馮希杰 李高陽(yáng) 馬冀

馮希杰，博士、研究員，陜西省地震局預(yù)報(bào)中心副主任，主要研究方向?yàn)榛顒?dòng)構(gòu)造和工程地震。自“十五”以來(lái)，作為項(xiàng)目首席，主持和完成了陜西省西安市、寶雞市、渭南市、漢中市的城市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作。以第一完成人獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，公開(kāi)發(fā)表科學(xué)研究論文30余篇，出版《一五五六年華縣特大地震》等專(zhuān)著。

工作安排

關(guān)中地區(qū)位于陜西省中部，自然、經(jīng)濟(jì)條件優(yōu)越，從西周始，先后有周、秦、西漢、隋、唐等十余個(gè)王朝建都于關(guān)中平原，歷時(shí)千余年。關(guān)中地區(qū)所轄的西安、寶雞、咸陽(yáng)、渭南、銅川及楊凌區(qū)的總面積達(dá)39064.5平方千米，約占全省土地面積的19%，關(guān)中地區(qū)總?cè)丝诩s2241.7萬(wàn)，為陜西人口最密集地區(qū)。關(guān)中地區(qū)的城鎮(zhèn)作為中國(guó)西部地區(qū)第二大城市群，也是中國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和文化發(fā)達(dá)地區(qū)之一。

陜西關(guān)中地區(qū)南依秦嶺，北靠北山，西起寶雞，東至潼關(guān)，東西長(zhǎng)約360千米，南北寬30～80千米。該地區(qū)地處中國(guó)大陸中部，夾持于鄂爾多斯地塊和秦嶺褶皺系之間，是環(huán)鄂爾多斯地塊周緣大型斷陷盆地之一。歷史至今，陜西一系列強(qiáng)震和大震如公元前780年岐山地震、1501年朝邑7級(jí)強(qiáng)震、1556年華縣8?級(jí)大震等均發(fā)生于該地區(qū)，是陜西省擁有強(qiáng)震和大震孕育能力、且又充滿高危性的地區(qū)。

正是基于關(guān)中地區(qū)這種優(yōu)越的人文、經(jīng)濟(jì)背景和特殊的地震構(gòu)造環(huán)境，自“十五”以來(lái)，在中國(guó)地震局、陜西省人民政府及西安市等各級(jí)政府的大力支持下，在關(guān)中地區(qū)選擇多個(gè)城市，持續(xù)開(kāi)展了城市活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，先后完成了西安市、寶雞市、咸陽(yáng)市、渭南市的活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作，現(xiàn)正在開(kāi)展興平市的活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)（見(jiàn)表1和圖1）。

工作特色

陜西省活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)項(xiàng)目從“十五”做到“十三五”，探測(cè)城市涵蓋了關(guān)中地區(qū)西安、寶雞、咸陽(yáng)、渭南和興平，從最開(kāi)始的學(xué)習(xí)摸索到現(xiàn)在的駕輕就熟，我們積累了大量工作經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也漸漸地形成了自己的工作特色。

1.以目標(biāo)城市為核心，輻射帶動(dòng)周邊地區(qū)

對(duì)于某個(gè)城市活動(dòng)斷層探測(cè)而言，我們不僅僅以勘測(cè)城市為工作的目標(biāo)區(qū)，而是根據(jù)城市所處的地震構(gòu)造環(huán)境，包括城市及其周鄰地區(qū)的主干斷層展布位置、走向以及次級(jí)塊體構(gòu)造邊界等來(lái)進(jìn)行活動(dòng)構(gòu)造探測(cè)的整體把握。例如在寶雞活動(dòng)斷層探測(cè)中，除了寶雞市所處的寶雞凸起作為工作重點(diǎn)外，我們還對(duì)隴縣—岐山—馬召斷裂以及其東側(cè)的西安—周至次級(jí)斷陷進(jìn)行了較詳細(xì)研究，工作范圍甚至擴(kuò)展至甘肅及寧夏境內(nèi)；再如在渭南活動(dòng)斷層探測(cè)中，我們也對(duì)渭河盆地東部固市凹陷及華山山前斷裂向北東方向延伸開(kāi)展了諸多工作，范圍也擴(kuò)展至山西境內(nèi)。感受是只有跳出城市行政劃分，按照活動(dòng)構(gòu)造單元進(jìn)行研究，才能獲得更為完整的活動(dòng)構(gòu)造信息。

表1 關(guān)中地區(qū)城市活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作表

圖1 關(guān)中地區(qū)開(kāi)展活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的城市分布圖

2.分階段、分層次、逐步逼近的工作思路

在城市活動(dòng)斷層探測(cè)開(kāi)展的初期，我們就開(kāi)始從長(zhǎng)遠(yuǎn)意義考慮，絕不僅僅為了做幾個(gè)城市的斷層，而是將最終目標(biāo)放在整個(gè)關(guān)中地區(qū)，工作地域涵蓋了渭河盆地及其南北兩側(cè)的秦嶺及鄂爾多斯地塊。西安、寶雞、咸陽(yáng)、渭南、興平五個(gè)城市活動(dòng)斷層并不是五個(gè)獨(dú)立的活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目，而是先后重疊銜接在一起。通過(guò)關(guān)中諸城市持續(xù)不斷的工作結(jié)果，使得關(guān)中地區(qū)的活動(dòng)構(gòu)造面貌越來(lái)越清晰。

3.深部、中部、淺層地球物理探測(cè)有機(jī)結(jié)合

除查明淺表斷層活動(dòng)特征外，為了探明渭河盆地與鄂爾多斯地塊及秦嶺造山帶的構(gòu)造關(guān)系，在關(guān)中城市活動(dòng)斷層探測(cè)中，分中部、西部和東部多次開(kāi)展了深反射探測(cè)、寬角折射/反射探測(cè)、高分辨折射/反射探測(cè)、中深層人工地震探測(cè)工作（見(jiàn)圖2、圖3），深淺不同的多種探測(cè)方式的相互結(jié)合，使得對(duì)整個(gè)關(guān)中地區(qū)以及南北兩側(cè)的鄂爾多斯地塊和秦嶺造山帶的深部地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。

4.淺表地面地質(zhì)調(diào)查

以大比例尺地形圖和衛(wèi)星影像判讀、解譯為基礎(chǔ)，對(duì)沿?cái)鄬幼呦蛏系牡湫蜎_溝及河流階地進(jìn)行大量野外實(shí)地踏勘。從西安活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目開(kāi)始至今，在野外發(fā)現(xiàn)斷層露頭和剖面數(shù)達(dá)百個(gè)（見(jiàn)圖4），遍布于整個(gè)關(guān)中及周鄰地區(qū)，觀察到前人未曾記錄的多條斷層真實(shí)面貌。野外采樣及其樣品測(cè)試方式也逐漸更新和發(fā)展，緊跟行業(yè)最新動(dòng)態(tài)，從最初的光釋光、熱釋光到目前的碳十四、宇宙成因核素、古文化層廣泛運(yùn)用。

5.與其他科研項(xiàng)目高度融合

城市活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目與其他研究項(xiàng)目緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)資料及最新成果的實(shí)時(shí)共享。比如關(guān)中大震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)項(xiàng)目、城市地震小區(qū)劃項(xiàng)目及陜西活動(dòng)構(gòu)造圖件編制項(xiàng)目都吸收了大量城市活動(dòng)斷層探測(cè)的成果；而項(xiàng)目組成員申請(qǐng)的自然基金課題及星火計(jì)劃課題、活動(dòng)斷層填圖等課題的研究成果又為城市活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目補(bǔ)充了基礎(chǔ)資料。

6.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)專(zhuān)業(yè)齊全

專(zhuān)業(yè)齊全的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為整個(gè)活動(dòng)斷層探測(cè)的順利開(kāi)展提供了有力保障，項(xiàng)目組成員11名，其中研究員2名、高級(jí)工程師3名、工程師6名，專(zhuān)業(yè)涵蓋了地球物理、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、年代學(xué)、地理信息系統(tǒng)等學(xué)科。

圖2 關(guān)中及其鄰區(qū)開(kāi)展的深部地殼結(jié)構(gòu)探測(cè)測(cè)線位置圖

圖3 關(guān)中地區(qū)開(kāi)展的淺層地震勘探測(cè)線位置圖

圖4 關(guān)中地區(qū)的活斷層剖面

工作成果

1.基本查明了關(guān)中及其鄰區(qū)深部地震孕育環(huán)境

通過(guò)跨越關(guān)中的4條寬角折射/反射剖面、3條深反射剖面、3條高分辨折射/反射剖面的多次探測(cè)，獲得渭河盆地及其北側(cè)的鄂爾多斯塊體、南側(cè)的秦嶺山地和揚(yáng)子地塊北緣的深部地殼精細(xì)速度結(jié)構(gòu)，得到了不同構(gòu)造單元的莫霍面形態(tài)及其埋深，同時(shí)有關(guān)區(qū)內(nèi)結(jié)晶基底和沉積蓋層的結(jié)構(gòu)形態(tài)也取得了很好的結(jié)果?；谏畈康貧そY(jié)構(gòu)特征和空間接觸關(guān)系，基本探明了關(guān)中及其鄰區(qū)強(qiáng)震破裂和發(fā)生的孕育環(huán)境。

2.對(duì)淺部渭河斷陷盆地結(jié)構(gòu)有了更清晰的認(rèn)識(shí)

關(guān)中地區(qū)實(shí)施的多條深反射探測(cè)和中深層探測(cè)，使得渭河斷陷的盆地結(jié)構(gòu)圖像更加清晰。根據(jù)盆地內(nèi)部次級(jí)斷塊的構(gòu)造變形程度及圍限的主干斷裂展布，將渭河斷陷進(jìn)一步細(xì)化為：盆地東部的固市次級(jí)斷陷、中部的西安—周至次級(jí)斷陷和西部的寶雞次級(jí)斷凸。這些圍繞在活動(dòng)次級(jí)斷塊周緣的活動(dòng)斷裂帶則控制了區(qū)內(nèi)的強(qiáng)震分布，并在地震孕育和發(fā)生時(shí)起到了重要作用，也是我們研究和追蹤的重點(diǎn)對(duì)象。

3.查明了主要活動(dòng)斷裂的深淺關(guān)系

活動(dòng)斷裂的深淺關(guān)系是城市活動(dòng)斷層探測(cè)的重點(diǎn)工作內(nèi)容之一。通過(guò)多個(gè)城市的活動(dòng)斷層探測(cè)，控制渭河盆地演化發(fā)育的盆地南緣斷裂帶（包括固市斷陷的南部邊界斷裂帶、西安—周至斷陷的南部邊界斷裂）、演化成一個(gè)復(fù)雜活動(dòng)斷裂帶的渭河盆地北緣斷裂帶，以及青藏高原東北緣向渭河盆地過(guò)渡的隴縣—岐山—馬召調(diào)節(jié)型走滑斷裂帶，這三條斷裂帶的深淺關(guān)系都有了一個(gè)新的結(jié)果。

4.基本上解決了關(guān)中地區(qū)歷史存疑斷層的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)多條新斷層的活動(dòng)證據(jù)

過(guò)去曾認(rèn)為，關(guān)中地區(qū)的渭河斷裂是一條沿渭河走向貫穿整個(gè)盆地的斷層，但大量探測(cè)結(jié)果則顯示，渭河斷裂向東僅延伸至渭南，并沒(méi)有穿過(guò)固市斷陷。同樣，口鎮(zhèn)—關(guān)山斷裂也止于閻良東，并未東延至黃河一帶。在原來(lái)認(rèn)定的周至—余下斷裂位置，并沒(méi)有探測(cè)到區(qū)域性較大斷裂。與此相反，近幾年的工作還新發(fā)現(xiàn)一些活動(dòng)斷裂，如來(lái)自于太白盆地方向的桃川斷裂，由西進(jìn)入渭河盆地，一直向東延伸，是西安—周至斷陷內(nèi)規(guī)模較大的一條斷裂。又如在大荔北東方向，存在多條北東向斷層，在渭河盆地北部的山前地帶，廣泛發(fā)育一組規(guī)模較大，延伸很遠(yuǎn)的反向斷裂，在潼關(guān)塬西緣存在一條規(guī)模較大的活動(dòng)性邊界斷裂等。

5.對(duì)重點(diǎn)斷層最新活動(dòng)性和活動(dòng)方式取得定量研究結(jié)果

在十余年的活動(dòng)斷層探測(cè)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作中，還詳細(xì)研究了1556年華縣大地震的地表破裂帶及其空間幾何分布、1556年華縣地震當(dāng)天7級(jí)強(qiáng)余震的破裂帶展布、固市斷陷南部邊界斷裂上發(fā)生的古地震事件、西安—周至斷陷南邊界斷裂帶上的古地震事件。獲得口鎮(zhèn)—關(guān)山斷裂、渭河斷裂、渭河盆地北緣斷裂、隴縣—岐山—馬召斷裂、韓城斷裂、桃川—戶縣斷裂、雙泉—臨猗斷裂、驪山山前斷裂、華山西緣斷裂、中條山西緣斷裂和臨潼—長(zhǎng)安斷裂等關(guān)中地區(qū)主要活動(dòng)斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代和運(yùn)動(dòng)速率。

6.對(duì)重要地震重新進(jìn)行了考證，并對(duì)其發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了探討

陜西省關(guān)中地區(qū)歷史上發(fā)生過(guò)多次強(qiáng)震和大震。通過(guò)十多年的不斷探測(cè)、地面地質(zhì)調(diào)查、歷史記載查證等工作，對(duì)公元前780年岐山地震、公元600年秦隴6?級(jí)地震、1487年臨潼咸陽(yáng)一帶6?級(jí)地震、1556年華縣8?級(jí)地震、1556年華縣地震7級(jí)余震、1568年西安6?級(jí)地震、1568年臨潼5?級(jí)地震的震級(jí)大小、宏觀震中位置、地面破裂帶展布以及發(fā)震斷裂等進(jìn)行了多方位考證和修正，取得系列工作結(jié)果。

7.在渭河盆地創(chuàng)建了活動(dòng)構(gòu)造甄別的年代標(biāo)尺

除了關(guān)中地區(qū)廣泛發(fā)育的S1古土壤層能夠用作晚更新世早期的標(biāo)志層，來(lái)甄別斷層的活動(dòng)性外，工作中還發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)的馬蘭黃土中普遍發(fā)育有一套弱古土壤層（代號(hào)：L1S），該弱古土壤層指示了2～4萬(wàn)年間黃土高原地區(qū)經(jīng)歷的溫暖濕潤(rùn)期，對(duì)活動(dòng)構(gòu)造識(shí)別和研究具有重要意義。此外，在盆地東部近年工作還發(fā)現(xiàn)，區(qū)域上普遍存在著一次大洪水事件，該事件發(fā)生在全新世，其沖洪積物覆蓋在早已脫離水面的河流階地和沖洪積扇之上，也是活動(dòng)構(gòu)造識(shí)別和研究的一個(gè)很好的年代標(biāo)尺。

8.重新構(gòu)建了關(guān)中地區(qū)地貌單元的構(gòu)造特征

渭河盆地主體地貌由渭河及其支流沖積而成。眉縣以西渭河河谷狹窄，發(fā)育有四至五級(jí)基座階地，顯示西部隆升的構(gòu)造背景。眉縣以東渭河河谷變寬，發(fā)育有三級(jí)埋藏階地。其中，河漫灘及一、二級(jí)階地寬廣平坦，連續(xù)分布，三級(jí)以上階地多斷續(xù)分布，二級(jí)階地以上各級(jí)階地均為黃土覆蓋。渭、洛兩河之間的階地上形成了部分沙丘地，顯示中部的西安—周至斷陷和東部的固市斷陷處于下沉的構(gòu)造背景。而渭河平原兩側(cè)的黃土臺(tái)塬分布于渭河北岸及西安、渭南、潼關(guān)等地，是在下更新世湖盆基礎(chǔ)上形成的，連同分布于秦嶺和北山山前的多期洪積扇則是構(gòu)造與氣候共同作用的結(jié)果。在基巖山地區(qū)，沖溝中能夠識(shí)別出多期斷裂點(diǎn)，顯示所在斷裂的多期新活動(dòng)。

9.為陜西防震減災(zāi)戰(zhàn)略布局和關(guān)中城市群規(guī)劃建設(shè)提供了基礎(chǔ)信息

經(jīng)過(guò)關(guān)中地區(qū)十余年來(lái)持續(xù)不斷的活動(dòng)斷層探測(cè)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作，有關(guān)渭河盆地及鄰區(qū)的深部地殼結(jié)構(gòu)、渭河盆地深淺構(gòu)造關(guān)系、渭河盆地主要活動(dòng)斷裂展布和最新活動(dòng)特征、渭河盆地強(qiáng)震和大震孕育能力、渭河盆地地球動(dòng)力學(xué)模式、渭河盆地主要次級(jí)塊體邊界活動(dòng)斷裂的地震離逝時(shí)間、關(guān)中地區(qū)未來(lái)大震危險(xiǎn)性及其可能受災(zāi)地區(qū)等方面都取得了新的結(jié)果，這些都為陜西省防震減災(zāi)工作戰(zhàn)略布局提供支持。探測(cè)中甄別的活動(dòng)斷層存在與否的工作結(jié)果也直接運(yùn)用到所在城市的規(guī)劃和建設(shè)之中，在關(guān)中城市群建設(shè)中發(fā)揮作用。

結(jié)束語(yǔ)

城市活動(dòng)斷層探測(cè)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是一項(xiàng)利國(guó)利民的基礎(chǔ)性工作。開(kāi)展城市活動(dòng)斷層探測(cè)，不僅為城市建設(shè)規(guī)劃和國(guó)土利用提供依據(jù)，使城市規(guī)劃更科學(xué)、更合理，減輕地震對(duì)城市造成的破壞和損失，保障社會(huì)穩(wěn)定與人民安居樂(lè)業(yè)。而且，從科學(xué)發(fā)展角度，也為地震科學(xué)發(fā)展創(chuàng)造條件，通過(guò)活動(dòng)斷層探測(cè)，力求達(dá)到“地下搞清楚”的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，推動(dòng)地震科學(xué)研究水平向縱深發(fā)展。