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黄河中下游活动断层探测新发现专题简介

2023-01-05刘华国

震灾防御技术 2022年2期
关键词:故道新乡盆地

李 峰 刘华国

黄河流域是我国地质环境最复杂、生态环境最脆弱的地区之一,也是我国遭受地震灾害最为严重的流域。中国历史上死亡人数最多的4 次地震有3 次发生在黄河流域,如1556 年陕西华县8¼级地震和1937 年8 月山东菏泽7 级地震。黄河中下游的防洪工程体系作为我国黄淮海平原的生态安全保障,也是保障我国“黄河流域生态保护和高质量发展”战略安全的重要依托,而分布在黄河河道附近的地震活动断层是威胁黄河堤防工程体系和沿岸城市地质安全的关键危险源。

近年来,在中国地震局和内蒙古、山西、陕西、河南、山东各省区地方政府的大力支持下,沿黄河中下游开展了一系列活动断层探测工作,取得了部分与黄河相交断裂的活动性新认识,发现了新的一些活动断层,在前人工作基础上进一步明确了这些断层的展布位置与活动特征,对认识区域地震危险性、识别沿黄河中下游的地震危险源有重要影响。

黄河中游河段自内蒙古托克托县河口镇至河南洛阳市孟津县,途经区域除晋陕峡谷属于鄂尔多斯块体内部的构造稳定区外,在北部起点附近与位于鄂尔多斯块体北部的河套盆地南边界断裂鄂尔多斯北缘断裂相交。刘华国等查明鄂尔多斯北缘断裂由多条晚更新世活动的分支断层组成,其东段在托克托县附近横穿黄河,在深、浅地震反射剖面上呈“Y”字形分布,是一条规模较大的盆地边界断裂。黄河中游南段与鄂尔多斯块体东南部的汾渭地堑系相交,其以峨嵋台地、中条山隆起为界,自北向南分为临汾盆地、运城盆地和灵宝-三门峡盆地,过黄河以西后归并入渭河盆地。其中构成临汾盆地北边界的韩城断裂、南边界峨嵋台地北缘断裂和构成运城盆地南边界的中条山北麓断裂、构成灵宝-三门峡盆地南边界的华山山前断裂均为全新世活动断层,在2011-2015 年开展了1:5 万活动断层填图,研究程度和断层定位精度较高,均具有全新世活动段和7.5 级以上发震能力。构成运城盆地北边界的双泉-临猗断裂和构成灵宝-三门峡盆地东南边界的温塘断裂为晚更新世活动断层,乔龙等通过三门峡城市活断层项目明确了温塘断裂晚更新世活动的可靠证据,但横跨晋、陕两省的双泉-临猗断裂尚未开展过专项探测。近年来在附近开展的陕西渭南、山西运城、河南三门峡等城市活断层探测项目,不断发现有新的盆地内部隐伏活动断层。从目前资料看,韩城断裂、双泉-临猗断裂与黄河相交,峨嵋台地北缘断裂、中条山北麓断裂、温塘断裂在延伸方向上均直抵黄河,温塘断裂可能是1815 年山西平陆6¼级地震的发震构造,邻近的华山山前断裂是1556 年陕西华县8¼级地震的发震构造,需要考虑上述断裂在发生中强以上地震时对黄河堤防稳定性可能产生的威胁。

黄河中游流经河套盆地、鄂尔多斯断块隆起、汾渭盆地、豫西隆起至华北盆地,三大盆地构成的侵蚀基准面呈阶梯状下降,盆地普遍发育活动断层。有理由推测上述断裂的长期活动导致史前黄河流域自河套古湖到三门古湖之间的侵蚀基准面下降,是黄河形成、贯通的重要因素。

自孟津以下的黄河下游河段穿过了华北盆地内部以新乡-商丘断裂、聊城-兰考断裂等为界的多个次级新构造单元。张扬、赵显刚等通过“河南省地震构造探查工程”,在新乡-商丘断裂上新发现延津段、永城段为晚更新世活动,该断裂作为南华北盆地与北华北盆地和鲁西隆起的分界线,近北西西向展布,具有走滑性质。历史上黄河河道多次变迁,在南流时流向与新乡-商丘断裂平行,而现代黄河干流的流向在兰考以北由近东西折向北东,可能受到北东走向的聊城-兰考断裂新活动的影响。根据前人研究,聊城-兰考断裂为全新世-晚更新世活动断层,在范县-东明一带具有全新世活动特征,是1937 年菏泽7 级地震的发震构造,李涛等最新探测成果认为河南境内聊城-兰考断裂南段的构造样式为伸展走滑断裂尾端“马尾扇”结构,其最新活动时代是中更新世中晚期,晚更新世以来不活动,可能属于断裂尾端效应。

在新乡-商丘断裂以南,近东西走向的开封断裂带距黄河南岸约20 km,孙杰等通过钻孔联合剖面揭示开封断裂东支的最新活动时间为晚更新世。在新乡-商丘断裂以北,黄河北岸的太行山东南缘距黄河约30 km,发育近东西走向的盘古寺-新乡断裂和北东走向的汤东断裂,也具备中强以上地震的发震能力。郁军建等根据物探剖面、地质标准孔和地层剖面出露特征,确定盘谷寺-新乡断裂分为3 段,并改变了前人对东、西2 段活动时代的认识。该断裂西段最新活动时代为中更新世,中段最新活动时代为晚更新世早期;东段活动性稍复杂,经历了正断-逆冲-正断的运动过程演变,其最新活动时代为晚更新世早期且向两端活动性逐渐降低,1587 年修武东6 级地震可能与该断裂有关。在盘古寺-新乡断裂东段以北,北东走向的汤阴地堑南段是由汤东断裂和汤西断裂共同控制的地堑构造,其中汤东断裂为晚更新世活动断层,彭白等在鹤壁城市活断层项目中联合应用地质雷达和浅层人工地震方法,结合沉积速率推测汤东断裂西支的最新活动时代为22~24 ka。

在黄河三角洲地区,鹿子林等在滨州城市活断层探测中,采用浅层地震勘探和钻孔联合剖面探测相结合的方法,获得近东西走向的埕南断裂及其南侧与之平行的陵县-阳信断裂等错断晚更新世地层的证据,其最大潜在地震为6.5 级,改变了滨北地区地震活动性弱的既有认识。

根据影像解译和历史研究,黄河下游的流向与周边沉积特征受到构造活动制约,由此推测历史上黄河改道可能与断裂活动及周边断块差异性升降有关。例如,黄河河道最早有记载的禹河故道(早于公元前602 年)沿着太行山东南缘的汤阴地堑、临清凹陷、冀中凹陷发育,经过现代白洋淀的位置由海河口入海,基本与济源-邢台-保定-唐山新生地震断裂带走向重合,近年来在雄安新区附近发现了牛东断裂等晚更新世活动断层,不排除今后在这一区域还会发现新的活动断层。此后黄河向东摆动,北宋故道流经临清凹陷、黄骅凹陷,汉唐故道由济阳凹陷入海,上述3 组黄河北流的故道之间有沧县凸起和埕宁凸起相隔。现代黄河河道流经内黄凸起以南的开封凹陷、东濮凹陷和济阳凹陷,而历史上黄河绕过鲁西隆起向南流并夺淮入海的金元故道、明清故道,又受到北西走向断裂控制的一系列凹陷影响,不排除今后在这一区域也可能发现新的活动断层。

总体来看,黄河下游历史故道经过的地区,大多位于存在地震风险、却尚未开展过活动断层探测的空白区域,例如鲁西地区的德州、聊城、菏泽与豫东地区的商丘,有必要通过加强跨省或跨地区的政策协调,推动开展相关活动断层探测工作规划。

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