甘肅酒西盆地發(fā)現(xiàn)地震地表破裂帶

劉興旺　袁道陽(yáng)　雷中生　邵延秀

1)中國(guó)地震局蘭州地震研究所，蘭州　730000 2)蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，蘭州　730000

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甘肅酒西盆地發(fā)現(xiàn)地震地表破裂帶

劉興旺1，2)袁道陽(yáng)1，2)雷中生1)邵延秀1，2)

1)中國(guó)地震局蘭州地震研究所，蘭州730000 2)蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，蘭州730000

根據(jù)航、衛(wèi)片解譯和野外實(shí)地考察，在位于祁連山—河西走廊西段的酒西盆地白楊河背斜北發(fā)現(xiàn)1條較新的地震破裂帶遺跡，破裂帶長(zhǎng)度約5km，呈弧形展布，保存較為完整，在最新的洪積扇面上陡坎高度約0.5～0.7m，在沖溝T1階地上陡坎高度約1.5m，分析認(rèn)為其為較新的1次地震活動(dòng)所致。沿?cái)鄬佣缚蔡讲坶_(kāi)挖表明，此次破裂帶形成于約1,500a,BP，此前斷裂還有過(guò)活動(dòng)。根據(jù)該地區(qū)歷史地震資料考證和研究程度，認(rèn)為該地震地表破裂帶可能與365年玉門(mén)地震、1785年玉門(mén)惠回堡地震或1次漏記的歷史強(qiáng)地震有關(guān)。

地震破裂帶酒西盆地歷史地震甘肅

0　引言

祁連山—河西走廊地區(qū)位于青藏高原北部邊緣，是高原周邊主要的匯聚構(gòu)造帶之一，也是現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一(Tapponnineretal.，1990；國(guó)家地震局地質(zhì)研究所等，1993；Gaudermeretal.，1995；Xuetal.，2010)。以往對(duì)該地區(qū)活動(dòng)斷裂的研究多集中在走廊南側(cè)的祁連山北緣斷裂帶上，對(duì)于斷裂的活動(dòng)性、滑動(dòng)速率、古地震及歷史地震都有較為詳細(xì)的研究(國(guó)家地震局地質(zhì)研究所等，1993；Gaudermeretal.，1995；Meyeretal.，1998；邊慶凱等，2001；陳文彬，2003；Hetzeletal.，2004)，而對(duì)于走廊盆地內(nèi)部及其北側(cè)斷裂的研究程度相對(duì)較低，只有零星的研究(閔偉等，2002；Hetzeletal.，2002；陳文彬，2003)。在走廊北部的合黎山地區(qū)，鄭文俊等(2009)發(fā)現(xiàn)較新的地震地表破裂帶，并進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道。我們于2010年在酒西盆地中部白楊河背斜北部發(fā)現(xiàn)1條新的斷層陡坎，這是一條前人未曾報(bào)道過(guò)的地震地表破裂帶，本文對(duì)新發(fā)現(xiàn)的地震破裂帶進(jìn)行了古地震探槽分析和相關(guān)歷史地震資料的考證與討論。

1　構(gòu)造位置及研究程度

河西走廊為新生代形成的壓陷性前陸盆地，南側(cè)為祁連山，北側(cè)為龍首山、合黎山等山脈，長(zhǎng)約900km，寬數(shù)km至近百km。在走廊內(nèi)部，3個(gè)橫向的隆起將走廊分為一系列小的盆地，大黃山隆起分割了武威盆地和民樂(lè)盆地，榆木山隆起分隔了民樂(lè)盆地和酒東盆地，文殊山隆起分隔了酒東盆地和酒西盆地。酒西盆地位于河西走廊盆地帶的最西端(圖1)，南界為祁連山北緣斷裂帶，北至寬灘山—黑山一帶，西起紅柳峽山—五華山，東至嘉峪關(guān)—文殊山隆起。

白楊河背斜位于酒西盆地中部，走向近EW，為1個(gè)北緩南陡、軸面N傾的不對(duì)稱斷展褶皺(圖1)。褶皺南翼中更新世地層明顯變形S傾，傾角約20°。陳杰等(1998)根據(jù)背斜沖溝階地變形推測(cè)該背斜-逆斷裂帶晚更新世以來(lái)的垂直運(yùn)動(dòng)速率為1.15～2.56mm/a。Hetzel等(2002)通過(guò)斷層陡坎測(cè)量和宇宙成因核素測(cè)年得到斷裂的垂直滑動(dòng)速率為 0.35mm/a。對(duì)于背斜北部是否存在斷裂，前人并未做過(guò)報(bào)道。通過(guò)航、衛(wèi)片解譯和實(shí)地考察，我們發(fā)現(xiàn)在白楊河背斜東段北部存在較新的斷層陡坎，可能為歷史地震殘留的地震地表破裂帶。

圖1　酒西盆地地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig. 1　Simple geological map of Jiuxi Basin.

2　地震地表破裂帶的展布特征及古地震研究

在室內(nèi)航衛(wèi)片解譯的基礎(chǔ)上，結(jié)合多次考察，發(fā)現(xiàn)在河西走廊西段酒西盆地白楊河背斜北部存在1段地震破裂帶遺跡。考察結(jié)果顯示，破裂帶總長(zhǎng)度約5km，呈弧形展布(圖2)，線性影像清晰，斷裂沿線斷層陡坎連續(xù)，其主要表現(xiàn)為除現(xiàn)代沖溝外，沖溝低階地(T1)和最新的洪積扇面均被斷錯(cuò)(圖2a)，形成0.5～1.5m高的新鮮斷層陡坎，其中最新洪積扇上的陡坎高度約為0.5～0.6m(圖2b，c)，T1階地的陡坎高度約為1.5m(圖2d，e)。由該地震破裂帶沿線殘存的遺跡可以判斷，該次地震事件可能發(fā)生在距今不太久遠(yuǎn)的時(shí)代。另外，破裂帶所處的位置干旱少雨，不存在人類活動(dòng)的破壞，為破裂帶的保存提供了客觀的條件。

圖2　白楊河背斜北地震地表破裂帶的展布特征Fig. 2　Distribution characters of earthquake ruptures at the north of Beiyanghe anticline.a 地震破裂帶的展布特征；b 地震在洪積扇上形成的地震陡坎及自由面; c 地震在洪積扇上形成的地震陡坎及自由面；d 地震在T1階地形成的陡坎；e 地震在T1階地形成的陡坎高度測(cè)量；紅色箭頭為地震破裂帶的位置

為了判斷地震破裂帶形成的時(shí)代及其他期次地震活動(dòng)，在破裂帶中段開(kāi)挖了2個(gè)探槽，探槽揭露了有關(guān)的地震活動(dòng)及破裂帶形成的大致時(shí)間。下面是對(duì)2個(gè)探槽的敘述。

2.1探槽TC-1

探槽TC-1位置如圖2 所示，位于沖溝西側(cè)T1階地上，探槽開(kāi)挖處陡坎高約1.5m左右(圖2e)，探槽長(zhǎng)約10m，寬3m，深2.5m，探槽揭露的地層以沖洪積相砂礫石層為主，主要揭露的地層特征如下(圖4)：

U1 灰色礫石層，礫石磨圓、分選好，大粒徑礫石較少；

U2 土灰色砂層，向南逐漸尖滅；

U3 灰色礫石層，礫石磨圓好、分選一般，含大粒徑礫石較多；

U4 土灰色砂層，夾少量礫石，厚度不均勻；

U5 灰色礫石層，礫石磨圓、分選好，大粒徑礫石較少；

U6 灰色細(xì)砂層，夾少量礫石；

U7 土灰色礫石層，礫石磨圓分選好，大粒徑礫石較少；

U8 灰白色砂礫石層，層較薄，輕微膠結(jié)；

U9 青灰色礫石層，磨圓較好，分選好，粒徑小，水平層理；

U10 青灰色礫石層，沖洪積成因，礫石磨圓好，分選差，粒徑大小不一，無(wú)層理，夾砂層透鏡體；

U11 灰色粉砂土層，夾少量礫石，厚約0.2m，光釋光樣品2012OSL-7距地表約0.6m，測(cè)試年齡為(5.7±0.8)ka；

U12 崩積楔，雜亂，無(wú)層理；

U13淺紅色砂礫石層，夾大量礫石，有膠結(jié)；

U14淡紅色粉砂，厚約0.3m，夾少量礫石，底部采集光釋光樣品2012OSL-8，距地表約0.5m，測(cè)試年齡為(1.5±0.2)ka；

U15 土灰色沖積粉砂土層，松散，含少量植物根系。

圖3　探槽TC-1東壁Fig. 3　The log of the east wall of TC-1.

該探槽剖面出露斷層主要有2條逆斷層，傾向SE，F(xiàn)1傾角27°，F(xiàn)2傾角24°，F(xiàn)2向上有分支。從剖面上分析，該探槽主要揭露2次地震事件。 事件1為斷層F1的活動(dòng)，斷錯(cuò)層U11及以下地層并形成崩積楔U12，被U14覆蓋；根據(jù)層U11的年齡，判斷此次事件發(fā)生在(5.7±0.8)ka以來(lái)。事件2為斷層F2的活動(dòng)，它雖未直接斷錯(cuò)U14，但其活動(dòng)明顯影響了U14，使其沉積形態(tài)發(fā)生了褶皺變形。U15為現(xiàn)代河流沖積形成的松散粉砂土層。 根據(jù)U14的年代，事件2發(fā)生在(1.5±0.2)ka BP。 2次地震事件的同震位移均約0.7m。

2.2探槽TC-2

探槽TC-2位于高臺(tái)地前緣洪積扇面上(圖2a)，開(kāi)挖處陡坎高度不足1m，探槽長(zhǎng)約10m，寬3m，深2.5m，揭露的地層以沖洪積相砂礫石層為主(圖3)，由上至下為：

U1 淺黃色砂礫石層，礫石層已經(jīng)膠結(jié)，傾向N，有膝折褶皺，礫石磨圓較好，但分選很差，大的礫石粒徑幾十cm左右，小的3～4cm，夾細(xì)砂層；

U2斷層帶，上部以細(xì)砂為主，下部以礫石為主，在上部砂層采集光釋光樣品2012OSL-4，距地表約1.2m，測(cè)試年齡為(24±0.8)ka；

U3 土黃色砂礫石層，砂含量較高；

U4 灰黃色礫石層，礫石較小，粒徑多在2～3cm，具水平層理，夾薄砂層；

U5 土灰色砂礫石層，砂層具水平層理；

U6 青灰色礫石層，大小混雜；

U7 土灰色砂礫石層，礫石磨圓、分選好，粒徑多在2cm左右，水平層理，斷層上盤(pán)細(xì)砂層較厚，在其中采集光釋光樣品2012OSL-5、2012 YMOSL -6，距地表分別為0.6m和0.7m，測(cè)試年齡為(10.5±1.1)ka和(9.2±1.5)ka；

U8 淺灰色砂礫石層，砂層厚度不大，與礫石混雜，無(wú)層理；

U9青灰色砂礫石層，夾較大礫石，無(wú)層理，磨圓度較好，分選差，近斷層頂部粒徑較小，在靠近F2頂部位置有褶皺；

U10地表淺紫紅色細(xì)粉砂層；

U11地表灰色粉砂層。

圖4　探槽TC-2東壁Fig. 4　The east wall of TC-2.

該探槽剖面揭示斷層4條，均為逆斷層，傾向SE，傾角約24°～30°。該剖面顯示斷層具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)，從剖面上分析，雖然斷層下盤(pán)未見(jiàn)層U1，但可以判斷其斷距較大，應(yīng)為斷層多次活動(dòng)的累積位移量。斷層最早的活動(dòng)來(lái)源于F1和F3的活動(dòng)，由于無(wú)對(duì)應(yīng)標(biāo)志層的限制，很難判斷其活動(dòng)的年代，雖然斷層帶上部粉砂的測(cè)年結(jié)果為(24±0.8)ka，可能該年代附近斷層有過(guò)活動(dòng)，但斷層附近光釋光信號(hào)易受干擾，因此該年代可能存在較大的不確定性。斷層F2的活動(dòng)斷錯(cuò)層U11以下的全部地層，并使得U9地層產(chǎn)生明顯的褶皺，由于層U11保留較薄，沒(méi)有適合的樣品采集，只能根據(jù)U7的年代推斷該次活動(dòng)發(fā)生在(9.2±1.5)ka,BP以來(lái)。之后為斷層F4的活動(dòng)，它斷錯(cuò)全部地層，斷裂直通地表。由于斷距近似和地層的缺失，剖面很難判斷此次是否F2和F4共同活動(dòng)，但從地形上看，F(xiàn)2形成的斷層陡坎經(jīng)后期侵蝕，已經(jīng)不明顯，而最新的陡坎位于F4前端，并保留較為新鮮的自由面，同時(shí)結(jié)合探槽TC-1的分析，判斷F2和F4并未共同活動(dòng)，最新的地震事件為F4的活動(dòng)。

3　相關(guān)歷史地震考證和討論

對(duì)于白楊河背斜北部新發(fā)現(xiàn)的地震破裂帶，在前人的研究中從未提到過(guò)，因此我們對(duì)該區(qū)附近的中強(qiáng)歷史地震資料進(jìn)行了詳細(xì)的梳理考證。

3.1365年5月玉門(mén)5級(jí)地震考證

據(jù)《太平御覽》卷880記載，“前涼張?zhí)戾a三年四月，延興地震陷，水出。”對(duì)于這次地震，1985年的《陜甘寧青四省(區(qū))強(qiáng)地震目錄》將震中定在敦煌一帶，震級(jí)5級(jí)，震中烈度Ⅵ度。中國(guó)目錄因延興無(wú)考，僅將其放在附錄中。

3.1.1震中位置的考證

365年地震震中的確定關(guān)鍵在延興的位置。通過(guò)大量的史料翻閱、現(xiàn)場(chǎng)考察及與當(dāng)?shù)匚氖穼＜易?，最后確定延興可能在今玉門(mén)市騸馬城一帶，也即是365年地震的震中所在。

玉門(mén)市文史委員會(huì)主任張懷德告訴本文作者，因漢代縣一會(huì)兒擴(kuò)大，一會(huì)兒縮小，所以延壽(即延興)縣在花海子、赤金一帶的可能性較大。今花海在漢代亦稱延興海。據(jù)史料記載，延興海位于延壽縣北七十里，當(dāng)時(shí)為一較大湖泊。北魏武帝曾西渡弱水，進(jìn)軍玉門(mén)至延興海、陸渾咀一代(布銀湖)。延興海就是一有力佐證。他還認(rèn)為這次地震應(yīng)在赤金堡一帶。

譚其驤先生主編的《中國(guó)歷史地圖集》第3冊(cè)，將西晉的延壽標(biāo)在今玉門(mén)市西南即鴨兒峽一帶，雖未給出具體地名，顯然與史料記載有誤。

綜合上述，延興即東漢時(shí)延壽縣，晉時(shí)改為延興縣，當(dāng)在今玉門(mén)市一帶無(wú)疑，根據(jù)綜合分析和現(xiàn)場(chǎng)考察，延興縣在玉門(mén)老市騸馬城的可能性最大，也是震中所在。即39.9°N，97.8°E。震中精度3類，誤差≤50km。

3.1.2震級(jí)和震中烈度

365年地震的震害記錄只有2條，即地震陷，水出，均為地表破壞。無(wú)房屋破壞和人員傷亡記載。按歷史地震烈度、震級(jí)簡(jiǎn)表(顧功敘，1983)，可定為5級(jí)，烈度Ⅵ度。

3.31904年9月30日酒泉地震

葉昌熾，江蘇常州人，清光緒十五年第二甲進(jìn)士。光緒二十八年(1902年)任甘肅學(xué)政。光緒三十年八月二十一日(1904年9月30日)晚上，他在酒泉試院討論文章時(shí)，突然感到 “巨聲撼窗牗”，“屋梁岌岌勢(shì)欲傾，沙石簸揚(yáng)不脛走”(葉昌熾《奇觚顧詩(shī)集》卷上)，這就是1904年9月30日酒泉地震。從葉昌熾的詩(shī)中可以看出，這次地震震感相當(dāng)強(qiáng)烈，只是詩(shī)中對(duì)人的感受做了詳盡的描述，并未提到房屋等破壞情況，所以過(guò)去各目錄均作為有感地震而未收錄。

3.3.11904年酒泉地震的震中位置

本次地震只在酒泉有較詳細(xì)的資料，所以震中只能定在酒泉附近，即39.7°N，98.5°E，精度3類，誤差≤50km。

3.3.2震中烈度和震級(jí)

(1)烈度評(píng)定。 最近在查閱史料時(shí)，在酒泉市志中見(jiàn)到以下記載： “光緒三十年(1904年)八月二十一日丑時(shí)，肅州地震，震勢(shì)兇猛，損失甚重。是年，重修肅州城鼓樓?！惫臉窃禆|晉永和三年(346年)酒泉太守謝艾修建福祿城的東城門(mén)樓。明洪武二十八年(1395年)擴(kuò)展城垣，將原東城門(mén)留于城中央，穿通4條大街，改為鼓樓。在基座上部建木樓，置大鼓，駐戍卒打更。為此，作者走訪了酒泉市志辦公室。據(jù)市志辦同志介紹，這條資料是他們的調(diào)查資料。據(jù)調(diào)查，1904年酒泉地震時(shí)，民房倒了很多，城墻上有一些土塊震落?！妒兄尽分兴f(shuō)的重修肅州城鐘鼓樓，其實(shí)只能算補(bǔ)修，不是重修。酒泉市志辦的調(diào)查資料，其發(fā)震時(shí)間甚至發(fā)震時(shí)刻都與葉昌熾的記載相一致，應(yīng)是同一次地震。同時(shí)地震發(fā)生到調(diào)查還不到百年時(shí)間，而且年、月、日、時(shí)辰都有，應(yīng)該說(shuō)是可信的。從民房倒塌，城墻掉土塊，鐘鼓樓受損等調(diào)查資料，參考葉昌熾的詩(shī)，綜合評(píng)定烈度應(yīng)在Ⅵ—Ⅶ度。

4　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)影像解譯和實(shí)地考察，在酒西盆地白楊河背斜北部發(fā)現(xiàn)1條新的地震破裂帶，破裂帶長(zhǎng)約5km，此前并無(wú)相關(guān)報(bào)道。破裂帶呈弧形展布，斷錯(cuò)除現(xiàn)代沖溝外的全部地貌單元，陡坎高度0.5～1.5m，保留較為新鮮的自由面。通過(guò)2個(gè)探槽的開(kāi)挖，證明該破裂帶為約1,500a,BP形成，此前在約6,000a,BP斷裂還有過(guò)1次活動(dòng)。

通過(guò)對(duì)該地區(qū)詳細(xì)的歷史地震史料考證，認(rèn)為該破裂帶可能與365年玉門(mén)地震、1785年玉門(mén)惠回堡地震有關(guān)，也可能與1次漏記的歷史大地震相關(guān)，其結(jié)果尚待進(jìn)一步考證。

致謝文中樣品在中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所測(cè)試，在此表示感謝!

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DISCOVERY OF SURFACE RUPTURE ZONE IN JIUXI BASIN，GANSU PROVINCE

LIU Xing-wang1，2)YUAN Dao-yang1，2)LEI Zhong-sheng1)SHAO Yan-xiu1，2)

1)LanzhouInstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdministration，Lanzhou730000，China2)LanzhouNationalObservatoryofGeophysics，Lanzhou730000，China

Qilian Shan-Hexi Corridor is located at the northeastern margin of Tibetan plateau. Series of late Quaternary active faults are developed in this region. A number of strong earthquakes even large earthquakes occurred in history and present-day. In the past，the study of active faults in the area was mostly concentrated in the northern margin fault zone of the Qilian Shan on the south side of the corridor，while the research on the interior and the north side of the corridor basin was relatively rare. We found a new fault scarp in the northern part of the Baiyanghe anticline in Jiuxi Basin in 2010. It is an earthquake surface rupture zone which has never been reported before. In this paper，we carried out palaeoearthquake trench analysis on the newly found earthquake surface rupture zone and textual research of relevant historical earthquakes data.

surface rupture，Jiuxi Basin，historic earthquake，Gansu

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.008

2015-07-21收稿，2016-04-26改回。

國(guó)家自然科學(xué)基金(41402186)與中國(guó)地震局地震行業(yè)科研專項(xiàng)(201408023)共同資助。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0605-12

劉興旺，男，1980年生，2007年于中國(guó)地震局蘭州地震研究所獲構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，副研究員，研究方向?yàn)榛顒?dòng)構(gòu)造和構(gòu)造地貌，電話： 0931-8276713，E-mail: lxw_27@163.com。

According to the interpretation of aerial photo and satellite image and field investigation，we found the surface rupture has the length of about 5km. The rupture shows as an arc-shaped line and is preserved intact comparably. The lower terrace and the latest flood alluvial fan are offset in addition to modern gullies. By differential GPS measurement，the height of the scarp is about 0.5～0.7m in the latest alluvial fan and about 1.5m in the T1terrace. From the residual ruins along the earthquake rupture zone，we believe the surface rupture might be produced by an earthquake event occurring not long ago. In addition，the rupture zone locates in the area where the climate is dry and rainless and there are no human activities induced damages. These all provide an objective condition for the preservation of the rupture zone. The trench along the fault reveals that the surface rupture was formed about 1500 years ago，and another earthquake event might have happened before it. Based on the textural research on the historical earthquake data and the research degree in the area at present，we believe that the surface rupture is related to the Yumen earthquake in 365，Yumen Huihuipu earthquake in 1785 or another unrecorded historical earthquake event.