秦岭北缘古地震基岩崩塌和滑坡施密
第４４卷　第６期
２０２２年１２月地　震　地　质ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＬＯＧＹＶｏｌ．４４，Ｎｏ．６Ｄｅｃ．，２０２２
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２２．０６．００３
石文芳，徐伟，尹金辉，等．２０２２．秦岭北缘古地震基岩崩塌和滑坡施密特锤暴露年龄［Ｊ］．地震地质，４４（６）：１３８４—１４０２．ＳＨＩＷｅｎ ｆａｎｇ，ＸＵＷｅｉ，ＹＩＮＪｉｎ ｈｕｉ，ｅｔａｌ．２０２２．Ｓｃｈｍｉｄｔｈａｍｍｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅａｇｅｄａｔｉｎｇｏｆａｎｃｉｅｎｔｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｉｎｄｕｃｅｄｂｅｄｒｏｃｋｌａｎｄ
ｓｌｉｄｅｓａｎｄｒｏｃｋａｖａｌａｎｃｈｅｓｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｍａｒｇｉｎｏｆＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓ［Ｊ］．
ＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｌｏｇｙ，４４（６）：１３８４—１４０２．秦岭北缘古地震基岩崩塌和滑坡
施密特锤暴露年龄
石文芳１）　徐　伟２）　尹金辉１）　郑勇刚１
）１）中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京　１０００２９
２）中国地震灾害防御中心，北京　１０００２９
摘　要  地震崩塌、滑坡是较为严重的地震次生灾害，研究地震崩塌、滑坡发生的时代及其活动规律，从而恢复断裂带古地震活动历史、地震复发周期，有助于地震危险性评价及地震灾害防御工作。文中选择秦岭北缘断裂带和华山山前断裂中段被历史文献记录的地震基岩崩塌、滑坡为研究对象，使用施密特锤测量４１６个岩块的反弹值，并对其进行统计分析，计算了崩塌、滑坡体暴露岩石的风化因子，讨论了施密特锤暴露测年法的分辨率，评估了施密特锤测年的可靠性，同时建立了古地震基岩崩塌、滑坡历史记录年代与反弹值参数之间的关系曲线。结果表明：施密特锤暴露测年方法
提供了一种简单、快速、廉价、无破坏的原位相对测年方法，初步建立的岩石风化因子－
年龄校正曲线为Ｔ＝（１９７２３±８８８）×ｆｗ－（
２１４５±１６６），基于该校正曲线，可以对形成年龄＞５００ａ的基岩崩塌和滑坡进行分期，为确定秦岭北缘古地震基岩崩塌、滑坡形成时代提供一种新的相对测年手段。施密特锤岩石反弹值还可用来评估宇宙成因核素暴露测年样品是否存在先期暴露、翻滚、二次埋藏等复杂暴露历史带来的核素继承浓度问题，帮助选择合格的宇宙成因核素测年样品的采集地点，保证测年数据的可靠性，提高测年效率。
在秦岭北缘的气候和岩性条件下，岩石经历２ｋａ风化后，表面强度减小约（２５％±１％），约１ｋａ后减小（１６％±１％），约０ ５ｋａ后减小（１５％±１％）。
关键词  古地震　基岩崩塌和滑坡　施密特锤　秦岭北缘　相对测年
中图分类号：Ｐ３１５ ２，Ｐ５９７文献标识码：Ａ文章编号：０２５３－４９６７（２０２２）０６－１３８４－１９〔收稿日期〕　２０２１－１２－３１收稿，２０２２－０３－２２改回。
〔基金项目〕　中国地震局地质研究所基本科研业务专项（ＩＧＣＥＡ１９０３）、地震联合基金（Ｕ１９３９２０１）和中国地
震局地震科技星火计划项目（ＸＨ２００７４）共同资助。
通讯作者：尹金辉，男，１
９６９年生，研究员，主要研究方向为第四纪年代学、第四纪地质，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｊｈｄｚｓ＠ｉｅｓ．ａｃ．ｃｎ。
０　引言
活动断裂定量研究资料在评价断裂的强震危险性方面发挥的作用日益增加（刘静等，２０２１）。但是，由于受到种种条件制约，并非在每条活动断裂上都可轻易获取这些定量数据。在探槽不足够多的情况下有可能“漏计”古地震事件，因此古地震复发周期往往具有较大的不
确定性（
Ｗｅｌｌｓｅｔａｌ．，１９９４）。在中国西部山区，由于记录古地震事件的地貌标志或沉积物往往
６期石文芳等：秦岭北缘古地震基岩崩塌和滑坡施密特锤暴露年龄被人类活动改造或被剥蚀殆尽，采用常规的古地震和地震地质方法开展调查存在较高难度，且不确定性较大，需要从不同途径获得古地震事件序列来相互印证古地震结果的可靠性（刘静等，２００７；冉勇康等，２０１４）。这些地区由于新构造活动强烈，加之地形起伏较大，发生的特大地震往往会在瞬间引发大规模地震崩塌或滑坡，一个７级以上地震可使震中距２００～４００ｋｍ的
地区发生岩崩（
Ｋｅｅｆｅｒ，１９８４；Ｚｈｏｕｅｔａｌ．，１９９４）。例如，１７８６年四川康定－泸定发生７ ５级地震，造成了四、五百人丧生，而地震崩塌和滑坡造成的次生灾害使１
０万人死亡（Ｄａｉｅｔａｌ．，２００５）。１９２０年宁夏海原８ ５级大地震引发的地震滑坡崩塌
数量多、规模大，给当地人民带来
空前的灾难（国家地震局兰州地震研究所等，１
９８０）。发生在四川茂县的１９３３年７ ５级叠溪强震导致岷江及其支流两岸出现大量滑坡、崩塌，不仅形成十余座天然堆石坝和堰塞湖，同时也导致千年古城叠溪和邻近村寨被毁（王兰生等，２００５）；近年来的一系列地震，如汶川地震、玉树地震、芦山地震、鲁甸地震、九寨沟地震、尼泊尔大地震等产生了大量崩塌和滑坡体（付碧宏等，２００９；黄润秋等，２００９；Ｙｉｎｅｔａｌ．，２０１０；李树林等，２０１４；陈晓利等，２０２１），使人民的生命财产蒙受了巨大损失。另一方面，地震基岩崩塌、滑坡事件记录了地震发生时间、强度、危害等信息，已经成为补充和完善西部地区地震年代序列的理想载体。
鉴于此，从地质记录中寻古地震基岩崩塌、滑坡的遗迹并精确测定其年代，可以重建地震崩塌、滑坡时间序列及演化历史，丰富古地震研究，有助于开展地震危险性评价及地震灾害防御工作（白世彪等，２０２０；刘静等，２０２１）。目前，地震崩塌、滑坡测年也多采用第四纪年代
学理论和方法（赖忠平等，２
０２１），可分为绝对测年和相对测年，前者可以给出一个确切的数字年代，后者仅能给出一系列地质
事件形成的先后顺序。在野外大多通过地貌特征、沉积学方法、岩石风化程度以及施密特锤反弹值（Ｓｔａｈｌｅｔａｌ．，２０１３）等判断滑坡的相对年代，如根据滑坡体的形态特征、滑坡堆积体的沉积剖面分析滑坡体形成的先后顺序，从而获得滑坡体形成的相对年代。然而，在缺乏沉积物的基岩山区或基岩崩塌、滑坡体表面缺少沉积物时，就无法通过沉积学方法判断滑坡体的相对年代。在已经开展的崩塌、滑坡测年研究中，常用的长时间尺
度测年方法有１４Ｃ（Ｂｅｒｔｏｌｉｎｉｅｔａｌ．，２００４；Ｇｅｅｒｔｓｅｍａｅｔａｌ．，２００６；Ｄｕｍａｎ，２００９；蒋瑶等，２０１４）、
光释光（Ｂａｌｅｓｃｕｅｔａｌ．，２００７）、宇宙成因核素（Ｈｅｗｉｔｔｅｔａｌ．，２０１１；Ｈｕｇｈｅｓｅｔａｌ．，２０１４）等；此外，也有采用地衣（谢新生等，１９８９）、树轮测年（洪婷等，２０１２；Ｗｉｓｔｕｂａｅｔａｌ．，２０１３）这类百年时间尺度的测年方法。虽然国内针对崩塌、滑坡的年代已经开展了不少研究工作，但主要集中在黄河上游和长江三峡地区（郭海婷，２０１５；杨银科等，２０１５）。在中国西部基岩山区，利用这些方法进行基岩崩塌、滑坡测年仍存在一些挑战。崩塌、滑坡的堆积物快速沉积可能存在不完全晒退的问题，导致光释光年龄被高估（赖忠平等，２０２１）。西部基岩崩积物上通常没有沉积堆积
覆盖，１４Ｃ方法也面临合适测年材料匮乏的问题，且目前１４Ｃ测年的上限一般为４０～５０ｋａ，
对于年龄＞５０ｋａ的古崩塌、滑坡体则无能为力。此外，沉积物中的炭屑可能与滑坡并非同时代产物，也会导致获得的年龄较崩塌、滑坡形成时代偏老的情况（Ｐáｎｅｋｅｔａｌ．，２０１３）。
近３０年以来，随着加速器质谱（ＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，简称ＡＭＳ）技术的不断革
新，宇宙成因核素测年（
Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｉｎ ｓｉｔｕＣｏｓｍｏｇｅｎｉｃＮｕｃｌｉｄｅＤａｔｉｎｇ，ＴＣＮＤ）也得到迅速发展。考虑到岩崩发生的时间与崩积物暴露开始接受宇宙射线产生原地成因核素的时间同步，将宇
宙成因１０Ｂｅ等核素暴露测年方法用于岩崩测年的地质意义明确。该方法直接对崩塌、滑坡堆积体暴露地表的块石或后壁进行测年，样品易于采集，目标矿物成分简单、分布广泛且易进行
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地　震　地　质４４卷化学处理，已成为目前测定岩崩年代的有效方法之一，能够很好地解决基岩区古崩塌、滑坡年代测定的问题（Ｉｖｙ Ｏｃｈｓｅｔａｌ．，２００９；袁兆德等，２０１２）。但是，基岩崩塌、滑坡堆积块石可能会出现先期暴露、翻滚、二次埋藏等复杂暴露历史带来的核素继承浓度问
题，样品测试流程复杂、周期长、测试成本昂贵，不适合进行大样本量测年以检验数据的可靠性并剔除偏老结果，需要发展新的低成本年代测定技术，以辅助现有的宇宙成因核素测年技术，在保证数据可靠性的同时提高测年效率。由于基岩崩塌、滑坡堆积块石在暴露过程中遭受风化作用而导致表面强度不断降低，基于岩石强度与风化程度给出相对年代的施密特锤暴露测年法（Ｓｃｈｍｉｄｔ
ｈａｍｍｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅ ａｇｅｄａｔｉｎｇ
，ＳＨＤ）极有可能成为另一种基岩崩塌和滑坡年代测定的有效方法。施密特锤于１９４８年由瑞士工程师Ｓｃｈｍｉｄｔ设计，作为一种轻型便携式仪器，最初被用于现场无损测量混凝土和其他建筑材料的硬度（Ｓｃｈｍｉｄｔ，１９５１）。将施密特锤按压在岩石表面上，其活塞会自动释放前端柱杆，撞击岩石表面后活塞移动的距离称为反弹值（Ｒ）。该值表征岩石表面强度，并随着岩石表面遭受风化程度而下降，反映了岩石表面暴露于地表的时间。２０世纪６０年代，施密特锤首次被应用于地貌研究中，地貌学家在野外使用其快速测量岩石表面
强度（
Ｗｉｌｌｉａｍｓｅｔａｌ．，１９８３）。随后，施密特锤也被用于比较不同类型岩石的表面强度并推断岩石表面的风化程度。Ｙａａｌｏｎ等（１９７４）通过施密特锤测量岩石强度随深度的变化，以反映岩石的固结程度。Ｅｒｉｃｓｏｎ（２００４）使用施密特锤测量了加州内华达山脉和瑞典南部的
花岗岩地貌，并区分地貌面期次。此后，施密特锤的应用范围也越来越广，包括研究各种风化现象（陈立萍
等，２
０１９）、岩石强度与地形之间的关系、冰川沉积物测年（Ｔｏｍｋｉｎｓｅｔａｌ．，２０１８）及一系列全新世地貌的相对测年（Ｓｔａｈｌｅｔａｌ．，２０１３；Ｗｉｌｓｏｎｅｔａｌ．，２０１９；ＭｃＥｗｅｎｅｔａｌ．，２０２０）。最近，Ｔｙｅ等（２０１８）利用施密特锤测量地震基岩断层崖面，通过模型拟合得到３次断层活动。该研究证实施密特锤的反弹值能很好地揭示基岩断层崖单次事件的滑动位移，建立的正断层长时间序列古地震期次与３６Ｃｌ等宇宙成因核素测定的暴露年龄结果一致（Ｔｙｅｅｔａｌ．，２０１８；Ｓｔａｈｌｅｔａｌ．，２０２０）。ＭｃＥｗｅｎ等（２０２０）对一个全新世冲积扇进行了地貌解译，并利用施密特锤测定相对年龄，以辅助原位宇宙成因核素测年。结果显示，施密特锤具有低成本、易于获取大量数据、易携带等优点，可有效判断基岩崩塌、滑坡堆积块石是否存在复杂暴露历史的问题，能够帮助宇宙成因核素测年挑选野外最优样品的采集位置，也为评估宇宙成因核素测年结果提供了一种有效的研究手段。
施密特锤暴露测年的应用在中国报道不多。本文选择秦岭北缘有准确历史文献记录的地震基岩崩塌、滑坡为研究对象，使用施密特锤测量这些已知年龄的基岩崩塌、滑坡体的几十处堆积块石和滑床面岩石的
反弹值。统计分析每个崩塌、滑坡所测反弹值的变化趋势、波动率等参数，建立古地震基岩崩塌、滑坡历史记录年代与反弹值参数之间的关系曲线，继而探讨施密特锤暴露测年的最大时间分辨率，并评估施密特锤相对测年的优缺点，提出获取可靠年龄的操作规程。１　秦岭北缘的地震基岩崩塌、滑坡
5分钟前兰州地震了秦岭北缘断裂带自西向东主要由秦岭北缘断裂带（图１中Ｆ１
）和华山山前断裂带（图１中Ｆ２
）２条主干断裂带组成。秦岭北缘断裂带西起宝鸡，东至蓝田，长度＞２００ｋｍ。该断裂带位于渭河断陷带南缘与秦岭造山带相接处，构成了渭河盆地与秦岭山地的分界线，是南升北降的高角度正断层，对渭河盆地的形成、发育起着主导作用。秦岭北缘断裂带是一条具有重要意义的
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６期石文芳等：秦岭北缘古地震基岩崩塌和滑坡施密特锤暴露年龄图１　研究区的地理位置与构造背景图
Ｆｉｇ．１　Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ａｃｔｉｖｅｔｅｃｔｏｎｉｃｓａｎｄｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ．
底图为ＡＬＯＳＰＡＬＳＡＲ数据，分辨率为１２ ５ｍ。Ｆ１秦岭北缘断裂带；Ｆ２华山山前断裂带。Ａ甘湫池古滑坡（
７８０ＢＣ）；Ｂ水湫池古崩塌（７８０ＢＣ）；Ｃ太平峪崩塌（１５５６ＡＤ）；Ｄ莲花寺古滑坡（多期）
构造界线，活动强烈（陕西省地震局，１９９６），历史上发生过多次大地震和破坏性地震，有丰富的历史地震记录（师亚芹等，２００７）。据历史记载，自公元前１１８７年以来陕西关中地区发生ＭＳ≥４
地震３９次，其中５ ０级以上地震３０次，６ ０级以上地震８次（陕西省地震局，２００５）。断裂带下盘的秦岭北坡发育大量基岩崩塌、滑坡，呈ＥＷ向带状分布，结合野外现场调查和前人遥感影像解译结果可识别出６０余处崩塌、滑坡（黄伟亮等，２０２０），研究者普遍认为这些古基岩崩塌、滑坡可能是由秦岭北缘断裂带的地震活动导致（Ｗｅｉｄｉｎｇｅｒｅｔａｌ．，２００２；Ｌüｅｔａｌ．，２０１４；黄伟亮等，２０２０）。
华山山前断裂西起蓝田，东至灵宝，全长近２００ｋｍ，中段西起华县石堤峪，东至孟原，全长４０ｋｍ，近ＥＷ走向。沿着断裂带出露明显的断层三角面，断层陡崖呈线状分布，表明上升盘山麓不断抬升。该段断裂是一条典型的活断层，曾发生过著名的１５５６年华县大地震（马冀
等，２
０１６；徐伟等，２０１７）。根据历史记载，华山北坡曾发生过多次基岩崩塌和滑坡（图１），结合现场调查以及前人遥感影像解译结果（Ｒａｏｅｔａｌ．，２０１７），共标记４０余处崩塌、滑坡。
结合历史记录、前人研究以及野外考察结果，本文选择秦岭北缘断裂带发育的翠华山水湫池古崩塌和甘湫池古滑坡，以及华山山前断裂带中段的太平峪崩塌和莲花寺古滑坡为研究对象，调查施密特锤反弹值的特征和规律。
１ １　翠华山崩塌和滑坡
位于西安市南郊的翠华山岩崩最为壮观，是世界上规模第三大的古岩崩，且为中国惟一的“山崩国家地质公园”，包括甘湫池古滑坡和水湫池古崩塌（图１中Ａ和Ｂ）。大多学者认为翠华山水湫池古崩塌及甘湫池古滑坡是公元前７８０年陕西岐山地震引起的（Ｗｅｉｄｉｎｇｅｒｅｔａｌ．，２００２；贺明静等，２００６；Ｌüｅｔａｌ．，２０１４）。但谢新生等（１９８９）通过地衣测年法确定翠华山水湫池、甘湫池２处古崩塌、滑坡体上丽石黄衣的年龄约为３ｋａ，认为翠华山２处崩塌、滑坡可能是公元前１１７７年户县东地震所致。吴成基等（２００１）在水湫池崩塌堆积体中采集了１组土壤样
本，通过１４Ｃ测年法推断，该古崩塌发生在２ ４ｋａ前。因此，翠华山水湫池古崩塌、甘湫池古滑
坡的年龄估计为２～３ｋａ。
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地　震　地　质４４卷
１ １ １　甘湫池古滑坡甘湫池古滑坡堆积物南北延伸约１ ２ｋｍ，滑动方向约为３５０°，东西宽１００～４５０ｍ，自南而北随着海拔降低崩积物数量增多、分布的宽度和面积增大。我们在甘湫池古滑坡上测量了４９个采样点裸露地表堆积块石的施密特锤反弹值（图２）。
图２　甘湫池古滑坡及施密特锤测量点
Ｆｉｇ．２　ＭａｐｓｈｏｗｉｎｇＧａｎｑｉｕｃｈｉａｎｃｉｅｎｔｌａｎｄｓｌｉｄｅａｎｄｌｏｃａｔｉｏｎｏｆＳｃｈｍｉｄｔｈａｍｍｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ．
１ １ ２　水湫池古崩塌
水湫池古崩塌位于甘湫池古滑坡西北２ｋｍ（图１），形成石海、悬崖、堰塞湖（水湫池）等遗迹
（图３）。水湫池古崩塌的总面积为５×１０５ｍ２，容积为１ ８×１０７ｍ３，最大落差约为４００ｍ，南北长约
１０００ｍ，东西宽约５００ｍ。崩塌体堆积物呈ＥＷ走向，堵塞河谷形成堰塞湖（水湫池）。测量点的岩性为灰黑片麻岩，共测量水湫池古崩塌体上１２５个采样点堆积块石的施密特锤反弹值。１ ２　太平峪崩塌
太平峪位于华县东南约５ｋｍ（图１），崩塌块石布满山坡，崩塌块石巨大，最大直径达３～５ｍ。崩塌区的长度近９００ｍ，崩塌体堵塞太平峪河谷，使太平峪长１２００ｍ的河段成为暗河（原廷宏等，２０１０）。根据谢新生等（１９８９）在秦岭北侧陕西华县一带基于地衣得到的测年结果可知，基岩崩塌体丽石黄衣的直径均为７０ｍｍ，计算年龄约为４００ａ，其认为该地区的基岩崩塌是公元１５５６年华县大地震所致。原廷宏等（２０１０）对华县１５５６年特大地震开展了调查研究，也认为这些基岩崩塌是此次特大地震造成的。本研究继承以上研究结论，认为太平峪内的基岩崩塌是由１５５６年华县特大地震引发的。
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