鮮水河斷裂帶康定城南新榆林探槽組揭露的破裂特征與地震復(fù)發(fā)行為

高帥坡，陳立春，梁明劍,3，王 棟，李彥寶，韓明明，馮嘉輝，盧麗莉

(1.中國(guó)地震局 地質(zhì)研究所，北京 100029；2.桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541006；3.四川省地震局，四川 成都 610041；4.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

鮮水河斷裂帶是青藏高原東南緣一條強(qiáng)烈活動(dòng)的左旋走滑斷裂，控制巴顏喀拉塊體的西南邊界（圖1），是中國(guó)大陸乃至全世界的地震活動(dòng)帶[1]，自公元1700年以來(lái)，記錄的7級(jí)以上的地震就有8次[2–3]。

圖1 鮮水河斷裂及其周緣活動(dòng)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig. 1 Active structure map of Xianshuihe fault and its adjacent regions

四川省甘孜州的州府康定城區(qū)，是從四川入藏必經(jīng)的咽喉重鎮(zhèn)，位于鮮水河斷裂帶北側(cè)3條近平行分支斷裂向南側(cè)單一斷裂轉(zhuǎn)換的構(gòu)造關(guān)鍵部位。隨著川藏鐵路重大工程建設(shè)的推進(jìn)，鮮水河斷裂帶在康定城區(qū)一帶的破裂特征與破裂參數(shù)也成為工程建設(shè)抗減震設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)資料。

關(guān)于鮮水河斷裂帶的地震破裂特征與復(fù)發(fā)行為，20世紀(jì)90年代填圖時(shí)，曾開挖探槽多達(dá)40余個(gè)[1]，后期研究成果不斷豐富[4–10]。但康定城區(qū)一帶，由于斷層結(jié)構(gòu)突變，加上基本處于冰緣和深山峽谷等強(qiáng)烈剝蝕或巨礫為主的冰水堆積環(huán)境，以及人類活動(dòng)頻繁，有關(guān)斷裂的破裂歷史與破裂行為研究相對(duì)還非常薄弱。在城區(qū)南側(cè)的榆林村一帶，Yan等[11]清理或開挖了3個(gè)剖面（探槽），認(rèn)為這一帶4 000年來(lái)至少有過(guò)7次地震事件，但這一結(jié)果仍存在很大的疑問(wèn)：一方面，事件識(shí)別所依托的剖面L2，基本為巨礫粗礫，有學(xué)者明確標(biāo)示該剖面在地震滑坡體前緣[12]；另一方面，研究結(jié)果將倒數(shù)第二次事件歸為1327年天全地震，以及后兩次事件的重復(fù)間隔為459 a論缺乏依據(jù)。梁明劍等[13]依據(jù)歷史記錄、2013年蘆山7級(jí)地震震害及斷裂活動(dòng)性調(diào)查和探槽開挖結(jié)果，明確指出天全地震就發(fā)生在天全一帶，發(fā)震構(gòu)造為大川—雙石斷裂，而并非鮮水河斷裂帶。基于此，在康定城南的新榆林地點(diǎn)精心選擇了一處可能保存有較好古地震遺跡的斷陷塘進(jìn)行探槽組開挖，以期在前人工作基礎(chǔ)上獲得可信度更高的斷裂破裂特征和事件序列，為分析康定城區(qū)一帶的未來(lái)地震危險(xiǎn)性和川藏鐵路工程建設(shè)抗減震設(shè)計(jì)積累基礎(chǔ)資料。

1 鮮水河斷裂帶磨西段晚第四紀(jì)活動(dòng)性概述

幾何結(jié)構(gòu)上（圖1），鮮水河斷裂帶以惠遠(yuǎn)寺盆地和康定為界，自北西向南東可分為北段、中段和南段3個(gè)段落[14–17]。北段結(jié)構(gòu)單一，由爐霍段、道孚段、乾寧段等3個(gè)活動(dòng)段構(gòu)成，以左旋左階階區(qū)蝦拉沱盆地和道孚盆地為分段邊界；斷裂中段環(huán)抱大炮山及折多山斷塊，由雅拉河段、色拉哈段及折多塘段等3條次級(jí)斷裂構(gòu)成[14]；斷裂南段即磨西段，位于貢嘎山隆起區(qū)東部邊緣，由單一段落構(gòu)成。部分學(xué)者認(rèn)為磨西段在豬腰子海子附近，存在一小型左旋左階拉分區(qū)（圖2（a）），以此為邊界可劃分出雪門坎段和磨西段[16]。沿康定城區(qū)以南的磨西段，近年來(lái)已開展1∶50 000活動(dòng)斷裂填圖工作[18]。該段結(jié)構(gòu)較為單一，北起康定城區(qū)，向南經(jīng)新榆林、雅加埂、雪門坎、磨西、田灣，再往南形跡不明，總體走向330°左右，長(zhǎng)約90 km（圖2（a））。沿磨西段斷裂，歷史上發(fā)生過(guò)1786年磨西7?級(jí)地震。

圖2 鮮水河斷裂磨西段斷裂展布與探槽位置地貌圖Fig. 2 Distribution of Moxi segment of Xianshuihe fault and landform map of trenches

鮮水河斷裂磨西段與北段一致，晚第四紀(jì)以來(lái)一直以高速左旋滑動(dòng)為特征。Allen等[19]根據(jù)末次冰期沉積隴位錯(cuò)61 m估算獲得的左旋速率為4.7 mm/a；徐錫偉等[20]利用磨西一帶階地面與廢棄河道的位移與堆積物年齡限定其平均左旋滑動(dòng)速率為（9.6±1.7）mm/a，垂直滑動(dòng)速率為（3.2±0.7）mm/a；Chen等[21]通過(guò)二臺(tái)子階地位錯(cuò)36 m與T1地貌面年齡4 000 yr BP限定獲得左旋走滑速率約為（9.3±1.0） mm/a，垂直速率為（1.5±0.7） mm/a。

2 新榆林地點(diǎn)探槽揭露的古地震事件

2.1 探槽位置

限于以往認(rèn)識(shí)，前人在康定以南地段開挖的探槽主要是跨斷層陡坎開挖，且探槽規(guī)模一般較小，揭露的地震事件有限。近年來(lái)，埋藏小沖溝、小型拉分盆地、斷塞塘或斷陷塘已成為走滑斷裂古地震研究的較理想地點(diǎn)[22–24]，這些地點(diǎn)大多在震后形成相對(duì)負(fù)地形并緩慢接受細(xì)粒物質(zhì)的堆積，是記錄斷裂變形的理想載體。新榆林一帶發(fā)育有一較連續(xù)的反向線性槽谷（圖2）。槽谷內(nèi)，多處發(fā)育有斷陷塘。選擇（101°57'50.0"E，29°58'44.8"N）處斷層槽谷內(nèi)已基本干涸的一個(gè)小型斷陷塘進(jìn)行探槽組開挖（圖2（d））。開挖的2個(gè)探槽（TC1、TC2）近于平行，長(zhǎng)均約18 m，相距約6 m（圖2（b）），深度約3 m。探槽剖面如圖3～6所示。

圖3 探槽TC1北壁影像拼接圖及剖面解譯圖Fig. 3 Photographic mosaic and interpretation log of the north wall of trench TC1

圖4 探槽TC1南壁影像拼接圖及剖面解譯圖Fig. 4 Photographic mosaic and interpretation log of the south wall of trench TC1

圖5 探槽TC2北壁影像拼接圖及剖面解譯圖Fig. 5 Photographic mosaic and interpretation log of the north wall of trench TC2

2.2 探槽揭露的沉積序列

探槽共揭露出3類沉積、堆積地層：第1類為順坡堆積的坡洪積混雜堆積，位于探槽東側(cè)（靠山坡側(cè)）或底部，巖性以混雜堆積的大小不等的礫塊（角礫或略有磨圓的礫石）和黏土為主；第2類為斷陷塘沉積，沿探槽中部的低洼地帶分布，主要為富含有機(jī)質(zhì)的黑色黏土、砂土等細(xì)粒靜水沉積，偶含礫石；第3類為斷層帶內(nèi)或斷面附近的充填楔或構(gòu)造楔，為斷層擠壓或充填形成，層序難辨。其中：斷陷塘成因的灰綠色砂黏土層（U2）、黑色或黝黑色黏土層（U4）、黑褐色黏土層（U5）及黑土層（U6）顏色較為特征，沉積特征為典型的湖塘沉積，是探槽揭露的標(biāo)志層（圖3～7）。以這幾套地層為標(biāo)志，簡(jiǎn)述兩個(gè)探槽揭露的地層序列，各事件層典型特征見圖7（a），各層年代樣品測(cè)年結(jié)果見表1。

圖6 探槽TC2南壁影像拼接圖及剖面解譯圖Fig. 6 Photographic mosaic and interpretation log of the south wall of trench TC2

圖7 探槽揭露的地層序列與重點(diǎn)部位放大圖Fig. 7 Stratigraphic sequence and key parts of the trench

結(jié)合圖7和表1，各事件層具體內(nèi)容如下，其中：yr BP、BC、AD均為測(cè)年年代符號(hào)，分別代指距今（距公元1950年）、公元前與公元。

U1：淺褐色、褐黃色砂礫黏土混雜堆積，坡洪積成因，以大小不等、磨圓較差的礫塊和黏土為主，分布于探槽底部和探槽東側(cè)，局部礫塊與砂黏土顯示出層理，并可進(jìn)一步細(xì)分為4層（U1a～U1d），該層沒有采集到碳樣。

U2：灰綠色、青灰色砂土層，偶含粗砂和小礫石，小型匯水洼地沉積成因。局部頂部發(fā)育薄層黃褐色亞黏土層（U2b），侵染鐵銹，含較多的砂礫。主斷層帶附近，該層擠壓變形強(qiáng)烈。該層獲得了2個(gè)14C樣品的AMS測(cè)年結(jié)果，分別為（15 200±70）和（9 120±50）yr BP。

表1 樣品放射性年齡及年代校正Tab. 1 Radiocarbon ages and calibrated calendar dates of samples

U3：探槽中分布最廣的地層，巖性為褐色、黃褐色砂礫層，底部含礫塊，該層相對(duì)質(zhì)地較為堅(jiān)硬，飽含裂隙，局部可進(jìn)一步細(xì)分為2個(gè)亞層。U3a主要展布于TC1西側(cè)，以砂礫為主；U3b以灰褐色砂土、黏土為主。該層獲得了3個(gè)14C樣品的AMS測(cè)年結(jié)果，分別為（8 400±30）、（7 650±40）和（7 390±60）yr BP。

U4：主體為斷陷塘沉積成因的黑色或黝黑色黏土，分布在主斷層帶附近。此外，在TC1北壁的東側(cè)，有一薄層相對(duì)松散的黃褐色砂土，與上下地層界線較明顯，可能為層U4同期或略晚的順坡堆積，歸為亞層U4b。該層共得了7個(gè)14C樣品的AMS測(cè)年結(jié)果，除底部有1個(gè)測(cè)年結(jié)果為（4 110±30）yr BP外，其他6個(gè)測(cè)年結(jié)果集中在（2 400～2 040）yr BP之間。

U5：深褐色–褐黑色砂土層，局部含小礫石，斷塞塘沉積成因，主要分布在探槽西側(cè)低洼地帶。該層獲得4個(gè)14C樣品的AMS測(cè)年結(jié)果，底部?jī)蓚€(gè)樣品的測(cè)年結(jié)果為（2 020±30）、（1 980±30）yr BP，頂部?jī)蓚€(gè)樣品的測(cè)年結(jié)果為（1 290±30）、（1 200±30）yr BP。

“回來(lái)了？”呂凌子才發(fā)完短信，沒睡著，將熱乎乎的大腿壓在丈夫腹部，耐著性子等了許久。歐陽(yáng)鋒理會(huì)妻子的意圖，腦子里亂糟糟的哪還有這個(gè)興致。他將妻子的大腿移開，側(cè)轉(zhuǎn)身，把自己彎成醉蝦模樣。呂凌子問(wèn)他怎么了？歐陽(yáng)鋒說(shuō)酒喝多了，難受。

U6：黑土、黝黑土層，含植物碎屑和有機(jī)質(zhì)，偶夾礫塊，斷陷塘沉積成因。該層獲得3個(gè)14C樣品的AMS測(cè)年結(jié)果，分別為（820±30）、（730±30）、（760±30）yr BP。

U7：薄層表土，為層U6的表土化層，與層U6界線不明顯，底部獲得1個(gè)14C樣品的AMS測(cè)年結(jié)果（100±30）yr BP。

2.3 古地震事件分析

探槽揭露斷層帶寬約5 m，由多條斷層組成，主斷層非常清晰。綜合和對(duì)比分析4個(gè)探槽壁所揭露的地層序列、斷層與沉積層切蓋關(guān)系、構(gòu)造楔與地層特征突變等事件識(shí)別標(biāo)志（圖3～6，最新地震事件斷層細(xì)節(jié)圖見圖7（b）、（c）），組合探槽可識(shí)別出6次古地震事件。

事件E1：發(fā)生于層U1沉積之后、層U2沉積之前。主要依據(jù)是層U2與U1呈不整合或斷層接觸，界面清晰，沉積環(huán)境、沉積特征和變形特征差異明顯；層U2顯示為斷層槽谷或斷層洼地類沉積特征。推斷層U2為地表破裂事件E1形成的槽谷堆積。根據(jù)層U2的測(cè)年結(jié)果，該次事件至少發(fā)生于（9 120±50）yr BP之前。

事件E2：發(fā)生于層U2沉積之后、層U3沉積之前。主要依據(jù)是：1）沉積環(huán)境和沉積特征突變，U2層為小型匯水洼地或斷層槽谷成因，以砂為主，頂部發(fā)育薄層褐色鐵染黏土，具地表土壤化特征并具明顯開裂與錯(cuò)動(dòng)變形；后期沉積的層U3層序穩(wěn)定，分布廣泛，具順坡片流堆積特征。2）兩個(gè)探槽、4個(gè)壁均見有個(gè)別斷面斷錯(cuò)層U2、上覆層U3，部分?jǐn)嗝骘@示層U2為斷錯(cuò)變形，而層U3顯示為裂隙。

事件E3：發(fā)生于層U3沉積之后、層U4沉積之前。主要依據(jù)是：1）層U4顯示典型的斷陷塘型沉積特征。2）沿主斷層帶，層U4呈楔形擠入或充填在層U3內(nèi)。3）在探槽TC2北壁，層U3沿?cái)鄬覨4、F5斷錯(cuò)變形強(qiáng)烈，層U4變形不一致；在探槽TC2南壁，沿?cái)鄬覨5、斷錯(cuò)層U3，延向?qū)覷4則顯示為斷面不清晰的裂縫。

事件E4：發(fā)生在層U4沉積之后、層U5沉積之前。主要依據(jù)是：1）層U5和U4之間沉積界線非常明顯，層U5為相對(duì)較寬、分布更廣的低洼槽塘沉積。2）探槽TC1的主斷層帶內(nèi)，層U5底部具構(gòu)造楔特征，充填至層U4中。3）探槽TC1南壁F2及TC2的多個(gè)斷面顯示斷層斷錯(cuò)層U4、上覆層U5。

事件E5：發(fā)生在層U5沉積之后、層U6沉積之前。主要依據(jù)是：1）層U6和U5之間沉積界線非常明顯，沉積特征也明顯變化；2）探槽TC1北壁和TC2南壁，層U6底部呈構(gòu)造楔狀充填至層U5中；3）TC2北壁F2斷錯(cuò)層U5而上覆層U6，TC1南壁沿F1可見斷錯(cuò)層U5，層U6僅存在斷續(xù)裂縫。

3 討 論

3.1 事件年代限定

4個(gè)探槽壁共獲得了20個(gè)14C樣品加速質(zhì)譜方法（AMS）的測(cè)年結(jié)果（表1）。測(cè)年結(jié)果序列與地層層序一致。以年代校正軟件OxCal 4.3.2進(jìn)行校正和古地震事件–地層序列年代限定，獲得事件年代序列如下：事件E1，8714BC之前；事件E2，8304—6316BC；事件E3，6135—734BC；事件E4，118BC—27AD；事件E5，810AD—1230AD；事件E6，1280—1850AD（圖8）。根據(jù)歷史地震記錄，最新一次事件E6，應(yīng)為公元1786年康定南7?級(jí)地震事件。

圖8 事件年代OxCal校正結(jié)果Fig. 8 Results of Oxcal analysis of radio carbon dates from the trenching site

3.2 康定以南段地震破裂行為討論

探槽結(jié)果顯示：新榆林一帶，事件E4以前（公元前），地震重復(fù)間隔約3 000～4 000 a；事件E4以來(lái)，地震活動(dòng)明顯加劇，重復(fù)間隔約700～1 000 a。

沿康定以南段，周榮軍等[6]在磨西西側(cè)二臺(tái)子反向槽谷中揭露出兩次古地震事件，較老事件介于（1 470±150）—（1 540±105）AD之間，最新一次地震事件即為1786年磨西7?級(jí)地震事件。陳桂華等[12]在磨西一帶開挖了3個(gè)探槽，獲得了包括1786年7?級(jí)地震在內(nèi)的2～3次古地震事件。綜合前人的探槽研究成果[6,12,18]，共獲得2000BC以來(lái)的5次事件，如圖9所示。其中：有4次事件與本文所揭露的事件E3～E6總體相對(duì)應(yīng)；二臺(tái)子地點(diǎn)在公元1280年至1786年之間（事件E5～E6之間），前人還揭露有一次事件，而新榆林地點(diǎn)探槽卻沒發(fā)現(xiàn)此次事件跡象。如果該次事件確實(shí)存在，那就說(shuō)明鮮水河斷裂帶康定以南段，大多事件都是同時(shí)破裂，但也可能存在個(gè)別事件，只破裂了磨西鎮(zhèn)一帶。

圖9 鮮水河斷裂磨西段探槽資料匯總Fig. 9 Summary of trenches data of Moxi segment of Xianshuihe fault

對(duì)比鮮水河斷裂帶北段揭露的古地震事件[1,7–9]，盡管鮮水河斷裂帶各段早期的古地震事件時(shí)間上并不一一相應(yīng)，但總體規(guī)律一致，早期重復(fù)間隔都相對(duì)較長(zhǎng)，約 2 000～3 000 a左右；進(jìn)入公元元年左右以來(lái)，所有段落都進(jìn)入了活躍時(shí)期，大多經(jīng)歷了2次破裂事件，重復(fù)間隔1 000 a左右。爐霍尤斯和康定以南的二臺(tái)子等個(gè)別地點(diǎn)可能還發(fā)生過(guò)局部破裂事件。

探槽獲得的康定以南段大震復(fù)發(fā)間隔為700～1 000 a，1786年康定南7?級(jí)地震事件離逝時(shí)間僅235 a，消逝率約0.23～0.33，似乎短期內(nèi)發(fā)生大震的可能性較小。就整個(gè)鮮水河斷裂帶而言，鮮水河中段及北段除雅拉河段外的其他段落，消逝率均小于0.1[2,3,5,8–9,25–26]，相對(duì)而言，康定以南段的大震危險(xiǎn)性最高。此外，從歷史記錄來(lái)看，自1700年至今，鮮水河斷裂帶活動(dòng)明顯加劇，先后經(jīng)歷了1700—1816年及1893年以來(lái)的2個(gè)小的活躍期[7,9,25–26]。最新的活躍期至今已有近130 a，鮮水河斷裂北西段、中段均相繼發(fā)生強(qiáng)震，而與北段大震復(fù)發(fā)習(xí)性基本一致的康定以南段自1786年磨西地震后未有強(qiáng)震記載，未來(lái)發(fā)生地表破裂型強(qiáng)震的可能性較高，在川藏鐵路施工及后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)大震監(jiān)測(cè)預(yù)警。

4 結(jié) 論

1）新榆林地點(diǎn)探槽組共揭露出6次破裂事件，發(fā)生時(shí)間依次為8714BC之前、8304—6316BC、6135—734BC、18BC—27AD、810AD—1230AD，以及1786年康定南7?級(jí)地震事件。

2）鮮水河斷裂康定以南新榆林至二臺(tái)子一帶，大多事件都是同時(shí)破裂，但可能存在個(gè)別事件，只破裂了二臺(tái)子一帶。與其他各破裂段大體一致，康定以南段的早期破裂事件重復(fù)間隔較長(zhǎng)；自公元元年前后以來(lái)，活動(dòng)加劇，復(fù)發(fā)間隔縮短至700～1 000 a左右。

[致謝] 感謝冉勇康研究員對(duì)論文的指導(dǎo)及中鐵二院和甘孜州防災(zāi)減災(zāi)局的大力支持和幫助，感謝各位專家對(duì)論文的意見與建議！