鲜水河断裂带色拉哈段中谷村一带的最新地表破裂讨论

韩明明陈立春曾 蒂李彦宝梁明剑高帅坡王冬兵罗 亮

1.中国地质调查局成都地质调查中心,四川 成都 610081;

2.中国地震局地质研究所,北京 100029;

3. 桂林理工大学地球科学学院,广西 桂林 541006;

4.四川省地震局,四川 成都 610041;

5.河北工程大学地球科学与工程学院,河北 邯郸 056038

0 引言

受印度-欧亚板块持续碰撞、高原物质侧向扩展及刚性华南块体阻挡作用的共同影响,巴颜喀拉块体成为全球近代构造运动最为强烈的地区之一(邓起东等,2010;程佳和徐锡伟,2018)。近二十多年来,块体周缘已相继发生了包括2008年汶川MS8.0地震和2021年玛多MS7.4地震在内的9次7级以上强震,显示巴颜喀拉块体正处于大震强活跃期(邓起东等,2010,2014;闻学泽,2018;潘家伟等,2021;詹艳等,2021)。鲜水河断裂带是巴颜喀拉块体南边界带的重要组成断裂,晚第四纪以来活动十分强烈。据史料记载,自1725年康定7级地震以来,断裂带沿线共发生6.9级以上地震9次,平均大震复发间隔约33 a,其大震危险性一直为国内外学者所关注(Allen et al., 1991;李天祒等,1997;Wen et al., 2008;李东雨等,2017)。受2008年汶川MS8.0地震和2013年庐山MS7.0地震影响,鲜水河断裂带现今处于库仑应力的显著加载区(Parsons et al., 2008;Toda et al., 2008;Shan et al., 2009;Guo et al., 2018;孟秋等,2021)。然而,自1981年道孚MS6.9地震之后,鲜水河断裂带长达40多年未有7级以上地震发生,已处于大震空段(闻学泽等,2009;易桂喜等,2015;潘家伟等,2021)。2022年,沿磨西段发生了9月5日泸定MS6.8地震,但震级仍不到7级,也未发现同震地表破裂。鲜水河断裂带会不会发生更大地震?如果会,又会发生在断裂带的哪个区段?这些问题随即也成为地震工作者关注的焦点。

据史料记载,鲜水河断裂带最早的地震(1725年康定7级地震)发生在色拉哈段上,距今已近300 a,该段是有历史地震记录以来大震离逝时间最长的一段,被认为是断裂带上最可能发生7级以上大震的危险地段(龙德雄和邓天岗,1991;闻学泽,1995;易桂喜等,2005;Wen et al., 2008;Jiang et al., 2015)。1725年地震沿色拉哈段形成了地表破裂,但因地震离逝时间较长,破裂遗迹已模糊不清,关于此次地震的破裂长度尤其是其北西端位置,已有认识存有较大分歧(龙德雄和邓天岗,1991;Xu and Deng,1996;李天祒等,1997;周荣军等,2001a;Wen et al., 2008)。道孚中谷村位于2014年康定MS6.3地震极震区(Ⅷ度区)的北端,已有资料普遍认为这一带未发生过地震破裂。地震后,胡朝忠等(2015)在中谷村南开挖了一组探槽,也认为1725年康定7级地震未破裂至这一带。但限于人工开挖条件,探槽规模相对较小。近年来,作者团队在木雅大寺沟南一带发现了地表破裂遗迹,指示色拉哈段地震破裂应该延向了中谷村一带。对此,在中谷村南进行了大规模探槽组开挖,获得了探槽地点的破裂历史,其最新一次事件限定在A.D.746±51之后,揭示中谷村一带曾发生过历史地震破裂,为评估鲜水河断裂带的未来地震危险性提供了新的基础资料和认识。

1 色拉哈段晚第四纪活动性分析

色拉哈段与西侧折多塘段、东侧雅拉河段等共同构成了鲜水河断裂带的中段部分(图1,图2a)。断裂北西起自刺巴笼附近,向南东经金龙寺、多日阿嘎莫、色拉哈、木格错、虫草坪,延伸至康定西侧一带,全长约90 km,总体走向约320°。影像解译、野外考察及已有研究表明,色拉哈段整体线性特征显著,断错地貌明显。断层活动位错了一系列冰水堆积台地、冰碛垄、洪积扇、水系、冲沟等(李天祒等,1997;周荣军等,2001a;陈桂华等,2008;安艳芬,2010),形成了断层陡坎、断层槽谷、拉分盆地、断塞塘等(微)地貌形态(李天祒等,1997;周荣军等,2001a;胡朝忠等,2015),局部地带(如色拉哈一带)至今仍保存有明显的挤压鼓包、裂缝等地震地表破裂遗迹,指示了其强烈的晚第四纪走滑运动特征(图2b—2d)。基于断错地貌的进一步分析揭示断层晚第四纪以来变形以左旋走滑为主,水平滑动速率约为5～7 mm/a(闻学泽等,1989;Allen et al., 1991;李天祒等,1997;周荣军等,2001a;陈桂华等,2008;Chen et al., 2016)。

图1 鲜水河断裂带活动构造简图Fig.1 Sketch map showing the active tectonics in the Xianshuihe fault zone

图2 色拉哈段几何结构及中谷一带地震地表破裂分布Fig.2 Geometry of the Selaha fault and the distribution of seismic surface ruptures near the Zhonggu village

古地震研究方面,李天祒等(1997)早期沿色拉哈段开挖了多个探槽,揭露出4次古地震事件,初步认为色拉哈段近3000 a以来的古地震复发间隔约为500～1000 a;周荣军等(2001a)在木格措南西一带横跨断塞塘开挖了1个探槽,同样揭示4次地震事件,并认为最新一次为1725年康定7级地震。作者基于历史地震与古地震结果,综合分析认为色拉哈段大地震平均复发间隔约为230～350 a。2014年 康 定6.3级 地 震 后,胡 朝 忠 等(2015)在色拉哈段北端中谷附近开挖了1组小型探槽,揭露了色拉哈段全新世以来的4次古地震事件,最新一次发生在2027～2359 a B.P.。

2 色拉哈段晚第四纪活动性探测

在初步分析色拉哈段晚第四纪活动性的基础上,文章通过开挖探槽揭示其是否存在同震地表破裂现象,准确厘定该段晚第四纪活动特征。

2.1 地貌特征与探槽布设

色拉哈段在中谷村南东一带的晚第四纪地表活动形迹较为清晰,三个分支呈斜列展布(图2b)。断层活动切过山前大型冲沟的T1和T2阶地,在T1阶地上形成了反向陡坎和小型断陷塘,在T2阶地上形成了延伸较好的线性槽谷,且局部可能因受构造活动影响而发育低洼的负地形(图2b、2c,图3)。胡朝忠等(2015)曾跨该处T2阶地上的线性槽谷南西侧开挖了一组小型探槽(图3b)。为揭露更为完整的沉积序列和构造变形信息,并与胡朝忠等(2015)的研究结果进行对比分析,作者团队选择在已有探槽点两侧相对低洼地带横跨槽谷平行开挖了2个大型探槽(图3a、3b)。其中,探槽ZG1长30 m,宽2 m,深2.5 m;探槽ZG2长21 m,宽2 m,深2.5 m。

图3 中谷探槽附近的断错地貌及探槽位置Fig.3 Offset landforms near the Zhonggu trenches and the setting of the trenches

2.2 探槽揭露的地层序列

探槽剖面如图4—图7所示。每个剖面均识别出多支断层(带),其中,主断层带发育于探槽南西端,地貌上对应槽谷西缘的反向陡坎。断层带断面较陡,反映运动性质以走滑为主。主断层带西侧为上升盘,地层以早期半风化的粉砂质板岩为主,上覆薄层灰白色略带灰绿色的砂砾层和褐色砂土层;主断层带东侧(即断层槽谷内)为多期次的槽谷或断陷塘沉积。总体而言,探槽揭露的沉积地层主要为冰水堆积物和风化物的近源堆积,依据沉积地层的颜色、结构、物质组成等,划分为7个沉积单元,由老至新依次为U0—U6(表1)。

表1 中谷探槽揭露的地层及其描述Table 1 Units exposed by the Zhonggu trenches and their characteristics

2.3 探槽揭露的最新地震事件

依据沉积序列特征(如沉积相变、沉积间断)、断层-地层切覆关系、沿同一断面不同地层的变形差异、构造楔、充填楔、裂缝带等系列古地震事件的确定原理(刘静等,2007;冉勇康等,2012,2014),中谷探槽组共识别出6次古地震事件,由老至新依次命名为E1—E6,分别发生在层U1与U2之间(E1)、U2与U3之间(E2)、U3与U4之 间(E3)、U4与U5之 间(E4)、U5与U6之间(E5)以 及U6沉 积之后(E6)。

在探槽ZG1两壁上,主断层带F1断面清晰,最新一次事件(E6)向上断错层U6直至地表(图4,图5);沿探槽ZG2北壁断层F4、F7、F8及南壁F2-1、F8-1均发育多条上延至地表的裂缝,裂缝在U6中非常清晰(图6,图7)。表明U6沉积之后发生过地表破裂型地震事件,该次事件断错表土层,可能对应某次历史地震。为限定最新事件的发生年代,作者团队在最新地层U6中采集了3个14C样品(表2),测年结果分别为1260±30 a B.P.、2400±30 a B.P.和8760±50 a B.P.,经OxCal 4.4软件校正后的年龄依次为A.D.746±51、494±84 B.C.和7817±122 B.C.。样品ZG2-C17的年龄结果比采自同一壁面的ZG2-C18的年龄老的多,且远老于ZG1-C7的年龄,推测样品ZG2-C17可能为经搬运再沉积的物质,其年龄应该代表早期地层年代。利用ZG1-C7 和ZG2-C18的年龄结果,限定最新事件E6的发生年代为A.D.746±51之后。

表2 中谷探槽U6地层中放射性碳样品测试结果及其年代校正Table 2 Radiocarbon ages and calibrated calendar ages of the samples in the U6 strata from the Zhonggu trenches

图4 探槽ZG1北壁拼接图及剖面解译图Fig.4 Photomosaic and interpretation map of the northern wall of the trench ZG1

图5 探槽ZG1南壁拼接图及剖面解译图Fig.5 Photomosaic and interpretation map of the southern wall of the trench ZG1

图6 探槽ZG2北壁拼接图及剖面解译图Fig.6 Photomosaic and interpretation map of the northern wall of the trench ZG2

图7 探槽ZG2南壁拼接图及剖面解译图Fig.7 Photomosaic and interpretation map of the southern wall of trench ZG2

3 讨论

3.1 中谷探槽揭露的最新强震事件及其与相关历史地震的可能关系

文中,中谷探槽组揭露的最新地震事件(E6)发生于A.D.746±51之后。关于该次地震事件,尽管其限定年龄只有下限值,但探槽剖面证据揭示该次事件断错所有地层,向上延至地表,并发育多条直达地表的裂缝(图4—图8)。同时,结合野外地貌调查发现的地震地表破裂遗迹(图2c、2d),综合认为事件E6应为一次较近的地震活动。根据中国历史强震目录(1995)等相关资料,自1700年本区有地震记载以来,沿色拉哈段曾记录有3次6级以上地震(图2a),即1725年康定7级地震、1748年康定西北6⅟2级地震和1786年磨西7¼级地震。依据以往的震例和已有认识,中国大陆地区能够产生地表破裂的地震震级一般在6½级以上(邓起东等,1993),据此判断,1748年康定西北6⅟2级地震可能不足以产生地震破裂带。另外,宏观震中位于雅家梗附近的1786年磨西地震,尽管导致了磨西段和色拉哈段的级联破裂(王新民和裴锡瑜,1988,1998;闻学泽等,1989;Wen et al., 2008),但破裂沿色拉哈段向北西端的延伸位置不超过木格措一带(王新民和裴锡瑜,1988,1998;龙德雄和邓天岗,1991;李天祒等,1997;周荣军等,2001b;Wen et al., 2008)。基于以上认识,并参考已有研究对1725年康定7级历史地震烈度范围的圈定结果(Wen et al., 2008),综合认为文中中谷探槽揭露的最新地震事件(E6)极有可能对应1725年康定7级地震。

图8 道孚中谷探槽剖面揭露的色拉哈段最新活动迹象Fig.8 Latest signs of activities in the Selaha segment revealed by the Zhonggu trench profiles

需要指出的是,同一地点处,胡朝忠等(2015)探槽研究获得的最新破裂事件限定年代为2027～2359 a B.P.,年代比作者团队获得的要早,主要原因在于:胡朝忠等(2015)开挖的2个探槽规模较小,未揭露到该年代以后的最新沉积层,所限定的事件并非最新一次事件。探槽组南侧约2.5 km处所见的地表破裂遗迹(图2c、2d)也说明最新一次事件应当在其所揭示的事件之后。

3.2 色拉哈段最新强震地表破裂北西端延伸位置

1725年康定7级地震沿色拉哈段发生地表破裂,并无争议。但对此次地震的破裂长度尤其是北西端位置,不同学者持有不同观点。绝大部分资料认为色拉哈段的最新地表破裂北西端在中谷村南亚日阿运错一带,甚至在更南的色拉哈垭口附近(Xu and Deng,1996;李天祒等,1997;王新民等,1998;胡朝忠等,2015)。仅龙德雄和邓天岗(1991)认为色拉哈段最新地表形变带的北西端终止于金龙寺南侧附近,即中谷村一带。中谷村探槽组开挖结果(图4—图8)和新发现的地貌证据(图2c、2d)表明,色拉哈段的最新地表破裂北西端已延伸至了中谷村一带。甚至,在中谷村北西地貌上也发育有典型的槽谷地貌,且该处并不存在明显的阶区或能够阻止地表破裂继续传播的障碍体,不排除最新地表破裂存在进一步向北西延伸的可能性。因此,色拉哈段的最新地震地表破裂北西端至少延伸到了中谷一带,其长度应大于已有研究得到的39～40 km(尤德雄和邓天岗,1991;李天祒等,1997),这一事实也说明早期获得的1725年康定7级地震的地表破裂长度存在低估,其原因可能与色拉哈段发育于高山地带、交通不便且早期影像分辨率偏低有关,导致已有研究只关注或追踪到地表破裂比较清晰的地段。

与色拉哈段相邻的折多塘段和雅拉河段历史上也曾发生过M≥7地震(龙德雄和邓天岗,1991;梁明剑等,2020),根据地震记录和野外地质地貌调查,折多塘段的最新强震为1955年折多塘7.5级地震,其地表破裂长度约为29 km(龙德雄和邓天岗,1991);雅拉河段的最新一次地表破裂型地震事件发生在A.D.1669～1780(可能对应A.D.1700地震),其估算震级约为7.5级,该次地震现今保存较好的地表破裂长度约为10 km(梁明剑等,2020)。根据走滑断层地表破裂长度与震级之间的经验关系(Wells and Coppersmith,1994;Wesnousky,2008),两次地震较小的地表破裂长度与较大的震级之间存在明显的不协调,这一现象是否暗示折多塘段和雅拉河段的最新地震地表破裂长度也存在与色拉哈段类似的低估现象?或者,是否与鲜水河断裂带中段三条近平行展布的分支断层在深部具有统一错动面(周荣军等,2001a;Jiang et al., 2015),由于不同分支断层存在相互作用(易桂喜等,2015;梁明剑等,2020),致使能量在破裂自深部向上传播至地表的过程中被分散,导致单条分支断层的地表破裂长度较短?哪种认识能够更好地解释鲜水河断裂带中段分支断层普遍具有的较短的地表破裂长度,仍需要进一步的深入研究。

4 结论

通过对鲜水河断裂带色拉哈段中谷村地区开展野外考察、探槽开挖及14C测年等,获得以下主要认识。

(1)首次在中谷村一带发现了地震地表破裂遗迹,主要表现为斜列展布的地震裂缝。

(2)探槽剖面揭示色拉哈段的最新地震事件(E6)断错所有地层,向上延至地表,结合14C测年结果,限定事件E6发生于A.D.746±51之后。参考历史地震资料和已有研究认识,探槽揭露的最新事件可能对应1725年康定7级地震。

(3)新发现的地表破裂遗迹和探槽结果表明,色拉哈段的最新地表破裂事件至少已影响到中谷村一带。地表破裂南东端位于康定西侧一带,北西端止于中谷村附近或向中谷村北西进一步延伸,长度超过40 km,大于已有研究结果,意味着早期获得的1725年康定7级地震地表破裂长度存在低估。