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1936年甘肃康乐6+3/4级地震地表破裂带调查

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  摘要:结合前人研究结果和野外考察,发现1936年甘肃康乐6 3/4级地震的地表破裂带长14 km,走向NWW,主要由3小段(西段、中段和东段)呈有阶排列而成。地表破裂主要有地震陡坎、地裂缝等。西段长3.7 km,有新鲜的崩塌堆积;中段长4.4 km,有大规模的基岩崩塌,同震左旋位移和垂直位移分别为2.5 m和0.6 m;东段长约6 km,同震水平位移和垂直位移分别为1.5 m和0.3 m。同震变形以左旋走滑为主,兼具逆冲分量,最大地表垂直位错量(0.6 m)仅为水平位错量(2.5 m)的1/4。1936年康乐地震时崩落的岩块上零星生长着最大直径仅20~30 mm的丽石黄衣,部分无地衣生长,此次地震由围子山一大夏河断裂向东扩张所致。
中国论文网 /4/view-11879543.htm
  关键词:地表破裂带;1936年康乐6 3/4级地震;同震位移;基岩崩塌
  中图分类号:P315.2 文献标识码:A 文章编号:1000-0666(2015)02-0262-10
  0 引言
  1936年2月7日16时56分27秒,在甘肃省康乐县西南一带发生了6 3/4级地震,宏观震中为(35.2°N,103.7°E),极震区烈度为Ⅸ度,震源深度为12 km(顾功叙,1983)。多家媒体和杂志对此次地震进行了报道(国家地震局兰州地震研究所,1989),兰州电:二月七日下午三时三十分突然发生大地震,震幅约二、三十寸,历时一分钟又三十秒,三时三十三分又复震动,历时约五十秒。三时三十九分三次大震,较一次大震更觉强烈,历时二分钟。其后续有微震,全市人心恐怖。又本日地震方向系由西向东,震源在何处,尚不明�t(1936年3月《科学》卷20第3期237页;1936年2月8日《申报》、《新江苏报》、云南《民国日报》、天津《大公报》)。民国二十五年二月七日下午三时三十分,兰州、临洮、临夏、夏河拉卜楞、西宁、天水、静宁、定西、隆德、平凉等处,连续地震三次,共历十余分钟,震幅约二、三丈,由西北向东南。八日晨五时许至十时许,又微震二次(《中央日报》,1936年2月20日)。
  1936年甘肃康乐6 3/4级地震由十分钟内的3次强震组成,并造成了较大的震害。由于多种原因,20世纪70年代才开始对此次地震开展科研T作。1975年国家地震局兰州地震研究所首次对该地震进行研究,依据各地的震害情形绘制了此次地震的等震线,并推测极震区在锅麻滩一带,极震区烈度为Ⅸ度(国家地震局兰州地震研究所,1989)。由于极震区位于高海拔地区,交通条件极差,当时未能进入极震区,无法了解到极震区的确切位置。
  20世纪90年代初,国家地震局兰州地震研究所对西秦岭北缘断裂进行1:50000活动断裂地质填图,进入到了锅麻滩地区,发现了地表破裂带长12.8 km,由两段组成,呈有阶排列。地表破裂现象主要有地裂缝,还有规模宏人的地震崩塌、地震滑坡等次生灾害现象。通过基岩断面上最新断层擦痕的侧伏角12°和35 cm的同震垂直位移,推断此次地震的同震水平位移为1.61 m,并指出西秦岭北缘断裂西段的次级断裂――围子山一火夏河断裂为此次地震的发震构造。
  国家地震局兰州地震研究所大致确定了极震区的范围,简单描述了破裂带的特征,但对于进一步认识此次地震活动和了解西秦岭北缘断裂西段最新运动学特征来说,还远远不够。主要的不足在于:(1)未能找到能直接测量康乐地震同震变形的断错地貌,仪依据基岩断面上的擦痕推测其同震变形量;(2)所得到的地表破裂分布总体是准确的,但最新卫星影像显示得到的地表破裂在细节上表现不足,无法准确描述地表破裂带的几何结构和破裂长度。
  针对上述不足,笔者在前人的基础上,通过卫星影像解译和极震区的实地考察,以期获得该地表破裂带更准确的几何结构、破裂长度及同震变形特征,在这些变形特征的基础上讨论1936年甘肃康乐6 3/4级地震的发震构造。
  1 地震构造背景分析
  1936年康乐6 3/4地震宏观震中位于西秦岭北缘断裂的最西段。西秦岭北缘断裂带是青藏高原东北缘的一条主下活动断裂(图la),东起宝鸡一天水一带,向西经甘谷、武山、漳县至夏河一带,由6段活动性强烈的次级断裂呈左阶排列而成,走向人致为NWW。其新活动性以左旋走滑为主,兼有倾滑分量(李传友,2005;张波,2012a)。有史料记载以来,沿西秦岭北缘断裂中、东段发生了多次大震,如128年甘谷6 1/2级地震、143年甘谷西7 1/4级地震、734年天水7 1/2级地震、公元前47年陇西6 3/4级地震、1765年甘谷一武山6 1/2级地震等,由于上述地震时间久远,其地震形变现象难以保存或存在较人不确定性,而在洮河以西的西秦岭北缘断裂西段发生的1936年康乐6 3/4级地震是距今最近的一次有地震形变的地震(图2),是进一步认识西秦岭北缘断裂带构造活动的重要窗口(袁道阳,2003;袁道阳等,2007;雷中生等,2007;邵延秀等,2011;国家地震局兰州地震研究所,1985;顾功叙,1983)。地震地质研究结果表明,西秦岭北缘断裂发生过的地震具有2000多年的复发周期(滕瑞增等,1994;李传友,2005;张波等,2012b)。2013年7月20日岷县一漳县6.6级地震也与西秦岭北缘断裂正花状构造相关(郑文俊等,2013)。晚新生代以来,NWW走向的西秦岭北缘断裂的左旋走滑导致NNW走向的拉脊山发生隆起,拉脊山断裂的全新世活动导致公元138年金城一陇西6 3/4级地震、20余次5级左右的历史地震和距今3000年左右古地震的发生,并问接毁灭了喇家文化(袁道阳等,2004,2005;李智敏等,2014)。历史记载的多次强震、地质记录的多次古地震以及区域构造相关的中强地震等都是西秦岭北缘断裂作为区域性主下活动断裂的控震作用的体现。
  西秦岭北缘断裂的西段(洮河以西)从高山深谷中通过,地形复杂,交通不便,侵蚀作用强烈,断层地貌保存不好,因此对西段的研究程度明显低于其他段(张波,2012a)。该段几何结构复杂,人致由4个规模更小的次级断裂呈左阶排列而成,从东向西依次是:锅麻滩北缘断裂、锅麻滩南缘断裂、围子山一人夏河断裂、王格尔塘一甘加断裂,长度分别为30.5 km、22 km、73.5 km、38.4 km,走向为NWW(图lb、c)。因此,1936年康乐6 3/4级地震是认识西秦岭北缘断裂西段上各局部段新活动特征及相互关系的窗口。   2 地震地表破裂带特征
  结合前人工作和最新的卫星影像,笔者对已发现的地表破裂带和相关断裂进行了野外确认和补充完善。调查中不仪发现了前人所述的基岩崩塌、地震滑坡等现象,而且得到了更准确的地表破裂带的几何分布,将地表破裂带细分为3段(前人为两段);重要的是还找到了之前未曾发现的断层陡坎以及2个较明显的同震变形点。由于地震裂缝已被后期充填或掩埋,因此野外末见明显的地裂缝。
  根据地表破裂带的几何展布、破裂现象和断层陡坎的规模,笔者将地表破裂带分为西段、中段和东段3段,长度分别为3.7 km、4.4 km和6 km,总长度约14 km,走向分别为215°、195°~210°、170~185°。段间呈右阶展布,3段形态上总体呈向南凸出的弧形,在最东端断裂向北拐弯,走向变为NEE(图3)。
  2.1 西段
  西段走向为215。,经度范围为(103.3955°E~103.4251°E),长度为3.7 km。与中段呈右阶展布。断裂端部有地裂缝出露,由于后期侵蚀充填等过程,现已很难识别。
  2.2 中段
  中段走向为195°~210°。经度范围从西至东为(103.4209°~103.4615°E),长4.4 km。与西段呈右阶排列,与东段呈有阶斜交。该段发育的地表破裂现象有地震裂缝、地震陡坎(图3)。
  地震裂缝主要位于中段的最西端。国家地震局兰州地震研究所曾描述该地裂缝长10~20 m、宽0.3~1.2 m、深1.1 m。笔者在中段的最西端仪找到一段地震裂缝,裂缝长、宽与描述大致相当(图4a)。
  该段断层踪迹也很明显,可见长约1.8 km的断层陡坎(图4b、c)。陡坎发育在坡积物中,陡坎高3.5 m,并发育冲沟左旋(10~15 m,图4b、c中蓝色实线)、断塞塘(直径8~15 m,图4c中蓝色虚线椭圆框)等断层地貌。陡坎位于山坡上地形坡折处,在地形剖面上,这种与陡坎相关的地形坡折是断层多次活动的结果,代表断裂的长期活动(Wallace,1977;常祖峰等,2014;姚生海等,2014)。
  观察点P1(35.135 03°N,103.440 35°E,3560 m)处有一条冲沟左旋位错12 m,沟内最新冲积扇上发育很新的断层陡坎,测得该陡坎高度为0.6 m(图4d、e,图4e代表图4d中蓝色箭头所指的区域)。陡坎通过处发育断层泉,导致陡坎南侧更湿润,植被颜色与陡坎北侧有明显差别。该陡坎的自由面仍存在,自由面上出露松散的表土,植被稀疏。说明该陡坎正处于自由面被侵蚀的陡坎演化的初级阶段,形成年代距今不远,应是1936年康乐地震H寸形成的陡坎。陡坎东侧小冲沟相应地被左旋位错2.5 m,左旋位错点恰好与新鲜陡坎相连,代表本次地震的地表水平位错量(图4d)。说明1936年康乐地震的地表变形以左旋走滑为主,兼具倾滑分量。该点的同震左旋位错和垂直位错分别为2.5 m和0.6 m。
  2.3 东段
  东段地表破裂走向近EW,经度范围(103.4481°~103.5127°E),长约6 km。最东端走向转变为N80°E。断层崖顶棱角分明,转折端尖锐,说明该段断裂具有很强的活动性(图5a)。
  在观察点P2 (35.12492°N,103. 47225°E,3848m)发现一个断层剖面(图5b)。断层北盘(较完整的灰黄色基岩)逆冲到半破碎的灰黄色基岩上,破碎带上夹着强烈变质作用形成断层角砾和深黑色的断层泥,显示出极强的挤压逆冲特征。断层面光滑平整,但阶步不易辨认。国家地震局兰州地震研究所曾在断裂东端发现有最新斜擦痕的基岩断面(图3,观察点P4)。并以此推断此次地震的同震变形量。
  东段沿断层有多条冲沟发生6~8 m的左旋位错,断层陡坎高1.5~2 m。在观察点P3(35.12257°N,103.490 20°E,3775 m)处坡积物中发育的小纹沟分别发生1.5 m和约7m的左旋位错。小纹沟西侧一百米的另一条小纹沟内发现一较新的陡坎,高30 cm,最人坡角为50°(图5c~e;红色实线为断层,蓝色实线为冲沟,白色椭圆框为野外调查人员)。最小的水平位移(1.5 m)和最新的陡坎(0.3 m)应为1936年康乐地震形成。因此,该段地表破裂的同震地表水平位错和垂直位错分别为1.5 m和0.3 m。
  从上述分析可知,全段地表破裂现象主要是地震陡坎、地裂缝等。结合观察点P1、P3的同震变形量及国家地震局兰州地震研究所结果,得到1936年康乐6 3/4级地震在地表产生的最大水平位移和垂直位移分别为2.5 m和0.6 m。
  根据前人(邓起东等,1992;Wells,Copper-smith,1994;叶文华等,1996;冉洪流,2011)得到的中国西部地区走滑断裂强震震级(Ms)与地表破裂长度(L)、最大水平位移(D)的经验关系(表1):若给定震级为6 3/4,依据表1的式(1),得到地表破裂长度分别为17 km、27 km和9 km,野外考察得到地表破裂带长度为14 km,在经验关系式所得结果的范围内。如果综合考虑地表破裂长度L和最大同震水平位移D,依据表1中的(2)式得到L・D为45,而野外考察得到的破裂长度(14 km)与最大左旋位错(2.5 m)之积为35,与理论值45相近,符合经验关系式,说明野外得到的地表破裂参数是可信的。
  3 地震次生灾害――基岩崩塌
  此次地震次生灾害主要是基岩崩塌和滑坡(图2)。最显著的次生灾害是基岩崩塌(图6)。破裂带全段都发育有规模宏人的基岩崩塌,这种级别的基岩崩塌在西秦岭北缘断裂很少见,锅麻滩盆地北侧高50~100 m的基岩断层崖连续延伸十几千米,也未见如此大规模的基岩崩塌,说明这些崩积物不是自然风化的产物,而是由强烈的构造活动产生的。中、东段基岩崩塌规模大于西段。   崩塌岩块堆积在高人的基岩断层崖底和坡积物上。崩积物在基岩断层崖底形成串珠状排列的多个倒石堆,砾径火小不一,由于重力势能和惯性作用,倒石堆下部砾径大,上部砾径偏小。顶部有一些形态新鲜、直径10~40 cm的砾石,形成小规模的倒石堆,崩积物有多期(白色实线范围内为较老的崩积物,如图6c中I;白色虚线范围内为较新崩积物,图6c中Ⅱ)。最新崩积物表面新鲜,无地衣或仪有直径很小的丽石黄衣(图7a;蓝色箭头指向丽石黄衣;最大商径为20~30 mm,一些仪数毫米)。据谢新生和肖振敏(1989)得到的中国北方中温带半干旱区丽石黄衣生长模式:
  式中,相对误差为20%。
  计算得到直径20~30 mm的丽石黄衣年龄为79~146 a,在相对误差范围内,说明图7a中的岩块应为1936年康乐地震时崩落(图6b,7a)。
  较老的崩积物上墨绿色地衣、丽石黄衣和死地衣(灰白色)密布在岩块上(图7b,c)。活地衣直径多为50~100 mm。在特定的气候条件下,地衣直径仪与其生长时间(即崩积物从基岩断崖崩落距今的时间)相关(谢新生,肖振敏,1989;Bull et al.,1994;Bull,2003)。地衣直径的不同说明崩积物可能有多期,进而说明断裂有多次构造活动。
  4 发震构造特征
  1936年康乐6 3/4级地震极震区位于围子山一大夏河断裂东端和羊毛沟阶区附近,跟青藏高原北部其他大震类似,地表破裂现象集中在断层带上,为局部分布(图3)(Xu et al,2013;方良好等,2013)。此次地震是由围子山一大夏河断裂的东端活动造成的。由于羊毛沟阶区分隔了围子山一大夏河断裂和锅麻滩北缘断裂,阶区两侧的活动断裂必然倾向于突破障碍,刺穿阶区,使阶区两侧断裂贯通(朱志澄,1999;Slyvester,1988)。羊毛沟阶区北侧的锅麻滩北缘断裂也具有端部扩张的特征。而在西秦岭北缘断裂西端,断裂消失于甘加盆地内部之前在切龙沟发生了端部拐弯,也体现出断裂向阶区扩张的几何特征(图lb,c)。
  围子山一大夏河断裂的长期构造变形和1936年康乐地震地表破裂特征说明该断裂具有多期新活动。地表破裂带中、东段最新地震陡坎高分别为0.6、0.3 m,而中、东段断层陡坎的累积高度为3.5 m和1.5~2 m;中、东段同震左旋位移分别为2.5、1.5 m,而中、东段多条冲沟累积左旋位移达到12、7 m;多期地震崩积物的存在。这些地质地貌证据说明在1936年康乐6 3/4级地震之前,该断裂带上还发生过多次震级相当、甚至震级更大的地震。
  由于多方面的原因,同震地表变形标志点不多,很难获得更精细的同震变形特征。要深入认识发震构造的活动习性、破裂方式等问题,需要未来更深入的研究。
  5 结论
  基于前人的T作基础、最新的卫星影像资料解译及地表破裂带实地考察,对1936年康乐6 3/4级地震的地表破裂带和发震构造得到如下结论:
  (1)地表破裂带长度约14 km,由西、中、东3段右阶排列而成,长度分别为3.7 km、4.4 km、6 km,走向分别为215°、195~210°、170~185°。
  (2)地表破裂特征主要是地震陡坎、地裂缝。此次地震为逆左旋走滑型地震,最大同震左旋位移和垂直位移分别是2.5 m和0.6 m,垂直位移约为水平位移的1/4。
  (3)破裂带沿线分布有大规模的基岩崩塌,最新一期崩塌岩块上生长着20~30 mm的丽石黄衣,其形成时间与该地震时间基本吻合。
  (4)基岩崩塌、断层陡坎、水系位错和地衣直径分布均说明该次地震的发震构造围子山一火夏河断裂晚第四纪以来有过多次构造活动。
  在野外考察中得到了卓尼县康多乡加岭村藏民同胞的热情帮助,在撰写过程中得到袁道阳研究员的指导,审稿人提出了中肯有益的意见,在此向他们表示衷心的感谢。

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