2013年甘肅岷縣漳縣6.6級(jí)地震震害分布特征及發(fā)震構(gòu)造分析

鄭文俊 閔 偉 何文貴 任治坤劉興旺 王愛(ài)國(guó) 許 沖 李 峰

1)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

3)中國(guó)地震局蘭州地震研究所，蘭州 730000

4)中國(guó)地震災(zāi)害防御中心，北京 100029

0 引言

2013年7月22日發(fā)生在甘肅岷縣漳縣間的MS6.6地震，震中位于34.5°N，104.2°E(中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心網(wǎng)站(CENC)，http:∥www.csndmc.ac.cn)，震源深度約20km，是繼2003年11月13日岷縣5.2級(jí)地震(鄭文俊等，2005)和2004年9月7日岷縣卓尼間5.0級(jí)地震(何文貴等，2006)后，該地區(qū)發(fā)生的又一次強(qiáng)度較大的地震，這次地震共造成95人遇難，1 366人受傷，70余萬(wàn)人受災(zāi)，并造成了很大財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)中國(guó)地震局公布的烈度等值線(xiàn)(http:∥www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/20130724133721239856586/index.html)，這次地震的極震區(qū)烈度達(dá)到Ⅷ度，等震線(xiàn)長(zhǎng)軸呈NWW向，長(zhǎng)約40km，寬約21km，其方向與臨潭－宕昌斷裂帶東段走向基本一致。

地震發(fā)生后，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所成立應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)工作隊(duì)，對(duì)岷縣漳縣MS6.6地震的相關(guān)地震構(gòu)造和震害特征進(jìn)行考察。一個(gè)中強(qiáng)地震的發(fā)生往往與該地區(qū)的構(gòu)造特征密切相關(guān)，因此地震現(xiàn)場(chǎng)的一些宏觀表現(xiàn)，為地震發(fā)震構(gòu)造以及動(dòng)力學(xué)特征的綜合研究提供了可靠的、直接的證據(jù)(Darka，1996)。岷縣漳縣MS6.6地震發(fā)生在著名的南北地震帶的中北段，該地區(qū)構(gòu)造特征復(fù)雜多樣(張國(guó)偉等，1995，1996，2001;袁道陽(yáng)，2003;袁道陽(yáng)等，2007)，與地震緊密相關(guān)的臨潭－宕昌斷裂帶更是由多條平行和斜接的次級(jí)斷層組成，局部寬度可達(dá)數(shù)km到十余km(袁道陽(yáng)，2003;袁道陽(yáng)等，2004;鄭文俊等，2005，2013)。由于這次地震震級(jí)相對(duì)較小，沒(méi)有形成地震地表破裂帶，因此，地震造成的直接宏觀地震震害及分布特征就成了判斷其發(fā)震構(gòu)造最好的依據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察，結(jié)合以往在該地區(qū)的研究工作，本文通過(guò)區(qū)域構(gòu)造背景、震害分布特征等的總結(jié)和分析，對(duì)岷縣漳縣MS6.6地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行分析，提出發(fā)震構(gòu)造模式，探討該地區(qū)中強(qiáng)地震發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

1 區(qū)域地震構(gòu)造背景

印度板塊與歐亞板塊的碰撞及其后的印度板塊向北楔入作用所引起的擠壓應(yīng)力是造成高原東北部隆升的原因(Dewey et al.，1973;Molnar et al.，1975;Tapponnier et al.，1982，2001;Métivier et al.，1998;Molnar et al.，2009)，位于青藏高原東北部的甘東南地區(qū)，在大地構(gòu)造位置上，該地區(qū)是中國(guó)構(gòu)造分區(qū)中南北與東西構(gòu)造分區(qū)的交會(huì)位置(張國(guó)偉等，1995，1996;姜春發(fā)等，2000;袁道陽(yáng)等，2004;李傳友，2005)。該地區(qū)2條主要的邊界控制性斷裂——東昆侖斷裂(F1)和西秦嶺北緣斷裂(F2)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是該地區(qū)構(gòu)造變形的主要控制因素。另外，青藏高原的向NE擠壓作用造就了甘東南地區(qū)從東昆侖斷裂向西秦嶺北緣斷裂逐漸轉(zhuǎn)換過(guò)渡的復(fù)雜構(gòu)造系統(tǒng)(圖1)，迭部－白龍江斷裂帶(F3)、光蓋山－迭山斷裂帶(F4)、臨潭－宕昌斷裂帶(F5)、文縣－康縣－略陽(yáng)斷裂(F6)、康縣－略陽(yáng)斷裂帶(F7)、成縣盆地南緣斷裂(F8)、兩當(dāng)－江洛斷裂(F9)、禮縣－羅家堡斷裂(F10)等多條規(guī)模較大的斷裂共同組成了該地區(qū)復(fù)雜的“V”字型構(gòu)造體系(袁道陽(yáng)，2003;袁道陽(yáng)等，2004;鄭文俊等，2005，2007a，b;俞晶星等，2012)，是該地區(qū)新構(gòu)造變形強(qiáng)烈、地震活動(dòng)頻繁的重要因素。而位于東昆侖斷裂與西秦嶺北緣斷裂之間的這些弧形的逆沖為主、兼具左旋走滑特征的斷裂，共同轉(zhuǎn)換和吸收了兩大邊界斷裂之間滑動(dòng)速率的不一致部分(袁道陽(yáng)等，2004;鄭文俊等，2013)，臨潭－宕昌斷裂作為其中一條主要的斷裂也在這一過(guò)程中起到了重要作用。

在地震活動(dòng)性方面，甘東南地區(qū)歷史上曾發(fā)生1654年天水南和1879年武都南2次8級(jí)大地震(顧功敘，1983;國(guó)家地震局蘭州地震研究所，1989;韓竹軍等，2001;侯康明等，2005;袁道陽(yáng)等，2007)，同時(shí)也有公元前186年甘肅武都7級(jí)地震、143年甘谷西7級(jí)地震、734年天水7級(jí)地震、842年碌曲6～7級(jí)地震等數(shù)次歷史大震發(fā)生(顧功敘，1983;國(guó)家地震局蘭州地震研究所，1989)，近年來(lái)也曾發(fā)生多次破壞性地震(鄭文俊等，2005;何文貴等，2006)，這說(shuō)明現(xiàn)今甘東南地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)顯著。而與這次地震發(fā)生緊密相關(guān)的臨潭－宕昌斷裂帶，其組成和幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多條平行和斜接的次級(jí)斷層所組成，根據(jù)其活動(dòng)性和幾何結(jié)構(gòu)的差異可分為明顯的3段(圖2)，其中段和東段北側(cè)分支存在第四紀(jì)晚期新活動(dòng)跡象(鄭文俊等，2005，2013)。另外臨潭－宕昌斷裂帶與該地區(qū)的地震關(guān)系密切，1573年岷縣級(jí)地震(鄭文俊等，2007a)、1837年岷縣北6級(jí)地震(鄭文俊等，2007b)以及842年碌曲6～7級(jí)地震(顧功敘，1983;國(guó)家地震局蘭州地震研究所，1989)均發(fā)生在該斷裂帶的周邊。同時(shí)該斷裂帶上現(xiàn)代中強(qiáng)地震也頻繁發(fā)生，2003年11月13日岷縣5.2級(jí)地震(鄭文俊等，2005)和2004年9月7日岷縣卓尼5.0級(jí)地震(何文貴等，2006)的破壞范圍完全受臨潭－宕昌斷裂東段的走向所控制，且這些地震與現(xiàn)代地震的重破壞區(qū)正好位于該斷裂主支與北側(cè)次級(jí)斷裂分支之間的斷層帶內(nèi)(鄭文俊等，2013)，2013年7月22日的岷縣漳縣6.6級(jí)地震也完全位于這個(gè)范圍之內(nèi)(圖2)，地震的發(fā)生與臨潭－宕昌斷裂東段復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和斷裂新活動(dòng)緊密相關(guān)。

圖1 甘東南地區(qū)構(gòu)造與變形Fig.1 Active tectonics and deformation of southeastern Gansu Province.

2 甘肅岷縣漳縣M S 6.6地地震震害特征

圖2 臨潭－宕昌斷裂幾何結(jié)構(gòu)及其與地震的關(guān)系Fig.2 Geometric distribution of Lintan-Tanchang Fault and its relation to earthquakes.

本次地震發(fā)生在甘肅省東南部地區(qū)的岷縣—漳縣交界部位，洮河中上游地區(qū)中高山區(qū)，重災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)條件比較落后，極震區(qū)主要房屋以民用住宅為主，工礦企業(yè)相對(duì)較少。根據(jù)震后調(diào)查，極震區(qū)嚴(yán)重震害點(diǎn)的分布基本上沿茶固灘、馬家溝、文斗、車(chē)路、永光、永星、拉路、朱麻灘一線(xiàn)分布(圖3a)，呈一個(gè)NWW向的線(xiàn)性條帶分布，主要震害是黃土滑坡、崩塌(許沖等，2013)，地基條件和房屋結(jié)構(gòu)較差引起的房屋破壞等。

黃土滑坡及崩塌是這次地震最嚴(yán)重的地震地質(zhì)災(zāi)害。由于該地區(qū)特殊的地形地貌條件，造成了極震區(qū)范圍內(nèi)的破壞存在明顯的放大作用，其主要的震害包括:陡坡地形引起黃土滑坡，人類(lèi)改造引起的黃土地區(qū)邊坡的崩塌，黃土沉陷及地震震動(dòng)引起的裂陷、干泥石流(沒(méi)有或很少有水的作用，主要是地震瞬間震動(dòng)引起黃土順溝體向坡下滑動(dòng))等(圖3b～i)。另外，該地區(qū)特殊的地質(zhì)條件也是造成災(zāi)害嚴(yán)重的重要因素。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域上部為十余m或更厚的黃土，下部為新近紀(jì)地層，兩套地層的分界線(xiàn)是巖性差異帶，也是易滑帶，因此地震震害可能存在放大作用(鄭文俊等，2013)，同時(shí)黃土地基也是造成震害的誘因。

地基條件和房屋結(jié)構(gòu)較差引起的房屋破壞是這次地震的另一個(gè)重要震害。這次地震極震區(qū)的幾個(gè)村莊(車(chē)路、永光、永星、拉路等)(圖4)，建筑在陡峭的地形條件邊坡相對(duì)平坦地區(qū)，高角度的基巖斜坡上多為松散的黃土堆積，坡體本身與基巖自由面之間存在明顯的不穩(wěn)定界面，當(dāng)瞬間受到外力作用(地震震動(dòng))時(shí)，上部的松散土體很容易順坡向下滑動(dòng)，或是局部的人為改造形成陡峭邊坡，造成其上建筑物的地基松動(dòng)、崩塌、房屋移位和變形等(圖5)，另外房屋的年久失修和抗震性能較差也是造成破壞的一個(gè)重要因素。

地震災(zāi)害的線(xiàn)性分布，對(duì)研究和討論發(fā)震構(gòu)造可能存在一定的啟示，圖3中標(biāo)出的極震區(qū)不同規(guī)模的斷裂中，有一條次級(jí)斷裂，其N(xiāo)W方向的延伸正好與極震區(qū)嚴(yán)重震害分布的條帶一致，而嚴(yán)重破壞區(qū)的范圍又完全受限于多條次級(jí)斷層組成的臨潭－宕昌斷裂帶內(nèi)，說(shuō)明斷裂帶東段復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)可能控制了本次地震的發(fā)生。而沿著位于極震區(qū)南側(cè)8～10km的臨潭－宕昌斷裂的主支斷裂，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)較為嚴(yán)重的震害，沿線(xiàn)滑坡、崩塌也僅為較小規(guī)模。

3 發(fā)震構(gòu)造的分析與討論

圖3 岷縣漳縣地震極震區(qū)主要震害Fig.3 Related disaster in the severely damaged area of the Minxian-Zhangxian earthquake.

前已述及，這次地震發(fā)生在青藏高原東北緣的甘肅省東南部地區(qū)，是南北地震帶與昆侖－秦嶺斷裂帶等深大活動(dòng)斷裂的構(gòu)造交會(huì)部位，也是NWW向東昆侖斷裂帶與西秦嶺北緣斷裂帶之間的構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)(圖1)，這次地震就發(fā)生構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)臨潭－宕昌斷裂帶附近。該地震為一次中等強(qiáng)度地震，沒(méi)有形成地表破裂帶。多個(gè)單位給出的震機(jī)制解均顯示震源過(guò)程以逆沖為主，兼具左旋走滑性質(zhì)，這與地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果是基本一致的(鄭文俊等，2013)。而震后從宏觀調(diào)查圈定的等震線(xiàn)圖來(lái)看，Ⅵ—Ⅷ度區(qū)的長(zhǎng)軸方向?yàn)橐粋€(gè)NWW向橢圓(http:∥www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/20130724133721239856586/index.html)，與臨潭－宕昌斷裂帶東段走向基本一致，特別是Ⅶ－Ⅷ度區(qū)基本完全分布在臨潭－宕昌斷裂帶內(nèi)部(圖2)。因此，有必要從區(qū)域構(gòu)造條件方面對(duì)本這地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行分析和探討。

圖4 岷縣漳縣地震極震區(qū)幾個(gè)主要村莊破壞及地貌特征Fig.4 Geomorphology and related disaster of villages in the severely damaged area of the Minxian-Zhangxian earthquake.

圖5 岷縣漳縣地震極震區(qū)震害特征示意圖Fig.5 Sketch showing the related disaster in the severely damaged area of the Minxian-Zhangxian earthquake.

東昆侖斷裂帶和西秦嶺北緣斷裂帶是甘東南地區(qū)2條主要的邊界斷裂，通過(guò)對(duì)該地區(qū)不同斷裂上的滑動(dòng)速率的定量研究，鄭文俊等(2013)認(rèn)為甘東南地區(qū)的這些近于平行的斷裂及其與這些斷裂組成“V”字型的斷裂系統(tǒng)，通過(guò)各條斷裂相對(duì)較低的滑動(dòng)速率(包括了走滑和逆沖)，以及斷裂之間隆起山脈及不同時(shí)代盆地的變形，共同承擔(dān)了自東昆侖斷裂向西秦嶺北緣斷裂過(guò)渡過(guò)程中運(yùn)動(dòng)分量的吸收和轉(zhuǎn)換，這與袁道陽(yáng)等(袁道陽(yáng)，2003;袁道陽(yáng)等;2004;2007)認(rèn)為東昆侖斷裂與西秦嶺北緣斷裂走滑速率的不一致，主要是被包括臨潭－宕昌斷裂、光蓋山－迭山斷裂帶、迭部－白龍江斷裂帶等一系列斷裂的走滑變形所吸收的結(jié)論是一致的。而GPS觀測(cè)結(jié)果也反映了整體向NE擴(kuò)展的同時(shí)局部旋轉(zhuǎn)變形(Zhang et al.，2004;Gan et al.，2007)。從主要斷裂的幾何結(jié)構(gòu)分析，這個(gè)轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)青藏高原向NE方向的擴(kuò)展和局部次級(jí)塊體的側(cè)向滑動(dòng)調(diào)整所完成的(圖6a)，而運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程造成了過(guò)渡斷層上的局部應(yīng)力集中促使地震發(fā)生，特別是臨潭－宕昌斷裂是東昆侖斷裂系統(tǒng)和西秦嶺斷裂系統(tǒng)之間一個(gè)重要的轉(zhuǎn)換紐帶，其可能受來(lái)自西秦嶺北緣斷裂本身及青藏高原向NE推擠過(guò)程的影響，因此更容易發(fā)生地震。

圖6 甘東南地區(qū)構(gòu)造變形模式Fig.6 Tectonic deformation model of the southeastern Gansu Province.

對(duì)于該地區(qū)深淺構(gòu)造關(guān)系，從地表構(gòu)造行跡的調(diào)查(袁道陽(yáng)，2003;袁道陽(yáng)等，2004，2007;鄭文俊等，2007a，b;俞晶星等，2012)和新生構(gòu)造變形特征研究(Tapponnier et al.，2001;袁道陽(yáng)，2003;李傳友，2005;王志才等，2006;Duvall et al.，2010，2011;Wang et al.，2012)，結(jié)合深部地球物理探測(cè)及反演結(jié)果(李松林等，2002;趙金仁等，2005;賴(lài)曉玲等，2009)，認(rèn)為青藏高原向NE方向的擠壓使區(qū)域上以?xún)纱笾饕獢嗔褬?gòu)造為主的甘東南地區(qū)發(fā)生了復(fù)雜的構(gòu)造變形，南部與東昆侖斷裂相鄰的迭部－白龍江及光蓋山－迭山斷裂帶構(gòu)造變形主要受控于東昆侖斷裂帶向NE方向的擴(kuò)展，而北部的臨潭－宕昌斷裂帶的先期形成主要是受控于西秦嶺北緣斷裂，而后期的構(gòu)造變形不僅與西秦嶺北緣斷裂向兩側(cè)的擴(kuò)展有關(guān)，也受到了來(lái)自東昆侖斷裂向NE的擠壓影響。臨潭－宕昌斷裂帶上中強(qiáng)地震的活動(dòng)主要是由不同方向運(yùn)動(dòng)擠壓和構(gòu)造變形影響引起的斷裂帶附近的應(yīng)力集中所致(圖6b)。另外，臨潭－宕昌斷裂帶是由規(guī)模相對(duì)較小的次級(jí)斷層組成的，其幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這可能是該斷裂上中強(qiáng)地震頻繁發(fā)生的主要原因。

4 結(jié)論

2013年7月22日甘肅省岷縣漳縣MS6.6地震發(fā)生在甘東南地區(qū)南北地震帶中北段，受東昆侖和西秦嶺北緣2條主要的邊界斷裂控制下的甘東南地區(qū)構(gòu)造幾何特征復(fù)雜多樣，東昆侖斷裂帶與西秦嶺北緣斷裂帶的構(gòu)造轉(zhuǎn)換過(guò)渡帶內(nèi)部的構(gòu)造變形是本次地震發(fā)生的主要?jiǎng)恿W(xué)因素。

臨潭－宕昌斷裂帶作為該構(gòu)造區(qū)內(nèi)一條起主要作用的斷層，其運(yùn)動(dòng)特征和斷裂帶內(nèi)的構(gòu)造變形主要受2個(gè)方面的影響:一是西秦嶺北緣斷裂帶本身向南側(cè)的擴(kuò)展，另一個(gè)是青藏高原向NE擴(kuò)展過(guò)程中來(lái)自東昆侖斷裂帶的NE向擠壓。而地震的發(fā)生也主要是這2個(gè)方面共同作用的結(jié)果。

作為發(fā)震構(gòu)造的臨潭－宕昌斷裂帶幾何結(jié)構(gòu)和斷裂組成較為復(fù)雜，特別是與這次地震發(fā)生緊密相關(guān)的東段，是由多條次級(jí)斷層所組成，這些次級(jí)斷層共同作用導(dǎo)致這次地震發(fā)生，因此地震造成的極震區(qū)震害分布范圍與斷裂帶的寬度完全一致。

另外，極震區(qū)為一近橢圓區(qū)，區(qū)內(nèi)震害嚴(yán)重的原因除斷裂帶本來(lái)的作用外，陡峭的地形地貌條件、黃土地基及房屋結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，也是震害加重的另一個(gè)主要因素。因此，這次地震的震害特征也為今后的農(nóng)村民用房屋的建設(shè)要求、抗震性能的提高以及在農(nóng)村普及防震知識(shí)提供了很好的素材。

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