塔爾灣—登登山—池家刺窩斷裂分段性及最大潛在地震分析＊

陳 濤 周本剛 閔 偉 楊福平 余剛群

1)浙江省地震局，杭州 310013

2)中國地震局地質研究所，北京 100029

引言

塔爾灣—登登山—池家刺窩斷裂是阿爾金斷裂東端發(fā)育的多條北西向斷裂中規(guī)模最大的一條（圖1），對于該斷裂，前人在活動時代、活動速率、古地震期次等方面做了大量的工作，如許洪泰等[1]、陳濤等[2]認為，塔爾灣斷裂為一條早—中更新世斷裂，由全新世風積砂組成的地貌陡坎不是斷裂活動形成的，而是外動力作用造成的。閔偉等[3]認為，登登山斷裂和池家刺窩斷裂均為全新世以來的活動斷裂，登登山斷裂晚更新世以來的垂直滑動速率約為0.04 mm/a；池家刺窩斷裂晚更新世以來的垂直滑動速率約為0.06 mm/a，二者的古地震重復間隔均為1.5×104a 左右。登登山和池家刺窩斷裂以低速率、古地震復發(fā)間隔很長（＞104a）的緩慢構造變形為特征。但對于該斷裂的分段特征及最大潛在地震的分析研究較少。

圖1 塔爾灣—池家刺窩斷裂及其附近地震構造圖（黑色方框內為目標斷裂）Fig.1 Seismic tectonic map of the nearby of Tarwan-Chijiaciwo fault （the target fracture is inside the black box）

本文基于前人對該斷裂已做過較為詳細研究的基礎上，并結合野外地質調查結果，利用前人研究的活動斷層分段原則，對該斷裂進行分段。并在分段的基礎上，采用震級與破裂長度、最大位移量之間關系的統(tǒng)計經驗公式，對每段斷裂的最大潛在地震進行估算，為該地區(qū)潛在震源區(qū)劃分，震害防御等工作提供基礎支撐。

1 活斷層分段的基本概念

活動斷層分段的研究起始于20 世紀80 年代，之后一直受到地震地質科學研究工作者的關注，這項研究已成為預測未來地震破裂位置、破裂尺度的一種基本手段。20 世紀90 年代以來，對活動斷層的分段標志、段落穩(wěn)定性、段落之間的相互作用以及活動段的地震危險性評價等方面的研究均都有了較大的進展。

斷裂分段的含義是指一條大的活動斷層往往可以分成若干個大的段落，每一段落都可以作為一個獨立的震源而發(fā)生地震破裂，并且每一段落發(fā)生的地震破裂不受相鄰段落的制約而有著自己獨特的活動歷史。丁國瑜[4]將分段定義為由于地質結構、應力狀況及環(huán)境條件的不同，斷層的活動往往呈現(xiàn)有明顯的分段現(xiàn)象。不同段落的活動特征各異。一條斷層的破裂活動是通過一個或多個獨立破裂段的組合而完成的，故可以簡單地說，段是斷層的破裂單元。斷層分段就是對斷層進行破裂單元的劃分。對一條活斷層的分段，包括了對斷層不同段落的方位、連續(xù)性及其活動特點的識別。所以，針對斷層分段開展?jié)撛诘卣鸱制诰哂泻芎玫睦碚撘罁?jù)。

2 斷裂分段及段落邊界

張培震等[5]通過對國內外典型的斷裂分段行為的研究和分析，綜合提出了多種分段方法。具體來講，確定活動斷層分段的主要方法有：①幾何學方法；②地貌學方法；③運動學方法；④地震活動性方法。根據(jù)前述的研究方法并結合塔爾灣—池家刺窩斷裂的特征，本文采用冉勇康等[6]在研究河北懷來—涿鹿盆地北緣活斷裂時的斷裂分段原則對該斷裂進行分段。

（1）強震發(fā)生序列的差異，即以古地震重復序列的不同作為分段的主要標志，具有獨立的古地震重復序列的區(qū)間劃分為一個段。

（2）斷層其他活動表征，如構造地貌的組合類型、斷層位錯速率、最近一次斷錯地表的時間等的差異，它作為上一個標志的補充與佐證，在古地震序列不太明朗的區(qū)間則以此原則為主。

（3）斷層的幾何形態(tài)、組構、介質等方面的差異，在未獲得前兩條標志之前它可作為分段的參考標志。

（4）上述3 方面差異的突變點或質變點應為分段的邊界位置。段落的邊界通常為斷層起止、交匯點、間斷點、彎曲拐點、雁列階區(qū)和橫向山咀等。

根據(jù)上述原則以及前人研究的成果，將塔爾灣—登登山—池家刺窩斷裂分為：西段、中段和東段。對于3 個段落之間的邊界位置和邊界結構特征做如下分析。

2.1 西段與中段的邊界

在西段與中段之間有一個向北東凸出的山咀將兩個段落分開（圖2）。山咀北西側為西段，該段為早中更新世斷裂，南東側為中段，該段為全新世活動斷層，且晚更新世以來經歷了3 次古地震事件。

在地貌上，西段地貌陡坎向南東延伸，逐漸消失，至山咀已無明顯陡坎顯示；中段斷層以醒目的地貌陡坎為特征，過玉花公路后，陡坎逐漸降低，至山咀附近，陡坎基本消失。

2.2 中段與東段的邊界

中段與東段之間存在一階區(qū)，階區(qū)間距約2 km（圖3）。僅從階區(qū)的規(guī)模來看，并不足以確定為斷裂的分段邊界。但以階區(qū)為界，階區(qū)兩側斷裂的幾何結構和古地震序列以及斷層活動跡象存在顯著差異。階區(qū)北西側的中段具有樞紐斷層的性質，而南東側的東段具有左旋逆沖的性質。該斷裂的整體分段結構見圖4。

圖3 中段與東段分段點影像Fig.3 Point image of mid-section and east-section

圖4 塔爾灣—登登山—池家刺窩斷裂分段結構示意圖Fig.4 Sketch map of segment structure of Tarwan-Dengdengshan-Chijiaciwo fault

3 最大潛在地震評估

利用活動斷裂段的長度與地震地表破裂參數(shù)來估算斷裂段的最大潛在地震的現(xiàn)行方法，鄧起東等[7]將東亞地區(qū)分為5 個區(qū)，分別為新疆構造區(qū)、青藏構造區(qū)、華北構造區(qū)、臺灣構造區(qū)和日本構造區(qū)，并且將各構造區(qū)內的主要活動斷裂及其特征，通過對這些逆斷層地表破裂參數(shù)與震級的關系，給出了震級與地表破裂長度和位錯量的二元回歸關系式：式中，M為最大潛在震級；L為地表破裂長度；D為最大斷錯位移。

本研究的斷裂為阿爾金斷裂東端一系列北西向斷裂中的重要的一條，屬青藏構造區(qū)，根據(jù)陳濤等[2]的研究結果，塔爾灣斷裂為早—中更新世斷裂，不判定為發(fā)震構造，根據(jù)閔偉等[3]的研究結果，中段（登登山斷裂）和東段（池家刺窩斷裂）均為全新世活動斷裂，且晚更新世以來經歷了多次古地震事件，因此，中段（登登山斷裂）和東段（池家刺窩斷裂均）為強震發(fā)震構造，該斷裂的分段特征及相關參數(shù)見表1。

表1 斷裂分段特征及相關參數(shù)Table 1 Fracture segmentation characteristics and related parameters

中段長約19 km，3 次古地震事件總的位移量為2.5—3.05 m，平均一次事件的位移量為0.5—1.2 m，因此，中段取地表破裂長度為19 km，地表最大斷錯位移為1.2 m。由式（1）計算得：M=6.64。

東段長約6.5 km，3 次古地震事件總的位移量為2.8—3.25 m，平均每次的位移量為0.75—1.5 m，因此，東段取地表破裂長度為6.5 km，地表最大斷錯位移為1.5 m。由式（1）計算得：M=6.27。

考慮到該斷裂處于阿爾金斷裂東段北緣，與阿爾金斷裂構造變形關系密切等因素，并結合上面的計算結果，中段的最大潛在地震定為7.0 級，而東段根據(jù)給出的公式計算得出的最大結果為6.3 級，但是該段活動時代、古地震期次、最大斷錯量與中段登登山斷裂基本一致，因此，該段的最大潛在地震同樣判定為7.0 級。

4 結論

（1）根據(jù)斷裂空間幾何展布、地質地貌特征并結合古地震研究的成果，將塔爾灣—登登山—池家刺窩斷裂分為西段、中段和東段3 段。西段塔爾灣斷裂沿塔爾灣村東南側展布，長約10 km，為早—中更新世斷裂；中段登登山斷裂沿登登山、黑尖山山前展布，全長約19 km，為全新世活動斷裂；東段池家刺窩斷裂沿照壁山山前展布，全長約6.5 km。其中，西段與中段的分段點為一突出的山咀，中段與東段的分段點為一長約2 km 的階區(qū)。

（2）根據(jù)地震地表破裂參數(shù)、活動段長度與地震的關系并考慮區(qū)域新構造背景，估計中段和東段的最大潛在地震均為7.0 級。