龙门山断裂南段天全段的新活动特征与1327年天全地震的关系

梁明剑　陈立春　冉勇康*　王　虎　李东雨

1)中国地震局地质研究所，北京　100029 2)四川省地震局，成都　610041



龙门山断裂南段天全段的新活动特征与1327年天全地震的关系

梁明剑1，2)陈立春1)冉勇康1)*王虎1)李东雨1)

1)中国地震局地质研究所，北京100029 2)四川省地震局，成都610041

1327年天全地震历史地震龙门山断裂带南段发震构造双石-大川断裂

0　引言

巴颜喀拉地块为青藏断块内部1个构造和地震活动强烈的次级块体，近20a来沿其边界断裂发生了一系列大地震，构成了中国大陆地震主体活动区(邓起东等，2010；M7专项工作组，2012)。巴颜喀拉块体向SEE方向运动与相对较为稳定的华南地块碰撞，形成了龙门山构造带，该构造带为典型的逆冲推覆构造，具有前展式发育的特征(陶晓风，1995；李勇等，2006；Burchfieletal.，2008)。在短短的5a里，龙门山断裂带中段和南段相继发生了2008年汶川8.0级和2013年芦山7.0级2次强烈地震，龙门山断裂带南段的地震危险性受到了国内外学者的高度关注。汶川地震之后，龙门山断裂带南段的应力增强，增加了其地震危险程度(Parsonetal.，2008；易桂喜等，2013)。 Wang等(2009)通过分析松潘-甘孜地块地震矩累积和亏损的平衡关系，认为震后未来50a龙门山断裂带南段存在发生MW7.7地震的可能性。2013年芦山7.0级地震震级远低于预期的强度，地表也未发现真正构造意义上的地震地表破裂，属于盲逆冲型地震(徐锡伟等，2013)。陈立春等(2013)通过地震地质调查和古地震研究发现，龙门山断裂带南段仅在大川-双石断裂见有全新世活动的证据，探槽揭露1次古地震事件的垂直位错量也只有0.3m左右，认为南段次级断裂的复杂性导致其单条断裂的地表活动强度明显弱于中段。Wang H等(2014)通过古地震研究，并整合了Densmore等(2007)和陈立春等(2013)的成果，认为近2,800a以来大川-双石断裂存在2～3次震级相当的古地震事件，而且均没有形成整条断裂贯通式的地表破裂。

图1　研究区及其邻区断裂分布图Fig. 1　The distribution of the faults in the study area and its adjacent regions.F1双石-大川断裂；F2盐井-五龙断裂；F3耿达-陇东断裂；F4大邑断裂；F5蒲江-新津断裂；F6鲜水河断裂

1　双石-大川断裂(天全段)全新世活动证据

龙门山断裂带大致分为北、中、南3段，其性质以挤压逆冲为主兼具右旋走滑特征，该断裂中段发生了2008年汶川8.0级地震，断裂南段包括耿达-陇东断裂(后山断裂)、盐井-五龙断裂(中央断裂)、双石-大川断裂(前山断裂)和大邑断裂等次级断裂。其中，只有在盐井-五龙断裂和双石-大川断裂发现了晚第四纪活动的证据，在耿达-陇东断裂未见晚第四纪新活动的地质地貌证据。盐井-五龙断裂于五龙附近见断层断错了晚更新世早期形成的冲洪积物(杨晓平等，1999)，且T3阶地前缘滑坡非常发育，呈线性分布，可能断裂在T3阶地形成后有过活动(陈立春等，2013)；大邑断裂为隐伏断裂，主要发育于白垩纪地层内，可能存在活动褶皱变形(杨晓平等，1999；董绍鹏等，2008；陈立春等，2013)。双石-大川断裂作为芦山7.0级地震的发震断裂之一，具有全新世活动性(陈立春等，2013)，而且延伸到天全西南一带，这也是1327年地震疑似震中区。因此，这一段断裂的新活动证据是本文讨论的重点。

图2　双石-大川断裂天全一带展布图(底图为Google Earth影像)Fig. 2　The sketch showing the distribution of Shuangshi-Dachuan Fault in Tianquan County(The base map is from Google Earth).a 小河乡关家村一带断层槽谷地貌；b 小河乡水泥矿场断裂剖面，P为二叠纪玄武晶屑凝灰岩，S为志留纪白云岩、页岩

图3　关家村一带双石-大川断裂形迹及地貌解译图(底图为google earth影像)Fig. 3　The sketch showing the features and the geomorphological interpretation of Shuangshi-Dachuan Fault near Guanjia Village(The base map is from Google Earth).

双石-大川断裂天全一带在卫星影像上主要表现为断续分布的槽谷地貌(图2)，以小河乡关家村、武安村一带的槽谷地貌比较发育。其中，关家村槽谷地貌延伸近1km(图2a，3)，槽谷两侧出露基岩为三叠纪砂岩、夹薄层煤层，产状存在明显的变化；关家村附近小河子共发育3级河流阶地(T1—T3)和漫滩(T0)，断裂沿着槽谷向S延伸穿过小河子Ⅱ级阶地(图3)，由于受到后期耕作改造的影响，Ⅱ级阶地面未见明显的断层新活动迹象。断裂主要发育在三叠系内或者三叠纪与侏罗纪地层之间，在天全以西为三叠系与志留系的界线，小河乡水泥矿区南侧见志留纪白云岩、页岩逆冲于二叠纪玄武晶屑凝灰岩和三叠纪浅变质砂岩之上(图2b)；断裂产状为300°∠83°，显示出明显的逆冲性质。矿区北侧则见志留纪白云岩逆冲于三叠纪浅变质砂岩之上，破碎带由断层泥带、碎粉岩等组成，断层泥未胶结，宽约10cm，表明断裂具有一定的新活动性。

在天全县小河乡武安村一带，沿双石-大川断裂断续分布了槽谷(图2)以及滑坡群，表明断裂带新活动对这一带地貌的塑造存在影响。公路边出露的剖面显示： 断裂发育于三叠纪砂岩内，主断面沿宽0.5～1m的黑色煤系地层发育，造成约10m宽的构造破碎带(图4a)，主断裂带内见宽约2cm的灰色断层泥带(图4b)，断层泥未胶结，也反映了断裂存在晚第四纪新活动性。

图4　小河乡武安村一带的双石-大川断裂剖面Fig. 4　The exposed fault section of Shuangshi-Dachuan Fault near Wuan Village，Xiaohe Town.a 双石-大川断层剖面；b 断层带局部，见灰白色断层泥带

图5　武安村探槽南壁剖面及局部断裂照片Fig. 5　The profile of the south wall of the trench excavated at Wuan Village and the local photograph of the fault.

武安村南断裂通过的地方发育1个坡洪积台地，地貌上呈向N张开的喇叭口状(图5a)，形成汇水区域，可能存在快速沉积的细粒物质。跨该台地开挖1个长探槽(102°42′46.7″E，30°5′15.6″N)，长约32m，宽3m，深2～2.5m，探槽南壁揭露的地层序列如下(图5)：

①黑色腐殖砂土、亚黏土层，富含植物根系和少量角砾。

②块石和碎石堆积，成分为灰岩，块石、碎石之间可见架空结构，为崩坡积堆积。

③褐色块石、碎石堆积，充填物为砂土。

④断层及其影响带，由块石、碎石和砂土组成，断层面附近的石块呈定向排列。

⑤深褐色砂砾石层，砾石磨圆差。

⑥褐黄色黏土层，底部为黏土，顶部为亚黏土，并含灰色亚砂土和细小的砂砾，沉积物粒度细，且搬运距离有限，由此推测为水动力较低的环境下沉积。

⑦灰褐色砾石层，上部为1个大块石，两侧为灰褐色砂土，底部见磨圆度较好的砾石，见红砖瓦，可能为废弃的沟床。

⑧暗灰—褐色亚黏土—亚砂土层，含较多细小的角砾，无磨圆，并见1个较大的砾石，磨圆较好；该层与层⑥界线不明显，仅表现为含暗灰色亚砂土，并含有较多炭屑，层底部14C样品(TQ-4)的测年结果为Gal 460～295a BP。

⑨块石、碎石层，成分为灰岩，架空结构，后期渗水导致石块表面产生融蚀作用，为崩坡积物堆积。

探槽南壁剖面揭露的断层F明显断错了层⑤和层⑥，使得砂块石层逆冲于褐黄色黏土层之上，形成宽约3m的断层带，造成断层附近的块石定向排列，断层带被层①覆盖。探槽北壁揭露的地层①、②、③、④、⑥与南壁的层①、②、③、④、⑥可对比；北壁层⑤为深褐色亚砂土层，含较多的碎块石，覆盖于层③、④、⑥之上。位于层④上方，受到断层F的新活动影响，层⑤产生了明显的挠曲变形，挠曲幅度约0.4m(图6)。

图6　武安村探槽北壁局部剖面及照片Fig. 6　The profile of the north wall of the trench excavated at Wuan Village and the local photograph of the fault.

虽然未能直接获得探槽南壁层⑤、层⑥和北壁层⑤的可靠年代样品，但是从南壁来看，层⑥为低能态环境的沉积，上部层⑧为暗灰至褐色的亚黏土—亚砂土层，且与层⑥的界线不明显，可能因为环境的改变，流水对层⑥顶部沉积产生了扰动，带来的物质与层⑥顶部混杂堆积形成层⑧，形成于层⑥沉积的末期或者接近层⑥沉积结束。从北壁来看，层⑤直接覆盖于层⑥之上，形成于层⑥沉积结束之后。对比南、北壁的地层，2壁的层⑥为同一套地层，北壁层⑤和南壁层⑧形成于层⑥沉积的晚期或沉积结束之后；从它们与层⑥的接触关系分析，北壁层⑤的沉积年龄应稍晚于或接近南壁层⑧的沉积年龄。由层⑧获取的年代样品测得其年龄为460～295a，且层⑤因断裂新活动发生挠曲变形，表明断裂在全新世末仍有过新活动。

2　1327年地震史料记载及震例对比

关于1327年地震(即泰定四年八月)，《元史·泰定帝纪》卷三○记载： “碉門地震，有声如雷，晝晦。天全道山崩，飛石斃人。鳳翔、興元、成都、峽州、江陵同日地震”(许嘉璐，2004a)；《元史·五行志》卷五○也有基本一样的记载(许嘉璐，2004b)。史料中的碉门，即元初置碉门宣抚司，位于今四川天全县城西，鳳翔为今陕西凤翔，兴元为今陕西汉中市，成都为今四川成都市，峽州为今湖北宜昌市，江陵为今湖北江陵(国家地震局震害防御司，1995；孙成民等，2010)。由此，可以大致勾勒出1327年地震的有感范围，向N—NE方向到达陕西汉中市和凤翔，向东则到了湖北的宜昌市和江陵。若以四川天全为震中区，最远的有感距离为920km左右(图7)。

图7　1327年地震、大邑6.2级地震和芦山7.0级地震有感范围示意图Fig. 7　The schematic diagram showing the perceptible distances of the Tianquan earthquake in 1327，Dayi M6.2 earthquake in 1970 and Lushan M7 earthquake in 2013.

1327年地震的争议主要集中在震中位置、发震构造与有感范围之间的关系上，从而导致了对震级认识的分歧。首先对比一下1970年2月24日大邑6.2级地震的有感情况，其有感范围 “北起理县、汶川，南至泸定、西昌，西至丹巴，东到成都、金堂等地，最远有感距离200余千米”(四川地震资料汇编领导小组，1980)。虽然1327年地震向南没有具体的记载，但从北边和东边的有感距离来看，远大于大邑6.2级地震的有感距离。再与2013年芦山7.0级地震对比，地震发生后，多地的报道显示其有感范围涉及到贵州省的贵阳、遵义、毕节、铜仁，甘肃省的陇南、天水，云南省的昆明、昭通，陕西省的安康、咸阳，湖北省的宜昌、恩施、荆州，湖南省的长沙(http: ∥hb.qq.com/a/20130420/000326.htm)。地震有感范围往东到达了湖南长沙，有感范围甚至>1,000km，而且湖北宜昌、荆州地区震感较强烈(http: ∥www.Xiangyang.net/Article/20134/Article_65979.html)。虽然现在的人口密度和建筑高度与元朝的存在差异，但从震感强烈程度和有感距离来看，1327年地震向东的有感距离与2013年芦山7.0级地震大致相当。也就是说，即使在龙门山断裂带南段发生1次6.5～7级左右的地震，其有感范围向东仍可到达湖北宜昌与江陵一带，即向东的有感距离完全可能达到900km(图7)。

1327年地震主要的震害为 “山崩”、“飛石斃人”、“晝晦”，对比2013年芦山7.0级地震和1970年大邑6.2级地震，芦山地震引发了大规模的崩塌、滑坡等地质灾害(许冲等，2013)，大邑6.2级地震也形成长150m、宽40m、高10m多的山体滑坡(中国地震局震害防御司，1999)。由此可见，龙门山地区山势陡峻，河谷切割深，地震极易诱发大规模的山体崩塌、滑坡，造成人员伤亡。碉门正好位于天全青衣江的出山口，那里河谷两岸陡峻且狭窄，附近发育较多的古崩塌、古滑坡，而且泰定四年八月为1327年8—9月，正值天全地区的雨季，空气湿度很大。如果碉门为1327年地震极震区的话，这种峡谷不但容易诱发规模大的崩塌、滑坡，而且由于空气湿度大，峡谷不利于通风，崩塌滑坡产生的沙尘可能形成 “昼晦”的现象。

3　1327年地震的发震构造与震级

《元史》所记载的1327年地震遭受破坏或有震感的地方，并没有提到天全西边鲜水河断裂沿线的康定、泸定、石棉等地。天全距离康定直线距离仅有76km左右，为什么这些地方会没有震感或者破坏的记载呢？可能存在以下原因： 1)1327年处于元朝时期，当时康定地处偏远，没有完备的地方建制和历史记载，或者受到历史事变的影响，未留下较详细的记录；2)1327年地震的发震地点可能不在鲜水河断裂带之上，而且震级较小。

综上分析，泰定帝四年，即1327年，应该不存在足以影响重大信息上报中央政府的历史事件发生。因此，如果1327年真在鲜水河断裂康定以南发生1次7级以上的大地震，显然鱼通地区应该会有较详细的地震破坏和人员伤亡的历史记载；即使是震级偏小，也应该存在地震有感信息的记录。由此推测，其震中位置应该不在这一地区的鲜水河断裂带上，而更有可能位于当时的碉门一带，记载内容少除了历史的原因之外，也反映了该次地震的震级有限。

而且，一些新的研究成果也支持龙门山断裂带南段的孕震条件不如中北段强的认识。Li等(2013)通过余震精定位和层析成像技术发现该空区地壳中存在地震波异常低速带，表明孕震层物质可能比较软弱，延展性良好，不利于应变能的积累和大地震的孕育。Liu等(2014)采用类似的地震矩累积与亏损平衡的方法，重新计算了汶川地震对芦山震区断裂应力变化的影响，认为其仅能产生M7左右的地震。从地质构造上来理解，龙门山断裂带具有前展式发育特征(陶晓风，1995；李勇等，2006；Burchfieletal.，2008)，并持续向SE方向扩展，使得龙门山南段地表地貌上显现为由多条近于平行断裂夹持的盆山相隔特征(梁明剑等，2013)，地下逐渐演变为向山前盆地发展的多层滑脱结构(Wangetal.，2013；Wang M，2014)，地表多条断裂以及地下的多层滑脱结构的模式可能有效分解了龙门山南段应力、应变的积累。也有研究表明，龙门山构造带南段向SE已经扩展到山前盆地内部，滑脱面位于盖层内，埋藏深度变浅(Jiaetal.，2009；Wangetal.，2013)，而且山前盆地的盖层里普遍存在膏盐层，尤以龙门山南段山前盆地的厚度最大，达500～600m(李智武等，2009)。而该层往往构成了盖层推覆构造的滑脱面，这样的软弱层存在，同样不利于断层带长期的闭锁和应变能的积累。在此构造条件之下，就不难理解为什么龙门山断裂带南段的孕震能力不如中、北段，地表表现为弱活动性质。

4　初步结论

(1)地震地质调查和古地震研究表明，龙门山断裂带南段双石-大川断裂具有全新世弱活动性，天全小河乡武安村的探槽也揭示，该断裂的天全段仍具有全新世新活动性；结合历史资料的考证，1327年天全地震应该与双石-大川断裂的新活动有着密切的关系。

(3)龙门山构造带南段向SE方向推覆发展的过程中，地表衍生多条近于平行展布的断裂，地下为多层滑脱结构，这种构造样式可能有效分解了构造带积累的应力、应变；构造延伸至山前盆地内部，滑脱面主要沿着地层中的膏盐层发育，构造埋藏深度变浅，而且这些软弱层也利于断层带的闭锁和应变能的积累。在此构造条件之下，龙门山断裂带南段的活动性与中北段存在明显的差异，主要表现为弱活动性质。

致谢感谢审稿专家给本文提出的宝贵建议。

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THE DISCUSSION FOR THE NEW ACTIVITY OF THE TIANQUAN SEGMENT OF LONGMENSHAN FAULT ZONE AND ITS RELATIONSHIP TO THE 1327 TIANQUAN EARTHQUAKE，SICHUAN

LIANG Ming-jian1，2)CHEN Li-chun1)RAN Yong-kang1)WANG Hu1)LI Dong-yu1)

1)InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)EarthquakeAdministrationofSichuanProvince，Chengdu610041，China

the 1327 Tianquan earthquake，historical earthquake，the southern segment of the Longmen Shan fault zone，the seismogenic structure，Shuangshi-Dachuan Fault

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.004

2014-12-04收稿，2015-04-26改回。

国家自然科学基金(41472179，41372218)与中国地震局地震行业科研专项(201408014)共同资助。

冉勇康，男，研究员，E-mail： ykran@263.net。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0546-14

梁明剑，男，1979年生，2002年毕业于吉林大学地球科学学院，2008年在中国地震局兰州地震研究所获得硕士学位，现为博士研究生，研究方向为活动构造和地震危险性评价，电话： 028-85447105，E-mail: 23800794@qq.com。