豫西三门峡地区温塘断裂第四纪活动性研究1

乔 龙 王 磊 郭长辉 塔 拉 沈小七

（中国地震局第一监测中心, 天津 300180）

引言

鄂尔多斯块体受青藏高原边缘剪切挤压作用和华北陆块伸展构造断陷作用的双重影响，发育一系列断裂带及受断裂控制的断陷盆地（国家地震局，1988；邓起东等，1999，2003）。断陷盆地周缘断裂的活动性和地震危险性历来受到众多学者的关注（国家地震局，1988；邓起东等，1999；冉勇康等，2003；Lv 等，2014；李彦宝等，2015；Xu 等，2018）。鄂尔多斯东缘的山西断陷盆地发生了1303 年洪洞M8.0 大地震（江娃利等，2004；徐岳仁等，2018；Xu 等，2018），南缘的渭河断陷盆地内部发生了1556 年华县M8.5大地震（吕艳等，2014）。豫西三门峡盆地（灵宝盆地）内的温塘断裂位于山西断裂盆地和渭河断陷盆地的交界位置，是三门峡次级盆地的东边界控制断裂，属于第四纪以来活动断裂（图1（a））。位于断裂东北端的山西省平陆县曾于1675 年发生5 级地震，于1815 年发生6¾级地震（图1（b））。科学合理地判定断层活动性对于城市防震减灾和理解区域构造演化均具有重要意义（梁宽等，2019；李环宇等，2020；刘华国等，2021；李峰等，2021）。

图1 三门峡盆地地震构造Fig. 1 Seismotectonic structure map of Sanmenxia basin

温塘断裂也称朱阳镇-大营断裂，该断裂是新构造运动时期活动明显的导热断裂（何为乾等，1987；张古彬等，2011；谢山立等，2019）。原地质调查推测，该断裂北端在阳店镇附近呈北东42°～45°向经温塘至三门峡，因此也有人称其为灵宝-会兴镇断裂。冯兴祥（1982）认为温塘最新活动错断了早～中更新世的黄土地层，断层活动时代为中更新世。部分学者研究提出温塘断裂在棉凹村附近错断了晚更新世黄土地层，但无准确的年代学证据。而川口铁路桥断层剖面断层泥的热释光年龄为（22.3±4.7）万年，为中更新世活动断层（薛晓东，2016；丁学文等，2017）。前人对于温塘断裂的研究限于重力测量和地质调查的推测结果，关于温塘断裂构造特征与活动性的描述相对较少。

本文主要通过对断裂出露段进行野外地质地貌调查、地质剖面描绘及年代测定，对断裂隐伏段进行联合钻孔剖面探测，并结合前人资料对温塘断裂晚第四纪活动性进行综合分析。

1 构造地质背景

三门峡盆地属于渭河盆地东端的断陷盆地，属新生代断陷盆地，位于青藏高原、华北和华南板块结合带的东段，大地构造位于鄂尔多斯块体的东南缘，地处河南省、山西省、陕西省接壤部位，东西向长约120 km，南北向宽约40 km，南邻小秦岭，北邻中条山，东接崤山，西毗渭河谷地，黄河自西向东流经盆地中间（图1（b））。

三门峡盆地位于中条山隆起区南侧，作为汾渭断陷带的一部分断陷沉降，至中新世时期，三门峡盆地由断陷沉降转为抬升，直至上新世又转为断陷沉降。盆地内缺失中新统地层，上新统不整合堆积于古近纪地层上。上新世的断陷沉降一直延续至第四纪早、中更新世，因而堆积了上新统和下、中更新统的河湖相沉积，晚更新世以来以黄土堆积为主，黄土沉积特征基本不反映盆地构造沉降状态。

盆地内发育的断层主要有北东东向的中条山北麓断裂（F1）、中条山南麓断裂（F2），近东西向的华山山前断裂（F3），北东向的温塘断裂（F4），北东东向的下庄-宫前断裂（张村断裂，F5）及北西西向的硖石-白埠断裂（位村断裂，F6）。

2 断层空间展布特征

温塘断裂南起灵宝县的朱阳镇，向北东向沿盆山边界延伸，经五亩乡项城村、经尹庄镇胡家村、留村、川口乡闫谢沟村、阳店镇下坡头村、朱家窝村，延伸至三门峡市原店镇温塘村，断层在温塘村以北的三门峡市区隐伏于第四纪沉积物下，在高庙乡棉凹村等地再次出露，断裂全长80 km（图2）。

图2 温塘断裂空间展布Fig. 2 Spatial distribution of Wentang fault

基于断裂空间分布和沉积特征，可将温塘断裂分为南段（出露段）、中段（隐伏段）、北段（出露段）。前人调查资料所称的朱阳镇-大营断裂、温塘-高庙断裂、灵宝-会兴镇断裂、朱阳镇-三门峡断裂、棉凹断裂均可归为温塘断裂或温塘断裂的一部分。

温塘断裂南段的起始点位于灵宝南的朱阳镇，向北经胡家村、川口村、栾村、王和村、王沟、温塘至苍龙涧河赵家湾处，长约55 km。

温塘断裂中段（隐伏段）自苍龙涧河赵家湾处向北东东向延伸，经西岭村、黄龙村向北西穿过青龙涧河贺家村至李家坡，长约10 km。

温塘断裂北段走向为北西45°，由李家坡至刘家后（瑶古洞）、棉凹村、陈家山、崤里村，最终至角古东，长约15 km。

3 断层第四纪活动特征

三门峡温塘断裂光释光测年结果如表1 所示。

表1 三门峡温塘断裂光释光测年结果Table 1 OSL data of Sanmenxia Wentang fault

3.1 温塘断裂南段

温塘断裂南段沿山前发育，构成崤山基岩山地隆起和盆地的边界。由卫星影像可知，温塘断裂南段线性特征明显，野外呈清晰的断层露头和相应的地形地貌。断裂通过处出现地形地貌陡变，由山地变为平原地形，高差＞150 m。在灵宝市川口乡以北的观头村至下庄村一带，可清晰地见到一系列由于断层错动造成的断层三角面现象（图3）。

图3 温塘断裂南段断层三角面现象（镜向130°）Fig. 3 Triangular facet in the southern segment of The Wentang fault （Lens direction 130°）

（1）栾村东剖面（P01）活动性

在原店镇栾村东侧山前树林中，可清晰地见到断层面，擦痕清晰，断层倾向北西310°，倾角为67°。断层错断了晚更新世厚层红土壤与黄土。断层左侧为厚层红土壤，断层右侧为致密块状的黄土层，由此可判断温塘断裂的断距达3 m，未见断层错断至全新世腐殖质土壤层（图4）。

图4 栾村东剖面Fig. 4 Section of east Luan Village

在上断点断层两侧和断层上部分别取样进行光释光年代测试，断层顶部上覆的黄土地层年代为（35.2±2.2） ka，断层上盘黄土显示最新时代为（43.7±2.6）ka，断层下盘黄土显示最新时代为（55.6±3.4）ka。结果显示断层活动时代为（35.2±2.2）～（43.7±2.6） ka，说明温塘断裂最新活动时代为35 ka BP。

（2）王和剖面（P02）活动性

在大王镇王和村以南约800 m 的梯田中，断层错断了近地表的黄土，黄土颗粒较细，呈黄偏白色，上部含有淋滤的钙质结核，根据黄土层序判断黄土沉积时代为中更新世晚期至晚更新世（图5（a））。在该剖面的对面可见到地貌由山坡变为平地，地貌显示断层位置与该断层剖面位置一致（图5（b））。断层宽度为15～40 cm，上部黄土和红土壤被断层错动进断层带中，产状为倾向332°、倾角62°（图5（c））。王和村剖面光释光年代测试结果显示断层错断了（34.7±2.3） ka 和（64.3±4.0） ka 地层，说明温塘断裂的活动时代为35 ka BP（图5（d））。

图5 王和村剖面（镜向55°）Fig. 5 Section of Wanghe Village （Lens direction 55°）

3.2 温塘断裂中段

从两端钻孔揭露地层来看，最东端2 号钻孔和最西端1 号钻孔在40～60 m 处揭露的地层岩性有明显差异，1 号钻孔为中砂，而2 号钻孔为黏土，据此判断断裂存在于1、2 号钻孔中间。剖面右侧2、3、5 号钻孔在40～60 m 处揭露的地层岩性均为黏土质，如图7 所示的下盘标志性黏土层（层⑫）；而剖面西侧1、4、6 号钻孔在40～60 m 处揭露的地层主要为中砂，局部为粗砂，如图7 所示的上盘标志性砂层（层⑧），据此判断断层位于5、6 号钻孔之间。

图6 钻孔位置分布Fig. 6 Location of boreholes

图7 钻孔联合剖面Fig. 7 Joint section of boreholes

全新统揭露的地层主要为河流相砾石，从整个剖面来看，全新统无被断错迹象。在1、4 号钻孔之间存在位错，错断了早更新世地层，但中更新世上盘标志层B2 未受到显著影响，故认为该断层为早更新世活动断层。对比剖面标志层B2、B3 可知，5、6 号钻孔之间的中更新世地层不具有连续性。中更新世地层（ Q2P）底界被断错了2.9 m，早更新世地层（ Q1P）标志层B4 被错断了6.5 m。因此，最新活动断层的上断点位于5、6 号钻孔之间。

6 号钻孔上断点处的光释光年龄为（137.49±17）ka，5 号钻孔上断点处的光释光年龄为（232.09±33.6 ) ka，而断层未被错断的标志地层B1 处的年龄分别为（121.85±15.1）ka 和（91.75±10.6）ka，在误差范围内基本一致。因此，可判定温塘断裂中段的最新活动时间为中更新世晚期。

3.3 温塘断裂北段

综合前人研究成果、野外地质地貌调查结果，温塘断裂北段（棉凹断裂）走向为北西45°。由李家坡至刘家后（瑶古洞）、棉凹村、陈家山、四庙沟，断裂北段出目标区后由四庙沟至高庙乡崤里村，最终至角古东，长约15 km。

温塘断裂北段主断裂面在棉凹村附近，地貌上表现为宽约50 m 的沟谷，沟谷中间堆积晚更新世的黄土地层（图8（a））。断层面出露古近系紫红色砂岩、砂质泥岩与中元古界石英岩（图8（b）），沿断面发育1.5 m 厚断层角砾岩和10～15 cm 厚灰绿色断层泥，断裂下盘在中元古界石英岩中发育宽度＞3 m 的破碎带，上盘古近系砂岩、泥岩产状凌乱，地层陡立，角砾岩化。根据断层泥热释光年代测定结果，该断裂在距今（37.5±7.5）万年上有过明显活动迹象2刘尧兴，王志铄，余华等. 2004. 温塘断裂活动性及其发震机制研究. 河南省科技攻关项目研究报告.，由此判断温塘断裂北段活动时代为中更新世。

图8 温塘断裂北段主断裂面（图（a）镜向220°；图（b）据刘尧兴等2 修改）Fig. 8 Fault facet of the northern segment of the Wentang fault （（a）lens driction 220°; （b） modified by Liu et al.）

4 结论

本文通过详细野外地质调查、地质剖面分析及年代学结果，综合前人研究成果，对温塘断裂第四纪活动性进行分析，得出以下结论。

（1）依据地质地貌特征、地层沉积特征和地层年代数据，温塘断裂可分为南段（出露段）、中段（隐伏段）、北段（出露段）。

（2）温塘断裂南段的最新活动时代为(34.7±2.3) ka，为晚更新世活动；温塘断裂中段的最新活动时代为（137.49±17 ）ka，为中更新世晚期活动；温塘断裂北段为中更新世活动。

（3）温塘断裂整体的最新活动时代为晚更新世，南段活动性最强，中段和北段活动性较弱。

致谢 感谢审稿专家和编辑提出的宝贵修改意见和建议，感谢中国地震局地质研究所冉勇康研究员在野外工作中给予的悉心指导与帮助，感谢中国地震局地质研究所胡刚副研究员在年代测试过程中给予的帮助。