塊體受青藏高原邊緣剪切擠壓作用和華北陸塊伸展構造斷陷作用的雙重影響，發育一系列斷裂帶及受斷裂控制的斷陷盆地（國家地震局，1988；鄧起東等，1999，2003）。斷陷盆地周緣斷裂的活動性和地震危險性歷來受到眾多學者的關注（國家地震局，1988；鄧起東等，1999；冉勇康等，2003；Lv 等，2014；李彥寶等，2015；Xu 等，2018）。鄂爾多斯東緣的山西斷陷盆地發生了1303 年洪洞M8.0 大地震（江娃利等，2004；徐岳仁等，2018；Xu 等，2018），南緣的渭河斷陷盆地內部發生了1556 年華縣M8.5大地震（呂艷等，2014）。豫西三門峽盆地（靈寶盆地）內的溫塘斷裂位于山西斷裂盆地和渭河斷陷盆地的交界位置，是三門峽次級盆地的東邊界控制斷裂，屬于第四紀以來活動斷裂（圖1（a））。位于斷裂東北端的山西省平陸縣曾于1675 年發生5 級地震，于1815 年發生6?級地震（圖1（b））。科學合理地判定斷層活動性對于城市防震減災和理解區域構造演化均具有重要意義（梁寬等，2019；李環宇等，2020；劉華國等，2021；李峰等，2021）。

圖1 三門峽盆地地震構造Fig. 1 Seismotectonic structure map of Sanmenxia basin

溫塘斷裂也稱朱陽鎮-大營斷裂，該斷裂是新構造運動時期活動明顯的導熱斷裂（何為乾等，1987；張古彬等，2011；謝山立等，2019）。原地質調查推測，該斷裂北端在陽店鎮附近呈北東42°～45°向經溫塘至三門峽，因此也有人稱其為靈寶-會興鎮斷裂。馮興祥（1982）認為溫塘最新活動錯斷了早～中更新世的黃土地層，斷層活動時代為中更新世。部分學者研究提出溫塘斷裂在棉凹村附近錯斷了晚更新世黃土地層，但無準確的年代學證據。而川口鐵路橋斷層剖面斷層泥的熱釋光年齡為（22.3±4.7）萬年，為中更新世活動斷層（薛曉東，2016；丁學文等，2017）。前人對于溫塘斷裂的研究限于重力測量和地質調查的推測結果，關于溫塘斷裂構造特征與活動性的描述相對較少。

本文主要通過對斷裂出露段進行野外地質地貌調查、地質剖面描繪及年代測定，對斷裂隱伏段進行聯合鉆孔剖面探測，并結合前人資料對溫塘斷裂晚第四紀活動性進行綜合分析。

1 構造地質背景

三門峽盆地屬于渭河盆地東端的斷陷盆地，屬新生代斷陷盆地，位于青藏高原、華北和華南板塊結合帶的東段，大地構造位于鄂爾多斯塊體的東南緣，地處河南省、山西省、陜西省接壤部位，東西向長約120 km，南北向寬約40 km，南鄰小秦嶺，北鄰中條山，東接崤山，西毗渭河谷地，黃河自西向東流經盆地中間（圖1（b））。

三門峽盆地位于中條山隆起區南側，作為汾渭斷陷帶的一部分斷陷沉降，至中新世時期，三門峽盆地由斷陷沉降轉為抬升，直至上新世又轉為斷陷沉降。盆地內缺失中新統地層，上新統不整合堆積于古近紀地層上。上新世的斷陷沉降一直延續至第四紀早、中更新世，因而堆積了上新統和下、中更新統的河湖相沉積，晚更新世以來以黃土堆積為主，黃土沉積特征基本不反映盆地構造沉降狀態。

盆地內發育的斷層主要有北東東向的中條山北麓斷裂（F1）、中條山南麓斷裂（F2），近東西向的華山山前斷裂（F3），北東向的溫塘斷裂（F4），北東東向的下莊-宮前斷裂（張村斷裂，F5）及北西西向的硤石-白埠斷裂（位村斷裂，F6）。

2 斷層空間展布特征

溫塘斷裂南起靈寶縣的朱陽鎮，向北東向沿盆山邊界延伸，經五畝鄉項城村、經尹莊鎮胡家村、留村、川口鄉閆謝溝村、陽店鎮下坡頭村、朱家窩村，延伸至三門峽市原店鎮溫塘村，斷層在溫塘村以北的三門峽市區隱伏于第四紀沉積物下，在高廟鄉棉凹村等地再次出露，斷裂全長80 km（圖2）。

圖2 溫塘斷裂空間展布Fig. 2 Spatial distribution of Wentang fault

基于斷裂空間分布和沉積特征，可將溫塘斷裂分為南段（出露段）、中段（隱伏段）、北段（出露段）。前人調查資料所稱的朱陽鎮-大營斷裂、溫塘-高廟斷裂、靈寶-會興鎮斷裂、朱陽鎮-三門峽斷裂、棉凹斷裂均可歸為溫塘斷裂或溫塘斷裂的一部分。

溫塘斷裂南段的起始點位于靈寶南的朱陽鎮，向北經胡家村、川口村、欒村、王和村、王溝、溫塘至蒼龍澗河趙家灣處，長約55 km。

溫塘斷裂中段（隱伏段）自蒼龍澗河趙家灣處向北東東向延伸，經西嶺村、黃龍村向北西穿過青龍澗河賀家村至李家坡，長約10 km。

溫塘斷裂北段走向為北西45°，由李家坡至劉家后（瑤古洞）、棉凹村、陳家山、崤里村，最終至角古東，長約15 km。

3 斷層第四紀活動特征

三門峽溫塘斷裂光釋光測年結果如表1 所示。

表1 三門峽溫塘斷裂光釋光測年結果Table 1 OSL data of Sanmenxia Wentang fault

3.1 溫塘斷裂南段

溫塘斷裂南段沿山前發育，構成崤山基巖山地隆起和盆地的邊界。由衛星影像可知，溫塘斷裂南段線性特征明顯，野外呈清晰的斷層露頭和相應的地形地貌。斷裂通過處出現地形地貌陡變，由山地變為平原地形，高差＞150 m。在靈寶市川口鄉以北的觀頭村至下莊村一帶，可清晰地見到一系列由于斷層錯動造成的斷層三角面現象（圖3）。

圖3 溫塘斷裂南段斷層三角面現象（鏡向130°）Fig. 3 Triangular facet in the southern segment of The Wentang fault （Lens direction 130°）

（1）欒村東剖面（P01）活動性

在原店鎮欒村東側山前樹林中，可清晰地見到斷層面，擦痕清晰，斷層傾向北西310°，傾角為67°。斷層錯斷了晚更新世厚層紅土壤與黃土。斷層左側為厚層紅土壤，斷層右側為致密塊狀的黃土層，由此可判斷溫塘斷裂的斷距達3 m，未見斷層錯斷至全新世腐殖質土壤層（圖4）。

圖4 欒村東剖面Fig. 4 Section of east Luan Village

在上斷點斷層兩側和斷層上部分別取樣進行光釋光年代測試，斷層頂部上覆的黃土地層年代為（35.2±2.2） ka，斷層上盤黃土顯示最新時代為（43.7±2.6）ka，斷層下盤黃土顯示最新時代為（55.6±3.4）ka。結果顯示斷層活動時代為（35.2±2.2）～（43.7±2.6） ka，說明溫塘斷裂最新活動時代為35 ka BP。

（2）王和剖面（P02）活動性

在大王鎮王和村以南約800 m 的梯田中，斷層錯斷了近地表的黃土，黃土顆粒較細，呈黃偏白色，上部含有淋濾的鈣質結核，根據黃土層序判斷黃土沉積時代為中更新世晚期至晚更新世（圖5（a））。在該剖面的對面可見到地貌由山坡變為平地，地貌顯示斷層位置與該斷層剖面位置一致（圖5（b））。斷層寬度為15～40 cm，上部黃土和紅土壤被斷層錯動進斷層帶中，產狀為傾向332°、傾角62°（圖5（c））。王和村剖面光釋光年代測試結果顯示斷層錯斷了（34.7±2.3） ka 和（64.3±4.0） ka 地層，說明溫塘斷裂的活動時代為35 ka BP（圖5（d））。

圖5 王和村剖面（鏡向55°）Fig. 5 Section of Wanghe Village （Lens direction 55°）

3.2 溫塘斷裂中段

從兩端鉆孔揭露地層來看，最東端2 號鉆孔和最西端1 號鉆孔在40～60 m 處揭露的地層巖性有明顯差異，1 號鉆孔為中砂，而2 號鉆孔為黏土，據此判斷斷裂存在于1、2 號鉆孔中間。剖面右側2、3、5 號鉆孔在40～60 m 處揭露的地層巖性均為黏土質，如圖7 所示的下盤標志性黏土層（層?）；而剖面西側1、4、6 號鉆孔在40～60 m 處揭露的地層主要為中砂，局部為粗砂，如圖7 所示的上盤標志性砂層（層⑧），據此判斷斷層位于5、6 號鉆孔之間。

圖6 鉆孔位置分布Fig. 6 Location of boreholes

圖7 鉆孔聯合剖面Fig. 7 Joint section of boreholes

全新統揭露的地層主要為河流相礫石，從整個剖面來看，全新統無被斷錯跡象。在1、4 號鉆孔之間存在位錯，錯斷了早更新世地層，但中更新世上盤標志層B2 未受到顯著影響，故認為該斷層為早更新世活動斷層。對比剖面標志層B2、B3 可知，5、6 號鉆孔之間的中更新世地層不具有連續性。中更新世地層（ Q2P）底界被斷錯了2.9 m，早更新世地層（ Q1P）標志層B4 被錯斷了6.5 m。因此，最新活動斷層的上斷點位于5、6 號鉆孔之間。

6 號鉆孔上斷點處的光釋光年齡為（137.49±17）ka，5 號鉆孔上斷點處的光釋光年齡為（232.09±33.6 ) ka，而斷層未被錯斷的標志地層B1 處的年齡分別為（121.85±15.1）ka 和（91.75±10.6）ka，在誤差范圍內基本一致。因此，可判定溫塘斷裂中段的最新活動時間為中更新世晚期。

3.3 溫塘斷裂北段

綜合前人研究成果、野外地質地貌調查結果，溫塘斷裂北段（棉凹斷裂）走向為北西45°。由李家坡至劉家后（瑤古洞）、棉凹村、陳家山、四廟溝，斷裂北段出目標區后由四廟溝至高廟鄉崤里村，最終至角古東，長約15 km。

溫塘斷裂北段主斷裂面在棉凹村附近，地貌上表現為寬約50 m 的溝谷，溝谷中間堆積晚更新世的黃土地層（圖8（a））。斷層面出露古近系紫紅色砂巖、砂質泥巖與中元古界石英巖（圖8（b）），沿斷面發育1.5 m 厚斷層角礫巖和10～15 cm 厚灰綠色斷層泥，斷裂下盤在中元古界石英巖中發育寬度＞3 m 的破碎帶，上盤古近系砂巖、泥巖產狀凌亂，地層陡立，角礫巖化。根據斷層泥熱釋光年代測定結果，該斷裂在距今（37.5±7.5）萬年上有過明顯活動跡象2劉堯興，王志鑠，余華等. 2004. 溫塘斷裂活動性及其發震機制研究. 河南省科技攻關項目研究報告.，由此判斷溫塘斷裂北段活動時代為中更新世。

圖8 溫塘斷裂北段主斷裂面（圖（a）鏡向220°；圖（b）據劉堯興等2 修改）Fig. 8 Fault facet of the northern segment of the Wentang fault （（a）lens driction 220°; （b） modified by Liu et al.）

4 結論

本文通過詳細野外地質調查、地質剖面分析及年代學結果，綜合前人研究成果，對溫塘斷裂第四紀活動性進行分析，得出以下結論。

（1）依據地質地貌特征、地層沉積特征和地層年代數據，溫塘斷裂可分為南段（出露段）、中段（隱伏段）、北段（出露段）。

（2）溫塘斷裂南段的最新活動時代為(34.7±2.3) ka，為晚更新世活動；溫塘斷裂中段的最新活動時代為（137.49±17 ）ka，為中更新世晚期活動；溫塘斷裂北段為中更新世活動。

（3）溫塘斷裂整體的最新活動時代為晚更新世，南段活動性最強，中段和北段活動性較弱。

致謝 感謝審稿專家和編輯提出的寶貴修改意見和建議，感謝中國地震局地質研究所冉勇康研究員在野外工作中給予的悉心指導與幫助，感謝中國地震局地質研究所胡剛副研究員在年代測試過程中給予的幫助。