鮮水河斷裂帶色拉哈段中谷村一帶的最新地表破裂討論

韓明明陳立春曾 蒂李彥寶梁明劍高帥坡王冬兵羅 亮

1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川 成都 610081;

2.中國地震局地質(zhì)研究所,北京 100029;

3. 桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林 541006;

4.四川省地震局,四川 成都 610041;

5.河北工程大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,河北 邯鄲 056038

0 引言

受印度-歐亞板塊持續(xù)碰撞、高原物質(zhì)側(cè)向擴(kuò)展及剛性華南塊體阻擋作用的共同影響,巴顏喀拉塊體成為全球近代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一(鄧起東等,2010;程佳和徐錫偉,2018)。近二十多年來,塊體周緣已相繼發(fā)生了包括2008年汶川MS8.0地震和2021年瑪多MS7.4地震在內(nèi)的9次7級(jí)以上強(qiáng)震,顯示巴顏喀拉塊體正處于大震強(qiáng)活躍期(鄧起東等,2010,2014;聞學(xué)澤,2018;潘家偉等,2021;詹艷等,2021)。鮮水河斷裂帶是巴顏喀拉塊體南邊界帶的重要組成斷裂,晚第四紀(jì)以來活動(dòng)十分強(qiáng)烈。據(jù)史料記載,自1725年康定7級(jí)地震以來,斷裂帶沿線共發(fā)生6.9級(jí)以上地震9次,平均大震復(fù)發(fā)間隔約33 a,其大震危險(xiǎn)性一直為國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注(Allen et al., 1991;李天祒等,1997;Wen et al., 2008;李東雨等,2017)。受2008年汶川MS8.0地震和2013年廬山MS7.0地震影響,鮮水河斷裂帶現(xiàn)今處于庫侖應(yīng)力的顯著加載區(qū)(Parsons et al., 2008;Toda et al., 2008;Shan et al., 2009;Guo et al., 2018;孟秋等,2021)。然而,自1981年道孚MS6.9地震之后,鮮水河斷裂帶長達(dá)40多年未有7級(jí)以上地震發(fā)生,已處于大震空段(聞學(xué)澤等,2009;易桂喜等,2015;潘家偉等,2021)。2022年,沿磨西段發(fā)生了9月5日瀘定MS6.8地震,但震級(jí)仍不到7級(jí),也未發(fā)現(xiàn)同震地表破裂。鮮水河斷裂帶會(huì)不會(huì)發(fā)生更大地震?如果會(huì),又會(huì)發(fā)生在斷裂帶的哪個(gè)區(qū)段?這些問題隨即也成為地震工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。

據(jù)史料記載,鮮水河斷裂帶最早的地震(1725年康定7級(jí)地震)發(fā)生在色拉哈段上,距今已近300 a,該段是有歷史地震記錄以來大震離逝時(shí)間最長的一段,被認(rèn)為是斷裂帶上最可能發(fā)生7級(jí)以上大震的危險(xiǎn)地段(龍德雄和鄧天崗,1991;聞學(xué)澤,1995;易桂喜等,2005;Wen et al., 2008;Jiang et al., 2015)。1725年地震沿色拉哈段形成了地表破裂,但因地震離逝時(shí)間較長,破裂遺跡已模糊不清,關(guān)于此次地震的破裂長度尤其是其北西端位置,已有認(rèn)識(shí)存有較大分歧(龍德雄和鄧天崗,1991;Xu and Deng,1996;李天祒等,1997;周榮軍等,2001a;Wen et al., 2008)。道孚中谷村位于2014年康定MS6.3地震極震區(qū)(Ⅷ度區(qū))的北端,已有資料普遍認(rèn)為這一帶未發(fā)生過地震破裂。地震后,胡朝忠等(2015)在中谷村南開挖了一組探槽,也認(rèn)為1725年康定7級(jí)地震未破裂至這一帶。但限于人工開挖條件,探槽規(guī)模相對(duì)較小。近年來,作者團(tuán)隊(duì)在木雅大寺溝南一帶發(fā)現(xiàn)了地表破裂遺跡,指示色拉哈段地震破裂應(yīng)該延向了中谷村一帶。對(duì)此,在中谷村南進(jìn)行了大規(guī)模探槽組開挖,獲得了探槽地點(diǎn)的破裂歷史,其最新一次事件限定在A.D.746±51之后,揭示中谷村一帶曾發(fā)生過歷史地震破裂,為評(píng)估鮮水河斷裂帶的未來地震危險(xiǎn)性提供了新的基礎(chǔ)資料和認(rèn)識(shí)。

1 色拉哈段晚第四紀(jì)活動(dòng)性分析

色拉哈段與西側(cè)折多塘段、東側(cè)雅拉河段等共同構(gòu)成了鮮水河斷裂帶的中段部分(圖1,圖2a)。斷裂北西起自刺巴籠附近,向南東經(jīng)金龍寺、多日阿嘎莫、色拉哈、木格錯(cuò)、蟲草坪,延伸至康定西側(cè)一帶,全長約90 km,總體走向約320°。影像解譯、野外考察及已有研究表明,色拉哈段整體線性特征顯著,斷錯(cuò)地貌明顯。斷層活動(dòng)位錯(cuò)了一系列冰水堆積臺(tái)地、冰磧壟、洪積扇、水系、沖溝等(李天祒等,1997;周榮軍等,2001a;陳桂華等,2008;安艷芬,2010),形成了斷層陡坎、斷層槽谷、拉分盆地、斷塞塘等(微)地貌形態(tài)(李天祒等,1997;周榮軍等,2001a;胡朝忠等,2015),局部地帶(如色拉哈一帶)至今仍保存有明顯的擠壓鼓包、裂縫等地震地表破裂遺跡,指示了其強(qiáng)烈的晚第四紀(jì)走滑運(yùn)動(dòng)特征(圖2b—2d)?；跀噱e(cuò)地貌的進(jìn)一步分析揭示斷層晚第四紀(jì)以來變形以左旋走滑為主,水平滑動(dòng)速率約為5～7 mm/a(聞學(xué)澤等,1989;Allen et al., 1991;李天祒等,1997;周榮軍等,2001a;陳桂華等,2008;Chen et al., 2016)。

圖1 鮮水河斷裂帶活動(dòng)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch map showing the active tectonics in the Xianshuihe fault zone

圖2 色拉哈段幾何結(jié)構(gòu)及中谷一帶地震地表破裂分布Fig.2 Geometry of the Selaha fault and the distribution of seismic surface ruptures near the Zhonggu village

古地震研究方面,李天祒等(1997)早期沿色拉哈段開挖了多個(gè)探槽,揭露出4次古地震事件,初步認(rèn)為色拉哈段近3000 a以來的古地震復(fù)發(fā)間隔約為500～1000 a;周榮軍等(2001a)在木格措南西一帶橫跨斷塞塘開挖了1個(gè)探槽,同樣揭示4次地震事件,并認(rèn)為最新一次為1725年康定7級(jí)地震。作者基于歷史地震與古地震結(jié)果,綜合分析認(rèn)為色拉哈段大地震平均復(fù)發(fā)間隔約為230～350 a。2014年 康 定6.3級(jí) 地 震 后,胡 朝 忠 等(2015)在色拉哈段北端中谷附近開挖了1組小型探槽,揭露了色拉哈段全新世以來的4次古地震事件,最新一次發(fā)生在2027～2359 a B.P.。

2 色拉哈段晚第四紀(jì)活動(dòng)性探測(cè)

在初步分析色拉哈段晚第四紀(jì)活動(dòng)性的基礎(chǔ)上,文章通過開挖探槽揭示其是否存在同震地表破裂現(xiàn)象,準(zhǔn)確厘定該段晚第四紀(jì)活動(dòng)特征。

2.1 地貌特征與探槽布設(shè)

色拉哈段在中谷村南東一帶的晚第四紀(jì)地表活動(dòng)形跡較為清晰,三個(gè)分支呈斜列展布(圖2b)。斷層活動(dòng)切過山前大型沖溝的T1和T2階地,在T1階地上形成了反向陡坎和小型斷陷塘,在T2階地上形成了延伸較好的線性槽谷,且局部可能因受構(gòu)造活動(dòng)影響而發(fā)育低洼的負(fù)地形(圖2b、2c,圖3)。胡朝忠等(2015)曾跨該處T2階地上的線性槽谷南西側(cè)開挖了一組小型探槽(圖3b)。為揭露更為完整的沉積序列和構(gòu)造變形信息,并與胡朝忠等(2015)的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,作者團(tuán)隊(duì)選擇在已有探槽點(diǎn)兩側(cè)相對(duì)低洼地帶橫跨槽谷平行開挖了2個(gè)大型探槽(圖3a、3b)。其中,探槽ZG1長30 m,寬2 m,深2.5 m;探槽ZG2長21 m,寬2 m,深2.5 m。

圖3 中谷探槽附近的斷錯(cuò)地貌及探槽位置Fig.3 Offset landforms near the Zhonggu trenches and the setting of the trenches

2.2 探槽揭露的地層序列

探槽剖面如圖4—圖7所示。每個(gè)剖面均識(shí)別出多支斷層(帶),其中,主斷層帶發(fā)育于探槽南西端,地貌上對(duì)應(yīng)槽谷西緣的反向陡坎。斷層帶斷面較陡,反映運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以走滑為主。主斷層帶西側(cè)為上升盤,地層以早期半風(fēng)化的粉砂質(zhì)板巖為主,上覆薄層灰白色略帶灰綠色的砂礫層和褐色砂土層;主斷層帶東側(cè)(即斷層槽谷內(nèi))為多期次的槽谷或斷陷塘沉積?？傮w而言,探槽揭露的沉積地層主要為冰水堆積物和風(fēng)化物的近源堆積,依據(jù)沉積地層的顏色、結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成等,劃分為7個(gè)沉積單元,由老至新依次為U0—U6(表1)。

表1 中谷探槽揭露的地層及其描述Table 1 Units exposed by the Zhonggu trenches and their characteristics

2.3 探槽揭露的最新地震事件

依據(jù)沉積序列特征(如沉積相變、沉積間斷)、斷層-地層切覆關(guān)系、沿同一斷面不同地層的變形差異、構(gòu)造楔、充填楔、裂縫帶等系列古地震事件的確定原理(劉靜等,2007;冉勇康等,2012,2014),中谷探槽組共識(shí)別出6次古地震事件,由老至新依次命名為E1—E6,分別發(fā)生在層U1與U2之間(E1)、U2與U3之間(E2)、U3與U4之 間(E3)、U4與U5之 間(E4)、U5與U6之間(E5)以 及U6沉 積之后(E6)。

在探槽ZG1兩壁上,主斷層帶F1斷面清晰,最新一次事件(E6)向上斷錯(cuò)層U6直至地表(圖4,圖5);沿探槽ZG2北壁斷層F4、F7、F8及南壁F2-1、F8-1均發(fā)育多條上延至地表的裂縫,裂縫在U6中非常清晰(圖6,圖7)。表明U6沉積之后發(fā)生過地表破裂型地震事件,該次事件斷錯(cuò)表土層,可能對(duì)應(yīng)某次歷史地震。為限定最新事件的發(fā)生年代,作者團(tuán)隊(duì)在最新地層U6中采集了3個(gè)14C樣品(表2),測(cè)年結(jié)果分別為1260±30 a B.P.、2400±30 a B.P.和8760±50 a B.P.,經(jīng)OxCal 4.4軟件校正后的年齡依次為A.D.746±51、494±84 B.C.和7817±122 B.C.。樣品ZG2-C17的年齡結(jié)果比采自同一壁面的ZG2-C18的年齡老的多,且遠(yuǎn)老于ZG1-C7的年齡,推測(cè)樣品ZG2-C17可能為經(jīng)搬運(yùn)再沉積的物質(zhì),其年齡應(yīng)該代表早期地層年代。利用ZG1-C7 和ZG2-C18的年齡結(jié)果,限定最新事件E6的發(fā)生年代為A.D.746±51之后。

表2 中谷探槽U6地層中放射性碳樣品測(cè)試結(jié)果及其年代校正Table 2 Radiocarbon ages and calibrated calendar ages of the samples in the U6 strata from the Zhonggu trenches

圖4 探槽ZG1北壁拼接圖及剖面解譯圖Fig.4 Photomosaic and interpretation map of the northern wall of the trench ZG1

圖5 探槽ZG1南壁拼接圖及剖面解譯圖Fig.5 Photomosaic and interpretation map of the southern wall of the trench ZG1

圖6 探槽ZG2北壁拼接圖及剖面解譯圖Fig.6 Photomosaic and interpretation map of the northern wall of the trench ZG2

圖7 探槽ZG2南壁拼接圖及剖面解譯圖Fig.7 Photomosaic and interpretation map of the southern wall of trench ZG2

3 討論

3.1 中谷探槽揭露的最新強(qiáng)震事件及其與相關(guān)歷史地震的可能關(guān)系

文中,中谷探槽組揭露的最新地震事件(E6)發(fā)生于A.D.746±51之后。關(guān)于該次地震事件,盡管其限定年齡只有下限值,但探槽剖面證據(jù)揭示該次事件斷錯(cuò)所有地層,向上延至地表,并發(fā)育多條直達(dá)地表的裂縫(圖4—圖8)。同時(shí),結(jié)合野外地貌調(diào)查發(fā)現(xiàn)的地震地表破裂遺跡(圖2c、2d),綜合認(rèn)為事件E6應(yīng)為一次較近的地震活動(dòng)。根據(jù)中國歷史強(qiáng)震目錄(1995)等相關(guān)資料,自1700年本區(qū)有地震記載以來,沿色拉哈段曾記錄有3次6級(jí)以上地震(圖2a),即1725年康定7級(jí)地震、1748年康定西北6?2級(jí)地震和1786年磨西7?級(jí)地震。依據(jù)以往的震例和已有認(rèn)識(shí),中國大陸地區(qū)能夠產(chǎn)生地表破裂的地震震級(jí)一般在6?級(jí)以上(鄧起東等,1993),據(jù)此判斷,1748年康定西北6?2級(jí)地震可能不足以產(chǎn)生地震破裂帶。另外,宏觀震中位于雅家梗附近的1786年磨西地震,盡管導(dǎo)致了磨西段和色拉哈段的級(jí)聯(lián)破裂(王新民和裴錫瑜,1988,1998;聞學(xué)澤等,1989;Wen et al., 2008),但破裂沿色拉哈段向北西端的延伸位置不超過木格措一帶(王新民和裴錫瑜,1988,1998;龍德雄和鄧天崗,1991;李天祒等,1997;周榮軍等,2001b;Wen et al., 2008)?；谝陨险J(rèn)識(shí),并參考已有研究對(duì)1725年康定7級(jí)歷史地震烈度范圍的圈定結(jié)果(Wen et al., 2008),綜合認(rèn)為文中中谷探槽揭露的最新地震事件(E6)極有可能對(duì)應(yīng)1725年康定7級(jí)地震。

圖8 道孚中谷探槽剖面揭露的色拉哈段最新活動(dòng)跡象Fig.8 Latest signs of activities in the Selaha segment revealed by the Zhonggu trench profiles

需要指出的是,同一地點(diǎn)處,胡朝忠等(2015)探槽研究獲得的最新破裂事件限定年代為2027～2359 a B.P.,年代比作者團(tuán)隊(duì)獲得的要早,主要原因在于:胡朝忠等(2015)開挖的2個(gè)探槽規(guī)模較小,未揭露到該年代以后的最新沉積層,所限定的事件并非最新一次事件。探槽組南側(cè)約2.5 km處所見的地表破裂遺跡(圖2c、2d)也說明最新一次事件應(yīng)當(dāng)在其所揭示的事件之后。

3.2 色拉哈段最新強(qiáng)震地表破裂北西端延伸位置

1725年康定7級(jí)地震沿色拉哈段發(fā)生地表破裂,并無爭(zhēng)議。但對(duì)此次地震的破裂長度尤其是北西端位置,不同學(xué)者持有不同觀點(diǎn)。絕大部分資料認(rèn)為色拉哈段的最新地表破裂北西端在中谷村南亞日阿運(yùn)錯(cuò)一帶,甚至在更南的色拉哈埡口附近(Xu and Deng,1996;李天祒等,1997;王新民等,1998;胡朝忠等,2015)。僅龍德雄和鄧天崗(1991)認(rèn)為色拉哈段最新地表形變帶的北西端終止于金龍寺南側(cè)附近,即中谷村一帶。中谷村探槽組開挖結(jié)果(圖4—圖8)和新發(fā)現(xiàn)的地貌證據(jù)(圖2c、2d)表明,色拉哈段的最新地表破裂北西端已延伸至了中谷村一帶。甚至,在中谷村北西地貌上也發(fā)育有典型的槽谷地貌,且該處并不存在明顯的階區(qū)或能夠阻止地表破裂繼續(xù)傳播的障礙體,不排除最新地表破裂存在進(jìn)一步向北西延伸的可能性。因此,色拉哈段的最新地震地表破裂北西端至少延伸到了中谷一帶,其長度應(yīng)大于已有研究得到的39～40 km(尤德雄和鄧天崗,1991;李天祒等,1997),這一事實(shí)也說明早期獲得的1725年康定7級(jí)地震的地表破裂長度存在低估,其原因可能與色拉哈段發(fā)育于高山地帶、交通不便且早期影像分辨率偏低有關(guān),導(dǎo)致已有研究只關(guān)注或追蹤到地表破裂比較清晰的地段。

與色拉哈段相鄰的折多塘段和雅拉河段歷史上也曾發(fā)生過M≥7地震(龍德雄和鄧天崗,1991;梁明劍等,2020),根據(jù)地震記錄和野外地質(zhì)地貌調(diào)查,折多塘段的最新強(qiáng)震為1955年折多塘7.5級(jí)地震,其地表破裂長度約為29 km(龍德雄和鄧天崗,1991);雅拉河段的最新一次地表破裂型地震事件發(fā)生在A.D.1669～1780(可能對(duì)應(yīng)A.D.1700地震),其估算震級(jí)約為7.5級(jí),該次地震現(xiàn)今保存較好的地表破裂長度約為10 km(梁明劍等,2020)。根據(jù)走滑斷層地表破裂長度與震級(jí)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系(Wells and Coppersmith,1994;Wesnousky,2008),兩次地震較小的地表破裂長度與較大的震級(jí)之間存在明顯的不協(xié)調(diào),這一現(xiàn)象是否暗示折多塘段和雅拉河段的最新地震地表破裂長度也存在與色拉哈段類似的低估現(xiàn)象?或者,是否與鮮水河斷裂帶中段三條近平行展布的分支斷層在深部具有統(tǒng)一錯(cuò)動(dòng)面(周榮軍等,2001a;Jiang et al., 2015),由于不同分支斷層存在相互作用(易桂喜等,2015;梁明劍等,2020),致使能量在破裂自深部向上傳播至地表的過程中被分散,導(dǎo)致單條分支斷層的地表破裂長度較短?哪種認(rèn)識(shí)能夠更好地解釋鮮水河斷裂帶中段分支斷層普遍具有的較短的地表破裂長度,仍需要進(jìn)一步的深入研究。

4 結(jié)論

通過對(duì)鮮水河斷裂帶色拉哈段中谷村地區(qū)開展野外考察、探槽開挖及14C測(cè)年等,獲得以下主要認(rèn)識(shí)。

(1)首次在中谷村一帶發(fā)現(xiàn)了地震地表破裂遺跡,主要表現(xiàn)為斜列展布的地震裂縫。

(2)探槽剖面揭示色拉哈段的最新地震事件(E6)斷錯(cuò)所有地層,向上延至地表,結(jié)合14C測(cè)年結(jié)果,限定事件E6發(fā)生于A.D.746±51之后。參考?xì)v史地震資料和已有研究認(rèn)識(shí),探槽揭露的最新事件可能對(duì)應(yīng)1725年康定7級(jí)地震。

(3)新發(fā)現(xiàn)的地表破裂遺跡和探槽結(jié)果表明,色拉哈段的最新地表破裂事件至少已影響到中谷村一帶。地表破裂南東端位于康定西側(cè)一帶,北西端止于中谷村附近或向中谷村北西進(jìn)一步延伸,長度超過40 km,大于已有研究結(jié)果,意味著早期獲得的1725年康定7級(jí)地震地表破裂長度存在低估。