陕西关中地区城市活动断层探测工作特色及减灾实效

冯希杰 李高阳 马冀

冯希杰，博士、研究员，陕西省地震局预报中心副主任，主要研究方向为活动构造和工程地震。自“十五”以来，作为项目首席，主持和完成了陕西省西安市、宝鸡市、渭南市、汉中市的城市活断层探测与地震危险性评价工作。以第一完成人获省部级科技进步二等奖3项、三等奖2项，公开发表科学研究论文30余篇，出版《一五五六年华县特大地震》等专著。

工作安排

关中地区位于陕西省中部，自然、经济条件优越，从西周始，先后有周、秦、西汉、隋、唐等十余个王朝建都于关中平原，历时千余年。关中地区所辖的西安、宝鸡、咸阳、渭南、铜川及杨凌区的总面积达39064.5平方千米，约占全省土地面积的19%，关中地区总人口约2241.7万，为陕西人口最密集地区。关中地区的城镇作为中国西部地区第二大城市群，也是中国工业、农业和文化发达地区之一。

陕西关中地区南依秦岭，北靠北山，西起宝鸡，东至潼关，东西长约360千米，南北宽30～80千米。该地区地处中国大陆中部，夹持于鄂尔多斯地块和秦岭褶皱系之间，是环鄂尔多斯地块周缘大型断陷盆地之一。历史至今，陕西一系列强震和大震如公元前780年岐山地震、1501年朝邑7级强震、1556年华县8¼级大震等均发生于该地区，是陕西省拥有强震和大震孕育能力、且又充满高危性的地区。

正是基于关中地区这种优越的人文、经济背景和特殊的地震构造环境，自“十五”以来，在中国地震局、陕西省人民政府及西安市等各级政府的大力支持下，在关中地区选择多个城市，持续开展了城市活动断层探测与地震危险性评价，先后完成了西安市、宝鸡市、咸阳市、渭南市的活动断层探测与地震危险性评价工作，现正在开展兴平市的活动断层探测与地震危险性评价（见表1和图1）。

工作特色

陕西省活动断层探测与地震危险性评价项目从“十五”做到“十三五”，探测城市涵盖了关中地区西安、宝鸡、咸阳、渭南和兴平，从最开始的学习摸索到现在的驾轻就熟，我们积累了大量工作经验和基础数据，也渐渐地形成了自己的工作特色。

1.以目标城市为核心，辐射带动周边地区

对于某个城市活动断层探测而言，我们不仅仅以勘测城市为工作的目标区，而是根据城市所处的地震构造环境，包括城市及其周邻地区的主干断层展布位置、走向以及次级块体构造边界等来进行活动构造探测的整体把握。例如在宝鸡活动断层探测中，除了宝鸡市所处的宝鸡凸起作为工作重点外，我们还对陇县—岐山—马召断裂以及其东侧的西安—周至次级断陷进行了较详细研究，工作范围甚至扩展至甘肃及宁夏境内；再如在渭南活动断层探测中，我们也对渭河盆地东部固市凹陷及华山山前断裂向北东方向延伸开展了诸多工作，范围也扩展至山西境内。感受是只有跳出城市行政划分，按照活动构造单元进行研究，才能获得更为完整的活动构造信息。

表1 关中地区城市活动断层探测与地震危险性评价工作表

图1 关中地区开展活动断层探测与地震危险性评价的城市分布图

2.分阶段、分层次、逐步逼近的工作思路

在城市活动断层探测开展的初期，我们就开始从长远意义考虑，绝不仅仅为了做几个城市的断层，而是将最终目标放在整个关中地区，工作地域涵盖了渭河盆地及其南北两侧的秦岭及鄂尔多斯地块。西安、宝鸡、咸阳、渭南、兴平五个城市活动断层并不是五个独立的活动断层探测项目，而是先后重叠衔接在一起。通过关中诸城市持续不断的工作结果，使得关中地区的活动构造面貌越来越清晰。

3.深部、中部、浅层地球物理探测有机结合

除查明浅表断层活动特征外，为了探明渭河盆地与鄂尔多斯地块及秦岭造山带的构造关系，在关中城市活动断层探测中，分中部、西部和东部多次开展了深反射探测、宽角折射/反射探测、高分辨折射/反射探测、中深层人工地震探测工作（见图2、图3），深浅不同的多种探测方式的相互结合，使得对整个关中地区以及南北两侧的鄂尔多斯地块和秦岭造山带的深部地壳精细结构有了较为清晰的认识。

4.浅表地面地质调查

以大比例尺地形图和卫星影像判读、解译为基础，对沿断层走向上的典型冲沟及河流阶地进行大量野外实地踏勘。从西安活动断层探测项目开始至今，在野外发现断层露头和剖面数达百个（见图4），遍布于整个关中及周邻地区，观察到前人未曾记录的多条断层真实面貌。野外采样及其样品测试方式也逐渐更新和发展，紧跟行业最新动态，从最初的光释光、热释光到目前的碳十四、宇宙成因核素、古文化层广泛运用。

5.与其他科研项目高度融合

城市活动断层探测项目与其他研究项目紧密结合，实现资料及最新成果的实时共享。比如关中大震危险性评价项目、城市地震小区划项目及陕西活动构造图件编制项目都吸收了大量城市活动断层探测的成果；而项目组成员申请的自然基金课题及星火计划课题、活动断层填图等课题的研究成果又为城市活动断层探测项目补充了基础资料。

6.项目团队专业齐全

专业齐全的项目团队为整个活动断层探测的顺利开展提供了有力保障，项目组成员11名，其中研究员2名、高级工程师3名、工程师6名，专业涵盖了地球物理、构造地质学、年代学、地理信息系统等学科。

图2 关中及其邻区开展的深部地壳结构探测测线位置图

图3 关中地区开展的浅层地震勘探测线位置图

图4 关中地区的活断层剖面

工作成果

1.基本查明了关中及其邻区深部地震孕育环境

通过跨越关中的4条宽角折射/反射剖面、3条深反射剖面、3条高分辨折射/反射剖面的多次探测，获得渭河盆地及其北侧的鄂尔多斯块体、南侧的秦岭山地和扬子地块北缘的深部地壳精细速度结构，得到了不同构造单元的莫霍面形态及其埋深，同时有关区内结晶基底和沉积盖层的结构形态也取得了很好的结果。基于深部地壳结构特征和空间接触关系，基本探明了关中及其邻区强震破裂和发生的孕育环境。

2.对浅部渭河断陷盆地结构有了更清晰的认识

关中地区实施的多条深反射探测和中深层探测，使得渭河断陷的盆地结构图像更加清晰。根据盆地内部次级断块的构造变形程度及围限的主干断裂展布，将渭河断陷进一步细化为：盆地东部的固市次级断陷、中部的西安—周至次级断陷和西部的宝鸡次级断凸。这些围绕在活动次级断块周缘的活动断裂带则控制了区内的强震分布，并在地震孕育和发生时起到了重要作用，也是我们研究和追踪的重点对象。

3.查明了主要活动断裂的深浅关系

活动断裂的深浅关系是城市活动断层探测的重点工作内容之一。通过多个城市的活动断层探测，控制渭河盆地演化发育的盆地南缘断裂带（包括固市断陷的南部边界断裂带、西安—周至断陷的南部边界断裂）、演化成一个复杂活动断裂带的渭河盆地北缘断裂带，以及青藏高原东北缘向渭河盆地过渡的陇县—岐山—马召调节型走滑断裂带，这三条断裂带的深浅关系都有了一个新的结果。

4.基本上解决了关中地区历史存疑断层的问题，发现多条新断层的活动证据

过去曾认为，关中地区的渭河断裂是一条沿渭河走向贯穿整个盆地的断层，但大量探测结果则显示，渭河断裂向东仅延伸至渭南，并没有穿过固市断陷。同样，口镇—关山断裂也止于阎良东，并未东延至黄河一带。在原来认定的周至—余下断裂位置，并没有探测到区域性较大断裂。与此相反，近几年的工作还新发现一些活动断裂，如来自于太白盆地方向的桃川断裂，由西进入渭河盆地，一直向东延伸，是西安—周至断陷内规模较大的一条断裂。又如在大荔北东方向，存在多条北东向断层，在渭河盆地北部的山前地带，广泛发育一组规模较大，延伸很远的反向断裂，在潼关塬西缘存在一条规模较大的活动性边界断裂等。

5.对重点断层最新活动性和活动方式取得定量研究结果

在十余年的活动断层探测和地震危险性评价工作中，还详细研究了1556年华县大地震的地表破裂带及其空间几何分布、1556年华县地震当天7级强余震的破裂带展布、固市断陷南部边界断裂上发生的古地震事件、西安—周至断陷南边界断裂带上的古地震事件。获得口镇—关山断裂、渭河断裂、渭河盆地北缘断裂、陇县—岐山—马召断裂、韩城断裂、桃川—户县断裂、双泉—临猗断裂、骊山山前断裂、华山西缘断裂、中条山西缘断裂和临潼—长安断裂等关中地区主要活动断裂的最新活动时代和运动速率。

6.对重要地震重新进行了考证，并对其发震构造进行了探讨

陕西省关中地区历史上发生过多次强震和大震。通过十多年的不断探测、地面地质调查、历史记载查证等工作，对公元前780年岐山地震、公元600年秦陇6¾级地震、1487年临潼咸阳一带6¼级地震、1556年华县8¼级地震、1556年华县地震7级余震、1568年西安6¾级地震、1568年临潼5½级地震的震级大小、宏观震中位置、地面破裂带展布以及发震断裂等进行了多方位考证和修正，取得系列工作结果。

7.在渭河盆地创建了活动构造甄别的年代标尺

除了关中地区广泛发育的S1古土壤层能够用作晚更新世早期的标志层，来甄别断层的活动性外，工作中还发现，区内的马兰黄土中普遍发育有一套弱古土壤层（代号：L1S），该弱古土壤层指示了2～4万年间黄土高原地区经历的温暖湿润期，对活动构造识别和研究具有重要意义。此外，在盆地东部近年工作还发现，区域上普遍存在着一次大洪水事件，该事件发生在全新世，其冲洪积物覆盖在早已脱离水面的河流阶地和冲洪积扇之上，也是活动构造识别和研究的一个很好的年代标尺。

8.重新构建了关中地区地貌单元的构造特征

渭河盆地主体地貌由渭河及其支流冲积而成。眉县以西渭河河谷狭窄，发育有四至五级基座阶地，显示西部隆升的构造背景。眉县以东渭河河谷变宽，发育有三级埋藏阶地。其中，河漫滩及一、二级阶地宽广平坦，连续分布，三级以上阶地多断续分布，二级阶地以上各级阶地均为黄土覆盖。渭、洛两河之间的阶地上形成了部分沙丘地，显示中部的西安—周至断陷和东部的固市断陷处于下沉的构造背景。而渭河平原两侧的黄土台塬分布于渭河北岸及西安、渭南、潼关等地，是在下更新世湖盆基础上形成的，连同分布于秦岭和北山山前的多期洪积扇则是构造与气候共同作用的结果。在基岩山地区，冲沟中能够识别出多期断裂点，显示所在断裂的多期新活动。

9.为陕西防震减灾战略布局和关中城市群规划建设提供了基础信息

经过关中地区十余年来持续不断的活动断层探测和地震危险性评价工作，有关渭河盆地及邻区的深部地壳结构、渭河盆地深浅构造关系、渭河盆地主要活动断裂展布和最新活动特征、渭河盆地强震和大震孕育能力、渭河盆地地球动力学模式、渭河盆地主要次级块体边界活动断裂的地震离逝时间、关中地区未来大震危险性及其可能受灾地区等方面都取得了新的结果，这些都为陕西省防震减灾工作战略布局提供支持。探测中甄别的活动断层存在与否的工作结果也直接运用到所在城市的规划和建设之中，在关中城市群建设中发挥作用。

结束语

城市活动断层探测和地震危险性评价是一项利国利民的基础性工作。开展城市活动断层探测，不仅为城市建设规划和国土利用提供依据，使城市规划更科学、更合理，减轻地震对城市造成的破坏和损失，保障社会稳定与人民安居乐业。而且，从科学发展角度，也为地震科学发展创造条件，通过活动断层探测，力求达到“地下搞清楚”的长远目标，推动地震科学研究水平向纵深发展。