礼县-罗家堡断裂位于甘肃省东南部，该地区地处青藏高原、黄土高原和四川盆地之间，是中国南北与东南构造分区的交会位置，新构造变形强烈、地震活动频繁。礼县-罗家堡断裂是1654年天水南8级地震的发震构造^[1-2]。部分学者对礼县-罗家堡断裂带进行相关研究，断裂带的活动性已得到证实^[2-7]。但由于该地区缺乏相关断层探测工作，断裂带附近又广泛覆盖第四系黄土，大部分断裂隐伏于地表之下，礼县-罗家堡断裂的空间展布特征及具体位置仍存在疑问。依靠地面地质调查及遥感影像分析等工作难以确定其具体位置和组合模式，从而会制约诸如活动性、发震能力、断裂带滑坡危害性等方面的研究工作。

地球物理方法在断裂探测中具有重要作用，地震反射法更是探测隐伏断裂的首选方法。本文在对甘肃南部地区隐伏活断层的综合物探方法及特征进行总结的基础上^[8-9]，沿礼县-罗家堡断裂带开展综合物探工作，对断裂带的浅部构造特点及分布形成新认识。本文所涉及的物探成果对其他地区隐伏活断层的勘查也具有借鉴意义。

1 构造背景及测线布置 1.1 构造概况

礼县-罗家堡断裂带是青藏高原东缘中段的一条重要断裂带，长约150 km，总体走向NEE，倾向SE，为一高角度左旋走滑断裂。断裂带主要由3条斜列的次级断裂组成，西段为宕昌东-礼县东，长约80 km，晚更新世发生活动；中段为礼县南-罗家堡东北，长约40 km，全新世发生活动；东段为天水镇西-街口子，长约35 km，全新世发生活动。断裂带具体概况参考文献[2]。

1.2 测线概况

测线布设主要考虑断裂走向及测区地形地貌，使测线尽量与断层走向垂直或大角度相交。本次在礼县-罗家堡断裂带共布设浅层地球物理测线15条，测线位置如图 1所示。研究区主要集中在盐官镇至礼县之间，勘查重点为断裂带中段，断裂带西段也有少部分涉及。本文采取以地震反射为主、高密度电法为辅的综合物探手段，2种手段的横坐标在同一测线中均已进行统一。

考虑到山区复杂的工作条件，震源选用较为灵活的锤击方式。根据经验，采取小道距、多叠加、高覆盖的工作方式，后期再进行精细的静校正。本次大部分测线采用道间距5 m、炮间距5 m、48道滚动接收、覆盖24次，对于精细研究隐伏活断层分布规律的测线，道间距选择3 m。

高密度电法的测量装置选择稳定性较好的温纳α，为与地震反射进行同线对比，电极距统一选择为5 m。高密度电法布设灵活，地形校正简单且浅部信息丰富，是本次浅层勘查重要的补充方法。

2 浅部地球物理特征分析

本节以L9测线为例对断裂带的浅部地球物理特征进行说明。L9测线位于赵坪村北的苹果种植区，地形平坦，干扰较小，地球物理原始数据质量较高。

图 2(a)为地震反射剖面，剖面中主要发育的反射波同相轴推测为新近系泥岩顶层反射所致，TQ为第四系与新近系分界面。反射波组在测线260 m、330 m、420 m附近均出现明显错断和不连续等异常现象，表现为明显的正断层特征。主断裂F1垂向错断最为明显，断裂上盘160 m内发育有倾向相对、走向一致的2条次级断裂，分别命名为F1-1、F1-2。图 2(b)为高密度电法剖面，第四系卵砾石土表现为相对高阻，新近系泥岩表现为相对低阻，2种物质电阻率差异明显，分层效果较好。在低阻的新近系泥岩内部存在明显的高阻条带异常，其中测线380~480 m处高阻条带异常与主断裂F1相对应，高阻条带倾向与断裂倾向一致；测线160~280 m处高阻条带异常与次级断裂F1-1、F1-2相对应，由于2条次级断裂倾向一致，发育距离较近，两者的电性异常连成整体。

礼县-罗家堡断裂活动性较强，断裂持续活动使得基岩内部产生裂隙，电阻率变大，表现为相对高阻。地震剖面揭示出断裂的正断性质，而本区断裂除垂向活动外，主要以左旋走滑为主，从而使断裂造成的基岩破碎宽度更大，相应的高阻异常条带宽度也较大。高密度电法在复杂地质环境下的多解性问题较为突出，一般不作为断裂勘查的首选方法。但本次勘查区广泛发育新近系红色泥岩，且厚度较大，断裂破碎带与基岩存在明显的电性差异，表现为“低阻背景、高阻条带”的典型断裂异常标志，因此使用高密度电法在本区进行断裂勘查存在一定的物性基础，可提高本区断裂勘查的效率。甘肃南部隐伏活断层电性异常响应特征可参考文献[9]。

研究区广泛发育第四系盖层，且第四系盖层与新近系泥岩存在显著的地震波速、电阻率等物性差异，这可为在研究区内开展浅层地震和高密度电法提供物性基础。2种方法在本次断裂勘查中的异常特征明确，适合本区断裂带的浅部地球物理勘查，表 1为隐伏活断层地球物理特征。

3 断裂带浅部空间组合模式

为研究礼县-罗家堡断裂带的空间分布及组合特点，在盐官镇吴宋沟附近布设3条北西-南东向测线，分别为L1、L1a及L2。当测线地形起伏较大时，地震剖面中会标注地表面位置。

L1测线自G316起沿吴宋沟向北经王家庄，测线长度约2.3 km，地震剖面成果如图 3所示。从图中可以看出，剖面中可识别多条断裂，包括规模较大的4条断裂(F1~F4)，其中断裂F1整体破碎长度约350 m，规模最大，且其位置及性质与区域认识较为一致，故将F1作为本段礼县-罗家堡断裂的主断裂。断裂F1~F4附近又发育多条次级断裂，为便于表达，将F1~F4及其次级断裂编为4个断裂发育组，F1~F4分别为对应断裂组的主断裂。

由于L1测线处于交通主干道，干扰较多，而主断裂F1的破碎带又较宽，为更好地明确断裂F1的发育状况及组合模式，布设地震详查测线L1a。详查测线道间距缩小至3 m，地震CDP间距为1.5 m，剖面成果如图 4所示。主断裂F1的破碎带由主断裂及次级断裂共同组成，在F1上盘发育的次级断裂断距明显，基岩破碎程度较高，下盘基岩的破碎程度较低。主断裂F1上盘120 m内发育有倾向相对、走向一致的2条次级断裂，该特征与图 2表现形式一致，这也是后续追踪断裂F1的主要参考依据。

L2测线位于吴宋沟与南丹沟之间的山顶，高密度电法与地震反射在测线360~1 050 m段完全重合。图 5(a)为地震反射剖面，经过统一对比分析，将剖面中断裂分别编为F5、F6，断裂发育规律与L1测线类似，断裂组中的主断裂附近均发育多条次级断裂，次级断裂的走向及性质与主断裂一致。剖面中600~900 m、1 150~1 350 m处波组特征杂乱，为破碎带主要发育区。图 5(b)为高密度电法剖面，与地震测线揭示的F5断裂组具有良好的对应关系，测线200 m处基岩内的高阻异常为断裂F4活动所致，与L1测线有良好的对应关系。山顶第四系黄土的底界面较为清晰，厚度普遍在20 m以上，厚度变化趋势与地震剖面一致。

本文在吴宋沟附近共勘查确定6个断裂组，F5、F6断裂组在浅部的发育规模与F1~F4断裂组相当，并未有减小趋势，断裂F6向北依然存在若干断裂组合，推测吴宋沟附近的断裂破碎带宽度在5 km以上。

断裂组中的主断裂上盘多发育有倾向相对、走向一致的正断层，表现为明显的Y字型断层组合特点。整体上看，断裂带在浅部表现为明显的共轭形式，从而形成一系列地堑与地垒，局部还表现出阶梯状断层发育特征。通过物探查明的断层组合样式均表明，礼县-罗家堡断裂带是在拉张或张扭应力作用下形成的，与GPS监测数据研究结论一致^[3]。

断裂带中断层均为北东-南西向，与主断裂F1倾向相同的均为南东向，倾向相对的均为北西向，剖面中视倾角基本为60°~80°，后续地球物理剖面不再逐个对断层的性质进行描述。

4 断裂追踪

礼县-罗家堡断裂带发育多组断裂组合，所有断裂走向基本一致，本次追踪重点为主断裂F1。在断裂追踪时，对于地貌复杂、地形起伏较大的区域，地震反射施工困难，则仅布设高密度测线。本区断裂的浅部地球物理异常响应特征已较为明确，辅以邻近测线地震反射剖面资料，仅用高密度电法也可取得较为准确的解释。

4.1 主断裂F1

图 6(a)、(b)、(c)分别为L7、L10、L12测线的地震反射剖面，主断裂F1的Y字型断层组合特点在3条剖面中表现清晰。L10测线与主断裂夹角较小，剖面中主断裂与次级断裂的视距离较大。通过对比发现，主断裂F1的垂向错断距离逐渐减小，位于上盘的2条次级断裂之间的距离也逐渐变小，L12测线上盘仅见1条较为明显的次级断裂。通过断裂追踪情况可知，主断裂F1与次级断裂的发育规模均逐渐减小，结合区域地质背景推测，主断裂F1将在礼县县城西南逐渐消失。

4.2 其他断裂

L11测线位于赵家庄村西侧，东距大堡子山(秦西垂陵园) 1 km，起点离永坪河与西汉水交汇处约400 m，测线沿永坪河河堤布设，整体较为平坦，干扰较小，图 7为其地球物理剖面。由图可知，第四系盖层与新近系泥岩形成的同相轴连续性较好，无明显垂向错断。测线450 m附近存在同相轴变弱的特征，结合高密度电法成果推测为泥岩内部裂缝造成。

根据东部多条测线勘查结果可知，F4、F5断裂组应经过L11测线，而永坪综合物探结果表明，礼县-罗家堡断裂在该处不发育，即礼县-罗家堡断裂带从盐官至礼县方向规模逐渐减小，主断裂F1下盘断裂组在永坪河附近逐渐消失。

礼县-罗家堡断裂可分为3段，为探寻断裂带西段在礼县的发育状况，本文在礼县县城北布设2条测线。L13测线沿燕河路铺设，地形较为平坦，地球物理剖面如图 8所示。由图可知，地震反射剖面中350 m、760 m处分别出现明显的同相轴错断，为与中段断裂进行区分，将其分别命名为F1′、F2′。F1′、F2′均表现为正断层特征，视倾角约为70°。该测线高密度电法剖面显示，测线300~360 m处出现高阻条带异常，经过比对确认为断裂F1′引起，异常宽度约为160 m。

经过断裂追踪，礼县-罗家堡断裂带空间分布如图 1所示，断裂带中段位置以断裂F1为准，断裂带西段位置以断裂F1′为准。

5 结语

本文通过对盐官至礼县的综合地球物理勘查，总结该区域断裂的浅部地球物理响应特征，查明断裂带的浅部空间组合模式，并给出断裂展布的精确位置。

礼县-罗家堡断裂表现为左旋走滑兼正断性质，且活动性较强；研究区内地层结构明确，下伏基岩为低阻的新近系泥岩。该背景下的断裂在波阻抗及电性上存在明确的异常响应特征，本文采取以地震反射为主、高密度电法为辅的综合物探手段取得较为精准的探测结果。研究区内高密度电法表现出“低阻背景、高阻条带”的典型断裂异常标志，使得利用高密度电法在复杂地形追踪断裂成为可能，可提高研究区断裂勘查的效率。

为便于描述断裂带的组合模式，采用断裂组概念，断裂组由主断裂与次级断裂组成，主断裂上盘多发育有倾向相对、走向一致的正断层；断裂破碎带由多个断裂组构成，断裂组间距为300~500 m，破碎带宽度为80~400 m，断裂组中主断裂走向基本一致，倾向相同或相对。整个断裂带表现为明显的共轭形式，从而形成一系列地堑与地垒，局部还表现出阶梯状断层发育特征。主断裂F1的Y字型断层组合特点是后续断层追踪的重要参考依据。

本次综合物探成果符合以往对礼县-罗家堡断裂带的认识，但在空间位置上更为精准。礼县-罗家堡断裂呈北东-南西向分布，走向约为70°，主断裂F1倾向南东，断裂倾角较陡。礼县-罗家堡断裂在盐官-礼县段的走向大致与西汉水主流方向一致，主断裂F1在盐官至永兴乡主要位于西汉水北侧，在永兴乡附近穿过西汉水向南侧发育，经过礼县城南并逐渐消失；礼县-罗家堡断裂带西段已在礼县城北发育并逐渐向南西向扩展。永坪河附近为断裂带西段与中段的转接区域，该处断裂带西段还未开始发育，而断裂带中段的次级断裂也逐渐消亡，整体上为断裂不发育区。

大量经验表明，采用不同尺度的地震勘探方法可获得不同深部范围的地下结构和构造图像。本次地震勘探采用锤击方式，虽然可以较为精准地确定断裂位置，但勘查深度较浅，整个断裂带的深部空间组合模式及对浅部断裂的控制形式仍存在较多疑惑。未来有必要开展礼县-罗家堡断裂的中深层地震勘探研究，以揭示断裂带深部结构与发育特征。