麻城1932年6级地震孕震构造机制探讨＊

2012-12-18雷东宁蔡永建乔岳强吴建超

地震科学进展 2012年7期

雷东宁蔡永建余松乔岳强吴建超

1）中国地震局地震研究所，地震大地测量重点实验室，武汉 430071 2）武汉地震工程研究院，武汉 430071 3）中国地质大学地球科学学院，武汉 430074

引言

麻城1932年6级地震是湖北省有历史记载以来最大的一次破坏性地震，宏观调查结果表明，震中烈度达Ⅷ，有感半径达120 km。对于本次地震与麻城—团风断裂的关系以及深部孕震环境，前人做了许多有益的研究[1－6]，包括深部地球物理环境、现代构造应力场、断裂新活动性等。然而，关于麻城6级地震的孕震机制的研究文献却相对较少。近些年来的研究更是相对较为缺乏。

2008年汶川地震的发生，使得我们必须重视研究扬子地台区内及邻近构造单元的地震活动特征，尤其是桐柏—大别隆起带内。麻城6级地震是发生在弱地震活动背景区内的中强地震，进一步深入研究其孕震模型具有重要的意义。本文在前人已有研究资料的基础上，通过综合分析本区已有的地震地质、地球物理场等资料，初步对麻城6级地震的孕震构造机制进行探讨。

1 麻城1932年6级地震基本参数及震害特征

据文献[5]调查资料，麻城6级地震参数如下：地震日期：1932-04-06；发震时刻：17：11：18；发震地点：湖北麻城北；定位精度：1；震级：6；震中烈度：Ⅷ；宏观震中：31.37°N，115.07°E；震源深度：10～14 km。

麻城：县北郭家畈、古洞寺一带较重，房屋倒塌50%～60%，未倒者多被震歪或裂缝，屋瓦掉下大半，古洞寺砖木结构瓦房亦全部塌毁。山石崩塌，崩下巨石大者直径数米，重万公斤，小者数公斤，满布郭家畈田中。地面裂缝，并冒黑沙水。死6人，伤27人，死伤牲畜4头。县城及其他地区房屋倒坏10%～50%（多倒坏山墙及前后檐），墙壁普遍裂缝。山脊、山坡、河滩、田畈、塘边等处多发生裂缝，并有喷沙冒水。陡峻山崖普遍发生崩塌，井、泉水多变浑或干涸。

2 震中区地震构造分析

2.1 断裂构造组合样式

震中区断裂为麻城—团风断裂带，为该带中段。该带主要由麻城—团风主干断层（F1）、鹰山尖—古洞寺断层（F2）、万义—龙井断层（F3）及大田铺断层（F4）组成（图1）。麻城—团风主干断裂走向NNE，麻城以北倾向SE，为逆断层特征，麻城以南倾向N W W，为一条上陡下缓倾向的正断层，上部倾角约65°，下部逐渐变缓，可能为45°或更缓。同时，兼具有右旋走滑性质。次级断层F2、F3具有与主干断层一致的活动性质，均具有正断特征。

图1 震中及附近地区地震构造图

在剖面上，NNE向次级断层鹰山尖—古洞寺断层、万义—龙井断层位于主干断层上盘，这两条断裂倾向 W，具有正断活动特征，延伸范围有限。麻城—团风主干断层下倾在震源深度范围，产状逐渐变缓，次级断层断面在这个深度被主断面控制，形成特有的铲式正断层组合样式。从地震地质调查来看，麻城6级地震的发震构造为麻城—团风断裂带次级断层鹰山尖—古洞寺断层，从断层组合构造样式及综合分析，实质上麻城—团风主干断裂为其发震构造，这种认识在区域地震构造环境尺度上是合理的。

2.2 断裂最新活动特征

自黄土咀向南的断裂中段，以单条主断层纵贯震中区东部，构成麻城盆地东侧边界，大别群与中－新生代地层以正断层接触，沿线有第三纪玄武岩分布。断裂两侧地形差异十分明显。东侧是大别山群变质岩系组成中、低山地貌，西侧盆地则堆积了厚约4000 m的白垩系、古近系及第四系。在阎家河一带，断裂沿求儿尖、胡家山、叶家湾一线通过，形成三角面山和“坡中槽”等断层地貌（图2a）。在闵集冲口一带断裂构成中低山与盆地界线，形成长十数千米的陡崖，并出现10～30 m的硅化碎裂岩带（图2b）。断裂早期曾经历挤压构造环境，沿线分布的崩坡积岩块则表明主断面倾向西，具张性正断性质，可能反映了断裂带经历过先压后张的活动历程。通过对麻城—团风断裂带野外调查，表明麻城—团风断裂带有过多期活动，但活动很不均匀，北段活动相对较强，中段稍强，南段较弱。

图2 麻城胡家山冲口一带断层剖面

这4条断裂以麻城—团风主干断层规模最大，地质地貌特征十分清楚。在麻城桃林河断层泥ESR年龄为（324±30）ka B.P.，明山水库ESR年龄为（404±45）ka B.P.，在其他剖面上采集的断层泥SEM样测年表明最新活动时代为中更新世。现代地形变测量（1959年和1973年二期水准测量）结果表明断裂东侧上升，年速率为1.02～1.22 mm/a，西侧盆地地区则正断下降，年速率－0.62～－4.29 mm/a，跨断层测量其右旋张剪运动速率为0.5～1.0 mm/a[7]。麻城—团风断裂带中段最新活动时代在第四纪中更新世中晚期，活动方式以正断活动为主，兼有右旋走滑分量。

3 麻城6级地震孕震构造机制

3.1 地壳结构特征

中国大陆地震多为浅源地震，平均震源深度分布在（16±7）km[8]。该层相当于浅源地震的多发区域——“多震层”，也为地壳脆－韧变形过渡地带，为地震发生的有利层位。地壳脆－韧性破坏变形层两者之间特殊的耦合，为大陆中强地震的发生提供了深部构造条件，这与雷东宁等[9]的认识是一致的。

麻城—团风断裂带为该区切割较深的断裂带，将桐柏—大别隆起分成东西两个块体。在震中区附近的太古界大别群变质岩下存在260～1300Ω·m的低阻层，深度在16 km以下[10]，可能为一低阻高速层，这种异常层位的存在可能为地震的孕育提供了条件。

据申重阳等[4]的研究，本区莫霍面约在42 km。该地震主要发生在上地壳下部与中地壳上部。根据地壳岩石随深度变形机制[11]，震源所在部位为岩石韧性与脆性破裂过渡地带。从岩石变形与破坏特征来看，在地壳0～14 km范围内，岩石主要表现为弹性变形、脆性破坏；从14 km至地壳更深处，随着地应力（围压）、温度的增加，岩石主要表现为弹－塑性、塑性变形，破坏形式为韧性变形，到壳幔深度则表现出流变等特征。震中区处于区域重力异常等值线梯度最大处，磁力异常区两局部正异常间的低值带，莫霍面及居里面隆起区边缘。

3.2 孕震构造机制

本发震构造模型是在收集已有资料，包括地震构造资料[1－2]、地球物理资料[4]以及前人研究成果的基础上[1－4]，基于地壳结构岩石变形特征等资料[11]，初步构建的麻城6级地震发震构造模型，并探索本次地震形成的构造应力环境、地壳岩石变形特征及动力来源。本模型横切F1、F2、F3三条断裂，模型剖面位置在图1中已经标示，模型示意图如图3所示。

图3 麻城1932年6级地震孕震构造机制示意图

桐柏—大别地区现今局部构造应力P轴为北东向，麻城地震震源机制解表明[12]，P轴走向77°，仰角66°，T轴走向159°，仰角0°，错动类型为正断层性质。李安然等[2]研究也认为，麻城—团风断裂带现今构造应力P轴方位为39°，T轴方位为150°。以上资料与认识基本反应了该区局部构造应力场环境。中国现今地壳应力图显示，本区构造应力场具有多级分区特征，构造应力场比较特殊和复杂。除此之外，桐柏—大别隆起新生代以来一直处于隆伸状态。壳幔深度的上隆可能成为该区处于伸展构造环境的主要动力来源，使得该断裂具有正断性质。区域北东向的构造主压应力成为该断裂剪切走滑性质的力源。麻城6级地震是在区域NEE向现代构造应力场作用下，壳幔尺度发生垂直隆升而产生的浅源地震。