西安地裂缝形成的区域稳定动力学背景研究

【摘要】：西安地裂缝是西安市主要的地质灾害之一。目前,西安地裂缝形成的深部地球动力学背景研究较少,深部地球物理场与深部构造的关系也不够明确。笔者依托参加的国家自然科学基金重点项目“汾渭盆地地裂缝灾害成因机理与大陆动力学”等科研项目,采用地震层析成像的方法,得到了渭河断陷盆地及邻区上、中地壳和莫霍面的速度分布图像,利用震源机制解、地震矩张量反演应变率主方向等方法研究了渭河盆地及邻区的区域应力场,计算了汾渭断裂带主应变率和应变率主方向,得到了渭河盆地及邻区环境剪应力和Q值分布,研究了渭河盆地及邻区的地震活动性,利用西安地裂缝最新勘察成果分析研究了西安地裂缝的展布等特征及其与下伏断层的关系,结合对收集的最新地震活断层勘察和其它地球物理资料的综合分析,在前人工作的基础上,以彭建兵教授倡导的“区域稳定动力学”理论为指导,对西安地裂缝形成的区域稳定动力学背景进行了系统的研究,提出了西安地裂缝形成的区域非稳定动力学模型。 研究结果表明,西安地裂缝的群发是由特殊地质环境所孕生的：①西安地区的地壳厚度较周围的秦岭山地和鄂尔多斯台地薄近十公里,深部的热拱作用和流展作用为地壳浅部的拉张变形提供了动力源。②西安地区的基底被众多伸展断层所分割,断块发育,结构破碎,断块的掀斜活动和断层的伸展活动为地裂缝的形成提供了发育空间和应力条件。其中,口镇—关山断裂、礼泉—合阳断裂、泾河—浐河断裂、渭河断裂、临潼—长安断裂、余下—铁炉子断裂和秦岭北缘断裂是影响和控制着西安地裂缝形成与发展的七条主干活动断裂,口镇—关山断裂、礼泉—合阳断裂、渭河断裂和临潼—长安断裂的蠕滑活动伴生或派生着地裂缝,是西安及邻区的主要控裂构造。③第四纪时期,盆地继承性伸展和断层的同生伸展位错,在第四系中形成多级多组破裂,为地裂缝的形成提供了构造破裂面原型。④现今在印度板块持续向北推挤作用下,甘青块体持续向汾渭地区挤出,NNW—SSE向的区域引张应力持续作用于西安地区,为地裂缝的活动提供了区域动力。⑤广覆的易湿陷、易流变、易崩解、易破裂的黄土层,为地裂缝的形成提供了合适的土层条件。⑥梁洼相间的构造地貌格局,为地裂缝的形成提供了有利的边界条件。⑦西安地区历史地震每每伴随着地裂缝的出现,二者有一定的同步性,但地裂缝一般是同震或震后破裂,不是地震前兆。 可见,在西安地裂缝的形成过程中,构造因素是主导,西安地裂缝在本质上是“构造地裂缝”,西安地裂缝的形成具有如下机理：深部构造孕育地裂缝、盆地伸展萌生地裂缝、断层蠕动形成地裂缝、应力活动扩展地裂缝、地震活动诱发地裂缝、超采地下水和地表水强渗透则可重新开启地裂缝和加剧地裂缝的活动。