張 波,何文貴,方良好,龐 煒,趙澤賢,劉興旺
(1.中國(guó)地震局蘭州地震研究所,甘肅蘭州730000;2.中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所蘭州科技創(chuàng)新基地,甘肅蘭州730000;3.安徽省地震局,安徽合肥230031;4.內(nèi)蒙古有色地質(zhì)勘查局,內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特010010)
1936年2月7日16時(shí)56分27秒,在甘肅省康樂(lè)縣西南一帶發(fā)生了級(jí)地震,宏觀震中為(35.2°N,103.7°E),極震區(qū)烈度為Ⅸ度,震源深度為12 km(顧功敘,1983)。多家媒體和雜志對(duì)此次地震進(jìn)行了報(bào)道 (國(guó)家地震局蘭州地震研究所,1989),蘭州電:二月七日下午三時(shí)三十分突然發(fā)生大地震,震幅約二、三十寸,歷時(shí)一分鐘又三十秒,三時(shí)三十三分又復(fù)震動(dòng),歷時(shí)約五十秒。三時(shí)三十九分三次大震,較一次大震更覺(jué)強(qiáng)烈,歷時(shí)二分鐘。其后續(xù)有微震,全市人心恐怖。又本日地震方向系由西向東,震源在何處,尚不明瞭 (1936年3月《科學(xué)》卷20第3期237頁(yè);1936年2月8日《申報(bào)》、《新江蘇報(bào)》、云南《民國(guó)日?qǐng)?bào)》、天津《大公報(bào)》)。民國(guó)二十五年二月七日下午三時(shí)三十分,蘭州、臨洮、臨夏、夏河拉卜楞、西寧、天水、靜寧、定西、隆德、平?jīng)龅忍帲B續(xù)地震三次,共歷十余分鐘,震幅約二、三丈,由西北向東南。八日晨五時(shí)許至十時(shí)許,又微震二次(《中央日?qǐng)?bào)》,1936年2月20日)。
20世紀(jì)90年代初,國(guó)家地震局蘭州地震研究所①國(guó)家地震局蘭州地震研究所.1993.西秦嶺北緣斷裂帶1:5萬(wàn)活動(dòng)斷裂地質(zhì)圖說(shuō)明書(shū).對(duì)西秦嶺北緣斷裂進(jìn)行1:50 000活動(dòng)斷裂地質(zhì)填圖,進(jìn)入到了鍋麻灘地區(qū),發(fā)現(xiàn)了地表破裂帶長(zhǎng)12.8 km,由兩段組成,呈右階排列。地表破裂現(xiàn)象主要有地裂縫,還有規(guī)模宏大的地震崩塌、地震滑坡等次生災(zāi)害現(xiàn)象。通過(guò)基巖斷面上最新斷層擦痕的側(cè)伏角12°和35 cm的同震垂直位移,推斷此次地震的同震水平位移為1.61 m,并指出西秦嶺北緣斷裂西段的次級(jí)斷裂——圍子山—大夏河斷裂為此次地震的發(fā)震構(gòu)造。
國(guó)家地震局蘭州地震研究所①大致確定了極震區(qū)的范圍,簡(jiǎn)單描述了破裂帶的特征,但對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)此次地震活動(dòng)和了解西秦嶺北緣斷裂西段最新運(yùn)動(dòng)學(xué)特征來(lái)說(shuō),還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。主要的不足在于:(1)未能找到能直接測(cè)量康樂(lè)地震同震變形的斷錯(cuò)地貌,僅依據(jù)基巖斷面上的擦痕推測(cè)其同震變形量;(2)所得到的地表破裂分布總體是準(zhǔn)確的,但最新衛(wèi)星影像顯示得到的地表破裂在細(xì)節(jié)上表現(xiàn)不足,無(wú)法準(zhǔn)確描述地表破裂帶的幾何結(jié)構(gòu)和破裂長(zhǎng)度。
針對(duì)上述不足,筆者在前人的基礎(chǔ)上,通過(guò)衛(wèi)星影像解譯和極震區(qū)的實(shí)地考察,以期獲得該地表破裂帶更準(zhǔn)確的幾何結(jié)構(gòu)、破裂長(zhǎng)度及同震變形特征,在這些變形特征的基礎(chǔ)上討論1936年甘肅康樂(lè)級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造。
西秦嶺北緣斷裂的西段 (洮河以西)從高山深谷中通過(guò),地形復(fù)雜,交通不便,侵蝕作用強(qiáng)烈,斷層地貌保存不好,因此對(duì)西段的研究程度明顯低于其他段 (張波,2012a)。該段幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜,大致由4個(gè)規(guī)模更小的次級(jí)斷裂呈左階排列而成,從東向西依次是:鍋麻灘北緣斷裂、鍋麻灘南緣斷裂、圍子山—大夏河斷裂、王格爾塘—甘加斷裂,長(zhǎng)度分別為 30.5 km、22 km、73.5 km、38.4 km,走向?yàn)镹WW(圖1b、c)。因此,1936年康樂(lè)級(jí)地震是認(rèn)識(shí)西秦嶺北緣斷裂西段上各局部段新活動(dòng)特征及相互關(guān)系的窗口。
結(jié)合前人工作和最新的衛(wèi)星影像,筆者對(duì)已發(fā)現(xiàn)的地表破裂帶和相關(guān)斷裂進(jìn)行了野外確認(rèn)和補(bǔ)充完善。調(diào)查中不僅發(fā)現(xiàn)了前人所述的基巖崩塌、地震滑坡等現(xiàn)象,而且得到了更準(zhǔn)確的地表破裂帶的幾何分布,將地表破裂帶細(xì)分為3段(前人為兩段);重要的是還找到了之前未曾發(fā)現(xiàn)的斷層陡坎以及2個(gè)較明顯的同震變形點(diǎn)。由于地震裂縫已被后期充填或掩埋,因此野外未見(jiàn)明顯的地裂縫。
根據(jù)地表破裂帶的幾何展布、破裂現(xiàn)象和斷層陡坎的規(guī)模,筆者將地表破裂帶分為西段、中段和東段3段,長(zhǎng)度分別為3.7 km、4.4 km和6 km,總長(zhǎng)度約14 km,走向分別為215°、195°~210°、170~185°。段間呈右階展布,3段形態(tài)上總體呈向南凸出的弧形,在最東端斷裂向北拐彎,走向變?yōu)镹EE(圖3)。
西段走向?yàn)?15°,經(jīng)度范圍為 (103.3955°E~103.4251°E),長(zhǎng)度為3.7 km。與中段呈右階展布。斷裂端部有地裂縫出露,由于后期侵蝕充填等過(guò)程,現(xiàn)已很難識(shí)別①國(guó)家地震局蘭州地震研究所.1993.西秦嶺北緣斷裂帶1:5萬(wàn)活動(dòng)斷裂地質(zhì)圖說(shuō)明書(shū).。
中段走向?yàn)?95°~210°。經(jīng)度范圍從西至東為 (103.4209°~103.4615°E),長(zhǎng) 4.4 km。與西段呈右階排列,與東段呈右階斜交。該段發(fā)育的地表破裂現(xiàn)象有地震裂縫、地震陡坎 (圖3)。
地震裂縫主要位于中段的最西端。國(guó)家地震局蘭州地震研究所①曾描述該地裂縫長(zhǎng)10~20 m、寬0.3~1.2 m、深1.1 m。筆者在中段的最西端僅找到一段地震裂縫,裂縫長(zhǎng)、寬與描述大致相當(dāng)(圖4a)。
該段斷層蹤跡也很明顯,可見(jiàn)長(zhǎng)約1.8 km的斷層陡坎 (圖4b、c)。陡坎發(fā)育在坡積物中,陡坎高3.5 m,并發(fā)育沖溝左旋 (10~15 m,圖4 b、c中藍(lán)色實(shí)線)、斷塞塘 (直徑8~15 m,圖4c中藍(lán)色虛線橢圓框)等斷層地貌。陡坎位于山坡上地形坡折處,在地形剖面上,這種與陡坎相關(guān)的地形坡折是斷層多次活動(dòng)的結(jié)果,代表斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng) (Wallace,1977;常祖峰等,2014;姚生海等,2014)。
觀察點(diǎn) P1(35.135 03°N,103.440 35°E,3 560 m)處有一條沖溝左旋位錯(cuò)12 m,溝內(nèi)最新沖積扇上發(fā)育很新的斷層陡坎,測(cè)得該陡坎高度為0.6 m(圖4d、e,圖4e代表圖4d中藍(lán)色箭頭所指的區(qū)域)。陡坎通過(guò)處發(fā)育斷層泉,導(dǎo)致陡坎南側(cè)更濕潤(rùn),植被顏色與陡坎北側(cè)有明顯差別。該陡坎的自由面仍存在,自由面上出露松散的表土,植被稀疏。說(shuō)明該陡坎正處于自由面被侵蝕的陡坎演化的初級(jí)階段,形成年代距今不遠(yuǎn),應(yīng)是1936年康樂(lè)地震時(shí)形成的陡坎。陡坎東側(cè)小沖溝相應(yīng)地被左旋位錯(cuò)2.5 m,左旋位錯(cuò)點(diǎn)恰好與新鮮陡坎相連,代表本次地震的地表水平位錯(cuò)量(圖4d)。說(shuō)明1936年康樂(lè)地震的地表變形以左旋走滑為主,兼具傾滑分量。該點(diǎn)的同震左旋位錯(cuò)和垂直位錯(cuò)分別為2.5 m和0.6 m。
東段地表破裂走向近 EW,經(jīng)度范圍(103.448 1°~103.512 7°E),長(zhǎng)約 6 km。最東端走向轉(zhuǎn)變?yōu)镹80°E。斷層崖頂棱角分明,轉(zhuǎn)折端尖銳,說(shuō)明該段斷裂具有很強(qiáng)的活動(dòng)性 (圖5a)。
在觀察點(diǎn) P2(35.124 92°N,103.472 25°E,3 848m)發(fā)現(xiàn)一個(gè)斷層剖面 (圖5b)。斷層北盤(pán)(較完整的灰黃色基巖)逆沖到半破碎的灰黃色基巖上,破碎帶上夾著強(qiáng)烈變質(zhì)作用形成斷層角礫和深黑色的斷層泥,顯示出極強(qiáng)的擠壓逆沖特征。斷層面光滑平整,但階步不易辨認(rèn)。國(guó)家地震局蘭州地震研究所①國(guó)家地震局蘭州地震研究所.1993.西秦嶺北緣斷裂帶1:5萬(wàn)活動(dòng)斷裂地質(zhì)圖說(shuō)明書(shū).曾在斷裂東端發(fā)現(xiàn)有最新斜擦痕的基巖斷面 (圖3,觀察點(diǎn)P4)。并以此推斷此次地震的同震變形量。
東段沿?cái)鄬佑卸鄺l沖溝發(fā)生6~8 m的左旋位錯(cuò),斷層陡坎高1.5~2 m。在觀察點(diǎn)P3(35.122 57°N,103.490 20°E,3 775 m)處坡積物中發(fā)育的小紋溝分別發(fā)生1.5 m和約7 m的左旋位錯(cuò)。小紋溝西側(cè)一百米的另一條小紋溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)一較新的陡坎,高30 cm,最大坡角為50°(圖5c~e;紅色實(shí)線為斷層,藍(lán)色實(shí)線為沖溝,白色橢圓框?yàn)橐巴庹{(diào)查人員)。最小的水平位移 (1.5 m)和最新的陡坎 (0.3 m)應(yīng)為1936年康樂(lè)地震形成。因此,該段地表破裂的同震地表水平位錯(cuò)和垂直位錯(cuò)分別為1.5 m和0.3 m。
從上述分析可知,全段地表破裂現(xiàn)象主要是地震陡坎、地裂縫等。結(jié)合觀察點(diǎn)P1、P3的同震變形量及國(guó)家地震局蘭州地震研究所①結(jié)果,得到1936年康樂(lè)級(jí)地震在地表產(chǎn)生的最大水平位移和垂直位移分別為2.5 m和0.6 m。
根據(jù)前人 (鄧起東等,1992;Wells,Coppersmith,1994;葉文華等,1996;冉洪流,2011)得到的中國(guó)西部地區(qū)走滑斷裂強(qiáng)震震級(jí) (MS)與地表破裂長(zhǎng)度 (L)、最大水平位移 (D)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 (表1):若給定震級(jí)為,依據(jù)表1的式(1),得到地表破裂長(zhǎng)度分別為17 km、27 km和9 km,野外考察得到地表破裂帶長(zhǎng)度為14 km,在經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式所得結(jié)果的范圍內(nèi)。如果綜合考慮地表破裂長(zhǎng)度L和最大同震水平位移D,依據(jù)表1中的 (2)式得到L·D為45,而野外考察得到的破裂長(zhǎng)度(14 km)與最大左旋位錯(cuò) (2.5 m)之積為35,與理論值45相近,符合經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,說(shuō)明野外得到的地表破裂參數(shù)是可信的。
表1 中國(guó)西部地區(qū)走滑斷裂震級(jí)—地表破裂參數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系Tab.1 Empirical relationships between magnitude and surface rupture parameters for strike-slip faults in western China
此次地震次生災(zāi)害主要是基巖崩塌和滑坡(圖2)。最顯著的次生災(zāi)害是基巖崩塌 (圖6)。破裂帶全段都發(fā)育有規(guī)模宏大的基巖崩塌,這種級(jí)別的基巖崩塌在西秦嶺北緣斷裂很少見(jiàn),鍋麻灘盆地北側(cè)高50~100 m的基巖斷層崖連續(xù)延伸十幾千米,也未見(jiàn)如此大規(guī)模的基巖崩塌,說(shuō)明這些崩積物不是自然風(fēng)化的產(chǎn)物,而是由強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的。中、東段基巖崩塌規(guī)模大于西段。
崩塌巖塊堆積在高大的基巖斷層崖底和坡積物上。崩積物在基巖斷層崖底形成串珠狀排列的多個(gè)倒石堆,礫徑大小不一,由于重力勢(shì)能和慣性作用,倒石堆下部礫徑大,上部礫徑偏小。頂部有一些形態(tài)新鮮、直徑10~40 cm的礫石,形成小規(guī)模的倒石堆,崩積物有多期 (白色實(shí)線范圍內(nèi)為較老的崩積物,如圖6c中Ⅰ;白色虛線范圍內(nèi)為較新崩積物,圖6c中Ⅱ)。最新崩積物表面新鮮,無(wú)地衣或僅有直徑很小的麗石黃衣 (圖7a;藍(lán)色箭頭指向麗石黃衣;最大直徑為20~30 mm,一些僅數(shù)毫米)。據(jù)謝新生和肖振敏 (1989)得到的中國(guó)北方中溫帶半干旱區(qū)麗石黃衣生長(zhǎng)模式:
式中,相對(duì)誤差為20%。
計(jì)算得到直徑20~30 mm的麗石黃衣年齡為79~146 a,在相對(duì)誤差范圍內(nèi),說(shuō)明圖7a中的巖塊應(yīng)為1936年康樂(lè)地震時(shí)崩落 (圖6b,7a)。
較老的崩積物上墨綠色地衣、麗石黃衣和死地衣 (灰白色)密布在巖塊上 (圖7b,c)?;畹匾轮睆蕉酁?0~100 mm①國(guó)家地震局蘭州地震研究所.1993.西秦嶺北緣斷裂帶1:5萬(wàn)活動(dòng)斷裂地質(zhì)圖說(shuō)明書(shū).。在特定的氣候條件下,地衣直徑僅與其生長(zhǎng)時(shí)間 (即崩積物從基巖斷崖崩落距今的時(shí)間)相關(guān) (謝新生,肖振敏,1989;Bull et al.,1994;Bull,2003)。地衣直徑的不同說(shuō)明崩積物可能有多期,進(jìn)而說(shuō)明斷裂有多次構(gòu)造活動(dòng)。
水利工程啟閉機(jī)是水利工程上用來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉閘門(mén)、攔污柵等水工金屬結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性永久設(shè)備,是水利工程不可分割的重要組成部分。水利工程啟閉機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中,由于受到軌道摩擦阻力、泥沙淤積阻力,使其荷載變數(shù)增大,甚至可能超過(guò)啟閉機(jī)設(shè)計(jì)額定載荷,造成安全隱患。因此,啟閉機(jī)的安全可靠運(yùn)行直接影響到水利工程安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的正常發(fā)揮,對(duì)工程起著舉足輕重的作用。其質(zhì)量的好壞不僅關(guān)系著產(chǎn)品本身的使用效果和壽命,也關(guān)系著水利工程的安全運(yùn)行,甚至關(guān)乎國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)安危。
圍子山—大夏河斷裂的長(zhǎng)期構(gòu)造變形和1936年康樂(lè)地震地表破裂特征說(shuō)明該斷裂具有多期新活動(dòng)。地表破裂帶中、東段最新地震陡坎高分別為0.6、0.3 m,而中、東段斷層陡坎的累積高度為3.5 m和1.5~2 m;中、東段同震左旋位移分別為2.5、1.5 m,而中、東段多條沖溝累積左旋位移達(dá)到12、7 m;多期地震崩積物的存在。這些地質(zhì)地貌證據(jù)說(shuō)明在1936年康樂(lè)級(jí)地震之前,該斷裂帶上還發(fā)生過(guò)多次震級(jí)相當(dāng)、甚至震級(jí)更大的地震。
由于多方面的原因,同震地表變形標(biāo)志點(diǎn)不多,很難獲得更精細(xì)的同震變形特征。要深入認(rèn)識(shí)發(fā)震構(gòu)造的活動(dòng)習(xí)性、破裂方式等問(wèn)題,需要未來(lái)更深入的研究。
基于前人的工作基礎(chǔ)、最新的衛(wèi)星影像資料解譯及地表破裂帶實(shí)地考察,對(duì)1936年康樂(lè)級(jí)地震的地表破裂帶和發(fā)震構(gòu)造得到如下結(jié)論:
(1)地表破裂帶長(zhǎng)度約14 km,由西、中、東3段右階排列而成,長(zhǎng)度分別為3.7 km、4.4 km、6 km,走向分別為215°、195 ~210°、170 ~185°。
(2)地表破裂特征主要是地震陡坎、地裂縫。此次地震為逆左旋走滑型地震,最大同震左旋位移和垂直位移分別是2.5 m和0.6 m,垂直位移約為水平位移的?4。
(3)破裂帶沿線分布有大規(guī)模的基巖崩塌,最新一期崩塌巖塊上生長(zhǎng)著20~30 mm的麗石黃衣,其形成時(shí)間與該地震時(shí)間基本吻合。
(4)基巖崩塌、斷層陡坎、水系位錯(cuò)和地衣直徑分布均說(shuō)明該次地震的發(fā)震構(gòu)造圍子山—大夏河斷裂晚第四紀(jì)以來(lái)有過(guò)多次構(gòu)造活動(dòng)。
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