李忠生 宋彥輝 高虎艷 袁洪克程耀 叢璐

1)長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，西安市雁塔路126號 710054

2)西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，西安 710016

3)中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002

0 引言

臨潼-長安斷裂是秦嶺北麓斷裂與驪山北麓斷裂之間的1條NE向斷裂帶，是渭河盆地主要活動斷裂之一，對該斷裂帶的研究不僅具有重要的地震地質(zhì)意義，也具有十分重要的工程意義。長期以來，許多科研人員對該斷層進(jìn)行了廣泛深入的研究(張安良等，1991;李永善等，1992;彭建兵等，1992;祝意青等，2005;馮希杰等，2006;戴王強(qiáng)等，2007;師亞芹等，2007、2008;苗康運，2008;李曉妮等，2008)，內(nèi)容涉及斷層的位置、走向、活動特征等。這些研究中，尤以對斷裂帶的東北段(神禾塬以東)的研究更為深入;而由于地貌原因?qū)ξ髂隙蔚难芯枯^少，斷裂帶確切位置和走向一直因缺乏直接的研究工作依據(jù)和地質(zhì)地貌證據(jù)而處于推測狀態(tài)。本文以西安地鐵建設(shè)為平臺，在臨潼-長安斷裂西南延伸區(qū)域進(jìn)行了一系列的勘探研究工作，其中包括3條淺層人工地震勘探剖面和1條地質(zhì)鉆探剖面，在3個不同的地點分別揭示出了臨潼-長安斷裂(FN)的確切位置，從而確定了該斷裂西南段的走向。

1 臨潼-長安斷裂帶概況

臨潼-長安斷裂帶位于渭河盆地內(nèi)西安凹陷與驪山凸起的交界部位，屬深部基底斷裂。該斷裂北起臨潼區(qū)驪山老母殿，向西南延伸經(jīng)長安城區(qū)與秦嶺北麓斷裂交接。全長逾50km，總體走向NNE-NEE，傾向NW，傾角70°左右。該斷裂帶由數(shù)條平行斷層組成，帶寬5～7km。斷裂帶兩側(cè)地貌差異較大，總體上東南側(cè)為黃土塬區(qū)，西北側(cè)為渭河階地區(qū)，整個斷裂帶區(qū)域表現(xiàn)為斷層陡坎，并間有構(gòu)造性侵蝕洼地。鑒于該斷裂帶的東、西兩段都是由3條主要斷裂組成，習(xí)慣上由北向南依次稱之為FN、FM、FS(圖1)。

圖1 臨潼-長安斷裂帶位置及研究區(qū)示意圖

斷裂帶以浐河為界分為東北、西南兩段，其中東北段地形地貌特征顯著，斷層陡坎發(fā)育，斷裂地表出露明顯，活動性較強(qiáng);西南段地形高差較小，尤其是神禾塬以西為晚更新世以來形成的洪積扇裙，地勢平坦，未發(fā)現(xiàn)斷層地貌跡象，該段斷裂的位置及走向主要依靠河流拐彎、地?zé)釡厝葋矸治龊屯茰y(張安良等，1991;李永善等，1992)。對于斷裂帶西段的研究，目前僅陜西省地震局在神禾塬西側(cè)進(jìn)行過深層人工地震勘探工作(地震測線位置如圖1所示)，勘探剖面清晰顯示了包括3條臨潼-長安斷裂在內(nèi)的各深大斷裂(師亞芹等，2008)。在此位置西南區(qū)域，基本為研究空白區(qū)。

2 臨潼-長安斷裂(FN)西段走向研究

結(jié)合西安地鐵建設(shè)任務(wù)，本次研究對象為臨潼-長安斷裂帶中最北側(cè)的FN斷裂。為此，分別在西安西南郊西太路、長安區(qū)五星鄉(xiāng)及戶縣草堂鎮(zhèn)附近布置了3條淺層人工地震勘探剖面，研究區(qū)域如圖1所示。淺層人工地震勘探采用SUMMIT遙測數(shù)字地震儀，240道滾動，60道備用接收方式。震源采用M18/612型可控震源，工作方式和激發(fā)參數(shù)設(shè)定為:連續(xù)變頻掃描，掃描頻帶30～200Hz，掃描信號長度8s，垂直迭加次數(shù)不低于12次，在此基礎(chǔ)上以獲得清晰的反射同相軸為原則。測線觀測系統(tǒng)為:道間距3m，炮間距15m，24次覆蓋反射。勘探目標(biāo)深度不小于1km。

同時為驗證人工地震勘探成果，在西太路人工地震勘探異常處布置了1條地質(zhì)鉆探剖面，揭示了地層剖面結(jié)構(gòu)，對異常兩側(cè)的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析。

2.1 西太路人工地震DZ1剖面及地質(zhì)鉆探剖面

西太路淺層人工地震勘探DZ1測線位置如圖2所示，測線布設(shè)長度約9km，沿西太路由北向南從錦業(yè)二路至張王村附近，獲得的淺層人工地震反射疊加時間剖面如圖3所示。

圖2 地震測線位置及臨潼-長安斷裂FN西段位置、走向示意圖

圖3 西太路淺層人工地震勘探DZ1測線反射疊加時間剖面圖

由圖3可見，剖面中反射層位清晰、豐富，各界面呈水平層狀形態(tài)，雙程反射時間1100ms附近較強(qiáng)的反射層TQ被解釋為第四系底界。在9km長的剖面中，存在一些明顯斷點異常，斷點處地層自上而下出現(xiàn)不同程度的錯斷。其中，與其它斷點存在明顯不同、也是規(guī)模最大的為剖面南端頭的斷裂(FN)，該異常為北傾，傾角較緩，由2條北傾斷裂FN1、FN2組成，在1000ms以下合并成1條，斷裂兩側(cè)TQ反射層存在200～250ms(換算深度約200多米)的斷距。鑒于該斷裂具有錯斷清晰、北傾、兩側(cè)TQ的斷距大、傾角較緩等特性，絕非一般小斷裂所能比擬，并考慮其所處的具體位置，推測其為臨潼-長安斷裂帶中的最北側(cè)斷裂FN。同時，剖面中靠近FN附近上盤發(fā)育有一系列反向斷裂，這與FN東段和中段在其上盤發(fā)育有一系列較密集南傾正斷層的特性相吻合，剖面中這些南傾斷層被解釋為西安地裂縫，并在后續(xù)的地鐵勘察中得到證實。

為獲取上述淺層人工地震勘探異常處的地層結(jié)構(gòu)及其異常變化，在FN2異常處布置了地質(zhì)鉆探工作，鉆探剖面線與人工地震測線基本重合，勘探孔深度80m，獲得的鉆探剖面如圖4所示。

圖4 人工地震異常對應(yīng)的地質(zhì)鉆探剖面圖

鉆探剖面顯示第四系全新統(tǒng)地層連續(xù)性較好，無明顯錯斷跡象。上更新統(tǒng)底界被明顯錯斷，但斷距不大。中更新統(tǒng)地層由于厚度較大，在80m深度范圍內(nèi)未穿透，由于該套地層主要為湖積的黏性土與砂土交互沉積，沉積相較為復(fù)雜，無可供對比的標(biāo)志層，故對于地層的連續(xù)性及斷層識別帶來一定困難。即便如此，從圖4中仍可看出，人工地震勘探異常(斷裂FN2)兩側(cè)砂類土的分布具有突變性和不連續(xù)性，表現(xiàn)在兩側(cè)層位不對等，地層分布不符合自然地層沉積規(guī)律，表明后期曾經(jīng)受過構(gòu)造變動，存在斷層不連續(xù)地質(zhì)構(gòu)造面，仔細(xì)辨認(rèn)可以看出，剖面北側(cè)地層下降。該鉆探剖面確定的斷裂位置與人工地震勘探異常(FN2)位置吻合，誤差小于20m。鉆探剖面中自上而下的地層不連續(xù)現(xiàn)象，為臨潼-長安斷裂的存在提供了直接證據(jù)。

2.2 五星鄉(xiāng)人工地震DZ2剖面

五星鄉(xiāng)淺層人工地震勘探DZ2測線沿五星鄉(xiāng)北側(cè)的南北向道路布置，總長約5.5km，其平面位置如圖2所示，其淺層人工地震反射疊加時間剖面如圖5所示。

圖5 五星鄉(xiāng)淺層人工地震勘探DZ2測線反射疊加時間剖面圖

從圖5中可見，雙程反射時間1500ms以內(nèi)具有清晰的反射界面，該剖面反射信息豐富，有多組較強(qiáng)的反射波組。從這些反射波組所反映的界面特征可以看出，界面呈層狀展布，明顯南傾;剖面中存在一些反射波同相軸錯斷現(xiàn)象，根據(jù)各波組錯斷及界面產(chǎn)狀變化等特征，剖面上共存在3個斷點異常，其中以FN斷點最為明顯，其兩側(cè)多組強(qiáng)反射層位存在明顯錯斷，錯斷可從近地表一直延續(xù)到1700ms以下。其形態(tài)為一視傾向北的正斷層。在5km長的剖面中，F(xiàn)N斷裂規(guī)模最大，結(jié)合西太路淺層人工地震勘探結(jié)果，該斷點異常解釋為臨潼-長安斷裂FN。由于該剖面的地層南傾，與該區(qū)域總的地層傾向相反，推測在該剖面南側(cè)應(yīng)有一規(guī)模宏大的構(gòu)造，該構(gòu)造控制了其北側(cè)和FN之間的地塊使其呈“翹起”構(gòu)造形態(tài)。

2.3 草堂鎮(zhèn)人工地震ZD3剖面

草堂鎮(zhèn)淺層人工地震勘探DZ3測線沿草堂鎮(zhèn)南北方向道路布置，由北向南經(jīng)草堂鎮(zhèn)直達(dá)秦嶺山太平峪口內(nèi)，總長約12km，其平面位置如圖2所示，人工地震反射疊加時間剖面如圖6所示。

圖6 草堂鎮(zhèn)淺層人工地震勘探DZ3測線反射疊加時間剖面圖

與前2條測線相同，圖6中雙程反射時間1500ms以內(nèi)具有清晰的多組較強(qiáng)反射界面?？傮w看，剖面上反射層明顯北傾，但局部有水平甚至南傾現(xiàn)象。根據(jù)各波組錯斷及界面產(chǎn)狀變化等特征判斷，剖面上共存在6個斷點異常，由南向北各斷點特征及解釋如下:

Fp1為秦嶺北麓斷裂，斷裂兩側(cè)反射層位差異極其明顯。

Fp3斷點兩側(cè)地層傾向存在差異，其南側(cè)地層呈北傾，北側(cè)地層局部南傾，斷點兩側(cè)反射層位存在明顯同相軸錯斷，視傾向北，錯斷可從近地表一直延續(xù)到1000ms以下。

Fp4斷點兩側(cè)反射層位存在明顯同相軸錯斷，視傾向北，錯斷可從300ms一直延續(xù)到1500ms以下，近地表300ms以內(nèi)層位連續(xù)性較好。

結(jié)合區(qū)域斷裂研究成果(周厚云等，2001;楊曉平等，2005)，F(xiàn)p3、Fp4構(gòu)成一規(guī)模較大的北傾斷層性質(zhì)的斷裂帶，寬度約400m，其特征及位置與余下-鐵爐子斷裂(也稱周至-余下斷裂)吻合度較好，應(yīng)是該斷裂在剖面中的反映。

FN斷點兩側(cè)地層傾向存在明顯差異，其南側(cè)地層微向南傾，北側(cè)則呈北傾，斷點兩側(cè)反射層位存在明顯同相軸錯斷，錯斷可從近地表一直延續(xù)到1500ms以下。其形態(tài)為一視傾向北的正斷層。在此斷層再向北約4.7km的反射剖面上，除南傾的Fp5異常外，再無其它北傾斷層。據(jù)此可以推斷，該斷層為臨潼-長安斷裂中的最北側(cè)斷層FN。同時該斷裂南側(cè)地層南傾，與五星鄉(xiāng)DZ2剖面中FN南側(cè)地層南傾吻合。

Fp5斷點兩側(cè)地層傾角存在一定差異，反射層位存在明顯同相軸錯斷，錯斷可從近地表一直延續(xù)到1500ms以下，其形態(tài)為一視傾向南的正斷層，推斷為一南傾斷裂，有發(fā)育成西安地裂縫的可能。

2.4 其它資料

除了本次有針對性的研究工作外，在西太路張王村西側(cè)場地進(jìn)行大范圍地裂縫勘察時，在多條北西或南北向的地質(zhì)鉆探剖面上，均發(fā)現(xiàn)存在傾向北且呈正斷性質(zhì)的斷裂①機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院，2012，西安高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)場地地裂縫勘察報告。鑒于該場地位于西太路人工地震測線DZ1和五星鄉(xiāng)人工地震測線DZ2之間，且這些斷裂點的連線與DZ1、DZ2的人工地震勘探異常(FN)的連線正好處于同一延伸方向上(圖2)，因此認(rèn)為這些鉆探剖面中的北傾斷裂點應(yīng)是FN在近地表的活動跡象，同時也佐證了前述對人工地震勘探剖面異常FN的解釋判斷。

根據(jù)上述各淺層人工地震勘探剖面解釋的臨潼-長安斷裂(FN)西南段(神禾塬以西)位置，連同西太路西側(cè)場地內(nèi)工程地質(zhì)鉆探異常位置和文獻(xiàn)(師亞芹等，2008)中深層人工地震勘探剖面解釋的FN位置，以虛線形式標(biāo)注于圖2。由圖2可見，該段斷裂(FN)西端大致以SW240°向西南方向延伸，延續(xù)了該斷裂中段的走向，這一走向與張安良等(1991)依據(jù)東大熱異常和草堂熱異常宏觀推斷的FN(張安良等(1991)稱之為斜口-東大斷裂)基本一致。

3 臨潼-長安斷裂走向?qū)こ探ㄔO(shè)的影響

有關(guān)臨潼-長安斷裂帶的研究不僅為西安地區(qū)的地震預(yù)測、地震地質(zhì)研究提供了基礎(chǔ)性資料，而且其研究成果對目前的工程建設(shè)也有著十分重要的影響。已有研究表明，西安地裂縫是發(fā)育在臨潼-長安斷裂帶上盤的一系列次生隱伏斷裂構(gòu)造，其產(chǎn)生受控于臨潼-長安斷裂帶的伸展活動(張家明，1990;李永善等，1992;彭建兵等，2012)，即西安地裂縫的分布范圍取決于臨潼-長安斷裂帶的位置和走向。根據(jù)30多年西安地裂縫的研究成果，《西安地裂縫場地勘察與工程設(shè)計規(guī)程(DBJ61-6-2006)》②陜西省建設(shè)廳，2006，西安地裂縫場地勘察與工程設(shè)計規(guī)程(DBJ61-6-2006)將西安地裂縫的分布范圍限定在臨潼-長安斷裂帶西北側(cè)(上盤)。據(jù)此，若該斷裂帶具體位置及走向能確定下來，則西安地裂縫的分布范圍也將明確。眾所周知，西安地裂縫是西安市最主要的地質(zhì)災(zāi)害之一，已對西安早期的城市建筑及設(shè)施造成了巨大的損害，并嚴(yán)重制約了城市后期的規(guī)劃與建設(shè)。由于西安地裂縫自20世紀(jì)50年代開始出現(xiàn)以來，主要發(fā)生在西安市城區(qū)，故有關(guān)城區(qū)地裂縫的研究較多。近年隨著西安城市建設(shè)的發(fā)展，城區(qū)范圍不斷向外圍方向擴(kuò)展，而對于這些地區(qū)西安地裂縫的研究非常薄弱，甚至是空白。新區(qū)建設(shè)面對的首要地質(zhì)問題就是這些拓展區(qū)域是否存在西安地裂縫，而與這一問題關(guān)聯(lián)的就是臨潼-長安斷裂帶(FN)的位置和走向問題，它是西安地裂縫存在與否的前提。

前已述及，臨潼-長安斷裂帶的東段(神禾塬以東)位置和走向比較清楚，西段則因缺少實際研究工作，其推測的位置和走向具有較大的不確定性。本文通過淺層人工地震勘探等工作揭示了臨潼-長安斷裂(FN)西南段的具體位置和走向，由此也確定了西安市西南區(qū)域西安地裂縫的分布界限，對今后的工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

通過3條淺層人工地震勘探剖面和工程地質(zhì)鉆探工作，結(jié)合已有研究成果，確定了臨潼-長安斷裂(FN)西南段(神禾塬以西)的位置和走向，該走向延續(xù)了臨潼-長安斷裂帶中段走向趨勢，以約SW240°方向繼續(xù)向西南方向延伸。此外，該斷裂西南段位置和走向的確定，界定了在該區(qū)域內(nèi)西安地裂縫的發(fā)育范圍，為西安地裂縫的研究奠定了基礎(chǔ)，對后續(xù)工程建設(shè)提供了有針對性的指導(dǎo)依據(jù)。

致謝：感謝機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院張家明教授、中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計研究院林頌恩教授和陜西省地震局馮希杰研究員對該項工作的指導(dǎo)。