四川较场弧形构造与1933年叠溪地震发震构造的再讨论

四川较场弧形构造与1933年叠溪地震发震构造的再讨论 () [ 文章编号 ] 100124683 20020220183210 四川较场弧形构造与 1933 年叠溪地震 发震构造的再讨论 黄祖智唐荣昌刘盛利 (中国成都 ) 610041 四川省地震局 摘要 较场弧形构造是四川众多弧形构造带之一 。本文对该弧形构造的特征及其西翼发 育的松平沟断裂的新活动性作了进一步论证 ,确认松平沟断裂属全新世活动断裂 。该弧形构造 西翼靠弧顶部位 1933 年曾发生过叠溪 715 级地震 。前人对该次地震的发震构造众说纷纭 。作 者通过近年来在现场的多次考察 ,并对该次地震的等烈度线形态 、地表震害展布特征 、建筑物沿 松平沟断裂的左旋位错 、震后地表发育的北西向地震地裂缝等现象的进一步研究认为 ,1933 年 叠溪 715 级地震的发震构造仍为较场弧形构造西翼的松平沟断裂 。 关键词 : 较场弧形构造 叠溪地震 松平沟断裂 发震构造 [ 中图分类号 ] P554[ 文献标识码 ] A 引言 四川是新构造活动强烈的地区 ,历史上亦是大震和强震的多发地区 。近年来也曾发生 过多次强烈地震 。据统计 ,从公元前 26 年至 1999 年底 ,四川省内 6 级以上的强震就达 71 次 ,其中 M ?7 地震 19 次 。野外考察的大量实际材料表明 ,这些强震主要发生在强活动断 ( ) 裂带上的一些特殊构造部位 ,并丛集出现 黄祖智等 ,1993 ; 1995。较场弧形构造西翼的松 平沟活动断裂即是这些特殊构造部位之一 。 1 较场弧形构造特征及新活动性 111 构造特征 较场弧形构造系由一系列向南突出的弧形同斜倒转褶皱 、褶皱和相伴生的断裂所组成() 图 1。据其结构形态可分为内 、外两带 。 内带 :即较场弧形构造带 ,它由一系列紧密线状弧形同斜倒转褶皱及相伴的冲断层组 成 。这些背 、向斜褶皱的共同特征是 : () 1在平面形态上 ,弧顶位于较场一线 ,呈略向南突出的缓弧形展布 。中段走向近东西 , 两侧分别向北西西和北东东弯转 ; () 2在横向剖面上 ,层间褶皱相当发育 ,背斜的北翼或向斜的南翼均向北倒转 ,轴面倾向 正南 、南南东及南南西 ,倾角 39?,42?; [ 收稿日期 ] 2001201231 ; [ 修定日期 ] 2002204208 () 图 1 较场弧形构造分布图 据四川省地质局松潘幅 1?20 万区域地质调查报告资料改编 Fig. 1 The distribution of the Jiaochang arc tectonics 11 第四系 ;21 新第三系上新统红土坡组 ;31 新第三系上新统马拉敦组 ;41 三叠系上统新都桥组 ;51 三叠系上统侏 倭组 ;61 三叠系中统杂谷脑组 ;71 三叠系中下统 ;81 三叠系下统波茨沟组 ;91 二叠系下统 ;101 石炭二叠系 ;111 泥 盆系危关群 ;121 上古生界 ;131 秦岭东西向构造带 ;141 石大关弧形构造 ;151 压扭性断层 ;161 扭性断层 ;171 性质 不明断层 ;181 倒转背斜 ;191 向斜和倒转向斜 ;201 地质界线及不整合界线 () 3向斜保存完整 ,背斜多遭断失 ; () 4弧顶部位岩石变质程度普遍加深 ,断裂亦较发育 ,岩石支离破碎 。 外带 :即石大关弧形构造带 。北侧由大店同斜倒转向斜等一系列褶皱组成 。西翼产状 正常 ,而东翼全部倒转 。其内 ,次级尖顶倒转褶皱非常发育 。南侧由石碉楼倒转背斜 、日嘎 希 - 瓦布梁子复背斜等褶皱组成 。这些弧形褶皱的弧顶位于石大关附近东段向北东延伸 , 西段向北西延伸 ,东西全长 80 余公里 ,南北宽约 10km 。 185 2 期黄祖智等 : 四川较场弧形构造与 1933 年叠溪地震发震构造的再讨论 松平沟断裂 :发育在较场弧形构造带及其西翼 。展布在墨石寨 、松平乡 、观音崖一带 ,大致沿松平沟断续分布 ,长近 30km 。于墨石寨 、松平乡附近 ,断切在三叠系上统砂板岩中 ,断 层产状在松平乡以北为走向北 55?西 ,倾向北东 ,倾角 65?;以南走向北 52?西 ,倾向南西 ,倾角 80?。在墨石寨见断层带上的石英脉遭强烈挤压呈粉末状 ,下盘见数十厘米宽的黑色断层泥 及挤压片理 。上盘牵引褶曲发育 ,断面上斜向擦痕清楚 ,显压性特征 。松平乡见断层上盘挠 曲明显 。 该断裂向东南 ,经白腊寨 、两河口被地震崩塌物掩盖 ,到较场北观音崖附近又见出露 。 这里断层断切三叠系下统菠茨沟组大理岩化灰岩 ,可见长度 2,3km 。断层走向北 65?西 ,断面倾向南西 ,倾角 43?。断层两侧地层遭强烈挤压形成宽达数十米的地层陡立带 。断层破碎 带宽 1m 左右 ,由灰质碎裂岩 、糜棱岩及黑色断层泥组成 。断面上有斜向擦痕 ,显示压扭特 征 。该断裂不仅在布格重力和航磁异常图上有所显示 ,并且在重力垂向二次导数等值线图 上亦有明显反映 。 色尔古断裂 :发育在较场弧形构造外带及其西翼 。沿黑水河河谷延伸 ,长达 20 余公里 。 断裂走向北 40?,50?西 ,断面主要倾向北东 ,倾角在 60?以上 ,为一条高角度逆冲断裂 。断裂主要断于三叠系浅变质砂板岩夹千枚岩地层中 。断层破碎带宽数米至十余米不等 ,显压性 特征 。1941 年黑水石碉楼 6 级地震与其活动密切相关 ,1933 年叠溪 715 级地震时沿该断裂 又出现 ?度烈度异常区 。 112 新活动性 11211 松平沟断裂的新活动性 较场弧形构造西翼的松平沟 断裂控制了松平沟的发育 , 且沿 北东侧山麓地带发育了一系列坡 - 洪积裙 ,堆积了一套厚达 150, 200m 的黄土层 ,南西侧则遭受侧 蚀 ,使河谷横剖面呈不对称结构 。 断裂东南端晚更新世河湖相沉积 中发育一组北西向和一组近东西 图 2 较场东地震断层及地震楔剖面图( ) 向的张性断层及地震楔 图 2。Fig. 2 The section of the seismic fault and wedge on the 断层产生时间据热释光法测定年 eastern Jiaochang 龄为距今 23000 ?7800a 和 26000 ?腐殖土 ; ?土黄色含砾亚砂土 ; ?青灰色粉砂质粘土 ; ?土黄色粉砂 ; ? 褐色亚砂土 ; ?测龄样品采集位置( ) ?2000a 唐荣昌等 , 1993。可能 是 1 ,2 次古地震的产物 。断裂 带上于 1713 年和 1933 年分别发生 710 级和 715 级地震 。后者一是导致大规模的山崩 ,且崩 塌体堵塞岷江及其支流沟谷形成众多大大小小的地震湖 ,当地称“海子”;二是在极震区产生 了众多不同方向和不同类型的地震地裂缝 ,其组合方式有锯齿状 、“X”型和斜列式等几类 ; 三是震时产生了一条大致与松平沟断裂走向相一致 、长约 30km 、由崩塌 、滑坡 、剥落 、滚石及 ( ) ( ) 地裂缝组成的地表破坏带 图 3四川省地震局 ,1983。上述资料反映了松平沟断裂的全 新世活动性 。 图 3 1933 年叠溪地震在叠溪至松平沟一带的地表破坏分布图 ()四川省地震局《一九三三年叠溪地震》 Fig. 3 The distribution of the disasters of Diexi2Songpinggou caused by the Diexi earthquake 11 地震地裂缝 ; 21 地震滑坡 ; 31 地震崩塌 ; 41 地震湖 ; 51 被毁村寨遗址遗址 ; 61 被淹没村寨 ; 71 地震泉 ; 81 等 烈度线 ; 91 地震海子名称及编号 : ?公棚海子 ; ?上白腊寨海子 ; ?下白腊寨海子 ; ?上水磨沟海子 ; ?下水磨 沟海子 ; ?鱼儿寨海子 11212 色尔古断裂的新活动性 1941 年在该断裂的石碉楼附近发生了 1 次 6 级地震 。1933 年叠溪 715 级地震时沿断裂 又出现 ?度烈度异常区 ,可能与该断裂的新活动有关 。 2 1933 年叠溪 715 级地震发震构造的再讨论 1933 年 8 月 25 日 15 时 15 分 30 秒 ,在四川省茂汶县叠溪发生了一次 715 级地震 。据北 京鹫峰地震台测定 ,其微观震中位置为 N31?54′, E103?24′。 这次地震的有感范围北至西安 ,东到万县 ,西抵阿坝 ,南达昭通 。地震造成山崩城陷 ,山 ( ) 河变貌 ,岷江断流 ,积水成湖 ,人畜伤亡惨重 ,死亡 6800 余人 常隆庆 ,1938。震后由于地震 ( ) 湖湖坝崩溃 ,致使下游沿江村镇被冲没大半 ,又死亡 2500 余人 常隆庆 ,1938,造成我国地 震史上罕见的“地震水灾”。 叠溪 715 级地震发生在我国东西两大块体的过渡带 ———“中国南北地震带”中段 ,构造 位置十分特殊 。它所造成的震害 ,特别是次生灾害 ,在全国也是闻名的 。另一方面 ,地震形 成的大大小小海子更以成因独特 、风景秀丽而驰名中外 。鉴此 ,叠溪地震一直引起国内外地 学工作者的极大关注 。 211 前人对该次地震发震构造的认识 由于此震震级较大 ,震害严重 ,故先后到地震现场进行过调查的人数和单位较多 。地震 当年 10 月常隆庆教授首次进入震中进行了较深入的考察 ,并于 1938 年在地质论评 ?卷第 3 ( ( ) ) 期上发表了“四川叠溪地震调查记”,并简略勾绘了这次地震的等烈度线 图 4 a。等烈度 线长轴为北东东向 。新中国成立后 ,中国科学院南水北调综合考察队 、长江流域规划办公 187 2 期黄祖智等 : 四川较场弧形构造与 1933 年叠溪地震发震构造的再讨论 图 4 前人所绘叠溪 715 级地震等烈度线图 Fig14 The isoseismals of the Diexi earthquake with magnitude 715 painted by the researchers () ( ) ( ) a据常隆庆《四川叠溪地震调查记》; b据国家地震局《中国地震目录》; c据国家地震局西南烈度队影响场组 ; ( ) () d据四川省地震局地震地质队 ; e据国家地震局西南烈度队《川滇强震区地震地质调查汇编》 室 、国家地震局西南烈度队 、四川省地震局地震地质队等单位曾先后作过较详细的考察工作 ,但对此次地震的烈度分布和发震构造的认识仍存在较大的差异 ,如等烈度线分别有近南 () ( ( ) ( ) ( ) ( ) ) 北向 、近东西向和北西向 李 等 ,1979等不同形态 图 4 bcde。为进一步搞清此 次地震的发震构造及有关的一些问 ,作者有幸参加了四川省地震局专门成立的“叠溪地震 调查组”,于 1979 年及 1981 年两次赴地震现场开展了有重点的 、深入细致的补充考察工作 , ( ) 出版了《一九三三年叠溪地震》一书 四川省地震局 ,1983。书中对这次地震的宏观前兆及 震后效应 、烈度与震害 、地质构造背景 、历史地震时空分布特征等均作了较详细的论述 ,并对 构造应力场及发震机制作了初步探讨 。通过大量大范围的宏观现场破坏点的调查 ,并综合 ( ) 了前人的宏观调查资料 ,最后勾绘出了这次地震的等烈度线图 图 5。并认为该次地震的 发震构造是较场弧形构造西翼的北西向松平沟断裂 。 () 钱洪等 1993认为 ,1933 年叠溪 715 级地震的发生与发育较场弧形构造弧顶部位的南 北向叠溪断裂有关 ,他们的结论大致基于以下几点 : ?这一带的南北向断裂系北面南北向岷 () () 江断裂的南延部分 ,即邓起东等 1994所指的岷江断裂的南段 镇江关 - 较场 - 茂汶段,该 ()图 5 1933 年叠溪 715 级地震等烈度线图 四川省地震局《一九三三年叠溪地震》 Fig15 The isoseismals of the Diexi earthquake with magnitude 715 in 1933 189 2 期黄祖智等 : 四川较场弧形构造与 1933 年叠溪地震发震构造的再讨论 断裂历史上曾发生过多次 6 级以上强震 ,是一条具备发生强震的强活动性断裂 。 ?叠溪断裂南端马脑顶一带发育有显示断裂具全新世活动的“反向坡”和“断塞塘”等断错地貌 , 该断裂是一条全新世活动断裂 。 ?叠溪对岸岷江河边在南北向断裂旁侧的坡洪积物中见有 地震楔等古地震遗迹 ,说明该断裂历史上曾发生过强烈地震 。 212 关于 1933 年叠溪 715 级地震发震构造的再讨论 作者认为 ,钱洪等所指的南北向叠溪断裂应是早期较场弧形构造形成时弧顶的纵向张 ( ) 裂之产物 。喜山运动之后 ,随着应力场的转化 转为北西西 - 近东西向,叠溪断裂方显压 ) (性 。该断裂长仅 8km 且含南端马脑顶一带所谓的“反向坡”长度。经实地考察 ,该断裂向 北并未穿过东西向的蚕陵山及大小海子 ,向北也未发现可靠的断裂露头点 ,故未与南北向的 岷江断裂相连 。1998 年作者等在茂县太平至两河口岷江梯级电站工程场地地震安全性评 价工作中 ,对马脑顶一带所谓的“反向坡”和“断塞塘”作了甚低频物探剖面测试 ,结果未发现 ?有断裂存在 。成都理工学院王兰生教授等经现场考察及物探资料证实 ,所谓马脑顶一带 的“反向坡”和“断塞塘”地形实为滑坡所致 ,并非南北向断裂新活动的产物 。钱洪等还指出 , 该断裂向南可延至石大关以南 ,但经野外人员现场共同考察 ,石大关东西向大沟北坡基岩大 片出露 ,露头十分完好 ,并未发现有南北向断裂通过 。至于叠溪对岸岷江河边坡洪积物中出 现的地震楔因位于较场弧形构造的弧顶附近 ,该部位曾有过多次古地震事件 ,因而在该部位出现一些古地震楔并不奇怪 。据野外现场考察 ,这些古地震楔的楔壁与南北向断裂在走向 上呈斜交 ,楔子的中轴线走向呈北西向 ,因而这些地震楔与北西向断裂挂钩更为恰当 。从野 外勾绘的等烈度线形态和地裂缝分布来看 ,钱洪在文中认为的南北向断裂是 1933 年叠溪 715 级地震的发震构造是缺乏说服力的 。 四川省水利水电勘测设计研究院在天龙湖电站 ?坝址进行地勘工作时 ,从公路削坡陡 壁及探硐中 ,发现在小海子出口的右岸存在一条规模较大的北西向断裂 ,即文献中的 F,地8 表似为顺层断裂 ,而经平硐和钻探揭露断层破碎带宽约 20m ,断裂走向北 60?西 ,按其走向向 北西方向延伸 ,与松平沟断裂作平行展布 ,故我们认为该断裂应该是松平沟断裂带的组成部 分 。再结合本文前面的讨论 ,1933 年叠溪 715 级地震后 ,沿松平沟断裂走向产生了一条长约 30km 的地表破坏带 ;宏观考察资料表明这次地震的等烈度线呈北西向的椭圆形 ,极震区长 轴约为北 60?西方向 ,与地表展布的北西向松平沟断裂走向基本一致 ; 且在极震区产生了众 多不同类型的地震地裂缝 ,如蚕陵山基岩中的“X”型地裂缝中 ,北西向一组较为发育 。上述 资料均表明 ,1933 年叠溪 715 级地震的发生与松平沟断裂密切相关 。 据中震和强震震源机 制解 、小震综合断层面解 、地壳形变测量资料 、地应力测量 、历史考 古及其它地质文献资料以及地震地裂缝等资料的综合分析 ,1933 年叠溪 715 级地震所在的“川青块体”地区的主压应力轴的优势方位为南东东 - 近东西向 。在此近东西向的压应力作 ( ) 用下 ,北西向的松平沟断裂易产生左旋 反扭的剪切滑动 ,从而发生地震 。而长约 1km 的 东西向蚕陵山张性地震断层正是这种应力作用下的产物 。宏观震害调查中 ,太平片石城墙 上见有一组北 75?西方向的张裂 ,宽 013,015m ,并呈现错距达 0125m 的反时针扭动 。又如 ? 成都理工学院工程地质研究所 ,1999 ,岷江大小海子叠溪较场滑坡稳定性及其对工程影响的评价。? 四川省水利水电勘测设计研究院 ,1999 ,天龙湖电站工程地质勘察报告。 在马拉墩的较场坝寺庙 ,第二 、三层的圆木柱可见两个不同方向的错位现象 。正殿的木柱沿 北 70?西方向反扭错动 ,东西两侧的柱子向南 20?西方向顺扭错动 ,其中以前者错动占优势 。 图 6 四川弧形构造与强震发震模式示意图 () ( ) a川滇菱形块体内的弧形构造与强震发震模式图 ; b川青块体内的弧形构造与强震发震模式图 Fig16 The sketch map of the relation between strong earthquake and arc tectonics in Sichuan Province 11 沉积岩 ;21 岩浆岩 ;31 区域构造应力场方向 ;41 断裂错动方向 ;51 地震震源 图 7 盐源 、辣子弧形构造与强震震中分布图 Fig17 Distribution of the epicenter of strong earthquake and the Yanyuan and Lazi arc tectonics 11 盐源弧形构造成分 ;21 辣子弧形构造成分 ;31 挤压带 ;41 背斜轴 ;51 向斜轴 ;61 新生代盆地 ;71 地震震中 191 2 期黄祖智等 : 四川较场弧形构造与 1933 年叠溪地震发震构造的再讨论 综上认为 ,将较场弧形构造西翼的松平沟断裂作为 1933 年叠溪 715 级地震的发震构造 更为合适 。 值得指出的是 ,四川境内还存在众多类似较场这类弧顶朝南的弧形构造 ,如川滇菱形块 体内的盐源弧形构造 、辣子弧形构造和木里弧形构造 ;川青块体内除较场弧形构造外的小金 弧形构造和金汤弧形构造等 。川滇菱形块体内的弧形构造和川青块体内的弧形构造由于分 别受到区域北北西 - 南南东和区域北西西 - 南东东向的压应力作用 ,因而在弧形构造的西 () () 翼断裂上易分别产生右旋 顺扭和左旋 反扭的剪切滑动 ,当断裂右旋或左旋剪切滑动在 弧顶处受阻或产生阻抗 ,便形成应力集中 ,当应力积累超过了断层闭锁区的抗剪强度或克服 了断层摩擦力时 ,就冲破阻碍体产生快速错动 ,发生地震 。所以在弧形构造的西翼及弧顶部 () 位便常有强震发生 图 6。如 1976 年盐源下甲米 617 级地震和盐源辣子乡 614 级地震均发 生在辣子弧形构造的西翼 ;1467 年盐源 615 级地震和 1478 年盐源 6 级地震是发生在盐源弧 () 形构造西翼靠弧顶部位 图 7。1713 年和 1933 年发生在较场弧形构造弧顶及其西翼的叠 溪 710 级和 715 级地震 ;1941 年发生在较场弧形构造西翼的黑水 610 级地震 ;1989 年发生在 小金弧形构造西翼的 616 级地震 ;1941 年发生在金汤弧形构造西翼的康定金汤 6 级地震等 () 图 8。这对四川地区潜在震源区或地震危险区的划分及其地震预报和工程地震安全性评 价具有重要的现实意义 。 较场 、小金 、金汤弧形构造与强震震中分布的关系 图 8 Fig18 The relation between the distribution of the epicenter of strong earthquake and the Jiaochang , Xiaojin and Jintang arc tectonics 参考文献 () 常隆庆 ,1938 ,四川叠溪地震调查记 ,地质论评 , ?3,1,4 。() 邓起东、陈社发、赵小麟 ,1994 ,龙门山及其邻区的构造和地震活动及动力学 ,地震地质 ,16 4,390,396 。 黄祖智、唐 荣昌 ,1993 ,四川潜在震源区划分中的地震构造标志研究 ,中国地震区划文集 ,85,94 ,北京 :地震出版社。 黄祖智、 () 唐荣昌 ,1995 ,四川地区强震与发震构造几何结构特征关系的探讨 ,中国地震 ,11 2,133,138 。 李、张继忠、李祥根 ,1979 ,一九三三年四川叠溪地震宏观调查与发震构造的几点新认识 ,川滇强震区地震地质调查汇 编 ,70,76 ,北京 :地震出版社。() 钱 洪、周荣军、马声浩等 ,1999 ,关于 1933 年叠溪 715 级地震若干问题的讨论 ,四川地震 , 3,11,17 。 四川省地震局 ,1983 ,一九三三年叠溪地震 ,39,42 ,成都 :四川科学技术出版社。 唐荣昌、韩渭宾主编 ,1993 ,四川活动断裂与地震 ,323,324 ,北京 :地震出版社。 Re2discussion of the Seismogenic Structure of the Diexi Large Earth2 qua ke in 1933 and the Arc Tectonics on Jiaochang , Sichuan Province Huang Zuzhi Tang Rongchang Liu S hengli ( )Seismological Bureau of Sichuan Province , Chengdu 610041 , China Abstract The arc tectonics on J iaochang is one of those in Sichuan Province . The features of the J iaochang arc tectonics and the Quaternary activity of Songpinggou fault which exists on the western wing of the arc have been demonstrated further . And the Songpinggou fault is finally considered a Ho2 locence one . It is the arc tectonic that had ever caused the Diexi earthquake with magnitude 715 in 1933 at the place where is on the western wing and near the top of the arc . About the seismogenic structure of the Diexi earthquake in 1933 , there have been many opinions. The authors considered the seismogenic structure of the Diexi earthquake in 1933 is the Songpinggou fault , which is on the western wing of the J iaochang arc tectonics , based on the further researches on the isoseismal formation , the distribution of the disaster caused by the earthquake , the sinistral offsets of the buildings along the Songpinggou fault and many ground ruptures striking NW after the authors had reviewed the seismologi2 cal field several times in recent years. Key words : Jiaochang arc tectonics Diexi earthqua ke Songpinggou fa ult Seismogenic struc2 ture 作者简介 :黄祖智 ,男 ,1940 年生 ,研究员 ,1963 年毕业于成都地质学院勘探系 。主要从事地震地质 、工程地 震等方面的研究工作 。