1739年平羅8級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造

雷啟云 柴熾章 杜 鵬 俞晶星 王 銀 謝曉峰

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

2)寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川 750001

0 引言

1739年平羅8級(jí)地震是銀川平原上有史以來發(fā)生的最大一次破壞性地震。這次地震毀壞城鎮(zhèn)、村莊，引起嚴(yán)重的砂土液化，5萬余人喪生(寧夏回族自治區(qū)地震局，1988)。研究這次地震的發(fā)震構(gòu)造對(duì)認(rèn)識(shí)銀川盆地的孕震環(huán)境和地震危險(xiǎn)性具有重要意義，也對(duì)類似地區(qū)的工程抗震設(shè)防具有借鑒意義。因此，關(guān)于這次地震的發(fā)震構(gòu)造一直受到有關(guān)學(xué)者的關(guān)注，并經(jīng)歷了一個(gè)不斷深入的認(rèn)識(shí)過程。

20世紀(jì)60年代，石油地震勘探揭示了銀川隱伏斷裂的存在。由于該斷裂的展布和1739年平羅8級(jí)地震的極震區(qū)在空間上吻合，一度被認(rèn)為就是1739年平羅8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造(寧夏地質(zhì)局研究隊(duì)地質(zhì)力學(xué)編圖組，1980;李夢(mèng)鑾等，1984;郭增建等，1988)。隨著紅果子明長城錯(cuò)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)賀蘭山東麓斷裂地表破裂帶研究的深入(張維岐等，1982;廖玉華等，1982a，b;鄧起東等，1984，1985;楊景春等，1985;汪一鵬等，1986;崔黎明等，1990)，賀蘭山東麓斷裂被認(rèn)為是1739年平羅8級(jí)地震的主要發(fā)震構(gòu)造，但沒有排除在極震區(qū)存在另一條地表破裂帶的可能性(國家地震局“鄂爾多斯活動(dòng)斷裂系”課題組，1988)。也有學(xué)者指出平羅8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造就是賀蘭山東麓斷裂(丁國瑜等，1993;Deng et al.，1996;白銘學(xué)等，2005)。近年來，隨著銀川市活斷層探測(cè)和跨盆地人工深地震反射探測(cè)的開展，查清了銀川隱伏斷裂的活動(dòng)時(shí)代和盆地的深部結(jié)構(gòu)(柴熾章等，2006，2011;雷啟云等，2008，2011;方盛明等，2009)，據(jù)此，又提出了賀蘭山東麓斷裂和銀川隱伏斷裂同步牽連破裂的認(rèn)識(shí)，并認(rèn)為由于受巨厚松散地層的吸收和消減，銀川隱伏斷裂的破裂未抵達(dá)地表(柴熾章等，2011)。近期，有學(xué)者對(duì)紅果子長城及附近的斷層陡坎進(jìn)行測(cè)量和調(diào)查，認(rèn)為紅果子長城在1739年平羅8級(jí)地震中并未錯(cuò)動(dòng)，銀川隱伏斷裂才是該次地震的發(fā)震構(gòu)造(Lin et al.，2013)。

可見，關(guān)于1739年平羅8級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造的認(rèn)識(shí)仍有爭(zhēng)議，突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面:1)賀蘭山東麓斷裂和銀川隱伏斷裂哪個(gè)是1739年平羅8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造?2)2條斷裂在1739年8級(jí)地震時(shí)是否發(fā)生了牽連同步破裂?

本文在銀川市、石嘴山市活斷層探測(cè)以及賀蘭山東麓斷裂1/5萬地震地質(zhì)填圖等資料的基礎(chǔ)上，對(duì)紅果子長城開展調(diào)查和測(cè)量，重新討論1739年平羅8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造。

1 區(qū)域構(gòu)造背景和極震區(qū)分布概況

銀川盆地為鄂爾多斯周緣發(fā)育的一系列新生代斷陷盆地之一，北起石嘴山，南至青銅峽，長160m，最寬55km;以永寧為界，以北為NNE向，以南轉(zhuǎn)向SN向(國家地震局“鄂爾多斯活動(dòng)斷裂系”課題組，1988)。銀川盆地位于青藏、阿拉善和鄂爾多斯三大活動(dòng)地塊相接復(fù)合之處(張培震等，2003)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，盆地內(nèi)的新生界厚度超過7 000m，鉆孔揭示的第四系厚度＞1 600m(李克勤，1992;李清河等，1999)。盆地內(nèi)發(fā)育4條主要活動(dòng)斷裂，歷史上曾發(fā)生多次破壞性地震，1739年平羅8級(jí)地震就發(fā)生在其中，是中國南北地震帶北段的重要組成部分(國家地震局“鄂爾多斯活動(dòng)斷裂系”課題組，1988;柴熾章等，2011)。黃河自南向北貫穿銀川盆地，盆地內(nèi)沉積了巨厚的松散粉細(xì)砂，地下水位高，在盆地北部低洼處甚至溢流于地表，土地鹽漬化嚴(yán)重。

1739年平羅8級(jí)地震破壞嚴(yán)重，波及范圍廣(寧夏回族自治區(qū)地震局，1988)。這次地震的宏觀震中位于姚伏附近，極震區(qū)北起平羅寶豐，南抵銀川大新，沿寶豐—平羅—姚伏—銀川一線分布，長約84km，寬20km，地震烈度最高可達(dá)Ⅹ+(圖1)，區(qū)內(nèi)城垣、房舍、廟宇倒毀，并發(fā)生嚴(yán)重的砂土液化、噴砂冒水、地基下陷、地裂縫等災(zāi)害，以平羅、新渠(現(xiàn)姚伏)、寶豐三縣最為嚴(yán)重。此外，新城、靈州、中衛(wèi)等城池亦遭破壞，300～400km外的陜西省府谷、榆林、綏德、清澗和甘肅省慶陽、靖遠(yuǎn)等一帶都有破壞。有感范圍遠(yuǎn)達(dá)700～800km外的陜西、山西、河北、河南等省的一些地區(qū)。

2 賀蘭山東麓斷裂地表破裂的時(shí)代限定

2.1 賀蘭山東麓斷裂地表破裂帶的測(cè)年證據(jù)

賀蘭山東麓斷裂上發(fā)育了醒目的地表破裂帶，尤以紅果子長城附近和蘇峪口兩段最為清楚。該破裂事件的發(fā)生時(shí)間，前人僅用統(tǒng)計(jì)地貌學(xué)的方法間接推測(cè)，沒有直接的測(cè)年結(jié)果(國家地震局“鄂爾多斯課題組”，1988)。我們?cè)诩t果子溝附近開挖一個(gè)大型探槽，通過釋光測(cè)年獲得了該次事件的年齡下限。

圖1 銀川盆地與周邊斷裂及1739年平羅8級(jí)地震等震線分布圖Fig.1 Distribution of the active faults in the Yinchuan Basin and the isoseismal line of the Pingluo earthquake..

紅果子溝探槽位于一全新世的小洪積扇上(圖2a)，橫跨斷層陡坎。陡坎走向NNE，向北和錯(cuò)動(dòng)紅果子長城的主斷層陡坎連為一體，探槽與紅果子長城相距3.7km。在探槽附近，斷層陡坎實(shí)測(cè)高度為3.5m，并殘留了高約1m的斷層自由面(圖2b)。探槽清楚地揭露了陡坎下斷層活動(dòng)的遺跡，根據(jù)探槽內(nèi)地層錯(cuò)斷、小地塹、構(gòu)造充填楔、崩積楔和構(gòu)造巖等信息，識(shí)別了4次地震事件(杜鵬，2010)。

在探槽中，最后一次事件形成的坎前崩積楔形態(tài)清楚，特征明顯，和地表殘留的自由面一道印證了最后一次事件的存在(圖2c)。崩積物之下的地層中發(fā)育層理，傾角和斷層上盤地貌面坡度相近，表明3.5m高的斷層陡坎是由一次事件形成。為了限定這次事件的下限時(shí)間，我們?cè)谧詈笠淮问录婪e物底部含礫粉砂層中采集了2個(gè)光釋光樣品，測(cè)試結(jié)果分別為距今(0.6±0.03)ka和距今(0.7±0.03)ka(表1)。同一層中2個(gè)樣品的測(cè)試結(jié)果很接近，表明測(cè)試結(jié)果可靠。

因此，從紅果子溝探槽揭示的現(xiàn)象和測(cè)試結(jié)果可知，賀蘭山東麓斷裂的最后一次地表破裂事件發(fā)生在距今600～700a之后，同震位移達(dá)3.5m，全新世洪積扇上的斷層陡坎是一次事件所形成。

圖2 紅果子溝探槽周邊地貌照片及南壁剖面圖Fig.2 Fault scarp topography and cross section in the southern wall of the trench at Hongguozigou.

表1 紅果子溝探槽最新一次事件下限OSL測(cè)年結(jié)果aTable 1 OSL dating results of lower limit age of the latest event at Hongguozigou trench

2.2 紅果子明長城錯(cuò)動(dòng)的新證據(jù)

寧夏紅果子明長城錯(cuò)動(dòng)是賀蘭山東麓斷裂在1739年8級(jí)地震發(fā)生破裂最有力的證據(jù)，前人已開展大量工作，特別是在長城兩側(cè)開挖探槽，并揭示了長城墻基的錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象(廖玉華等，1982a)。然而，由于時(shí)隔久遠(yuǎn)，前人探槽已坍塌，一些現(xiàn)象難以再次直接觀察，關(guān)于墻基錯(cuò)動(dòng)也僅見于前人的文字描述之中。近期有學(xué)者通過調(diào)查和測(cè)量，認(rèn)為長城是在先存斷層陡坎修筑，并沒有發(fā)生錯(cuò)動(dòng)(Lin et al.，2013)。從文物保護(hù)的角度，重新在長城兩側(cè)開挖新探槽已不現(xiàn)實(shí)，因此，需要尋求其他有關(guān)明長城錯(cuò)動(dòng)的證據(jù)。據(jù)前人結(jié)果，紅果子長城錯(cuò)動(dòng)有兩處，西支斷層長城錯(cuò)動(dòng)因受人為改觀，原貌已不復(fù)存在。本文僅在長城錯(cuò)動(dòng)原貌保存較好的主斷層陡坎上開展調(diào)查工作，尋找長城錯(cuò)動(dòng)的新證據(jù)(圖3a)。圖3b是長城附近T1、T2、T3地貌面及測(cè)線分布圖。

圖3 紅果子長城與周邊遙感影像及斷裂垂直位移測(cè)線分布圖Fig.3 The remote sensing images and the distribution of survey lines of vertical displacement near the Great Wall at Hongguozi town.

2.2.1 長城夯層反映的長城錯(cuò)動(dòng)

據(jù)前人考證，寧夏紅果子明長城修筑于明代正德(1506年)之后，又稱“邊墻”(楊明芝等，2007)，分土筑長城和石砌長城2類。本文研究段為土筑長城，由粉土雜砂礫碎石分段逐層夯筑而成，同段同一夯層厚度大致相等，各夯層、長城頂面以及長城底三者間大致平行，長城頂面延伸連續(xù)，無臺(tái)階變化。

長城在主斷層陡坎附近已坍塌為寬約7m的豁口，豁口兩側(cè)長城保留較完整，夯層清晰可辨(圖4)?；砜趦蓚?cè)長城墻體的厚度不同，西側(cè)長城較厚，其墻基比東側(cè)寬約1m余，兩側(cè)長城南墻面基本對(duì)齊。西側(cè)長城在陡坎附近高約3.5m，夯層傾角約15°，夯層厚度多為20cm，可分辨夯層數(shù)約16層;東側(cè)長城在豁口附近高約1.9m，遠(yuǎn)離豁口高度過渡為3.5m，最大夯層厚度近30cm，夯層傾角也為15°，可分辨夯層數(shù)約15層。墻體寬度、夯層厚度和夯層數(shù)的差異表明豁口兩側(cè)長城為分段夯筑而成，從殘留墻基看，兩者分界應(yīng)在豁口中央附近。

前人在長城北側(cè)斷層陡坎上開挖了探槽(國家地震局“鄂爾多斯活動(dòng)斷裂系”課題組，1988)，根據(jù)殘留南壁的巖性差異可辨出斷層的位置，大致位于豁口中央。斷層附近下盤長城基礎(chǔ)和地面的界線清楚，延伸至斷層處;斷層附近上盤長城基礎(chǔ)和原始地貌面受到后期掩埋，兩者界線不清。沿著長城頂面觀察，除了豁口東側(cè)附近長城頂面有所剝離之外，其余段長城頂面平整，覆蓋較多的小礫石，頂面和夯層保持平行，高度均為3.5m，表明長城頂面是完整的，沒有受到顯著的剝蝕，現(xiàn)今夯層數(shù)和修筑時(shí)的夯層數(shù)相同。對(duì)長城北墻面上的夯層的延伸變化進(jìn)行了仔細(xì)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在豁口東側(cè)附近長城頂僅剝離了1.5層，長度不足2m，而距頂面第10～15層均被掩埋(圖4)。根據(jù)未埋深的夯層延伸趨勢(shì)以及各夯層相互平行的觀測(cè)事實(shí)，推測(cè)倒塌前長城的頂?shù)孜恢?，發(fā)現(xiàn)長城的頂面和墻基在斷層附近均存在明顯的落差。在鄰近2km長的土筑長城上沒有發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象，表明該現(xiàn)象不應(yīng)是長城修筑時(shí)人工所為。

圖4 夯層反映的長城錯(cuò)動(dòng)Fig.4 The dislocation revealed by the changes of the rammed layers in the Great Wall.

因此，跨斷層長城基礎(chǔ)和頂面存在的同步落差，絕非偶然，紅果子明長城被斷層錯(cuò)動(dòng)的可能性極大。

2.2.2 不同時(shí)期地貌面(線)的垂直位移及形態(tài)對(duì)比

主斷層陡坎長城豁口向南約10m處，在T2洪積扇面上發(fā)育一條小沖溝，橫跨斷層陡坎。小沖溝兩側(cè)殘留較清楚的小階地(T1)。該小沖溝北岸小階地(T1)、與其緊鄰殘留的T2臺(tái)地面、以及T3臺(tái)地面均發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，形成了明顯的斷層陡坎(圖5)。利用差分GPS對(duì)小階地T1、臺(tái)地T2、臺(tái)地T3、長城頂面分別進(jìn)行了垂直地形剖面測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示，小階地T1垂直位移1.423m，T2臺(tái)地垂直位移1.412m，兩者相近，表明最后一次錯(cuò)動(dòng)發(fā)生在小沖溝階地T1形成之后，取兩者平均值，得到此次錯(cuò)動(dòng)的垂直位移為1.42m;另外，發(fā)現(xiàn)長城頂面和T3臺(tái)地面的垂直位移相近，分別為4.48m與4.45m，兩者接近4.5m，表明長城在斷層兩側(cè)高度相當(dāng)，但并不能判斷長城修筑于T1錯(cuò)動(dòng)之前或之后。因?yàn)橹灰L城高度相等，不論之前或之后修筑，均可得到同樣的測(cè)量結(jié)果，長城頂面的垂直位移，反映了斷層兩側(cè)長城的整體落差。

為了分析長城修筑于T1錯(cuò)斷之前還是之后，也即長城有沒有發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，對(duì)斷層陡坎附近的長城頂面和T3臺(tái)地面的實(shí)測(cè)地形曲線進(jìn)行了形態(tài)對(duì)比。斷層兩側(cè)長城的實(shí)測(cè)高度相同，為3.5m。據(jù)此，將T3臺(tái)地面實(shí)測(cè)地形曲線整體上移3.5m，如圖5。發(fā)現(xiàn)除斷層附近外，上移后的T3臺(tái)面曲線和長城頂面的地形曲線吻合度很高，由此也反證長城高度確為3.5m。在斷層陡坎后緣，長城頂面相對(duì)略為凸起，而在坡腳，長城頂面明顯下凹。如果長城沒有發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，按理，長城頂面和T3臺(tái)面的地形曲線形態(tài)應(yīng)當(dāng)完全一致，這種實(shí)測(cè)曲線形態(tài)的差異，只能用陡坎后緣剝蝕后退和坡腳長城頂面的剝蝕倒塌加以解釋。但是，前已述及，長城頂面剝蝕很局部，剝蝕厚度也僅為30cm。根據(jù)調(diào)查結(jié)果恢復(fù)倒塌前的長城頂面曲線(圖5中的藍(lán)色虛線)后，發(fā)現(xiàn)2條曲線的差別更加顯著，難以用陡坎后退和長城剝離來解釋。如果長城發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)垂直位移必然和T1、T2相當(dāng)，將斷層上盤長城頂面曲線同步上移1.42m，發(fā)現(xiàn)豁口兩側(cè)長城頂面延伸線重合，這如實(shí)反映了長城未錯(cuò)動(dòng)前的頂面形態(tài)。

圖5 紅果子溝長城錯(cuò)動(dòng)景觀及垂直位移對(duì)比圖Fig.5 Comparison chart of dislocation landscape and vertical displacement of the Great Wall at Hongguozigou.

可見，通過對(duì)測(cè)量地形曲線形態(tài)的分析對(duì)比，表明長城的確發(fā)生了位移為1.42m的垂直錯(cuò)動(dòng)。不難想象，地震發(fā)生之前，長城修筑在高為3.08m的斷層陡坎上，長城頂面和原始地面的形態(tài)相同，斜坡上長城夯層傾角和坡度相同;地震發(fā)生之后，長城和原始地面同步錯(cuò)動(dòng)1.42m，原始地面以新形成的斷層陡坎為界，后緣開始剝蝕后退，而在坎前加積填高，以“削平”新形成的1.42m的陡坎，逐漸演化形成現(xiàn)今實(shí)測(cè)的剖面形態(tài)，而長城頂面除了部分坍塌之外，并不存在斷層陡坎那樣的剝蝕后退、坎前加積的演化過程，仍然保留了原始的形態(tài)。

3 銀川隱伏斷裂全新世活動(dòng)段的破裂事件及原地復(fù)發(fā)

3.1 銀川隱伏斷裂全新世活動(dòng)段的長度

早期，銀川隱伏斷裂的展布主要根據(jù)石油勘探資料推測(cè)，而全新世活動(dòng)段的長度至少和1739年平羅8級(jí)地震的極震區(qū)的長軸相當(dāng)，并居于極震區(qū)的中央位置(李夢(mèng)鑾等，1984)。

銀川市活斷層探測(cè)的開展，查清了該斷裂以NNE向展布于永寧縣—銀川東—賀蘭縣一帶，斷裂向西傾斜。根據(jù)淺層地震勘探、鉆探、槽探結(jié)果確定該斷裂大致以銀川市銀古路口為界，分為兩段，北段為全新世活動(dòng)斷層，而南段為晚更新世活動(dòng)斷層(柴熾章等，2006，2011;雷啟云等，2008)。但是，由于向北沒有測(cè)線控制，銀川隱伏斷裂自賀蘭縣向北延伸及活動(dòng)情況不明，全新世活動(dòng)段的長度也不甚明了。

在實(shí)施石嘴山市活斷層探測(cè)時(shí)，曾在姚伏鎮(zhèn)布設(shè)一條淺層地震測(cè)線PLDC1，以期查明銀川隱伏斷裂全新世活動(dòng)段向北的延伸情況。該測(cè)線長3km，道間距5m，揭示出2條向東傾的斷裂，最淺上斷點(diǎn)埋深75～83m，斷距僅4～5m(圖6)。向北布設(shè)的其他淺層地震測(cè)線也揭示了類似性質(zhì)的斷層，但上斷點(diǎn)埋深已超過100m，根據(jù)相鄰已有鉆孔測(cè)年數(shù)據(jù)大致推測(cè)，該斷裂活動(dòng)時(shí)代當(dāng)在晚更新世之前。鑒于傾向、規(guī)模、活動(dòng)時(shí)代和銀川隱伏斷裂明顯不同，二者為2條不同的斷裂，將該斷裂稱之為平羅東斷裂。

圖6 PLDC1測(cè)線反射波疊加時(shí)間剖面Fig.6 Stack time section of seismic reflection of PLDC1 profile.

由此表明，銀川隱伏斷裂全新世活動(dòng)段向北延伸不會(huì)超過姚伏鎮(zhèn)，銀川隱伏斷裂全新世活動(dòng)段的長度不會(huì)＞36km。

3.2 銀川隱伏斷裂的地表破裂事件及最新破裂時(shí)間

在淺層地震勘探和鉆探的基礎(chǔ)上，我們?cè)阢y川隱伏斷裂全新世活動(dòng)段開挖2個(gè)大型探槽，其中以新渠稍探槽信息最為豐富(圖7)。根據(jù)新渠梢探槽揭露的地層錯(cuò)斷、液化砂土的侵入和噴發(fā)、構(gòu)造張裂充填、地層變形及其局部不整合等構(gòu)造信息，分析該探槽內(nèi)發(fā)生過5次古地震事件(柴熾章等，2006，2011)。

圖7 新渠稍探槽地質(zhì)剖面(柴熾章等，2006)Fig.7 The geological section in the trench at Xinqushao(after CHAI Chi－zhang et al.，2006).

在5次事件中，第2次事件和第3次事件發(fā)生了明顯的地表破裂，引起地層錯(cuò)動(dòng)和地表噴砂現(xiàn)象，這是銀川隱伏斷裂直接活動(dòng)的結(jié)果。第4次事件僅表現(xiàn)為若干的張裂縫，這些張裂縫的形成理應(yīng)是銀川隱伏斷裂活動(dòng)的結(jié)果，可能由于這次破裂事件規(guī)模相對(duì)偏小，新渠稍探槽又位于破裂的末端，只在斷層附近形成張裂縫。14C樣品測(cè)試結(jié)果表明這次事件發(fā)生在距今(3.40±0.077)ka之前不久，而銀川市歷史上曾發(fā)生過1143年級(jí)、1477年級(jí)、1739年8級(jí)3次強(qiáng)地震，均未在探槽相應(yīng)時(shí)代地層中產(chǎn)生地裂縫，這也從另一個(gè)角度證明第4次事件的張裂縫和銀川隱伏斷裂活動(dòng)密切相關(guān)。

第5次事件表現(xiàn)為砂土液化，切割了第4次事件形成的裂隙，但未噴砂于地表，其發(fā)生時(shí)代難以限定，只能確定其發(fā)生于第4次事件之后。該事件是否由銀川隱伏斷裂引發(fā)地震所引起，難以定論。也不能排除其他地震引起探槽場(chǎng)地砂土液化的可能。從3次歷史強(qiáng)震對(duì)探槽場(chǎng)地的影響烈度看，這次事件的砂土液化可能是由1739年平羅8級(jí)地震引起，因?yàn)檫@次地震對(duì)探槽場(chǎng)地的影響烈度高達(dá)Ⅹ度。當(dāng)然，也不能排除銀川隱伏斷裂活動(dòng)引發(fā)的非地表破裂的中強(qiáng)地震的可能。不論這次事件由哪條斷裂發(fā)生的地震引起，有一個(gè)基本結(jié)論是:銀川隱伏斷裂在距今(3.40±0.077)ka以來，再?zèng)]有發(fā)生過能引起地表破裂的地震事件。換言之，銀川隱伏斷裂最后一次地表破裂事件發(fā)生于距今(3.40±0.077)ka之前不久。

3.3 銀川隱伏斷裂的生長特性和破裂的原地復(fù)發(fā)性

與新渠稍探槽位于同一地點(diǎn)的鉆探剖面顯示了銀川隱伏斷裂在百米尺度范圍的錯(cuò)動(dòng)情況(圖8)。斷裂兩側(cè)的地層發(fā)生了明顯的錯(cuò)斷，而且斷距隨著埋深的增加而增大，反映了銀川隱伏斷裂持續(xù)破裂活動(dòng)的特點(diǎn)。

圖8 新渠梢鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面圖(雷啟云等，2008)Fig.8 The composite drilling geological section at Xinqushao(after LEI Qi－yun et al.，2008).

測(cè)年結(jié)果顯示，層④頂界的沉積年齡約為距今(13.59±0.124)ka，而該界線的斷距為2.25m，表明斷裂在距今(13.59±0.124)ka以來的累計(jì)位移為2.25m。新渠稍槽探揭示的同震位移為0.31m，表明在距今(13.59±0.124)ka以來，銀川隱伏斷裂發(fā)生了多次破裂錯(cuò)動(dòng)事件，而這些事件均錯(cuò)動(dòng)了層④的頂界線(埋深約13m)。盡管沒有揭示出該界線以上地層位移的細(xì)微變化，但是，我們相信，發(fā)生在該時(shí)期內(nèi)的數(shù)次地震破裂事件在錯(cuò)動(dòng)層④頂界的同時(shí)，破裂必然抵達(dá)古地表。因?yàn)椋?0m多的上覆層不足以抵擋或者吸收斷裂的破裂位移，而且，已有3次破裂事件已為槽探所證實(shí)。

在鉆探剖面中，層②、層③、層④、層⑤在斷裂兩側(cè)的厚度不相等，上盤厚度大于下盤厚度，表現(xiàn)出明顯的生長地層特征(圖7，表2)。生長地層的普遍發(fā)育，表明銀川隱伏斷裂的每次斷錯(cuò)均能抵達(dá)古地表，引起斷裂上盤古地表的整體下移，為上盤地層加積提供空間。若斷裂破裂不能抵達(dá)地表，將難以解釋生長地層的形成。

另外，鉆探剖面中斷層附近地層上下界線平緩而無明顯變形，這表明不存在所謂的破裂未抵達(dá)地表而被松散地層吸收的現(xiàn)象。因?yàn)橐坏┢屏寻l(fā)生，即便是在頂部松散層存在吸收現(xiàn)象，錯(cuò)動(dòng)位移也不會(huì)嘎然而止，而是在終止部位引起地層的變形以吸收破裂面擴(kuò)張。例如，在盲沖斷層的頂部，地層必然發(fā)生褶皺變形以吸收破裂的擴(kuò)展。但是，在鉆探剖面中以及淺層地震勘探剖面中，斷裂附近的地層界線平緩，沒有類似的變形現(xiàn)象存在。

表2 鉆孔聯(lián)合剖面地層厚度及斷距Table 2 The stratigraphic thickness and the fault throw of the composite drilling section

因此，斷距隨深度增加和生長地層的存在，表明了銀川隱伏斷裂長期的持續(xù)破裂行為，而且，每次破裂活動(dòng)均能抵達(dá)地表，并未消減吸收于100m內(nèi)的松散沉積層之中。

4 討論與結(jié)論

4.1 賀蘭山東麓斷裂與1739年平羅8級(jí)地震

賀蘭山東麓斷裂的地表破裂帶長達(dá)98km，最大同震位移4.4m(國家地震局“鄂爾多斯活動(dòng)斷裂系”課題組，1988)。1739年平羅地震的極震區(qū)長軸長度和賀蘭山東麓斷裂的地表破裂長度相近，且二者平行分布。在極震區(qū)附近，除賀蘭山東麓斷裂外，還有蘆花臺(tái)隱伏斷裂、銀川隱伏斷裂、西大灘隱伏斷裂以及黃河斷裂。我們對(duì)這些斷裂開展了淺層地震勘探、鉆探、槽探等多手段的綜合探測(cè)，結(jié)果表明這些斷裂沒有地表破裂遺跡存在，最新活動(dòng)時(shí)代距今數(shù)千年以上。而且，這些斷裂的全新世活動(dòng)段長度、晚第四紀(jì)累計(jì)位移、平均滑動(dòng)速率、同震位移均顯著小于賀蘭山東麓斷裂，發(fā)震能力也遠(yuǎn)不及8級(jí)地震(柴熾章等，2011;雷啟云等，2014)。因此，賀蘭山東麓斷裂是極震區(qū)附近惟一可與1739年8級(jí)地震相匹配的活動(dòng)斷裂。

賀蘭山東麓斷裂上發(fā)育醒目的地表破裂帶，自由面現(xiàn)今殘留高度1～2m，表明該斷裂上發(fā)生過一次較新的大地震。紅果子溝探槽測(cè)年結(jié)果證實(shí)這次地震發(fā)生于距今600～700a之后，同震位移達(dá)3.5m。而紅果子明長城的錯(cuò)動(dòng)將這次地震事件限定在距今500a以內(nèi)。銀川盆地自古為產(chǎn)糧之地，最早就修筑了秦渠、漢渠、唐渠等水利設(shè)施引用黃河水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，是歷朝歷代的一個(gè)重要產(chǎn)糧基地，西夏王朝的都城興慶府更是修筑于銀川。該地區(qū)的歷史記錄完備，在近千年的歷史中遺漏大地震的可能性微乎其微。有歷史以來記錄到的最大地震為1739年平羅8級(jí)地震。

因此，賀蘭山東麓斷裂形成的地表破裂要晚于600～700a，并且錯(cuò)動(dòng)了500a前修筑的明長城，形成高為3.5m的斷層陡坎，它是1739年平羅8級(jí)地震形成的地表破裂，賀蘭山東麓斷裂為1739年平羅8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造。

4.2 銀川隱伏斷裂非1739年平羅8級(jí)地震的發(fā)震斷裂

銀川隱伏斷裂全新世活動(dòng)段僅位于平羅8級(jí)地震極震區(qū)的南部，長度≤36km，探槽揭露的同震位移為0.31m，鉆探揭示晚更新世以來的累計(jì)位移為2.25m，其發(fā)震能力難以達(dá)到8級(jí)地震的水平。新渠稍探槽揭示了銀川隱伏斷裂發(fā)生過3次地表破裂事件，最晚一次地表破裂事件發(fā)生在距今(3.40±0.077)ka之前不久。因此，銀川隱伏斷裂難以引發(fā)1739年平羅8級(jí)地震，而且，在1739年平羅地震時(shí)并沒有發(fā)生地表破裂。

那么，銀川隱伏斷裂是否發(fā)生牽連破裂，但未抵達(dá)地表而被松散沉積層所吸收呢?已有資料并不支持這一認(rèn)識(shí)。首先，探槽揭示銀川隱伏斷裂曾發(fā)生過地表破裂事件，表明其具備發(fā)生地表破裂的能力。鉆孔聯(lián)合剖面也顯示不同深度的標(biāo)志層發(fā)生了錯(cuò)斷，而且斷距隨著深度增加，并發(fā)育顯著的生長地層，表明銀川隱伏斷裂在地質(zhì)歷史時(shí)期的破裂均抵達(dá)古地表。另外，如果銀川隱伏斷裂的破裂被松散層吸收而未抵達(dá)地表，那么，在相應(yīng)的吸收消減部位必然存在一定的地層變形，如同盲沖斷裂頂部的地層變形一樣。然而，不論是淺層地震勘探剖面，還是鉆探剖面均未發(fā)現(xiàn)類似的變形現(xiàn)象。所以，如果銀川隱伏斷裂受到賀蘭山東麓斷裂的牽連發(fā)生破裂，必然會(huì)抵達(dá)地表，留下相應(yīng)的構(gòu)造遺跡。

而且，2條斷裂地面位置相隔27km，地下相交于約20km深處，2條斷裂在地震時(shí)同時(shí)錯(cuò)動(dòng)的可能性不大。假設(shè)銀川斷裂受牽連而發(fā)生了破裂，那么銀川斷裂的破裂可能要晚于賀蘭山東麓斷裂，表現(xiàn)為主－余震序列。但是，據(jù)歷史資料記載，1739年平羅8級(jí)地震的最大余震為級(jí)，如此級(jí)別的地震難以令人相信和銀川隱伏斷裂的牽連破裂有關(guān)。而且，這次余震和主震一樣，銀川市均有地聲來自西北方向的歷史記錄(寧夏回族自治區(qū)地震局，1988)。

如果假設(shè)賀蘭山東麓斷裂和銀川隱伏斷裂在平羅地震時(shí)發(fā)生牽連破裂，與銀川隱伏斷裂對(duì)應(yīng)的賀蘭山東麓斷裂蘇峪口段，同震位移達(dá)4.4m，大于北部紅果子段的3.5m。從能量釋放的角度看，這種牽連發(fā)震構(gòu)造釋放的能量將遠(yuǎn)大于北部，南部所形成的破壞范圍必然要大于北部。但事實(shí)上，極震區(qū)在南北部的差別不大。

石油剖面揭示了在更深范圍、更長時(shí)間尺度銀川隱伏斷裂的演化過程(圖9)。僅從斷裂兩側(cè)的地層厚度來看，銀川隱伏斷裂在中新世、第四紀(jì)生長地層特征明顯，表明斷裂在該時(shí)期的強(qiáng)烈活動(dòng)。與賀蘭山東麓斷裂相比，兩者在長期活動(dòng)歷史中并不同步，銀川隱伏斷裂具有自身獨(dú)特的演化活動(dòng)歷史?？梢?，銀川隱伏斷裂具有其獨(dú)特的演化歷史，具有獨(dú)立的活動(dòng)能力，其長期的活動(dòng)并不與賀蘭山東麓斷裂同步。

圖9 銀川盆地中部的結(jié)構(gòu)特征(嚴(yán)烈宏等，2002)Fig.9 Structural characteristics in the middle part of Yinchuan Basin(after YAN Lie－h(huán)ong et al.，2002).

綜上所述，銀川隱伏斷裂不具備發(fā)生8級(jí)地震的能力，但有發(fā)生地表破裂的可能。該斷裂最后一次地表破裂事件發(fā)生在距今3.4ka前不久，在1739年平羅8級(jí)地震中沒有發(fā)生地表破裂，也沒有發(fā)生同步的牽連破裂活動(dòng)。

4.3 平羅8級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造和極震區(qū)的異位問題

一般而言，大地震的烈度以發(fā)震斷層為中心向周圍衰減，發(fā)震斷層產(chǎn)生的地表破裂處于極震區(qū)的中央位置。然而，賀蘭山東麓斷裂作為1739年平羅8級(jí)地震的發(fā)震斷裂，與極震區(qū)的分布并不一致。這種發(fā)震構(gòu)造和極震區(qū)的異位現(xiàn)象正是引起對(duì)平羅8級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造爭(zhēng)論的主要原因之一。據(jù)史料記載，極震區(qū)的城垣、倉廒、廟宇、官府民房在地震時(shí)一并倒塌，并發(fā)生了嚴(yán)重的砂土液化現(xiàn)象，極震區(qū)的烈度達(dá)到Ⅹ度。但是，距離發(fā)震斷層很近的建筑物卻并未遭破壞，例如拜寺口的雙塔、大武口的武當(dāng)廟，甚至跨斷層的紅果子明長城，倒塌也不足10m。總之，一方面極震區(qū)不以發(fā)震斷層為中心分布，另一方面烈度衰減也與發(fā)震斷層無關(guān)聯(lián)。這和一般大地震的發(fā)震斷層和烈度的分布規(guī)律嚴(yán)重不符。

事實(shí)上，這種現(xiàn)象并非1739年平羅8級(jí)地震所獨(dú)有，849年內(nèi)蒙古河套8級(jí)地震和1556年陜西華縣8級(jí)地震均具有類似的特征(國家地震局“鄂爾多斯活動(dòng)斷裂系”課題組，1988)。這些地震均發(fā)生于斷陷盆地內(nèi)，發(fā)震斷層均為盆地邊界的鏟形正斷層，而極震區(qū)明顯偏向于盆地中心地帶。數(shù)值模擬結(jié)果也表明，在斷陷盆地內(nèi)，發(fā)震斷層的傾角較緩時(shí)，強(qiáng)震動(dòng)的最大區(qū)域可以向發(fā)震斷層上盤盆地內(nèi)偏移，而并不位于發(fā)震斷層之上(張冬麗等，2013)?？梢?，對(duì)于有巨厚松散沉積的斷陷盆地，邊緣鏟形正斷層引發(fā)的大地震，由于受斷層產(chǎn)狀、盆地結(jié)構(gòu)、松散層厚度等因素的綜合影響，極震區(qū)偏向于發(fā)震斷層上盤的盆地中心。

另外，鄰近發(fā)震斷層地表破裂附近建筑物完好無損的現(xiàn)象也并非個(gè)例，在汶川地震、臺(tái)灣集集地震中亦有表現(xiàn)(徐錫偉等，2008)。銀川平原是黃河沖積平原，地下水埋深極淺，特別是在極震區(qū)的北部，地下水排泄不暢，甚至溢積于地表，土壤鹽漬嚴(yán)重。地基土又為黃河沖積粉細(xì)砂、細(xì)砂土和湖沼淤泥組成，在猛烈的地震動(dòng)突然作用下，地基液化失去承載能力，在地表形成大面積不均勻沉陷，造成許多城垣、倉廒，房屋、建筑物的嚴(yán)重毀壞。

可見，特殊的盆地結(jié)構(gòu)類型和復(fù)雜的工程地質(zhì)條件共同導(dǎo)致了這種發(fā)震斷層和極震區(qū)異位的特殊現(xiàn)象。巨厚松散層沉積的新生代斷陷盆地中，邊界鏟形正斷層引發(fā)的大地震的極震區(qū)可能分布于盆地中心而非發(fā)震斷層附近，這類地震應(yīng)在抗震設(shè)防中引起重視，其機(jī)制也有待深入研究。