秦岭北缘断裂带活动性对地质灾害影响研究

发布时间：2020-06-22 22:10

【摘要】：秦岭北缘断裂带位于秦岭造山带与渭河盆地之间,在大地构造位置上属于一条边界断裂,也是一条重要的活动断裂。十三朝古都西安坐落于此,也是中国“一路一带”国家重大战略起点位置,秦岭北缘断裂带活动直接危及地区的安全性。关于该断裂带的运动方式、活动期次以及邻区运动模式目前还存在争议。本论文利用构造地质学研究方法为基础结合多种先进的研究手段对秦岭北缘断裂带构造特征、晚更新世活动时代、区域运动模式进行系统的研究,为研究区区域地壳稳定性提供科学依据。论文以野外地质调查为基础,典型露头和剖面的观察与分析、光释光测年(OSL)、热释光测年(TL)、电子自旋共振(ESR)、磁组构、区域断裂体系编图分析、三维地壳运动数据(GPS)与断块结合等方法手段有机结合,探讨秦岭北缘断裂带构造特征、邻区运动学模式以及断裂的灾害效应问题。经过系统的研究与分析,本论文得到以下主要成果:(1)根据详细的野外地质调查,秦岭北缘断裂带主要是以近东西走向为主,倾向北,局部存在反倾现象。依据运动方式可以分为西段、中段、东段共三段,三段运动方式存在不均一性。野外典型剖面对比以及擦痕特征发现秦岭北缘裂带存在早期逆冲、中期左行走滑、晚期正左行走滑或正断三种运动方式,断裂带附近共轭节理统计以及擦痕数据进行构造应力反演,显示近南北向挤压,近东西向挤压以及近南北向伸展的应力场,与形成三种断层运动方式吻合。(2)在野外地质调查基础,通过对渭河盆地北缘口镇断层所切穿上下盘同一层位黄土的磁组构特征研究表明口镇断层是一条同沉积活动断层,上盘为断层活动盘。下盘黄土磁组构方向单一,代表古风向,而磁组构特征反映断层存在近正北向、北西西向与南西向三期构造应力方向,促使口镇断裂形成正断层、左行走滑与右行走滑三种运动方式,说明其存在多期活动特征。(3)根据本次对断裂活动的年龄测定与收集整理已发表的可以反映断裂活动年代的数据,厘定秦岭北缘断裂带在晚更新世以来存在七个活动期次。在全新世以来活动时间间隔缩短,说明秦岭北缘断裂活动性在全新世以来逐渐加强,与东秦岭的全新世隆升速率加快存在耦合性。断层活动的七个期次,表明区域运动存在多期性,运动模式应该存在多样性。(4)基于野外地质调查与区域断裂系统图件编绘显示研究区存在五大运动体制,东西向左行走滑运动体制是导致渭河盆地扩展的重要模式,北西-南东走滑体制可能和鄂尔多斯盆地的挤压蠕散有关,口镇-关山断裂右行走滑体制可能代表了六盘山造山导致的鄂尔多斯地块相对东移甚至旋转,东秦岭的南北挤压运动体制导致秦岭北缘断裂的强烈弯折,并维持了华山、崤山的相对隆升状态,中秦岭动力楔挤压体制和目前的GPS矢量数据反映运动趋势规律一致,代表了目前的渭河盆地挤压汇聚状态。(5)GPS矢量数据反映的运动趋势与断裂体系结合发现,研究区为挤压应力场体制,伴随挤压产生楔形地块逃逸,楔形地块逃逸使GPS矢量数据反映的运动趋势复杂化。鄂尔多斯南缘现今地块相对运动规律符合“三头碰撞”模式,鄂尔多斯地块、四川地块与豫西断隆三个地块的汇聚形成挤压高应力区,“头间逃逸带”存在走滑形成相对低应力区。现今运动模式与地震分区图结合,显示小型挤压-逃逸是研究区形成现今走滑正断性质地震的主因,三头碰撞头部位置形成挤压性地震主因。(6)基于地质灾害分布特征以及区域的地质灾害易发区划图,发现秦岭北缘断裂带及邻区地质灾害以滑坡、崩塌以及泥石流为主,西安地区以地裂缝灾害为主。地质灾害分布与灾害高易发区形状主要为带状与树枝状,带状形态有近东西向、北东向以及北西向,与研究区断裂系统存在耦合性。树枝状与构造地貌有关,主要体现在断裂构造控制地貌。充分说明研究区断裂系统直接或者间接控制地质灾害。受控于断层活动性,研究区的灾害分布主要集中在秦岭北缘断裂的中段与东段,中东段地质灾害危险性强于西段,尤其在高冠峪-祥峪位置危险性最强,建议重点监测。(7)通过西安地裂缝平面分布、剖面特征以及GPS矢量数据分析,得出西安地裂缝是由地下水开采、黄土塑性变形以及构造活动多种因素引起的。利用现今运动模式判断三头碰撞引起区域斜张是主要构造成因,每条裂缝间距的东南向伸展量0.2-0.3mm/a从防灾减灾的角度来讲是不可以避免的,建议城市规划注意避让地裂缝,建筑物远离地裂缝沉降地区。
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P694
【图文】：

毫伽,负值,北缘断裂带,布格重力异常

2-8 10km ( 1992)2.4.2 布格重力场特征研究区布格重力异常特征如图2-9，全区以负值为主，最小负值达到-185毫伽。整体异常走向以东西向为主。东、西和北部存在与主异常方向相悖的方向。北部以北西向，东部地区为北东向，西部地区为北西向。这些方向的布格重力异常与地区的断层方向相吻合（彭建兵，1992）。在周至-西安南部，可以在图 2-9 发现东西向布格重力异常带，向东延伸至秦岭造山带内消失，此异常条带与秦岭北缘断裂带平行，说明秦岭北缘断裂带活动影响邻区布格重力异常，同时也说明断层活动现在存在，秦岭北缘断裂带是一条现代活动断层，东部条带异常比西部明显，说明秦岭北缘断裂带中东段活动性要强于西段，今后对中东段断层活动的监测要加强。

地壳,波速,三层,模式

2-9 ( 1992)2.4.3 壳幔特征张少泉（1985）利用门源-平凉-渭南地震测深剖面（图 2-10）将渭河盆地地壳分为下地壳、中地壳与上地壳三层楼模式，由下到上波速减小（图 2-10）。任隽（2012，2013）也利用宽角反射/折射地震测深剖面，得到同样的结果。鄂尔多斯地块地壳厚度为 42km，秦岭造山带厚度为 37-38km，渭河盆地为 32km，渭河盆地地壳厚度明显低于鄂尔多斯地块与秦岭造山带（陆一锋，2011；Lu，et al，2011）（图 2-11），这与二测中心通过地震台的波速比计算的结果一致（图 2-12）。说明在渭河盆地出现了莫霍面上升，地幔隆起明显。渭河盆地莫霍面等深线图也可看出其莫霍面深度比周缘要小。大地电磁测深资料发现莫霍面的上升在渭河盆地下部形成碗形的低速高导层，盆地中心厚，向两侧变薄后消失（图 2-13）。SKS 各向异性的快波方向又主要反映了上地幔的晶格优势排列方向和流动方向，SKS 各向异性研究也一直是国际深部地球动力学研究的重要方向（常利军，2011；胡亚轩，2011）。SKS 波发现各向异性在鄂尔多斯地块南缘方向为近东西向，平行于秦岭造山带方向，说明华北板块与杨子板块在碰撞中有关，同时认为在渭

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