龙门山和成都地震构造区的划分1

孔 军 周荣军



龙门山和成都地震构造区的划分

孔 军 周荣军

（四川省地震局，成都 610041）

新编制的地震动参数区划图采用了潜在震源区三级划分方案，以体现背景地震活动空间分布的不均匀性，并在地震构造区内归纳出统一的地震构造模型。本文根据西南地区潜在震源区三级划分的成果，分析了龙门山地震统计区内的龙门山和成都地震构造区的基本特征，历史地震活动强度及频度，主要活动构造的构造变形样式，建立了地震构造区的发震构造模型，确定了构造区的本底地震及划分构造源的地震构造标志。同时，提出了确定背景源空间分布函数的简单方法。

潜在震源区 地震构造区 空间分布函数

引言

考虑地震活动时空不均匀的概率地震危险性分析方法目前在国内外普遍应用于工程实践方面的未来地震危险水平估计（Cornell，1968；Algermissen等，1976；Petersen等，2008；章在墉等，1982；国家地震局，1996；胡聿贤等，2001），现已编制完成的新一代中国地震动参数区划图亦采用了该方法。其中，潜在震源区是概率地震危险性分析结果的关键控制性因素，潜在震源区的空间分布基本上决定了地震动参数的分布轮廓。

在我国，1990年编制《新的中国地震烈度区划图》和2001年编制《中国地震动参数区划图（GB 18306-2001）》时，主要采取了潜在震源区两级划分方案，即首先划分地震区、带（地震统计区），然后在地震统计区内根据发震构造鉴定结果，划分不同震级上限的潜在震源区（刘恢先等，1989）。相关研究表明（潘华等，2003；周本刚，2004；鄢家全，2005），地震统计区作为地震活动性参数的统计单元，首先按地震活动带和构造活动带等因素来划分，同时在划分范围内地震样本量要满足参数统计的要求。但是，由于历史地震资料的可靠时段较短，破坏性地震样本较少。为满足统计上的需要，地震统计区的划分范围一般是比较广阔的区域，可能包含不同的地质构造单元、不同的活动块体，不单纯是强震带或弱震带，而是兼而有之。如此，在背景地震震级的确定以及采用构造类比法确定潜在震源区时，会造成较大的不确定性。

在新一代地震区划图的编制中，为更合理地反映潜在地震活动的不均一性和深化构造类比，更加合理地确定背景地震震级，潜在震源区的划分采取三级划分的技术思路：首先划分出用于地震活动性参数统计的地震统计区；再在地震统计区内，根据地震构造和发震构造模型的一致性划分地震构造区，并确定背景地震震级；然后在地震构造区内划分潜在震源区（构造源）。地震统计区、地震构造区、潜在震源区在空间上为叠置关系，最底层为地震统计区，其上是地震构造区（背景源），潜在震源区位于最顶层（图1）。

地震构造区是指在现今地球动力学环境下，地震构造环境和发震构造模型一致的地区。地震构造环境一致是指在统一的现今地球动力学环境、新构造活动特点、构造应力场及深部地球物理场等条件下，发震构造模型具有一致性或相似性的特点。发震构造模型一致是指同一地震构造区内的发震构造和主要地震事件可以归纳为统一的发震构造模型来解释，可能包括了统一动力学与运动学模式下活动性质相同或不同的一组发震构造。地震构造区与发震构造模型不相关，随机发生的地震则确定为背景性地震。本文主要介绍龙门山地震统计区内的龙门山、成都地震构造区的划分成果。

1 龙门山地震统计区潜在震源区的三级划分

龙门山地震统计区（图1）主要包括川西北、甘肃中南部及青海东部一隅，大地构造上包括了龙门山褶皱带与秦岭褶皱系的一部分。统计区内北部以北西西向的西秦岭断裂带及甘南—川西北弧形构造系为主，南部则以北东向的龙门山断裂带为主体构造格架，并发育有近南北向的岷江断裂、虎牙断裂等，是青藏高原东缘的重要组成部分。龙门山地震统计区位于我国著名的南北地震带中段，强烈地震主要丛集在天水—武都—松潘地区及龙门山断裂带，如：1654年甘肃天水南8级大震、1879年甘肃武都南8级大震、1713年和1933年茂县较场7级和7½级地震及1976年松潘—平武7.2级强震群、2008年汶川8.0级地震和2013年芦山7.0级地震等，是青藏高原北部地震亚区主要强震活动带之一。根据区内地震构造环境和地震构造模型的差异，在龙门山地震统计区内分别划分出：龙门山、成都、甘东南、陇中盆地4个地震构造区，各地震构造区的背景地震分别为：6.5、6.0、6.5、6.0级。下面重点介绍龙门山和成都地震构造区的特点。

1.1 龙门山地震构造区

（1）基本特征

本区北界为东昆仑断裂（未包括），西界大致沿龙日坝断裂划定，东界为岷山断块东界的虎牙断裂，南东界以龙门山构造带中的彭县-灌县断裂划定（图2）。该地震构造区的块体滑移方向为南南东，区域主压应力呈北西西-南西西向的水平挤压。

岷山断块和龙门山构造带中南段构成了青藏高原的东边界，岷山断块西界的岷江断裂走向为近南北，表现为左旋-逆冲性质，垂直和水平滑动速率均在0.37—0.53mm/a左右（周荣军等，2000；2006）；岷山断块东界的虎牙断裂走向为北北西，以左旋走滑运动为主，兼具一定的逆冲分量，滑动速率为1.4mm/a左右（周荣军等，2006）。龙门山构造带由3条走向北东的主干断裂组成，山前还存在1条尚未出露地表的隐伏断裂，是2008年5月12日汶川8.0级地震和2013年芦山7.0级地震的发震构造，表现为逆冲-右旋走滑运动；横跨整个龙门山构造带的GPS测量数据表明，其地壳缩短量在4mm/a左右（Zhang等，2004），单条断裂的滑动速率估值在1mm/a左右（周荣军等，2006）。在龙门山构造带北西约200km处，还发育有2条走向北东的断裂，即龙日坝断裂和龙日坝南断裂，前者表现为逆冲兼右旋走滑，水平滑动速率为5.4±2.0mm/a，垂直滑动速率为0.7mm/a；后者为以右旋走滑为主的性质，滑动速率为3.6±0.5mm/a，可能为龙门山构造带的后缘冲断带（徐锡伟等，2008a），GPS测量表明，这2条断裂附近存在4—5mm/a的速度阶跃带（吕江宁等，2003）。

（2）地震活动的强度和频度

龙门山地震构造区自A.D.638年有历史地震记载以来，共记录到≥4.7地震158次，其中，8.0级地震1次，7.0—7.9级地震6次，6.0—6.9级地震17次，5.0—5.9级地震61次，4.7—4.9级地震75次（已删除汶川8.0级地震的余震影响），最大地震为2008年5月12日汶川8.0级地震。图3为龙门山地震构造区自1600年以来的震级—时间分布图。

（3）主要活动构造与发震构造鉴定

龙门山地震构造区的主要活动构造有：龙门山构造带及其后缘冲断带的龙日坝断裂（徐锡伟等，2008b）和岷山断块东、西边界的虎牙断裂、岷江断裂，另还发育一些规模不大的北西走向断裂，如抚边河断裂和米亚罗断裂等。其中，龙门山构造带发生过2008年5月12日8.0级地震，导致北川-映秀断裂和彭县-灌县断裂发生了同震地表破裂，破裂长度达240km，最大同震位错达9—10m（徐锡伟等，2008b）。龙门山构造带南段历史上曾发生过1327年天全≥6级地震、1970年大邑6.2级地震以及2013年芦山7.0级地震，根据活动断裂的尺度估计，其潜在地震能力在7.5级左右。龙门山构造后缘冲断带由龙日坝断裂和龙日坝南断裂组成，虽然这2条断裂上没有6级以上强震的历史记载，但明显的断错地貌现象表明，其具有发生强震的潜在地震能力，估计的最大地震震级在7.5级左右。岷江断裂和虎牙断裂上曾分别发生过1713年叠溪7级、1933叠溪7.5级地震和1976年松潘、平武间7.2级地震，估计潜在地震能力在8.0级和7.5级。北西走向的抚边河断裂上曾发生过1989年小金6.5级地震，估计震级上限为7级。米亚罗断裂迄今尚未发现晚第四纪以来活动的地质地貌证据，但2008年汶川8.0级地震的余震有沿该断裂密集成带分布的现象，因此，其地震震级上限判定为7级。

（4）发震构造模型

根据对横切龙门山断裂带的黑水—三台一线人工地震测深剖面的地质构造解释（蔡学林等，2007），由构造剖面（图4）可见，研究区的地壳厚度为：扬子地块厚约40km左右，至松潘—甘孜造山带增厚至60km左右，相应的岩石圈厚度由东侧的95km增厚至140km（四川省地质矿产局，1991），岩石圈厚度突变带正处于龙门山构造带之下，表明龙门山构造带为一条切割深度已达岩石圈的深大断裂。在龙门山构造带西侧深约20km左右处的中地壳之上，出现了3—5km厚的低速低阻层。由此可以认为，在印—亚板块会聚及高原地壳物质重力势的作用下，青藏高原东缘地区的上地壳物质沿此滑脱面向东逸出，在龙门山地区转化为脆性逆冲运动，于该地区形成一系列铲式断裂叠瓦系的逆冲构造岩片（推覆体），叠置构造形态呈西厚东薄的逆冲楔，楔体最大厚度为10km，最大延伸约20km。因此，龙门山构造带应是典型的前陆薄皮逆冲构造。

在综合分析区域地震构造环境的基础上，本文建立了龙门山地震构造区的发震构造模型（图4）。龙门山构造带3条主干断裂向下交汇于地表下约20km的地壳深部滑脱层，岷江断裂和虎牙断裂也向下汇入该滑脱层，川青块体向南东东方向的滑移在岷山断块和龙门山构造带转化为脆性逆冲-走滑运动，导致岷山和龙门山的快速隆升。6级以上强震，特别是7级以上大震通常发生在水平滑脱层向上翘起的断坡处，而龙门山山前隐伏断裂和成都断陷区内的蒲江-新津断裂以及控制成都断陷东界的龙泉山断裂带，由于切割深度仅3—7km，逆冲楔体厚度小，仅具有发生5—6级中强地震的潜在地震能力。

（a）

（b）

1：白垩系-第三系沉积岩系；2：上三叠统-侏罗统沉积岩系；3：三叠系浅变质沉积岩系；4：泥盆系-中三叠统碎屑-碳酸盐岩系；5：震旦系-志留系碎屑-碳酸盐岩系；6：震旦系-志留系浅变质沉积岩系；7：中元古界-新元古界下部浅变质岩系； 8：古元古界中浅变质岩系；9：太古宙深变质岩系；10：中下地壳闪长质片麻岩类；11：下地壳基性麻粒岩类； 12：岩石圈上地幔尖晶石二辉橄榄岩；13：燕山期花岗岩类；14：晋宁期花岗岩类；15：中条期花岗岩类； 16：太古宙基性岩类；17：中条期超基性岩类；18：二叠系标志层；19：逆冲断裂带；20：早期逆冲断裂带，晚期伸展正断裂带；21：伸展正断裂带；22：壳内低速层或壳内软层；23：壳幔韧性剪切带；24：莫霍面； 25：块体相对运移方向。A：茂汶逆冲断裂带；B：北川-九顶山逆冲断裂带；C：映秀逆冲断裂带； D：彭灌逆冲断裂带；E：黑水壳幔韧性剪切带；F：安县壳幔韧性剪切带；G：绵阳壳幔韧性剪切带； H：龙泉山壳幔韧性剪切带

（a） 块体图（周荣军等，2006）；（b）剖面图（蔡学林等，2007）

图4 龙门山、成都地震构造区发震构造模型

Fig. 4 Seismogenic structure of Longmenshan,Chengdu seismotectonic province

（5）本底地震估计

龙门山地震构造区6级以上强震多数都具有明显的发震构造标志，可归纳于上述的地震构造模型。但一些6级及以下的地震具有较大的随机性，如1940年茂县6级地震和1941年康定金汤6.0级地震等，迄今尚未发现有明显的发震构造。因此，将该地震构造区本底地震确定为6.5级。

（6）地震构造标志

7级以上地震的发震构造标志可归纳为：①具有全新世活动地质地貌证据的断裂构造，如断错地貌，断切晚更新世地层等；②发生过6.5级以上强震的断裂构造；③中强震或余震密集成带分布等，如米亚罗断裂、虎牙断裂北西段等；④对地形地貌具有明显的控制作用，形成一些断陷盆地等，如龙日坝断裂、岷江断裂北段等；⑤具有比较明显的深部地球物理场异常，如布格重力、航磁异常或地壳厚度梯度带或变异带等。

1.2 成都地震构造区

（1）基本特征

成都地震构造区位于四川盆地西北缘，是龙门山构造带向扬子地台区的过渡。成都地震构造区包括：被东、西两侧的龙泉山和龙门山所夹持的第四纪压陷性盆地区（钱洪等，1997），和其以北平原外的隆起部分（绵阳至广元）。过渡区的构造表现形式在成都平原和其北侧盆地外虽有不同，但其近代中小地震活动水平基本一致。该地震构造区现今块体滑移方向为南东，主压应力方向为北西-北西西，为龙门山构造带构造变形在其前陆盆地西缘产生的地质地貌效应。

（2）地震活动的强度和频度

成都地震构造区在历史上地震活动性较弱，自公元1488年起有破坏性地震（≥4.7级）记载以来，共记录到≥4.7级地震25次，其中，5.0—5.9级地震9次，4.7—4.9级地震16次（图5）。

（3）主要活动构造与发震构造鉴定

成都地震构造区的主要活动断裂为龙门山山前隐伏断裂、蒲江-新津断裂和龙泉山断裂，这些断裂的切割深度通常在3—7km左右。其中，龙门山山前隐伏断裂为龙门山构造带中的一支，表现为由北西向南东的逆冲性质，错切了中更新世地层。在现今的小震密集活动带内曾发生过多次4级左右的地震，估计其最大地震震级为6.5级。蒲江-新津断裂呈逆断层性质，具有晚第四纪活动性，且断裂规模及活动性由南西向北东有逐渐减弱趋势。蒲江-新津断裂南段曾发生过1734年蒲江5级地震和1962年洪雅罗坝5.1级地震，而北段未有≥4.7级地震的记载，仅有零星的现代弱震活动，估计其震级上限为6.5级。龙泉山断裂的新活动性不强，断裂的南西段有近代弱震活动相对集中，而中小地震活动主要集中在龙泉山背斜展布的范围内，近代最大的地震为仁寿大林场1967年发生的5.5级地震，估计其震级上限为6.5级。

（4）发震构造模型

结合区域地震构造环境（图4），成都地震构造区的发震构造模式可表述为：伴随着龙门山构造带由北西向南东方向的冲断作用的持续，沿龙门山山前隐伏断裂发生由北西向南东的逆冲，沿蒲江-新津断裂则发生由南东向北西的逆冲，这2条断裂所夹持的断块在晚第四纪断陷中表现的最为强烈（钱洪等，1997）；在龙泉山断裂的限制下，成都地震构造区内部呈压陷性特点，现今处于稳定的沉降状态。成都地震构造区的地震活动主要受龙门山山前隐伏断裂、蒲江-新津断裂和龙泉山断裂的控制，但由于断裂规模及其切割深度有限，地震活动主要表现为沿这3条断裂分布的较密集弱震和零星的中等强度地震。

（5）本底地震估计

成都地震构造区5.0级以上中强震与发震构造的相关性比较明显，比如：1734年蒲江5级地震和1962年洪雅罗坝5.1级地震发生在蒲江-新津断裂南段，仁寿大林场1967年5.5级地震发生在龙泉山断裂南端；而5.0级及以下的地震随机性较大，如1900年邛崃5.0级地震。因此，将该地震构造区本底地震确定为6.0级。

（6）地震构造标志

中强地震的发震构造标志可归纳为：①小震较密集成带分布；②对断陷盆地起控制作用的边界断裂；③具有与断层伴生的背斜构造。

2 背景源空间分布函数的确定

三级划分是新编制的中国地震动参数区划图潜在震源区划分的主要技术特色（周本刚等，2013），确定背景源的地震空间分布函数，是亟需解决的问题。通过分析第三、第四代地震动参数区划图关于空间分布函数及地震统计区背景地震年发生率的确定方法，在延续以往潜在震源区地震空间分布函数确定方法的基础上，初步形成了潜在震源区三级划分的空间分布函数的确定思路，大致步骤如下：

（1）将背景源与叠加在其上面的构造源当作相互独立的源来处理，整个地震构造区作为一个背景源。

（2）统计位于地震构造区内潜在震源区之外（以下简称“空白区”）的地震次数，从而确定“空白区”单位面积的地震年发生率，并以此作为背景源单位面积的地震年发生率，结合背景源面积和地震带内地震的年发生率，计算得到背景源空间分布函数。

（3）扣除背景源的空间分布函数后，再用多因子综合评判确定构造源的空间分布函数。

下面以龙门山背景源4.0—4.9震级档的地震空间分布函数的确定为例进行说明：

龙门山地震构造区总面积为91480km，“空白区”面积为47456km，潜在震源区总面积为44024km。经统计分析，确定龙门山地震带地震活动性参数为、（潘华等，2013），则4.0—4.9震级档的地震年均发生率约为4.2次。根据统计区地震目录的完整性分析，1970年以来地震构造区内4.0级以上地震记录完整，故统计得到1970年以来龙门山构造区内“空白区”的地震次数为14次，地震年平均发生率为0.3182，则“空白区”单位面积地震年平均发生率约为=6.7×10次。故龙门山背景源空间分布函数确定为=0.1460，同理，可求出构造区内不同震级档的空间分布函数。扣除地震统计区内所有背景源的地震空间分布函数后，构造源的空间分布函数仍采用多因子综合评判确定。

本方法在确定背景源的地震空间分布函数时，仅考虑了地震的实际发生次数，在未来的工作中，可能还需要考虑采用多因子综合评判确定的方法，以使背景源空间分布函数的确定更为合理。

3 结论及讨论

根据新一代中国地震动参数区划图潜在震源区三级划分的思想，本文论述了龙门山地震统计区的龙门山、成都地震构造区的基本特征、历史地震活动强度及频度、主要活动构造与发震构造的鉴定，建立了构造区的发震构造模型，确定了构造区的本底地震及划分构造源的地震构造标志。并延续了以往空间分布函数的确定方法，提出了一种计算背景源空间分布函数的简单方法。

与第三、第四代地震区划图潜在震源区的划分相比较，潜在震源区三级划分方案使中强地震活动空间分布不均匀的性质更加突出。以龙门山地震统计区为例，若简单地将地震统计区背景地震确定为6.0级，则龙门山、甘东南地震构造区内的危险性评定结果会偏低；若将地震统计区背景地震确定为6.5级，则成都、陇中盆地地震构造区内的危险性评定结果将可能偏高，而由于面积稀释效应，会使龙门山、甘东南地震构造区内的危险性评定结果偏低。对于上述两个地震构造区而言，即使具有相同的背景地震，但是由于块体地震活动水平不同、发震构造模型不同，背景源的空间分布函数也将不同。如龙门山、甘东南地震构造区在空间上相邻，背景地震均为6.5级，但是由于其内部发震构造模型、地震活动水平的差异，相同震级档内的地震发生率可能不同，若简单地作为一个背景源处理，可能导致其中一个构造区内的地震危险性评定结果偏高而另一个偏低。同时，通过对地震构造区地震构造模型的分析，更有利于地震构造区内高震级潜在震源区的识别和划分。

蔡学林，朱介寿，曹家敏等，2007．中国大陆及邻区岩石圈地壳三维结构与动力学型式．中国地质．34（4）：543—557．

国家地震局，1996. 中国地震烈度区划图（1990）概论. 北京：地震出版社.

胡聿贤主编，2001. 《中国地震动参数区划图（GB 18306-2001）》宣贯教材. 北京：中国标准出版社.

刘恢先，杜瑞明，王阜等，1989. 一个基于专家知识的场地地震危险度评估系统——研究进展报告. 计算结构力学及其应用，6（1）：11—16.

吕江宁，沈正康，王敏，2003. 川滇地区现代地壳运动速度场和活动块体模型研究. 地震地质，25（4）：543—554.

潘华，金严，胡聿贤，2003. 地震带与地震统计区关系探究. 地震学报，25（3）：308—313.

潘华，高孟潭，谢富仁，2013. 新版地震区划图地震活动性模型与参数确定. 震灾防御技术，8（1）：11—23.

钱洪，唐荣昌，1997. 成都平原的形成与演化. 四川地震，3：1—7.

四川省地质矿产局，1991．四川省区域地质志．北京：地质出版社

徐锡伟，闻学泽，陈桂华等，2008a. 巴颜喀拉地块东部龙日坝断裂带的发现及其大地构造意义. 中国科学（D辑），38（5）：529—542.

徐锡伟，闻学泽，叶建青等，2008b. 汶川8.0地震地表破裂带及其发震构造. 地震地质，30（3）：597—629.

鄢家全，2005. 地震危险性分析的困惑与希望. 国际地震动态，（6）：14—24.

章在墉，陈达生，1982. 二滩水电站坝区场地地震危险性分析. 地震工程与工程振动，2（3）：1—15.

周本刚，2004. 论发震构造特性在潜在震源区参数确定中的应用. 地震地质，26（4）：750—760.

周本刚，陈国星，高战武等，2013. 新地震区划图潜在震源区划分的主要技术特色. 震灾防御技术，8（2）：113—124.

周荣军，蒲晓虹，何玉林等，2000. 四川岷江断裂带北段的新活动、岷山断块的隆起及其与地震活动的关系. 地震地质，22（3）：285—294.

周荣军，李勇，Densmore A.L.等，2006. 青藏高原东缘活动构造. 矿物岩石，26（2）：40—51.

Algermissen S.T.，Perkins D.M.，1976. A probabilistic estimate of the maximum acceleration in rock in the contiguous United States. U.S. Geological Survey Open File Report，76—4l6.

Cornell C.A.，1968. Engineering Seismic Risk Analysis. Bulletin of Seismological Society of America，58（5）：1583—1606.

Petersen M.D.，Frankel A.D.，Harmsen S.C. et al.，2008. Documentation for the 2008 Update of the United States National Seismic Hazard Maps. U.S. Geological Survey Open File Report，2008—1128.

Zhang P.Z.，Shen Z.K.，Wang M. et al.，2004. Continuous deformation of the Tibetan Platerau from Global Positioning System data. Geology，32：809—812.

Seismo-tectonic Zonation of Longmengshan and Chengdu Region

Kong Jun and Zhou Rongjun

(Earthquake Administration of Sichuan Province, Chengdu 610041, China)

The principle of three-level delineation is adopted in determination of potential seismic source for the new national seismic zoning map of China, in order to embody the inhomogeneity of the spatial distribution of background seismic activity, and to induct an uniform seismotectonic model for each seismotectonic province. Based on achievements of determining potential seismic source in southwestern China, we analyzed the basic characteristics, historical earthquakes magnitude and frequency, deformation mechanism of main active tectonics structure of Longmenshan and Chengdu seismotectonic province in Longmenshan seismic region, and established the seismogenic model for each seismotectonic province, and identified the upper limit of background earthquake. A simple method is also put forward for calculating the spatial distribution function of background seismic source in this paper.

Potential seismic source; Seismotectonic province; Spatial distribution function

1基金项目 中国地震局芦山7.0级地震科学考察资助项目

2013-08-08

孔军，男，生于1987年。主要研究方向：工程地震。E-mail：kongjun08@126.com

孔军，周荣军，2014．龙门山和成都地震构造区的划分. 震灾防御技术，9（1）：64—73.