川西理塘活动断裂最新同震地表破裂形成时代与震级的重新厘定

2015-12-14周春景吴中海张克旗李家存蒋田婷婷刘艳辉黄小巾1

地震地质 2015年2期

关键词：理塘震级断裂带

周春景吴中海张克旗李家存蒋瑶田婷婷刘艳辉黄小巾1，

1)中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081

2)中国地质科学院，北京 100026

3)中国地质大学(北京)，北京 100083

4)首都师范大学，北京 100048

0 引言

理塘断裂带是川西高原重要的NW向左旋走滑断裂之一，与鲜水河断裂带近乎平行，是调整青藏高原内部物质向东挤出的重要活动断裂之一。理塘地区自古为四川东部通往西藏的交通要地，也是川藏公路与未来川藏铁路的必经之地，南水北调工程穿越的地段。因此，关于理塘活动断裂的地震危险性评价一直备受关注。

理塘断裂带是川西理塘地区大地震活动的重要控震构造(徐锡伟等，2005)，其上最新一次大地震是1948年5月25日的M7.3地震，距今已60多年。对于该地震造成的破坏程度，当时国民政府曾派专员到现场调查(四川地震资料汇编编辑组，1980)。中国地震地质工作者曾在20世纪60、70年代，结合南水北调工程调查和地震地质考察，对该地震的烈度分布及地表破裂分布等进行过调查与研究①四川省革委会地震办公室，国家地震局成都地质大队，1975，四川地震目录(内部资料)。(中央地震工作小组办公室，1971;徐杰，1979;四川地震资料汇编编辑组，1980;四川省地震局地震地质队，1988;黄彩权，1988)。近年来，徐锡伟等(2005)对理塘断裂的分段性及不同地表破裂段的归属性做了进一步研究。上述调查研究工作为认识该区大地震的地质背景及地震危险性分析提供了宝贵的资料。但综合已有成果资料发现，前人关于该断裂带上发育的最新地震地表破裂是否同属一次地震以及它们的形成年代等一直存在明显分歧，这一分歧的存在不仅影响对该断裂带大地震破裂方式的认识，也影响着对该断裂带未来大地震危险性的正确判断。

针对川西理塘断裂带上最新同震地表破裂主要参数的认识分歧，在2012—2013年，笔者沿该断裂的最新同震地表破裂进行了实测填图(1︰1 000比例尺)，并在存在形成年代争议的段，即理塘兵站南地表破裂带的关键部位开挖了探槽，进行了最近地震事件的年代学测试分析，为限定该段地表破裂的形成年代提供了新的年龄约束。本文重点对这一新的成果进行报道，希望有助于更好地认识和理解理塘活动断裂带的最新大地震活动过程及特点。

1 构造背景

理塘活动断裂带西北端起于四川省白玉县蒙巴西北，向SE经理塘县的毛垭坝、理塘、甲洼、德巫、至木里县北部，全长近400km(唐荣昌等，1993;Erchie et al.，2000;徐锡伟等，2005;马丹等，2014)。该断裂第四纪以来以左旋走滑为主，活动性显著，沿断裂不仅有温泉线性分布，而且水系、山脊错动现象明显(徐锡伟等，2005;马丹等，2014)。据前人研究，其左旋走滑速率约为2～4mm/a(周荣军等，2005，2007;徐锡伟等，2005)。本文所述的理塘断裂主要为从毛垭坝盆地北部向SE依次穿过理塘盆地、甲洼盆地和德巫盆地，向南延伸至拉波乡附近的段，即前人所称的理塘—德巫段(马丹等，2014)，该段整体为NW－SE走向，呈向NE凸出的弧形展布，长约140km(图1b，c)。

2 对理塘断裂带最新同震地表破裂认识的主要分歧

前人调查发现，理塘断裂带最新的同震地表破裂可分为南、北2段，但关于这2段地表破裂的归属问题，却存在2种不同的观点。一种认为南、北2段均由1948年5月25日的理塘地震引起①(中央地震工作小组办公室，1971;国家地震局全国地震烈度区划编图组，1979;徐杰，1979;四川省地震局地震地质队，1988;黄彩权，1988)。另一种观点认为只有南段由1948年理塘地震造成，北段可能由更早的地震引起(四川地震资料汇编编辑组，1980;徐锡伟等，2005)。

为了更清楚地认识理塘断裂北段地表破裂的归属问题，笔者查阅了研究区有关的历史地震资料记载，发现早期文献资料关于理塘1948年5月25日地震的震害、震中和地表破裂分布等的记载都存在较大出入，主要包括以下3个方面(表1):

(1)关于宏观震中，不同调查者有3种不同的结果，分别位于“毛垭坝”、“藏坝乡或木拉”和“德巫”。

图1 a理塘断裂上的最新同震地表破裂分布;b 1948年5月25日理塘地震破坏程度图(四川地震资料汇编编辑组，1980)及理塘断裂分布;c研究区位置图Fig.1 a The distribution of the co-seismic surface ruptures along the Litang Fault;b the contour of the seismic damage by the May 25th 1948 Litang earthquake(cited from Compilation of Earthquakes in Sichuan Province，1980)and the distribution of the Litang Fault;c the location of the study area.

表1 1948年5月25日理塘地震破坏程度的不同观点Table 1 Different views on the seismic damage of the May 25，1948 Litang earthquake

(2)关于破坏程度或烈度等值线分布有2种不同的结果，一种认为破坏程度最严重的为藏坝至德巫的狭长椭圆形区域，热水塘(村戈乡)附近为破坏相对轻一度的区域(四川地震资料汇编编辑组，1980)，参见图1b。另一种则认为热水塘区域的地震烈度与甲洼－藏坝乡的地震烈度相当，均为Ⅹ度(中央地震工作小组办公室，1971;国家地震局全国地震烈度区划编图组，1979)。

(3)关于地表破裂长度，则有约100km和约70km两种不同结果(四川地震资料汇编编辑组，1980;黄彩权，1988)。

对于理塘北段地表破裂不属于1948年理塘地震的观点，主要证据为通过走访当地居民(有多人提及)得知北段的地表破裂在1948年5月25日地震前就存在，并根据一位被访者祖辈的年龄推算认为产生北段地表破裂的大震可能发生于1890年前后(四川地震资料汇编编辑组，1980)，参见表2。

表2 “理塘北段地震地表破裂为1890年前后地震所产生”的证据Table 2 The evidences showing that the north segment of Litang seismic surface ruptures were produced by earthquakes around 1890

综合历史地震资料记载可知，其中最为可靠的记载是当时根据地表破坏情况编制的地表破裂程度图(图1b)和当时报纸对地震破坏程度的报道(四川地震资料汇编编辑组，1980)，进一步结合笔者在理塘地区调查时的重新访问，笔者赞成1948年5月25日理塘地震的宏观震中应在甲洼盆地藏坝乡至绒家山垭口东南一带，并支持1948年大地震只形成了南段地表破裂，北段地表破裂应由更早的大震产生的观点，即四川地震资料汇编编辑组(1980)关于1948年理塘地震的地表破坏程度图(图1b)是更符合早期历史资料记载情况的，其给出的宏观震中位置和极震区范围也与实测的南段同震地表破裂分布范围相吻合。这一认识同时也可得到笔者对理塘断裂带上最新同震地表破裂实测填图结果和对北段地表破裂的探槽揭露与最新地震事件年代学测试分析结果的进一步支持。

3 理塘断裂最新同震地表破裂带的分布

实测填图结果表明，理塘断裂带上的同震地表破裂为典型的左旋走滑型同震地表破裂，地表破裂的总体走向140°，主要包括2段:金厂沟—奔戈乡段(北段)和甲洼—德巫段(南段)，参见图1a。

金厂沟—奔戈乡段:即北段地表破裂，该段地表破裂的西北端点起于理塘盆地西北金厂沟东北侧半山腰，向SE延伸，斜穿过理塘盆地，地表破裂可追索至无量河北岸，穿过无量河后，在南岸可继续追踪到地表破裂，并沿尔拉寺西南沟谷向SE延伸，最终逐渐消失于山谷湿地(图1a)。北段地表破裂在理塘盆地内可观测到地表破裂多处左旋错动人类活动遗留的线性垄脊(图2e，f)，但在对多个当地居民访问中，均表示不清楚这些线性垄脊为何物以及是何时遗留下来的，说明这些人类遗迹的历史较长。笔者实测该段总体走向135°，最大左旋错动量为1.8m，位于无量河北岸高河漫滩村戈乡南附近(图2f—g)，现存地表破裂长14km，算上无量河及其河床两侧的沼泽地内推测的地表破裂8km，总长约22km。同时，根据前人调查，认为尔拉寺西南山鞍部有地表破裂(黄彩权，1988)，与本文野外调查的破裂端点相距约3km，尽管笔者野外调查中在该区段没有观察到地表破裂，考虑到调查时间相距约40a，有可能因后期各种原因受到破坏已难以辨认，因此，综合认为北段的地表破裂长度最大约25km(图1a)。

总体上，该段沿原有的理塘活动断裂分布，地表破裂发育比较连续，现存的地表破裂规模不是很大，总体上分布在一条直线上，没有明显分段现象，也没有发育明显的阶区排列现象。这一点与南段地表破裂的发育特征是不一样的，与2010年玉树地表破裂多级分段特征也不相同(周春景等，2014)。该段在金厂沟附近的地表破裂迹线清楚，但地表破裂中由剪切错动形成的拉分构造等负地形小构造基本已被后期沉积物所充填，只有地震鼓包等挤压形成的正地形小构造保存较完好(图2a)。在村戈乡南侧理塘盆地的地表破裂，靠近河流的高河漫滩和一级阶地面上，地表破裂中的负向地形构造同样基本被后期沉积物所充填(图2b，d)。在理塘盆地的中北部，发育在河流较高阶地面或山麓斜坡上的地表破裂，由于地形和物源的原因，破裂带中的拉分构造被后期沉积充填的程度比前者要差一些(图2c)。

甲洼—德巫段:即南段地表破裂，从北段至本段之间为一段地表破裂空区，该空区段长约11km。由于人类活动及自然因素破坏，本段可观测到的地表破裂的西北端点起于甲洼盆地的东南山麓，往东南沿半山腰鞍部分布，过绒家山垭口后，沿仁加沟南侧山麓分布，横穿多处冲沟及湿地，并在接近德巫盆地时消失。笔者实测地表破裂长约20km(图1a)，其中在绒家山垭口北侧山脚，见地表破裂左旋错动冲沟低河漫滩陡坎约3.2m(图3d—e)，为南段地表破裂带最大的水平错动量。另据前人调查，位于本次调查西北端点的西北，即甲洼乡附近存在地表破裂，同时东南侧的地表破裂穿过德巫盆地到达査瓦额村(黄彩权，1988)。由于这些区段均位于盆地内人类的主要聚居区，人类活动的改造较大，笔者本次野外调查中，在这些地段均没有观察到地表破裂，但是断层线性地貌特征比较明显。因此，笔者野外调查中，南段实际观测到的地表破裂长度约20km，总体走向为146°，综合前人20世纪60、70年代的调查结果，地表破裂向SE延长6km至査瓦额村，向西北延长15km至甲洼乡附近。因此，南段地表破裂的最大长度估计可达41km(图1a)。

图2 金厂沟—奔戈乡段地表破裂特征Fig.2 Photos showing the surface rupture characters of the Jinchang valley-Ben'ge village segment.

图3 甲洼—德巫段地表破裂特征Fig.3 Photos showing the surface rupture characters of the Jiawa－Dewu village segment.

南段地表破裂总体沿原有的理塘活动断裂分布，地表破裂所经之处可看到断层左旋错动冲沟、山脊以及断裂左旋活动形成的反向坡等一系列地貌标志。从现存的地表破裂依然能看出，该段地表破裂规模明显比北段大，发育比较连续，并具有明显的分段现象，各段之间为右阶斜列，与2010年玉树地表破裂的多级分段特征具有很大的相似性(周春景等，2014)。尽管也受到一定程度的风化和充填沉积等自然改造，但相比于北段的破裂(图2a—c)，该段地表破裂的断坎与地震鼓包等受后期风化或破坏程度明显较低，地震鼓包仍呈现出较明显的“棱角”(如发育在藏坝乡东北侧缓坡上的鼓包)(图3a)，断坎仍保留着明显的自由面(图3 b)，在甲洼盆地的东南山腰可以看到，反向坡内发育的张剪破裂仍未被完全充填(图3c)。同时，沿该段破裂带的植被发育也较北段明显更差。

4 理塘断裂最新同震地表破裂形成年代与震级的重新厘定

4.1 同震地表破裂形成年代的重新厘定

如前所述，综合对历史地震资料的重新分析、地表破裂最新调查结果以及对当地居民的重新走访，可初步认为，北段地表破裂应该不是由1948年5月25日理塘地震产生的。那么是否由1890年前后地震造成，由于这个观点仅是根据1人的口述获得，并且是依据受访者回忆其祖辈的口述，以及根据口述者年龄进行推算后得出，而非被访者本人亲历，因此，理塘县1890年是否发生过能产生地表破裂的地震尚需进一步考证。因为:1)该区没有关于1890年左右地震事件的任何文字记录，包括前人走访的其他人均未提及;2)所谓1890年左右地震也可能是发生在理塘周边其他地区的大地震，如其西侧1870年巴塘地震、鲜水河断裂带上1904年道孚7.0级地震或1893年道孚乾宁7.0级地震等。

查阅理塘及周边地区的历史地震记录情况发现，该区公元1800年以来的强震事件基本都有文字记载，缺漏的可能性很低，如前面所述的发生在巴塘断裂上的1870年巴塘地震和1900年前后发生在川西鲜水河断裂带上的多个强震事件，文献中都有较详细记载(四川地震资料汇编编辑组，1980)。另外，野外调查结果显示，理塘断裂带上北段和南段地表破裂的地表可辨度有较明显差异:1)北段地表破裂基本不错动年代很新的低河漫滩和河床(图2d)，而南段明显错动了低河漫滩和河床(图3d);2)北段的张裂缝被充填程度高，错动的土皮已明显风化，断面棱角被圆化，且断面植被也发育较多，裂陷与凹陷大都已被后期土层充填，并不同程度发育土壤或土皮(图2a—c，4a)，显示该段地表破裂因后期的外动力改造已不太“新鲜”。南段地表破裂错动的断面或断坎表现出相对较显著的棱角，植被发育差，裂陷与凹陷被后期充填程度明显较低，总体上更为“新鲜”(图3a—c)。当然，同震地表破裂这种地表“新鲜”程度的感官区别还难以成为不同段地表破裂是否归属不同大震事件的严格标准，因为当同一断裂上发生分期分段破裂时，如果相邻2段之间相隔不远，或2次大震的时间间隔很短，在缺乏地震后立即进行的实地调查资料情况下，仅凭“新鲜”程度的差异还难以完全准确判断不同段上同震地表破裂的归属问题。

事实上，活动断裂带上的分期分段破裂是比较常见的，这种现象不仅出现在理塘断裂带，在其邻区的甘孜－玉树断裂带及鲜水河断裂带历史上均有发生，例如，甘孜－玉树断裂带上1320年玛尼干戈M7.5地震、1738年治多M7.5地震、1845年甘孜M7.1地震、1896年邓柯M7.5地震以及2010年玉树MS7.1地震(周荣军等，1997;Wen et al.，2008;周春景等，2014);鲜水河断裂带上1904年道孚M7.0地震、1923年炉霍M7.5地震、1973年炉霍M7.9地震，在大约70a内，约230km的鲜水河北段就接连发生了3次伴有地表破裂的7级及以上大震。

为进一步限定理塘断裂带北段最新同震地表破裂的形成年代，笔者在该破裂穿过理塘兵站南侧无量河高河漫滩形成的小型裂陷槽部位开挖了一个宽100cm，深64cm的探槽(位置:29.97913°N，100.21120°E，海拔高度3 931m)，并对高河漫滩时代及其中揭示的最新大地震事件的年代进行了年代学限定(探槽剖面及取样位置参见图4a—c;测年结果参见表3，图4c)。地表观察可见，该处的地表破裂因后期改造和土层充填已明显不太新鲜(图4a)。根据探槽剖面，从老到新可区分出7层沉积单元。其中层①—③为阶地沉积，层④－1及④－2为阶地形成后沉积的土层;层⑤是最新地震后的充填楔，其上覆盖了层⑥和层⑦总厚度约十几厘米的表土层(图4b，c)，表明在该段地表破裂裂陷槽形成后，经历了一定时期的后期沉积充填与夷平过程。该探槽剖面表明，产生同震地表破裂的最新大地震应发生在层④－2与层⑤形成之间。为限定这一年龄，笔者在最近一次地震造成的充填楔层⑤及上覆层⑥和下伏层④－2中采集了14C测年样品。样品为含有机碳的土，实验室经酸洗处理，选取了有机碳利用加速器质谱仪进行AMS－14C测试。结果表明，层④－2沉积年代为(460±30)a BP;层⑥沉积年代为(200±30)a BP。层⑤样品因受现代碳污染，其测年结果(106±0.3)pMC(percent modern carbon)不具定年意义。层②－1中的14C样品结果为(4 620±40)a BP，表明高河漫滩形成于全新世晚期，整体上看，探槽沉积物的测年结果符合地层序列的新老关系，这也表明年龄结果是基本可信的。

表3 14C测年结果Table 3 14C dating results

根据测年结果可知，北段最新大地震活动应发生在公元1450年之后，层⑥形成之前，并且应更接近于层⑥的年龄，因为层⑤的断层楔属于震后快速堆积。层⑥的AMS14C年龄为(200±30)a，其2σ日历校正年龄对应了6个年龄区段，日历校正年龄跨度较大，从公元1650—1920年(表3)。考虑到震后层⑥和层⑦沉积形成含碳物质并出现较明显的分层性是需要一定时间的，而南段地表破裂虽经60多a沉积充填，未形成类似的表土层;同时层⑥和层⑦沉积厚度只有10cm左右，发育时间应不会太长，估计在百年时间尺度。进一步查阅历史地震记录发现，在上述年龄区间的1729年，理塘县确有一次强震记录，当时“理塘连续几天地震”，至少包括3次震感强烈的地震，并且致使当时本想驻留理塘的七世达赖喇嘛改住它处，显然为显著的强震事件(四川地震资料汇编编辑组，1980)，这一事件年代也与探槽层⑥中的14C测年日历年龄(Cal AD 1730—1810)相接近。因此，综合探槽揭露最新大地震年代和历史地震记录，笔者认为现今理塘断裂金厂沟—奔戈乡段的同震地表破裂很可能为1729年理塘地震所产生，但不排除由公元1420—1690年更老的地震造成。进一步根据调查结果可知，在北段地表破裂中，理塘兵站附近的地表破裂发育规模最大，可能是此次地震的宏观震中。

图4 理塘断裂带理塘兵站南最近一次地震事件的14C测年样品取样点及测年结果Fig.4 The 14C dating sampling site and the dating results associated with the latest earthquake event at the south of Litang military depot on the Litang Fault zone.

上述调查研究结果表明，四川地震资料汇编中的1948年理塘地震的破坏程度图是基本符合事实的，因为该图表明1948年理塘地震的重震灾区在甲洼—德巫的狭长扁椭圆形区内，与甲洼—德巫段地表破裂的分布相吻合(图1a)。至于理塘热水塘(村戈乡)，在1948年5月25日地震中可能也受到了相当程度的破坏，这与其所处的构造位置，即处于理塘盆地第四纪松散沉积物上，稳定性差，并正好处于同一断裂带上有关。而中国地震目录中的1948年理塘地震等烈度线图将村戈乡的地震烈度划为Ⅹ度与历史记载的震害程度不符合(中央地震工作小组办公室，1971;国家地震局全国地震烈度区划编图组，1979)，也与本文的研究结果不一致，需进一步修正。

4.2 理塘断裂带历史大地震震级的重新估算

Wells等(1994)关于同震地表破裂最大错动量(MD)与矩震级(MW)的经验公式为

将北段最大错动量1.8m代入式(1)，矩震级MW约为7.0级;将南段最大错动量3.2m代入式(1)，矩震级MW约为7.2级。

Wells等(1994)关于同震地表破裂长度(SRL)与震级(MW)的经验公式为

将北段同震地表破裂长度25km代入式(2)，矩震级MW约为6.7级;将南段同震地表破裂长度41km代入式(2)，矩震级MW约为7.0级。

综合上述经验公式计算结果可知，产生金厂沟—奔戈乡段(北段)地表破裂的地震矩震级为6.7～7.0，而产生甲洼—德巫段(南段)地表破裂的地震矩震级为7.0～7.2。

上述由同震位移和破裂长度2个经验公式得出的震级存在一定的差异，即由最大错动量推算的震级比地表破裂长度推算的震级大，北段、南段分别相差了0.3和0.2级。虽然由于地表破裂发育规模小的地段，因自然条件和人类活动破坏，可能没能很好地保存，会导致观测到的地表破裂长度偏小。但是，位于川西高原上的理塘地区以畜牧业为主，少有开发，人烟稀少，本文调查地表破裂端部外延地区主要为草甸覆盖的山区，相对来说地表破裂的保存条件会比较好，因此，因保存条件引起的地表破裂偏小的量不会太大，推断应该在1～2km。对比2010年玉树MW6.9地震的同震地表破裂长度(周春景等，2014)，笔者认为根据破裂长度的估算结果应更为接近实际震级。据此，笔者认为理塘断裂带北段和南段上的最新大地震分别约为 MW6.7与 MW7.0。