我们着重考察发现和识别第四纪以来的新构造运动。许多新构造运动是在老构造运动的基础上活动起来的,这是继承性活动的构造体系,也有新产生的构造体系。构造体系是由许多不同形态,不同力学性质、不同等级、不同序次,但有成生联系的各种类型的构造形迹所形成的构造带及其间地块、岩块等组成的整体。这是一定方式的区域构造运动的结果,是一定构造应力场存在并产生作用的产物。新构造运动的迹象表明,它主要不是大面积的升降运动,而是由水平运动引起的升降运动。新构造运动剧烈的地方,地震活动就频繁,它对区域稳定性关系极大。我们从以下几方面去发现、识别和研究新构造运动。
(一)从老构造的存在状态发现新构造运动
弄清了老构造的存在状态,通过精密水准重复测量工作,就能够发现它的变化特征,区别哪些是在老构造的基础上继承性的活动,哪些是新生型的构造活动。新、老构造的关系可分为三类。
1.新构造继承了老构造活动
根据1959—1961年间精密水准重复测量的结果,发现长江三峡万县至秭归段相对下沉,其平均速率为3~6 mm/年;秭归至宜昌段掀斜上升,上升速率平均为2~4 mm/年;江汉平原下沉,自西向东的平均速率为2~24 mm/年。经过与老构造相对比,得知这一带的新构造运动是在老构造运动的基础上继承性的变化。
2.新生的构造运动
自汾河南段附近区域,横跨汾河和黄河的近EW向的褶曲运动,使河岸阶地也发生了明显的拱起。这一带除了褶曲之外,还有山前断裂,褶曲的轴部也有次一级的小型断裂,该地区还有区域性隆起,因此黄河、汾河,甚至一些支流两岸都出现了级数增多的阶地。这些新构造运动是新生的,和老构造体系没有联系。
3.新构造运动在发展中受到老构造状态的影响而发生变化
一个老构造的存在,如断裂或褶皱,必然要影响到区域应力场,影响到后来的新生构造的发生、发展。而新生构造在其发展过程中如果没有足够强大的力量,则必然会迁就让步于老构造,改变自己本来的发展方向和趋势。例如龙羊峡地区黄河三级阶地上新生的NS向扭断裂就受到下伏基岩中的NW向的断裂影响。河西走廊第四纪褶皱受到第三纪褶皱的影响而造成新、老褶皱的叠置状态。山西汾河本来由北向南流,到晋南侯马,由于峨眉台(紫金山)隆起,迫使汾河向西南流,由河津入黄河,现在侯马附近的礼元一带还保留有古汾河的河道。
(二)从地貌方面发现新构造运动
1.新构造运动线(带)与地貌分界线、地震活动带密切相关
贺兰山与银川平原之间,太行山与华北平原之间,大青山(阴山)与内蒙古草原之间,秦岭和渭河地堑之间,这些都是新构造运动中地壳升、降的分界线,也是地貌边界线,又是地震活动带。我国由银川到昆明的NE—SW向近SN向构造带(也称川滇南北构造带)以西受SN向挤压作用力,构造带以东受近EW向挤压作用力,这条线是我国东、西分界的重力异常带,也是新构造运动的活动带,也是我国强地震的主要分布带之一。
2.第四纪地层及地貌的变化
观测第四纪地层及地貌的变化是发现新构造运动既简便又可靠的办法。常见的现象分类如下:
(1)老洪积扇前又发育新的较完整的洪积扇。山前洪积层很厚,呈叠置状,形成了洪积层阶地。这是地壳的升降运动造成的。
(2)河流两岸阶地显著不对称(高差大、阶地级数不同,级差显著),阶地数目增多,阶地发生拱曲或被切割断裂,升降差明显等变形。
(3)第四纪地层的断裂、隆起、沉陷等。如果是断裂,则可以直接观察到,例如河北怀来盆地、山东郯城县、河南三门峡市。河西走廊上的酒泉等地都有第四纪地表层的断裂,这是下伏基岩断裂扩展到地表层的现象。大同市第四纪地表层的断裂也扩展到了地表,在大同市近些年来显著产生地裂缝并伴随地面沉降的现象非常值得注意。(www.daowen.com)
第四纪地层的隆起或沉陷要通过精密水准重复测量来发现。全国许多平原地区和盆地地区在新构造运动时期曾以不同的速率沉陷,如华北平原、江汉平原、准噶尔盆地。
升、降运动的过程是复杂的,有间歇性(分阶段性、不连续),有振荡性(升和降的振荡),还有升、降的相对独立性和层次性(在地堑区或沉陷区内有局部的次一级的上升)。在升、降运动的连结处将出现断裂或掀斜。
(三)从水文及水文地质方面发现新构造运动
从水文及水文地质方面发现新构造运动是既简便又可靠的办法。
(1)河流的拐弯或改道。例如,秦岭北麓的渭河支流几乎拐了直角弯;汾河、丹江改变了流向,拐了大弯;四川西部鲜水河西南方向的9条支流在跨越鲜水河断裂时,都作NW向转弯。
(2)水系对新构造运动的反应极敏感。例如河北平原地区,水系的分布完全受基底构造单元活动状况的控制。构造运动的升、降不仅影响着地表水系的分布状态,也决定着地下水的升、降。构造下沉区,地下水位上升,可能出现表土层大面积盐碱化,这种新的变化也是新构造运动的标识之一。新构造运动使水系变化的另一个特征是构造裂隙泉的出现,如杭州虎跑泉、青岛崂山泉、泰安的王母池等。
利用文物及人类活动遗迹来判断更近的新构造运动,也是很有效的。利用新石器时代(全新世)人类活动的遗迹,可以判断出我国台湾省西海岸自2 700~4 000年前至今,已经上升了7.5~10.0 m。宋朝时,苏北的海岸线在东台、盐城一线,当时的东台是个著名的港口,现在东台市距海岸约60 km,这就说明河流的造陆作用、构造作用,海陆变迁使地壳升高了。贺兰山东麓的新构造运动使宁夏石嘴山附近的明代长城被错断,水平错距1.45 m,垂直错距0.95 m。湖南、湖北的洞庭湖周围古代的,甚至几十年前的街道、村落、民用砖窖,现今沉到了湖面以下,水深过膝,这说明洞庭湖地区地表在下沉。河南浚县公路两旁高出地面对峙的石质孤山和土质高地则是华北平原连续下沉、沉积的标志之一。
(五)从新近的地裂缝考察新构造运动
陕西、山西、江苏、山东、河南、安徽等省几十年来在无地震的情况下,出现了大范围的地裂缝。根据分析,虽然地裂缝和地下水超采关系很大,但不是气候、土质、水文地质、工程活动及地貌变化引起的。应该指出:地裂缝和新构造应力场形成密切有关,是新构造活动的标志,是过去的隐伏断裂的进一步发展造成了第四纪地层断裂并直达地表层。
西安地裂缝的产生和发展影响巨大。西安的地裂缝最初出现在20世纪20~30年代。1920年12月宁夏海原大地震之后,是第一个地裂缝活动期,这个时期形成了西安南郊的三条地裂缝,与此同时的渭河地堑中许多地方也都出现了地裂缝。第二个地裂缝活动期是在20世纪50年代末和60年代初,这个时期产生了西安南郊和城区的四条地裂缝。这个时期长安—临潼断裂带也是一个活跃期,在断裂带上产生了许多地裂缝。渭河地堑中的地裂缝也出现活动期。根据水准测量资料表明:从地裂缝开始适动到造成建筑物破坏约需7~10年。第三个地裂缝活动期是在20世纪70年代中期,这个时期出现了西安西郊和北郊至东北郊的三条地裂缝。唐山大地震之后,地裂缝显著活跃,向两端延伸并扩展。自20世纪80年代中期以来,西安东北郊和东郊原有的地裂缝,其活动显著加强,明显扩展,可能是地裂缝的第四个活动期。这个时期西安地区没有强地震产生,到2001年7月,西安南郊一个村庄出现了一条长约1 000 m,NEE向延伸,最宽达1 m的新地裂缝,称为第11条地裂缝。
西安市上述众多地裂缝已覆盖了整个城区、市区和郊区,向市区西南部分的分布范围更大些。这些地裂缝的走向都是NEE向,大致互相平行,间距1.0~1.5 km,全部位于西安古地貌众多的黄土梁南侧陡坡处。地裂缝的平面展布形态为树枝状、羽状、雁列状、锯齿状、S状,每一条主地裂缝的两侧形成一个地裂缝带,分布着短而细小的地裂缝,地裂缝带的宽度为几十米,可见深度几米至十几米不等,多数为10 m左右。主地裂缝的延伸长度为几千米至十几千米,在地裂缝的活动期向两端延伸。地裂缝在地表的宽度多数为20~150 mm,也有宽度大的,约为20~40 cm。地表面处裂缝两侧的垂直错距为20~300 mm,在地下地层的错距要大得多。例如,唐代填土层底部的错距达40~60 cm,在晚更新世地层的底部,垂直错距最大达2.0~4.0 m。目前探测的地裂缝深度可达20 m左右。地裂缝在垂直剖面上的展布形状为斜线、折线、台阶状、羽状、Y状等。裂缝面上比较粗糙,有张有闭。
西安市地裂缝的分布范围广,发展速度快,所以造成了大量的建筑物墙体和梁、板结构的破坏。地板错开、马路错断、地下管道断裂、农田严重漏水等。地裂缝的发展伴随着地面沉降的产生。自20世纪50年代末以来,西安地面沉降累积量达1.0 m左右,在地裂缝活动的年份里,地面沉降速度约为20~100 mm/年。
西安地裂缝及地面沉降的原因应该是以新构造运动为主,西安南郊的长安—临潼断层在秦岭北麓褶皱一断裂带的北缘,长安—临潼断层是一条活动性正断层,走向NE,倾向NW。地幔的隆起轴在西安附近呈NEE向存在。西安众多地裂缝全部位于西安古地貌若干黄土梁南侧陡坡处。上述构造特征和西安地裂缝的存在及发展基本一致。地下水超采只加剧了地裂缝的发展,地下水下降的漏斗边界应有圆弧形特征,而地裂缝都是NEE向直线,显然不一致、不吻合。
(六)根据地球卫星照片发现新构造运动
利用地球卫星照片也可以发现新构造运动。例如在新疆发现沿着断裂发生新的水平运动。昆仑山中段全新世火山群喷发留下的火山口在卫星照片上反映得非常清楚。分析卫星照片还发现了准噶尔盆地东南边缘产生的一些山前断裂带。
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