甘孜-玉樹斷裂當(dāng)江段地表破裂遺跡與1738年玉樹西北地震的討論1

李彥寶　王　虎劉華國陳立春中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 中國地震災(zāi)害防御中心，北京 100029

甘孜-玉樹斷裂當(dāng)江段地表破裂遺跡與1738年玉樹西北地震的討論1

李彥寶1）王虎1）劉華國2）陳立春1）
1）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 2）中國地震災(zāi)害防御中心，北京 100029

李彥寶，王虎，劉華國，陳立春，2016.甘孜-玉樹斷裂當(dāng)江段地表破裂遺跡與1738年玉樹西北地震討論.震災(zāi)防御技術(shù)，11（2）：207—217.doi：10.11899/zzfy20160204

對歷史記載的公元1738年玉樹西北地震的震級及其發(fā)震構(gòu)造目前仍存有爭議。衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)沿甘孜-玉樹斷裂當(dāng)江段分布一條長約75km的左旋走滑地震地表破裂帶，其最大同震水平位移約2.1m。綜合分析該地表破裂帶特征、探槽揭露信息、測年結(jié)果以及歷史文獻(xiàn)記載等資料，認(rèn)為當(dāng)江段應(yīng)為1738年玉樹西北地震的發(fā)震斷層，基于震例類比和經(jīng)驗公式估算該次地震的震級為71/2級。沿甘孜-玉樹斷裂的歷史地震破裂分布顯示，玉樹段在隆寶鎮(zhèn)以西存在近50km長的破裂空段；當(dāng)江段距1738年地震的離逝時間也可能已經(jīng)接近其地震復(fù)發(fā)周期，上述兩個段落未來均存在大震危險。

甘孜-玉樹斷裂；當(dāng)江段；地表破裂遺跡；1738年玉樹西北地震；發(fā)震構(gòu)造

引言

2010年青海玉樹MS7.1級地震造成2200余人遇難和巨大的經(jīng)濟(jì)損失（陳立春等，2010；孫鑫喆等，2012），該地震與1997年瑪尼M7.5級地震、2001年昆侖山口M8.1級地震和2008年汶川M8.0級地震均發(fā)生在巴顏喀拉塊體的邊界帶上。近年來，“破裂空段”已成為大地震中長期預(yù)測的重要依據(jù)（聞學(xué)澤等，2008；Lorito等，2011），“大地震頻發(fā)的巴顏喀拉塊體邊界斷裂帶上的破裂空段”也隨即成為關(guān)注的焦點。

作為巴顏喀拉塊體南邊界斷裂的一部分，甘孜-玉樹斷裂存在明顯的破裂分段，自北向南可劃分為5個段落（圖1）：當(dāng)江段、玉樹段、鄧柯段、馬尼干戈段和甘孜段（周榮軍等，1997）。除了發(fā)生在玉樹段的2010年地震外，已有資料顯示歷史上沿該斷裂帶的不同段落還發(fā)生了多次大地震，其中1896年地震、1866年地震和1854年地震分別發(fā)生于鄧柯段、甘孜段和馬尼干戈段，另有學(xué)者經(jīng)考證認(rèn)為1320年沿馬尼干戈段可能還發(fā)生過一次大地震（圖1b）（周榮軍等，1997；聞學(xué)澤等，2003；李安等，2013）。而關(guān)于1738年玉樹西北地震，地震目錄中將其震中定在玉樹附近（或玉樹西北），震級定為61/2級（顧功敘，1983；國家地震局蘭州地震研究所，1985；國家地震局地球物理研究所等，1990；國家地震局震害防御司，1995）；周榮軍等（1997）通過野外調(diào)查推測該次地震發(fā)生在當(dāng)江段，震中在當(dāng)江附近，并建議震級修訂為71/2級。Lin等（2011）通過探槽開挖認(rèn)為玉樹段上一次地表破裂型事件可能與1738年地震有關(guān)，且其震級可能為與2010年地震相當(dāng)?shù)腗S7.1級。袁道陽等（2012）認(rèn)為，當(dāng)江段和玉樹段在該次地震中同時破裂，同震破裂帶長度超過130km，建議震級為71/2級。鑒于該次地震的確切信息是根據(jù)“破裂空段”理論判定甘孜-玉樹斷裂乃至巴顏喀拉壩體周緣未來地震危險性的重要依據(jù)，因此需開展進(jìn)一步研究。本文在針對沿當(dāng)江段分布的地震地表破裂遺跡進(jìn)行翔實調(diào)查和探槽開挖的基礎(chǔ)上，討論了其與1738年地震的關(guān)系、該次地震的同震地表破裂參數(shù)及其可能的震級。

1　甘孜-玉樹斷裂晚第四紀(jì)活動特征

甘孜-玉樹斷裂為青藏高原內(nèi)部一條北西—北西西走向的大型左旋走滑斷裂，北西起自青海治多以西，向南東經(jīng)玉樹延伸至四川甘孜，長約500km，與鮮水河斷裂在甘孜附近呈左階斜列展布，一起構(gòu)成巴顏喀拉塊體與羌塘塊體和川滇塊體的邊界構(gòu)造帶（圖1a）。甘孜-玉樹斷裂晚第四紀(jì)以來活動強(qiáng)烈，如引言所述，該斷裂帶具有明顯的破裂分段活動特征，自北向南可劃分為5個段落。其中，鄧柯段-馬尼干戈段-甘孜段的平均左旋走滑速率達(dá)到12±2mm/a（聞學(xué)澤等，2003；徐錫偉等，2003；石峰等，2010；李安等，2013）；關(guān)于當(dāng)江段和玉樹段的滑動速率報導(dǎo)較少，周榮軍等（1997）通過斷錯地貌和年代學(xué)測量得出當(dāng)江段的走滑速率約為7.3±0.6mm/a；Lin等（2011）結(jié)合古地震復(fù)發(fā)間隔估算玉樹段的走滑速率為2—5mm/a。

圖1　甘孜-玉樹斷裂區(qū)域構(gòu)造環(huán)境Fig.1　Regional tectonic setting of the Garzê-Yushu fault

2　當(dāng)江段地表破裂遺跡

通過高分辨率衛(wèi)星影像（GoogleEarth影像融合SRTM數(shù)據(jù)）判讀，發(fā)現(xiàn)沿甘孜-玉樹斷裂的當(dāng)江段存在一條非常明顯的線性跡象，總體上呈北西西向展布（圖2a）。解譯顯示該線性跡象東端過立新鄉(xiāng)向東，在哲達(dá)村一帶不再明顯。該區(qū)為當(dāng)江段與玉樹段呈右階展布的擠壓隆起階區(qū)，彭華等（2007）認(rèn)為在該階區(qū)內(nèi)部還發(fā)育一條次級斷層，并命名為哈秀段（圖2a），哈秀段與當(dāng)江段之間的階區(qū)寬度最小約為6km。從影像上看，哈秀段并未見與當(dāng)江段類似的線性跡象；西端在當(dāng)江榮以東仍非常明顯，當(dāng)江榮村以西的聶恰曲河及一些沖溝呈明顯的同步左旋拐彎，但并未見明顯的線性跡象，且該同步左旋拐彎與當(dāng)江榮村以東段落呈左階錯列展布，階區(qū)寬度約為2.5km。

圖2　當(dāng)江段地表破裂遺跡分布圖Fig.2　Distribution of surface ruptures along the Dangjiang segment

綜合以上判斷沿當(dāng)江段分布的線性跡象東起哲達(dá)村一帶，與哈秀段呈右階錯列；西端止于當(dāng)江榮以東，與當(dāng)江榮以西斷層段落呈左階錯列；兩端鄰近斷層段落上未見類似的線性跡象。經(jīng)過量算該線性跡象總長度約為75km（圖2a）。如圖2b、圖2c所示，該線性跡象非常明顯，反向陡坎、沖溝位錯等現(xiàn)象保存完好，由此判斷其形成時代較新，可能與歷史地震地表破裂有關(guān)。

在影像解譯基礎(chǔ)上開展的野外調(diào)查沿前述線性跡象發(fā)現(xiàn)了大量線性展布的地震凹槽（圖3a、3b）、斷層槽谷（圖3c）、局部小地塹（圖3d）、地震鼓包（圖3e、3f）、階地位錯（圖4）及沖溝位錯（圖5b—5h）等斷層位錯地貌。諸如現(xiàn)代小沖溝、高漫灘、石壟等年輕地貌均發(fā)生左旋斷錯，顯示其形成年代較新，很可能為歷史地震的地表破裂帶。這些年輕地貌的位錯量即代表了該地震的同震水平位錯量，8個典型地點（位置見圖2）的實測數(shù)據(jù)顯示同震左旋水平位錯量在1.3—2.1m之間（圖5、表1）。

圖3　當(dāng)江段地表破裂主要斷錯地貌類型Fig.3　Local offset landforms of the earthquake surface ruptures along the Dangjiang segment

圖4　當(dāng)江段立新鄉(xiāng)西T2階地（a、b）和T3階地（c、d）左旋位錯實測及照片F(xiàn)ig.4　Sinistral offset of the terrace T2（a and b）and T3（c and d）along the Dangjiang segment

圖5　當(dāng)江段地表破裂遺跡實測同震位移Fig.5　Measured co-seismic horizontal displacements of the surface ruptures along the Dangjiang segment

表1　當(dāng)江段地表破裂帶實測同震水平位錯量列表Table 1　List of measured co-seismic horizontal displacements of the surface ruptures along the Dangjiang segment

圖6　立新鄉(xiāng)探槽剖面照片拼接及解譯Fig.6　Stiching and interpretting of trenches at the site of Lixin town

在立新鄉(xiāng)西（33.606°N，96.017°E）跨斷層開挖了2個探槽（具體位置見圖2a），其中西側(cè)探槽（LX1，圖6b）貫穿整個地表形變帶，東側(cè)探槽（LX2，圖6c）位于其最新破裂帶部位。兩個探槽揭示了類似的斷層斷錯（或變形）及構(gòu)造楔發(fā)育現(xiàn)象，據(jù)此識別出4次古地震事件。事件E1：單元U3被斷錯，之后楔狀地層單元U4形成，并被U5所覆蓋；事件E2：單元U5發(fā)生變形（局部見較小位錯），且其變形程度明顯大于其上覆地層，事件發(fā)生后楔狀地層單元U6形成；事件E3：U6被斷錯或發(fā)生變形，形成小地塹，之后U7堆積于該小地塹內(nèi)；事件E4：地表草皮層U8被斷錯。

于西側(cè)探槽西壁U5中采集到泥炭樣品，年齡測試結(jié)果為2210±65a B.P.。該單元沉積以來可能發(fā)生了3次地震事件，最新一次事件E4斷錯地表草皮層，局部自由面仍保留完好，說明事件E4發(fā)生的年代較新，可能與歷史地震破裂有關(guān)。

3　討論

3.11738年地震發(fā)震構(gòu)造

歷史記錄顯示1738年地震的影響范圍較大，震中（33.3°N，96.6°E）烈度為Ⅶ度，造成安圖司、固察司、隆布司、扎武三司、玉樹司（一、二、三、四司）、尼牙木錯司、典巴司、稱多司十一族共105戶有人員受傷，全傷亡無存者44戶，尚可成戶者49戶，拉爾吉司、列玉司、葉爾吉司亦遭破壞。根據(jù)史料繪制的該次地震的Ⅵ度等震線長軸方向呈北西向（國家地震局地球物理研究所等，1990；袁道陽等，2012）。與2010年玉樹MS7.1級地震相比，1738年地震影響范圍整體偏向西北方向（圖7）。

圖7　幾個歷史地震地表破裂帶分布圖Fig.7　Distribution of surface ruptures of 1738AD，1973AD and 2010AD earthquakes

當(dāng)江段地表破裂遺跡至今保存非常完整連續(xù)，局部陡坎自由面、地震鼓包等仍保留完好，多處發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代小水溝發(fā)生左旋位錯?？缭摰乇砥屏训牧⑿锣l(xiāng)探槽揭示古地震期次雖然存在一定不確定性，但至少可以確定較新的三次古地震事件發(fā)生在2210±65a B.P.以來，且最新事件斷錯了地表草皮層。這些均說明該地表破裂遺跡應(yīng)與發(fā)生時代較新的歷史地震破裂有關(guān)。經(jīng)與中國地震局玉樹地震科學(xué)考察隊玉樹段考察小組成員內(nèi)部交流，沿玉樹段的古地震分析結(jié)果顯示，2010年玉樹地震之前一次事件的年代與公元1738年相差較大。而且，比起玉樹段，1738年地震Ⅵ度等震線的空間位置與當(dāng)江段地表破裂遺跡對應(yīng)更好（圖7）。

綜合以上討論，結(jié)合前文對當(dāng)江段地表破裂遺跡的調(diào)查，認(rèn)為1738年地震的發(fā)震構(gòu)造應(yīng)為甘孜-玉樹斷裂的當(dāng)江段，同震地表破裂長度約為75km，最大同震左旋水平位移約2.1m。

3.21738年地震震級

從同震位移來看，2010年玉樹MS7.1級地震最大同震水平位移約為1.8m（陳立春等，2010）或2.4m（孫鑫喆等，2012），其鄰區(qū)的同樣為典型走滑活動性質(zhì)的鮮水河斷裂帶上的1973年爐霍M7.6級地震的最大同震水平位移為約3.6m（蜀水，1974；唐榮昌等，1976；Deng等，1986；李天袑等，1989；Xu等，1996），而當(dāng)江段地表破裂遺跡最大同震位移約2.1m（圖5h）；從同震地表破裂長度來看，2010年玉樹地震同震地表破裂帶由分別長約31km和15km的兩段次級破裂帶組成（圖7）（孫鑫喆等，2012；陳立春等，2010），1973年爐霍地震地表破裂帶長度約90km（圖7）（蜀水，1974；唐榮昌等，1976；Deng等，1986；李天袑等，1989；Xu等，1996），1738年地震的地表破裂長度（約75km）介于二者之間；從地震影響范圍看，1738年地震VI度等震線范圍明顯大于2010年玉樹地震（圖7）。綜上所述，1738年玉樹西北地震的震級可能略大于2010年玉樹地震，而略小于1973年爐霍地震，即在7.1—7.6級之間。

前人通過統(tǒng)計建立了一系列走滑斷裂地震地表破裂參數(shù)與震級強(qiáng)度之間的經(jīng)驗關(guān)系公式（King等，1968；冉勇康等，1990；鄧起東等，1992；Wells等，1994），劉靜等（1996）通過分析發(fā)現(xiàn)同時使用破裂長度（L）和最大同震位移（D）的經(jīng)驗公式對震級（M）進(jìn)行統(tǒng)計，其系數(shù)更收斂、穩(wěn)定。因此這里選擇同時使用破裂長度和最大同震位移建立的幾個經(jīng)驗公式（見表2），利用本次調(diào)查結(jié)果（L=75km，D=2.1m），估算了1738年地震的震級（表2），6個估算結(jié)果比較接近，震級在7.2—7.5之間，且與震例類比結(jié)果一致。

如引言所述，周榮軍等（1997）和袁道陽等（2012）建議將1738年地震的震級修訂為71/2，考慮震級估算方法的誤差，本文結(jié)果與該建議較為吻合，故本文亦支持將該次地震的震級修訂為71/2級。

表2　根據(jù)地表破裂參數(shù)估算走滑斷層型地震震級經(jīng)驗公式及1738年地震震級估算結(jié)果Table 2　Empirical formulas for estimating the magnitude of strike-slip earthquakes based on the parameters of surface ruptures and estimate result of 1738AD earthquake

3.3甘孜-玉樹斷裂破裂空段

前人研究顯示，甘孜-玉樹斷裂各個段落的大地震復(fù)發(fā)間隔最小不足300年（270—680年之間）（聞學(xué)澤等，2003；陳立春等，2010；Lin等，2011）。而從歷史文字記載的甘孜-玉樹斷裂上發(fā)生的破壞性地震的破裂分布顯示（圖1b），玉樹段隆寶鎮(zhèn)以西長近50km的段落在近300年來沒有破裂事件發(fā)生，按照震例統(tǒng)計經(jīng)驗（King等，1968；冉勇康等，1990；鄧起東等，1992；Wells等，1994；劉靜等，1996），該空段有足夠能力孕育7級左右破壞性強(qiáng)震，從破裂空段和地震周期復(fù)發(fā)角度分析該段未來存在大震危險。另外，根據(jù)本次當(dāng)江段地表破裂帶的調(diào)查，最大同震位移為約2.1m，結(jié)合前人關(guān)于該段滑動速率的估計（7.3±0.6mm/a）（周榮軍等，1997），估算其地震復(fù)發(fā)間隔為290±24a，即使該段在1738年發(fā)生破裂事件，其離逝時間（277年）也已經(jīng)接近其復(fù)發(fā)間隔，未來大震危險性仍較高。

4　結(jié)論

影像解譯和野外地質(zhì)調(diào)查顯示，甘孜-玉樹斷裂當(dāng)江段至今保留完好的地表破裂遺跡以左旋走滑斷錯為主，從該破裂帶局部仍保留自由面、斷錯地表草皮層、探槽古地震及測年等證據(jù)揭示該地表破裂遺跡時代較新，同時與根據(jù)史料勾繪的1738年玉樹西北地震的等震線圖范圍較為吻合，即該地表破裂帶在空間和時間上均與歷史記錄的公元1738年地震對應(yīng)較好，應(yīng)為該次地震的同震地表破裂，調(diào)查顯示其長度約75km，最大水平位移約2.1m。結(jié)合震例對比和經(jīng)驗公式計算得到1738年事件的震級約在7.1—7.6之間，支持將其震級修訂為71/2的建議。沿甘孜-玉樹斷裂的歷史地震破裂分布顯示，玉樹段在隆寶鎮(zhèn)以西存在長近50km的破裂空段，未來存在發(fā)生7級左右破壞性地震的危險；當(dāng)江段距上次地震（1738年地震）的時間可能已經(jīng)接近其大地震復(fù)發(fā)周期，未來也存在大震危險。

致謝：感謝徐錫偉研究員在野外關(guān)于地表破裂遺跡的判定及對探槽古地震事件的分析提出的寶貴意見。

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The Surface Rupture Remains along the Dangjiang Segment of Garzê-Yushu Fault and the 1738AD Earthquake

Li Yanbao1），Wang Hu1），Liu Huaguo2）and Chen Lichun1）
1）Institute of Geology，China EarthquakeAdministration，Beijing 100029，China
2）China Earthquake Disaster Prevention Center，Beijing 100029，China

According to historical records，a destructive earthquake occurred in 1738 AD was recognized to be located at the northwest of Yushu，Qinghai Province.However，there is still some disputes about the magnitude and seismogenic structure of the earthquake.In this paper，based on the image interpretation（from ETM，Google Earth and SRTM data）and field investigation，a surface rupture zone were found along the Dangjiang segment of the Garzê-Yushu fault，which is a major active sinistral strike-slip fault in the Tibetan Plateau.The surface rupture zone，with length of～75 km and maximum co-seismic horizontal displacement of～2.1 m，were mainly characterized by sinistral strike-slip offset.The data of the feature of the surface rupture zone，trenching，14C dating and the historical records about the 1738 AD earthquake indicate that the surface rupture zone along the Dangjiang fault segment is in accordance with the 1738 AD earthquake in time and space.Furthermore，by comparing with the 2010 Yushu MS7.1 earthquake and the 1973 Luhuo M7.6 earthquake and calculating of empirical formulas，we proposed that the surface rupture along the Dangjiang fault segment is seismogenic structure of the 1738 AD earthquake and the magnitude of the historical event should be about M71/2.The distribution of surface ruptures related to historical earthquakes along the Garzê-Yushu fault implies that there is a seismic gap with length of about 50km to the west of Longbao town of the Yushu segment.Otherwise，the elapsed time since the 1738 AD earthquake of the Dangjiang segment is likely close to its recurrence interval.Future large earthquakes are likely to occur along the two fault segments.

Garzê-Yushu fault；Dangjiang segment；Surface rupture remains；1738AD earthquake；Seismogenic structure

地震行業(yè)科研專項項目（201408014）“蘆山7.0級地震孕育發(fā)生機(jī)理及其影響研究”和中國地震局玉樹地震科學(xué)考察項目共同資助

2015-11-05

李彥寶，男，生于1981年。2013年獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事博士后研究。主要研究方向為活動構(gòu)造、古地震和GPS地殼形變與構(gòu)造運動等。E-mail:liyanbao163@163.com

陳立春，男，生于1970年。2011年獲博士學(xué)位，研究員。主要從事活動構(gòu)造、古地震與地震中長期預(yù)測方面的研究。電話：010-62009086，E-mail：dzsclc@ies.ac.cn