西秦嶺北緣斷裂帶西端的活動(dòng)性及其對(duì)西寧至成都鐵路方案的影響

張志亮

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043）

0 引言

西秦嶺北緣斷裂帶是青藏高原東北緣一條強(qiáng)烈活動(dòng)的區(qū)域性深大斷裂,控制著東昆侖—柴達(dá)木斷塊和祁連山斷塊等2個(gè)Ⅱ級(jí)塊體的邊界（圖1）。沿?cái)嗔褞?曾發(fā)生過(guò)公元128年甘谷61/2級(jí)、143年甘谷西71/4級(jí)、734年天水71/2級(jí)地震、1765年甘谷—武山61/2級(jí)地震和1936年康樂(lè)63/4級(jí)等多次歷史強(qiáng)震和大震。關(guān)于斷層的幾何結(jié)構(gòu)、晚第四紀(jì)活動(dòng)性與活動(dòng)參數(shù),很多學(xué)者先后開(kāi)展過(guò)調(diào)查和研究工作,積累了豐富的基礎(chǔ)資料和研究成果[1-13]。斷裂帶總體呈NWW向,東端延向渭河盆地,終止于隴縣—寶雞斷裂帶；而斷裂的西端終止到哪,卻依然存有疑問(wèn)。國(guó)家地震局蘭州地震研究所[3]1/5填圖工作認(rèn)為斷裂西端延到土房村附近。張波等[14]沿土房村以西段開(kāi)展了調(diào)查,認(rèn)為斷裂西端延到了甘家鎮(zhèn)南側(cè)的切龍溝附近,并終止于甘家盆地東緣。規(guī)劃中的西寧至成都鐵路（簡(jiǎn)稱(chēng)西成鐵路）設(shè)計(jì)線路擬從甘家盆地穿經(jīng),西秦嶺北緣斷裂帶西段的活動(dòng)性及其端部終止位置,直接關(guān)系到鐵路安全。對(duì)此,我們?cè)诟始遗璧匾粠ч_(kāi)展了斷裂活動(dòng)性調(diào)查,獲得了一些新的資料。本文擬在這些資料的基礎(chǔ)上,分析和探討西秦嶺北緣斷裂帶西端的活動(dòng)性及其對(duì)鐵路的可能影響。

1 構(gòu)造背景

受印度板塊與歐亞板塊的擠壓、碰撞影響,青藏高原持續(xù)隆升,并向N-NE推擠,造成青藏高原東北部發(fā)育東昆侖斷裂帶、西秦嶺北緣斷裂帶和祁連山北緣—海原斷裂帶等一系列大規(guī)模的NWW-NW向左旋走滑斷裂,將高原分割成幾個(gè)次級(jí)塊體。西秦嶺北緣斷裂帶是東昆侖—柴達(dá)木塊體和祁連山塊體邊界的重要組成部分,東起寶雞,往西經(jīng)天水、武山、漳縣、和政,至臨夏以西的青海同仁一帶,長(zhǎng)約500 km ,總體走向NWW,傾向NE,左旋走滑性質(zhì)。關(guān)于斷裂帶的幾何結(jié)構(gòu)破裂分段,綜合不同學(xué)者的認(rèn)識(shí)[3,9,12,13],斷裂帶總體可分為6條主要次級(jí)斷裂,從東往西依次為：寶雞—天水?dāng)嗔选⑿惴迳奖本墧嗔?、武山—甘谷斷裂、楊河—固城斷裂、漳縣斷裂、鍋麻灘斷裂（圖1）。

圖1 西秦嶺北緣斷裂帶平面展布簡(jiǎn)圖Fig.1 Distribution of the western Qinling fault zone

寶雞—天水段是西秦嶺北緣斷裂帶的最東段,從天水以西的鳳凰山南麓一直東延至渭河出山口附近,西段沿鳳凰山南麓展布,天水以東,大致沿渭河谷地展布,長(zhǎng)約110 km,由2～3條次級(jí)斷裂組成,活動(dòng)性質(zhì)以左旋走滑為主,局部張性正斷。沿該段斷裂無(wú)歷史大震記錄,探槽揭露,斷層斷錯(cuò)了14C測(cè)年結(jié)果為（2440±30）a B.P.的地層[13]。

秀峰山北緣斷裂從硬屲村西,呈SE70°方向,延至兩旦河、老鴉河一帶,長(zhǎng)約45 km,控制西南側(cè)高山與北東側(cè)山前梁狀丘陵之間的地貌分界。毛集村一帶,斷層左旋斷錯(cuò)了沖溝T1-T2階地,T1階地上探槽揭露,斷層斷錯(cuò)了T1階地礫石層。該段斷裂為公元734年天水7?級(jí)地震的發(fā)震斷裂,該次地震中,鳳凰山斷裂也可能同時(shí)破裂[13]。

武山—甘谷斷裂東起鳳凰山南麓的胡家溝,經(jīng)武家河、武山,止于鴛鴦鎮(zhèn)西茍家山附近,長(zhǎng)約70 km,傾向NE,傾角60°～70°,左旋走滑,局部兼有正斷性質(zhì)。斷裂晚第四紀(jì)以來(lái)活動(dòng)顯著,發(fā)育斷層溝槽、斷層陡坎、山脊與水系同步左旋等微地貌,晚第四紀(jì)以來(lái)的平均水平滑動(dòng)速率約2.5 m/a,垂直速率為0.5 mm/a。沿?cái)嗔讯伟l(fā)生過(guò)公元前47年隴西6?級(jí)地震,地震斷層溝槽、黃土中密集發(fā)育的張性構(gòu)造裂縫、滑坡體和串珠狀落水洞等同震地表破裂與變形遺跡局部仍然可辨。

楊河—固城斷裂西起榜沙河?xùn)|,向南東經(jīng)四門(mén)、楊河,至固城南東一帶,長(zhǎng)約48 km ,由多條不連續(xù)的斷層段組成。在四門(mén)和楊河附近,斷層左旋斷錯(cuò)了一系列的山脊、沖溝及沖洪積臺(tái)地,地表形成線性的斷層陡坎或陡崖。斷層斷錯(cuò)地層的頂部14C樣品測(cè)年結(jié)果為（840±30）a B.P.。沿?cái)嗔延?次5～6級(jí)地震記錄,但無(wú)6級(jí)以上歷史地震記錄。

漳縣斷裂東起酸刺灣,向西經(jīng)董家山、龐家灣,穿過(guò)漳縣盆地后,順車(chē)廠溝向西,越過(guò)分水嶺,經(jīng)黃香溝、黑林溝,止于洮河西岸,總體走向290°～300°,傾向NE ,傾角65°左右,長(zhǎng)近110 km。沿?cái)嗔?線性影像特征清晰,斷層崖、斷層陡坎、水洗位錯(cuò)等微地貌發(fā)育。全新世以來(lái)的平均左旋滑動(dòng)速率為2～3 mm/a ,垂直速率約1.2 mm/a[4]。閆家坪探槽揭露斷層斷錯(cuò)了14C測(cè)年結(jié)果為距今約（2010±30）a的全新世晚期沉積物。黃香溝探槽揭露出6次地震事件 , 從老到新依次為 13480±240、9890±220、7020±93、5148±62、3028±94 和 1163±44 a B.P.,平均復(fù)發(fā)間隔約2400年[11],最新一次事件即公元143年甘谷西7?級(jí)地震,沿?cái)嗔讯嗵幙梢?jiàn)地震崩積楔、充填楔及斷塞塘淤積。

鍋麻灘斷裂是西秦嶺北緣斷裂帶的最西段,與東側(cè)的漳縣斷裂左階斜列,東端起于洮河西岸的蓮麓附近,往西幾何結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,由多條更次一級(jí)的斷裂組成。其中,圍子山—大夏河斷裂上保留有1936年康樂(lè)6?級(jí)地震地表破裂帶,表現(xiàn)為基巖崩塌、斷層陡崖、地裂縫等[16]。松香灘南西的探槽揭露斷層斷錯(cuò)全新世晚期坡積層,活動(dòng)性質(zhì)以正左旋走滑活動(dòng)為主。

2 甘家盆地一帶的斷裂活動(dòng)性

甘家盆地是高原內(nèi)部一個(gè)小型的新近紀(jì)以來(lái)形成的山間匯水盆地,水系從南、西、北三面向東匯聚至央曲,盆地東西長(zhǎng)約23 km ,南北寬約18 km ,總體呈西寬東窄的斗狀（圖2）,最低海拔2930余米。從西緣山體延向盆地最低點(diǎn),發(fā)育有兩排近南北向的基巖壟脊。盆地周緣以新近系紅層為主,往盆地中央直接過(guò)渡到山麓洪積扇形或洪積平原型、河谷型晚更新世—全新世堆積,基本未見(jiàn)早—中更新世地層。

沿西秦嶺北緣斷裂帶,從八五期間1/5萬(wàn)填圖的西端點(diǎn)土房村再往西,1/20萬(wàn)和1/25萬(wàn)地質(zhì)圖上都標(biāo)示出多條斷層,且空間位置有較大差別。影像上和地貌上,斷層地表活動(dòng)跡象并不十分明顯,僅局部有所顯示。經(jīng)探槽揭露,盆地東緣的切龍溝附近局部線性槽谷為斷層活動(dòng)引起,最新一次活動(dòng)的時(shí)間在距今（1932±54）年左右[14]。斷裂形跡終止于盆地東緣。

圖2 甘家盆地一帶活動(dòng)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.2 Active tectonic map around the Ganjia basin

甘家鎮(zhèn)央曲北岸（102°33'30.9"E,35°23'41.9"N）一帶,是線性影像比較清晰的一段,地貌上,為NWW向線性陡坎。陡坎前緣經(jīng)開(kāi)挖揭露,斷層斷錯(cuò)了央曲的T2階地基座礫石層,并影響到了近地表的含礫石次生黃土（圖3）,但最頂層黃土未見(jiàn)明顯斷錯(cuò)。剖面揭示這一陡坎地貌為斷層晚更新世-全新世活動(dòng)形成,但全新世活動(dòng)可能已減弱。從該點(diǎn)往西南方向延伸,在（102°34'04.1"E,35°23'06.2"N）一帶也見(jiàn)有兩個(gè)斷層剖面,斷層斷錯(cuò)了古近紀(jì)紅層（圖4）。地貌上未觀察到明顯的斷錯(cuò)微地貌。該斷層與央曲北岸斷層似呈右階斜列。

圖3 甘家鎮(zhèn)央曲北岸（102°33'30.9"E,35°23'41.9"N）處斷層剖面圖Fig.3 Fault profile of the north bank of Yang river in Ganjia town

圖4 甘家鎮(zhèn)央曲南岸（102°34'04.1"E,35°23'06.2"N）處斷層剖面圖Fig.4 Fault profiles of the south bank of Yang river in Ganjia town

甘家盆地北緣基巖山前一帶,線性影像特征非常清晰,長(zhǎng)近10 km。地貌上,為灰?guī)r山前斷層陡崖。在（102°34'14.6”E , 35°26'51.6”N）處,見(jiàn)有基巖破碎帶出露（圖5）,發(fā)育斷層泥,但已基本固結(jié)或半固結(jié)。沿?cái)鄬幼呦?斷層控制山前古近系山麓紅層堆積,斷層陡崖和斷層三角面清晰,但山麓堆積未見(jiàn)明顯變形跡象。斷層最新活動(dòng)可能在第四紀(jì)早期。

圖5 甘家盆地北緣一帶地貌與斷層剖面圖Fig.5 Geomorphology and fault profiles along the northern margin of the Ganjia basin

盆地西緣的3條近南北向線性影像,為3排向西傾的高角度逆斷層帶,多處見(jiàn)有斷層剖面出露（圖6）。最西側(cè)的第一排,斷層發(fā)育于灰?guī)r中,上覆有較厚的Qp3-Qh坡洪積含礫砂土。最東側(cè)的第3排,斷層發(fā)育于花崗巖中,斷面非常清晰,斷層泥發(fā)育,半固結(jié)為主,局部較松散。斷層均上覆洪坡積含礫砂土。幾排逆斷層的最新活動(dòng)時(shí)代可能在第四紀(jì)早期。

3 討論

甘家盆地周緣斷裂活動(dòng)性調(diào)查結(jié)果顯示：甘家盆地是一個(gè)西高東低的新生代箕狀匯水盆地；盆地西緣受3排高角度逆斷層控制；盆地北緣,受NWW向山前斷層控制；盆地南緣,未見(jiàn)控盆山前斷裂；盆地東緣,西秦嶺北緣斷裂發(fā)散為多條斷層,其中,有2支斷層晚第四紀(jì)以來(lái)可能仍有活動(dòng),但地表斷錯(cuò)跡象已明顯減弱,2支斷層也基本止于盆地東緣。綜合這些觀察結(jié)果,甘家盆地可能是古近紀(jì)形成的一個(gè)高原內(nèi)部小型壓陷性盆地。受西側(cè)逆沖阻擋影響,西秦嶺北緣斷裂活動(dòng)已進(jìn)入尾端。從區(qū)域構(gòu)造環(huán)境看,日月山斷裂以東,拉脊山斷裂帶、倒淌河—循化南山斷裂帶以及西秦嶺北緣斷裂帶,走向和活動(dòng)性質(zhì)近似,總體呈右階斜列,與之間間夾的拉脊山和循化南山組成一組NWW向構(gòu)造。西秦嶺北緣斷裂帶往西,構(gòu)造活動(dòng)可能已向北遷移。

圖6 甘家盆地西緣一帶斷層剖面圖Fig.6 Fault profiles along the western margin of the Ganjia basin

也就是說(shuō),甘家盆地的東緣已是西秦嶺北緣斷裂帶的尾端。正在規(guī)劃中的西寧至成都鐵路線路方案從甘家盆地西側(cè)穿行,未直接穿經(jīng)西秦嶺北緣斷裂西段2條主要活動(dòng)斷裂,未來(lái)遭遇該斷裂突發(fā)位錯(cuò)的可能性不大。但由于盆地東緣附近的西秦嶺北緣斷裂西端仍有全新世地表弱活動(dòng)跡象,未來(lái)存在發(fā)生7級(jí)左右地震的可能,線路規(guī)劃需要考慮該斷裂可能產(chǎn)生的地震動(dòng)影響。

4 結(jié)論

（1）西秦嶺北緣斷裂帶西段發(fā)散為兩條主要活動(dòng)斷層,仍有全新世地表弱活動(dòng)跡象。

（2）斷裂西端終止于甘家盆地東緣一帶,西寧至成都鐵路現(xiàn)有設(shè)計(jì)線路方案在甘家盆地一帶未直接穿經(jīng)西秦嶺北緣斷裂帶,未來(lái)遭遇突發(fā)位錯(cuò)的可能性不大,但需要考慮該斷裂可能產(chǎn)生的地震動(dòng)影響。

致謝：感謝陳立春研究員和李彥寶副研究員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作和論文撰寫(xiě)的指導(dǎo)與幫助,感謝高帥坡博士、韓明明博士、盧麗莉碩士等參與野外工作,感謝審稿專(zhuān)家對(duì)論文的意見(jiàn)與建議！