1936年甘肅康樂6+3/4級地震地表破裂帶調(diào)查
摘要:結(jié)合前人研究結(jié)果和野外考察,發(fā)現(xiàn)1936年甘肅康樂6 3/4級地震的地表破裂帶長14 km,走向NWW,主要由3小段(西段、中段和東段)呈有階排列而成。地表破裂主要有地震陡坎、地裂縫等。西段長3.7 km,有新鮮的崩塌堆積;中段長4.4 km,有大規(guī)模的基巖崩塌,同震左旋位移和垂直位移分別為2.5 m和0.6 m;東段長約6 km,同震水平位移和垂直位移分別為1.5 m和0.3 m。同震變形以左旋走滑為主,兼具逆沖分量,最大地表垂直位錯量(0.6 m)僅為水平位錯量(2.5 m)的1/4。1936年康樂地震時崩落的巖塊上零星生長著最大直徑僅20~30 mm的麗石黃衣,部分無地衣生長,此次地震由圍子山一大夏河斷裂向東擴張所致。
關(guān)鍵詞:地表破裂帶;1936年康樂6 3/4級地震;同震位移;基巖崩塌
中圖分類號:P315.2 文獻標識碼:A 文章編號:1000-0666(2023)02-0262-10
0 引言
1936年2月7日16時56分27秒,在甘肅省康樂縣西南一帶發(fā)生了6 3/4級地震,宏觀震中為(35.2°N,103.7°E),極震區(qū)烈度為Ⅸ度,震源深度為12 km(顧功敘,1983)。多家媒體和雜志對此次地震進行了報道(國家地震局蘭州地震研究所,1989),蘭州電:二月七日下午三時三十分突然發(fā)生大地震,震幅約二、三十寸,歷時一分鐘又三十秒,三時三十三分又復震動,歷時約五十秒。三時三十九分三次大震,較一次大震更覺強烈,歷時二分鐘。其后續(xù)有微震,全市人心恐怖。又本日地震方向系由西向東,震源在何處,尚不明t(1936年3月《科學》卷20第3期237頁;1936年2月8日《申報》、《新江蘇報》、云南《民國日報》、天津《大公報》)。民國二十五年二月七日下午三時三十分,蘭州、臨洮、臨夏、夏河拉卜楞、西寧、天水、靜寧、定西、隆德、平?jīng)龅忍,連續(xù)地震三次,共歷十余分鐘,震幅約二、三丈,由西北向東南。八日晨五時許至十時許,又微震二次(《中央日報》,1936年2月20日)。
1936年甘肅康樂6 3/4級地震由十分鐘內(nèi)的3次強震組成,并造成了較大的震害。由于多種原因,20世紀70年代才開始對此次地震開展科研T作。1975年國家地震局蘭州地震研究所首次對該地震進行研究,依據(jù)各地的震害情形繪制了此次地震的等震線,并推測極震區(qū)在鍋麻灘一帶,極震區(qū)烈度為Ⅸ度(國家地震局蘭州地震研究所,1989)。由于極震區(qū)位于高海拔地區(qū),交通條件極差,當時未能進入極震區(qū),無法了解到極震區(qū)的確切位置。
20世紀90年代初,國家地震局蘭州地震研究所對西秦嶺北緣斷裂進行1:50000活動斷裂地質(zhì)填圖,進入到了鍋麻灘地區(qū),發(fā)現(xiàn)了地表破裂帶長12.8 km,由兩段組成,呈有階排列。地表破裂現(xiàn)象主要有地裂縫,還有規(guī)模宏人的地震崩塌、地震滑坡等次生災害現(xiàn)象。通過基巖斷面上最新斷層擦痕的側(cè)伏角12°和35 cm的同震垂直位移,推斷此次地震的同震水平位移為1.61 m,并指出西秦嶺北緣斷裂西段的次級斷裂――圍子山一火夏河斷裂為此次地震的發(fā)震構(gòu)造。
國家地震局蘭州地震研究所大致確定了極震區(qū)的范圍,簡單描述了破裂帶的特征,但對于進一步認識此次地震活動和了解西秦嶺北緣斷裂西段最新運動學特征來說,還遠遠不夠。主要的不足在于:(1)未能找到能直接測量康樂地震同震變形的斷錯地貌,儀依據(jù)基巖斷面上的擦痕推測其同震變形量;(2)所得到的地表破裂分布總體是準確的,但最新衛(wèi)星影像顯示得到的地表破裂在細節(jié)上表現(xiàn)不足,無法準確描述地表破裂帶的幾何結(jié)構(gòu)和破裂長度。
針對上述不足,筆者在前人的基礎(chǔ)上,通過衛(wèi)星影像解譯和極震區(qū)的實地考察,以期獲得該地表破裂帶更準確的幾何結(jié)構(gòu)、破裂長度及同震變形特征,在這些變形特征的基礎(chǔ)上討論1936年甘肅康樂6 3/4級地震的發(fā)震構(gòu)造。
1 地震構(gòu)造背景分析
1936年康樂6 3/4地震宏觀震中位于西秦嶺北緣斷裂的最西段。西秦嶺北緣斷裂帶是青藏高原東北緣的一條主下活動斷裂(圖la),東起寶雞一天水一帶,向西經(jīng)甘谷、武山、漳縣至夏河一帶,由6段活動性強烈的次級斷裂呈左階排列而成,走向人致為NWW。其新活動性以左旋走滑為主,兼有傾滑分量(李傳友,2005;張波,2023a)。有史料記載以來,沿西秦嶺北緣斷裂中、東段發(fā)生了多次大震,如128年甘谷6 1/2級地震、143年甘谷西7 1/4級地震、734年天水7 1/2級地震、公元前47年隴西6 3/4級地震、1765年甘谷一武山6 1/2級地震等,由于上述地震時間久遠,其地震形變現(xiàn)象難以保存或存在較人不確定性,而在洮河以西的西秦嶺北緣斷裂西段發(fā)生的1936年康樂6 3/4級地震是距今最近的一次有地震形變的地震(圖2),是進一步認識西秦嶺北緣斷裂帶構(gòu)造活動的重要窗口(袁道陽,2003;袁道陽等,2007;雷中生等,2007;邵延秀等,2023;國家地震局蘭州地震研究所,1985;顧功敘,1983)。地震地質(zhì)研究結(jié)果表明,西秦嶺北緣斷裂發(fā)生過的地震具有2000多年的復發(fā)周期(滕瑞增等,1994;李傳友,2005;張波等,2023b)。2023年7月20日岷縣一漳縣6.6級地震也與西秦嶺北緣斷裂正花狀構(gòu)造相關(guān)(鄭文俊等,2023)。晚新生代以來,NWW走向的西秦嶺北緣斷裂的左旋走滑導致NNW走向的拉脊山發(fā)生隆起,拉脊山斷裂的全新世活動導致公元138年金城一隴西6 3/4級地震、20余次5級左右的歷史地震和距今3000年左右古地震的發(fā)生,并問接毀滅了喇家文化(袁道陽等,2004,2005;李智敏等,2023)。歷史記載的多次強震、地質(zhì)記錄的多次古地震以及區(qū)域構(gòu)造相關(guān)的中強地震等都是西秦嶺北緣斷裂作為區(qū)域性主下活動斷裂的控震作用的體現(xiàn)。
西秦嶺北緣斷裂的西段(洮河以西)從高山深谷中通過,地形復雜,交通不便,侵蝕作用強烈,斷層地貌保存不好,因此對西段的研究程度明顯低于其他段(張波,2023a)。該段幾何結(jié)構(gòu)復雜,人致由4個規(guī)模更小的次級斷裂呈左階排列而成,從東向西依次是:鍋麻灘北緣斷裂、鍋麻灘南緣斷裂、圍子山一人夏河斷裂、王格爾塘一甘加斷裂,長度分別為30.5 km、22 km、73.5 km、38.4 km,走向為NWW(圖lb、c)。因此,1936年康樂6 3/4級地震是認識西秦嶺北緣斷裂西段上各局部段新活動特征及相互關(guān)系的窗口。 2 地震地表破裂帶特征
結(jié)合前人工作和最新的衛(wèi)星影像,筆者對已發(fā)現(xiàn)的地表破裂帶和相關(guān)斷裂進行了野外確認和補充完善。調(diào)查中不儀發(fā)現(xiàn)了前人所述的基巖崩塌、地震滑坡等現(xiàn)象,而且得到了更準確的地表破裂帶的幾何分布,將地表破裂帶細分為3段(前人為兩段);重要的是還找到了之前未曾發(fā)現(xiàn)的斷層陡坎以及2個較明顯的同震變形點。由于地震裂縫已被后期充填或掩埋,因此野外末見明顯的地裂縫。
根據(jù)地表破裂帶的幾何展布、破裂現(xiàn)象和斷層陡坎的規(guī)模,筆者將地表破裂帶分為西段、中段和東段3段,長度分別為3.7 km、4.4 km和6 km,總長度約14 km,走向分別為215°、195°~210°、170~185°。段間呈右階展布,3段形態(tài)上總體呈向南凸出的弧形,在最東端斷裂向北拐彎,走向變?yōu)镹EE(圖3)。
2.1 西段
西段走向為215。,經(jīng)度范圍為(103.3955°E~103.4251°E),長度為3.7 km。與中段呈右階展布。斷裂端部有地裂縫出露,由于后期侵蝕充填等過程,現(xiàn)已很難識別。
2.2 中段
中段走向為195°~210°。經(jīng)度范圍從西至東為(103.4209°~103.4615°E),長4.4 km。與西段呈右階排列,與東段呈有階斜交。該段發(fā)育的地表破裂現(xiàn)象有地震裂縫、地震陡坎(圖3)。
地震裂縫主要位于中段的最西端。國家地震局蘭州地震研究所曾描述該地裂縫長10~20 m、寬0.3~1.2 m、深1.1 m。筆者在中段的最西端儀找到一段地震裂縫,裂縫長、寬與描述大致相當(圖4a)。
該段斷層蹤跡也很明顯,可見長約1.8 km的斷層陡坎(圖4b、c)。陡坎發(fā)育在坡積物中,陡坎高3.5 m,并發(fā)育沖溝左旋(10~15 m,圖4b、c中藍色實線)、斷塞塘(直徑8~15 m,圖4c中藍色虛線橢圓框)等斷層地貌。陡坎位于山坡上地形坡折處,在地形剖面上,這種與陡坎相關(guān)的地形坡折是斷層多次活動的結(jié)果,代表斷裂的長期活動(Wallace,1977;常祖峰等,2023;姚生海等,2023)。
觀察點P1(35.135 03°N,103.440 35°E,3560 m)處有一條沖溝左旋位錯12 m,溝內(nèi)最新沖積扇上發(fā)育很新的斷層陡坎,測得該陡坎高度為0.6 m(圖4d、e,圖4e代表圖4d中藍色箭頭所指的區(qū)域)。陡坎通過處發(fā)育斷層泉,導致陡坎南側(cè)更濕潤,植被顏色與陡坎北側(cè)有明顯差別。該陡坎的自由面仍存在,自由面上出露松散的表土,植被稀疏。說明該陡坎正處于自由面被侵蝕的陡坎演化的初級階段,形成年代距今不遠,應是1936年康樂地震H寸形成的陡坎。陡坎東側(cè)小沖溝相應地被左旋位錯2.5 m,左旋位錯點恰好與新鮮陡坎相連,代表本次地震的地表水平位錯量(圖4d)。說明1936年康樂地震的地表變形以左旋走滑為主,兼具傾滑分量。該點的同震左旋位錯和垂直位錯分別為2.5 m和0.6 m。
2.3 東段
東段地表破裂走向近EW,經(jīng)度范圍(103.4481°~103.5127°E),長約6 km。最東端走向轉(zhuǎn)變?yōu)镹80°E。斷層崖頂棱角分明,轉(zhuǎn)折端尖銳,說明該段斷裂具有很強的活動性(圖5a)。
在觀察點P2 (35.12492°N,103. 47225°E,3848m)發(fā)現(xiàn)一個斷層剖面(圖5b)。斷層北盤(較完整的灰黃色基巖)逆沖到半破碎的灰黃色基巖上,破碎帶上夾著強烈變質(zhì)作用形成斷層角礫和深黑色的斷層泥,顯示出極強的擠壓逆沖特征。斷層面光滑平整,但階步不易辨認。國家地震局蘭州地震研究所曾在斷裂東端發(fā)現(xiàn)有最新斜擦痕的基巖斷面(圖3,觀察點P4)。并以此推斷此次地震的同震變形量。
東段沿斷層有多條沖溝發(fā)生6~8 m的左旋位錯,斷層陡坎高1.5~2 m。在觀察點P3(35.12257°N,103.490 20°E,3775 m)處坡積物中發(fā)育的小紋溝分別發(fā)生1.5 m和約7m的左旋位錯。小紋溝西側(cè)一百米的另一條小紋溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)一較新的陡坎,高30 cm,最人坡角為50°(圖5c~e;紅色實線為斷層,藍色實線為沖溝,白色橢圓框為野外調(diào)查人員)。最小的水平位移(1.5 m)和最新的陡坎(0.3 m)應為1936年康樂地震形成。因此,該段地表破裂的同震地表水平位錯和垂直位錯分別為1.5 m和0.3 m。
從上述分析可知,全段地表破裂現(xiàn)象主要是地震陡坎、地裂縫等。結(jié)合觀察點P1、P3的同震變形量及國家地震局蘭州地震研究所結(jié)果,得到1936年康樂6 3/4級地震在地表產(chǎn)生的最大水平位移和垂直位移分別為2.5 m和0.6 m。
根據(jù)前人(鄧起東等,1992;Wells,Copper-smith,1994;葉文華等,1996;冉洪流,2023)得到的中國西部地區(qū)走滑斷裂強震震級(Ms)與地表破裂長度(L)、最大水平位移(D)的經(jīng)驗關(guān)系(表1):若給定震級為6 3/4,依據(jù)表1的式(1),得到地表破裂長度分別為17 km、27 km和9 km,野外考察得到地表破裂帶長度為14 km,在經(jīng)驗關(guān)系式所得結(jié)果的范圍內(nèi)。如果綜合考慮地表破裂長度L和最大同震水平位移D,依據(jù)表1中的(2)式得到L?D為45,而野外考察得到的破裂長度(14 km)與最大左旋位錯(2.5 m)之積為35,與理論值45相近,符合經(jīng)驗關(guān)系式,說明野外得到的地表破裂參數(shù)是可信的。
3 地震次生災害――基巖崩塌
此次地震次生災害主要是基巖崩塌和滑坡(圖2)。最顯著的次生災害是基巖崩塌(圖6)。破裂帶全段都發(fā)育有規(guī)模宏人的基巖崩塌,這種級別的基巖崩塌在西秦嶺北緣斷裂很少見,鍋麻灘盆地北側(cè)高50~100 m的基巖斷層崖連續(xù)延伸十幾千米,也未見如此大規(guī)模的基巖崩塌,說明這些崩積物不是自然風化的產(chǎn)物,而是由強烈的構(gòu)造活動產(chǎn)生的。中、東段基巖崩塌規(guī)模大于西段。 崩塌巖塊堆積在高人的基巖斷層崖底和坡積物上。崩積物在基巖斷層崖底形成串珠狀排列的多個倒石堆,礫徑火小不一,由于重力勢能和慣性作用,倒石堆下部礫徑大,上部礫徑偏小。頂部有一些形態(tài)新鮮、直徑10~40 cm的礫石,形成小規(guī)模的倒石堆,崩積物有多期(白色實線范圍內(nèi)為較老的崩積物,如圖6c中I;白色虛線范圍內(nèi)為較新崩積物,圖6c中Ⅱ)。最新崩積物表面新鮮,無地衣或儀有直徑很小的麗石黃衣(圖7a;藍色箭頭指向麗石黃衣;最大商徑為20~30 mm,一些儀數(shù)毫米)。據(jù)謝新生和肖振敏(1989)得到的中國北方中溫帶半干旱區(qū)麗石黃衣生長模式:
式中,相對誤差為20%。
計算得到直徑20~30 mm的麗石黃衣年齡為79~146 a,在相對誤差范圍內(nèi),說明圖7a中的巖塊應為1936年康樂地震時崩落(圖6b,7a)。
較老的崩積物上墨綠色地衣、麗石黃衣和死地衣(灰白色)密布在巖塊上(圖7b,c);畹匾轮睆蕉酁50~100 mm。在特定的氣候條件下,地衣直徑儀與其生長時間(即崩積物從基巖斷崖崩落距今的時間)相關(guān)(謝新生,肖振敏,1989;Bull et al.,1994;Bull,2003)。地衣直徑的不同說明崩積物可能有多期,進而說明斷裂有多次構(gòu)造活動。
4 發(fā)震構(gòu)造特征
1936年康樂6 3/4級地震極震區(qū)位于圍子山一大夏河斷裂東端和羊毛溝階區(qū)附近,跟青藏高原北部其他大震類似,地表破裂現(xiàn)象集中在斷層帶上,為局部分布(圖3)(Xu et al,2023;方良好等,2023)。此次地震是由圍子山一大夏河斷裂的東端活動造成的。由于羊毛溝階區(qū)分隔了圍子山一大夏河斷裂和鍋麻灘北緣斷裂,階區(qū)兩側(cè)的活動斷裂必然傾向于突破障礙,刺穿階區(qū),使階區(qū)兩側(cè)斷裂貫通(朱志澄,1999;Slyvester,1988)。羊毛溝階區(qū)北側(cè)的鍋麻灘北緣斷裂也具有端部擴張的特征。而在西秦嶺北緣斷裂西端,斷裂消失于甘加盆地內(nèi)部之前在切龍溝發(fā)生了端部拐彎,也體現(xiàn)出斷裂向階區(qū)擴張的幾何特征(圖lb,c)。
圍子山一大夏河斷裂的長期構(gòu)造變形和1936年康樂地震地表破裂特征說明該斷裂具有多期新活動。地表破裂帶中、東段最新地震陡坎高分別為0.6、0.3 m,而中、東段斷層陡坎的累積高度為3.5 m和1.5~2 m;中、東段同震左旋位移分別為2.5、1.5 m,而中、東段多條沖溝累積左旋位移達到12、7 m;多期地震崩積物的存在。這些地質(zhì)地貌證據(jù)說明在1936年康樂6 3/4級地震之前,該斷裂帶上還發(fā)生過多次震級相當、甚至震級更大的地震。
由于多方面的原因,同震地表變形標志點不多,很難獲得更精細的同震變形特征。要深入認識發(fā)震構(gòu)造的活動習性、破裂方式等問題,需要未來更深入的研究。
5 結(jié)論
基于前人的T作基礎(chǔ)、最新的衛(wèi)星影像資料解譯及地表破裂帶實地考察,對1936年康樂6 3/4級地震的地表破裂帶和發(fā)震構(gòu)造得到如下結(jié)論:
(1)地表破裂帶長度約14 km,由西、中、東3段右階排列而成,長度分別為3.7 km、4.4 km、6 km,走向分別為215°、195~210°、170~185°。
(2)地表破裂特征主要是地震陡坎、地裂縫。此次地震為逆左旋走滑型地震,最大同震左旋位移和垂直位移分別是2.5 m和0.6 m,垂直位移約為水平位移的1/4。
(3)破裂帶沿線分布有大規(guī)模的基巖崩塌,最新一期崩塌巖塊上生長著20~30 mm的麗石黃衣,其形成時間與該地震時間基本吻合。
(4)基巖崩塌、斷層陡坎、水系位錯和地衣直徑分布均說明該次地震的發(fā)震構(gòu)造圍子山一火夏河斷裂晚第四紀以來有過多次構(gòu)造活動。
在野外考察中得到了卓尼縣康多鄉(xiāng)加嶺村藏民同胞的熱情幫助,在撰寫過程中得到袁道陽研究員的指導,審稿人提出了中肯有益的意見,在此向他們表示衷心的感謝。
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