重新讨论1985年8月23日新疆乌恰MS7.4地震地表破裂带*

胡伟华, 常想德， 陈建波， 张 勇， 黄帅堂， 伊力亚尔·阿不力孜

(新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

1985年8月23日20时41分，新疆乌恰县发生MS7.4地震，地震造成67人死亡，200余人受伤，直接经济损失超过1亿元[1]。前人对本次地震灾害和发震构造开展了深入细致的调查研究[2-5]。结果表明，本次地震烈度存在2个相对独立的Ⅸ度区(图1)，面积均为14 km2。南部Ⅸ度区包括疏附县乌帕尔乡，邻近的克孜勒苏河谷区阶地上，地震产生了一条长15 km的地表破裂带，断层面倾向160°～210°，倾角约30°，最大水平缩短量1.16～1.8 m，最大垂直断距0.66～1.08 m，属于卡兹克阿尔特断层带。北部Ⅸ度区包括乌恰老县城至杨叶农场一带，老县城(现在是黑孜苇乡驻地)已经成为一片废墟[6-7]，倒塌和严重破坏的建筑物占总量的3/4以上[5]，但当时震后调查没有关于老县城附近发现地震断层的报道。鉴于灾情严重，新疆维吾尔自治区人民政府决定迁址新建乌恰县城[6]，新县城位于老县城东北6 km处。长期以来一直困扰我们的是，老县城相距南边的克孜勒苏河谷区卡兹克阿尔特断层带地表破裂带约25 km，既然老县城距离发震断层较远，为什么会遭受到毁灭性破坏？近些年在前人研究的基础上对1985年震区开展了详细的地震地质调查，发现乌恰盆地南缘出露一条近东西走向逆冲断层，我们称之为乌恰盆地南缘断层，也是本次地震发震构造之一，1985年地震产生了约24 km长的地表破裂带。采用差分GPS和无人机等技术手段，对该断层进行了详细勘探。

1 震区地震构造背景

帕米尔构造结也称为喜马拉雅—青藏高原造山带西构造结，是当今全球大陆最活跃的陆内造山带，活动构造发育，地震活动强烈。帕米尔构造结是青藏高原的西北延续，是印度板块与欧亚板块碰撞的结果[8]。印度板块在约45～55 百万年(Ma)时与欧亚大陆板块相撞[9-12]。自20 Ma以来，印度板块向欧亚大陆板块运动的方向不仅发生变化，而且印度板块西北角的速率从44 mm/a下降到34 mm/a[9]，青藏高原的地壳增厚是印度板块新生代减速的主要原因[13]。帕米尔构造结新生代晚期以来，沿倾向内陆的俯冲带将塔里木—塔吉克盆地向北俯冲推移了约300 km[14]，还有大量的山间地壳缩短，长达300 km，这意味着在新生代期间帕米尔的南部边缘已经向北移动至少600 km[8]。在帕米尔构造结前缘地带，原本宽广的塔里木—北阿富汗—南塔吉克盆地，正是由于南倾的逆冲断层—褶皱带持续向北强烈挤压推覆作用，才变成现今狭长陡峻的克孜勒苏河—阿赖谷地。帕米尔北缘俯冲带自西向东依次分布有外阿赖山山前逆冲断层、斯木哈纳—乌鲁克恰提逆冲断层、乌恰盆地南缘逆冲断层和塔什普什塔—喀拉塔格逆冲断层(图2，图中方框代表图3的范围)[15]。

阿图什背斜位于南天山西段南麓，属南天山山前第二排新生代褶皱(图3断层编号与图2相同)。该背斜西起乌恰县康苏镇南，东至伽师县古勒鲁克乡北，总体走向近EW—NEE，略呈“S”型展布，背斜全长173 km。背斜出露表现为西宽东窄，以恰克马克河为界，西段宽度10～15 km，长宽比为(4.2～6.3)∶1，属短轴背斜构造；东段宽度5～7 km，长宽比为15.7～22.0∶1，属线状背斜构造。该背斜与北侧的南天山山前第一排褶皱塔什普什塔—喀拉塔格背斜呈平行展布，两者相距4.5～8.5 km。

Fig.2 Distribution of the main active faults in the north of Pamir plateau[15]

乌恰群的磁性地层学研究表明[17]，安居安组的底界年龄为14.9 Ma，安居安组的顶界(即帕卡布拉克组底界)年龄为13.7 Ma，结合逆冲断层与褶皱的几何关系，可以较为准确的厘定乌恰盆地南缘断层的起始活动时间在13.7～14.9 Ma之间，即乌恰盆地南缘断层自中新世中期以来至今持续活动。

2 乌恰盆地南缘断层和地表破裂带

乌恰盆地南缘断层，西自康苏东南，东至恰克马克河西岸，全长约50 km，近EW走向，略呈舒缓波状，为南倾的逆断层。在中新世背斜中通常表现为60°～80°高倾角逆冲性质，而在晚第四纪洪积扇砾石层却表现为15°～30°缓倾角逆掩性质。在乌恰盆地南缘，昆仑山最北缘的新生代褶皱带不断向北扩展，代表着昆仑山向天山山前俯冲的最新构造活动证据。位于断层西端的巴喀布拉克吉勒尕沟西岸可见，背斜前缘由中侏罗统泥岩、砂岩组成，由南向北发育有3条逆冲断层，南侧的2条断层(第四纪以来已经停止活动)之间的中侏罗世地层已发生强烈褶曲，形成紧闭和倒转褶皱构造。最北侧前缘断层，即乌恰盆地南缘断层呈低角度不断向北俯冲，吞噬南天山前陆，造成昆仑山褶皱带主动向南天山靠拢。第四纪以来乌恰盆地属于南天山山前磨拉石建造，粗碎屑物质不断由南天山向盆地堆积，地势北高南低，昆仑山前褶皱隆起阻断了来自南天山上游地表径流，在褶皱前缘断层带附近形成堰塞沉积并出露断层泉。断层泉含较高浓度刺鼻的H2S气体，很可能与断层带深部有化学联系，在泉水中H2S与O2和H2O反应生成H2SO4，将泉溪河床砾石表面腐蚀成灰白色。

在乌恰盆地西南缘的喀拉克色克塔什，断层切割现代冲洪积扇形成反坡向断层陡坎(反坎)，采用差分GPS横跨断层陡坎共测量了13条地形剖面(图3、5)。测量结果表明垂直位移量仅为0.2～0.8 m，均值及方差为0.55±0.19 m。

在江结尔农场以西3.5 km处盆地南缘，可见冲沟处高河漫滩形成反坎，高差约0.5～1.0 m，在其附近开挖探槽揭露，一条南倾的缓倾角逆断层已错断到地表(图6)，坐标为39.696 6°N、75.107 2°E，断层产状为180°∠20°，断错最明显的标志层是第②层灰黄色粉土夹薄层砾石层，垂直断距为0.5 m，近地表仅被约20 cm厚的断塞沉积物所覆盖，此规模的垂直位移在地表很难肉眼识别，而且一次规模较大的洪水就可能将断层陡坎冲刷抹平。通过对比震害资料，判断该断层活动事件为现代地震的产物，即1985年乌恰MS7.4地震地表破裂带。

在江结尔农场南侧可见断层沿阿图什背斜北缘展布，一系列现代洪积扇被地震断层错断形成清晰可见的断层陡坎(图7)，坐标为39.688 7°N、75.173 0°E，判断为1985年地震地表破裂带。

图5 喀拉克色克塔什附近13条地震断层陡坎垂直位移测量剖面示意图

图7 江结尔农场南侧地表破裂带google earth影像图

断层沿黑孜苇乡南部低山前缘展布，一条引水渠开挖揭露出断层剖面(图8)，坐标为39.693 9°N，75.190 0°E，表明中新世红褐色泥岩逆冲于晚更新世青灰色砾石层之上，断层面呈缓倾—陡倾—缓倾的弯折形状。附近一条横跨断层带的围墙发生扰曲变形。

图8 黑孜苇乡南侧乌恰盆地南缘断层出露剖面

在乌恰盆地东南缘的奥伊特斯干冲沟谷地内地震断层穿过河漫滩和Ⅰ级阶地形成反坎(图3、9)，测量9条陡坎剖面的垂直位移量为0.3～1.2 m(图10)，统计均值及方差为0.64±0.37 m。从地表现代沉积物和纹沟等微地貌判断应该是1985年地震的产物。

图9 奥伊特斯干附近地震断层航拍图

在乌恰县城以东的乌加克河至恰克马克河之间，乌恰盆地南缘断层东段分支成2条断层(图3)，近平行展布，走向NEE。南侧主断层长约26 km，沿阿图什背斜西段北缘发育；北侧断层长约14 km，沿山前洪积扇展布。这两条断层虽然错断晚更新世洪积扇，但未断错现代洪积扇和冲沟，据此判定该断层段在1985年地震中没有破裂。

图10 奥伊特斯干9条地震断层陡坎垂直位移测量剖面示意图

综上所述，1985年8月23日乌恰MS7.4地震的发震构造分为南北两支，南支地震断层是卡兹克阿尔特断层的中段[2，4]，地表破裂带全长15 km[3，5]。北支地震断层为乌恰盆地南缘断层的西段，该地表破裂带主要沿阿图什背斜西段北缘展布，西起喀拉克色克塔什，东至奥伊特斯干，近EW走向，略呈舒缓波状，全长24 km，断层错断山前现代洪积扇砾石层形成反坎，逆掩性质，断层面南倾，倾角15°～30°。实测地表破裂带最大垂直位移量为1.2 m，最小垂直位移量仅0.2 m，平均垂直位移量0.55～0.64 m，断层陡坎在地表只是呈现轻微的隆起，肉眼通常难以识别，因此也是震后未能及时发现的重要原因。探槽开挖揭露出断层倾角仅为20°，计算平均水平缩短位移量为1.51～1.76 m，平均倾滑位移量为1.61～1.87 m，与东南面的卡兹克阿尔特断层地表破裂带运动性质相同、断错位移量相当。结合1985年乌恰震害调查，乌恰盆地南缘断层西段地表破裂带穿过了整个北部Ⅸ度区，并延伸到了Ⅷ度区内。破裂带与乌恰老县城最近距离仅300 m，这也是乌恰老县城遭受毁灭性地震破坏、震后迁址新建的重要原因。

3 讨论

3.1 断层带典型的堰塞沉积

乌恰盆地南缘断层西段走向近EW向，以南倾逆断层为主，位于阿图什背斜西段北翼，断层活动方式表明该背斜属背驼式构造。其构造表现为帕米尔向南天山山前扩展，前缘断层发育在褶皱靠近山体的前缘(北缘)，倾向帕米尔，随着褶皱和断层逆向河流方向的构造运动，必将导致上盘抬升和河流侵蚀基准面的降低，河流势能随之减小，河流下切作用减小，搬运能力减弱，沉积能力加强。断层带附近的堰塞沉积物质有别于山前普遍发育的冲洪积相卵砾石，以砂土和粉土等细粒土层为主。除了个别较大型河流能够穿过背斜低山形成小型冲洪积扇外，其余地表水流都被阻挡在背驼式褶皱的前缘地带。根据实地调查，在乌恰盆地南缘，均分布有地下水高、冲积和风积为主的砂土、粉土层沉积，厚度数米至数十米不等，局部出露有断层泉。以老乌恰县城(现为黑孜苇乡)场地为例，钻探揭露全新世—晚更新世河流相沉积，上覆19.8 m厚的粉土、粉砂夹细砂、粉质粘土，下伏卵砾石，地下水位埋深5.4 m。该钻孔距乌恰南断层带700 m，位于断层下盘(北盘)，属于典型的断层多次地震形成的堰塞沉积。老县城场地位于平坦和低洼的冲洪积扇上，如果知道该冲洪积扇的形成年代，上覆堰塞沉积物厚度相当于断层的垂直位移量，那么就可以计算出断层的垂直活动速率。后续将重点开展帕米尔前缘俯冲带运动学方面的研究工作。

3.2 两条断层的同震破裂

3.3 帕米尔与南天山现今构造活动关系

1985年地震发生在乌恰地区的帕米尔—天山汇聚带上，也是帕米尔和南天山相距最近的地带。在这条狭窄的、强烈活动的挤压碰撞带内，我们没有发现北倾的逆冲活动断层发育(图4)，即南天山前陆地带在晚近纪以来没有发育向南俯冲的褶皱断层。这也正好验证了新县城向北靠近南天山山前而避开了南边帕米尔主要活动断层的选址迁建方案的合理性。乌恰盆地南缘断层活动始于中新世中期(13.7～14.9 Ma)，与天山古生代造山带在晚近纪复活的年龄基本一致，而其北面的吉尔吉斯斯坦境内的天山重新建造的时间不到10 Ma[21-22]。因此可以断定，帕米尔是主动的，而天山是被动的，当帕米尔前缘俯冲带挤压到天山山前时，触发了南天山古生代构造的活动变形。而天山造山带的缩短是通过宽广变形区域内多条近平行的EW走向逆冲断层，以低滑动速率[23]和分布式活动[24]方式共同来吸收的。

4 结语

前人研究1985年8月23日乌恰MS7.4地震在卡兹克阿尔特断层上破裂了15 km，本次研究确定在乌恰盆地南缘断层上也破裂了24 km，最终确定本次地震总破裂长度为39 km。在最大主压应力南北方向投影显示，两条破裂带基本不重合，即本次大地震的极震区西部的应变能量是由乌恰盆地南缘断层破裂释放，东部的应变能量则由卡兹克阿尔特断层破裂释放，隐含着乌恰盆地南缘断层和卡兹克阿尔特断层之间构造关系密切。这两条断层深部很可能归并为同一条软弱的膏盐滑脱面，均属于帕米尔俯冲带的薄皮构造。