从1786年磨西地震看地震地表破裂带在不同地貌区的保存

陈桂华 闵 伟 宋方敏 焦德成 许洪泰

1)中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京 100029

2)宁夏回族自治区地震局，银川 750001

3)山东省地震局，济南 250014

从1786年磨西地震看地震地表破裂带在不同地貌区的保存

陈桂华1)闵 伟1)宋方敏1)焦德成2)许洪泰3)

1)中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京 100029

2)宁夏回族自治区地震局，银川 750001

3)山东省地震局，济南 250014

地震地表破裂是活动断裂填图的重要内容之一，晚第四纪地貌是保存地震地表破裂等活动断裂最新变形的基本载体，利用不同地貌全面获取断裂的活动信息非常重要。通过对鲜水河断裂带东南段进行野外填图、探槽开挖等调查，讨论了1786年磨西地震地表破裂在青藏高原冰川、冰缘地貌区和高原边缘的流水堆积和强剥蚀地貌区的保存特征。地震裂缝和断错等微地貌在高原冰川、冰缘地貌区记录保存完整。高原边缘的流水堆积具有强侵蚀和快速堆积等不稳定性，在探槽中可以获得不完整的地震地表破裂记录。而强剥蚀区缺少记录地震地表破裂的最新堆积地貌，只能依靠与地震动和断裂破裂具有间接关系的古滑坡等推测地震影响区和地表破裂范围。结合鲜水河断裂带东南段的几何结构和构造环境认为，鲜水河断裂带康定—田湾段是1786年地震的发震构造，该地震破裂长度约80km。

地震地表破裂 剥蚀地貌 堆积地貌 1786年磨西地震

0 引言

在活动构造填图中，通常需要先建立地质地貌填图单元，通过填图单元的变形和变位来反映构造的几何形态和运动学特征。地震地表破裂是活动断裂填图的重要内容之一，我们需要结合地貌填图单元来识别和填绘地震地表破裂。不同地貌区受局部气候和地形条件等的差异影响具有不同的剥蚀和堆积等地貌演化特点，其记录的地震地表破裂等活动构造变形具有不同的表现形式。在地貌演化过程中，这些地震地表破裂经历不同的剥蚀、掩埋等保存历史。对于青藏高原周边等活动地块边界地区，众多的大型活动构造带都跨越多个不同的地貌区(图1a)，根据地貌区特征分析活动构造的区域表现差异，对于更全面地分析活动构造本身的特征具有重要意义。如青藏高原东缘的鲜水河断裂带北西段位于高原弱剥蚀区，冰川地貌、河流堆积地貌等比较完整地记录了鲜水河断裂的活动历史，而南东段位于高原边缘的强剥蚀区(图1b)，堆积地貌极其有限，使得断裂活动的记录极不完整(赵翔，1985;龙德雄等，1986;钱洪等，1988;李天祒等，1992，1997;闻学泽，2000;周荣军等，2001a，b)，如何利用有限的记录更全面地研究断裂显得非常重要。对于鲜水河断裂带东南段发生的1786年地震，前人已经有一些研究，但是对于地表破裂长度和相应的震级估计等结论存在较大分歧(钱洪等，1990;龙德雄等，1990;李天祒等，1992，1997;王新民等，1998a，b;闻学泽等，2001;周荣军等，2001b)。本文通过地震地表破裂带填图、古地震探槽开挖等，调查了1786年磨西地震地表破裂的分布和表现特征 (图1c)，进一步讨论地震地表破裂在不同地貌区的保存特点。

图1 鲜水河断裂带东南段几何结构及同震破裂的野外调查点Fig.1 Geometry of the southeast segment of the Xianshuihe Fault and the field survey sites.

1 微地貌记录的同震破裂

我们在详细填图及调查中发现一系列同震破裂现象。在新榆林东侧(101.96384E，29.98139N)，断层槽谷两侧是3个阶梯状陡坎，每个陡坎高2～3m左右，是3次地震破裂的结果。在断层槽谷内有直径＞3m的巨石，可能是地震时从断裂东侧山体崩落(图2)。

在老榆林东侧(101.970 15E，29.959 3N)，宽百m的断层槽谷内又发育多条长条状断陷，呈斜列展布，断陷宽3～4m(图3)。

在老榆林南东，断层槽谷在分水岭附近(101.979 11E，29.940 75N)形成长200m、宽50m的断陷塘，断陷塘在地表没有出水径流，而是通过断裂破碎带内的漏水口流出 (图4)。在断陷塘西侧可以看到比现今排水的一排漏水口高出近2m的废弃漏水口。这种漏水口的废弃可能是上一次地震同震抬升造成。

在吊海子附近(101.98476E，29.92655N)，断裂从斜坡切过，形成断层宽近5m的地震沟槽，沟槽由一系列斜列的地震裂缝组成，裂缝宽3m左右、深近2m。在开挖的采石场，可以看到同震引起的断裂东盘破碎带滑塌(图5)。

在雅家埂一带(102.00681E，29.88716N)，主要是冰缘地貌和冰川地貌，断裂从石河和石海中通过，形成反向陡坎和断层槽谷，反向坎呈阶梯状，槽谷内残留地震裂缝(图6)。

图2 新榆林东侧断层槽谷Fig.2 Fault trough to the east of Xinyulin.

图3 老榆林东侧断层槽谷及同震破裂遗迹Fig.3 Fault trough and co-seismic rupture to the east of Laoyulin.

在南门关沟口的河漫滩(102.06880E，29.72595N)(图7)，冲沟位移3～4m，可能是最近一次地震(即磨西地震)同震错动的产物，但2006年的一次大洪水把整个河漫滩冲蚀殆尽，新的泥石流取代了原有堆积。在磨西以南的断裂段，我们没有发现最新一次地震形成的断错微地貌。

图4 老榆林南东断陷塘及两期漏水口(镜向SE)Fig.4 The sag pond and two generation of water outlets to the southeast of Laoyulin(view to SE).

图5 吊海子附近断层槽谷断陷与破碎带的同震滑塌Fig.5 Fault troughs and landslides on the crush zone near Diaohaizi.

2 探槽揭示的同震破裂

我们在跃进坪和二台子等开挖的探槽中，都记录到1786年地震产生的破裂。

2.1 跃进坪探槽

我们在跃进坪开挖1个探槽，位置见图1c。如图8所示，开挖地点是一个已经干涸了的断塞塘，被当地彝族村民开垦为耕地，断塞塘两侧为陡坎，跨过断塞塘两侧陡坎开挖1个长63m、宽3m、深1.5～3m 的探槽。

图6 雅家埂一带冰缘地貌中的断层槽谷、断坎和地震裂缝Fig.6 Fault trough，fault scarp and fissures in the periglacial landform near Yajiageng.

图7 南门关河漫滩冲沟同震位错(镜向W)Fig.7 Co-seismic stream channel offset on the floodplain near Nanmenguan(view to W).

探槽西段上部为近3m的坡积物，下部为冲洪积砾石夹粗砂层，未发现断层和变形;东段南北壁都在距地表近1m的部位发现断层。剖面如图8所示，北壁剖面揭露1条主断层，其上部分呈几个分支。揭露的主要地层有:①灰色黏质砂土，含细砾、炭屑、植物根系;②黄绿色中粗砂，含细砾，偶含炭屑;③灰黑色黏质砂土，含炭屑、木屑和少量砾石;④灰色中粗砂，含砾石、炭屑;⑤灰白、褐黄色黏质砂土，含中粗砾、块石，为冰水堆积;⑥黑灰、棕黄杂色含砾石砂土。

根据地层变形关系分析有3次古地震事件:

古地震事件Ⅰ 主断裂错断层⑤，形成楔体杂乱堆积⑥，此后层④和③依次沉积，事件发生时间在层④沉积之前，即早于Cal 940～780a BP。从充填楔的规模看，该事件震级较大。

古地震事件Ⅱ 断裂在楔体中重新发育，沿F1断错了层④和③，此后沉积层②，该次事件早于层②沉积年龄，晚于层③的沉积年龄，即介于Cal 530～460a BP和Cal 470～280a BP之间。断裂东盘缺失层④，地震事件造成东盘相对抬升，抬升量可达到30～40cm。这种相对抬升可能是断裂两盘相对倾滑的结果，也可能是坡向与断裂走向斜交的斜坡沿断裂走滑错动的结果，但都显示地震规模较大。

图8 跃进坪探槽Fig.8 Trench near Yuejinping.

古地震事件Ⅲ 沿F1错动层②，之后堆积层①，事件发生于层②之后，即Cal 470～280a BP之后，应该是1786年的地震。

充填楔⑥的东侧形成的透镜状堆积，可能是事件Ⅱ或事件Ⅲ断裂沿F3走滑错动产生的透镜体。

2.2 二台子探槽

二台子探槽所在地整体为一个断塞区，由于闸门脊的阻挡堆积两期冲洪积物，有一条沿断裂发育的地裂缝，经流水冲刷形成比较浅的冲沟，2个探槽开挖在低一级的台面上，垂直该冲沟。北侧探槽(ETC2)长13m，宽3m，深1.5～2m(图9)。

如图10所示的北侧探槽(ETC2)南壁剖面，揭露出3条断层F1、F2和F3，揭露的主要地层有:①灰黑色表层腐殖土;②灰色中粗砂含细砾;③棕黄色砂土含碎石，层理不清;④棕红、黄棕色砂土，含碎石、块石;⑤灰黄色黏质砂土，含细砾;⑥灰色黏质砂土含细砾;⑦灰黑色砂土夹碎石;⑧黑灰色砂砾石层，含块石;⑨灰、黄灰色砂砾石堆积;⑩灰、深灰色砂砾石堆积。

图9 磨西二台子探槽位置及地形Fig.9 Trench site and its surrounding topography near Ertaizi.

图10 二台子北侧探槽南壁剖面Fig.10 South wall of trench ETC2 near Ertaizi.

图11 二台子北侧探槽北壁剖面Fig.11 North wall of trench ETC2 near Ertaizi.

根据断裂与地层的切割关系，分析认为该剖面揭露了2次古地震事件，从早到晚为:

古地震事件Ⅰ 沿F1、F2和F3活动，错断了层⑥、⑧，层⑨为沿断层形成的裂缝被流水冲刷成冲沟后堆积而成，后层⑤覆盖其上，此次事件发生时代早于层⑤和层⑨，更接近层⑨(Cal 510～310a BP)，该事件发生在Cal 510～310a BP以前。

古地震事件Ⅱ 沿F1活动，错断了层⑤，并在地表形成裂缝，后被流水冲刷成为冲沟，随着流水流量的减少，逐渐堆积成锥形的层⑩，后沉积层⑦，事件活动时间在层⑩堆积之前，被断错的层⑤年龄为Cal 330～140a BP，而层⑩为现代堆积，故该次事件发生在Cal 330～140a BP之后，应该是1786年地震。

而如图11所示的北侧探槽(ETC2)北壁剖面，揭露了3条断层F1、F2和F3，揭露的主要地层有:①表层腐殖土;②灰黄色砂砾石，砾径2～5cm;③黑灰色砂砾、砂土层;④黑灰色砂砾石，略具层理，砾石为棱角、次棱角状，分选差，砾径大者10～30cm;⑤黄绿色砂砾石层;⑥灰黄色砂土层，含砾石;⑦土黄色砂土层，含砾石;⑧深灰色砂砾石层;⑨褐红色砂土层，含砾石;⑩灰黑色砂砾石层;⑪深灰色砂砾石层;⑫灰黑色砂土层，含砾石;⑬浅灰色粗砂夹砾石层;⑭现代冲沟堆积;⑮流水相中粗砂夹砾石堆积。

根据断裂与错断地层的关系分析，剖面同样揭露了2次古地震事件:

古地震事件Ⅰ 沿断层F1、F2和F3活动，F3错断层⑦，形成一小地堑，后经流水冲刷形成沟槽，沉积层⑮，之后沉积层③;F2错断层⑬，该事件活动时间早于层⑮(层⑮与另一壁层⑨对应)，晚于层⑬的沉积年龄。

古地震事件Ⅱ 沿F1错断层③直达地表，在地表形成裂缝，流水冲刷成现代堆积沟槽⑭，该事件可能是1786年的地震。

跃进坪和二台子探槽分析都显示，鲜水河断裂带东南段的最新一次地震事件是1786年的地震。而倒数第2次地表破坏性强的地震事件发生的时间较难以约束，主要由于断裂处于强剥蚀区，沿断裂的局部第四系堆积非常不连续，可能导致该事件记录的不完整。

3 同震滑坡现象

从汶川地震看，强地震在地形深切区引发有规律分布的滑坡是一种重要的现象(Dai et al.，2011;Gorum et al.，2011)，滑坡的空间分布与地震断裂的空间展布和几何结构特征具有很强的相关性。我们在鲜水河断裂带的调查发现，沿鲜水河断裂东南段强烈地形深切区发育多个大型古滑坡(图12a)。

图12 鲜水河断裂带东南段的几个典型滑坡Fig.12 Typical landslides along the southeast segment of Xianshuihe Fault.

田湾至湾东之间，断裂的东侧是陡峻的大渡河河谷。在猛虎岗附近，紧邻断裂的大渡河河谷西坡发育巨大的古滑坡(图12b)。断裂破碎带本身也形成大量崩塌和滑坡 (图13a)。古滑坡与断裂之间的山顶形成平行河谷的裂缝和槽谷(图12b、图13b)。

图13 几处典型滑坡照片Fig.13 Field photos of some typical landslides.

Dai等(2005)研究认为，1786年地震引发了得妥至冷碛之间的大滑坡和大渡河的堰塞坝(图12c、图13c)。事实上，该滑坡的构造部位和动力条件可能和北川-映秀断裂在2008年汶川地震中的很多滑坡相似(袁仁茂等，2010;Dai et al.，2011)。滑坡位于左旋走滑运动为主的鲜水河断裂NE盘，同震的快速错动使坡向向东的大渡河陡坡发生失稳滑塌。

在康定南，榆林河东侧陡山坡中同样可以看到比较小型的滑坡体 (图12d、图13d)、坡向向南的冰碛垄滑坡，滑坡体堆积在附近的沟谷。

虽然，我们没有获得上述滑坡最新滑动的直接年代学数据，但是从地貌形态上看，这些滑坡应该属于近数百年形成的。结合该区域的强震记录看，上述滑坡可能都是1786年地震的间接产物。

4 讨论与结论

4.1 不同地貌区同震地表破裂保存特征

猪腰子海子以北广泛发育冰川堆积和河流堆积，在康定至吊海子一段，榆林河的东坡是一系列的冰碛垄和冰水堆积台地，雅家埂至猪腰子海子之间也是冰水扇等冰川和冰缘地貌(刘淑珍等;1983)。断裂发育在榆林河东坡，这些冰川和冰水堆积地貌记录了地震地表破裂，形成裂缝、陡坎等。猪腰子海子以北的冰川、冰缘地貌区较好地保留了1786年地震地表破裂的原始微地貌形态。

跃进坪至二台子之间是以磨西台地为主体的冰水堆积地貌区，贡嘎山冰川在末次冰期、新冰期和小冰期的进退在磨西河、海螺沟、燕子沟等形成相应的冰水阶地、洪积扇和泥石流(郑本兴等，1994a，b)。这些洪积扇和泥石流堆积具有快速堆积、易于改造的特点，并不能稳定保留地震地表破裂等断裂变形。在该区段，基本没有同震断错微地貌存留，南门关附近的同震断错冲沟在2006年泥石流中被冲蚀。但是，这种不稳定的堆积可以为地表破裂提供一定的充填物，使我们能在探槽等揭露的堆积物记录中发现地震同震变形和震后快速堆积，但是目前保存的变形和堆积物具有不完整性，在空间分布上具有不连续性。从二台子探槽和跃进坪探槽可以看到，探槽揭露的堆积物都是非常快速的堆积，堆积层之间可能存在剥蚀和堆积间断。但是，就1786年地震地表破裂而言，这些仅存的快速堆积地貌都有一定的记录。

而大渡河附近的堆积物缺失区段，滑坡可能是地震活动的惟一地貌响应。但是，该区古滑坡活动的年代学数据不足。另外，滑坡与地震的关联性不是非常紧密，滑坡与发震断裂或者地震地表破裂的空间关系没有非常成熟的模型。使得滑坡地貌只能作为强震和地震地表破裂的间接标志。

可见，在这些不同的地貌区，不同地貌载体都记录了1786年的地震，综合起来可以估计1786年地震的地表破裂范围。

4.2 鲜水河断裂带东南段几何结构对1786年地震的控制

已有研究表明，鲜水河断裂带在不同段落具有不同的几何结构和构造组合特征，分别处于不同的构造环境(闻学泽，2000;陈桂华等，2008)。田湾以南，鲜水河断裂与安宁河断裂北段、大凉山断裂北段重接(图1)。大渡河断裂在田湾附近与鲜水河断裂交会。目前已有证据表明，鲜水河断裂带田湾以南段相对其他段落活动性明显要低(陈桂华等，2008)，我们在田湾以南的安顺场、新民乡等具有晚第四系堆积物的区域调查，没有发现显著的断裂地表断错现象。田湾至康定，鲜水河断裂位于贡嘎山隆起区的东部边缘，在构造环境上具有统一性。前述破裂分布也表明，雅家埂附近并不是一个可以有效阻止像1786年地震一样强震破裂的阶区。而康定以北，鲜水河断裂带分为折多塘断裂、康定-色拉哈断裂和雅拉河断裂，不受贡嘎山隆起区的直接影响。1955年折多塘地震和1725年康定地震分别是前2个断裂活动的产物，这也说明了各段的独立发震习性和能力。

结合上述调查资料和构造环境分析，我们认为1786年地震地表破裂带可能分布于鲜水河断裂带东南段康定至田湾，总长度约80km，发震构造是鲜水河断裂康定—田湾段。

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PRESERVATION OF CO-SEISMIC SURFACE RUPTURE IN DIFFERENT GEOMORPHOLOGICAL SETTINGS FROM THE STUDY OF THE 1786 MOXI EARTHQUAKE

CHEN Gui-hua1)MIN Wei1)SONG Fang-min1)JIAO De-cheng2)XU Hong-tai3)
1)National Centre of Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2)Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region，Yinchuan 750001，China
3)Earthquake Administration of Shandong Province，Jinan 250014，China

The co-seismic rupture is one of the important contents in active tectonic mapping.As the late Quaternary landform is a basic recording medium for the recent deformation of active fault，such as the co-seismic rupture，it is quite useful to acquire the activity information of the active fault from various landforms.We implemented a field work along the southeastern segment of the Xianshuihe Fault，mapped the rupture and excavated some trenches.The preservation characteristics of the surface rupture of the 1786 Moxi earthquake were discussed for the glacial area of the Tibetan plateau，the fluvial and flooding area and seriously eroded area at the margin of the Tibetan plateau，respectively.The cracks and offsets were preserved continuously in the glacial landforms such as the moraines and glacial outwashes along Kangding to Yajiageng segment.As the landforms in the fluvial and flooding area were unstable under strong erosion and rapid deposition，the surface rupture can be discovered in the trenches excavated in Yuejinping village and Ertaizi village with gaps for some previous earthquakes.There was no deposition from the erosion landform to record the surface rupture.We can only infer the earthquake effected area and the ruptured fault from the indirect relationship between landslides and the earthquake strong motion or the fault rupturing.Based on the integrated analysis with the geometry and tectonic setting of the southeastern segment of the Xianshuihe Fault，the Kangding-Tianwan segment of the Xianshuihe Fault was taken as the seismogenic fault of the 1786 Moxi earthquake，and the total length of the rupture is about 80 kilometers.

co-seismic rupture，erosional landform，depositional landform，the 1786 Moxi earthquake

P312.5

A

0253-4967(2011)04-0804-14

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.04.006

2011-11-08收稿，2011-11-28改回。

地震行业科研专项(200708029)和国家重点基础研究发展计划项目(2004CB418401)共同资助。

陈桂华，男，1977年出生，1999年毕业于中国地质大学(武汉)地球科学学院地球科学基地班，2006年在中国地震局地质研究所获得博士学位，副研究员，现主要从事活动构造、地震地质、构造地貌研究，电话:010-62009170，E-mail:gh_chen@163.com。