青海当江公元1738 年M6½（?）地震同震变形特征再研究

肖 鹏，陈柏旭，余中元*，杨光亮，王昌盛，焦轩凯

（1.防灾科技学院, 河北 三河 065201；2.中国地震局地震研究所, 武汉 430071；3.临沂大学资源环境学院山东省水土保持与环境保育重点实验室释光年代学实验室, 山东 临沂 276000）

0 引 言

研究历史破坏性大地震事件是认识地震活动规律、分析区域地震危险性的重要方法之一。据《中国地震目录》[1]上记载的史料研究发现，公元1738 年在青海玉树乌苏河（今金沙江上游通天河）一带发生了一次强烈地震。该次地震波及数个区、镇，影响范围巨大。“玉树附近十一族共计被伤番民一百零五户，内伤亡无存者四十四户，尚堪成户者四十九户，只存妇、女、幼、孩不堪成户者十二户”是对此次地震的灾后描述。此前的地震目录考虑到受灾人口集中在玉树一带，故将地震震中定在玉树附近，震中烈度为Ⅷ度，震中大致确定为33.0°N，97.0°E，震级为6½级[2]。周荣军等[3]对甘孜-玉树断裂带开展野外调查，想确定此次地震的宏观位置分布。通过调查，在玉树市附近并未发现新鲜的地震地表破裂，而在玉树以西的当江段晚第四纪活动性明显。并在此初步发现了一条近50 km 的新鲜地表破裂带，断层陡坎高度约0.5 ～ 2.5 m，最大左旋冲沟位错约5 m，断错地貌特征清晰明显，进而判断认为当江区域是1738 年玉树西北地震的发震区域。宏观震中在治多县的当江附近，并建议将震级修改为7½级。2010 年玉树地震发生后，Lin 等[4]通过开挖探槽对古地震进行识别，认为2010 年玉树地表破裂事件与1738 年地震有关且震级相当，为7.1 级。袁道阳等[5]通过地震史料对重点部落族群死亡率的整理以及其对应空间的分布范围，认为此次地震地表破裂长度约130 km，1738 年玉树西北地震是甘孜-玉树断裂带玉树段与当江段的组合破裂，极震区烈度可达IX～X 度，震级约7½级。李彦宝等[6]根据卫星影像解译和野外地质地貌调查认为该次地震的同震地表破裂长度约75 km，最大同震水平位移约2.1 m，并估算震级为7½级。吴继文等[7-8]通过野外调查认为其地震破裂长度约130 km，最大水平同震位移约5 m。

整体来看，前人对于此次地震以及该段断裂的震级破裂参数、发震构造和同震变形特征研究仍存在较大的差异，严重影响着我们对甘孜-玉树断裂带整体的活动习性与强震危险性的研究与认识。本文根据卫星影像解译、野外地质地貌调查以及史料研究，对当江段进行了整体性的野外调查研究，绘制了当江断裂的同震破裂遗迹，讨论了此次地震的同震地表破裂参数并重新估算了地震震级。研究结果有望为甘孜-玉树断裂带整体危险性评估提供基础材料。

1 区域构造背景

印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应让青藏高原东北部在中-晚中新世以来形成了一系列大型的走滑与逆冲断裂[9]。其中位于青藏高原内部的甘孜-玉树断裂是一条NW-NWW 走向的大型走滑断裂。该断裂北西起自青海治多以西至多彩群地附近，南东经玉树结隆盆地以后伸延至甘孜县城南附近，整体断裂全长约500 km。在东南端的甘孜一带与鲜水河断裂呈左阶斜列展布，二者共同构成了川滇活动块体的北边界，同时也是巴颜喀拉块体和羌塘块体分界断裂的重要组成部分。甘孜-玉树断裂的北西端与风火山断裂相衔接，三者共同协调着羌塘块体和巴颜喀拉块体之间的相对运动。由于巴颜喀拉块体和羌塘-川滇块体之间的差异运动，甘孜-玉树断裂带晚第四纪以来都以强烈的左旋走滑运动为主[10-11]，并且这种差异运动直接控制了断裂带上强震的孕育与发生[12-14]。如图1b 所示，甘孜-玉树断裂带存在明显的破裂分段特征，前人根据甘孜-玉树断裂带的破裂分段活动特征与历史地震事件将该断裂自西向东依次划分为当江段、玉树段、邓柯段、马尼干戈段以及甘孜段5 个段落[3]。除了2010年发生在玉树段的MS7.1 大地震外，研究显示，沿着该断裂的其他分段，历史上还发生了多次强震。如1738 年M7.5 地震、1896 年M7.0 地震、1866 年M7.7 地震以及1854 年M7.3 地震就分别发生在当江段、邓柯段、马尼干戈段和甘孜段上[15-17]。

图1 甘孜-玉树断裂区域地震构造图Fig.1 Regional seismic tectonic map of Garzê-Yushu fault zone

2 公元1738 年当江地震同震变形

2.1 公元1738 年当江地震同震变形微地貌特征

高精度卫星遥感影像解译（图2a）表明，当江断裂的北东侧受一级水系通天河的侵蚀影响，研究区域内多发育多级河流阶地，在多彩乡达生村东侧发育的通天河一级支流聂恰曲河左旋拐弯约6 km；在立新乡处的通天河一级支流登额曲河左旋拐弯约16 km，在哲达村处一级支流左旋拐弯约5 km[8]，展现出断裂中部河流左旋位移大、两端位移小的特征。河流左旋位移的大小佐证了1738 年历史地震的宏观震中在当江附近，同时也反映了断裂的长期左旋走滑的活动习性。根据本次野外地质调查，当江断裂西起于多彩乡，沿南东伸延途经当江荣村、当江、立新乡、哲达村一带，至此线性痕迹不再十分明显，一直到靠近安冲区西段处，走向NW-NWW，断裂长度约120 km。当江断裂东南段区域与玉树断裂右阶斜列，形成一挤压阶区，据彭华等[18]调查，阶区内发育一次级断裂，命名为哈秀断裂。卫星影像显示，哈秀段区域并未发现与当江段区域同样新鲜的线性破裂带，同时玉树断裂的线性痕迹也未与哈秀段相交接。野外调查发现当江断裂沿线发育包括断层三角面、断层陡坎、马鞍状地貌、垭口、石垄地貌以及系统性左旋地貌、阶地、洪积扇、断塞塘和拉分盆地等地貌现象，沿线断裂地貌特征十分清晰（图2b，2c）。代表性的观察点与探槽剖面如下所述。

1） 多彩乡达生村以及西侧附近观察点（95°21'49.57"，33°47'8.21"）

在当江断裂西段达生村附近，通天河一级支流聂洽曲河从此经过，断裂断错河流水系并在该处发育两级河流阶地，其中西岸受河流侵蚀破坏，只有T2 阶地局部保留，但仍可识别，东岸阶地保留较好，发育宽平阶地面。断层从垭口处沿北西向开始沿伸，沿线断错河流水系，在东岸可以分辨出T2 与T1 阶地，在左旋位错的T2 阶地路口，用皮尺量测T2 阶地左旋位移约为26.5±1 m。前方的居民草地T1 阶地处发育了高约1.0 m 左右的陡坎位错（图3c）。在河流处T1 阶地下方约1 m 处取14C 样品（图3d），由美国Beta 实验室测量其结果为770 ± 30 a BP（表1）。测量结果显示其年代较新，接近于当江历史地震的发震时间，判断认为应与1738 年当江历史地震破裂有关。沿断裂往北西侧约2 km 处，断裂延线基本与沿线修的公路相平行，在公路的下侧发现断裂通过构造的断塞塘与马鞍状陡坎地貌（图4a，4b）。

表1 年代测试结果一览表Table 1 List of chronological test results

图3 达生村地貌特征图Fig.3 Geomorphic feature along the Dangjiang Dasheng village

2）当江荣村附近观察点（95°39'4.90"，33°41'54.24"）

结合Google Earth 影像与野外地质调查发现，在当江荣村东侧一排冲洪积扇面上，断裂沿线通过并发育了一系列由北向南流向的左旋兼具垂直位错的小冲沟（图4c，4d，4e），其中新鲜的位错量大约在2～3 m，而累计的冲沟位移量在6～10 m 不等。判断认为最新的左旋位错为1738 年当江历史地震的同震变形。3）万青村北附近观察点（95°51'10.22"，33°38'57.22"）冲沟位移变形是走滑断裂的重要野外现象，卫星影像显示当江断裂沿线断错冲沟非常普遍。其中在当江断裂中部地带的万青村附近的左旋冲沟保存非常完好，在此处断层沿线发育拉分盆地（图4h）与左旋位错地貌（图4i），这充分表明当江断裂是一条系统性的左旋滑动断裂。在图5c 中，断裂断错一条冲沟，并在冲沟两岸发育三级台地，断裂陡坎十分清晰。图5c 正中有一块巨大的石头恰好位于断层沿线通过的位置，判断应为同震崩塌形成的落石，落石处垂直跌水位错约0.9 m。向东行进约1 km，可见新鲜的石垄地貌与左旋位错。显示其形成年代较新，这些年轻地貌的位错量代表了该次地震的同震水平位错量，经测距仪测量，左旋位移在3.5 ～ 3.6 m 之间（图4f，4g，4i）。

4）立新乡东侧观察点（95°59'5.63"，33°36'40.24"）

基于Google Earth 影像分析，断裂在当江断裂东部的立新乡断裂线性特征仍非常清晰，并且横切自北向南流的大型洪积扇与河流水系，野外地貌调查发现该线性特征为一系列断续延伸的断层陡坎，陡坎高度约为1.4 m（图4j），但是位移量迅速衰减。

在当江荣村的东侧（95°37'15"，33°42'12"）跨断层陡坎清理了1 个探槽，其中在东壁（图6）的探槽剖面中，地下断层横切地表的现代草皮，在地表上形成了植物生长的分界，当江断裂断层活动同时形成了一个三角构造崩积楔，根据地下地层颜色和结构的差异，可以识别3 组不同的地层单元。单元1 是最年轻的地层，主要由表面暗黑色的松散的沙质粘土和草皮组成，厚度大约20 cm。单元2 主要由暗褐色的淤泥和砾石组成，单元3 主要由黄褐色的泥砂和砾石组成。断层F1 切割了3 号单元的沉积物，并被未变形的1 号地层所覆盖，而2 号单元的楔形形状可能代表地震后的快速瞬态积聚。在崩积楔取样并测试其年龄为0.32±0.06 ka（FZDJ-OSL-7），这表明最新的地表破裂断层事件与公元1738 年当江历史地震事件在时间上存在较好的对应性。

图6 当江荣村探槽东壁剖面照片及其素描图Fig.6 Original and interpreted results of trenches at the east side of Dangjiangrong village

对 李 彦 宝 等[6]探 槽（33°36'21"，96°1'1"）剖 面（图7）引用并进行进一步的地质素描，同时排除其现象不明的断层，其中西壁探槽剖面（图7a）贯穿整个地表形变带，东壁探槽剖面（图7b）位于其最新破裂带。2 个探槽揭示了类似的断层断错及构造楔发育现象，并揭示了至少3 次地震事件，事件1：3 号单元被断错并被4 号单元覆盖；事件2：6 号单元发生变形，被7 号单元堆积在局部中；事件3：最新的地表草皮层8 号单元被断错。在西壁剖面5 号单元中对14C 样品进行采集并测试其年代，年龄测试结果为 2210±65a.BP.。该单元沉积以来至少2 次地震事件，其最新一次地震事件贯穿了地表草皮层，地表破裂面仍保留完好，说明其发生的年代较新，可能与当江1738 年历史地震破裂存在对应关系。

图7 立新乡西探槽东西壁剖面照片及素描（a 为西壁图片，b 为东壁照片，c，d 图为对应素描图。据李彦宝等[6]，修编）Fig.7 Original and interpreted results of trenches at the east side and west side of Lixin town

2.2 当江1738 年历史地震的烈度复核

根据史料文献调查研究，1738 年当江历史地震共波及近260 余人，涉及地理范围涵盖固察司、隆布司、玉树一、二、三、四司、尼亚木错司、典巴司、称多司等。历史文献资料统计，其中伤亡人口比例占各部族总人口最为惨重的是以下4 个部族:典巴族（14.5%）、安图族（9.6%）、固察族（8.8%）以及隆布族（7.4%），这4 族围绕的区域被视为烈度中心的参考位置。根据这4 族的现今位置区域大致以33.3°N，96.6°E 为中心，震中烈度为Ⅸ～Ⅹ度。根据本次野外地质调查该断裂的线性遗迹情况，并结合前人[3，5]的研究，重新复核此次历史地震的烈度图，对Ⅸ～Ⅹ度区的烈度进行修订，如图8 中红色虚线围绕区域所示。

图8 甘孜-玉树断裂带当江段烈度修订图（据周荣军等[3]；袁道阳等[5]修编）Fig.8 Revised intensity of Dangjiang segment at Garzê-Yushu Fault Zone

2.3 当 江1738 年 历 史 地 震 同 震 破 裂 参 数 与 震 级再讨论

对于非仪器记录的地震，确定震级一般依据当时灾情记录中所描述的地震对自然景观的改造、建筑物损坏、人员伤亡情况等与已知震级进行对比后综合判断获得[17]。由于本次历史地震灾害描述区域与地震实际发震断裂带存在偏差，鉴于本次历史地震破裂带保存完好，本文结合震例类比和同震破裂位移与地表破裂长度对历史地震震级进行多方位估算。因此需要对当江断裂的地表破裂长度与同震破裂位移进行细致的核算才能对1738 年当江历史地震的震级有准确的认识。周荣军等[3]野外地质调查得出的数据为当江断裂破裂长度为50 km 左右，最大左旋同震位移为5 m。李彦宝等[6]对当江断裂进行地质调查认为当江断裂破裂长度约为75 km，最大左旋同震位移约为2.1 m。吴继文等[7]认为当江断裂破裂长度约为130 km，最大左旋同震位移为5 m。可以看到，前人关于当江断裂同震破裂参数的计算结果存在比较大的差异。本文讨论认为，周荣军等受限于当时的交通条件与工作环境，可能并未对当江断裂全貌进行调查；李彦宝等认为当江断裂西止于当江荣村一处，缺失了对当江荣村至多彩乡一段长约40 km 的统计；针对周荣军与吴继文等统计认为的最大同震位移为5 m 的数据，本次调查认为可能为2 次运动的累计位移量；李彦宝2.1 m 的最大位移量讨论认为其集中于立新乡附近处进行的观测，而立新乡处于断裂的末端，断裂同震变形已经急剧衰减，故此区域位移量偏小。本文对当江断裂进行整体性的调查，综合野外调查中沿线多段数据与最新遥感影像上的新鲜地貌面，认为当江断裂的最大水平同震破裂位移约为3.6±0.1 m，破裂长度约为120 km。

从同震破裂位移来看，2010 年玉树MS7.1 级地震的最大同震水平位移约为2.4 m[19]。在邻区鲜水河断裂带上的同样走滑活动性质的1973 年炉霍MS7.6 级地震的最大同震水平位移约为3.6 m[20]。而当江段地表破裂遗迹多个调查点统计出最大同震位移约为3.6 m，接近炉霍地震同震破裂位移的长度。从同震地表破裂长度来看，2010 年玉树地震同震地表破裂带总长约51 km 或者65 km[19，21]，1973 年炉霍地震地表破裂带的长度约90 km[22]，1738 年地震的地表破裂长度为120 km 左右，略大于炉霍地震的地表破裂带长度。综合而言，当江地震的震级应该更接近于炉霍地震的震级。

为了尽可能科学合理地估算历史地震的震级，学者们经过对多个震级数据统计与现场考察研究，拟合建立了诸多经典的震级经验公式。其中主要是通过地表破裂长度和最大位错进行分析。通过研究发现同时使用这两者参数进行分析拟合，其结果更为收敛稳定[23]。因此本次选择同时使用破裂长度和最大同震位移建立的几个经验公式（表2），并利用本次调查结果（L=120 km，D=3.6 ± 0.1 m），估算了1738 年地震的震级（表2）。根据表2 各个经验公式得出的震级集中于7.6 左右。考虑到对于历史地震的震级估算原则与误差，所以综合分析估计，认为1738 年当江历史地震震级可达M7½级。

表2 地表破裂参数估算走滑断层型地震震级经验公式表（据李彦宝等[6]）Table 2 Empirical formulas for the estimated magnitude of strikeslip earthquake based on the parameters of surface ruptures（modified by Li et al.，2016）

3 当江断裂未来强震危险性讨论

在最近30 年的历史中，沿巴颜喀拉块体边界带发生了近10 次M7 级以上的地震，且这些大地震的发震顺序并不在单方向的边界中持续发生，如1997 年西南边界玛尼MS7.9 地震； 2001 年巴颜喀拉块体北边界东昆仑断裂带MS8.1 地震； 2008 年块体西边界的新疆于田区域MS7.3 地震；东边界龙门山断裂带的汶川MS8.0 地震；2010 年南边界甘孜-玉树断 裂 带 玉 树MS7.1 地 震； 2013 年 东 南 部 芦山MS7.0 地震；2014 年西边界于田MS7.3 地震；2017 年东北边界九寨沟MS7.0 地震和2021 年玛多MS7.4 地震（图9）。往往上一个大地震发生在东部边界，下一次大震在西部边界带上。具有显著的跳跃性和相对对称性。这种地震发生时间的跳跃性表明应力在沿着整个地块进行传递，应变的积累和释放主要集中在地块边界断裂带和临近区域。尽管北部边界带中东部具有“弥散型”的宽阔边界带特征，但是仍然显示巴颜喀拉地块具有“相对刚性”的地块性质。2021 年玛多地震发生在巴颜喀拉地块东北边界断裂上，属于北部“弥散型”宽阔边界带的范畴，如果考虑巴颜喀拉地块主要以“刚性地块”形式发生应力传递，“弥散型”北边界带的应变释放，有可能导致南边界带的应变再聚集[28]。因此，2021 年玛多MS7.4 地震后，巴颜喀拉地块南部边界甘孜—玉树断裂带与鲜水河断裂带的强震活动性和危险性应该引起重视。同时前人研究显示，甘孜—玉树断裂带各个段落的大地震复发间隔在270～680 年之间[16]。根据本次当江段地表破裂带调查得出的最大水平同震位移3.6 m，以及当江断裂最新滑动速率8±1 mm·l-1[8]，求得其复发间隔估计值为457±57 a。并综合前人关于该段强震复发间隔的估计值为356 ± 41 a[15]、290 ± 24 a[6]，认为1738 年当江段发生的M7½强震破裂事件之后的离逝时间（284 年）已逐渐接近其复发间隔，考虑到当江段与玉树段和风火山断裂带均存在破裂空区，且甘孜玉树断裂带其余分段地震距离其复发周期较远，最近一次的玉树段也有2010 玉树地震的发生，当江断裂未来几十年时间存在较高的大震复发的风险性。

图9 巴颜喀拉块体活动与区域强震构造图（据潘家伟等[28]修编）Fig.9 Bayan Har block activity and regional strong earthquake tectonic map（modified by Pan et al., 2021）

4 结论

通过影像解译与野外调查研究认为，甘孜—玉树断裂带当江段晚第四纪期间构造变形强烈。公元1738 年在玉树西北当江地区发生的大地震，形成近120 km 的同震地震地表破裂带和最大约3.6 m的同震左旋位移，估算其震级可达M7½级。当江段距上次强震（1738 年地震）的平静时间已逐渐接近其地震复发周期，其大震风险不容低估。

致谢野外调查中就发现的构造变形现象与兰州大学袁道阳研究员、四川省地震局周荣军研究员、西南交通大学王虎研究员、中国地震局地质研究所李彦宝研究员、青海省地震局李智敏研究员等老师进行了请教和讨论。青海省地震局局领导、国家三江源公园管理处尼玛局长、治多县托尔博特镇南伟光镇长、立新乡扎西书记及相关领导对野外考察提供了极大帮助。在此一并表示衷心的感谢。