华山山前断裂中段晚第四纪活动的地貌表现及响应

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1 第 7 卷 第 4 期 2012 年 12 月 震 灾 防 御 技 术 Technology for Earthquake Disaster Prevention Vol. 7, No. 4 Dec., 2012 杨 源 源, 高 战 武, 徐 伟,2012. 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应. 震 灾 防 御 技 术,7(4): 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应 1 杨 源 源 1 ) 2 高 战 武 ) 2 徐 伟 ) 1) 中 国 地 震 局 地 震 预 测 研 究 所, 北 京 ) 中 国 地 震 灾 害 防 御 中 心, 北 京 摘 要 调 查 了 华 山 山 前 断 裂 中 段 ( 石 堤 峪 - 杜 峪 ) 晚 更 新 世 以 来, 尤 其 是 全 新 世 以 来 的 断 层 构 造 地 貌, 讨 论 了 它 们 的 成 因 特 点 及 对 断 裂 活 动 的 响 应 关 系 断 层 构 造 地 貌 主 要 包 括 : 断 层 三 角 面 断 层 陡 坎 洪 积 阶 地 埋 藏 型 洪 积 扇 以 及 冲 沟 裂 点 对 各 大 沟 峪 峪 口 的 洪 积 阶 地 进 行 了 大 比 例 尺 微 地 貌 测 量, 并 在 部 分 沟 峪 两 侧 沿 断 层 崖 陡 坎 及 冲 沟 沟 床 布 置 了 测 线 结 合 T1 T2 级 洪 积 阶 地 位 错 测 量 结 果 及 其 14 C 年 龄 计 算 得 到, 华 山 山 前 断 裂 中 段 6000a-2000a B.P. 的 垂 直 滑 动 速 率 为 1.485mm/a;2000a B.P. 以 来 的 垂 直 滑 动 速 率 为 3.73mm/a 最 后 结 合 野 外 调 查 与 理 论 认 识, 建 立 了 正 断 层 作 用 下 洪 积 阶 地 与 埋 藏 型 洪 积 扇 的 演 化 模 式 本 研 究 结 果 支 持 华 山 山 前 断 裂 是 1556 年 华 县 级 地 震 发 震 构 造 的 观 点 关 键 词 : 断 层 三 角 面 断 层 陡 坎 洪 积 阶 地 埋 藏 型 洪 积 扇 裂 点 引 言 华 山 山 前 断 裂 是 渭 河 盆 地 南 界 断 裂 的 东 段, 东 起 潼 关, 西 止 于 蓝 田 流 峪 口, 它 在 华 县 以 东 呈 东 西 走 向, 经 潼 关 向 东 可 继 续 延 至 灵 宝 附 近, 与 北 东 向 的 三 门 峡 - 灵 宝 断 裂 相 交 ; 而 在 华 县 以 西 则 向 南 西 方 向 延 伸 至 秦 岭 山 前, 与 秦 岭 北 麓 断 裂 相 接 ( 国 家 地 震 局 鄂 尔 多 斯 周 缘 活 动 断 裂 系 课 题 组,1988)( 图 1a) 该 断 裂 为 一 典 型 正 断 层, 倾 向 北, 倾 角 ; 上 升 盘 为 华 山 基 岩 山 体, 由 太 古 界 太 华 群 深 变 质 岩 系 及 不 同 时 代 的 花 岗 岩 侵 入 体 组 成 ; 下 降 盘 在 华 县 - 华 阴 段 表 现 为 冲 洪 积 扇 群, 在 华 县 以 西 和 华 阴 以 东 分 别 为 渭 南 塬 和 潼 关 塬 据 贺 明 静 (1986) 的 研 究, 早 第 三 纪 形 成 的 华 山 山 顶 夷 平 面 海 拔 在 m, 而 下 降 盘 老 第 三 系 地 层 最 大 深 度 在 6000m 以 上, 两 盘 相 对 幅 差 8000m 左 右 华 山 山 前 断 裂 中 段 从 华 县 石 堤 峪 口 至 华 阴 杜 峪 口, 走 向 北 东 东 - 东 西, 全 长 近 40km( 图 1b) 该 段 正 断 层 构 造 地 貌 特 征 极 为 显 著, 全 新 世 地 层 地 貌 面 普 遍 发 生 断 错 李 祥 根 等 (1983) 认 为, 华 山 北 坡 10-20m 的 地 貌 陡 坎 为 全 新 世 断 层 陡 坎, 得 到 断 裂 全 新 世 以 来 的 垂 直 滑 动 速 1 基 金 项 目 我 国 地 震 重 点 监 视 防 御 区 活 断 层 地 质 危 险 性 评 价 项 目 资 助 ( 华 山 山 前 断 裂 地 质 填 图 ) [ 收 稿 日 期 ] [ 作 者 简 介 ] 杨 源 源, 男, 生 于 1988 年 2010 年 毕 业 于 合 肥 工 业 大 学 资 源 勘 查 工 程 专 业, 现 为 中 国 地 震 局 地 震 预 测 研 究 所 在 读 硕 士 研 究 生 主 要 从 事 活 动 构 造 与 工 程 地 震 研 究 [email protected]

2 336 震 灾 防 御 技 术 7 卷 图 1a 中 黑 色 方 框 为 图 1b 索 引 位 置 Ⅰ 第 一 期 洪 积 扇 ;Ⅱ 第 二 期 洪 积 扇 ;Ⅲ 第 三 期 洪 积 扇 1 华 山 山 前 断 裂 ;2 秦 岭 北 缘 断 裂 ;3 渭 河 断 裂 ;4 渭 南 塬 前 断 裂 ;5 骊 山 山 前 断 裂 ;6 长 安 - 临 潼 断 裂 ;7 潼 关 塬 西 麓 断 裂 ;8 中 条 山 北 麓 断 裂 ;9 泾 阳 - 渭 南 断 裂 ;10 扶 风 - 礼 泉 断 裂 ;11 口 镇 - 关 山 断 裂 ;12 双 泉 - 临 猗 断 裂 ;13 三 门 峡 - 灵 宝 断 裂 图 1 渭 河 盆 地 构 造 地 貌 图 (a 据 韩 恒 悦 等,2001) 与 华 山 山 前 断 裂 中 段 展 布 图 (b) Fig. 1 Tectonic landform map of Weihe Basin (a) and special distribution of Huashan Front Fault (b) 率 为 1-2mm/a 张 安 良 等 (1989) 讨 论 了 断 裂 全 新 世 以 来 不 同 时 间 段 的 滑 动 速 率, 得 到 6000a B.P. 以 来 的 垂 直 滑 动 速 率 为 mm/a, 而 2700a B.P. 以 来 的 垂 直 滑 动 速 率 为 mm/a 李 永 善 (1992) 对 华 山 山 前 断 层 陡 坎 进 行 了 系 统 的 测 量, 证 实 了 河 流 阶 地 与 冲 洪 积 扇 上 的 最 新 陡 坎 为 断 层 陡 坎, 并 且 通 过 地 层 中 文 物 考 古 年 龄 计 算 得 到 全 新 世 以 来 断 裂 的 平 均 垂 直 位 移 速 率 为 2.4mm/a 此 外, 很 多 研 究 者 在 研 究 1556 年 华 县 级 地 震 发 震 构 造 时 也 从 地 貌 角 度 讨 论 了 华 山 山 前 断 裂 中 段 的 全 新 世 活 动 性 多 数 研 究 者 认 为,1556 年 华 县 级 地 震 即 发 生 在 该 段 上 或 与 之 相 关 ( 郭 增 建,1957; 韩 恒 悦 等,1982; 雷 姚 琪 等,1985; 张 安 良 等,1989;

3 4 期 杨 源 源 等 : 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应 337 李 永 善,1992), 但 也 有 少 数 研 究 者 认 为 其 发 震 构 造 另 有 所 属 ( 王 景 明,1980; 侯 建 军,1985; 环 文 林 等,2003) 本 文 系 统 调 查 了 华 山 山 前 断 裂 中 段 的 断 层 构 造 地 貌, 基 于 微 地 貌 平 面 剖 面 实 测 及 其 精 确 测 年 计 算 了 断 裂 垂 直 滑 动 速 率, 建 立 了 主 要 地 貌 类 型 对 断 裂 活 动 的 响 应 模 式 1 断 层 构 造 地 貌 华 山 山 前 断 裂 是 一 典 型 的 正 断 层, 沿 断 裂 两 侧 正 断 层 构 造 地 貌 十 分 发 育 主 要 表 现 为 形 态 完 整 逐 级 嵌 套 的 断 层 三 角 面 ; 断 层 三 角 面 底 部 从 高 到 低 由 老 到 新 排 列 的 阶 梯 状 洪 积 阶 地 和 断 裂 下 降 盘 多 期 洪 积 扇 的 叠 置 埋 藏 ; 以 及 线 性 延 伸 高 度 稳 定 的 断 层 陡 坎 与 冲 沟 中 的 多 级 裂 点 1.1 断 层 三 角 面 华 山 山 前 断 裂 的 强 烈 活 动 形 成 了 非 常 典 型 的 断 层 三 角 面, 瓮 峪 以 东 至 黄 甫 峪 之 间 最 为 明 显, 高 度 在 m, 随 高 度 增 加 而 坡 度 变 缓, 表 现 为 上 缓 下 陡 的 折 面 形 式 尤 其 在 黄 甫 峪 至 杜 峪 一 段 表 现 为 基 岩 断 层 三 角 面, 三 角 面 平 直 宽 阔 形 如 刀 切, 局 部 地 段 可 见 擦 痕 和 摩 擦 镜 面 此 外, 华 山 北 麓 基 岩 断 层 三 角 面 还 出 露 在 小 夫 峪 方 山 峪 仙 峪 等 峪 口 两 侧 韩 恒 悦 等 (2001) 将 华 山 北 麓 断 层 崖 逐 级 分 为 形 态 残 缺 的 断 层 大 三 角 面 和 形 态 完 整 的 断 层 小 三 角 面, 认 为 断 层 崖 断 层 大 小 三 角 面 一 级 套 一 级, 逐 级 降 低 的 结 构 和 组 合 形 式 是 断 裂 带 不 同 期 次 活 动 的 记 录 通 过 野 外 调 查 发 现, 最 新 一 期 断 层 三 角 面 ( 即 断 层 小 三 角 面 ) 海 拔 在 m 之 间, 高 度 在 m 之 间, 倾 角 50-60, 其 表 面 多 为 晚 更 新 世 及 全 新 世 黄 土 覆 盖, 底 部 与 洪 积 阶 地 相 连 1.2 洪 积 阶 地 与 埋 藏 型 洪 积 扇 洪 积 扇 基 底 断 层 活 动, 在 洪 积 扇 上 形 成 陡 坎, 洪 积 扇 的 扇 顶 将 往 断 层 线 方 向 迁 移, 新 洪 积 扇 嵌 入 在 老 洪 积 扇 之 内, 老 洪 积 扇 被 切 割 成 洪 积 阶 地 ( 杨 景 春 等,2005) 华 山 山 前 各 大 沟 峪 峪 口 两 侧 所 见 的 阶 梯 状 地 形 即 洪 积 阶 地, 它 是 由 于 华 山 山 前 断 裂 周 期 性 活 动, 不 同 时 期 形 成 的 洪 积 扇 的 后 缘 部 分 被 断 错, 并 随 山 体 抬 升, 断 层 陡 坎 剥 蚀 后 退 而 形 成 的 即 洪 积 阶 地 是 洪 积 扇 被 断 错 后 残 留 在 断 裂 上 升 盘 的 洪 积 扇 后 缘 部 分, 而 该 洪 积 扇 前 缘 部 分 则 随 断 裂 下 降 盘 运 动 以 致 被 后 期 洪 积 扇 覆 盖 埋 藏 因 此, 上 升 盘 的 多 级 洪 积 阶 地 与 下 降 盘 的 多 期 埋 藏 型 洪 积 扇 构 成 了 华 山 山 前 断 裂 中 段 最 显 著 的 构 造 地 貌 特 征 通 过 野 外 调 查 与 洪 积 阶 地 地 貌 面 测 量 发 现, 华 山 山 前 各 大 沟 峪 峪 口 两 侧 普 遍 发 育 3-5 级 洪 积 阶 地, 峪 口 两 侧 的 断 层 崖 坡 折 即 通 过 各 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 呈 阶 梯 状 排 列 来 表 现 ( 图 2) T1 或 T2 级 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 一 般 为 断 层 陡 坎,T3-T5 级 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 依 次 向 山 体 一 侧 后 退, 在 T3-T5 级 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 处 未 发 现 断 层, 说 明 这 些 陡 坎 并 非 阶 梯 状 断 层 活 动 形 成 的, 而 是 老 的 断 层 陡 坎 形 成 后 随 山 体 抬 升 而 剥 蚀 后 退 所 致, 其 高 度 代 表 了 断 层 在 一 定 时 期 内 的 位 移 幅 度 对 一 些 主 要 沟 峪 的 断 层 崖 陡 坎 进 行 的 测 量 结 果 ( 图 3) 显 示, 不 同 时 期 的 断 层 陡 坎 高 度 基 本 在 8-10m 左 右, 反 应 了 断 裂 周 期 性 活 动 幅 度 具 有 稳 定 性 结 合 野 外 调 查 遥 感 解 译 地 形 判 读 以 及 前 人 研 究 ( 李 祥 根 等,1983; 贺 明 静,1986; 李 永 善,1992), 我 们 认 为 华 山 山 前 存 在 三 期 埋 藏 型 洪 积 扇 ( 图 1b), 第 一 期 洪 积 扇 距 离 山 前 3-5km, 为 晚 更 新 世 晚 期 或 全 新 世 早 期 洪 积 扇, 形 成 了 山 前 洪 积 平 原, 其 表 面 平 缓, 扇 体 部 分 被 后 期 洪 积 扇 埋 藏, 其 前 缘 在 华 县 - 华 阴 县 城 一 线 表 现 为 5-10m 的 地 形 陡 坎, 与 渭

4 338 震 灾 防 御 技 术 7 卷 河 Ⅰ 级 阶 地 相 接 ; 第 二 期 洪 积 扇 为 全 新 世 中 晚 期 洪 积 扇, 其 表 面 坡 度 陡, 东 西 连 接 呈 洪 积 扇 裙, 迭 覆 在 第 一 期 洪 积 扇 上, 其 前 缘 距 离 山 前 1.5-3km; 第 三 期 洪 积 扇 为 全 新 世 晚 期 或 现 代 洪 积 扇, 其 表 面 坡 度 较 大, 扇 体 完 整, 距 离 山 前 一 般 几 百 米, 东 西 向 呈 串 珠 状 迭 覆 于 第 二 期 洪 积 扇 上 至 于 断 裂 下 降 盘 各 期 洪 积 扇 与 上 升 盘 各 级 洪 积 阶 地 的 对 应 关 系 目 前 尚 不 能 准 确 确 定, 但 根 据 本 次 研 究 得 到 的 洪 积 阶 地 14 C 年 代 可 初 步 判 断 : 第 三 期 洪 积 扇 与 T1 级 洪 积 阶 地 对 应, 第 二 期 洪 积 扇 与 T2 级 洪 积 阶 地 对 应, 第 一 期 洪 积 扇 与 T3 级 或 T3 级 以 上 洪 积 阶 地 对 应 图 2 洪 积 阶 地 地 貌 测 量 图 Fig. 2 Geomorphological survey results of diluvial terrace T1 级 洪 积 阶 地 T1 级 洪 积 阶 地 为 堆 积 阶 地, 其 前 缘 陡 坎 一 般 为 断 层 陡 坎, 高 度 在 5-10m; 阶 地 面 平 坦,

5 4 期 杨 源 源 等 : 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应 339 宽 度 在 3-40m, 大 多 数 峪 口 在 3-5m; 阶 地 结 构 表 现 为 砾 石 混 杂 堆 积, 多 为 棱 角 状, 其 顶 部 大 多 砾 石 裸 露, 有 的 也 堆 积 少 量 黄 土 如 潭 峪 T1 级 洪 积 阶 地, 阶 地 面 宽 3-5m, 砾 石 呈 棱 角 状, 粒 径 6-10cm, 成 分 主 要 为 花 岗 片 麻 岩, 顶 部 直 接 表 现 为 砾 石 裸 露 堆 积 ( 图 4a) 大 多 数 峪 口 T1 级 洪 积 阶 地 砾 石 层 上 无 覆 盖 物, 不 易 采 取 测 年 样 品, 但 砾 石 中 普 遍 可 见 秦 汉 以 来 的 布 纹 瓦, 初 步 判 断 其 年 代 为 距 今 2000 多 年 另 根 据 国 家 地 震 局 鄂 尔 多 斯 周 缘 活 动 断 裂 系 课 题 组 (1988), 华 山 北 麓 的 河 流 阶 地 相 当 于 同 级 的 渭 河 阶 地, 因 而 可 以 采 用 渭 河 T1 级 阶 地 的 形 成 年 代 (2500a B.P.) 作 为 其 支 流 T1 级 洪 积 阶 地 的 形 成 年 代 但 笔 者 认 为 华 山 山 前 作 为 渭 河 支 流 的 各 沟 峪 T1 级 洪 积 阶 地 的 形 成 年 代 应 晚 于 渭 河 T1 级 阶 地 的 形 成 年 代 幸 而 笔 者 在 方 山 峪 T1 级 洪 积 阶 地 获 得 了 理 想 采 样 点, 在 砾 石 层 顶 部 亚 砂 土 中 取 得 丰 富 块 状 黑 色 木 炭, 经 美 国 贝 塔 实 验 室 14 C 测 定 其 结 果 为 1800a B.P.( 图 4b) 综 合 以 上 认 识, 本 文 将 其 它 沟 峪 T1 级 洪 积 阶 地 年 代 统 一 定 为 2000a B.P. 图 3 断 层 崖 陡 坎 测 量 结 果 图 ( 黑 点 为 测 量 点 )

6 340 震 灾 防 御 技 术 7 卷 Fig. 3 Results of the fault scarp measurements in the field (black points are measurement points) 图 4 潭 峪 洪 积 阶 地 (a) 与 方 山 峪 洪 积 阶 地 (b) Fig. 4 Diluvial terraces in Tanyu (a) and Fangshanyu (b) T2 级 洪 积 阶 地 T2 级 洪 积 阶 地 为 基 座 阶 地, 其 前 缘 陡 坎 高 度 在 5-12m, 阶 地 面 倾 角 较 缓, 宽 度 在 20-50m; 该 级 阶 地 自 形 成 以 后 接 受 全 新 世 黄 土 堆 积, 堆 积 厚 度 在 1-2m; 底 部 砾 石 粒 径 在 10-20cm, 一 般 较 T1 级 洪 积 阶 地 砾 石 粒 径 大 如 水 峪 T2 级 洪 积 阶 地 砾 石 粒 径 在 10-20cm, 常 见 50-70cm 的 粗 大 砾 石, 砾 石 成 分 为 花 岗 片 麻 岩, 砾 石 间 为 粗 砂 充 填, 砾 石 顶 部 黄 土 厚 2m 此 外, 各 大 沟 峪 T2 洪 积 阶 地 砾 石 层 中 多 夹 仰 韶 文 化 ( a B.P.) 的 红 陶 通 过 在 部 分 沟 峪 砾 石 层 顶 部 黄 土 底 部 采 炭 样 定 年, 使 得 该 级 阶 地 年 代 能 够 很 好 的 控 制, 其 14 C 年 代 范 围 在 a B.P., 这 也 与 张 安 良 等 (1989) 提 到 的 T2 级 洪 积 阶 地 年 代 为 6000a B.P. 相 近 T3 级 洪 积 阶 地 T3 级 洪 积 阶 地 为 基 座 阶 地, 前 缘 陡 坎 高 度 在 10-12m, 阶 地 面 较 陡, 宽 度 不 稳 定, 其 后 缘 一 般 与 基 岩 断 层 面 相 连, 如 太 平 峪, 仙 峪 在 水 峪 该 级 洪 积 阶 地 上 黄 土 堆 积 厚 4m, 而 太 平 峪 则 >5m 瓮 峪 东 侧 T3 级 洪 积 阶 地 上, 砾 石 成 分 主 要 为 花 岗 岩, 粒 径 在 8-12cm, 分 选 磨 圆 较 好, 已 经 开 始 胶 结 笔 者 推 测 T3 级 洪 积 阶 地 形 成 年 代 为 晚 更 新 世 晚 期 - 全 新 世 早 期,

7 4 期 杨 源 源 等 : 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应 341 可 能 与 断 裂 下 降 盘 第 一 期 洪 积 扇 对 应 T4 T5 级 洪 积 阶 地 这 两 级 洪 积 阶 地 仅 出 现 在 方 山 峪 以 西 的 少 数 峪 口, 多 为 基 座 阶 地, 其 前 缘 陡 坎 高 度 基 本 稳 定 在 15m 左 右, 自 形 成 后 经 历 长 时 间 的 剥 蚀 改 造, 形 态 不 完 整, 阶 地 面 狭 窄 陡 峻 T4 级 洪 积 阶 地 上 黄 土 较 厚, 一 般 >3m, 推 测 其 形 成 时 代 为 晚 更 新 世 中 晚 期 T5 级 洪 积 阶 地 已 经 残 缺 不 全, 其 上 基 本 无 黄 土 覆 盖 水 峪 T5 级 洪 积 阶 地 已 呈 侵 蚀 阶 地, 阶 地 面 直 接 与 基 岩 断 层 面 过 渡, 推 测 其 形 成 时 代 为 晚 更 新 世 早 期 1.3 断 层 陡 坎 断 层 陡 坎 是 断 裂 活 动 在 地 表 留 下 的 最 直 观 证 据, 其 延 伸 方 向 基 本 代 表 了 断 层 线 的 方 向 通 过 野 外 调 查 发 现, 华 山 北 麓 断 层 陡 坎 基 本 发 育 在 全 新 世 松 散 沉 积 物 中, 错 断 了 年 轻 的 地 貌 面, 如 T1 级 洪 积 阶 地 T0 级 漫 滩 阶 地 和 现 代 小 洪 积 扇 本 文 根 据 断 层 陡 坎 发 育 的 地 貌 部 位 将 其 分 为 四 类 : 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 漫 滩 阶 地 陡 坎 坡 积 陡 坎 和 现 代 洪 积 扇 陡 坎 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 洪 积 阶 地 前 缘 的 断 层 陡 坎 仅 发 育 在 各 大 沟 峪 峪 口 两 侧, 是 晚 期 洪 积 扇 后 缘 受 断 层 切 割 后 形 成 的, 一 般 发 育 在 T1 级 洪 积 阶 地 前 缘 ( 图 5a) 它 向 断 裂 两 侧 延 伸 与 坡 积 陡 坎 对 应, 其 在 地 表 的 展 布 基 本 可 以 代 表 断 裂 的 迹 线 T1 级 洪 积 阶 地 前 缘 的 断 层 陡 坎 高 度 在 5-10m, 倾 角 一 般 >70 ; 物 质 组 成 为 全 新 世 晚 期 洪 积 砾 石, 砾 石 呈 棱 角 状, 混 杂 堆 积 ; 陡 坎 顶 部 黄 土 或 土 壤 层 极 薄, 大 多 直 接 表 现 为 砾 石 裸 露 漫 滩 阶 地 陡 坎 关 于 华 山 山 前 断 裂 两 侧 的 河 流 阶 地 位 错, 前 人 已 做 过 不 少 研 究 ( 国 家 地 震 局 鄂 尔 多 斯 活 动 周 缘 活 动 断 裂 系 课 题 组,1988; 米 丰 收 等,1992), 普 遍 提 及 在 断 裂 的 下 降 盘 存 在 两 级 阶 地, 其 中 Ⅰ 级 阶 地 位 错 平 均 2-3m,Ⅱ 级 阶 地 位 错 平 均 6-7m 通 过 野 外 调 查 证 实, 前 人 所 谓 Ⅰ 级 阶 地 其 实 为 河 流 下 切 T1 级 洪 积 阶 地 的 同 期 洪 积 扇 ( 第 三 期 洪 积 扇 ) 而 形 成 的 漫 滩 阶 地,Ⅱ 级 阶 地 其 实 为 断 裂 下 降 盘 T1 级 洪 积 阶 地 对 应 的 同 期 洪 积 扇 例 如 在 石 堤 峪 小 夫 峪 等 大 的 沟 峪, 河 流 在 山 前 下 切 洪 积 扇, 形 成 漫 滩 阶 地, 断 层 通 过 漫 滩 阶 地 形 成 漫 滩 阶 地 陡 坎 ( 图 5b) 它 向 河 流 两 岸 延 伸 正 好 与 T1 级 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 对 应 李 永 善 (1992) 根 据 漫 滩 阶 地 陡 坎 砾 石 层 中 夹 有 明 代 文 化 遗 物 判 断, 此 类 陡 坎 形 成 于 1556 年 华 县 级 地 震 坡 积 陡 坎 主 要 为 全 新 世 坡 积 层 断 错 形 成, 在 断 层 崖 与 洪 积 平 原 交 界 的 地 方 广 泛 分 布 ( 图 5c) 线 性 延 伸 好 但 高 度 不 稳 定, 一 般 在 5-20m 之 间, 与 各 大 沟 峪 峪 口 的 T1 或 T2 级 洪 积 阶 地 前 缘 断 层 陡 坎 高 度 对 应 在 水 峪 至 潭 峪 之 间, 以 及 台 峪 至 仙 峪 之 间 坡 积 陡 坎 高 度 一 般 在 5-10m, 基 本 与 各 大 峪 口 的 T1 级 洪 积 阶 地 前 缘 断 层 陡 坎 高 度 对 应 ; 在 大 夫 峪 至 马 跑 泉 之 间 以 及 方 山 峪 至 太 峪 之 间, 坡 积 陡 坎 高 度 在 15-20m 之 间, 基 本 与 各 大 峪 口 T2 级 洪 积 阶 地 前 缘 断 层 陡 坎 高 度 对 应 坡 积 陡 坎 一 般 为 棱 角 状 的 坡 积 碎 石 组 成, 有 的 也 以 全 新 世 黄 土 堆 积 为 主

8 342 震 灾 防 御 技 术 7 卷 现 代 洪 积 扇 陡 坎 华 山 北 麓 有 许 多 季 节 性 流 水 的 小 沟 峪, 在 它 们 出 口 处 往 往 发 育 着 现 代 洪 积 扇 这 些 洪 积 扇 规 模 不 大, 形 态 完 整, 结 构 粗 糙, 扇 顶 土 壤 层 极 薄 或 直 接 为 裸 露 的 砾 石, 在 构 峪 - 太 峪 一 段 发 育 较 多 断 裂 通 过 这 些 洪 积 扇 形 成 了 特 征 明 显 的 陡 坎, 形 态 上 表 现 为 眉 状 或 镰 刀 状 此 类 陡 坎 长 度 在 几 十 米 左 右, 高 度 在 2-4m 之 间, 与 漫 滩 阶 地 陡 坎 形 成 时 代 一 致 1.4 冲 沟 裂 点 冲 沟 裂 点 是 由 于 断 裂 活 动, 位 于 断 裂 下 降 盘 的 河 流 侵 蚀 基 准 面 降 低, 在 河 流 溯 源 侵 蚀 作 用 下 形 成 的 沟 床 坡 度 转 折 点 断 裂 多 次 活 动 形 成 多 级 裂 点, 通 过 对 几 条 沟 床 纵 剖 面 测 量 发 现, 离 断 裂 最 近 的 两 级 裂 点 保 留 完 整,P1 级 裂 点 在 部 分 沟 峪 表 现 为 基 岩 陡 坎, 其 高 度 一 般 与 峪 口 两 侧 T1 级 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 高 度 一 致, 陡 坎 处 一 般 形 成 跌 水 或 小 瀑 布 ( 图 5d) 总 的 来 说, P1 级 裂 点 与 T1 级 洪 积 阶 地 能 对 应 上,P2 级 裂 点 与 洪 积 阶 地 对 应 关 系 不 易 确 定 图 6 是 部 分 沟 峪 沟 床 裂 点 测 量 结 果 图 a 潭 峪 T1 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 ;b 石 堤 峪 漫 滩 阶 地 陡 坎 ;c 方 山 峪 西 坡 积 陡 坎 ;d 小 夫 峪 裂 点 及 跌 水 图 5 华 山 山 前 断 裂 断 层 构 造 地 貌 图 Fig. 5 Fault landforms of Huashan Front Fault 2 断 裂 垂 直 滑 动 速 率 据 原 廷 宏 等 (2010) 研 究,1556 年 华 县 级 地 震 的 地 表 破 裂 带 沿 华 山 山 前 断 裂 展 布,

9 4 期 杨 源 源 等 : 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应 343 其 所 提 及 的 最 新 构 造 破 裂 面 在 本 次 野 外 工 作 中 均 能 得 到 证 实 虽 然 有 研 究 者 根 据 宏 观 震 害 现 象 分 布 以 及 区 域 构 造 分 析 指 出, 华 县 特 大 地 震 的 发 震 构 造 可 能 并 非 华 山 山 前 断 裂 ( 王 景 明, 1980; 侯 建 军,1985; 环 文 林 等,2003), 但 我 们 认 为 历 史 大 地 震 发 震 构 造 的 确 定 主 要 应 依 据 于 相 关 断 裂 是 否 存 在 地 震 地 表 破 裂 从 对 华 山 山 前 断 裂 的 构 造 地 貌 调 查 以 及 区 域 历 史 地 震 记 录 来 看, 漫 滩 阶 地 与 现 代 洪 积 扇 等 最 新 地 貌 单 元 普 遍 存 在 2-4m 的 断 距 应 为 1556 年 华 县 大 地 震 作 用 所 致 因 此, 本 文 从 构 造 地 貌 的 研 究 角 度 支 持 华 山 山 前 断 裂 是 1556 年 华 县 级 地 震 发 震 构 造 的 观 点 基 于 此 认 识 我 们 讨 论 华 山 山 前 断 裂 中 段 的 垂 直 滑 动 速 率 T1 级 洪 积 阶 地 前 缘 断 层 陡 坎 下 有 断 层 崖 物 质 崩 落 形 成 的 坡 积 碎 屑 层 或 现 代 洪 积 物 堆 积, 因 而 断 层 陡 坎 的 高 度 小 于 实 际 断 距, 但 是 由 于 其 厚 度 较 小, 对 其 影 响 我 们 不 予 考 虑 本 文 取 T1 级 洪 积 阶 地 砾 石 层 顶 界 高 度 作 为 T1 级 洪 积 阶 地 形 成 以 来 的 断 裂 垂 直 位 移, 即 T1 前 缘 陡 坎 高 度 减 去 T1 黄 土 厚 度 T1 级 洪 积 阶 地 年 代 问 题 前 文 已 经 讨 论 过 表 1 是 T1 级 洪 积 阶 地 形 成 以 来 的 断 裂 垂 直 滑 动 速 率 计 算 表 图 6 沟 床 裂 点 测 量 结 果 图 ( 黑 点 为 测 量 点 ) Fig. 6 Results of the gully nickpoint measurements in the field (black points are measurement points) 表 1 T1 以 来 断 裂 垂 直 滑 动 速 率 计 算 表 Table 1 Calculated vertical slip rates after development of T1 峪 名 T1 前 缘 陡 坎 高 (m) T1 黄 土 厚 (m) 年 代 (a) 滑 动 速 率 (mm/a)

10 344 震 灾 防 御 技 术 7 卷 瓮 峪 ( 东 ) 方 山 峪 水 峪 ( 西 ) 太 平 峪 ( 东 ) 平 均 3.73 注 : 方 山 峪 T1 年 代 值 为 美 国 Beta 实 验 室 14 C 测 定, 样 品 系 黑 色 木 炭 取 T1 T2 级 洪 积 阶 地 砾 石 层 顶 界 相 对 高 度 作 为 T2 形 成 至 T1 形 成 期 间 的 断 裂 分 期 垂 直 位 移, 即 T2 前 缘 陡 坎 高 度 减 去 T2 黄 土 厚 度 再 加 上 T1 黄 土 厚 度 本 文 将 无 测 年 数 据 的 其 它 沟 峪 T2 洪 积 阶 地 年 龄 定 为 6000a B.P., 有 年 代 数 据 的 直 接 采 用 其 自 身 年 代 值 表 2 是 T2 级 洪 积 阶 地 形 成 至 T1 级 洪 积 阶 地 形 成 之 间 的 断 裂 垂 直 滑 动 速 率 计 算 表 表 2 T2-T1 断 裂 垂 直 滑 动 速 率 计 算 表 Table 2 Calculated vertical slip rates from T2 to T1 峪 名 T2 前 缘 陡 坎 高 (m) T2 黄 土 厚 (m) T1 黄 土 厚 (m) 断 距 (m) T2 年 代 (a) T2 至 T1 间 隔 (a) 滑 动 速 率 (mm/a) 杜 峪 小 夫 峪 水 峪 太 平 峪 平 均 注 : 小 夫 峪 T2 年 代 值 引 用 前 人 ; 其 它 沟 峪 T2 年 代 值 为 美 国 Beta 实 验 室 14 C 测 定,3 个 样 品 均 系 黑 色 木 炭 从 滑 动 速 率 计 算 结 果 可 以 看 到, 华 山 山 前 断 裂 中 段 全 新 世 活 动 十 分 强 烈,6000a-2000a B.P. 以 来 的 平 均 垂 直 滑 动 速 率 为 1.485mm/a,2000a B.P. 以 来 的 平 均 垂 直 滑 动 速 率 为 3.73mm/a 另 据 李 永 善 (1992) 研 究,1556 年 华 县 大 地 震 引 起 的 地 表 平 均 垂 直 位 移 为 3m 因 而,2000a 以 来 滑 动 速 率 值 较 大 可 能 是 由 于 :11556 年 华 县 大 地 震 同 震 位 移 对 滑 动 速 率 计 算 值 的 放 大 作 用 ;2 以 2000a 为 起 算 点 的 时 间 段 稍 显 短 暂, 这 与 T1 级 洪 积 阶 地 的 年 代 控 制 有 关 综 合 以 上 考 虑, 我 们 认 为 6000a-2000a B.P. 以 来 的 滑 动 速 率 值 更 能 代 表 断 裂 全 新 世 中 晚 期 以 来 的 真 实 活 动 水 平 3 地 貌 响 应 模 式 通 过 系 统 的 地 质 地 貌 调 查 发 现, 华 山 山 前 断 裂 中 段 断 层 线 单 一, 断 裂 位 置 控 制 在 T1 或 T2 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 处, 且 各 级 洪 积 阶 地 前 缘 陡 坎 高 度 或 者 断 层 崖 上 各 级 陡 坎 高 度 基 本 一 致, 可 以 判 定 断 裂 呈 原 地 周 期 性 活 动 结 合 洪 积 阶 地 微 地 貌 测 量 结 果, 本 文 建 立 了 洪 积 阶 地 的 演 化 模 式, 以 期 说 明 华 山 山 前 河 流 地 貌 对 断 裂 活 动 的 响 应 过 程 ( 图 7) 最 开 始 是 山 地 中 河 流 发 育, 由 于 河 流 发 生 溯 源 侵 蚀 与 侧 蚀 作 用, 河 流 将 出 山 口 处 山 体 改 造 呈 喇 叭 状, 并 开 始 自 沟 口 向 外 堆 积 第 一 期 洪 积 扇 ( 图 7a b) 断 裂 活 动, 第 一 期 洪 积 扇 后 缘 被 切 割, 沟 口 内 残 留 部 分 形 成 洪 积 阶 地 T3, 后 来 它 随 着 山 体 抬 升 发 生 剥 蚀 作 用, 其 前 缘 陡

11 4 期 杨 源 源 等 : 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应 345 坎 逐 渐 后 退 ; 沟 口 外 的 第 一 期 洪 积 扇 称 为 T1 洪 积 阶 地 的 同 期 洪 积 扇, 后 来 它 随 断 层 下 降 盘 逐 渐 沉 降 以 致 被 第 二 期 洪 积 扇 叠 置 埋 藏 ( 图 7c d) 断 裂 再 次 活 动, 第 二 期 洪 积 扇 后 缘 又 被 切 割, 形 成 洪 积 阶 地 T2, 又 经 抬 升 剥 蚀, 其 前 缘 陡 坎 后 退 ; 在 下 降 盘 的 第 二 期 洪 积 扇 又 被 第 三 期 洪 积 扇 叠 置 埋 藏 ( 图 7e) 这 样, 随 着 断 裂 的 周 期 性 活 动, 华 山 山 前 洪 积 扇 不 断 堆 积 切 割, 形 成 了 现 今 所 见 的 上 升 盘 多 级 洪 积 阶 地 与 下 降 盘 多 期 洪 积 扇 叠 置 埋 藏 的 地 貌 格 局 ( 图 7f) 需 要 指 出 的 是, 一 级 洪 积 阶 地 的 形 成 往 往 是 数 次 断 裂 活 动 所 形 成 的 另 外, 断 裂 每 活 动 一 次, 河 流 纵 剖 面 上 出 现 一 级 裂 点, 裂 点 下 堆 积 新 一 期 洪 积 扇 因 此, 从 理 论 上 说, 洪 积 阶 地 级 数 裂 点 个 数 与 洪 积 扇 期 次 是 能 够 一 一 对 应 的, 但 由 于 沟 床 中 老 的 裂 点 不 易 保 存, 加 上 下 降 盘 各 期 洪 积 扇 呈 埋 藏 关 系 而 不 易 分 辨, 因 此 最 能 指 示 断 裂 周 期 性 活 动 次 数 的 是 上 升 盘 保 留 相 对 完 整 的 各 级 洪 积 阶 地 最 后, 本 文 建 立 的 洪 积 阶 地 演 化 模 式 是 基 于 两 盘 作 强 烈 差 异 升 降 运 动 的 正 断 层, 适 用 于 隆 起 和 沉 降 中 心 相 隔 很 近 的 狭 窄 山 麓 地 带 图 7 洪 积 阶 地 演 化 模 式 图 Fig. 7 Evolution pattern map of diluvial terraces in study region 4 结 论 与 认 识

12 346 震 灾 防 御 技 术 7 卷 综 上 所 述, 我 们 得 出 以 下 几 点 结 论 和 认 识 : (1) 华 山 山 前 断 裂 中 段 为 一 全 新 世 强 烈 活 动 的 正 断 层, 形 成 的 断 层 构 造 地 貌 主 要 有 : 断 层 三 角 面 断 层 陡 坎 阶 梯 状 洪 积 阶 地 埋 藏 型 洪 积 扇 以 及 沟 床 裂 点 (2) 通 过 对 漫 滩 阶 地 等 最 新 断 错 地 貌 的 研 究, 本 文 支 持 华 山 山 前 断 裂 是 1556 年 华 县 级 地 震 发 震 构 造 的 观 点, 认 为 断 裂 上 升 盘 的 多 级 洪 积 阶 地 是 断 裂 多 期 次 活 动 的 直 接 证 据, 其 形 成 与 演 化 与 断 裂 原 地 周 期 性 活 动 紧 密 相 关 (3) 通 过 对 T1 T2 级 洪 积 阶 地 位 错 测 量 及 其 年 代 约 束, 计 算 得 到 华 山 山 前 断 裂 6000a -2000a B.P. 以 来 的 平 均 垂 直 滑 动 速 率 为 1.485mm/a;2000a B.P. 以 来 的 平 均 垂 直 滑 动 速 率 为 3.73mm/a; 同 时 认 为 6000a-2000a B.P. 以 来 的 垂 直 滑 动 速 率 值 更 能 代 表 断 裂 全 新 世 中 晚 期 以 来 的 真 实 活 动 水 平 参 考 文 献 国 家 地 震 局 鄂 尔 多 斯 周 缘 活 动 断 裂 系 课 题 组,1988. 鄂 尔 多 斯 周 缘 活 动 断 裂 系. 北 京 : 地 震 出 版 社, 郭 增 建, 年 1 月 23 日 关 中 大 地 震. 地 球 物 理 学 报,6(1): 侯 建 军, 年 陕 西 华 县 大 地 震 的 地 震 地 质 条 件. 西 北 地 震 学 报,7(1): 韩 恒 悦, 米 风 收, 刘 海 云,2001. 渭 河 盆 地 带 地 貌 结 构 与 新 构 造 运 动. 地 震 研 究,24(3): 韩 恒 悦, 易 学 发,1982. 渭 河 盆 地 新 生 代 断 陷 盆 地 与 华 县 大 地 震. 见 : 中 国 活 动 断 裂. 北 京 : 地 震 出 版 社, 贺 明 静,1986. 华 县 大 地 震 与 断 裂 活 动. 地 震 研 究,9(4): 环 文 林, 时 振 梁, 李 世 勋,2003. 对 1556 年 级 大 地 震 震 中 位 置 和 发 震 构 造 的 新 认 识. 中 国 地 震,19(1): 雷 姚 琪, 张 安 良,1985. 关 于 渭 河 盆 地 的 活 动 断 裂 断 裂 深 度 及 孕 震 的 断 裂 深 部 展 布 条 件. 西 北 地 震 学 报, 增 刊 : 李 永 善,1992. 西 安 地 裂 及 渭 河 盆 地 活 断 层 研 究. 北 京 : 地 震 出 版 社, 李 祥 根, 冉 勇 康,1983. 华 山 北 坡 及 渭 南 塬 前 活 断 层. 华 北 地 震 科 学,1(2): 米 丰 收, 张 安 良, 种 瑾 等,1992. 秦 岭 北 缘 断 裂 带 的 河 流 阶 地 变 形 特 征. 见 : 活 动 断 裂 研 究 (2). 北 京 : 地 震 出 版 社, 王 景 明, 年 华 县 大 地 震 的 地 面 破 裂. 地 震 学 报,2(4): 杨 景 春, 李 有 利,2005. 地 貌 学 原 理. 北 京 : 北 京 大 学 出 版 社, 原 廷 宏, 冯 希 杰 等,2010. 一 五 五 六 年 华 县 特 大 地 震. 北 京 : 地 震 出 版 社, 张 安 良, 米 丰 收, 种 瑾 等, 年 陕 西 华 县 大 地 震 形 变 遗 迹 及 华 山 山 前 断 裂 古 地 震 研 究. 地 震 地 质, 11(3):

13 4 期 杨 源 源 等 : 华 山 山 前 断 裂 中 段 晚 第 四 纪 活 动 的 地 貌 表 现 及 响 应 347 Geomorphic Expression and Response of the Activity along the Middle Section of Huashan Front Fault in the Late Quaternary Period Yang Yuanyuan 1), Gao Zhanwu 2) and Xu Wei 2) 1) Institute of Earthquake Science, Beijing , China 2) China Earthquake Disaster Prevention Center, Beijing , China Abstract Based on the field investigation of 1:50000 geological and geomorphological mapping of Huashan Front Fault, we analyze the fault tectonic landforms of the middle section of Huashan Front Fault (from Shidiyu to Duyu), since the late Pleistocene and especially Holocene, and discuss their responses to the activity of the fault. The fault landforms mainly include: fault facets, fault scarps, ladder-shaped diluvial terraces and buried pluvial fans, bedrock scarps in gully mouth, drop water, and nickpoints in gully bed. We also conduct a large scale micro-geomorphology survey of diluvial terraces in mouth of main gully by RTK, and design measuring lines along fault scarps and gully profiles in part gully. Moreover, by combining the result of displacement measurement in T1, T2 diluvial terrace and their 14 C ages, we calculate out that the vertical slip rate of the middle section of Huashan Front Fault is 1.485mm/a since 6000a-2000a B.P., and 3.73mm/a since 2000a B.P.. In the end, based on the field investigation and theoretical understanding, we build the evolution pattern of diluvial terraces and buried pluvial fans which under the action of normal fault. This study supports the view that Huashan Front Fault is the seismogenic structure of Huaxian great earthquake, Key words: Fault facets; Fault fcarps; Dliluvial terraces; Buried pluvial fans; Nickpoints