從1786年磨西地震看地震地表破裂帶在不同地貌區(qū)的保存

陳桂華 閔 偉 宋方敏 焦德成 許洪泰

1)中國地震局地質研究所，國家地震活動斷層研究中心，北京 100029

2)寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川 750001

3)山東省地震局，濟南 250014

從1786年磨西地震看地震地表破裂帶在不同地貌區(qū)的保存

陳桂華1)閔 偉1)宋方敏1)焦德成2)許洪泰3)

1)中國地震局地質研究所，國家地震活動斷層研究中心，北京 100029

2)寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川 750001

3)山東省地震局，濟南 250014

地震地表破裂是活動斷裂填圖的重要內(nèi)容之一，晚第四紀地貌是保存地震地表破裂等活動斷裂最新變形的基本載體，利用不同地貌全面獲取斷裂的活動信息非常重要。通過對鮮水河斷裂帶東南段進行野外填圖、探槽開挖等調(diào)查，討論了1786年磨西地震地表破裂在青藏高原冰川、冰緣地貌區(qū)和高原邊緣的流水堆積和強剝蝕地貌區(qū)的保存特征。地震裂縫和斷錯等微地貌在高原冰川、冰緣地貌區(qū)記錄保存完整。高原邊緣的流水堆積具有強侵蝕和快速堆積等不穩(wěn)定性，在探槽中可以獲得不完整的地震地表破裂記錄。而強剝蝕區(qū)缺少記錄地震地表破裂的最新堆積地貌，只能依靠與地震動和斷裂破裂具有間接關系的古滑坡等推測地震影響區(qū)和地表破裂范圍。結合鮮水河斷裂帶東南段的幾何結構和構造環(huán)境認為，鮮水河斷裂帶康定—田灣段是1786年地震的發(fā)震構造，該地震破裂長度約80km。

地震地表破裂 剝蝕地貌 堆積地貌 1786年磨西地震

0 引言

在活動構造填圖中，通常需要先建立地質地貌填圖單元，通過填圖單元的變形和變位來反映構造的幾何形態(tài)和運動學特征。地震地表破裂是活動斷裂填圖的重要內(nèi)容之一，我們需要結合地貌填圖單元來識別和填繪地震地表破裂。不同地貌區(qū)受局部氣候和地形條件等的差異影響具有不同的剝蝕和堆積等地貌演化特點，其記錄的地震地表破裂等活動構造變形具有不同的表現(xiàn)形式。在地貌演化過程中，這些地震地表破裂經(jīng)歷不同的剝蝕、掩埋等保存歷史。對于青藏高原周邊等活動地塊邊界地區(qū)，眾多的大型活動構造帶都跨越多個不同的地貌區(qū)(圖1a)，根據(jù)地貌區(qū)特征分析活動構造的區(qū)域表現(xiàn)差異，對于更全面地分析活動構造本身的特征具有重要意義。如青藏高原東緣的鮮水河斷裂帶北西段位于高原弱剝蝕區(qū)，冰川地貌、河流堆積地貌等比較完整地記錄了鮮水河斷裂的活動歷史，而南東段位于高原邊緣的強剝蝕區(qū)(圖1b)，堆積地貌極其有限，使得斷裂活動的記錄極不完整(趙翔，1985;龍德雄等，1986;錢洪等，1988;李天祒等，1992，1997;聞學澤，2000;周榮軍等，2001a，b)，如何利用有限的記錄更全面地研究斷裂顯得非常重要。對于鮮水河斷裂帶東南段發(fā)生的1786年地震，前人已經(jīng)有一些研究，但是對于地表破裂長度和相應的震級估計等結論存在較大分歧(錢洪等，1990;龍德雄等，1990;李天祒等，1992，1997;王新民等，1998a，b;聞學澤等，2001;周榮軍等，2001b)。本文通過地震地表破裂帶填圖、古地震探槽開挖等，調(diào)查了1786年磨西地震地表破裂的分布和表現(xiàn)特征 (圖1c)，進一步討論地震地表破裂在不同地貌區(qū)的保存特點。

圖1 鮮水河斷裂帶東南段幾何結構及同震破裂的野外調(diào)查點Fig.1 Geometry of the southeast segment of the Xianshuihe Fault and the field survey sites.

1 微地貌記錄的同震破裂

我們在詳細填圖及調(diào)查中發(fā)現(xiàn)一系列同震破裂現(xiàn)象。在新榆林東側(101.96384E，29.98139N)，斷層槽谷兩側是3個階梯狀陡坎，每個陡坎高2～3m左右，是3次地震破裂的結果。在斷層槽谷內(nèi)有直徑＞3m的巨石，可能是地震時從斷裂東側山體崩落(圖2)。

在老榆林東側(101.970 15E，29.959 3N)，寬百m的斷層槽谷內(nèi)又發(fā)育多條長條狀斷陷，呈斜列展布，斷陷寬3～4m(圖3)。

在老榆林南東，斷層槽谷在分水嶺附近(101.979 11E，29.940 75N)形成長200m、寬50m的斷陷塘，斷陷塘在地表沒有出水徑流，而是通過斷裂破碎帶內(nèi)的漏水口流出 (圖4)。在斷陷塘西側可以看到比現(xiàn)今排水的一排漏水口高出近2m的廢棄漏水口。這種漏水口的廢棄可能是上一次地震同震抬升造成。

在吊海子附近(101.98476E，29.92655N)，斷裂從斜坡切過，形成斷層寬近5m的地震溝槽，溝槽由一系列斜列的地震裂縫組成，裂縫寬3m左右、深近2m。在開挖的采石場，可以看到同震引起的斷裂東盤破碎帶滑塌(圖5)。

在雅家埂一帶(102.00681E，29.88716N)，主要是冰緣地貌和冰川地貌，斷裂從石河和石海中通過，形成反向陡坎和斷層槽谷，反向坎呈階梯狀，槽谷內(nèi)殘留地震裂縫(圖6)。

圖2 新榆林東側斷層槽谷Fig.2 Fault trough to the east of Xinyulin.

圖3 老榆林東側斷層槽谷及同震破裂遺跡Fig.3 Fault trough and co-seismic rupture to the east of Laoyulin.

在南門關溝口的河漫灘(102.06880E，29.72595N)(圖7)，沖溝位移3～4m，可能是最近一次地震(即磨西地震)同震錯動的產(chǎn)物，但2006年的一次大洪水把整個河漫灘沖蝕殆盡，新的泥石流取代了原有堆積。在磨西以南的斷裂段，我們沒有發(fā)現(xiàn)最新一次地震形成的斷錯微地貌。

圖4 老榆林南東斷陷塘及兩期漏水口(鏡向SE)Fig.4 The sag pond and two generation of water outlets to the southeast of Laoyulin(view to SE).

圖5 吊海子附近斷層槽谷斷陷與破碎帶的同震滑塌Fig.5 Fault troughs and landslides on the crush zone near Diaohaizi.

2 探槽揭示的同震破裂

我們在躍進坪和二臺子等開挖的探槽中，都記錄到1786年地震產(chǎn)生的破裂。

2.1 躍進坪探槽

我們在躍進坪開挖1個探槽，位置見圖1c。如圖8所示，開挖地點是一個已經(jīng)干涸了的斷塞塘，被當?shù)匾妥宕迕耖_墾為耕地，斷塞塘兩側為陡坎，跨過斷塞塘兩側陡坎開挖1個長63m、寬3m、深1.5～3m 的探槽。

圖6 雅家埂一帶冰緣地貌中的斷層槽谷、斷坎和地震裂縫Fig.6 Fault trough，fault scarp and fissures in the periglacial landform near Yajiageng.

圖7 南門關河漫灘沖溝同震位錯(鏡向W)Fig.7 Co-seismic stream channel offset on the floodplain near Nanmenguan(view to W).

探槽西段上部為近3m的坡積物，下部為沖洪積礫石夾粗砂層，未發(fā)現(xiàn)斷層和變形;東段南北壁都在距地表近1m的部位發(fā)現(xiàn)斷層。剖面如圖8所示，北壁剖面揭露1條主斷層，其上部分呈幾個分支。揭露的主要地層有:①灰色黏質砂土，含細礫、炭屑、植物根系;②黃綠色中粗砂，含細礫，偶含炭屑;③灰黑色黏質砂土，含炭屑、木屑和少量礫石;④灰色中粗砂，含礫石、炭屑;⑤灰白、褐黃色黏質砂土，含中粗礫、塊石，為冰水堆積;⑥黑灰、棕黃雜色含礫石砂土。

根據(jù)地層變形關系分析有3次古地震事件:

古地震事件Ⅰ 主斷裂錯斷層⑤，形成楔體雜亂堆積⑥，此后層④和③依次沉積，事件發(fā)生時間在層④沉積之前，即早于Cal 940～780a BP。從充填楔的規(guī)模看，該事件震級較大。

古地震事件Ⅱ 斷裂在楔體中重新發(fā)育，沿F1斷錯了層④和③，此后沉積層②，該次事件早于層②沉積年齡，晚于層③的沉積年齡，即介于Cal 530～460a BP和Cal 470～280a BP之間。斷裂東盤缺失層④，地震事件造成東盤相對抬升，抬升量可達到30～40cm。這種相對抬升可能是斷裂兩盤相對傾滑的結果，也可能是坡向與斷裂走向斜交的斜坡沿斷裂走滑錯動的結果，但都顯示地震規(guī)模較大。

圖8 躍進坪探槽Fig.8 Trench near Yuejinping.

古地震事件Ⅲ 沿F1錯動層②，之后堆積層①，事件發(fā)生于層②之后，即Cal 470～280a BP之后，應該是1786年的地震。

充填楔⑥的東側形成的透鏡狀堆積，可能是事件Ⅱ或事件Ⅲ斷裂沿F3走滑錯動產(chǎn)生的透鏡體。

2.2 二臺子探槽

二臺子探槽所在地整體為一個斷塞區(qū)，由于閘門脊的阻擋堆積兩期沖洪積物，有一條沿斷裂發(fā)育的地裂縫，經(jīng)流水沖刷形成比較淺的沖溝，2個探槽開挖在低一級的臺面上，垂直該沖溝。北側探槽(ETC2)長13m，寬3m，深1.5～2m(圖9)。

如圖10所示的北側探槽(ETC2)南壁剖面，揭露出3條斷層F1、F2和F3，揭露的主要地層有:①灰黑色表層腐殖土;②灰色中粗砂含細礫;③棕黃色砂土含碎石，層理不清;④棕紅、黃棕色砂土，含碎石、塊石;⑤灰黃色黏質砂土，含細礫;⑥灰色黏質砂土含細礫;⑦灰黑色砂土夾碎石;⑧黑灰色砂礫石層，含塊石;⑨灰、黃灰色砂礫石堆積;⑩灰、深灰色砂礫石堆積。

圖9 磨西二臺子探槽位置及地形Fig.9 Trench site and its surrounding topography near Ertaizi.

圖10 二臺子北側探槽南壁剖面Fig.10 South wall of trench ETC2 near Ertaizi.

圖11 二臺子北側探槽北壁剖面Fig.11 North wall of trench ETC2 near Ertaizi.

根據(jù)斷裂與地層的切割關系，分析認為該剖面揭露了2次古地震事件，從早到晚為:

古地震事件Ⅰ 沿F1、F2和F3活動，錯斷了層⑥、⑧，層⑨為沿斷層形成的裂縫被流水沖刷成沖溝后堆積而成，后層⑤覆蓋其上，此次事件發(fā)生時代早于層⑤和層⑨，更接近層⑨(Cal 510～310a BP)，該事件發(fā)生在Cal 510～310a BP以前。

古地震事件Ⅱ 沿F1活動，錯斷了層⑤，并在地表形成裂縫，后被流水沖刷成為沖溝，隨著流水流量的減少，逐漸堆積成錐形的層⑩，后沉積層⑦，事件活動時間在層⑩堆積之前，被斷錯的層⑤年齡為Cal 330～140a BP，而層⑩為現(xiàn)代堆積，故該次事件發(fā)生在Cal 330～140a BP之后，應該是1786年地震。

而如圖11所示的北側探槽(ETC2)北壁剖面，揭露了3條斷層F1、F2和F3，揭露的主要地層有:①表層腐殖土;②灰黃色砂礫石，礫徑2～5cm;③黑灰色砂礫、砂土層;④黑灰色砂礫石，略具層理，礫石為棱角、次棱角狀，分選差，礫徑大者10～30cm;⑤黃綠色砂礫石層;⑥灰黃色砂土層，含礫石;⑦土黃色砂土層，含礫石;⑧深灰色砂礫石層;⑨褐紅色砂土層，含礫石;⑩灰黑色砂礫石層;?深灰色砂礫石層;?灰黑色砂土層，含礫石;?淺灰色粗砂夾礫石層;?現(xiàn)代沖溝堆積;?流水相中粗砂夾礫石堆積。

根據(jù)斷裂與錯斷地層的關系分析，剖面同樣揭露了2次古地震事件:

古地震事件Ⅰ 沿斷層F1、F2和F3活動，F(xiàn)3錯斷層⑦，形成一小地塹，后經(jīng)流水沖刷形成溝槽，沉積層?，之后沉積層③;F2錯斷層?，該事件活動時間早于層?(層?與另一壁層⑨對應)，晚于層?的沉積年齡。

古地震事件Ⅱ 沿F1錯斷層③直達地表，在地表形成裂縫，流水沖刷成現(xiàn)代堆積溝槽?，該事件可能是1786年的地震。

躍進坪和二臺子探槽分析都顯示，鮮水河斷裂帶東南段的最新一次地震事件是1786年的地震。而倒數(shù)第2次地表破壞性強的地震事件發(fā)生的時間較難以約束，主要由于斷裂處于強剝蝕區(qū)，沿斷裂的局部第四系堆積非常不連續(xù)，可能導致該事件記錄的不完整。

3 同震滑坡現(xiàn)象

從汶川地震看，強地震在地形深切區(qū)引發(fā)有規(guī)律分布的滑坡是一種重要的現(xiàn)象(Dai et al.，2011;Gorum et al.，2011)，滑坡的空間分布與地震斷裂的空間展布和幾何結構特征具有很強的相關性。我們在鮮水河斷裂帶的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沿鮮水河斷裂東南段強烈地形深切區(qū)發(fā)育多個大型古滑坡(圖12a)。

圖12 鮮水河斷裂帶東南段的幾個典型滑坡Fig.12 Typical landslides along the southeast segment of Xianshuihe Fault.

田灣至灣東之間，斷裂的東側是陡峻的大渡河河谷。在猛虎崗附近，緊鄰斷裂的大渡河河谷西坡發(fā)育巨大的古滑坡(圖12b)。斷裂破碎帶本身也形成大量崩塌和滑坡 (圖13a)。古滑坡與斷裂之間的山頂形成平行河谷的裂縫和槽谷(圖12b、圖13b)。

圖13 幾處典型滑坡照片F(xiàn)ig.13 Field photos of some typical landslides.

Dai等(2005)研究認為，1786年地震引發(fā)了得妥至冷磧之間的大滑坡和大渡河的堰塞壩(圖12c、圖13c)。事實上，該滑坡的構造部位和動力條件可能和北川-映秀斷裂在2008年汶川地震中的很多滑坡相似(袁仁茂等，2010;Dai et al.，2011)。滑坡位于左旋走滑運動為主的鮮水河斷裂NE盤，同震的快速錯動使坡向向東的大渡河陡坡發(fā)生失穩(wěn)滑塌。

在康定南，榆林河東側陡山坡中同樣可以看到比較小型的滑坡體 (圖12d、圖13d)、坡向向南的冰磧壟滑坡，滑坡體堆積在附近的溝谷。

雖然，我們沒有獲得上述滑坡最新滑動的直接年代學數(shù)據(jù)，但是從地貌形態(tài)上看，這些滑坡應該屬于近數(shù)百年形成的。結合該區(qū)域的強震記錄看，上述滑坡可能都是1786年地震的間接產(chǎn)物。

4 討論與結論

4.1 不同地貌區(qū)同震地表破裂保存特征

豬腰子海子以北廣泛發(fā)育冰川堆積和河流堆積，在康定至吊海子一段，榆林河的東坡是一系列的冰磧壟和冰水堆積臺地，雅家埂至豬腰子海子之間也是冰水扇等冰川和冰緣地貌(劉淑珍等;1983)。斷裂發(fā)育在榆林河東坡，這些冰川和冰水堆積地貌記錄了地震地表破裂，形成裂縫、陡坎等。豬腰子海子以北的冰川、冰緣地貌區(qū)較好地保留了1786年地震地表破裂的原始微地貌形態(tài)。

躍進坪至二臺子之間是以磨西臺地為主體的冰水堆積地貌區(qū)，貢嘎山冰川在末次冰期、新冰期和小冰期的進退在磨西河、海螺溝、燕子溝等形成相應的冰水階地、洪積扇和泥石流(鄭本興等，1994a，b)。這些洪積扇和泥石流堆積具有快速堆積、易于改造的特點，并不能穩(wěn)定保留地震地表破裂等斷裂變形。在該區(qū)段，基本沒有同震斷錯微地貌存留，南門關附近的同震斷錯沖溝在2006年泥石流中被沖蝕。但是，這種不穩(wěn)定的堆積可以為地表破裂提供一定的充填物，使我們能在探槽等揭露的堆積物記錄中發(fā)現(xiàn)地震同震變形和震后快速堆積，但是目前保存的變形和堆積物具有不完整性，在空間分布上具有不連續(xù)性。從二臺子探槽和躍進坪探槽可以看到，探槽揭露的堆積物都是非?？焖俚亩逊e，堆積層之間可能存在剝蝕和堆積間斷。但是，就1786年地震地表破裂而言，這些僅存的快速堆積地貌都有一定的記錄。

而大渡河附近的堆積物缺失區(qū)段，滑坡可能是地震活動的惟一地貌響應。但是，該區(qū)古滑坡活動的年代學數(shù)據(jù)不足。另外，滑坡與地震的關聯(lián)性不是非常緊密，滑坡與發(fā)震斷裂或者地震地表破裂的空間關系沒有非常成熟的模型。使得滑坡地貌只能作為強震和地震地表破裂的間接標志。

可見，在這些不同的地貌區(qū)，不同地貌載體都記錄了1786年的地震，綜合起來可以估計1786年地震的地表破裂范圍。

4.2 鮮水河斷裂帶東南段幾何結構對1786年地震的控制

已有研究表明，鮮水河斷裂帶在不同段落具有不同的幾何結構和構造組合特征，分別處于不同的構造環(huán)境(聞學澤，2000;陳桂華等，2008)。田灣以南，鮮水河斷裂與安寧河斷裂北段、大涼山斷裂北段重接(圖1)。大渡河斷裂在田灣附近與鮮水河斷裂交會。目前已有證據(jù)表明，鮮水河斷裂帶田灣以南段相對其他段落活動性明顯要低(陳桂華等，2008)，我們在田灣以南的安順場、新民鄉(xiāng)等具有晚第四系堆積物的區(qū)域調(diào)查，沒有發(fā)現(xiàn)顯著的斷裂地表斷錯現(xiàn)象。田灣至康定，鮮水河斷裂位于貢嘎山隆起區(qū)的東部邊緣，在構造環(huán)境上具有統(tǒng)一性。前述破裂分布也表明，雅家埂附近并不是一個可以有效阻止像1786年地震一樣強震破裂的階區(qū)。而康定以北，鮮水河斷裂帶分為折多塘斷裂、康定-色拉哈斷裂和雅拉河斷裂，不受貢嘎山隆起區(qū)的直接影響。1955年折多塘地震和1725年康定地震分別是前2個斷裂活動的產(chǎn)物，這也說明了各段的獨立發(fā)震習性和能力。

結合上述調(diào)查資料和構造環(huán)境分析，我們認為1786年地震地表破裂帶可能分布于鮮水河斷裂帶東南段康定至田灣，總長度約80km，發(fā)震構造是鮮水河斷裂康定—田灣段。

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PRESERVATION OF CO-SEISMIC SURFACE RUPTURE IN DIFFERENT GEOMORPHOLOGICAL SETTINGS FROM THE STUDY OF THE 1786 MOXI EARTHQUAKE

CHEN Gui-hua1)MIN Wei1)SONG Fang-min1)JIAO De-cheng2)XU Hong-tai3)
1)National Centre of Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2)Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region，Yinchuan 750001，China
3)Earthquake Administration of Shandong Province，Jinan 250014，China

The co-seismic rupture is one of the important contents in active tectonic mapping.As the late Quaternary landform is a basic recording medium for the recent deformation of active fault，such as the co-seismic rupture，it is quite useful to acquire the activity information of the active fault from various landforms.We implemented a field work along the southeastern segment of the Xianshuihe Fault，mapped the rupture and excavated some trenches.The preservation characteristics of the surface rupture of the 1786 Moxi earthquake were discussed for the glacial area of the Tibetan plateau，the fluvial and flooding area and seriously eroded area at the margin of the Tibetan plateau，respectively.The cracks and offsets were preserved continuously in the glacial landforms such as the moraines and glacial outwashes along Kangding to Yajiageng segment.As the landforms in the fluvial and flooding area were unstable under strong erosion and rapid deposition，the surface rupture can be discovered in the trenches excavated in Yuejinping village and Ertaizi village with gaps for some previous earthquakes.There was no deposition from the erosion landform to record the surface rupture.We can only infer the earthquake effected area and the ruptured fault from the indirect relationship between landslides and the earthquake strong motion or the fault rupturing.Based on the integrated analysis with the geometry and tectonic setting of the southeastern segment of the Xianshuihe Fault，the Kangding-Tianwan segment of the Xianshuihe Fault was taken as the seismogenic fault of the 1786 Moxi earthquake，and the total length of the rupture is about 80 kilometers.

co-seismic rupture，erosional landform，depositional landform，the 1786 Moxi earthquake

P312.5

A

0253-4967(2011)04-0804-14

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.04.006

2011-11-08收稿，2011-11-28改回。

地震行業(yè)科研專項(200708029)和國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目(2004CB418401)共同資助。

陳桂華，男，1977年出生，1999年畢業(yè)于中國地質大學(武漢)地球科學學院地球科學基地班，2006年在中國地震局地質研究所獲得博士學位，副研究員，現(xiàn)主要從事活動構造、地震地質、構造地貌研究，電話:010-62009170，E-mail:gh_chen@163.com。