桃川－戶縣斷裂渭河盆地隱伏段的展布與結(jié)構(gòu)特征

張恩會(huì) 師亞芹 張 藝 李 苗

李高陽(yáng)1） 裴跟弟2） 王萬(wàn)合2）

1）陜西省地震局，西安 710068

2）中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710077

0 引言

渭河盆地北接鄂爾多斯地臺(tái)，南鄰秦嶺褶皺帶，西端與青藏高原東北緣弧形斷裂束相接，向E毗連山西斷陷帶，是亞洲大陸新生代典型的裂陷構(gòu)造盆地之一（Zhangetal．，1995；Ritsetal．，2016；Lietal．，2017），學(xué)界內(nèi)認(rèn)為其現(xiàn)今主要處于以拉伸為主的構(gòu)造環(huán)境，從地殼結(jié)構(gòu)、基底到蓋層構(gòu)造均表現(xiàn)為伸展構(gòu)造體制（彭建兵，1992；鄧亞虹等，2013）。新生代以來(lái)該盆地垂直差異運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，活動(dòng)斷裂發(fā)育，是歷史地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈的地區(qū)（國(guó)家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組，1988；韓恒悅等，2002；張朝鋒，2011）。

桃川－戶縣斷裂是渭河盆地內(nèi)的活斷層之一（圖1）。陜西省地震局完成的“關(guān)中地區(qū)大震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)項(xiàng)目”(1)陜西省地震局，2020，關(guān)中地區(qū)大震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告。（以下簡(jiǎn)稱“關(guān)中大震項(xiàng)目”）的成果表明該斷裂是一條區(qū)域性大斷裂，其向W 與太白盆地南緣斷裂相連，向E經(jīng)太白縣桃川鎮(zhèn)、再由周至湯峪鎮(zhèn)進(jìn)入渭河盆地，在盆地中表現(xiàn)為一條近EW 走向的隱伏斷裂。長(zhǎng)慶油田和西安地調(diào)中心布設(shè)的、穿過(guò)西安凹陷的中深層地震剖面顯示該斷裂是一條向下切穿古生界的基底深斷裂(2)②陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，2015，渭河盆地基底探測(cè)與選區(qū)地球物理攻關(guān)項(xiàng)目。。

圖1 桃川－戶縣斷裂與本文研究區(qū)位置圖Fig．1 Map showing positions of the Taochuan Huxian Fault and the study area．區(qū)域位置圖中的地塊劃分方案據(jù)中國(guó)地質(zhì)圖集（2002）；斷層分布據(jù)陜西省地震局“關(guān)中大震項(xiàng)目”研究成果

在強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)沿發(fā)震的活動(dòng)斷裂會(huì)產(chǎn)生地表破裂帶和變形帶，并在該地帶內(nèi)造成嚴(yán)重的地震災(zāi)害。因此，解決斷裂“有沒(méi)有、活不活、深不深”的問(wèn)題在防震減災(zāi)工作中占據(jù)著十分重要的地位（鄧起東等，2007；鄭文俊等，2019）。近年來(lái)開展的隱伏活動(dòng)斷層探測(cè)工作只是證明了桃川－戶縣斷裂在渭河盆地中的存在，回答了“有沒(méi)有”的問(wèn)題，并未解決該斷層在渭河盆地中的詳細(xì)展布位置和新活動(dòng)性的問(wèn)題，工作結(jié)果也未能完全滿足周緣城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃的抗震設(shè)防需求。因此，“十三五”期間陜西省重點(diǎn)項(xiàng)目“興平市活動(dòng)斷層探測(cè)及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”（以下簡(jiǎn)稱“興平活斷層項(xiàng)目”）針對(duì)桃川－戶縣斷裂進(jìn)一步開展了大量探測(cè)工作。在前人研究的基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目合理布設(shè)測(cè)線，利用高分辨率淺層地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)和高精度數(shù)據(jù)處理手段詳細(xì)探查了桃川－戶縣斷裂在周至—戶縣附近的展布位置和淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而綜合前人的探測(cè)資料對(duì)該斷裂在渭河盆地中部的展布、最新活動(dòng)性以及剖面結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析與揭示。本文對(duì)該項(xiàng)目的探測(cè)研究工作進(jìn)行總結(jié)，研究區(qū)如圖1所示。

1 地質(zhì)背景

渭河盆地是夾持于鄂爾多斯和秦嶺兩地塊之間的新生代斷陷盆地，表現(xiàn)為東寬西窄、南深北淺的不對(duì)稱狀。新生代前，由于秦嶺地塊的N向俯沖，使位于其北側(cè)的華北地塊南緣發(fā)育了多條擠壓逆沖斷層，這些斷層后來(lái)成為渭河盆地的控盆斷層；新生代及喜山期以來(lái)，在鄂爾多斯塊體和秦嶺造山帶之間形成了NW－SE向的拉張環(huán)境并持續(xù)近水平的拉張作用，先存的逆沖斷層發(fā)生反向拉張活動(dòng)（王景明，1984；張宏衛(wèi)等，1992；Tangetal．，2015），使得渭河盆地成為受正斷層作用控制的拉張斷陷盆地（彭建兵，1992；張國(guó)偉等，2001；韓恒悅等，2002；Zhangetal．，2011；任雋等，2013）。

由于新生代以來(lái)的斷陷作用，渭河盆地中松散層之下被斷層切割為寶雞凸起、咸陽(yáng)凸起、驪山凸起、陽(yáng)郭凸起、西安凹陷、固市凹陷以及東部的運(yùn)城凹陷、中條山隆起和靈寶凹陷等多個(gè)次級(jí)斷凸和斷凹（肖秋生，2017）。盆地的基底埋深約5km（胡國(guó)澤等，2014）；基底上廣泛分布第四系，地層巖性以黃土和砂礫卵石層為主，成因類型以風(fēng)積、沖洪積、湖積為主，另有冰水、坡積、滑塌堆積等。盆地中第四系從NW 至SE逐漸增厚，沉積厚度在空間上的差別極大。在盆地沉積中心的戶縣、固市鎮(zhèn)等處第四系厚度最大，一般為700～800m，最厚處可達(dá)1 300m。河谷區(qū)的沉積厚度普遍＞400m，黃土塬區(qū)厚100～300m或＜100m。另外，盆地中新生界的最大厚度達(dá)7 000m(3)陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，2015，渭河盆地基底探測(cè)與選區(qū)地球物理攻關(guān)項(xiàng)目。。渭河盆地至今仍處于持續(xù)的伸展、沉降與沉積的狀態(tài)中（鄧起東等，1999；王紅偉等，2010）。桃川－戶縣斷裂位于秦嶺北緣斷裂和渭河斷裂之間，總體呈近EW 向穿過(guò)西安凹陷。西安凹陷的新生代蓋層最厚達(dá)7 000m，邊緣部位厚3 500～5 000m，自上而下主要為第四系、新近系、古近系，基底為震旦亞界片巖及燕山期花崗巖（楊超，2013；杜建軍，2016）。

2 中深層地震剖面解釋：斷裂在渭河盆地內(nèi)的角色研究

2013年，西安地質(zhì)調(diào)查中心渭河盆地基底探測(cè)與選區(qū)地球物理攻關(guān)項(xiàng)目的二維地震勘探專題①跨越盆地完成了2條中深層地震測(cè)線的探測(cè)，并利用渭深10井資料標(biāo)定了地震剖面中的地質(zhì)層位，完成了西安凹陷地震資料的時(shí)深轉(zhuǎn)換，給出了5組標(biāo)志層，分別對(duì)應(yīng)第四系、新近系的張家坡組、藍(lán)田－灞河組、高陵組以及古近系、古生界底界的反射。其中一條測(cè)線南起戶縣，北到乾縣，斜穿西安凹陷，本文將稱其為“石油中深測(cè)線”（位置見(jiàn)圖1）。該中深測(cè)線地震剖面顯示西安凹陷整體呈箕狀，南深北淺，在剖面上表現(xiàn)為向斜式的同相軸，向斜中心偏南，兩翼傾角南陡北緩，該現(xiàn)象說(shuō)明受秦嶺北緣斷裂的控制，南部成為盆地的沉積中心（圖2）。

圖2剖面顯示秦嶺北緣斷裂和渭河斷裂在深度上呈“Y”字型結(jié)構(gòu)，共同控制了渭河盆地西安凹陷的南、北邊界。該凹陷內(nèi)各組沉積地層均表現(xiàn)出南厚北薄的特點(diǎn)，其中古近系向N逐漸消失。該凹陷的南、北兩側(cè)基底的埋深變化較大，分別介于4 000～5 000m 和7 000～8 000m之間。

圖2 戶縣－乾縣中深層地震反射剖面及斷層解釋Fig．2 Seismic reflection section of the profile Huxian Qianxian with fault interpretations．測(cè)線位置見(jiàn)圖1和圖3。地震反射剖面及地層解釋據(jù)文獻(xiàn)(4) ①陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，2015，渭河盆底基底探測(cè)與選區(qū)地球物理攻關(guān)項(xiàng)目。

在圖2剖面上，還發(fā)現(xiàn)秦嶺北緣斷裂與渭河斷裂之間存在1條N傾正斷層，即桃川－戶縣斷裂（F8），它的視垂直錯(cuò)斷特征十分明顯，大體將西安凹陷從基底之上一分為二。該剖面中的F8斷裂傾向N，傾角上陡下緩，向上延伸至第四紀(jì)地層，向下最深可切入前震旦系基底，斷距隨深度增大，基底垂直錯(cuò)斷千米有余。F8斷裂以北約4km處存在1條陡傾的反向次級(jí)斷裂DF3，其向下在深度6 000～7 000m處與F8歸為一條大斷裂，并在≥9 000m的深度向下與渭河斷裂相交。因此，桃川－戶縣斷裂F8在渭河盆地西安凹陷內(nèi)屬于渭河斷裂南盤的大型反傾“正斷層”（圖2）。另外，圖2剖面清楚地揭示了西安凹陷基底以上的沉積形態(tài)及各條斷裂的中深部特征，即除沉積中心附近地層下凹外，各條斷裂之間的地層并非朝沉積中心逐次、階梯狀下掉，而是呈現(xiàn)出局部上隆的形態(tài)，表現(xiàn)出一定的走滑斷裂帶的結(jié)構(gòu)特征，由此也可以認(rèn)為秦嶺北緣斷裂、渭河斷裂、桃川－戶縣斷裂及其他次級(jí)斷裂共同構(gòu)成了一個(gè)大型的、類似于負(fù)花狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)造系統(tǒng)。

3 淺層地震勘探的布線、數(shù)據(jù)采集與處理

3.1 目的與測(cè)線布設(shè)

圖2的中深地震剖面及其解釋雖揭示了桃川－戶縣斷裂的剖面形態(tài)及其在渭河斷陷內(nèi)的構(gòu)造角色，但由于該剖面的探測(cè)重點(diǎn)為中深層，淺層信息較為粗略，第四系的分層反射并不清晰，無(wú)法用于判斷斷層的上斷點(diǎn)及最新活動(dòng)性。因此，為了查明桃川－戶縣斷裂在渭河盆地內(nèi)周至—戶縣段的具體展布位置及其活動(dòng)性，本研究依托陜西省“興平市活斷層項(xiàng)目”，在前述“石油中深測(cè)線”以西布設(shè)了2條SN向的淺層控制性地震測(cè)線T2和W 3（圖3）。其中T2測(cè)線長(zhǎng)約13km；W 3位于T2西側(cè)并與T2相接，總長(zhǎng)約17km。2條測(cè)線南北相接，基本控制了西安凹陷的淺層結(jié)構(gòu)。為進(jìn)一步追蹤桃川－戶縣斷裂及其反向次級(jí)斷裂在盆地中的展布情況，項(xiàng)目在后續(xù)探測(cè)中又布設(shè)了T1、T5、TC4、WC4、WC5等5條SN向的淺層地震剖面測(cè)線，測(cè)線布設(shè)見(jiàn)圖3。

圖3 本研究開展的淺層地震勘探測(cè)線位置簡(jiǎn)圖Fig．3 Map showing locations of the lines for shallow reflection seismic surveys．

3.2 地震數(shù)據(jù)采集與處理

本研究在淺層地震數(shù)據(jù)采集中采用了多次覆蓋縱波反射法?？紤]到測(cè)線主要位于渭河盆地中心區(qū)域，淺部和中、深部的反射波較發(fā)育，而盆地邊緣區(qū)域的深部反射波不發(fā)育。因此，我們確定地震勘探應(yīng)以獲得淺部反射波資料為主，同時(shí)兼顧中、深部反射波資料，以便完成對(duì)目標(biāo)斷裂的精確定位及追蹤工作。

野外探測(cè)使用2臺(tái)28t的SM－26型可控震源激發(fā)地震，每炮震動(dòng)4次，采用10～110Hz線性升頻掃描，掃描長(zhǎng)度為18s；地震儀采用加拿大GEO－X公司生產(chǎn)的Aries數(shù)字地震儀，采樣間隔1ms，記錄長(zhǎng)度為2s或4s。地震波接收采用60Hz檢波器以及排列內(nèi)部激發(fā)、480道不對(duì)稱接收、3m或5m道間距、40或60次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng)。

在Sun bland 2000工作站上使用CGG地震反射數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理方法主要包括振幅補(bǔ)償、靜校正、疊前和疊后去噪以及疊后偏移等。振幅補(bǔ)償是對(duì)幾何擴(kuò)散和地表不一致性造成的能量損失進(jìn)行補(bǔ)償。為了消除由地形起伏及近地表地層的橫向不均勻?qū)Φ卣鸩ǖ綍r(shí)造成的不利影響，采用了固定基準(zhǔn)面初至折射靜校正方法。為拓寬有效信號(hào)頻帶、壓縮地震子波，提高地震資料的縱向分辨率，本次數(shù)據(jù)處理中選用了地表一致性預(yù)測(cè)反褶積方法，該方法不僅可有效壓縮地震子波，還可進(jìn)一步消除地表?xiàng)l件的變化對(duì)地震波的振幅和相位特性的影響，同時(shí)對(duì)多次波也有一定的壓制作用。此外，為使傾斜界面反射歸位到地下真實(shí)位置、繞射波收斂以及分解波的干涉現(xiàn)象，盡可能準(zhǔn)確地反映地下構(gòu)造形態(tài)，數(shù)據(jù)處理中采用F－XY域時(shí)間偏移方法對(duì)反射波疊加剖面進(jìn)行了偏移處理（經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，最終采用了95%的偏移速度）。

渭河盆地第四紀(jì)地層自上而下主要為：全新統(tǒng)（Qh）半坡沉積和現(xiàn)代沉積、上更新統(tǒng)（）乾縣組和馬蘭組、中更新統(tǒng)（）湖組和離石組、下更新統(tǒng)（）三門組和陽(yáng)郭組。本研究的淺層地震剖面獲得了多組信噪比較高的地層反射波，根據(jù)剖面反射波場(chǎng)特征，并依據(jù)渭河盆地地?zé)酭2井（李玉宏等，2013）與渭深10井(5)國(guó)家地質(zhì)總局第三普查勘察大隊(duì)，1977，汾渭盆地石油普查階段地質(zhì)成果報(bào)告。的柱狀地質(zhì)剖面確定了7組地層反射波的地質(zhì)屬性。其中，T2波組具有能量強(qiáng)、連續(xù)性好、頻率高等特征，推測(cè)為中更新統(tǒng)（Q2P）湖組上部的反射波，呈近水平狀，在盆地區(qū)較發(fā)育，可在全區(qū)連續(xù)追蹤。T2x波組通常由2～3個(gè)強(qiáng)相位構(gòu)成，具有能量強(qiáng)、連續(xù)性好、頻率高等特征，且呈近水平狀，推測(cè)為中更新統(tǒng)湖組內(nèi)部的反射波，在盆地區(qū)較發(fā)育，可全區(qū)連續(xù)追蹤。TQ2x波組主要表現(xiàn)為能量強(qiáng)、連續(xù)性好、頻率高等特征，呈近水平狀，將其標(biāo)定為湖組底界的反射波，在盆地區(qū)發(fā)育，全區(qū)可連續(xù)追蹤。TQ1s波組由3～4個(gè)強(qiáng)相位構(gòu)成，強(qiáng)相位的反射波連續(xù)性好、頻率高，將其標(biāo)定為第四系底界三門組的反射波，在盆地區(qū)發(fā)育，在全區(qū)可連續(xù)追蹤。TN2y1波組通常由1～2個(gè)相位構(gòu)成，連續(xù)性較好、頻率較高，推測(cè)為新近系（N）上部張家坡組與第四系三門組之間的強(qiáng)反射波，在盆地區(qū)較發(fā)育，但在隆起部位不發(fā)育，在部分測(cè)線可連續(xù)追蹤。TN2z波組通常由3～4個(gè)強(qiáng)相位構(gòu)成，連續(xù)性好、頻率高，將其標(biāo)定為張家坡組底界的反射波，在盆地區(qū)發(fā)育，全區(qū)大部分測(cè)線上可連續(xù)追蹤。TN2b波組通常由2～3個(gè)強(qiáng)相位構(gòu)成，連續(xù)性好、頻率高，推測(cè)為新近系灞河組的反射波，在盆地區(qū)發(fā)育，大部分測(cè)線可連續(xù)追蹤。

4 淺層地震剖面及其構(gòu)造解釋

4.1 T2和W 3測(cè)線剖面

T2和W 3測(cè)線均為SN向，兩者南北相接，橫跨渭河盆地并經(jīng)過(guò)渭河Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地。其中，T2測(cè)線南起周至縣九峰鎮(zhèn)，向N跨渭河后終止于興平市北張村附近（圖3）；W 3測(cè)線位于T2以北，南部與T2剖面相疊，南起渭河北岸河堤路，向N終于渭北黃土塬（圖3）。圖4和圖5分別給出了這2條測(cè)線的時(shí)間剖面及深度解釋圖。時(shí)間剖面圖的縱坐標(biāo)為地震波的雙程走時(shí)，深度解釋圖的縱坐標(biāo)為深度，且縱橫坐標(biāo)比例相同；橫坐標(biāo)為CDP號(hào)和距離。

圖4 T2與W 3測(cè)線的疊加時(shí)間剖面及主要斷裂解釋圖Fig．4 Stacked time sections of seismic reflection profiles T2（a）and W 3（b）with interpretations of primary faults．

圖5 T2與W 3測(cè)線深度剖面解釋圖Fig．5 Interpreted depth sections of seismic reflection profiles T2（a）and W 3（b）．各反射波組代號(hào)（T2、T2x、TQ2x、TQ1s、TN2y1、TN 2z和TN2b）對(duì)應(yīng)的地層單元見(jiàn)3.2節(jié)最后自然段的描述，下同

在2條測(cè)線上共解釋了6個(gè)強(qiáng)反射界面，包括4組第四系波組T2、T2x、TQ2x和TQ1s，2組新近系波組TN2y1和TN2z。時(shí)間剖面上顯示中—晚新生代沉積相地層的連續(xù)沉積系列，不同沉積相地層的反射波豐富，地層整體S傾于盆地沉降中心，傾角約為5°，且下部地層傾角依次大于其上覆地層，由北向南呈喇叭狀開口，反映了受盆地?cái)嘞葑饔每刂频纳L(zhǎng)地層特征。

在T2測(cè)線剖面上解釋了4條主要斷層（F8、F8－1、F8－2和DF3），斷點(diǎn)位置見(jiàn)圖3，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。F8斷裂錯(cuò)斷的最新地層為T2波組對(duì)應(yīng)的中更新統(tǒng)上部地層。F8－1和F8－2位于F8斷裂以北，也錯(cuò)斷了中更新統(tǒng)上部地層，傾向與F8相同，推測(cè)為F8的次級(jí)斷裂。DF3位于F8－2以北，與F8－2形成1個(gè)次級(jí)凹陷。從時(shí)間剖面還可以看出，F(xiàn)8和DF3間的反射波同相軸存在一些局部不連續(xù)的情況，說(shuō)明兩者間還存在數(shù)條分支斷裂。

表1 淺層地震測(cè)線及發(fā)現(xiàn)的斷點(diǎn)參數(shù)表Table 1 The shallow seismic reflection profiles and parameters of the observed breakpoints

在W 3測(cè)線剖面的南段也揭示出存在次級(jí)斷裂DF3，錯(cuò)斷了T2—TN2z6組反射界面。如圖4和圖5的右側(cè)顯示，DF3斷裂在W 3測(cè)線的南段表現(xiàn)出斷層面上陡下緩，與T2測(cè)線的DF3斷層形態(tài)相似；下降盤地層因受斷層運(yùn)動(dòng)的牽引變形明顯。因此，可根據(jù)該斷點(diǎn)的平面位置和特征推測(cè)其與T2測(cè)線上的DF3為同一條斷層。另外，根據(jù)中深層測(cè)線剖面與T2、W 3測(cè)線剖面上的斷點(diǎn)位置及錯(cuò)斷特征，本文推測(cè)F8和DF3分別對(duì)應(yīng)中深層測(cè)線剖面（圖2）上的桃川－戶縣主斷裂與其反向分支斷裂。

4.2 T1測(cè)線剖面

T1測(cè)線位于T2測(cè)線以東約7.5km處（圖3），其剖面波形及錯(cuò)斷特征與T2測(cè)線極其相似，揭示出1個(gè)由N傾正斷層和S傾正斷層構(gòu)成的次級(jí)凹陷（圖6，7）；同時(shí)，可根據(jù)斷點(diǎn)位置推測(cè)控制該次級(jí)凹陷的邊界斷裂即為桃川－戶縣主斷裂F8與其反向次級(jí)斷裂DF3。

圖6 T1測(cè)線時(shí)間剖面及主要斷裂解釋圖Fig．6 Stacked time section of seismic reflection profile T1 with interpretation of primary faults．

該剖面南部地層的傾角總體上大于北部，受斷層錯(cuò)斷的特征明顯，并由這些斷裂控制，形成了1個(gè)次級(jí)凹陷，地層向凹陷中心逐級(jí)跌落，構(gòu)成了1個(gè)明顯的負(fù)花狀構(gòu)造，而凹陷兩側(cè)的地層產(chǎn)狀較為平整。該剖面上4個(gè)較大的斷點(diǎn)分別為F8、F8－1、DF3和DF3－1，斷點(diǎn)參數(shù)見(jiàn)表1。與T2測(cè)線相比，該測(cè)線剖面上的F8與DF32條斷裂之間的距離明顯變小。

圖7 T1測(cè)線的深度剖面解釋圖Fig．7 Interpreted depth sections of seismic reflection profile T1．

4.3 T5和TC4測(cè)線剖面

T5測(cè)線布設(shè)于T2測(cè)線以西，渭河之南（測(cè)線位置見(jiàn)圖3）。該剖面上沉積地層發(fā)育，相應(yīng)的反射波豐富，地層呈總體S傾的單斜產(chǎn)狀，傾角變化與前幾條測(cè)線類似，自上而下逐漸變大?；谇笆鰷y(cè)線斷裂斷錯(cuò)特征的分析和解釋，推測(cè)本測(cè)線上的N傾正斷層為桃川－戶縣斷裂。T5剖面F8斷層的上斷點(diǎn)埋藏較深，未錯(cuò)斷TQ2x（圖8，9），其余的斷點(diǎn)參數(shù)詳見(jiàn)表1。因T5測(cè)線較短，并未在其上發(fā)現(xiàn)與T2測(cè)線對(duì)應(yīng)的S傾斷層DF3，故在T5測(cè)線以北的渭河北岸又布設(shè)了TC4測(cè)線。

圖8 T5和TC4測(cè)線的時(shí)間剖面及主要斷裂解釋圖Fig．8 Stacked time sections of seismic reflection profiles T5（a）and TC4（b）with interpretations of primary faults．

TC4測(cè)線南起渭河河堤路，向N終于茍家坡村（測(cè)線位置見(jiàn)圖3）。圖8揭示出該剖面南段靠近渭河河床的深部反射波組較為凌亂，而北部地層均較平整；結(jié)合剖面上2個(gè)明顯的S傾斷點(diǎn)可解釋出DF3和DF3－12條斷裂（圖9），DF3－1向下交于DF3斷裂上。相應(yīng)的斷點(diǎn)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

圖9 T5和TC4測(cè)線的深度剖面解釋圖Fig．9 Interpreted depth sections of seismic reflection profiles T5（a）and TC4（b）．

若將T5測(cè)線和TC4測(cè)線的剖面資料連接起來(lái)，則可發(fā)現(xiàn)其斷點(diǎn)特征與T2、T1測(cè)線剖面相似，均存在1個(gè)由F8（桃川－戶縣斷裂）與反傾的DF3斷裂組成的局部凹陷（圖9），同時(shí)該凹陷內(nèi)還存在F8的幾條次級(jí)斷裂。另外，F(xiàn)8斷裂與DF3斷裂的可連續(xù)追蹤性也說(shuō)明DF3斷裂和桃川－戶縣斷裂F8至少在本文的研究區(qū)內(nèi)是相伴相生的。

4.4 WC5和WC4測(cè)線剖面

WC5測(cè)線位于W 3測(cè)線以東，南起興平單擺子村，向N終于興平市槐里路北；WC4測(cè)線則位于WC5測(cè)線以東3km、渭河河堤路以北與興平市區(qū)槐里路南之間；測(cè)線位置見(jiàn)圖3。因本文研究的重點(diǎn)為桃川－戶縣斷裂，這里僅截取2條測(cè)線南段的探測(cè)結(jié)果（圖10，11）。

圖10 WC5測(cè)線（a）與WC4測(cè)線（b）的時(shí)間剖面及主要斷裂解釋圖Fig．10 Stacked time sections of seismic reflection profiles WC5（a）and WC4（b）with interpretations of primary faults．

圖11 WC5測(cè)線（a）與WC4測(cè)線（b）的深度剖面解釋圖Fig．11 Interpreted depth sections of seismic reflection profiles WC5（a）and WC4（b）．

在WC5測(cè)線的CDP550附近，由各組反射波的明顯錯(cuò)斷和傾向變化可確定存在DF3斷裂，為S傾的正斷層（上盤下降），它由深到淺依次斷錯(cuò)TN2z—T2x多個(gè)標(biāo)志層。其北側(cè)還存在1條錯(cuò)斷新近紀(jì)—第四紀(jì)地層系列的N傾正斷層DF4。這2條斷層形成1個(gè)局部的地壘構(gòu)造（圖10，11）。

WC4測(cè)線的DF3斷裂距中深層測(cè)線（圖2）的桃川－戶縣斷裂反向斷裂斷點(diǎn)位置僅約500m，且斷層剖面形態(tài)特征相同；而WC5測(cè)線上的DF3斷裂與WC4測(cè)線的DF3斷層特征相同，且位于T2測(cè)線與W 3測(cè)線的DF3斷點(diǎn)連線附近；因此，可推測(cè)WC5與WC4測(cè)線剖面上的DF3均為桃川－戶縣斷裂的反向次級(jí)斷裂。相應(yīng)的斷點(diǎn)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

此外，為了解桃川－戶縣斷裂在整個(gè)渭河盆地段的展布，本文對(duì)該斷裂展布的定位還參考了“關(guān)中大震項(xiàng)目”在周至以西的ZZ1測(cè)線和戶縣以東YX1－2測(cè)線的探測(cè)結(jié)果(6)陜西省地震局，2020，關(guān)中地區(qū)大震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告。，這2條測(cè)線及相應(yīng)斷點(diǎn)的位置參見(jiàn)圖3。其中，ZZ1測(cè)線時(shí)間剖面顯示在周至附近的秦嶺北緣斷裂以北存在1條N傾正斷層，在淺部具有反向分支，與本文的T1、T2測(cè)線上斷層分布形態(tài)相似。根據(jù)這2條剖面上的斷點(diǎn)位置和斷層形態(tài)與規(guī)模，推測(cè)桃川—戶縣斷裂由測(cè)線處經(jīng)過(guò)。

5 探測(cè)結(jié)果綜合分析

已有的研究表明桃川－戶縣斷裂有可能經(jīng)過(guò)渭河盆地的中部偏南，但其在周至以西至戶縣之間長(zhǎng)達(dá)40km的區(qū)域的展布位置以及其與附近其他斷裂的關(guān)系并不清楚①。為此，我們新開展6條測(cè)線的淺層地震探測(cè)，結(jié)合前人的中深層和淺層地震探測(cè)結(jié)果以及鉆孔聯(lián)合剖面資料，查明了桃川－戶縣斷裂在渭河盆地中的隱伏位置、斷層性質(zhì)和平面及剖面展布特征，為該區(qū)的城市活斷層危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了新的重要依據(jù)。

5.1 桃川－戶縣斷裂隱伏段的結(jié)構(gòu)與展布

本次淺層地震探測(cè)結(jié)果證實(shí)了桃川－戶縣斷裂（F8）及其反向次級(jí)斷裂（DF3）存在于周至以西至戶縣以東的渭河盆地內(nèi)，表現(xiàn)為時(shí)間剖面上的同相軸錯(cuò)斷。同時(shí)，在大部分測(cè)線上F8和DF3兩者之間的反射波同相軸存在局部的上隆，且有明顯的錯(cuò)斷和不連續(xù)現(xiàn)象（圖4，6，8，10），說(shuō)明這2條斷層間存在更小的或者次一級(jí)斷裂，且它們共同構(gòu)成1個(gè)負(fù)花狀構(gòu)造（圖5，7，9，11）。另由中深地震時(shí)間剖面及其解釋結(jié)果得知：F8斷裂屬于渭河盆地內(nèi)的大型N傾正斷層，位于秦嶺北緣斷裂和渭河斷裂之間，將西安凹陷從基底上一分為二（圖2）。

本文的淺層地震探測(cè)工作確定了桃川－戶縣斷裂（F8）及其反向次級(jí)斷裂（DF3）在渭河盆地的隱伏位置。如圖12所示：F8斷裂自周至縣湯峪鎮(zhèn)穿出秦嶺進(jìn)入渭河盆地后，隱伏于地表之下，以NE向斜穿周至縣城，在周至和戶縣間呈向N凸出的弧形展布，向E至長(zhǎng)安縣引鎮(zhèn)附近與鐵爐子斷裂相接。因周至以西暫時(shí)缺少跨越主要斷層的測(cè)線，故在圖12中將“關(guān)中大震項(xiàng)目”ZZ1測(cè)線上(7)陜西省地震局，2020，關(guān)中地區(qū)大震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告。的DF3上斷點(diǎn)位置作為該斷裂最西端的已知點(diǎn)；從該點(diǎn)向E，DF3斷裂從周至北渭灘村附近以NE向斜穿到達(dá)渭河北岸，向E延伸約17km后在李家灘附近再次穿到渭河南岸的馬坊村附近。從圖12可以看出DF3與F8的展布形態(tài)近平行，反映兩者在周至以北到戶縣之間是相伴生的。對(duì)比圖1與圖3可知，在本文開展探測(cè)工作前后，F(xiàn)8與DF3斷裂在盆地中的位置及幾何展布圖案有明顯差別，這也說(shuō)明我們開展的探測(cè)工作在這2條斷層上斷點(diǎn)的隱伏位置和幾何展布方面取得了進(jìn)展。

圖12 本研究探明的桃川－戶縣斷裂（F8）隱伏段及其反向次級(jí)斷裂（DF3）展布圖Fig．12 Map showing the extensions of the buried segments of the Taochuan Huxian Fault（F8）and its antithetic fault（DF3）．地質(zhì)底圖來(lái)自陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局

圖13a是根據(jù)淺層地震探測(cè)與解釋結(jié)果所繪的F8斷裂、DF3斷裂以及渭河斷裂的空間展布示意圖。該圖顯示F8斷裂為N傾的正斷層，傾角為32°～76°，斷面整體呈上陡下緩；反向次級(jí)斷層DF3位于F8以北，為S傾的正斷層，傾角為32°～75°。渭河斷裂在研究區(qū)的平面展布不平直，除在西端2條測(cè)線上呈現(xiàn)明顯的S傾特征外，其余部分在淺層（深度≤3.5km）均呈陡立狀，但由中深層地震剖面得知該斷裂總體是S傾的（圖2）。圖13b顯示上述3條斷裂在研究區(qū)內(nèi)均呈EW 走向，且近平行。DF3與F8斷裂的間隔距離為2～6km，且在108.5°E以東兩者有相交的趨勢(shì)。

圖13 桃川－戶縣斷裂（F8）及其反向次級(jí)斷裂（DF3）與渭河斷裂展布關(guān)系的立體示意圖（a）和平面示意圖（b）Fig．13 A 3D sketch（a）and a 2D sketch（b）both showing the spatial distribution relation among the Weihe Fault，the Taochuan Huxian Fault（F8）and its antithetic fault（DF3）．圖b中的虛線示意斷層向下延伸的部分

5.2 桃川－戶縣斷裂隱伏段的活動(dòng)性

淺層地震探測(cè)結(jié)果顯示桃川－戶縣斷裂F8與其反向分支斷層DF3從上到下錯(cuò)斷了T2—TN2b等多個(gè)標(biāo)志層，錯(cuò)斷的最新地層為與T2波組對(duì)應(yīng)的晚更新世湖組上部，可識(shí)別的上斷點(diǎn)埋深分別為25～50m、15～62m；據(jù)李智超（2017）對(duì)渭河盆地地層的劃分對(duì)比，此深度應(yīng)位于湖組頂部到乾縣組，故F8和DF3應(yīng)斷錯(cuò)了上更新統(tǒng)，屬于晚更新世活動(dòng)斷裂。

但因地震探測(cè)資料對(duì)淺層松散介質(zhì)的分辨有限，且所確定的上斷點(diǎn)埋深受區(qū)域表淺層地震地質(zhì)條件、時(shí)深轉(zhuǎn)換關(guān)系等諸多因素影響，并不能精確確定斷層的上斷點(diǎn)埋深。因此，“興平活斷層項(xiàng)目”又開展了鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)(8)陜西省地震局，2020，“興平市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)項(xiàng)目”鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)詳勘專題報(bào)告。。但布設(shè)于T1測(cè)線和T2測(cè)線上孔深90m的鉆孔聯(lián)合剖面均未探測(cè)到F8斷層的上斷點(diǎn)，推測(cè)上斷點(diǎn)埋深可能＞90m，未錯(cuò)斷晚更新世地層，而馮希杰在T2測(cè)線與T5測(cè)線間的強(qiáng)家莊北側(cè)發(fā)現(xiàn)了一處砂土液化，充填于全新世黃土狀土中，砂土液化點(diǎn)距桃川－戶縣斷裂僅0.3km，推測(cè)該處砂土液化與桃川－戶縣斷裂的活動(dòng)有關(guān)，因此本文認(rèn)為桃川－戶縣斷裂應(yīng)于全新世活動(dòng)過(guò)。布設(shè)在W 3測(cè)線上DF3斷點(diǎn)附近的鉆孔聯(lián)合剖面表明該處地表附近有一層約2m厚的黃土狀土，下部沉積地層以砂層和圓礫為主，中間夾有厚層粉質(zhì)黏土，且斷層兩側(cè)黏土厚度相近，可作為標(biāo)志層進(jìn)行對(duì)比分析。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2個(gè)黏土層有非常明顯的錯(cuò)動(dòng)，底界錯(cuò)距分別為3.75m和6.35m，揭示出1條S傾斷層，上斷點(diǎn)埋深約為20m，于晚更新世活動(dòng)。鉆孔聯(lián)合剖面發(fā)現(xiàn)的斷點(diǎn)位于淺層地震探測(cè)發(fā)現(xiàn)的DF3斷點(diǎn)以北約70m處，可認(rèn)為兩者為同一斷點(diǎn)（本文鉆孔剖面信息來(lái)自文獻(xiàn)(9)陜西省地震局，2020，“興平市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)項(xiàng)目”鉆孔聯(lián)合剖面探測(cè)詳勘專題報(bào)告。）。另外，“關(guān)中大震項(xiàng)目”實(shí)施過(guò)程中曾于本文研究區(qū)以西的秦嶺山前見(jiàn)到桃川－戶縣斷裂的多處地表露頭，并發(fā)現(xiàn)斷層在該處錯(cuò)斷了晚更新世S1古土壤層與3ka前形成的河流階地，表明該斷層晚更新世以來(lái)是活動(dòng)的。

綜上，本文認(rèn)為以F8斷層為主斷層的整個(gè)花狀構(gòu)造在晚更新世以來(lái)是活動(dòng)的。因地表介質(zhì)的不均勻性，在斷層錯(cuò)斷過(guò)程中，能量往往會(huì)沿?cái)鄬舆x擇介質(zhì)薄弱處到達(dá)地表，由此形成了在鉆孔聯(lián)合剖面中看到的同一構(gòu)造帶中的各條斷層或者同一斷層不同段最晚斷錯(cuò)地層時(shí)代不一致的情況。

6 結(jié)論與討論

通過(guò)淺層地震探測(cè)，本研究揭示了在渭河盆地內(nèi)存在近EW 向的桃川－戶縣斷裂（F8），同時(shí)較好地確定了該斷裂與其反向次級(jí)斷裂（DF3）在盆地內(nèi)的隱伏位置。研究表明，桃川－戶縣斷裂（F8）自周至縣湯峪鎮(zhèn)穿出秦嶺進(jìn)入渭河盆地后，隱伏于地表松散層之下，以NE向斜穿周至縣城，然后逐漸轉(zhuǎn)為NEE—近EW 向，在周至—戶縣間呈向N凸出的弧形展布，向E至長(zhǎng)安縣引鎮(zhèn)附近與鐵爐子斷裂相接；反向次級(jí)斷裂DF3在周至北—戶縣北大致與F8平行展布。盡管地震探測(cè)的淺層分辨率不能確定F8斷裂上斷點(diǎn)的準(zhǔn)確深度，但由于斷層以北的沙土液化現(xiàn)象及其反向次級(jí)斷裂DF3向上錯(cuò)斷了晚更新世地層，同時(shí)考慮該斷裂在本文研究區(qū)以西的秦嶺山前錯(cuò)斷了晚更新世S1古土壤層與年齡約為3ka的河流階地，本文趨于認(rèn)為F8斷裂在渭河盆地的隱伏段是于晚更新世后活動(dòng)的，屬于活動(dòng)斷裂。

結(jié)合中深層地震剖面資料的進(jìn)一步解釋，本文還揭示出在渭河盆地中段的中—南部，秦嶺北緣斷裂、渭河斷裂、桃川－戶縣斷裂（F8）連同它們的不同級(jí)別分支斷裂一起在剖面上構(gòu)成一個(gè)大型的負(fù)花狀結(jié)構(gòu)的活動(dòng)斷裂帶；桃川－戶縣斷裂（F8）和DF3斷裂及其次級(jí)斷裂一起在淺部構(gòu)成了一個(gè)次級(jí)的負(fù)花狀構(gòu)造。由此可見(jiàn)，渭河盆地中段的活動(dòng)斷裂系統(tǒng)表現(xiàn)出了復(fù)雜的負(fù)花狀、而非典型拉張斷陷構(gòu)造系統(tǒng)中的“地塹－地壘式”的結(jié)構(gòu)特征。

負(fù)花狀構(gòu)造普遍存在于造山帶和盆地帶的走滑斷裂系統(tǒng)中，在剖面上呈現(xiàn)似花狀的組合并向上散開的多條分支正斷層，整體形成下凹式的負(fù)向構(gòu)造形態(tài)（Harding，1985；王燮培等，1989；Deweyetal．，1998；Cunninghametal．，2007；Wuetal．，2009；mitraetal．，2011）。而作為新生代“斷陷型”的渭河盆地，為何也能發(fā)育負(fù)花狀結(jié)構(gòu)的斷裂系統(tǒng)？渭河盆地形成于由下方熱物質(zhì)上涌導(dǎo)致的地殼內(nèi)部分熔融產(chǎn)生的近水平的熱拉張作用（司薌等，2016；馮紅武等，2019），而地震學(xué)的SKS分裂研究表明渭河盆地區(qū)域的地殼變形與上地幔的深部變形一致，符合殼－幔垂直連貫變形模式（常利軍等，2011），故盆地淺層會(huì)受深層熱拉張作用的影響而呈現(xiàn)一定的拉張。但這并不意味著渭河盆地是受到純拉張作用的斷陷，因?yàn)镚PS測(cè)量的區(qū)域水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)反映這里的水平拉張作用方向（NW－SE向）并非與渭河盆地的總體走向正交，而是斜交；這使得渭河盆地塊體在整體的SE向位移背景上還呈現(xiàn)出左旋剪切變形的特征（張培震等，2005；張勤等，2012；郝明等，2014；Changetal．，2017）。另外，近年來(lái)的地震地質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)在渭河盆地中部及邊緣的諸多活動(dòng)斷裂均表現(xiàn)出兼有明顯左旋走滑的性質(zhì)，而非純正斷性質(zhì)（瞿偉等，2017；馬冀，2019），這與GPS測(cè)量的形變特征相吻合。由此可見(jiàn)，現(xiàn)今的渭河盆地屬于張－剪應(yīng)力作用背景下的張－扭性盆地，使得盆地內(nèi)的主要斷裂具有明顯的左旋走滑分量，從而為該盆地內(nèi)花狀構(gòu)造的形成提供必備的動(dòng)力學(xué)條件。新生代以來(lái)，印度板塊向歐亞板塊的俯沖造成青藏高原向NE擠出，受到鄂爾多斯地塊的阻擋，造成沿秦嶺的物質(zhì)東流，對(duì)渭河盆地形成擠壓剪切。同時(shí)華南華北板塊受菲律賓板塊俯沖作用的影響，產(chǎn)生SE向的推動(dòng)作用（汪素云等，1980；虞廷林，1994；田優(yōu)平等，2020），由于華南板塊的水平運(yùn)移速度大于華北板塊，在兩者間形成SE－NW 向的拉張環(huán)境，外加秦嶺的差異隆升和盆地深部物質(zhì)上涌形成的拉張作用，在盆地中形成了張扭性應(yīng)力環(huán)境。另外，巨厚的新生代沉積也為盆地中斷裂的形成提供了有利條件。里德爾剪切模式表明，剪切作用下，主位移帶附近會(huì)派生一系列次級(jí)構(gòu)造系：早期在2組共軛剪切作用（R和R′）下發(fā)育同向走滑斷裂和反向走滑斷裂；中期在P剪切破裂作用下形成與R破裂對(duì)稱但剪切方向相反的走滑斷裂；晚期形成與主位移帶近似平行的Y剪切走滑斷裂（Sylvester，1988；許順山等，2017）。因此，具備張剪應(yīng)力條件的渭河盆地會(huì)因剪切作用在先存基底主斷裂附近派生大量次級(jí)斷層，同時(shí)受拉張作用影響，產(chǎn)生的次級(jí)斷層將兼具正斷性質(zhì)，斷層間地層下凹呈向斜，組成典型的負(fù)花狀構(gòu)造。

此外，最早形成于加里東時(shí)期的鐵爐子斷裂是一條位于秦嶺中的EW 向深大活動(dòng)斷裂，向W 進(jìn)入渭河盆地后與本文的桃川－戶縣斷裂相接（周厚云等，2001；楊曉平等，2005）。太白盆地南緣斷裂為1條密集破裂和糜棱巖化的韌性剪切帶，控制著太白盆地的發(fā)育，在地震剖面上表現(xiàn)為上陡下緩的N傾正斷層，向NE延伸進(jìn)入渭河盆地與桃川－戶縣斷裂相連(10)陜西省地震局，2020，關(guān)中地區(qū)大震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告。。由此3條斷裂組成的區(qū)域性大斷裂橫貫于華北地塊南緣。三者雖在空間上相接，但在成因上有無(wú)因果關(guān)系？是先各自形成后再彼此相接，還是先生成其中1條，再形成其他2條？3條斷裂的形成受何種動(dòng)力作用的驅(qū)使？以上問(wèn)題還有待進(jìn)一步的研究探測(cè)。

致謝本項(xiàng)目探測(cè)過(guò)程中得到咸陽(yáng)市地震局的大力配合；聞學(xué)澤研究員在文章撰寫過(guò)程中給予了悉心的指導(dǎo)；審稿專家為本文提出了寶貴意見(jiàn)。在此一并表示感謝！