禮縣—羅家堡斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)特征：兼論1654年禮縣8級(jí)地震孕震機(jī)制

楊曉平，馮希杰，黃雄南，宋方敏，李高陽，陳獻(xiàn)程，張玲，黃偉亮

1中國地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2陜西省地震局，西安 710068

1 引言

1654年7月21日，甘肅省天水市西南羅家堡附近（地理坐標(biāo)34.3°N，105.5°E）發(fā)生8級(jí)地震（顧功敘，1983；國家地震局震害防御司，1995）.極震區(qū)天水羅家堡七十峪及木門里（天水、西和、禮縣交界處）一帶山崩水壅，塞河為潭，或兩山合為一處，壓埋村落近十里，地震年余不止.天水城垣、官署崩圮殆盡，搖倒房屋3600余間，震塌窯呰不可勝計(jì)，呂家坡范珠寺震圮，壓死7400余人.禮縣、西和、秦安城墻垛墻盡塌，人口傷亡不知其數(shù).上述記載，主要為建筑物和人員傷亡方面.韓竹軍等（2001）根據(jù)野外發(fā)現(xiàn)的少量斷層剖面及橫跨斷裂的沖溝位移，認(rèn)為禮縣—羅家堡斷裂為1654年禮縣8級(jí)地震的發(fā)震斷裂.劉白云（2012）通過小震反演和地震地質(zhì)調(diào)查等，認(rèn)為與禮縣—羅家堡斷裂匯而不交、北西走向的楊河—紅河斷裂為此次地震的主發(fā)震斷裂之一.對(duì)這次地震的發(fā)震構(gòu)造和地表破裂特征仍處于爭(zhēng)論之中.這次地震發(fā)生在南北地震帶的中北段、構(gòu)造特征復(fù)雜的甘東南地區(qū).大地構(gòu)造位置上是我國東西構(gòu)造分區(qū)與南北構(gòu)造分區(qū)的交匯部位（張國偉等，1995；1996）.

本文將根據(jù)野外科學(xué)考察獲得的極震區(qū)內(nèi)的活動(dòng)斷裂、地震破裂和滑坡分布等資料，結(jié)合區(qū)域地球物理、GPS觀測(cè)資料探討禮縣8級(jí)地震的孕震環(huán)境和機(jī)制.1654年禮縣8級(jí)地震（又稱天水南8級(jí)地震）和1879年武都南8級(jí)地震同屬我國南北地震帶中北段的兩次特大地震，作者希望通過本文的討論，促進(jìn)甘東南地區(qū)特大地震發(fā)震構(gòu)造的研究，進(jìn)而為該區(qū)強(qiáng)震預(yù)測(cè)預(yù)防提供理論支撐和基礎(chǔ)資料.

2 禮縣8級(jí)地震區(qū)域構(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)力是造成青藏高原隆升的原因（Dewey and Burke，1973；Molnar and Tapponnier，1975；Tapponnier et al.，1982，2001；Métivier et al.，1998；Molnar and Stock，2009），位于青藏高原東北部的陜甘川地區(qū)，在大地構(gòu)造位置上是中國構(gòu)造分區(qū)中南北與東西構(gòu)造分區(qū)的交匯位置（張國偉等，1995，1996；姜春發(fā)等，2000；袁道陽等，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)是該地區(qū)構(gòu)造變形的主要控制因素.另外，青藏高原的向北東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—略陽斷裂（F6）、康縣—略陽斷裂帶（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）、哈南—青山灣—稻畦子斷裂（F11）等多條規(guī)模較大的斷裂共同組成了該地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造體系（袁道陽，2003；袁道陽等，2004；鄭文俊等，2005，2013a，2013b；俞晶星等，2012），它們是該地區(qū)新構(gòu)造變形強(qiáng)烈、地震活動(dòng)頻繁的重要因素.東昆侖斷裂的左旋走滑速率是10mm·a－1，西秦嶺北緣斷裂只有2.5mm·a－1，位于東昆侖斷裂與西秦嶺北緣斷裂之間的迭部—白龍江斷裂、光蓋山—迭山斷裂和臨潭—宕昌斷裂等，在平面上表現(xiàn)為向北東凸出的弧形，其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為以逆沖為主、兼具左旋走滑.這些斷裂的逆沖和左旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換和吸收了兩條主邊界斷裂之間約7mm·a－1的左旋走滑位移速率，其間的次級(jí)地塊同時(shí)也向南東方向移動(dòng)（袁道陽等，2004）.

在地震活動(dòng)性方面，陜甘川地區(qū)歷史上曾發(fā)生1654年天水南、1879年武都南兩次8級(jí)地震和2008年汶川8級(jí)地震（顧功敘，1983；國家地震局震害防御司，1995；張培震等，2008；徐錫偉等，2008），同時(shí)還有公元前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；國家地震局震害防御司，1995），近年來也曾發(fā)生多次破壞性地震（鄭文俊等，2005，2013a，2013b；何文貴等，2006），這些均說明現(xiàn)今陜甘川地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)顯著.陜甘川地區(qū)是南北地震帶及其青藏高原東北部的重要組成部分，其復(fù)雜的斷裂幾何結(jié)構(gòu)、構(gòu)造變形和構(gòu)造活動(dòng)特征是該地區(qū)強(qiáng)地震孕育和發(fā)生的重要因素.

3 禮縣8級(jí)地震極震區(qū)的活動(dòng)斷裂

根據(jù)《中國歷史強(qiáng)震目錄》（國家地震局震害防御司，1995）給出的資料，1654年禮縣8級(jí)地震等震線長軸走向北東.極震區(qū)長軸走向?yàn)镹NE走向，大致包含了禮縣、羅家堡等地區(qū).經(jīng)遙感影像分析和野外地質(zhì)調(diào)查，極震區(qū)內(nèi)僅有一條活動(dòng)斷裂，即禮縣—羅家堡斷裂.

圖1 甘東南地區(qū)主要斷裂分布圖Fig.1 Major fault distribution map for southeast region of Gansu province

3.1 斷裂的幾何結(jié)構(gòu)

禮縣—羅家堡斷裂帶平面上主要由3條斜列的次級(jí)斷裂段組成，總長約150km，走向60°.西段從宕昌東到禮縣東，長約90km.中段從禮縣南到羅家堡東北，長約40km.東段從天水鎮(zhèn)西到平南鎮(zhèn)東，長約20km.宕昌東到禮縣東斷裂段，斷裂主要發(fā)育在前新生界泥盆系中，部分段落發(fā)育在石炭系、古近系、新近系中，有些段落構(gòu)成泥盆系與石炭系、古近系或燕山期巖漿巖之間的界線.禮縣南到羅家堡段，斷裂主要發(fā)育在古近系、新近系和上更新統(tǒng)中，局部段落發(fā)育在泥盆系中.天水鎮(zhèn)西到平南鎮(zhèn)段，主要發(fā)育在新近系內(nèi)部，局部段落發(fā)育在泥盆系中.3條次級(jí)斷裂段之間呈右階斜列（圖2）.

3.2 斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代及性質(zhì)

3.2.1 宕昌—禮縣段

斷裂構(gòu)成泥盆系與石炭系、古近系之間的界線，剖面上一般發(fā)育多條斷面，斷面之間出現(xiàn)斷層破碎帶，整個(gè)斷層帶的寬度可達(dá)幾十米或幾百米.蘇永奇等（2013）將宕昌—禮縣段分為宕昌—黃咀和洮坪—禮縣兩個(gè)次級(jí)段，在其中的宕昌—黃咀段發(fā)現(xiàn)斷層三角面、反向斷層陡坎，小沖溝左旋位錯(cuò)量為2～3m，山脊同步左旋位錯(cuò)為5m，認(rèn)為該斷層段在全新世活動(dòng)明顯.在洮坪—禮縣段的禮縣西南馬泉一帶，斷裂發(fā)育在中泥盆統(tǒng)內(nèi)部，有3條傾向南東的主要斷面，另有2條傾向北西的斷面，整個(gè)斷層帶可見寬度50m，3條傾向南東斷面之間的破碎帶寬度30m左右.禮縣縣城西劉溝村沖溝中，見宕昌東—禮縣斷裂段另一組斷層剖面，斷裂發(fā)育在中泥盆統(tǒng)中，可見2條傾向南東的斷面（f1、f2）和寬約80m斷層破碎帶.2條斷面向上皆切割上更新統(tǒng)風(fēng)成黃土，其中沿f1斷面在地表形成裂隙，沿f2斷面地貌上形成陡坎（圖3a）.另外一條沖溝中出露的地質(zhì)剖面顯示，泥盆紀(jì)砂巖與晚更新世黃土呈斷層接觸（圖3b）.

3.2.2 禮縣—羅家堡段

鹽官鎮(zhèn)西南的毛家莊附近，南丹河出山口處發(fā)育一級(jí)河流階地，其中一級(jí)階地的高階地（T21）拔河高度8m左右，在河流兩岸連續(xù)分布.一級(jí)階地的低階地（T11）分布不連續(xù)，拔河高度6m左右（圖4a、d）.在河流右岸出露連續(xù)完整的地層剖面（圖4d），其中含有距今7000年左右的仰韶文化層中典型紅色砂質(zhì)陶片（圖4b），由此可以斷定該階地堆積物時(shí)代屬于全新世.

河流右岸出露的地質(zhì)剖面上，可以清楚辨認(rèn)出黃土中的兩條斷層（圖4e）.f1斷層切割階地堆積下部的礫石層（圖4e），使得斷層上盤的礫石層向北傾斜，斷層下盤的礫石層夾粘土層中發(fā)育多條斷距僅幾個(gè)厘米的小斷層（圖4f）.f2斷層切割了階地堆積下部的礫石層和上部的黃土層，使斷層上盤的粘土礫石層向北傾斜，傾角15°左右.f2斷層的活動(dòng)在河流右岸的T21階地面形成了高1.5m的斷層陡坎（圖4c、d、e），而河流左岸階地上由于人為改造，斷層陡坎已經(jīng)不明顯，僅表現(xiàn)為向南緩傾的斜坡，但其坡角明顯大于斷層南北兩側(cè)階地面的地形坡度.

圖2 禮縣—羅家堡斷裂平面分布圖Fig.2 Geological map along Lixian－Luojiabu fault

圖3 禮縣—羅家堡斷層地質(zhì)剖面Fig.3 Geological profiles of Lixian－Luojiabu fault

圖4 毛家莊附近斷錯(cuò)地貌和斷層剖面圖Fig.4 Offset landforms and fault geological profiles，nearby the Maojiazhuang village

趙家磚廠一帶的黃土臺(tái)地前緣，黃土層中發(fā)育三個(gè)古土壤層，它們被一系列走向北東東的斷層切割（圖5a、d）.其中f3和f4斷層的位移較小，垂直位移僅20～30cm（圖5d）.f6斷層錯(cuò)斷S3黃土的垂直位移為3.5m，錯(cuò)斷S2黃土的垂直位移約1m，未見錯(cuò)斷S1黃土（圖5d）.f5斷層錯(cuò)斷S2黃土，垂直位移達(dá)6m（圖5d、f）.f2斷層錯(cuò)斷S1黃土，垂直位移達(dá)21.5m（圖5d、e）.f1斷層出露在黃土臺(tái)地與西漢水河一級(jí)階地之間的地貌轉(zhuǎn)折部位，錯(cuò)斷上新世黃綠色砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖和晚更新世黃土（圖5a，b，c），估計(jì)垂直位移較大.3.2.3 天水鎮(zhèn)—平南段

天水鎮(zhèn)西南蒲家窯一帶相鄰的2條沖溝皆見天水鎮(zhèn)—平南段斷裂剖面.北側(cè)的沖溝接近溝口的位置（N34°18′07.0″，E105°33′06.1″），見 下 部 切 割 上新世灰綠色泥巖，向上切割晚更新世黃土的斷層剖面，斷面產(chǎn)狀50°／SE∠75°，沿?cái)嗝孢€形成寬約2m的破碎帶（圖3c）.該剖面所在沖溝，東南為上游，西北為下游，斷層面是傾向上游的正斷層，上新統(tǒng)和上更新統(tǒng)都是南東盤下掉，根據(jù)斷層兩盤上新統(tǒng)和上更新統(tǒng)之間界面測(cè)量，斷裂的垂直位移量大于10m.

另外，沿?cái)鄬踊蚪咏鼣鄬拥奈恢玫孛采隙及l(fā)育清楚的陡坎，雖然這些陡坎受人類活動(dòng)的影響易與梯田坎相混淆，但斷層經(jīng)過處的陡坎高度還是明顯大于梯田坎的高度，地形上有一明顯的轉(zhuǎn)折.因此，斷層活動(dòng)對(duì)現(xiàn)今地形地貌起明顯的控制作用.

上述資料均反映，斷層切割的最新地層為晚更新世黃土和全新世階地堆積物，且南丹河一級(jí)階地上保留有高約1.5m的斷層陡坎.結(jié)合下文中給出的資料，認(rèn)為禮縣—羅家堡斷裂是一條具左旋走滑性質(zhì)的全新世活動(dòng)斷裂.

圖5 趙家磚廠附近斷層剖面圖Qp3eol：晚更新世黃土；Qp2eol：中更新世黃土；N2：上新世砂質(zhì)泥巖；S1：S1黃土；S2：S2黃土；S3：S3黃土.Fig.5 Fault geological profiles nearby the Zhaojia brick factoryQp3eol：Late Pleistocene loess；Qp2eol：Middle Pleistocene loess；N2：Pliocene sandy mudstone；S1：S1loess；S2：S2loess；S3：S3loess.

4 地震地表破裂帶和類型

沿禮縣—羅家堡斷裂調(diào)查發(fā)現(xiàn)的活動(dòng)斷層、斷層陡坎、槽地、滑坡和沖溝同步水平位錯(cuò)等與現(xiàn)今強(qiáng)地震所產(chǎn)生的地表破裂類型相似，初步認(rèn)為這些地質(zhì)、地貌記錄可能與1654年禮縣8級(jí)地震的地表破裂有關(guān).

4.1 地震地表破裂帶

4.1.1地震斷層陡坎和沖溝水平位移

禮縣—羅家堡斷裂是一條全新世活動(dòng)斷層，斷裂位置與文獻(xiàn)記載的1654年天水西南8級(jí)地震極震區(qū)位置一致.野外地質(zhì)調(diào)查過程中，沿禮縣—羅家堡斷裂發(fā)現(xiàn)多處黃土中的斷層直通地表，或沖溝同步左旋位錯(cuò)和高度不等的斷層陡坎等.如前述的劉溝斷層陡坎（圖3）、南丹河一級(jí)階地上的斷層陡坎（圖4a、c）等，它們應(yīng)屬于地震斷層陡坎.

鹽官鎮(zhèn)西北穿越斷層陡坎相鄰的四條沖溝發(fā)生同步左旋水平位移（圖6a），它們均發(fā)育在晚更新世黃土中.其中沖溝1、沖溝2和沖溝3發(fā)育在150m范圍內(nèi)，其左旋水平位移量分別為3m（圖6d）、3.5m（圖6c）和3.5m（圖6b），沖溝附近斷層陡坎的高度分別為7m、5.3m和4.6m.在沖溝2和沖溝3中，距離斷層陡坎16m的位置均發(fā)現(xiàn)跌水，跌水高度分別為3.9m和3.5m（圖6a）.在沖溝3西南約150m處發(fā)育另外一條沖溝，左旋位移量約為3m.

王堡村西北的一條沖溝東壁上發(fā)現(xiàn)出露良好的斷層剖面，其中北側(cè)的一條斷層（f2）直通地表（圖7）.地表保留延續(xù)長度達(dá)150m的北東向斷層陡坎，高約5～8m.穿越陡坎的沖溝在陡坎上游下切深度8m，在陡坎下游下切深度2.5m，左旋水平位移為4m（圖6e，7a）.

在王堡村西南約1.3km處，相鄰的兩條小沖溝發(fā)生同步左旋水平位錯(cuò)，水平位移量為7～10m，在地表保留的斷層陡坎高4.2～6m.

圖6 鹽關(guān)鎮(zhèn)西北沖溝的水平位錯(cuò)Fig.6 Gully level dislocations map at the northwest of Yanguan Town

圖7 王堡村北的斷層陡坎與斷層剖面（1）被擾動(dòng)的松散黃土，含少量蝸牛殼；（2）淺灰色較松散的黃土；（3）厚層黃土，堅(jiān)硬；（4）厚層灰白色黃土，含多個(gè)破裂面；（5）粗砂礫石層；（6）現(xiàn)代崩積黃土.Fig.7 Fault scarp distribution and geological profile，Wangbu village（1）Pertured loose loess，containing some snail shells；（2）Light gray loose loess；（3）thick layer and hard loess；（4）Thick layer and gray loess，with multiple fracture plane；（5）Coarse gravel layer；（6）Modern colluvial loess.

王堡村出露的斷層剖面上（圖7b），層（2）為松散的淺灰色團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)的黃土，與下伏的層（4）黃土、f2斷層下盤的層（3）明顯不同，后兩層黃土為均勻致密的厚層狀.我們認(rèn)為層（2）為1654年禮縣地震形成的地震楔，楔體的厚度約2m，與f2斷層北側(cè)最新的地形陡坎高度基本一致，這個(gè)值也和韓竹軍等（2001）得到1.9m的垂直位移基本一致.南丹河一級(jí)階地上殘留的斷層陡坎高度約1.5m，修整田地可能使其斷層北側(cè)地形高度變低，導(dǎo)致現(xiàn)今測(cè)量得到的斷層陡坎高度偏小.Hancks等（1984）在研究崩積楔的厚度與事件的位移量時(shí)發(fā)現(xiàn)，崩積楔的厚度為事件位移量的一半.由此可以推斷，1654年禮縣8級(jí)地震的垂直位移是3～4m左右.由上文可知，沿禮縣—羅家堡斷裂發(fā)現(xiàn)的斷層陡坎高為4～8m，可能是兩次地震事件形成的斷層陡坎.2008年汶川8級(jí)地震時(shí)，沿龍門山斷裂帶形成240km的地震地表破裂帶，地震斷層陡坎的最大高度為6.2m，一般為2～4.5m（徐錫偉等，2008）.1654年禮縣8級(jí)地震的垂直位移約為3～4m，其高度宜可與汶川8級(jí)地震形成的斷層陡坎高度對(duì)比.

橫穿鹽關(guān)鎮(zhèn)西北斷層陡坎的3條沖溝左旋位移為3～3.5m（圖6b、c、d），王堡村沖溝的左旋水平位移為4m（圖6e），王堡村西南橫穿斷層陡坎的兩條沖溝的左旋水平位移達(dá)7～10m.由于1654年禮縣8級(jí)地震發(fā)生于距今360年，已發(fā)現(xiàn)的地震斷層陡坎分布在黃土地區(qū)，黃土區(qū)沖溝的溝壁極易發(fā)生崩塌，可能導(dǎo)致對(duì)地震斷層水平位移的識(shí)別產(chǎn)生較大的偏差.鹽關(guān)鎮(zhèn)和王堡村發(fā)生左旋位錯(cuò)的4條沖溝深3～5m，溝壁崩塌比較嚴(yán)重，測(cè)量到的左旋位錯(cuò)可能偏小.王堡村西南約1.3km的兩條沖溝深2～3m，沖溝壁保持完整，測(cè)量得到的水平位移7～10m應(yīng)代表了1654年8級(jí)地震的同震位錯(cuò).韓竹軍等（2001）在王城村東北，觀察到一次突發(fā)性事件最大水平位移為5.2m，略小于本次工作得到的同震水平位移.

4.1.2 地震溝槽

地震溝槽是地震時(shí)沿發(fā)震斷層形成的槽地，研究區(qū)通常出露在黃土構(gòu)成的臺(tái)地上.地震時(shí)由于發(fā)震斷層的垂直或水平運(yùn)動(dòng)，使沿?cái)鄬佣逊e的黃土產(chǎn)生劇烈震動(dòng)而陷落，從而沿?cái)鄬游恢眯纬蓽喜?地震溝槽在走滑斷裂帶上最常見，有兩條相互平行的次級(jí)斷層控制下的地塹式溝槽，有單條次級(jí)斷層控制下的半地塹式溝槽，還有多條次級(jí)斷層控制下的復(fù)合式溝槽.祁家東北磚廠附近黃土臺(tái)地上，發(fā)育一個(gè)復(fù)合式溝槽，即在寬的溝槽一側(cè)發(fā)育窄的溝槽，前者寬約80m，后者寬約30.5m（圖8a）.窄溝槽兩側(cè)坎高估計(jì)2m左右（因遭破壞無法獲真實(shí)高度），初步認(rèn)為是1654年8級(jí)地震形成的地震溝槽.鹽關(guān)西北斷裂通過處的黃土臺(tái)地上，分布有寬29.5m、南東側(cè)坎高1.6～1.8m槽地（圖8b）.在槽地南東側(cè)的陡坎上，可以見到走向46°、傾向南東、傾角70°的一組斷層面.

4.1.3 地震滑坡

滑坡的形成原因有多種，伴隨大地震的強(qiáng)烈震動(dòng)、降水、邊坡失穩(wěn)等都會(huì)形成滑坡.但大地震在極震區(qū)形成的滑坡往往密度大，單個(gè)滑坡體的規(guī)模大，且宏觀上沿發(fā)震斷裂呈帶狀分布.近年來的研究表明，地震滑坡也是研究發(fā)震構(gòu)造位置的重要指標(biāo)（Xu et al.，2013，許沖等，2013；鄭文俊等，2013b）.

通過對(duì)高分辨率遙感影像解釋，沿禮縣—羅家堡斷裂兩側(cè)發(fā)育若干大小不等的滑坡體，衛(wèi)星影像上可以清晰地識(shí)別出單體滑坡、或滑坡群的范圍（圖9a，b）.初步統(tǒng)計(jì)顯示，399個(gè)滑坡體在平面構(gòu)成一個(gè)長軸53km、短軸20km的橢圓形.滑坡帶的長軸方向與禮縣—羅家堡活動(dòng)斷裂的走向一致.天水鎮(zhèn)石灘子村滑坡體寬200～300m，后緣到前端長約400m，滑坡體后緣和側(cè)緣為高約10～15m的陡崖，晚更新世黃土出露于地表，無植被發(fā)育（圖9c）.羅家堡南側(cè)的山丘由黃土和新近紀(jì)泥巖組成，其中分布的大小滑坡連接成巨大的滑坡群，滑坡體后緣和側(cè)緣上出露晚更新世黃土，也無植被生長（圖9d）.鹽官鎮(zhèn)西北分布的滑坡長度可達(dá)1000m，滑坡體的后緣靠近山丘的頂部，滑坡體由晚更新世黃土和新近紀(jì)砂巖、砂質(zhì)泥巖組成，其后緣陡崖高約10～15m，出露的地層為晚更新世黃土，無植被覆蓋（圖9e）.禮縣西北的劉溝村一帶，巨大的滑坡體后緣和側(cè)緣上出露黃土，亦無植被生長（圖9f）.

羅家堡西的稠泥河兩岸在1654年禮縣8級(jí)地震中發(fā)生了大滑坡.國家地震局地球物理研究所和復(fù)旦大學(xué)中國歷史地理研究所（1990）編制“中國歷史地震圖集（清時(shí)期）”時(shí)，對(duì)該處滑坡的描述為“羅家堡七十里峪，兩山拽成一處，壅河成潭”.經(jīng)過360年的演變，至今仍可看到由新近紀(jì)泥巖、砂巖和晚第四紀(jì)黃土組成的滑坡體橫亙于河床之上，堰塞壩的形態(tài)清晰可見.

圖8 鹽官鎮(zhèn)西北的地震溝槽Fig.8 Earthquake Trough at the northwest of Yanguan town

4.2 沖溝裂點(diǎn)及其形成時(shí)代

在鹽關(guān)西北近垂直穿越斷層陡坎的沖溝2和沖溝3中，發(fā)現(xiàn)距離斷層陡坎16m的位置存在沖溝裂點(diǎn)（跌水），裂點(diǎn)的高度分別為3.9m和3.5m，它們發(fā)育在晚更新世黃土中.

畢麗思等（2011）研究了橫穿霍山山前斷裂沖溝的裂點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)最新一級(jí)裂點(diǎn)自斷裂向上游遷移了40～70m，次新一級(jí)裂點(diǎn)主要分布在距離斷裂150～250m的河段內(nèi)，第三級(jí)裂點(diǎn)距離斷裂300～500m，且認(rèn)為最新一級(jí)裂點(diǎn)與1303年洪洞8級(jí)地震有關(guān)，由此可以推算出最新一級(jí)裂點(diǎn)的后退遷移速率為5.67～9.91cm·a－1，進(jìn)一步計(jì)算出第二級(jí)、第三級(jí)裂點(diǎn)的形成時(shí)間為距今3336～2269a和5618～4504a之間，與徐錫偉等（1993）用探槽方法揭露的古地震事件發(fā)生的時(shí)代和復(fù)發(fā)間隔大致相當(dāng).孫昌斌等（2012）以山西交城斷裂為例，研究了沖溝裂點(diǎn)與全新世斷層活動(dòng)事件的關(guān)系，認(rèn)為斷層上游長500～1000m的沖溝中二級(jí)裂點(diǎn)的后退速率為4.6cm·a－1，長200～500m的沖溝中一級(jí)裂點(diǎn)的后退速率為2.7～3.3cm·a－1.

山西中部地區(qū)的氣候環(huán)境與甘肅南部禮縣地區(qū)的氣候環(huán)境基本一致，年降雨量均為500mm左右.沖溝2和沖溝3的長度（斷層陡坎到?jīng)_溝溝尾的距離）約為430～600m，參考孫昌斌等（2012）的研究結(jié)果，若假定橫切禮縣—羅家堡斷裂的沖溝裂點(diǎn)后退速率為3.3～4.6cm·a－1，則得到?jīng)_溝2和沖溝3中裂點(diǎn)后退16m所用的時(shí)間為348～485a.禮縣8級(jí)地震發(fā)生于1654年，距今為360a，與裂點(diǎn)后退經(jīng)歷的時(shí)間大體一致.

5 深部構(gòu)造背景

圖9 典型滑坡照片（紅色箭頭指示滑坡體后緣、側(cè)緣的位置）a）王城北滑坡；（b）祁山村北滑坡；（c）天水鎮(zhèn)東石灘子滑坡；（d）羅家堡西漢水南岸滑坡；（e）鹽關(guān)鎮(zhèn)西北滑坡；（f）禮縣西劉溝滑坡.Fig.9 Photos of typical landslide（red arrows show the sites of trailing edge or lateral margin of landslide）（a）Wangcheng landslide；（b）Qishan landslide；（c）Shitanzi landslide at east side of Tianshui town；（d）Landslides at the south bank of Xihanshui river；（e）Yanguan town landslide；（f）Liugou landslide at the west of Lixian town.

詹艷等（2014）在南北地震帶和西秦嶺構(gòu)造交匯區(qū)完成了兩條大地電磁測(cè)深剖面的研究，其中的LMS－L3測(cè)線北起隴西盆地的通渭縣以北，向南穿越西秦嶺造山帶、碧口地塊、龍門山構(gòu)造帶，終止于四川盆地茶店附近，近南北向穿越禮縣—羅家堡斷裂（圖1）.其電性結(jié)構(gòu)如圖10所示.

主要斷裂電性特征：西秦嶺北緣斷裂帶（F2）自淺部到深部都較直立，深部可延伸到莫霍面附近，北側(cè)為高阻，南側(cè)為低阻.禮縣—羅家堡斷裂（F10）總體向北傾斜，在淺部（埋深5～10km），斷裂北側(cè)為高阻體，南側(cè)為低阻體；在深部，斷裂北側(cè)為低阻體（埋深10～40km），斷裂南側(cè)也為低阻體（埋深10～30km），斷裂帶為具有一定寬度的相對(duì)高阻帶，斷裂延伸深度可達(dá)40km左右.成縣盆地北緣斷裂（F9）在LMS－L3剖面上為北側(cè)電阻率低、南部電阻率高梯度帶.康縣斷裂（F7）為具有一定寬度的低阻帶，兩側(cè)地塊均為高阻特征.平武—青川斷裂帶（F11）為向北西傾斜的具有一定寬度的低阻帶.

西秦嶺造山帶：圖10剖面上F2到F7斷裂之間為西秦嶺造山帶，它被F9斷裂分為北秦嶺和南秦嶺，南秦嶺的地殼電性結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為高電阻，且寬度隨深度增大而增大.北秦嶺地殼整體電阻率較低，淺表有厚幾公里的高電阻層，之下為低電阻層.禮縣—羅家堡斷裂（F10）把低電阻層分成兩部分.

圖10 LMS－L3剖面二維電性結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)詹艷等（2014）修改LXB：隴西盆地；SCB：四川盆地；WQLOZ：西秦嶺造山帶；BKB：碧口地塊；LMSFZ：龍門山構(gòu)造帶；F2：西秦嶺北緣斷裂；F10：禮縣—羅家堡斷裂；F9：成縣盆地北緣斷裂；F7：康縣斷裂；F11：平武—青川斷裂；F12：茶壩—林庵寺斷裂；F13：隱伏斷裂.Fig.10 Electrical resistivity models derived by 2Dinversion of the MT data along the profile LMS－L3（Zhan Y et al.，2014），modifyLXB：Longxi Basin；SCB：Sichuan Basin；WQLOZ：West Qinling Orogenic Zone；BKB：Bikou Block；LMSFZ：Longmenshan Fault Zone.F2：West Qinling northern fault；F10：Lixian－Luojiabu fault；F9：Chengxian basin northern fault；F7：Kangxian fault；F11：Pingwu－Qingchuan fault；F12：Chaba－Lin′ansi fault；F13：Blind fault.

歷史記載以來，沿西秦嶺北緣斷裂發(fā)生了多次6.5～7.5級(jí)的地震（圖1），活動(dòng)構(gòu)造研究也揭示了晚第四紀(jì)以來西秦嶺斷裂上發(fā)生了多次古地震事件（李傳友等，2010），這些強(qiáng)震發(fā)生在隴西高阻體與北秦嶺低阻體過渡部位的西秦嶺北緣斷裂上.禮縣—羅家堡斷裂是西秦嶺造山帶內(nèi)部的一條斷裂，其南、北兩側(cè)地殼的電性結(jié)構(gòu)存在較大差異，斷裂帶本身為一個(gè)具有一定寬度的高阻帶，1654年禮縣8級(jí)地震可能發(fā)生在禮縣—羅家堡斷裂高阻帶與其南側(cè)低阻體的過渡部位.青藏高原周邊發(fā)生的1920年海原8級(jí)地震、1927年古浪8級(jí)地震、2008年汶川8級(jí)地震和2013年蘆山7級(jí)地震區(qū)的地殼電性結(jié)構(gòu)顯示，這些強(qiáng)烈地震均發(fā)生在地殼中高阻體與低阻體的過渡部位（詹艷等，2005，2008，2013；趙國澤等，2009）.

6 發(fā)震構(gòu)造分析

1654年禮縣8級(jí)大地震發(fā)生在青藏高原東北緣，是南北地震帶與西秦嶺斷裂帶、東昆侖斷裂帶等深大斷裂的交匯部位，也是青藏高原與秦嶺造山帶的過渡地帶（圖1）.這次地震是發(fā)生在距今360年的一次歷史特大地震，極震區(qū)位于禮縣到羅家堡一帶黃土分布區(qū).這里是古秦人的發(fā)祥地，人口密集，農(nóng)耕文化發(fā)達(dá).以上這些因素導(dǎo)致長期以來對(duì)這次地震發(fā)震構(gòu)造的認(rèn)識(shí)存在分歧，是否存在地震地表破裂是其中一個(gè)重要的爭(zhēng)論焦點(diǎn)（國家地震局蘭州地震研究會(huì)，1993；韓竹軍等，2001；劉白云，2012）.賴曉玲等（2009）根據(jù)在天水、武都兩個(gè)8級(jí)地震區(qū)布設(shè)的兩條相互垂直的高分辨率地震折射剖面以及相應(yīng)的多扇形剖面，利用扇形地震記錄截面所得的三維反演結(jié)果，從7km至10km的深度水平截面的地殼結(jié)構(gòu)可以清晰的看出，除在105°E存在一個(gè)速度陡變帶外，沿北東方向的禮縣至天水一線也存在速度陡變帶，北側(cè)為低速異常，南側(cè)為高速異常，進(jìn)一步推測(cè)沿105°E的地殼速度陡變帶與1654年天水和1879年武都兩個(gè)8級(jí)地震有關(guān).詹艷等（2014）發(fā)表的二維電性結(jié)構(gòu)圖可知，禮縣—羅家堡斷裂分布的位置，在地下埋深10～40km的范圍內(nèi)為低阻體，但斷裂為一個(gè)具有一定寬度的高阻帶.禮縣—羅家堡斷裂可能向下延伸達(dá)40km左右，與西秦嶺北緣斷裂具有類似深部構(gòu)造背景.西秦嶺地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，面波速度三維成像結(jié)果顯示了在106°經(jīng)度兩側(cè)的北秦嶺地區(qū)的速度結(jié)構(gòu)完全不同，西側(cè)為低速、東側(cè)為高速（Zhang et al.，2011），與電磁探測(cè)結(jié)果顯示的西側(cè)為低阻、東側(cè)為高阻對(duì)應(yīng)（詹艷等，2014）.

東昆侖斷裂和西秦嶺斷裂是甘東南地區(qū)兩條主要邊界斷裂，鄭文俊等（2013b）通過對(duì)該地區(qū)活動(dòng)斷裂的活動(dòng)速率定量研究，認(rèn)為甘東南地區(qū)近于平行的北西向斷裂及其與這些斷裂組成“V”字型構(gòu)造的北東向斷裂系統(tǒng)，通過各條斷裂相對(duì)較低的滑動(dòng)速率，以及斷裂之間隆起山脈和盆地的變形，承擔(dān)了東昆侖斷裂向西秦嶺北緣斷裂過渡過程中運(yùn)動(dòng)分量的吸收和轉(zhuǎn)換；這與袁道陽等（2003；2004；2007）認(rèn)為臨潭—宕昌斷裂、光蓋山—迭部斷裂、迭部—白龍江斷裂等吸收了東昆侖斷裂的左旋滑動(dòng)速率，使得西秦嶺斷裂的左旋滑動(dòng)速率低于東昆侖斷裂的觀點(diǎn)一致.從甘東南地區(qū)主要斷裂的幾何結(jié)構(gòu)分析，斷裂走滑位移的轉(zhuǎn)換主要是通過青藏高原向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1），而運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換過程造成了過渡斷層上的局部應(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，其可能受來自西秦嶺北緣斷裂本身及青藏高原向北東推擠過程的影響，因此更容易發(fā)生地震（鄭文俊等，2005，2013a，2013b）.從現(xiàn)代地震、歷史地震和古地震的角度看，東昆侖斷裂和西秦嶺斷裂均發(fā)生過大于等于7級(jí)地震，它們之間的過渡性北西向斷裂僅發(fā)生一些中強(qiáng)地震（袁道陽等，2007；李傳友等，2010；鄭文俊等，2013a，2013b）.構(gòu)成甘東南地區(qū)“V”字型斷裂系統(tǒng)中的北東向斷裂，如禮縣—羅家堡斷裂發(fā)生了禮縣8級(jí)地震，臨江斷裂或哈南—青山灣—稻畦子斷裂發(fā)生了1879年武都8級(jí)地震（馮希杰等，2005；侯康明等，2005），這些北東向活動(dòng)斷裂均為左旋走滑活動(dòng)斷裂.被西秦嶺北緣斷裂、禮縣—羅家堡斷裂和臨潭—宕昌斷裂圍限的禮縣次級(jí)地塊向南東滑動(dòng)可能導(dǎo)致了1654年禮縣8級(jí)地震的發(fā)生，沿禮縣—羅家堡斷裂形成地表破裂帶.該地表破裂帶的走向與禮縣—天水地殼速度陡變帶分布一致，它切穿下地殼，具有深部構(gòu)造背景.同理，被東昆侖斷裂、臨潭—宕昌斷裂或光蓋山—迭山斷裂帶和哈南—青山灣—稻畦子斷裂圍限的武都次級(jí)地塊向南東方向的滑動(dòng)可能導(dǎo)致了1879年武都8級(jí)地震的發(fā)生.

GPS觀測(cè)結(jié)果也反應(yīng)了青藏高原東北緣整體向北東擴(kuò)展的同時(shí)發(fā)生局部旋轉(zhuǎn)變形（Zhang et al.，2004；Gan et al.，2007）.崔篤信等（2009）利用1999—2001年的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，給出的青藏高原東北緣GPS速度場(chǎng)顯示，禮縣—羅家堡斷裂附近有5個(gè)GPS站點(diǎn)，斷裂北側(cè)的三個(gè)站點(diǎn)的速度矢量方向分別為140°、145°和155°，矢量大小分別為6.5mm·a－1、5mm·a－1和6.5mm·a－1.斷裂南側(cè)有兩個(gè)站點(diǎn)的速度矢量方向分別為150°和155°，大小為5mm·a－1和6.5mm·a－1.禮縣—羅家堡斷裂總體走向60°，與斷裂附近GPS站點(diǎn)觀測(cè)到的現(xiàn)今地殼水平運(yùn)動(dòng)速度矢量的夾角為70°～85°.楊國華等（2012）利用1999—2007年、2009—2011年的GPS觀測(cè)資料，給出了青藏高原東北緣地區(qū)現(xiàn)今地殼水平運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，顯示陜甘川地區(qū)為整體向南運(yùn)動(dòng)，速度矢量方向?yàn)榻媳毕?，水平運(yùn)動(dòng)速率北側(cè)略大于南側(cè)，與禮縣—羅家堡斷裂的夾角為60°，斷裂兩側(cè)GPS站點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率大小基本一致，或斷裂北側(cè)的站點(diǎn)略大于斷裂南側(cè)的站點(diǎn).王敏和王閻昭提供的GPS數(shù)據(jù)顯示（詹艷等，2014），禮縣—羅家堡斷裂北側(cè)GPS站點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向北東向，南側(cè)站點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)楸北睎|向，北側(cè)站點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率明顯大于南側(cè).張培震等（2009）的研究結(jié)果表明，萬年尺度的地震地質(zhì)研究、千年尺度的歷史地震研究、十年尺度的GPS形變測(cè)量研究均表明龍門山斷裂帶活動(dòng)速率很低，在2008年汶川8級(jí)地震發(fā)生前處于閉鎖狀態(tài).青藏高原東北緣水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)（崔篤信等，2009；楊國華等，2012；詹艷等，2014）顯示，禮縣—羅家堡活動(dòng)斷裂北、南兩側(cè)的GPS觀測(cè)站點(diǎn)的水平運(yùn)動(dòng)方向存在差異，南側(cè)站點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率略小于北側(cè)站點(diǎn)的，是否說明禮縣—羅家堡斷裂開始進(jìn)入閉鎖階段值得進(jìn)一步研究.

禮縣—羅家堡斷裂是青藏高原東緣一條重要的活動(dòng)斷裂，對(duì)它的地質(zhì)地貌特征、第四紀(jì)以來的活動(dòng)特征、大地震復(fù)發(fā)規(guī)律，以及在青藏高原東北緣構(gòu)造變形中的調(diào)節(jié)作用等仍缺乏清晰的認(rèn)識(shí)，也是今后努力工作的方向.

7 結(jié)論

陜甘川地區(qū)是青藏高原東北部和我國著名的南北地震帶的重要組成部分，復(fù)雜多樣的構(gòu)造變形樣式、深部構(gòu)造環(huán)境，以及不同次級(jí)地塊現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)矢量的差異是該地區(qū)強(qiáng)地震孕育和發(fā)生的重要原因.陜甘川交接地區(qū)北西西向的斷裂（東昆侖斷裂、臨潭—宕昌斷裂、光蓋山—迭山斷裂、西秦嶺斷裂等）與北東向的斷裂（禮縣—羅家堡斷裂、哈南—青山灣—稻畦子斷裂、兩當(dāng)—江洛斷裂等）構(gòu)成該地區(qū)特殊的“V”字形活動(dòng)構(gòu)造圖像.禮縣—羅家堡斷裂為一條左旋走滑活動(dòng)斷裂，1654年7月21日禮縣8級(jí)地震沿該在斷裂產(chǎn)生7～10m的左旋水平位移和3～4m左右的垂直位移，斷裂帶附近歷史上還發(fā)生了多次5級(jí)以上地震.從區(qū)域活動(dòng)斷裂幾何特征、運(yùn)動(dòng)特征和GPS觀測(cè)資料分析，認(rèn)為青藏高原

東北部的向北推擠和次級(jí)地塊向南東方向運(yùn)動(dòng)是該地區(qū)北東向斷裂帶應(yīng)力集中的主要?jiǎng)恿?

致謝詹艷研究員提供了西秦嶺地區(qū)深部電性結(jié)構(gòu)解釋，審稿人對(duì)本文提出的寶貴意見和建議，促進(jìn)論文的完善和成熟.在此一并表示感謝.

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