龍門山斷裂南段天全段的新活動特征與1327年天全地震的關系

梁明劍　陳立春　冉勇康*　王　虎　李東雨

1)中國地震局地質研究所，北京　100029 2)四川省地震局，成都　610041

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龍門山斷裂南段天全段的新活動特征與1327年天全地震的關系

梁明劍1，2)陳立春1)冉勇康1)*王虎1)李東雨1)

1)中國地震局地質研究所，北京100029 2)四川省地震局，成都610041

1327年天全地震歷史地震龍門山斷裂帶南段發(fā)震構造雙石-大川斷裂

0　引言

巴顏喀拉地塊為青藏斷塊內部1個構造和地震活動強烈的次級塊體，近20a來沿其邊界斷裂發(fā)生了一系列大地震，構成了中國大陸地震主體活動區(qū)(鄧起東等，2010；M7專項工作組，2012)。巴顏喀拉塊體向SEE方向運動與相對較為穩(wěn)定的華南地塊碰撞，形成了龍門山構造帶，該構造帶為典型的逆沖推覆構造，具有前展式發(fā)育的特征(陶曉風，1995；李勇等，2006；Burchfieletal.，2008)。在短短的5a里，龍門山斷裂帶中段和南段相繼發(fā)生了2008年汶川8.0級和2013年蘆山7.0級2次強烈地震，龍門山斷裂帶南段的地震危險性受到了國內外學者的高度關注。汶川地震之后，龍門山斷裂帶南段的應力增強，增加了其地震危險程度(Parsonetal.，2008；易桂喜等，2013)。 Wang等(2009)通過分析松潘-甘孜地塊地震矩累積和虧損的平衡關系，認為震后未來50a龍門山斷裂帶南段存在發(fā)生MW7.7地震的可能性。2013年蘆山7.0級地震震級遠低于預期的強度，地表也未發(fā)現(xiàn)真正構造意義上的地震地表破裂，屬于盲逆沖型地震(徐錫偉等，2013)。陳立春等(2013)通過地震地質調查和古地震研究發(fā)現(xiàn)，龍門山斷裂帶南段僅在大川-雙石斷裂見有全新世活動的證據，探槽揭露1次古地震事件的垂直位錯量也只有0.3m左右，認為南段次級斷裂的復雜性導致其單條斷裂的地表活動強度明顯弱于中段。Wang H等(2014)通過古地震研究，并整合了Densmore等(2007)和陳立春等(2013)的成果，認為近2,800a以來大川-雙石斷裂存在2～3次震級相當?shù)墓诺卣鹗录?，而且均沒有形成整條斷裂貫通式的地表破裂。

圖1　研究區(qū)及其鄰區(qū)斷裂分布圖Fig. 1　The distribution of the faults in the study area and its adjacent regions.F1雙石-大川斷裂；F2鹽井-五龍斷裂；F3耿達-隴東斷裂；F4大邑斷裂；F5蒲江-新津斷裂；F6鮮水河斷裂

1　雙石-大川斷裂(天全段)全新世活動證據

龍門山斷裂帶大致分為北、中、南3段，其性質以擠壓逆沖為主兼具右旋走滑特征，該斷裂中段發(fā)生了2008年汶川8.0級地震，斷裂南段包括耿達-隴東斷裂(后山斷裂)、鹽井-五龍斷裂(中央斷裂)、雙石-大川斷裂(前山斷裂)和大邑斷裂等次級斷裂。其中，只有在鹽井-五龍斷裂和雙石-大川斷裂發(fā)現(xiàn)了晚第四紀活動的證據，在耿達-隴東斷裂未見晚第四紀新活動的地質地貌證據。鹽井-五龍斷裂于五龍附近見斷層斷錯了晚更新世早期形成的沖洪積物(楊曉平等，1999)，且T3階地前緣滑坡非常發(fā)育，呈線性分布，可能斷裂在T3階地形成后有過活動(陳立春等，2013)；大邑斷裂為隱伏斷裂，主要發(fā)育于白堊紀地層內，可能存在活動褶皺變形(楊曉平等，1999；董紹鵬等，2008；陳立春等，2013)。雙石-大川斷裂作為蘆山7.0級地震的發(fā)震斷裂之一，具有全新世活動性(陳立春等，2013)，而且延伸到天全西南一帶，這也是1327年地震疑似震中區(qū)。因此，這一段斷裂的新活動證據是本文討論的重點。

圖2　雙石-大川斷裂天全一帶展布圖(底圖為Google Earth影像)Fig. 2　The sketch showing the distribution of Shuangshi-Dachuan Fault in Tianquan County(The base map is from Google Earth).a 小河鄉(xiāng)關家村一帶斷層槽谷地貌；b 小河鄉(xiāng)水泥礦場斷裂剖面，P為二疊紀玄武晶屑凝灰?guī)r，S為志留紀白云巖、頁巖

圖3　關家村一帶雙石-大川斷裂形跡及地貌解譯圖(底圖為google earth影像)Fig. 3　The sketch showing the features and the geomorphological interpretation of Shuangshi-Dachuan Fault near Guanjia Village(The base map is from Google Earth).

雙石-大川斷裂天全一帶在衛(wèi)星影像上主要表現(xiàn)為斷續(xù)分布的槽谷地貌(圖2)，以小河鄉(xiāng)關家村、武安村一帶的槽谷地貌比較發(fā)育。其中，關家村槽谷地貌延伸近1km(圖2a，3)，槽谷兩側出露基巖為三疊紀砂巖、夾薄層煤層，產狀存在明顯的變化；關家村附近小河子共發(fā)育3級河流階地(T1—T3)和漫灘(T0)，斷裂沿著槽谷向S延伸穿過小河子Ⅱ級階地(圖3)，由于受到后期耕作改造的影響，Ⅱ級階地面未見明顯的斷層新活動跡象。斷裂主要發(fā)育在三疊系內或者三疊紀與侏羅紀地層之間，在天全以西為三疊系與志留系的界線，小河鄉(xiāng)水泥礦區(qū)南側見志留紀白云巖、頁巖逆沖于二疊紀玄武晶屑凝灰?guī)r和三疊紀淺變質砂巖之上(圖2b)；斷裂產狀為300°∠83°，顯示出明顯的逆沖性質。礦區(qū)北側則見志留紀白云巖逆沖于三疊紀淺變質砂巖之上，破碎帶由斷層泥帶、碎粉巖等組成，斷層泥未膠結，寬約10cm，表明斷裂具有一定的新活動性。

在天全縣小河鄉(xiāng)武安村一帶，沿雙石-大川斷裂斷續(xù)分布了槽谷(圖2)以及滑坡群，表明斷裂帶新活動對這一帶地貌的塑造存在影響。公路邊出露的剖面顯示： 斷裂發(fā)育于三疊紀砂巖內，主斷面沿寬0.5～1m的黑色煤系地層發(fā)育，造成約10m寬的構造破碎帶(圖4a)，主斷裂帶內見寬約2cm的灰色斷層泥帶(圖4b)，斷層泥未膠結，也反映了斷裂存在晚第四紀新活動性。

圖4　小河鄉(xiāng)武安村一帶的雙石-大川斷裂剖面Fig. 4　The exposed fault section of Shuangshi-Dachuan Fault near Wuan Village，Xiaohe Town.a 雙石-大川斷層剖面；b 斷層帶局部，見灰白色斷層泥帶

圖5　武安村探槽南壁剖面及局部斷裂照片F(xiàn)ig. 5　The profile of the south wall of the trench excavated at Wuan Village and the local photograph of the fault.

武安村南斷裂通過的地方發(fā)育1個坡洪積臺地，地貌上呈向N張開的喇叭口狀(圖5a)，形成匯水區(qū)域，可能存在快速沉積的細粒物質?？缭撆_地開挖1個長探槽(102°42′46.7″E，30°5′15.6″N)，長約32m，寬3m，深2～2.5m，探槽南壁揭露的地層序列如下(圖5)：

①黑色腐殖砂土、亞黏土層，富含植物根系和少量角礫。

②塊石和碎石堆積，成分為灰?guī)r，塊石、碎石之間可見架空結構，為崩坡積堆積。

③褐色塊石、碎石堆積，充填物為砂土。

④斷層及其影響帶，由塊石、碎石和砂土組成，斷層面附近的石塊呈定向排列。

⑤深褐色砂礫石層，礫石磨圓差。

⑥褐黃色黏土層，底部為黏土，頂部為亞黏土，并含灰色亞砂土和細小的砂礫，沉積物粒度細，且搬運距離有限，由此推測為水動力較低的環(huán)境下沉積。

⑦灰褐色礫石層，上部為1個大塊石，兩側為灰褐色砂土，底部見磨圓度較好的礫石，見紅磚瓦，可能為廢棄的溝床。

⑧暗灰—褐色亞黏土—亞砂土層，含較多細小的角礫，無磨圓，并見1個較大的礫石，磨圓較好；該層與層⑥界線不明顯，僅表現(xiàn)為含暗灰色亞砂土，并含有較多炭屑，層底部14C樣品(TQ-4)的測年結果為Gal 460～295a BP。

⑨塊石、碎石層，成分為灰?guī)r，架空結構，后期滲水導致石塊表面產生融蝕作用，為崩坡積物堆積。

探槽南壁剖面揭露的斷層F明顯斷錯了層⑤和層⑥，使得砂塊石層逆沖于褐黃色黏土層之上，形成寬約3m的斷層帶，造成斷層附近的塊石定向排列，斷層帶被層①覆蓋。探槽北壁揭露的地層①、②、③、④、⑥與南壁的層①、②、③、④、⑥可對比；北壁層⑤為深褐色亞砂土層，含較多的碎塊石，覆蓋于層③、④、⑥之上。位于層④上方，受到斷層F的新活動影響，層⑤產生了明顯的撓曲變形，撓曲幅度約0.4m(圖6)。

圖6　武安村探槽北壁局部剖面及照片F(xiàn)ig. 6　The profile of the north wall of the trench excavated at Wuan Village and the local photograph of the fault.

雖然未能直接獲得探槽南壁層⑤、層⑥和北壁層⑤的可靠年代樣品，但是從南壁來看，層⑥為低能態(tài)環(huán)境的沉積，上部層⑧為暗灰至褐色的亞黏土—亞砂土層，且與層⑥的界線不明顯，可能因為環(huán)境的改變，流水對層⑥頂部沉積產生了擾動，帶來的物質與層⑥頂部混雜堆積形成層⑧，形成于層⑥沉積的末期或者接近層⑥沉積結束。從北壁來看，層⑤直接覆蓋于層⑥之上，形成于層⑥沉積結束之后。對比南、北壁的地層，2壁的層⑥為同一套地層，北壁層⑤和南壁層⑧形成于層⑥沉積的晚期或沉積結束之后；從它們與層⑥的接觸關系分析，北壁層⑤的沉積年齡應稍晚于或接近南壁層⑧的沉積年齡。由層⑧獲取的年代樣品測得其年齡為460～295a，且層⑤因斷裂新活動發(fā)生撓曲變形，表明斷裂在全新世末仍有過新活動。

2　1327年地震史料記載及震例對比

關于1327年地震(即泰定四年八月)，《元史·泰定帝紀》卷三○記載： “碉門地震，有聲如雷，晝晦。天全道山崩，飛石斃人。鳳翔、興元、成都、峽州、江陵同日地震”(許嘉璐，2004a)；《元史·五行志》卷五○也有基本一樣的記載(許嘉璐，2004b)。史料中的碉門，即元初置碉門宣撫司，位于今四川天全縣城西，鳳翔為今陜西鳳翔，興元為今陜西漢中市，成都為今四川成都市，峽州為今湖北宜昌市，江陵為今湖北江陵(國家地震局震害防御司，1995；孫成民等，2010)。由此，可以大致勾勒出1327年地震的有感范圍，向N—NE方向到達陜西漢中市和鳳翔，向東則到了湖北的宜昌市和江陵。若以四川天全為震中區(qū)，最遠的有感距離為920km左右(圖7)。

圖7　1327年地震、大邑6.2級地震和蘆山7.0級地震有感范圍示意圖Fig. 7　The schematic diagram showing the perceptible distances of the Tianquan earthquake in 1327，Dayi M6.2 earthquake in 1970 and Lushan M7 earthquake in 2013.

1327年地震的爭議主要集中在震中位置、發(fā)震構造與有感范圍之間的關系上，從而導致了對震級認識的分歧。首先對比一下1970年2月24日大邑6.2級地震的有感情況，其有感范圍 “北起理縣、汶川，南至瀘定、西昌，西至丹巴，東到成都、金堂等地，最遠有感距離200余千米”(四川地震資料匯編領導小組，1980)。雖然1327年地震向南沒有具體的記載，但從北邊和東邊的有感距離來看，遠大于大邑6.2級地震的有感距離。再與2013年蘆山7.0級地震對比，地震發(fā)生后，多地的報道顯示其有感范圍涉及到貴州省的貴陽、遵義、畢節(jié)、銅仁，甘肅省的隴南、天水，云南省的昆明、昭通，陜西省的安康、咸陽，湖北省的宜昌、恩施、荊州，湖南省的長沙(http: ∥hb.qq.com/a/20130420/000326.htm)。地震有感范圍往東到達了湖南長沙，有感范圍甚至>1,000km，而且湖北宜昌、荊州地區(qū)震感較強烈(http: ∥www.Xiangyang.net/Article/20134/Article_65979.html)。雖然現(xiàn)在的人口密度和建筑高度與元朝的存在差異，但從震感強烈程度和有感距離來看，1327年地震向東的有感距離與2013年蘆山7.0級地震大致相當。也就是說，即使在龍門山斷裂帶南段發(fā)生1次6.5～7級左右的地震，其有感范圍向東仍可到達湖北宜昌與江陵一帶，即向東的有感距離完全可能達到900km(圖7)。

1327年地震主要的震害為 “山崩”、“飛石斃人”、“晝晦”，對比2013年蘆山7.0級地震和1970年大邑6.2級地震，蘆山地震引發(fā)了大規(guī)模的崩塌、滑坡等地質災害(許沖等，2013)，大邑6.2級地震也形成長150m、寬40m、高10m多的山體滑坡(中國地震局震害防御司，1999)。由此可見，龍門山地區(qū)山勢陡峻，河谷切割深，地震極易誘發(fā)大規(guī)模的山體崩塌、滑坡，造成人員傷亡。碉門正好位于天全青衣江的出山口，那里河谷兩岸陡峻且狹窄，附近發(fā)育較多的古崩塌、古滑坡，而且泰定四年八月為1327年8—9月，正值天全地區(qū)的雨季，空氣濕度很大。如果碉門為1327年地震極震區(qū)的話，這種峽谷不但容易誘發(fā)規(guī)模大的崩塌、滑坡，而且由于空氣濕度大，峽谷不利于通風，崩塌滑坡產生的沙塵可能形成 “晝晦”的現(xiàn)象。

3　1327年地震的發(fā)震構造與震級

《元史》所記載的1327年地震遭受破壞或有震感的地方，并沒有提到天全西邊鮮水河斷裂沿線的康定、瀘定、石棉等地。天全距離康定直線距離僅有76km左右，為什么這些地方會沒有震感或者破壞的記載呢？可能存在以下原因： 1)1327年處于元朝時期，當時康定地處偏遠，沒有完備的地方建制和歷史記載，或者受到歷史事變的影響，未留下較詳細的記錄；2)1327年地震的發(fā)震地點可能不在鮮水河斷裂帶之上，而且震級較小。

綜上分析，泰定帝四年，即1327年，應該不存在足以影響重大信息上報中央政府的歷史事件發(fā)生。因此，如果1327年真在鮮水河斷裂康定以南發(fā)生1次7級以上的大地震，顯然魚通地區(qū)應該會有較詳細的地震破壞和人員傷亡的歷史記載；即使是震級偏小，也應該存在地震有感信息的記錄。由此推測，其震中位置應該不在這一地區(qū)的鮮水河斷裂帶上，而更有可能位于當時的碉門一帶，記載內容少除了歷史的原因之外，也反映了該次地震的震級有限。

而且，一些新的研究成果也支持龍門山斷裂帶南段的孕震條件不如中北段強的認識。Li等(2013)通過余震精定位和層析成像技術發(fā)現(xiàn)該空區(qū)地殼中存在地震波異常低速帶，表明孕震層物質可能比較軟弱，延展性良好，不利于應變能的積累和大地震的孕育。Liu等(2014)采用類似的地震矩累積與虧損平衡的方法，重新計算了汶川地震對蘆山震區(qū)斷裂應力變化的影響，認為其僅能產生M7左右的地震。從地質構造上來理解，龍門山斷裂帶具有前展式發(fā)育特征(陶曉風，1995；李勇等，2006；Burchfieletal.，2008)，并持續(xù)向SE方向擴展，使得龍門山南段地表地貌上顯現(xiàn)為由多條近于平行斷裂夾持的盆山相隔特征(梁明劍等，2013)，地下逐漸演變?yōu)橄蛏角芭璧匕l(fā)展的多層滑脫結構(Wangetal.，2013；Wang M，2014)，地表多條斷裂以及地下的多層滑脫結構的模式可能有效分解了龍門山南段應力、應變的積累。也有研究表明，龍門山構造帶南段向SE已經擴展到山前盆地內部，滑脫面位于蓋層內，埋藏深度變淺(Jiaetal.，2009；Wangetal.，2013)，而且山前盆地的蓋層里普遍存在膏鹽層，尤以龍門山南段山前盆地的厚度最大，達500～600m(李智武等，2009)。而該層往往構成了蓋層推覆構造的滑脫面，這樣的軟弱層存在，同樣不利于斷層帶長期的閉鎖和應變能的積累。在此構造條件之下，就不難理解為什么龍門山斷裂帶南段的孕震能力不如中、北段，地表表現(xiàn)為弱活動性質。

4　初步結論

(1)地震地質調查和古地震研究表明，龍門山斷裂帶南段雙石-大川斷裂具有全新世弱活動性，天全小河鄉(xiāng)武安村的探槽也揭示，該斷裂的天全段仍具有全新世新活動性；結合歷史資料的考證，1327年天全地震應該與雙石-大川斷裂的新活動有著密切的關系。

(3)龍門山構造帶南段向SE方向推覆發(fā)展的過程中，地表衍生多條近于平行展布的斷裂，地下為多層滑脫結構，這種構造樣式可能有效分解了構造帶積累的應力、應變；構造延伸至山前盆地內部，滑脫面主要沿著地層中的膏鹽層發(fā)育，構造埋藏深度變淺，而且這些軟弱層也利于斷層帶的閉鎖和應變能的積累。在此構造條件之下，龍門山斷裂帶南段的活動性與中北段存在明顯的差異，主要表現(xiàn)為弱活動性質。

致謝感謝審稿專家給本文提出的寶貴建議。

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THE DISCUSSION FOR THE NEW ACTIVITY OF THE TIANQUAN SEGMENT OF LONGMENSHAN FAULT ZONE AND ITS RELATIONSHIP TO THE 1327 TIANQUAN EARTHQUAKE，SICHUAN

LIANG Ming-jian1，2)CHEN Li-chun1)RAN Yong-kang1)WANG Hu1)LI Dong-yu1)

1)InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)EarthquakeAdministrationofSichuanProvince，Chengdu610041，China

the 1327 Tianquan earthquake，historical earthquake，the southern segment of the Longmen Shan fault zone，the seismogenic structure，Shuangshi-Dachuan Fault

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.004

2014-12-04收稿，2015-04-26改回。

國家自然科學基金(41472179，41372218)與中國地震局地震行業(yè)科研專項(201408014)共同資助。

冉勇康，男，研究員，E-mail： ykran@263.net。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0546-14

梁明劍，男，1979年生，2002年畢業(yè)于吉林大學地球科學學院，2008年在中國地震局蘭州地震研究所獲得碩士學位，現(xiàn)為博士研究生，研究方向為活動構造和地震危險性評價，電話： 028-85447105，E-mail: 23800794@qq.com。