鄭 龍,王文麗,馬紫娟(中國(guó)地震局,蘭州地震研究所,甘肅 蘭州 730000)
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宕昌縣地震活動(dòng)性分析與評(píng)價(jià)*
鄭龍,王文麗,馬紫娟
(中國(guó)地震局,蘭州地震研究所,甘肅蘭州730000)
摘要:以宕昌縣及其周邊150km范圍為研究對(duì)象,收集整理了研究區(qū)域內(nèi)地震地質(zhì)資料及地震活動(dòng)性資料,分析了該區(qū)域的地震構(gòu)造特征和地震活動(dòng)環(huán)境,表明該區(qū)域地震構(gòu)造環(huán)境較復(fù)雜,屬于斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)域,強(qiáng)震活動(dòng)自1880年來(lái)有三個(gè)活躍期,弱震自1970年來(lái)有兩個(gè)活躍期,在時(shí)間上與強(qiáng)震活動(dòng)的后兩個(gè)活躍期相對(duì)應(yīng),稍有滯后,弱震及強(qiáng)震活動(dòng)規(guī)律均顯示自1982年以來(lái)該區(qū)域處于地震活動(dòng)的活躍期,并將在未來(lái)的十幾年甚至幾十年時(shí)間內(nèi)呈持續(xù)活躍狀態(tài),正確認(rèn)識(shí)區(qū)域內(nèi)的地震活動(dòng)水平與特點(diǎn)對(duì)該區(qū)域防震減災(zāi)事業(yè)至關(guān)重要。
關(guān)鍵詞:宕昌縣;地震構(gòu)造;地震活動(dòng)性;活躍期
宕昌縣位于甘肅省隴南市西北部,白龍江中游岷江之濱,東連禮縣,南接武都區(qū),西與舟曲、迭部?jī)煽h接壤,北與岷縣毗鄰。土地總面積3.33km2,轄6 鎮(zhèn)19鄉(xiāng),人口,29.3萬(wàn),村莊主要沿江河谷地呈帶狀零星分布[1]。該縣屬青藏高原邊緣和西秦嶺、岷山兩大山系支脈的交錯(cuò)地帶,加之受岷江、白龍江等河流的長(zhǎng)期沖刷、切割,境內(nèi)山戀起伏,溝壑縱橫,地形地貌異常復(fù)雜,山岳特征顯著。地勢(shì)由西北向東南傾斜,地形由山地、丘陵、河谷三大單元構(gòu)成,南部多深山峽谷,北部多黃土梁峁。該地區(qū)地震構(gòu)造復(fù)雜,區(qū)域北部發(fā)育有區(qū)域性大斷裂西秦嶺斷裂,臨潭-宕昌斷裂帶與禮縣-羅家堡斷裂交匯于區(qū)域內(nèi)部,光蓋山-迭山斷裂帶在區(qū)域南部穿過(guò),該斷裂與兩當(dāng)-江洛鎮(zhèn)斷裂,迭部-白龍江斷裂帶與康縣-略陽(yáng)斷裂帶、塔藏?cái)嗔褞c哈南-青山灣-稻畦子斷裂帶組成3組V字型構(gòu)造體系。一般來(lái)講,位于斷裂的集中位置,該地區(qū)的地震活動(dòng)比較頻繁,而且往往有強(qiáng)震發(fā)生。研究區(qū)域位于龍門山地震帶內(nèi),龍門山地震帶歷史上曾多次發(fā)生破壞性大地震,近年來(lái),該帶的地震活動(dòng)又進(jìn)入了一個(gè)新的活躍期。
該區(qū)是中強(qiáng)震多發(fā)區(qū),歷史和現(xiàn)今中強(qiáng)地震時(shí)有發(fā)生,筆者統(tǒng)計(jì)得出宕昌縣以及區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)生7級(jí)以上地震次數(shù)為9次,其中8級(jí)強(qiáng)震2次。宕昌縣及鄰近150km的區(qū)域范圍內(nèi)(據(jù)GB17741-2005,5.1.1震害資料和工程經(jīng)驗(yàn)表明,場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性主要來(lái)自于150km范圍內(nèi)的地震影響)。自有資料記錄以來(lái)共記錄到大于4.7級(jí)地震121次,其中從2000年以來(lái)這14年的時(shí)間了更是發(fā)生了20 次4.7級(jí)以上地震,是甘肅省全省中強(qiáng)震高發(fā)地區(qū),該地區(qū)也是中國(guó)地震局確定的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)防御區(qū)之一[2]。其次,民眾長(zhǎng)期對(duì)滑坡、崩塌、泥石流等次生災(zāi)害的認(rèn)知程度低,肆意削坡修路、隨意擾動(dòng)邊坡,降低了邊坡的穩(wěn)定性,增大了滑坡、崩塌、泥石流等次生災(zāi)害發(fā)生的可能性,因此是本省地震及其次生災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)。
宕昌縣地處我國(guó)地震活動(dòng)最為活躍的龍門山地震帶內(nèi),中長(zhǎng)期面臨地震危險(xiǎn),本文對(duì)該區(qū)域范圍內(nèi)的地震構(gòu)造環(huán)境與地震活動(dòng)性進(jìn)行總結(jié)分析及評(píng)價(jià),為防震減災(zāi)、減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失等提供參考依據(jù),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖
從圖1中可以看到,宕昌縣區(qū)域150km范圍內(nèi)大致有13條區(qū)域性大斷裂(見(jiàn)表1),下面簡(jiǎn)述幾條重要斷裂。
表1 區(qū)域主要活動(dòng)斷裂特征一覽表
1.1區(qū)域北部主要斷裂帶
北部主要有六盤山東麓斷裂(F1)、西秦嶺北緣斷裂帶(F2)。
1.1.1六盤山東麓斷裂帶(F1)
該斷層北自海子峽與海原活斷層相連,南至涇河源、馬家新莊與隴縣—寶雞活斷層斜接。斷層走向由北西20°轉(zhuǎn)為近南北向,呈波狀延伸長(zhǎng)約215km。該斷層至少形成于第三紀(jì)末期,表現(xiàn)為下白堊統(tǒng)逆沖于上第三系之上,并伴有右旋剪切運(yùn)動(dòng)分量。中更新世初期以來(lái),由于北端海原斷裂和南端隴寶斷裂產(chǎn)生了大規(guī)模左旋走滑運(yùn)動(dòng)。作為鄂爾多斯與青藏高原東北部塊體的結(jié)合帶,并作為左旋右階擠壓隆起巖橋區(qū),六盤山東麓斷裂帶表現(xiàn)了強(qiáng)烈的擠壓性質(zhì)。
根據(jù)斷裂走向、活動(dòng)時(shí)代及活動(dòng)性質(zhì)的變化,可把該斷裂帶分為北、中、南3段。北段以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主,中、南段以傾向逆沖運(yùn)動(dòng)為特征。斷裂構(gòu)造帶的最新活動(dòng)一直延續(xù)至全新世,但活動(dòng)的時(shí)代有北邊新南邊老的特點(diǎn),活動(dòng)時(shí)代北新南老,水平位錯(cuò)北強(qiáng)南弱。北段可見(jiàn)切錯(cuò)全新世地層的斷層和褶皺,南段斷層僅斷錯(cuò)T4級(jí)階地堆積物,T2,T3級(jí)階地面上未有任何斷錯(cuò)變形跡象[3]?,F(xiàn)代弱震及中強(qiáng)震頻繁發(fā)生于涇源以北區(qū)段。歷史上曾發(fā)生過(guò)多次6.5級(jí)地震。
1.1.2西秦嶺北緣斷裂帶(F2)
該斷裂東自寶雞,向西經(jīng)過(guò)天水、漳縣,直達(dá)太子山以西同仁附近,全長(zhǎng)約440km,斷裂早期以壓性活動(dòng)為主,中更新世以來(lái)為左旋走滑兼逆沖性質(zhì)。大致可分天水段、武山段、漳縣段和鍋麻灘段等4條斷層段,其地質(zhì)地貌特征和新活動(dòng)性等有一定差異,現(xiàn)分述如下。
1)天水段:東起寶雞西至溫家套,至少由三條斷層組成,走向北西70°,延伸150km。斷面北傾,傾角60°~70°。該斷層現(xiàn)代活動(dòng)水平中等,弱震主要發(fā)生在社棠以西區(qū)段。歷史記載734年曾發(fā)生7級(jí)地震,1885年6級(jí),1868年及1933年先后發(fā)生過(guò)43/4級(jí)地震。
2)武山段:東起溫家套,西至鴛鴦鎮(zhèn),呈北西70°~75°,多向北傾,傾角65°~80°,全長(zhǎng)75km。斷裂切割上更新統(tǒng)地層。現(xiàn)代弱震密集分布在甘谷至鴛鴦鎮(zhèn)西。歷史記載該段斷層曾發(fā)生過(guò)多次中強(qiáng)地震,如128年甘谷63/4級(jí)地震,143年甘谷7.0級(jí)地震等。
3)漳縣段:東起盤古川,西至海甸峽常家南,走向北西80°,延伸長(zhǎng)100km,多北東傾,傾角大于60°。據(jù)李傳友對(duì)黃香溝段階地位錯(cuò)的研究得到全新世以來(lái)平均走滑速率為2.94±0.15mm/a,對(duì)斷塞塘的探槽開(kāi)挖結(jié)果,發(fā)現(xiàn)多期全新世的斷塞塘淤泥沉積韻律,代表多次古地震事件。綜合多個(gè)探槽結(jié)果發(fā)現(xiàn)了6次地震事件,從老到新分別為:13480±240a B.P.、9890±220aB.P.、7020±93aB.P.、5148±62aB.P.、3028±94aB.P.和1163±44aB.P.(公元143年),其平均復(fù)發(fā)間隔為2463±37a[4]。
4)鍋麻灘段:東起常家南,西至同仁附近,走向北西55°~60°,延伸長(zhǎng)約200km。常家南至鍋麻灘,有70km斷層段在全新世早、中期有活動(dòng)。曾于1936年發(fā)生過(guò)康樂(lè)64/4級(jí)地震。研究區(qū)僅包括該斷層段。
1.2區(qū)域內(nèi)部的主要斷裂帶
1.2.1臨潭-宕昌斷裂帶(F3)
該斷裂為研究區(qū)內(nèi)一條規(guī)模較大的晚更新世-全新世有過(guò)活動(dòng)的斷裂帶,總體走向NWW-NW向,總長(zhǎng)約250km左右,研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)90km。由數(shù)條規(guī)模不等,相互平行或斜列的次級(jí)斷裂組合而成。斷裂早期以擠壓逆沖為主,晚更新世以來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰笮呋瑸橹鞯膲号ば?。其中北支斷?臨潭斷裂段)晚更新世以來(lái)無(wú)明顯活動(dòng)的證據(jù);南支斷裂全新世以來(lái)活動(dòng)明顯,其水平滑動(dòng)速率為2.0~2.5mm/a,垂直滑動(dòng)速率為0.18mm/a。該斷裂在歷史上西中段曾發(fā)生過(guò)1837年臨潭東6級(jí)地震,1573年岷縣63/4級(jí)地震,2013年7月22日岷縣-漳縣6.6級(jí)地震。
1.2.2光蓋山-迭山斷裂帶(F5)
光蓋山-迭山斷裂西起光蓋山,向東沿迭山北緣大致S70°E方向延伸,最東端可到達(dá)武都以北的大懸里一帶,長(zhǎng)度達(dá)250km,由三條近于平行的次級(jí)斷裂所組成。分別是光蓋山—迭山北緣斷裂、坪定-化馬斷裂、舟曲斷裂三條次級(jí)斷裂,這三條主要斷裂近于平行分布,形成寬約5~12km的斷層帶。但從大地貌特征及周邊其他斷層的特征綜合分析認(rèn)為,該斷裂段局部可能晚更新世甚至全新世有過(guò)活動(dòng),但主體晚更新世以來(lái)活動(dòng)較弱[5]。
1.3區(qū)域南部主要斷裂帶
區(qū)域南部斷裂帶主要由迭部-白龍江斷裂帶(F6)、兩當(dāng)—江洛鎮(zhèn)斷裂(F7)、哈南-青山灣-稻畦子斷裂帶(F10)
1.3.1迭部-白龍江斷裂帶(F6)
迭部-白龍江斷裂由近于平行的南、北兩條斷裂組成,分別長(zhǎng)約250km。斷裂總體走向N70°W,傾向SW或NE,傾角40°~70°,斷層性質(zhì)為逆斷或正斷,并微具左旋。北支中段段錯(cuò)水系和山脊,并在長(zhǎng)壩斷錯(cuò)白龍江二級(jí)階地,活動(dòng)年代為晚更新世;南支斷裂全新世晚期曾發(fā)生過(guò)構(gòu)造活動(dòng)。
1.3.2兩當(dāng)-江洛鎮(zhèn)斷裂(F7)
該斷裂帶包括成縣盆地南、北緣2條斷裂帶。北緣斷裂帶全長(zhǎng)200km。是控制微成盆地發(fā)育的北部邊緣斷裂帶,帶寬約3km,斷裂傾向南,傾角50°~70°,西段以逆沖為主,向北東逐漸轉(zhuǎn)換為逆沖為主兼具左旋走滑特征。斷裂具有明顯的分段活動(dòng)性,榆樹(shù)鄉(xiāng)以西為全新世活動(dòng)斷裂段,榆樹(shù)鄉(xiāng)以東為早第四紀(jì)活動(dòng)斷裂段。
南緣斷裂走向由西向東從北東向轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼥|西向,主要表現(xiàn)為斷面傾向南的逆斷層,全長(zhǎng)約130km,由一系列北東—近東西向的次級(jí)斷裂組成。根據(jù)中國(guó)地震局汶川地震科學(xué)考察隊(duì)(2009)在汶川8級(jí)地震之后開(kāi)展的地震科學(xué)考察研究結(jié)果,認(rèn)為該斷裂局部地段晚更新世有一定的活動(dòng)跡象,在地貌上形成較清晰的斷層陡崖。但是一直未發(fā)現(xiàn)可靠地質(zhì)剖面。綜合考慮,該斷裂可能屬于中更新世—全新世斷裂。
1.3.3哈南-青山灣-稻畦子斷裂帶(F10)
該斷裂帶西起四川南坪境內(nèi),向東經(jīng)哈南、戈家壩、青山灣、梨坪、稻畦子以東至毛坡里一帶,長(zhǎng)約95㎞??傮w呈北東東向展布,傾向南西或北東,傾角70°.由兩條近于平行的傾滑型斷層和其間的狹長(zhǎng)斜列式盆地組成,帶寬3~5km,東段較寬約10km。沿?cái)嗔丫€性清晰,色調(diào)分明,斷層槽地、鞍形地貌發(fā)育,局部地段斷裂通過(guò)處山脊似刀切一般,兩側(cè)地形高差達(dá)200~300m,斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為正斷兼左旋走滑。
該斷裂幾何形態(tài)復(fù)雜,并具多期活動(dòng)的特點(diǎn)。在空間上各條斷裂活動(dòng)性又具明顯的分段性。
1)哈南-青山灣段:為傾向北東的高角度逆傾滑性質(zhì),破碎帶寬20~80m,最寬達(dá)300m。切割晚更新世坡積物。
2)青山灣-稻畦子段:與哈南-戈家壩段間為基巖隆起所分割,長(zhǎng)38㎞。在青山灣可見(jiàn)該斷裂破碎帶與晚更新世黃土呈斷層接觸,而黃土層中的新斷面具有階梯狀斷錯(cuò),并錯(cuò)斷低級(jí)階地和礫石層,為1879年8級(jí)地震極震區(qū)。
3)稻畦子-毛坡里段:長(zhǎng)33km,此段進(jìn)入高山區(qū),由于被農(nóng)田建設(shè)改造,斷裂面貌全非,但線性構(gòu)造特征和地貌標(biāo)志仍較清晰。斷層全新世以來(lái)左旋滑動(dòng)速率為2~2.5mm/a,沿?cái)嗔褞гl(fā)生過(guò)1879年8級(jí)地震。
有記錄以來(lái)研究區(qū)(150km范圍)內(nèi),公元前193年~2014年12月,共發(fā)生4.7級(jí)以上地震121次,其中4.7~4.9級(jí)地震21次,5.0~5.9級(jí)地震64次,6.0~6.9級(jí)地震27次,7.0~7.9級(jí)地震7次,8.0~8.9級(jí)地震2次。從空間分布看(如圖2所示),中強(qiáng)震主要分布于臨洮-天水一線、岷縣漳縣地區(qū)、南部的武都-文縣以及松潘-平武一帶[6-12]。
從圖3中強(qiáng)震頻度圖可以看出:該區(qū)域自1880年以來(lái)震級(jí)大于等于4.7級(jí)地震資料基本完整,其經(jīng)歷了兩個(gè)平靜期與三個(gè)活躍期,其中1920-1928年、1968-1980年為兩個(gè)平靜期;1884-1918年、1930-1968年、1982至今這三個(gè)時(shí)期為地震活動(dòng)的活躍期,按照?qǐng)D中趨勢(shì)來(lái)判斷,其中第三個(gè)活躍期至今仍未結(jié)束。由此分析得出宕昌區(qū)域范圍內(nèi)在未來(lái)一段時(shí)間仍將處于地震活動(dòng)的活躍期。1880年以后,該區(qū)域中強(qiáng)地震的平靜時(shí)段似乎出現(xiàn)有節(jié)律的縮短,而活躍時(shí)段節(jié)律變長(zhǎng)的趨勢(shì),第一和第二個(gè)活躍期分別經(jīng)歷了34年與38年,而第三個(gè)活躍期從1982年至今經(jīng)歷了33年,應(yīng)該處于此次活躍期中的消亡階段,在未來(lái)十幾年或更長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)中強(qiáng)震發(fā)生的可能性不會(huì)降低。
圖2 區(qū)域中強(qiáng)震震中分布圖
圖3 區(qū)域中強(qiáng)震頻度分布圖
除歷史中強(qiáng)震外,儀器記錄的地震資料時(shí)間較短,始于1970年。根據(jù)焦遠(yuǎn)碧、吳開(kāi)統(tǒng)等(1990)的研究結(jié)果和甘肅省地震局2005年編著的甘肅省地震監(jiān)測(cè)志,1989年以來(lái)本工作區(qū)域基本處于區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)ML≥3.0級(jí)地震的有效監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)?!熬盼濉睌?shù)字化改造建設(shè)后現(xiàn)代地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)本工作區(qū)域范圍內(nèi)地震臺(tái)網(wǎng)控制為ML≥2.0級(jí),不會(huì)漏記3.0級(jí)以上地震。因此,本區(qū)域范圍內(nèi)1970年以來(lái)3級(jí)以上地震記錄是可靠的滿足了研究區(qū)地震活動(dòng)性研究的精度要求,為我們研究區(qū)域地震活動(dòng)性提供了基本完備的地震資料。1970年1月1日至2014年12月研究區(qū)內(nèi)共紀(jì)錄到ML3.0~ML4.6級(jí)地震2689次,其不同檔次地震的頻數(shù)依次為:ML3.0~ML3.9級(jí)地震2379次,ML4.0~ML4.6級(jí)地震310次(如圖4所示)。(弱震資料取自中國(guó)地震局分析預(yù)報(bào)中心地震數(shù)據(jù)庫(kù)中全國(guó)小震目錄,時(shí)間從1970年1月1日至2003年12月,中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所(原中國(guó)地震局分析預(yù)報(bào)中心)地震數(shù)據(jù)庫(kù)2004年1月至2014年12月。)
圖4 區(qū)域弱震震中分布圖
從區(qū)域的小震活動(dòng)規(guī)律來(lái)看:小震在空間區(qū)域上較為發(fā)散,但也有其規(guī)律性,首先區(qū)域南部的中小地震活動(dòng)比西、北面強(qiáng)烈。其中尤以中部迭部-宕昌-禮縣一帶與松潘-青川一帶最為活躍;圖4可以看出中東部及中東部偏北中小地震活動(dòng)較弱,西中小地震活動(dòng)也相對(duì)較弱;區(qū)域北部岷縣-臨洮一帶、東部甘谷-西和一帶、中部偏南武都-文縣一帶和西部迭部西部中小地震活動(dòng)較為活躍。
圖5 區(qū)域弱震頻度分布圖
從時(shí)間尺度分析弱震的區(qū)域活動(dòng)特征:從圖5可以看出兩個(gè)頻率明顯較高的時(shí)段即1973-1977年及2005年-至今,這也與強(qiáng)震的第二和第三個(gè)活躍期基本相對(duì)應(yīng),弱震的活躍期相比中強(qiáng)震活躍期稍有滯后。
本文基于宕昌區(qū)域范圍內(nèi)地震構(gòu)造及活動(dòng)性資料,分析了該區(qū)域的地震活動(dòng)水平和特征,研究區(qū)內(nèi)地震構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜,新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,共有活動(dòng)斷裂12條,其中全新世斷裂4條,晚更新世-全新世斷裂5條,中更新世-全新世斷裂3條。
研究區(qū)內(nèi)共紀(jì)錄到4.7級(jí)以上地震121次,其地震分布具有明顯的不均勻性,強(qiáng)震主要分布在臨洮-天水一帶、岷縣漳縣地區(qū)、南部的武都-文縣一帶以及松潘-平武一帶,而西部、西南部地區(qū)則相對(duì)較少;1970年1月1日~2014年12月研究區(qū)內(nèi)共紀(jì)錄到ML3.0~ML4.6級(jí)地震2689次,弱震空間分布的叢集性更加明顯,歷史強(qiáng)震發(fā)生的地段往往是中、小地震密集成叢發(fā)生的地區(qū)。區(qū)域南部及中部及南部小震活動(dòng)明顯強(qiáng)于其他區(qū)域,區(qū)域西南部及東部地震活動(dòng)較弱。
從時(shí)間尺度上來(lái)看該區(qū)域強(qiáng)震活動(dòng)經(jīng)歷了三個(gè)平靜期及三個(gè)活躍期;弱震從1970年統(tǒng)計(jì)起也經(jīng)歷了兩個(gè)活躍期,與強(qiáng)震活動(dòng)的第二、三個(gè)地震活躍期稍有滯后。從時(shí)間發(fā)生規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)1982年始該區(qū)域進(jìn)入地震活動(dòng)的活躍期,至今仍未結(jié)束,因此充分了解該區(qū)域的地震活動(dòng)水平與特點(diǎn)對(duì)該區(qū)域的防震減災(zāi)事業(yè)至關(guān)重要。
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*基金項(xiàng)目:中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(課題號(hào)20151ESLE03)。
中圖分類號(hào):P65