山西峨嵋台地北缘断裂晚第四纪活动性

徐 伟 高战武 杨源源

1)中国地震灾害防御中心，北京 100029

2)安徽省地震局，合肥 230031

0 引言

峨嵋台地是汾渭地堑系内运城盆地与侯马盆地之间的一个构造隆起，其南、北两侧分别以临猗－双泉断裂和峨嵋台地北缘断裂与盆地相隔(图1)。峨嵋台地北缘断裂总体呈NEE走向，西起黄河东岸的万荣县小梁乡附近，往东经仁和、刘峪、郭庄、马姑垛、金沙、任庄，至南柳附近转为NE向，经郇王、续鲁止于翼城县东边的西彰坡一带，全长＞120km(图2)。前人对侯马盆地和峨嵋台地上的第四纪地层、河流演化等做过系统研究，一些学者(郭令智等，1958;杨景春等，1987;胡晓猛，1997)认为古汾河曾穿过峨嵋台地进入运城盆地，中更新世末的一次构造抬升使其改道向西注入黄河。陈国顺等(1993)根据侯马市垤上至西阳呈附近的地裂缝、砂土液化及地震断层剖面，认为侯马盆地内至少发生过2次古地震事件，1次在西汉初期，1次在西汉以前。王乃梁等(1996)在论述临汾－侯马盆地的新构造运动特征与构造地貌演化时指出，在中条山北端，沿山麓发育由上新统至上更新统构成的台地，台地后缘受断层控制，台地前缘在吴寨至郇王一带地貌上表现为地形陡坎，很可能存在1条断层。但峨嵋台地北缘断裂的结构特征及活动性研究程度还很薄弱。本文在1/5万活断层地质填图的基础上，对断裂沿线地层、地形、断错地貌以及不同段落断层活动性进行了详细的研究。

1 区域地质背景

图1 临汾－侯马盆地构造位置及内部结构图Fig.1 The structural map of Linfen-Houma Basin and its tectonic location.

汾渭断陷带位于华北准地台中西部，发育于稳定的鄂尔多斯块体东南侧，北靠阴山－燕山褶皱带，南依秦岭褶皱带，东、西两侧分别与太行断块和吕梁断块相邻，主要由一系列断陷盆地及其间的横向隆起组成1条NEE—NNE—NEE向活动构造带，总体呈NE向“S”形斜列展布，长达1 000km，宽30～60km。

临汾－侯马盆地是汾渭断陷带中南段的一个断陷盆地，整体展布于近NS向的罗云山、霍山之间，北侧以灵石隆起与太原盆地相隔，南部以紫金山－峨嵋台地隆起与运城盆地相邻，为一南宽北窄总体走向NNE的不规则梯形盆地(国家地震局“鄂尔多斯周缘活动断裂系”课题组，1988)。盆地不仅位于山西断陷盆地带地震活动的主干剪切段，而且正是剪切带中大地震活动频度高、强度大的断陷盆地段，历史上已先后发生过8.0级地震1次、7.0～7.9级地震1次、6.0～6.9级地震4次(邓起东等，1993)。

按新构造与构造地貌特征临汾－侯马盆地可分为辛置台地、浮山台地、襄汾凸起、临汾盆地和侯马盆地等5个次级构造单元(贺明华等，1988)(图1)。

侯马盆地是临汾－侯马盆地南部的1个次级断陷区，其东、南、北3面为山地或台地围限，西段隔黄河与渭河盆地相望，受NEE向构造控制，整个盆地为NEE向。盆地北侧东段为襄汾凸起，西段为罗云山南段，这一段罗云山山前断裂活动幅度较大，山体高耸峻峭，山麓断层三角面发育，山前洪积扇发育。盆地东侧为中条山东北段，在山体与盆地之间有宽5～8km的黄土台地，台地顶面平坦，东高西低。在台地上发育的规模较大的冲沟内，台地下部出露了下更新统冲洪积砂砾石，上部被离石黄土和马兰黄土覆盖，说明该台地自中更世以来才相对隆起，现今与盆地面高差约100m，在台地前、后缘均有断层发育(王乃梁等，1996)。

图2 峨嵋台地北缘断裂条带状地质简图Fig.2 Strip geological map of the northern marginal fault of Emei Platform.

侯马盆地南侧为紫金山－峨嵋台地，构成侯马盆地与运城盆地之间的分水岭，由于新构造活动的差异，不同地段具有不同的地貌特征。东段南柳一带是一片黄土梁区，梁顶平坦，向南倾斜，黄土梁前缘与侯马盆地之间有正断层发育，断层近EW走向，倾向N，由于断层的活动，在黄土梁前缘形成陡崖。中段为紫金山单斜翘起的断块山地，紫金山北麓断层活动强烈，是侯马盆地的主要控盆断裂。紫金山以西为典型的黄土台地，即峨嵋台地，台地顶面平坦，稷王山和孤山耸立之上，台地北侧有一大断层，组成物质除近山前发育洪积黄土夹砾石及西端靠黄河和汾河附近见河湖相砂砾石外，其余地段以黄土为主。

侯马盆地的主体是广阔的冲积平原。上新世以来，盆地大规模断陷，接受了巨厚的河流相、湖相沉积。据钻孔资料，盆地内侯马、河津两处沉积厚度最大，新生界厚度估计≥1 000m，而在侯马与新绛之间，新生界厚度仅700m左右(王乃梁等，1996)。

2 断裂沿线的新生代地层特征

峨嵋台地北缘断裂填图区基岩主要展布于史店至景明以南，构成了紫金山的主体，另外在马姑垛南及吴寨—续鲁以东有零星出露，主要为太古界涑水群片麻岩，寒武系中、下统灰岩、泥灰岩和页岩，奥陶系中统灰岩、白云质灰岩，除此之外断裂两侧广布新生代地层，自下而上有上新统、下更新统、中更新统、上更新统、全新统(图2)。根据堆积类型，下更新统进一步划分为湖积和洪积;中更新统划分为湖积、洪积、冲积和风积;上更新统划分为冲积、洪积和风积;全新统划分为洪积和冲积。

2.1 上新世地层

上新世地层为填图区出露的最老的新生代地层。上新统下段为一套红褐色胶结、弱胶结的砂砾岩，主要分布在紫金山西南麓郝家山、杨家院以及紫金山以东景明、吉峪一带。上段为红黏土，直接覆盖在上新世早期的砂砾岩之上。红黏土厚度各处不一，一般＜20m。红土中含大量钙结核，由于淋溶作用底部沉淀了一层较硬的钙板层，顶部与上覆地层的关系呈侵蚀不整合，多处见到红土与上覆洪积物和黄土之间的侵蚀面。

2.2 下更新世地层

根据前人在峨嵋台地上的乌苏钻孔，下更新统底部为湖相黏土沉积，上部为河流相砂砾石沉积，反映早更新世早期，峨嵋台地广大地区被湖水淹没，早更新世中晚期，湖水退出峨嵋台地，运城古湖与侯马古湖通过河流沟通(王乃梁等，1996)。

在西部的黄河岸边可见该套地层以河流相砂层为主，间灰绿色湖相沉积，上覆厚约60m的离石黄土，最顶部为马兰黄土覆盖。在隘口—槐林一线以西杨家院、北坡、古村一带，冲沟沟壁底部可见下更新统湖相层出露，岩性为灰绿色水平层理发育的湖相粉砂质，局部夹杂磨圆较好的细砾石。早更新世中条山北麓山前洪积发育，之后洪积扇前缘断层活动，构造抬升，后期黄土覆盖，冲沟下切形成了现今的地貌，在安峪至南坡一带冲沟底部可见下更新统洪积砾石层，砾石有磨圆，偶夹棕红色黏土，局部已胶结成砾岩，顶部为夹杂多层古土壤的棕红色离石黄土覆盖。

2.3 中更新世地层

中更新世堆积物成分并不单一，为湖相、河流相冲洪积以及风成黄土堆积。湖相层主要展布于隘口—槐林一线以西及上院至马姑垛以南，为灰黄色、灰绿色细砂粉砂层，较松散，水平层理发育，局部还夹杂了棕红色黏土，马姑垛南湖相层顶部粉砂层光释光年龄为(110.2±6.2)ka BP。该区也可见河流相砾石层与湖相层交互，在峨嵋台地其他部位钻孔未揭示出河湖相地层，表明台地在中更新世一直高出水面处于隆升区，隘口—槐林一线受古汾河及多次湖侵湖退沉积了该套地层。西部受黄河及汾河摆动的影响，在冲沟沟壁中下部可见本统河湖相砂层，水平层理发育。本统洪积层主要分布于紫金山山前，为洪积扇面上切割较深的冲沟所揭露，岩性以棕红色亚砂土夹砂砾石为主，弱胶结或无胶结。在东部的大河两侧，本统冲积层构成了大河的2级阶地，岩性主要为河流相的砂层、砂砾石层，可见二元结构，顶部为夹杂了棕红色古土壤层的黄土所披盖。本统风成黄土在全区内均可见，为厚数十米至数百米的棕红色离石黄土，在一些下切较深的冲沟沟壁，可见5～6层古土壤层，郇王南本统黄土层自上而下第1层古土壤与第2层古土壤之间的光释光年代为(128.6±4.2)ka BP。

2.4 上更新世地层

该套地层主要由冲洪积、风成黄土构成。冲积层主要构成了东部大河的1级阶地，岩性主要为河流相砂层、砂砾石层及粉砂层，具有明显的二元结构。洪积层主要分布于紫金山山间及山前，为规模较大的洪积扇及洪积裙体，岩性为浅灰白色亚砂土夹砂砾石层，顶部普遍被数米厚的马兰黄土覆盖，在任庄南及金沙南洪积层中取得多个光释光年代样品(表1)，测试结果表明该套地层形成于晚更新世。

风成黄土在全区都有展布，厚度多＜10m。岩性为亚砂土、粉砂，疏松，垂直节理发育，含较多蜗牛化石及个体较小的钙质结核。从该套地层所处的地理位置、地貌特征以及同类型黄土主要特征的对比看，属马兰黄土，为上更新统。在马姑垛南、郇王南风成黄土中采集多个光释光样品(表1)，测试结果同样表明该套地层形成于晚更新世。

2.5 全新世地层

本统河流相冲积物主要构成了黄河、汾河、浍河以及一些支流的漫滩堆积，为松散的砂砾石层及粉砂黏土层。在紫金山山前冲沟出山口展布了洪积相砾石层，叠置于上更新世洪积层之上，扇体由砂、砾石组成，在金沙南及任庄南该期洪积扇剖面采集多个14C年代样品(表2)，测试结果表明洪积层形成于全新世。

表1 典型部位上更新世地层测年Table 1 Dating of upper Pleistocene series at typical sites

3 断裂的分段活动特征

表2 典型部位全新世地层测年Table 2 Dating of Holocene series at typical sites

峨嵋台地北缘断裂在谭家庄、南柳两处存在明显的阶区，野外调查亦表明以这2个阶区为界地形地貌、断错地貌特征存在差异。因此，以谭家庄及南柳为界将整个断裂分为小梁—谭家庄段(西段)、谭家庄—南柳段(中段)、南柳—西彰坡段(东段)3段(图2)。

3.1 小梁—谭家庄段

该段总体走向近EW，长55km。在仁和东冲沟底部见寒武系灰岩出露，谭家庄至郭庄之间冲沟底部见上新统红黏土，长乐以西沟壁中下部可见中更新统河湖相粉细砂层，其余部位在冲沟内仅见夹多条古土壤层的离石黄土，台地及盆地顶部均为马兰黄土披盖。

该段断裂沿峨嵋台地北缘展布。利用DEM高程数据得到台地北缘地形陡坎在谭家庄至西王段高度为150～250m，西王以西高差逐渐降低，至小梁附近已降低至30m，再往西至黄河东岸，已无明显的陡坎地形显示。西王至谭家庄段，台地北缘地形陡坎线性特征明显，台地与盆地之间形成明显的地形转折，在禅曲至西康之间表现得最为明显;西王以西，台地北缘与盆地之间虽然存在地形转折，但线性特征不明显，表现为宽缓的斜坡。

该段仅在郭庄至谭家庄之间的冲沟内，跨台地北缘陡坎处见上新统红黏土及中更新统离石黄土被断错。谭家庄南冲沟沟壁所见剖面(图3)中，断层错断了上新统红黏土及离石黄土，为马兰黄土覆盖。郭庄东黄土台地北缘陡坎处沟壁底部剖面，揭示了相似的构造特点。

郭庄以西未发现明显的断层剖面，多个冲沟内黄土中的古土壤层自台地前缘向盆地内连续倾斜，如兰村东冲沟沟壁顶部揭示的古土壤层跨台地前缘地形陡坎连续;禅曲南台地北缘冲沟沟壁古土壤层往盆地方向缓缓降低，潜伏于盆地面之下;西坡东冲沟沟壁发育中更新统河湖相砂层及离石黄土，跨地形陡坎处地层连续。

3.2 谭家庄—南柳段

该段总体走向近EW，长40km。该段不同部位地形地貌断错特征各异，根据断错地貌类型可进一步划分为谭家庄—史店段、史店—景明段和景明—南柳段3个次级段落。

3.2.1 谭家庄—史店次级段

该段上院以西湖积台地发育，台地顶面平坦，台地上发育数条宽150～200m、下切深度在40～60m的NS向冲沟，揭示该台地由湖相粉细砂层及上覆的黄土组成。

湖积台地前(N)、后(S)缘均存在地形陡坎。台地前缘在地貌上表现为十多米高的地形陡坎，在上院至马姑垛之间最为明显、连续。马姑垛以西，陡坎高度逐渐降低，至谭家庄附近，逐渐消失。台地后缘与上更新统砂砾岩及红黏土构成的小山包相接，地形上表现为明显的转折，往西陡坎高度逐渐降低，至宋温庄子南消失。

上院至史店之间，受古河道及人为改造等影响，从遥感影像及地形图上识别不出明显的线状陡坎地貌，但野外调查发现与上院以西段湖积台地前缘断裂相连，存在连续的地形陡坎。

利用差分GPS对马姑垛南、上院东及史店西湖积台地前缘的地形陡坎进行了测量，测量精度达cm级，测得湖积台地前缘地形陡坎高10～12m(图4)。

图3 谭家庄南断层剖面Fig.3 Faulted section at south of Tanjiazhuang Village.

在上院以西湖积台地前、后缘地形陡坎处均见有正断层，表明台地前、后缘地形陡坎均为断层陡坎。台地后缘断层错断了上新世砂砾岩及红黏土地层，控制了湖积台地后缘边界;台地前缘断层错断了中更新世湖相砂层及上覆的黄土。图5为马姑垛南湖积台地北缘断层剖面，下盘为湖相砂层及黄土，上盘可见部分均为黄土，剖面在地表形成了12m高的断坎。根据黄土上部采样点MGD－3的光释光年代结合地表断坎的高度，得出断层滑动速率为0.33mm/a。限于剖面高度，采样点并非剖面最上部，另外地表陡坎的高度受后期剥蚀等原因，实际滑动速率值应大于该数值，故得出该区晚更新世晚期以来断层滑动速率≥0.33mm/a。

图4 谭家庄至史店段跨断层陡坎地形测量图Fig.4 Topographic survey map across the fault scarp between Tanjiazhuang Village and Shidian Village.

图5 马姑垛南湖相层断错剖面Fig.5 Faulted section at south of Maguduo Village.

3.2.2 史店—景明次级段

该段表现为紫金山与山前盆地断层接触，断层两侧地形特征及地层发育迥异。紫金山山区内出露的地层主要为太古界涑水群花岗片麻岩及寒武系灰岩，局部地区基岩上覆黄土，山前盆地地层以冲洪积为主，全新世洪积扇叠置于晚更新世洪积扇之上，在一些下切较深的冲沟底部出露中更新统洪积(图6)。

图6 金沙南断裂两侧地质地貌图Fig.6 Geological and geomorphologic map on both sides of fault at south of Jinsha Village.

紫金山受断层活动的影响，其南北两侧地形有显著的差异。紫金山南坡地势往南缓缓降低，而北坡山体陡峻，与盆地间地形反差强烈，山前可见高大的断层陡崖及三角面，显示山体整体呈向北翘起、向南倾斜的掀斜状。

该段为典型的盆山断错地貌，在冲沟出山口沟壁底部普遍可见基岩与洪积扇之间呈断层接触。如任庄南及山底南冲沟沟口片麻岩与含洪坡积亚砂土断层接触(图7)，类似的剖面在薛庄南、裴南庄南、南林交南都可见到，剖面中基岩与洪积扇之间的断面平直，如刀切一般。

图7 任庄南(a)及山底南(b)断层剖面Fig.7 Faulted sections at south of Renzhuang Village(a)and Shandi Village(b).

金沙及任庄附近全新世洪积扇后缘地貌上表现为地形陡坎，跨陡坎开挖探槽，揭露了多条断层(图8)。任庄探槽揭示断层在全新世以来至少发生过2次活动，最新的1次活动断层F3断错了标号C－10的14C采样点所在的地层，为标号C－12的14C采样点所在的地层覆盖，由此，将断层的最新的活动年代限定在(2.16～1.29)ka BP;金沙探槽断层F3错断了标号为C－JS－8及C－JS－3的14C采样点所在的地层，根据14C年代，得出断层的最新活动发生在2.00ka BP以来。结合任庄探槽及金沙探槽，将断层的最新活动年代限定在(2.00～1.29)ka BP。另外，任庄探槽还揭示断层F2错断了标号为RZ－19的光释光采样点所在的砾石层，断距1.7m，之后，该套地层又被断层F3错断且上盘尚未揭露，断距＞5m，故该套砾石层形成之后垂直断距＞6.7m，结合砾石层顶部RZ－19的光释光年代，得出该区晚更新世晚期以来断层滑动速率≥0.36mm/a。

陈国顺等(1993)在侯马至河津一带，发现了大规模地震断层及地震遗迹，通过对不同剖面文化层断盖、砂土液化、地震楔、地震裂缝等分析得出侯马市一带至少发生过2次古地震事件，1次在西汉初期，1次在西汉之前。根据西汉初期陶片热释光年代结果，得出西汉初期的地震事件距今(1 947±197)～(2 176±157)a，从时间上与本研究得出的最新活动能很好地对应，为同一次事件。

3.2.3 景明—南柳次级段

该段地貌特征与西段类似，断层断错黄土台地，在其北缘可见高大的地形陡坎，台地顶面地势平坦，向南与绛县盆地连为一体。台地北缘冲沟发育，沟壁可见地层为上新统红黏土及上覆的黄土。

该段在吉峪南台地北缘地形陡坎处，见上新统红黏土及黄土断层剖面(图9)，剖面下盘为红黏土，上覆黄土隐约可见古土壤夹层，上盘均为黄土，断面一直通至地表。

3.3 南柳—西彰坡段

该段地貌特征与西段类似，断层沿山前冲洪积台地前缘展布。台地前缘受断层活动控制，形成高大的地形陡坎，高50～200m，显示良好的线性特征，在郇王至续鲁一线尤为明显，台地前缘与盆地之间形成明显的地形转折，吴寨向北陡坎高度逐渐降低，至西彰坡附近地形上已呈斜坡，无明显的陡坎显示。

图8 任庄探槽(a)和金沙探槽(b)剖面图Fig.8 Sections of Renzhuang trench(a)and Jinsha trench(b).

图9 吉峪南断层剖面Fig.9 Faulted sections at south of Jiyu Village.

该段在郑柴至续鲁一带台地前缘地形陡坎处普遍见下更新统砾石、黄土断层剖面(图10)。以郇王断层剖面(图10a)最为典型，该剖面断面清晰，见正倾滑擦痕，下盘为棕红色黄土夹2层古土壤，在古土壤所夹黄土层中取光释光样607－2，测其年代为(128.6±4.2)ka BP，表明上下2层古土壤为S1和S2;上盘均为黄白色黄土，在上部取光释光样，测其年代为(37.26±1.4)ka BP，为马兰黄土，上盘尚未揭露出古土壤层，S1剖面可见高度＞10m，由此得出该段晚更新世以来断层滑动速率≥0.1mm/a。

图10 郇王南(a)及续鲁南(b)断层剖面Fig.10 Faulted sections at south of Xunwang Village(a)and Xulu Village(b).

4 断裂活动性分析

峨嵋台地北缘断裂不同段落断错的地层、地貌特征各异，表明断裂的不同段落具有不同的活动性。

小梁至谭家庄间的断裂西段，仅在郭庄至谭家庄一带台地前缘冲沟沟壁见上新统红黏土及中更新世早期黄土古土壤断错剖面，其他部位再未见到断层剖面，在有些冲沟内，见中更新世晚期地层，跨台地前缘地形陡坎连续。这些现象表明，小梁至谭家庄段断层在中更新世早期有过活动，之后活动减弱或不再活动。胡小猛等(2002)在论述中更新世中晚期以来汾河流域地貌阶段性发育及成因时曾指出，峨嵋台地北缘断裂西段形成于S8古土壤层形成之时，活动于S8古土壤层与S5古土壤层之间，自S5古土壤层形成之后不再活动。杨承先(1999)在论述山西新生代运城－侯马裂谷盆地的构造格局时也曾指出，峨嵋台地隆起北端(即小梁至谭家庄段)的东段存在1条中更新世活动的小断裂，向西见中更新统黄土层中的红色古土壤层自南向北坳折成膝状。前人这些观点，与本次工作及野外所见基本一致。

谭家庄至南柳间的断裂中段，以史店及景明为界，断裂自西向东依次为湖积台地前缘断裂、紫金山山前断裂、黄土台地北缘断裂，各段断层过渡部位断层连续，线性展布，故将整条段落视为同一活动段。该段断层在金沙南和任庄南断错了全新世洪积扇，表明断裂在全新世有明显活动，任庄及金沙探槽揭露的断层最新活动年代在(2.00～1.29)ka BP，与陈国顺等(1993)对侯马一带古地震研究得出的最新活动事件可以对比。该段西部湖积台地北缘揭露出晚更新世以来断层滑动速率≥0.33mm/a;中部任庄探槽揭露出晚更新世晚期以来断层滑动速率≥0.36mm/a。

南柳至西彰坡之间的断裂东段，剖面揭示断层错断了马兰黄土，表明晚更新世以来断裂有过活动，但由于该段全新世地层不发育，尚无全新世活动的直接证据。郇王剖面揭示晚更新世以来断层滑动速率≥0.1mm/a。

5 结论

山西峨嵋台地北缘断裂展布于汾渭断陷带临汾－侯马盆地与紫金山－峨嵋台地之间，断裂在谭家庄与南柳附近存在2个明显的阶区，以这2个阶区为界，将断裂分为西、中、东3段。

断裂西段，展布于峨嵋台地北缘，在台地北缘发育的冲沟内仅见错断上新统红黏土与离石黄土的剖面，剖面上部的马兰黄未见明显断错，说明断裂中更新世早期有过活动，之后未有明显活动;断裂中段，位于紫金山北麓及紫金山两侧的台地前缘，断裂活动断错了全新世洪积扇，全新世活动明显，任庄探槽及金沙探槽揭露出该段全新世以来至少发生过2次活动，最新的1次事件发生在(2.00～1.29)ka BP;断裂东段，展布于黄土台地前缘，断层断错了马兰黄土，表明该段晚更新世以来有过活动。

据断裂所断错的地貌面、地层断距及测年结果，断裂中段晚更新世晚期以来断层滑动速率≥0.36mm/a，东段晚更新世以来断层滑动速率≥0.1mm/a，从断错的地形地貌特征来看，东段活动性也不及中段。由此大致给出峨嵋台地北缘断裂晚第四纪以来的活动性，表现为:中段强烈，全新世以来仍活动显著;东段次之，晚更新世以来活动明显;西段最弱，中更新世早期有过活动，之后活动弱。