龍門山和成都地震構造區的劃分1

孔 軍 周榮軍

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龍門山和成都地震構造區的劃分

孔 軍 周榮軍

（四川省地震局，成都 610041）

新編制的地震動參數區劃圖采用了潛在震源區三級劃分方案，以體現背景地震活動空間分布的不均勻性，并在地震構造區內歸納出統一的地震構造模型。本文根據西南地區潛在震源區三級劃分的成果，分析了龍門山地震統計區內的龍門山和成都地震構造區的基本特征，歷史地震活動強度及頻度，主要活動構造的構造變形樣式，建立了地震構造區的發震構造模型，確定了構造區的本底地震及劃分構造源的地震構造標志。同時，提出了確定背景源空間分布函數的簡單方法。

潛在震源區 地震構造區 空間分布函數

引言

考慮地震活動時空不均勻的概率地震危險性分析方法目前在國內外普遍應用于工程實踐方面的未來地震危險水平估計（Cornell，1968；Algermissen等，1976；Petersen等，2008；章在墉等，1982；國家地震局，1996；胡聿賢等，2001），現已編制完成的新一代中國地震動參數區劃圖亦采用了該方法。其中，潛在震源區是概率地震危險性分析結果的關鍵控制性因素，潛在震源區的空間分布基本上決定了地震動參數的分布輪廓。

在我國，1990年編制《新的中國地震烈度區劃圖》和2001年編制《中國地震動參數區劃圖（GB 18306-2001）》時，主要采取了潛在震源區兩級劃分方案，即首先劃分地震區、帶（地震統計區），然后在地震統計區內根據發震構造鑒定結果，劃分不同震級上限的潛在震源區（劉恢先等，1989）。相關研究表明（潘華等，2003；周本剛，2004；鄢家全，2005），地震統計區作為地震活動性參數的統計單元，首先按地震活動帶和構造活動帶等因素來劃分，同時在劃分范圍內地震樣本量要滿足參數統計的要求。但是，由于歷史地震資料的可靠時段較短，破壞性地震樣本較少。為滿足統計上的需要，地震統計區的劃分范圍一般是比較廣闊的區域，可能包含不同的地質構造單元、不同的活動塊體，不單純是強震帶或弱震帶，而是兼而有之。如此，在背景地震震級的確定以及采用構造類比法確定潛在震源區時，會造成較大的不確定性。

在新一代地震區劃圖的編制中，為更合理地反映潛在地震活動的不均一性和深化構造類比，更加合理地確定背景地震震級，潛在震源區的劃分采取三級劃分的技術思路：首先劃分出用于地震活動性參數統計的地震統計區；再在地震統計區內，根據地震構造和發震構造模型的一致性劃分地震構造區，并確定背景地震震級；然后在地震構造區內劃分潛在震源區（構造源）。地震統計區、地震構造區、潛在震源區在空間上為疊置關系，最底層為地震統計區，其上是地震構造區（背景源），潛在震源區位于最頂層（圖1）。

地震構造區是指在現今地球動力學環境下，地震構造環境和發震構造模型一致的地區。地震構造環境一致是指在統一的現今地球動力學環境、新構造活動特點、構造應力場及深部地球物理場等條件下，發震構造模型具有一致性或相似性的特點。發震構造模型一致是指同一地震構造區內的發震構造和主要地震事件可以歸納為統一的發震構造模型來解釋，可能包括了統一動力學與運動學模式下活動性質相同或不同的一組發震構造。地震構造區與發震構造模型不相關，隨機發生的地震則確定為背景性地震。本文主要介紹龍門山地震統計區內的龍門山、成都地震構造區的劃分成果。

1 龍門山地震統計區潛在震源區的三級劃分

龍門山地震統計區（圖1）主要包括川西北、甘肅中南部及青海東部一隅，大地構造上包括了龍門山褶皺帶與秦嶺褶皺系的一部分。統計區內北部以北西西向的西秦嶺斷裂帶及甘南—川西北弧形構造系為主，南部則以北東向的龍門山斷裂帶為主體構造格架，并發育有近南北向的岷江斷裂、虎牙斷裂等，是青藏高原東緣的重要組成部分。龍門山地震統計區位于我國著名的南北地震帶中段，強烈地震主要叢集在天水—武都—松潘地區及龍門山斷裂帶，如：1654年甘肅天水南8級大震、1879年甘肅武都南8級大震、1713年和1933年茂縣較場7級和7?級地震及1976年松潘—平武7.2級強震群、2008年汶川8.0級地震和2013年蘆山7.0級地震等，是青藏高原北部地震亞區主要強震活動帶之一。根據區內地震構造環境和地震構造模型的差異，在龍門山地震統計區內分別劃分出：龍門山、成都、甘東南、隴中盆地4個地震構造區，各地震構造區的背景地震分別為：6.5、6.0、6.5、6.0級。下面重點介紹龍門山和成都地震構造區的特點。

1.1 龍門山地震構造區

（1）基本特征

本區北界為東昆侖斷裂（未包括），西界大致沿龍日壩斷裂劃定，東界為岷山斷塊東界的虎牙斷裂，南東界以龍門山構造帶中的彭縣-灌縣斷裂劃定（圖2）。該地震構造區的塊體滑移方向為南南東，區域主壓應力呈北西西-南西西向的水平擠壓。

岷山斷塊和龍門山構造帶中南段構成了青藏高原的東邊界，岷山斷塊西界的岷江斷裂走向為近南北，表現為左旋-逆沖性質，垂直和水平滑動速率均在0.37—0.53mm/a左右（周榮軍等，2000；2006）；岷山斷塊東界的虎牙斷裂走向為北北西，以左旋走滑運動為主，兼具一定的逆沖分量，滑動速率為1.4mm/a左右（周榮軍等，2006）。龍門山構造帶由3條走向北東的主干斷裂組成，山前還存在1條尚未出露地表的隱伏斷裂，是2008年5月12日汶川8.0級地震和2013年蘆山7.0級地震的發震構造，表現為逆沖-右旋走滑運動；橫跨整個龍門山構造帶的GPS測量數據表明，其地殼縮短量在4mm/a左右（Zhang等，2004），單條斷裂的滑動速率估值在1mm/a左右（周榮軍等，2006）。在龍門山構造帶北西約200km處，還發育有2條走向北東的斷裂，即龍日壩斷裂和龍日壩南斷裂，前者表現為逆沖兼右旋走滑，水平滑動速率為5.4±2.0mm/a，垂直滑動速率為0.7mm/a；后者為以右旋走滑為主的性質，滑動速率為3.6±0.5mm/a，可能為龍門山構造帶的后緣沖斷帶（徐錫偉等，2008a），GPS測量表明，這2條斷裂附近存在4—5mm/a的速度階躍帶（呂江寧等，2003）。

（2）地震活動的強度和頻度

龍門山地震構造區自A.D.638年有歷史地震記載以來，共記錄到≥4.7地震158次，其中，8.0級地震1次，7.0—7.9級地震6次，6.0—6.9級地震17次，5.0—5.9級地震61次，4.7—4.9級地震75次（已刪除汶川8.0級地震的余震影響），最大地震為2008年5月12日汶川8.0級地震。圖3為龍門山地震構造區自1600年以來的震級—時間分布圖。

（3）主要活動構造與發震構造鑒定

龍門山地震構造區的主要活動構造有：龍門山構造帶及其后緣沖斷帶的龍日壩斷裂（徐錫偉等，2008b）和岷山斷塊東、西邊界的虎牙斷裂、岷江斷裂，另還發育一些規模不大的北西走向斷裂，如撫邊河斷裂和米亞羅斷裂等。其中，龍門山構造帶發生過2008年5月12日8.0級地震，導致北川-映秀斷裂和彭縣-灌縣斷裂發生了同震地表破裂，破裂長度達240km，最大同震位錯達9—10m（徐錫偉等，2008b）。龍門山構造帶南段歷史上曾發生過1327年天全≥6級地震、1970年大邑6.2級地震以及2013年蘆山7.0級地震，根據活動斷裂的尺度估計，其潛在地震能力在7.5級左右。龍門山構造后緣沖斷帶由龍日壩斷裂和龍日壩南斷裂組成，雖然這2條斷裂上沒有6級以上強震的歷史記載，但明顯的斷錯地貌現象表明，其具有發生強震的潛在地震能力，估計的最大地震震級在7.5級左右。岷江斷裂和虎牙斷裂上曾分別發生過1713年疊溪7級、1933疊溪7.5級地震和1976年松潘、平武間7.2級地震，估計潛在地震能力在8.0級和7.5級。北西走向的撫邊河斷裂上曾發生過1989年小金6.5級地震，估計震級上限為7級。米亞羅斷裂迄今尚未發現晚第四紀以來活動的地質地貌證據，但2008年汶川8.0級地震的余震有沿該斷裂密集成帶分布的現象，因此，其地震震級上限判定為7級。

（4）發震構造模型

根據對橫切龍門山斷裂帶的黑水—三臺一線人工地震測深剖面的地質構造解釋（蔡學林等，2007），由構造剖面（圖4）可見，研究區的地殼厚度為：揚子地塊厚約40km左右，至松潘—甘孜造山帶增厚至60km左右，相應的巖石圈厚度由東側的95km增厚至140km（四川省地質礦產局，1991），巖石圈厚度突變帶正處于龍門山構造帶之下，表明龍門山構造帶為一條切割深度已達巖石圈的深大斷裂。在龍門山構造帶西側深約20km左右處的中地殼之上，出現了3—5km厚的低速低阻層。由此可以認為，在印—亞板塊會聚及高原地殼物質重力勢的作用下，青藏高原東緣地區的上地殼物質沿此滑脫面向東逸出，在龍門山地區轉化為脆性逆沖運動，于該地區形成一系列鏟式斷裂疊瓦系的逆沖構造巖片（推覆體），疊置構造形態呈西厚東薄的逆沖楔，楔體最大厚度為10km，最大延伸約20km。因此，龍門山構造帶應是典型的前陸薄皮逆沖構造。

在綜合分析區域地震構造環境的基礎上，本文建立了龍門山地震構造區的發震構造模型（圖4）。龍門山構造帶3條主干斷裂向下交匯于地表下約20km的地殼深部滑脫層，岷江斷裂和虎牙斷裂也向下匯入該滑脫層，川青塊體向南東東方向的滑移在岷山斷塊和龍門山構造帶轉化為脆性逆沖-走滑運動，導致岷山和龍門山的快速隆升。6級以上強震，特別是7級以上大震通常發生在水平滑脫層向上翹起的斷坡處，而龍門山山前隱伏斷裂和成都斷陷區內的蒲江-新津斷裂以及控制成都斷陷東界的龍泉山斷裂帶，由于切割深度僅3—7km，逆沖楔體厚度小，僅具有發生5—6級中強地震的潛在地震能力。

（a）

（b）

1：白堊系-第三系沉積巖系；2：上三疊統-侏羅統沉積巖系；3：三疊系淺變質沉積巖系；4：泥盆系-中三疊統碎屑-碳酸鹽巖系；5：震旦系-志留系碎屑-碳酸鹽巖系；6：震旦系-志留系淺變質沉積巖系；7：中元古界-新元古界下部淺變質巖系； 8：古元古界中淺變質巖系；9：太古宙深變質巖系；10：中下地殼閃長質片麻巖類；11：下地殼基性麻粒巖類； 12：巖石圈上地幔尖晶石二輝橄欖巖；13：燕山期花崗巖類；14：晉寧期花崗巖類；15：中條期花崗巖類； 16：太古宙基性巖類；17：中條期超基性巖類；18：二疊系標志層；19：逆沖斷裂帶；20：早期逆沖斷裂帶，晚期伸展正斷裂帶；21：伸展正斷裂帶；22：殼內低速層或殼內軟層；23：殼幔韌性剪切帶；24：莫霍面； 25：塊體相對運移方向。A：茂汶逆沖斷裂帶；B：北川-九頂山逆沖斷裂帶；C：映秀逆沖斷裂帶； D：彭灌逆沖斷裂帶；E：黑水殼幔韌性剪切帶；F：安縣殼幔韌性剪切帶；G：綿陽殼幔韌性剪切帶； H：龍泉山殼幔韌性剪切帶

（a） 塊體圖（周榮軍等，2006）；（b）剖面圖（蔡學林等，2007）

圖4 龍門山、成都地震構造區發震構造模型

Fig. 4 Seismogenic structure of Longmenshan,Chengdu seismotectonic province

（5）本底地震估計

龍門山地震構造區6級以上強震多數都具有明顯的發震構造標志，可歸納于上述的地震構造模型。但一些6級及以下的地震具有較大的隨機性，如1940年茂縣6級地震和1941年康定金湯6.0級地震等，迄今尚未發現有明顯的發震構造。因此，將該地震構造區本底地震確定為6.5級。

（6）地震構造標志

7級以上地震的發震構造標志可歸納為：①具有全新世活動地質地貌證據的斷裂構造，如斷錯地貌，斷切晚更新世地層等；②發生過6.5級以上強震的斷裂構造；③中強震或余震密集成帶分布等，如米亞羅斷裂、虎牙斷裂北西段等；④對地形地貌具有明顯的控制作用，形成一些斷陷盆地等，如龍日壩斷裂、岷江斷裂北段等；⑤具有比較明顯的深部地球物理場異常，如布格重力、航磁異常或地殼厚度梯度帶或變異帶等。

1.2 成都地震構造區

（1）基本特征

成都地震構造區位于四川盆地西北緣，是龍門山構造帶向揚子地臺區的過渡。成都地震構造區包括：被東、西兩側的龍泉山和龍門山所夾持的第四紀壓陷性盆地區（錢洪等，1997），和其以北平原外的隆起部分（綿陽至廣元）。過渡區的構造表現形式在成都平原和其北側盆地外雖有不同，但其近代中小地震活動水平基本一致。該地震構造區現今塊體滑移方向為南東，主壓應力方向為北西-北西西，為龍門山構造帶構造變形在其前陸盆地西緣產生的地質地貌效應。

（2）地震活動的強度和頻度

成都地震構造區在歷史上地震活動性較弱，自公元1488年起有破壞性地震（≥4.7級）記載以來，共記錄到≥4.7級地震25次，其中，5.0—5.9級地震9次，4.7—4.9級地震16次（圖5）。

（3）主要活動構造與發震構造鑒定

成都地震構造區的主要活動斷裂為龍門山山前隱伏斷裂、蒲江-新津斷裂和龍泉山斷裂，這些斷裂的切割深度通常在3—7km左右。其中，龍門山山前隱伏斷裂為龍門山構造帶中的一支，表現為由北西向南東的逆沖性質，錯切了中更新世地層。在現今的小震密集活動帶內曾發生過多次4級左右的地震，估計其最大地震震級為6.5級。蒲江-新津斷裂呈逆斷層性質，具有晚第四紀活動性，且斷裂規模及活動性由南西向北東有逐漸減弱趨勢。蒲江-新津斷裂南段曾發生過1734年蒲江5級地震和1962年洪雅羅壩5.1級地震，而北段未有≥4.7級地震的記載，僅有零星的現代弱震活動，估計其震級上限為6.5級。龍泉山斷裂的新活動性不強，斷裂的南西段有近代弱震活動相對集中，而中小地震活動主要集中在龍泉山背斜展布的范圍內，近代最大的地震為仁壽大林場1967年發生的5.5級地震，估計其震級上限為6.5級。

（4）發震構造模型

結合區域地震構造環境（圖4），成都地震構造區的發震構造模式可表述為：伴隨著龍門山構造帶由北西向南東方向的沖斷作用的持續，沿龍門山山前隱伏斷裂發生由北西向南東的逆沖，沿蒲江-新津斷裂則發生由南東向北西的逆沖，這2條斷裂所夾持的斷塊在晚第四紀斷陷中表現的最為強烈（錢洪等，1997）；在龍泉山斷裂的限制下，成都地震構造區內部呈壓陷性特點，現今處于穩定的沉降狀態。成都地震構造區的地震活動主要受龍門山山前隱伏斷裂、蒲江-新津斷裂和龍泉山斷裂的控制，但由于斷裂規模及其切割深度有限，地震活動主要表現為沿這3條斷裂分布的較密集弱震和零星的中等強度地震。

（5）本底地震估計

成都地震構造區5.0級以上中強震與發震構造的相關性比較明顯，比如：1734年蒲江5級地震和1962年洪雅羅壩5.1級地震發生在蒲江-新津斷裂南段，仁壽大林場1967年5.5級地震發生在龍泉山斷裂南端；而5.0級及以下的地震隨機性較大，如1900年邛崍5.0級地震。因此，將該地震構造區本底地震確定為6.0級。

（6）地震構造標志

中強地震的發震構造標志可歸納為：①小震較密集成帶分布；②對斷陷盆地起控制作用的邊界斷裂；③具有與斷層伴生的背斜構造。

2 背景源空間分布函數的確定

三級劃分是新編制的中國地震動參數區劃圖潛在震源區劃分的主要技術特色（周本剛等，2013），確定背景源的地震空間分布函數，是亟需解決的問題。通過分析第三、第四代地震動參數區劃圖關于空間分布函數及地震統計區背景地震年發生率的確定方法，在延續以往潛在震源區地震空間分布函數確定方法的基礎上，初步形成了潛在震源區三級劃分的空間分布函數的確定思路，大致步驟如下：

（1）將背景源與疊加在其上面的構造源當作相互獨立的源來處理，整個地震構造區作為一個背景源。

（2）統計位于地震構造區內潛在震源區之外（以下簡稱“空白區”）的地震次數，從而確定“空白區”單位面積的地震年發生率，并以此作為背景源單位面積的地震年發生率，結合背景源面積和地震帶內地震的年發生率，計算得到背景源空間分布函數。

（3）扣除背景源的空間分布函數后，再用多因子綜合評判確定構造源的空間分布函數。

下面以龍門山背景源4.0—4.9震級檔的地震空間分布函數的確定為例進行說明：

龍門山地震構造區總面積為91480km，“空白區”面積為47456km，潛在震源區總面積為44024km。經統計分析，確定龍門山地震帶地震活動性參數為、（潘華等，2013），則4.0—4.9震級檔的地震年均發生率約為4.2次。根據統計區地震目錄的完整性分析，1970年以來地震構造區內4.0級以上地震記錄完整，故統計得到1970年以來龍門山構造區內“空白區”的地震次數為14次，地震年平均發生率為0.3182，則“空白區”單位面積地震年平均發生率約為=6.7×10次。故龍門山背景源空間分布函數確定為=0.1460，同理，可求出構造區內不同震級檔的空間分布函數。扣除地震統計區內所有背景源的地震空間分布函數后，構造源的空間分布函數仍采用多因子綜合評判確定。

本方法在確定背景源的地震空間分布函數時，僅考慮了地震的實際發生次數，在未來的工作中，可能還需要考慮采用多因子綜合評判確定的方法，以使背景源空間分布函數的確定更為合理。

3 結論及討論

根據新一代中國地震動參數區劃圖潛在震源區三級劃分的思想，本文論述了龍門山地震統計區的龍門山、成都地震構造區的基本特征、歷史地震活動強度及頻度、主要活動構造與發震構造的鑒定，建立了構造區的發震構造模型，確定了構造區的本底地震及劃分構造源的地震構造標志。并延續了以往空間分布函數的確定方法，提出了一種計算背景源空間分布函數的簡單方法。

與第三、第四代地震區劃圖潛在震源區的劃分相比較，潛在震源區三級劃分方案使中強地震活動空間分布不均勻的性質更加突出。以龍門山地震統計區為例，若簡單地將地震統計區背景地震確定為6.0級，則龍門山、甘東南地震構造區內的危險性評定結果會偏低；若將地震統計區背景地震確定為6.5級，則成都、隴中盆地地震構造區內的危險性評定結果將可能偏高，而由于面積稀釋效應，會使龍門山、甘東南地震構造區內的危險性評定結果偏低。對于上述兩個地震構造區而言，即使具有相同的背景地震，但是由于塊體地震活動水平不同、發震構造模型不同，背景源的空間分布函數也將不同。如龍門山、甘東南地震構造區在空間上相鄰，背景地震均為6.5級，但是由于其內部發震構造模型、地震活動水平的差異，相同震級檔內的地震發生率可能不同，若簡單地作為一個背景源處理，可能導致其中一個構造區內的地震危險性評定結果偏高而另一個偏低。同時，通過對地震構造區地震構造模型的分析，更有利于地震構造區內高震級潛在震源區的識別和劃分。

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Seismo-tectonic Zonation of Longmengshan and Chengdu Region

Kong Jun and Zhou Rongjun

(Earthquake Administration of Sichuan Province, Chengdu 610041, China)

The principle of three-level delineation is adopted in determination of potential seismic source for the new national seismic zoning map of China, in order to embody the inhomogeneity of the spatial distribution of background seismic activity, and to induct an uniform seismotectonic model for each seismotectonic province. Based on achievements of determining potential seismic source in southwestern China, we analyzed the basic characteristics, historical earthquakes magnitude and frequency, deformation mechanism of main active tectonics structure of Longmenshan and Chengdu seismotectonic province in Longmenshan seismic region, and established the seismogenic model for each seismotectonic province, and identified the upper limit of background earthquake. A simple method is also put forward for calculating the spatial distribution function of background seismic source in this paper.

Potential seismic source; Seismotectonic province; Spatial distribution function

1基金項目 中國地震局蘆山7.0級地震科學考察資助項目

2013-08-08

孔軍，男，生于1987年。主要研究方向：工程地震。E-mail：kongjun08@126.com

孔軍，周榮軍，2014．龍門山和成都地震構造區的劃分. 震災防御技術，9（1）：64—73.