与走滑型或逆断型地震相比，正断型地震的震例相对较少，尤其是发生在大陆内部的大地震（M≥7）^[1-2]。因此，非常有必要研究历史上发生的正断型地震，以扩展相应的正断型地震目录。发生于1556年的陕西华县大地震提供了一个极好的例子。1556年1月23日，在渭河盆地东部的陕西华县发生了一次M8~8.5的地震，称为“华县大地震”（图1）。地震的直接破坏叠加上随后的饥荒、瘟疫及寒冷天气等不利因素，造成了超过83万人的死亡^[3-5]，使之成为中国乃至世界历史上死亡最为惨重的一次地震。针对华县地震，前人开展了大量工作，如对其发震构造^[6-7]、大震复发间隔^[7-10]、断层滑动速率^[10-14]及渭河盆地的断裂活动性^[15-16]等，取得了大量卓著的成果。现在研究者们普遍认为：华山山前断裂的中段和渭南塬前断裂共同参与了华县地震的破裂过程^{[5，6，12，17-18]}。然而，一个重要的颇具争议性的问题是，此次地震的震级有多大？

关于上述问题，主要有两种迥异的观点。一种观点认为华县地震的震级比较大，达到8¼~8½级^[5]，主要依据的是烈度—震级经验关系，而不是直接的断层破裂参数（如破裂长度、同震位移等）。若如此，则华县地震是历史上已知震级最大的正断型地震。另一种观点则认为华县地震的震级可能被高估了，如2020年Feng等^[7]依据单点（赤水河村）的位移数据，推测此次地震的矩震级为M_W7.5~8.0；同样，2025年，Lei等^[1]经系统性测量断裂沿线的同震位移及其分布后认为华县地震的最大矩震级约为M_W7.3~7.9。震级作为衡量地震大小的关键性参数之一，其重要性不言而喻，因此，值得展开进一步的研究。

要估算历史地震的震级，关键性的一步是获得历史地震的同震地表破裂位移及其分布特征^[19]。过去的十多年间，由无人机、激光雷达测距（Li⁃DAR）、高分辨率卫星（Pléiades、WorldView等）等手段获取的高分辨率影像的出现，使得人们能够更加方便快捷地分析和测量同震地表破裂，从而更精确地限定断裂的位移分布特征，并对历史地震的震级进行评估，如Middleton等^[2]对1739年平罗地震的研究，Ou等^[20]对1920年海原地震的研究。

研究渭河盆地的地震历史，评估该地区的未来地震危险性，具有重要的历史文化意义和实用价值。渭河盆地是中华文化的发源地之一，盆地中央的西安作为中国的首都超过1000多年，对中华文化和中国历史的形成、塑造及发展起到了无比重要的作用，大量珍贵的历史文物和文化遗产都分布于此。今天，渭河盆地人口稠密，超过2000万人居住于此，若再发生一次类似华县地震的事件，其后果不堪设想。本文中，我们首先利用Pléiades高分辨率卫星影像及其生成的地形数据系统测量了断裂沿线的断层陡坎，随后搜集整理了前人在华山山前断裂和渭南塬前断裂获得的同震位移数据，进行对比分析，获得了华县地震发同震位移分布特征，再利用全球震例总结得到的破裂参数—震级经验公式对此次地震的震级进行了重新估计，最后探讨了其对正断型地震的启示。

近东西向展布的渭河地堑（地堑内堆积形成的盆地被称为“渭河盆地”或“渭河平原”），南邻秦岭、北接鄂尔多斯高原，是环鄂尔多斯地堑系中最为活跃的新生代陆内地堑之一（图1）。环绕鄂尔多斯地块分布着一系列活跃的地堑，如“银川地堑”、“吉兰泰地堑”、“山西地堑”等，据文史资料记载，历史上在这些活动地堑内发生过多次6级以上的地震，其中M8的有3次，分别为1303年山西洪洞地震、1556年陕西华县地震和1739年宁夏平罗地震（图1）^[21]。比较特殊的是，渭河地堑不但是地震多发区，同时还是中国地震记录最早和最详细的地区之一，据历史记载，自公元前780年的岐山M7地震（位置存疑）至今，共发生5级以上的破坏性地震26次，其中M≥6的地震共8次，最大的为1556年华县地震^[22]。

深地震反射剖面和钻孔剖面显示，渭河地堑的基底向南倾斜，这意味着地堑的南边界断裂主要控制着地堑的形成与演化。渭河盆地南边界断裂，大体为E—W走向，长度>380 km，自东向西，可以分为华山山前断裂和渭南塬前断裂。

1.1 华山山前断裂

华山山前断裂总体呈近E—W走向，断裂东起河南灵宝，向西经潼关、华阴、华县，过华县后转为SW走向（215°~245°），在蓝田附近与秦岭北麓山前断裂相接（图2）。该断裂是本区规模最大的正断层，全长约170 km，倾向N或NW，倾角60°~70°^[23-24]。根据几何形态、地震活动性及断错地貌特征等，可将华山山前断裂划分为东、中、西三段，分界分别为华阴（约E110.12°）和华县西（约E109.73°）。各段出露的岩性迥然不同：中段以松散堆积物组成的冲—洪积扇为主，其余两段则主要为晚新生代黄土塬。地质调查结果表明，断裂东段和西段的活动时代可能为晚更新世，全新世以来活动性比较微弱或者不活动^[23-24]，而断裂中段的活动时代则被认为是全新世。1556年的大地震在华山山前断裂的中段造成了大量丰富的同震破裂现象，如线性展布的断层崖、陡坎、地裂缝、滑（崩）塌体、跌水（瀑布）及断层三角面等，因此，该段通常被认为是1556年华县地震的发震构造^[1，5-7]。

图1 渭河地堑与环鄂尔多斯地堑系的构造环境（大地构造位置见右上插图） Fig.1 The tectonic environment of the Weihe graben and the surrounding Ordos graben system （ the tectonic position is shown in the upper right illustration ）

1.2 渭南塬前断裂

渭南塬前断裂大体沿着渭南黄土塬的北缘发育，总体走向为近E—W向，断裂的东端在华县附近与华山山前断裂相交（图2）。该断裂全长约40 km，同样以正断活动为主，倾角为40°~70°，渭南黄土塬的上段为100~200 m厚的第四系黄土，下部则为新近系泥岩和砂岩^[25]。地震资料显示，渭南塬前断裂在第四纪时期的垂直错距超过550 m。在断裂长期活动的影响下，渭南黄土塬与北部的渭河盆地之间形成了高约数十至数百米的断层陡坎。但是由于这些陡坎的固结程度较差，此处的断层三角面并不发育。相比华山山前断裂，渭南塬前断裂的研究相对较少，前人的主要工作有： 2015年， Rao等^[10]通过探槽和放射性碳测年数据，估算该断裂全新世以来的平均倾滑速率为1.7~2.1 mm/a，并认为过去4000年间发生了4次地表破裂型事件，据此推测大地震的复发周期约1000 a；2020年，Feng等^[7]的工作表明，华县地震在赤水村的同震位移约7~8 m，并且认为上一次大地震大约发生在距今6.0~6.6 ka。

图2 华山山前断裂与渭南塬前断裂的展布Fig.2 Tectonic location of the Huashan piedmont fault and Weinan plateau front fault

近些年随着测量技术的进步，如通过无人机、激 光 雷 达 测 距、高 分 辨 率 卫 星（Pléiades、QuickBird、WorldView等）等获取的亚米级高分辨率地形数据的出现，使人们更方便快捷地对同震地表破裂进精细填图、分析和测量，在地震灾害评估方面得到广泛的应用，如色儿腾山断裂^[26]、华山山前断裂^[1]等。2020年4—5月和2022年2—3月间，我们购买了13幅沿着渭南塬前断裂和华山山前断裂的Pléiades高分辨率光学卫星影像，影像的覆盖范围为109.2°E至110.2°E，长约100 km、宽约5~7 km，覆盖总面积约 570 km²（图 2，白色框）。Pléiades卫星是法国国家航天研究中心研制，由两颗相同的卫星Pleiades-1A和Pleiades-1B组成，分别于2011年12月和2012年12月成功发射，可以提供0.5 m全色分辨率和2 m分辨率的多光谱（红、绿、蓝、近红外四个波段）影像。采用Erdas Imagine软件内置的Leica Photogrammetry影像处理模块，生成了高分辨率数字高程模型（DEM）及正射影像，详细的处理流程与前人的标准流程一致^[1，27]，在此不再赘述。由此获得的DEM影像的分辨率约为0.5 m。

使用上述方法获取DEM数据后，我们利用开源软件QGIS（http：//qgis. osgeo. org）内置的Terrain Profile工具提取和测量了相应的陡坎位错剖面。首先，提取陡坎剖面时尽可能避开植被覆盖大、沟壑起伏较大、风化侵蚀作用强烈或人为改造严重的区域，并且剔除了上、下盘坡度差＞5°的剖面^[26]；接着，在河流阶地或冲洪积扇起伏较小的地方布设测量剖面，剖面的长度通常为100~300 m，垂直于陡坎，确保剖面能完全覆盖上、下盘的原始地形；随后，假设陡坎上最陡峭之处为断层所在^[27]，采用最小二乘线性回归法和远场坡角处的地形线分别拟合上、下盘的地形，将这两条拟合线延伸并投影至断层迹线处，取其垂向上的高差作为陡坎的位错^[1，26]。每个剖面至少重复测量三次，取平均值作为最终的测量结果，取其均方差作为最终的测量误差（表1中垂直位错数据1）。

另外，本文还搜集了马冀^[18]2019年在华山山前断裂和渭南塬前断裂测量到的位移数据，其主要采用的是探槽、野外测量和DEM测量等手段，测量误差按测量结果的10%进行估算（表1中垂直位错数据2）。

此外，我们还结合了Google Earth和Bing Maps的历史影像及野外实地调查，以更好地识别断错地貌，排除人为改造或自然侵蚀等的影响，更好地确保数据的可靠度。

为了检验结果的可靠性，我们在野外选取一些典型地点进行了实地测量，结果见图3所示。以赤水村为例，我们在赤水村西岸的一级河流阶地上测量了2个剖面（表1中编号62、63），DEM影像上测量得到的陡坎高度分别为（6.25±0.48）m和（6.53± 0.38）m（图3a、b），而前人在此测量得到的陡坎高度为6~7 m^[18]和6~8 m ^[7] ，在误差范围内基本一致，这表明我们的结果比较可靠。此外，我们在石堤峪（表1中编号37）和零口（表1中编号74）也分别进行了野外实地测量（图3c、d），与DEM得到的结果基本一致，这进一步表明了利用DEM影像测量的可靠性。

表1 1556年华县地震沿渭南塬前断裂与华山山前断裂的同震垂直位错Table 1 Coseismic vertical dislocation of 1556 Huaxian earthquake along the Weinan plateau front fault and Huashan piedmont fault

（1）最新获取的1556年华县地震75个点位的同震垂直位移分布结果显示，此次地震的平均垂直位移为（6.6±1.6）m，依据破裂参数—震级经验公式推算华县地震的震级约为M_W7.3~7.9，显著低于前人依据烈度-震级推断的M8¼~8½；

（2）尽管华县地震可能是目前记录到的最大陆内正断型地震，但其依然符合“大陆内部正断型地震的震级几乎不超过M_W8”的全球规律。

致谢：牛津大学的Richard Walker教授和偶奇博士，中国地震局地质研究所的李彦宝副研究员和陕西省地震局的徐良鑫高工在项目的实施过程中提供了诸多帮助和有益的讨论，在此一并表示感谢。