陕西渭河盆地正断层构造活动分段及迁移性特征研究:基于地貌学和10Be原地宇宙成因核素年代学约束

This study will focus on the tectonic activity of normal faults in the Weihe Graben (Shaanxi). In combination with the results of previous studies, we try to evaluate the relative activity of each fault branches (segments) of major faults based on quantitative analysis of morphological parameters of drainage basins and channel longitudinal profiles. According to the 10Be in-situ cosmogenic nuclide-determined catchment-averaged erosion rates, tectonic and lithologic controls on the channel longitudinal profiles will be distinguished, then the segmentation and migration of activity will be unraveled. Based on the regional stress of study area, the development and evolutionary features of normal faults during the oblique rifting will be demonstrated. Comparing with the results of analog modeling and geophysical detecting, the effect of variations in lithospheric will be discussed. The results of this study will help us to learn the seismogenic mechanism of active normal faults, and thus improve the assessment of potential seismic hazard in densely-populated Xi’an region, as well to better understand the tectonic geomorphology in continental rifts and its geodynamic mechanism.

本研究项目拟选取陕西渭河地堑盆地开展与正断层活动构造特性相关的科学研究。在已有研究认识基础上，通过定量化提取流域地貌以及河流纵剖面形态特征参数的方法评估研究区主要断裂带各个分支（分段）的构造活动性相对强弱；对比10Be原地宇宙成因核素测年方法获取的汇水盆地的平均剥蚀速率，区分岩性差异变化的影响，量化与正断层活动相关的差异构造隆升和河流地貌特征之间的响应关系，进而揭示正断层构造活动的分段及迁移性特征；结合渭河地堑盆地构造应力背景分析大陆裂谷盆地在斜向伸展过程中断裂的发育演化特征；对比已有相似模拟实验和深部地球物理探测的结果，探讨岩石圈结构差异所起到的控制作用。研究结果将有助于提升对活动正断层发震机制的认识，更好地评估人口密集的西安地区的潜在地震风险性；加深对大陆裂谷盆地的构造地貌特征及其深部动力学机制的理解。

渭河地堑盆地位于鄂尔多斯块体南缘，紧邻青藏高原东北缘，是研究活动构造及其地貌响应特征的理想场所。该地区在历史上地震频发，其中1556年华县8.5级地震造成了83万人员伤亡。研究该地区断裂带的构造活动习性对于地震风险评估具有重要的科学意义。本项目基于数字高程模型数据，提取了南缘山前位置的75个流域盆地和主干河道纵剖面。通过对流域地貌形态参数和河流陡峭形态指数的分析，我们发现渭河盆地南缘边界断裂的构造活动性沿着走向存在着明显的差异性，表现出分段的特征，其分段界线位置与断层的走向变化（拐弯、阶区）存在关联。结合流域地貌分析的结果，我们在23个流域盆地的出水口采集了河道沙样品，进行宇宙成因核素10Be测定，进而获得了流域盆地在千年尺度的平均剥蚀速率。对比分析结果揭示了流域的剥蚀速率与地形因子（坡度、起伏以及标准化河道陡峭系数）存在正相关，与地貌分析得到的构造分段性特征吻合。与此同时，我们在华山山前地区开展野外活动断层调查，也验证了地貌分析结果。通过小型无人机技术获得了高精度的数字地形，揭示了华山山前断裂华县-华阴段的晚第四纪构造活动性。结合前人活动断层研究的结果，我们认为在渭河盆地东南部还存在着构造活动性从华山山前断裂向盆地内部的骊山山前断裂和渭南塬北断裂迁移的趋势。研究结果揭示了人口高度密集的西安及周边地区面临的地震风险，也说了进一步开展详细活动断层古地震活动性研究的紧迫性。