拉脊山斷裂古地震與喇家遺址災變事件關系研究*

李智敏，李延京，田勤儉，夏玉勝，張加慶，姚生海，黃 偉

(1.青海省地震局，青海西寧810001;2.青海省海東地區(qū)地震局樂都地震臺，青海海東814000;3.中國地震局地震預測研究所，北京100036)

0 引言

青藏高原東北緣地區(qū)是由北東東向左旋走滑的阿爾金斷裂帶、北北西向的祁連山—海原斷裂帶和近東西向左旋走滑的東昆侖斷裂帶三條巨型左旋走滑斷裂所圍限的一個相對獨立的活動地殼塊體，稱為柴達木—祁連活動地塊 (李智敏等，2013)，與其南鄰的是由東昆侖斷裂帶、龍門山斷裂帶和甘孜—玉樹斷裂帶所圍限的巴顏喀拉塊體 (圖1)。由于高原整體不斷隆升和向北東側(cè)向擠壓，在柴達木—祁連活動地塊內(nèi)部形成了一些性質(zhì)不同、規(guī)模不等的晚第四紀活動斷裂帶 (袁道陽等，2004a)，如大柴旦—宗務隆山斷裂帶、柴北緣斷裂帶、鄂拉山斷裂帶、日月山斷裂帶和拉脊山斷裂帶等。對柴北緣斷裂帶、鄂拉山斷裂帶 (袁道陽等，2004b)、拉脊山斷裂帶 (張波等，2012;袁道陽等，2005)的活動性已有大量研究，但對以上斷裂尤其是拉脊山斷裂古地震事件的研究很少。

近幾年來，史前自然災害對人類文明進程的影響，引起各國科學家的普遍關注，并正在成為當前國際地學界和史學界共同關心的熱點問題之一 (朱誠等，1996;夏正楷等，2003)。眾所周知，中強以上地震的發(fā)生對人類活動有著嚴重的威脅。位于青海民和縣官亭盆地的喇家遺址，是一處齊家文化中晚期的大型聚落遺址。前人研究認為，強烈地震在積石峽所形成的堰塞湖潰決在黃河上游甘青交界處官亭盆地形成了喇家遺址，這一堰塞及潰決事件發(fā)生在大約1730 B.C.(吳慶龍等，2009)。但前人對本次地震的發(fā)震構(gòu)造及其發(fā)震能力一直沒有找到直接的證據(jù)。距離該遺址4.5 km處的拉脊山斷裂帶位于祁連山褶皺帶內(nèi)，走向從西向東由NWW向變?yōu)榻麰W、NNW向，以逆沖活動為主，西段左旋走滑活動的跡象也很清晰 (張波等，2012)，構(gòu)成了晚新生代西寧—民和盆地和循化—化隆盆地的邊界，是一條形成于加里東期的古老斷裂帶，后期經(jīng)歷了多期強烈的構(gòu)造變動，形成一個多階段構(gòu)造抬升的構(gòu)造窗 (王二七等，2000);該斷裂也是調(diào)節(jié)NNW向的熱水—日月山右旋走滑斷裂帶與NWW向的西秦嶺北緣左旋走滑斷裂帶之間應力應變關系的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶(袁道陽等，2003);地質(zhì)地貌調(diào)查發(fā)現(xiàn)拉脊山斷裂以晚更新世活動為主，斷錯了多條沖溝的階地，僅局部段活動時代可能為全新世早期，造成斷裂兩側(cè)有歷史記載以來20多次5級左右中等地震的發(fā)生 (袁道陽等，2005)。

圖1 拉脊山斷裂地震構(gòu)造與喇家遺址位置圖Fig.1 Seismotectonics of Lajishan Fault and location of Lajia site

拉脊山斷裂帶有歷史記載以來雖然沒有記錄到強烈地震的發(fā)生，但該斷裂帶為一條活動性很強的區(qū)域性斷裂，前人沒有在該斷裂帶上取得古地震事件的資料，筆者將通過遙感影像資料的解譯來展現(xiàn)拉脊山斷裂的幾何形態(tài)特征，并試圖通過探槽開挖揭露其古地震事件，確定拉脊山斷裂帶上古地震與青海喇家遺址形成年代之間的對應關系。10 km。遙感影像上斷裂脊線明顯，由多段不連續(xù)的斷裂帶組成 (圖2)。

圖2 拉脊山斷裂遙感影像 (a)和解譯圖 (b)Fig.2 The remote sensing(a)and interpretation images(b)of Lajishan Fault

1 拉脊山斷裂帶遙感特征解譯

在遙感圖像上拉脊山山體陰影明顯，主要表現(xiàn)為深色調(diào)，紋理顯得比較復雜，這是由于受地表流水侵蝕作用的影響，導致拉脊山山體溝谷發(fā)育。山脊線清楚、地形起伏大，與北側(cè)的西寧盆地形成明顯的對比。其南北兩側(cè)分別為拉脊山北緣斷裂和拉脊山南緣斷裂所圍限，組成了一組弧形逆沖構(gòu)造帶—拉脊山斷裂帶，平均寬度僅

1.1 拉脊山北緣斷裂帶

遙感解譯認為該斷裂帶由數(shù)條不連續(xù)的斷裂組成，西起日月山埡口的山根村一帶，向東沿西寧盆地南緣延伸，斷裂有明顯的分段性 (圖2)。在拉脊山北緣的北門溝處斷裂分叉，兩支分別止于石咀村和青石坡;在上新莊斷裂稍具南凸弧狀向東止于石壁沿;斷裂向北平移在沙溝村南斷裂NWW向止于上帳房;在營坡村南斷裂向北稍具凸弧狀經(jīng)中壩、塘二塬終止于紅崖子一帶。全長約230 km，自西向東走向由 NW60°漸變?yōu)榻?EW、NWW向。該斷裂南側(cè)是高聳的拉脊山脈，北側(cè)是西寧盆地，成為盆山分界的重要邊界斷裂，兩側(cè)地貌高差顯著。

斷裂在上新莊以南貴德峽附近脊線尤為明顯。以上新莊為界，斷裂可分成運動性質(zhì)不同的兩段。斷裂東段 (上新莊以東)以垂直升降運動為主，多呈舒緩的波狀，反映了強烈的擠壓逆沖;斷裂西段 (上新莊以西)線性特征明顯，以逆走滑活動為主，多形成水系同步拐彎和山脊斷錯現(xiàn)象，最大斷距達1 100 m(涂德龍等，1998)，野外調(diào)查表明該斷裂段斷層陡坎明顯 (圖3)。

圖3 上新莊以西拉脊山北緣斷層陡坎Fig.3 Scarps of the Northern Margin Fault of Lajishan to the west of Shangxinzhuang

2 拉脊山南緣斷裂

遙感圖像上拉脊山南緣斷裂影象特征清晰，由不連續(xù)的數(shù)段組成 (圖2)。斷裂西起日月山埡口的克素爾村，向東呈舒緩波狀經(jīng)日月山山隘止于青陽山;在千戶村斷裂南斷裂拉張形成千戶盆地;在黑峽斷裂又以不連續(xù)的舒緩波狀經(jīng)茶鋪、藥水泉、扎浪灘止于馬場;在馬場南的臥力尕斷裂稍具北凸弧狀經(jīng)九道灣終止于總洞附近，長大約220 km。整體走向由近NWW向逐漸轉(zhuǎn)為近EW向。

以千戶村為界，斷裂可分成活動不同的兩段。斷裂西段 (千戶村以西)多構(gòu)成槽狀負地形，控制著第四系松散堆積;斷裂東段 (千戶村以東)則表現(xiàn)為直線狀陡壁斷崖。整個斷裂帶斷裂活動以擠壓為主，局部兼有左旋走滑，如在拉脊山頂紅山咀 (海拔3 800 m)拉脊山南緣斷裂及其分支斷裂的左旋活動形成了拉張性的山間盆地—千戶盆地，該盆地東西長20 km，南北寬僅2～4 km，呈NWW向長條狀展布。水系在斷層經(jīng)過處突然變寬，左旋斷錯水系，斷錯量從180～640 m不等(圖4、表1)，可以認為該斷裂第四紀以來活動比較強烈。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在盆地兩側(cè)形成了Ⅰ～Ⅳ級洪積臺地，斷裂新活動造成臺地斷錯，形成高的斷層崖或一系列斷層埡口等地貌 (袁道陽等，2003)。

圖4 千戶村以北拉脊山南緣斷裂遙感解譯圖Fig.4 The remote sensing interpretation of the Southern Margin fault of Lajishan Fault to the north of Qianhu Village

表1 千戶盆地拉脊山南緣斷裂水平位移一覽表(A衛(wèi)星片測量值)Tab.1 Horizontal displacenent along Southern Margin Fault of Lajishan at Qianhu Basin measured values of accuracy A of satellite tablets)

3 拉脊山斷裂帶古地震事件

黃河在循化的大河家和官亭形成了兩個河谷盆地。河谷寬百米近數(shù)千米不等，丘陵起伏、黃土深厚，黃河發(fā)育有多級階地，其中循化黃河谷地海拔1 880～1 900 m之間，大河家—官亭谷地在1 700～1 800 m之間 (圖5)。盆地內(nèi)可劃分出4級黃河階地，由低到高分別拔河3 m，15～20 m，70～90 m和120 m左右 (圖6)。除Ⅰ級階地為堆積階地外，其它3級階地為基座階地，且上覆厚度不等的黃土 (潘保田等，1996)。其中Ⅰ級階地形成于3.7 ka，Ⅱ級階地形成于15～20 ka(國家地震局地殼應力研究所，1991)，Ⅲ級階地形成于7萬年左右 (王萍等，2007)，Ⅳ級階地形成于56～80萬年 (潘保田，1994)。

圖5 黃河大河家—官亭盆地地貌圖Fig.5 Geomorphologic map of Dajiahe-Guanting Basin

圖6 AA'剖面地形圖Fig.6 Topographic map of AA'profile

圖7 斷層斷錯黃河Ⅰ、Ⅱ級階地地貌圖Fig.7 Geomorphologic map of terracesⅠandⅡof Yellow River dislocated by fault

在官亭盆地，拉脊山斷裂的逆沖活動在黃河Ⅰ、Ⅱ級階地上分別形成1.6 m(圖7)和5 m的陡坎，階地礫石層礫石層在靠近斷層處有拖曳變形現(xiàn)象。對黃河Ⅱ級階地陡坎上形成一鼓梁，該鼓梁高2 m，長15 m(圖7中a所示)，對該陡坎進行開挖，陡坎中粉細砂層明顯西傾，可能與斷層活動有關。野外在黃河Ⅰ級階地陡坎位置開挖探槽，由于靠近黃河很近，探槽深度在4 m處滲水，為了探明斷層深部特征，在該陡坎位置布設了一條人工淺層地震測線，測線結(jié)果表明在陡坎的處上覆第四系沉積物與下伏第三系泥巖存在一陡坎面 (圖8)。

陡坎處開挖探槽揭露 (圖9)，斷層F2逆沖活動，造成階地礫石層斜向變形，并在Ⅰ級階地上形成陡坎，在坎前形成一構(gòu)造楔，并沉積了洪積層⑤，之后斷層F1活動，造成層⑤變形，后期穩(wěn)定沉積了灰白色粘土層④、灰白色粉細砂層③、灰褐色黃土層②和根土層①，說明在層④沉積以來，斷層再未活動。在層⑥、層⑤中取了釋光樣品DHJ-01、DHJ-02，在層④中取了碳樣CDHJ-04，在層③取了碳樣CDHJ-05，在層②中取了釋光樣品DHJ-06、DHJ-07和碳樣CDHJ-03。釋光樣品送至山東省工程地震研究院測試。碳樣送至中國科學院廣東地化所測試，碳樣CDHJ-03的測年結(jié)果為 (816±42)a.BP，碳樣CDHJ-04的測年結(jié)果為 (3 136±51)a.BP，碳樣CDHJ-05的測年結(jié)果為 (3035±69)a.BP，由于釋光測年結(jié)果還沒出來，因此可估計拉脊山斷裂上最晚一次古地震事件發(fā)生在 (3 136±51)a.BP左右。在該處斷層逆沖活動造成1.6 m的陡坎，估算斷層全新世中晚期以來的滑動速率為0.51 mm/a。

圖8 人工淺層地震剖面Fig.8 The section of artificial earthquake in shallow layer

圖9 探槽剖面圖Fig.9 The section of trial trench

4 喇家遺址

位于青海民和縣官亭盆地的喇家遺址，是一處齊家文化中晚期的大型聚落遺址。在2000～2001年的考古發(fā)掘中，發(fā)現(xiàn)了這次十分罕見的史前災難堰塞事件現(xiàn)場 (夏正楷等，2003)(圖10)。

喇家遺址地處甘肅與青海交界的官亭盆地(35.86118°N，102.81222°E)，黃河自西向東從盆地南緣流過 (圖5)，沿河發(fā)育有三級黃河階地，遺址位于黃河北岸Ⅱ級階地的前緣，高于河面約25 m，距黃河水平距離約1 km。在喇家遺址及其周圍地區(qū)，地裂縫、砂土液化造成的砂管現(xiàn)象很普遍。在喇家遺址區(qū)還可以看到古山洪的堆積物，黃河上游積石峽 (距離喇家遺址10 km)史前時期發(fā)生了一次嚴重的堰塞事件，形成了水體達11.71×l08m3的古堰塞湖;山體崩塌是黃河發(fā)生堰塞的直接原因，而地震則很可能是觸發(fā)山體崩塌的關鍵因素，堰塞湖在形成后不久即發(fā)生了部分潰決，造成了洪峰近35 000 m3·s-1的異常洪水(吳慶龍等，2009)。

因此推斷，喇家遺址形成于3 650～2 750 a.BP前后的齊家文化晚期至辛店文化早期，曾經(jīng)先發(fā)生地震，造成了喇家地面的破壞和房屋的倒塌，洪水發(fā)生在地震之后，將喇家整個摧毀 (夏正楷等，2003)。

圖10 喇家遺址堰塞事件現(xiàn)場Fig.10 Sense of dammed event in Lajia site

5 拉脊山斷裂古地震與喇家遺址災變事件關系

拉脊山斷裂帶包括拉脊山南緣斷裂和拉脊山北緣斷裂，是一條區(qū)域性的活動斷裂，雖然有歷史記載以來僅發(fā)生過20多次5級左右中等地震，但通過野外調(diào)查表明該斷裂在晚更新世至全新世以來都有過活動，探槽揭露斷層在3 700 a.BP以來至少發(fā)生過2次中強以上古地震事件，并造成了黃河階地變形，最晚一次古地震事件發(fā)生在(3136±51)a.BP左右。該探槽剖面距喇家遺址約6.4 km(圖5)處，探槽剖面中層⑤明顯為一次洪積沉積物。喇家遺址形成于(3 650～2 750)a.BP前后的齊家文化晚期至辛店文化早期，根據(jù)該遺址在很短的時間內(nèi)先后毀滅于地震和洪水，可以推測 (3 136±51)a.BP前后拉脊山斷裂帶上強烈的古地震事件及其造成黃河上游堰塞湖的形成和決堤洪水與喇家文化的毀滅存在密切的聯(lián)系。

6 結(jié)論與討論

對拉脊山斷裂帶遙感解譯認為，拉脊山斷裂帶由拉脊山北緣斷裂和拉脊山南緣斷裂兩條向NE凸出的弧形擠壓逆沖斷裂帶構(gòu)成，成為北側(cè)的西寧—民和盆地、南側(cè)的循化—化隆盆地和東側(cè)的臨夏盆地等多個晚新生代斷陷盆地的邊界，由數(shù)段弧狀不連續(xù)的斷裂組成。拉脊山由數(shù)段不連續(xù)寬緩波狀斷裂組成，其左旋活動形成了拉張型的山間盆地—千戶盆地，左旋水平位移180～640 m不等。

拉脊山斷裂在黃河Ⅰ、Ⅱ級階地上分別形成的陡坎，通過在黃河Ⅰ級階地上拉脊山斷裂通過處探槽開挖結(jié)果表明，拉脊山斷裂在3 700 a.BP以來至少發(fā)生過2次強烈得古地震事件，最晚一次古地震事件發(fā)生在 (3 136±51)a.BP左右，估算斷層全新世中晚期以來的滑動速率為0.51 mm/a。喇家遺址距離該探槽剖面約6.4 km，形成于 (3 650～2 750)a.BP前后的齊家文化晚期至辛店文化早期，可以推測 (3 136±51)a.BP前后拉脊山斷裂帶上強烈的古地震事件及其造成黃河上游堰塞湖的形成和決堤洪水與喇家文化的毀滅存在密切的聯(lián)系。

由于釋光年齡樣品還未測出結(jié)果，暫時無法準確判定古地震事件的復發(fā)間隔，待年齡樣品有結(jié)果后再進一步的完善該結(jié)論。

感謝甘肅省地震局袁道陽研究員對本文的幫助與啟發(fā)。樣品14C數(shù)據(jù)由中國科學院廣州地球化學研究所AMS-14C制樣實驗室和北京大學核物理與核技術國家重點實驗室聯(lián)合完成，在此一并表示感謝。

國家地震局地殼應力研究所.1991.地殼構(gòu)造與地殼應力文集［M］.北京:地震出版社.

李智敏，李文巧，田勤儉，等.2013.青藏高原東北緣熱水—日月山斷裂帶熱水段古地震初步研究［J］.地球物理學進展，28(4):1766-1771.

潘保田，李吉均，曹繼秀，等.1996.化隆盆地地貌演化與黃河發(fā)育研究［J］.山地研究，14(3):153-158.

潘保田.1994.貴德盆地地貌演化與黃河上游發(fā)育研究［J］.干旱區(qū)地理，17(3):43-50.

涂德龍，張啟勝，李正陽.1998.共和7.0級地震的大地構(gòu)造與活動構(gòu)造環(huán)境［J］.高原地震10(4):9-15.

王二七，張旗，Clark B.B..2000.青海拉雞山:一個多階段抬升的構(gòu)造窗［J］.地質(zhì)科學，35(4):493-500.

王萍，袁道陽，劉興旺，等.2007.蘭州盆地黃河三級階地的光釋光年齡［J］.核技術，30(11):924-930.

吳慶龍，張培震，張會平，等.2009.黃河上游積石峽古地震堰塞潰決事件與喇家遺址異常古洪水災害［J］.中國科學(D輯)，39(8):1148-1159.

夏正楷，王贊紅，趙青春.2003.我國中原地區(qū)3500 a.BP前后的異常洪水事件及其氣候背景［J］.中國科學(D輯)，33(9):881-888.

袁道陽，劉小龍，劉百篪，等.2003.青海熱水—日月山斷裂帶古地震的初步研究［J］.西北地震學報，25(2):136-142.

袁道陽，張培震，雷中生，等.2005.青海拉脊山斷裂帶新活動特征的初步研究［J］.中國地震，21(1):93-102.

袁道陽，張培震，劉百篪，等.2004a.青藏高原東北緣晚第四紀活動構(gòu)造的幾何圖像與構(gòu)造轉(zhuǎn)換［J］.地質(zhì)學報，78(2):270-278.

袁道陽，張培震，劉小龍，等.2004b.青海鄂拉山斷裂帶晚第四紀構(gòu)造活動及其所反映的青藏高原東北緣的變形機制［J］.地學前緣，11(4):393-402.

張波，何文貴，袁道陽.2012.西秦嶺北緣斷裂帶西端晚第四紀活動特征及其西延問題［J］.地震，32(1):136-143.

朱誠，史威，于世永，等.1996.上海馬橋地區(qū)6000年來環(huán)境演變的沉積學研究［J］.應用基礎與工程科學學報，4(1):5-11.