1815年10月23日山西平陸6級地震及發震構造初步探討

丁學文，高樹義，馬秀芳

(1.山西省地震局，山西 太原 030002；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

·地震地質·

丁學文1，2，高樹義1，2，馬秀芳1，2

(1.山西省地震局，山西 太原 030002；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

構造背景；發震構造；平陸地震

0 引言

1815年10月23日(清嘉慶二十年乙亥九月二十一日)子時，山西省平陸發生6級強烈地震，反映了華北地震區南部應力場的加劇，標志著該震區進入了一輪新的活躍期。1815至1835年，華北地震區共發生M≥4地震10次(未含海域中發生的地震)。其中，7級地震1次，6～6.9級地震4次，4～5.9級地震5次。1835年后進入短暫的平靜時段，因此，將1815—1835年劃分為該活躍期的第一活躍幕。1815年10月23日山西平陸發生6級地震后，又分別于1815年11月26日發生山西平陸4級、1820年10月河南陜縣5級地震，在上述宏觀震中西北約14 km，1827年3月23日發生山西平陸5級地震。另外，山西平陸6級地震發生140年前，其宏觀震中西約9 km處發生1675年6月山西平陸、芮城間5級地震。從上述歷史地震發生的時間、空間分布可以看出，1675至1827年，在宏觀震中14 km的范圍內共發生4級以上地震5次，強震的重復表現為原地重復和同一構造部位重復，這些地震的發生由其特殊的地震構造背景決定。

1 震害概況及宏觀異常

清嘉慶二十年九月二十一日子時，聲如訊雷，山崩崖傾，平地開裂，涌出黑砂水，開而復合，損壞房屋無數，凡旁崖居者多壓死。震塌城垣、廟宇、衙署、倉廒、貢院、書院、民房等，共計倒塌瓦房二萬五千五百余間，土窯房二萬零一百余間，壓死一萬三千余人(另一說三萬余人)，傷二百余人。平陸、解州、安邑、虞鄉、芮城、陜州較重，平陸尤甚。安邑等二十四州、縣遭到破壞。波及河津等四十余府、州、縣[1-2]。地震烈度等震線及震中破壞地區分別見第2頁圖1、圖2。

大震前嘉慶二十年乙亥八月六日，陰雨連綿四旬，盆傾檐注，過重陽微晴，十三日大霽。九月十九日夜，有彤云自西北直亙東南，少傾始散，地大震如雷，天地通紅。二十日早，微雨隨晴，及午后 蒸殊甚，徬晚天西南大赤，初昏半天，有紅氣如繩下注，二鼓后或寢或否從無音響，子時地大震，自夜半及旦共震一十三次，嗣后或一日數震，或數月一震，如此約四、五年[1]。震時雞斂翅貼地，犬縮尾吠聲怪誕至人情震怖。二十四日晚，云如蒼狗，大雨滂沱。而日數次震，牛馬仰首，雞犬聲亂即震。聞初震時，有大樹仆地旋起者，有井水溢出者[2]。

2 宏觀地震參數

根據該地震影響場的相關資料及數據，得到各等震線長短軸及等效圓半徑數據(見第2頁表1)。

圖1 1815年10月23日山西平陸6級地震烈度等震線圖Fig.1 The contour map of isoseismal of seismic intensity of Pinglu M6 Earthquake on October 23, 1815

圖2 1815年10月23日山西平陸6級地震重破壞地區圖Fig.2 The map of damaged area of Pinglu M6 Earthquake on October 23, 1815

烈度區走向長軸km短軸km等效圓半徑kmⅨ近似呈圓形——14ⅧNE73°長軸110短軸4234Ⅶ近東西西半軸123短軸8472Ⅵ近東西西半軸158短半軸70105

根據劉正榮公式(1961年)可知：

式中：h為震源深度；Δi為烈度Ii的等效圓半徑；I0為震中烈度；s為烈度衰減系數，本地區選定為2。得到這次地震的震源深度為：

Ii=8度，h=17km，

Ii=7度，h=24km，

Ii=6度，h=28km，

平均震源深度約23km。

震級依照傅承義、劉正榮經驗公式：

M=0.68I0+1.39lgh-1.4。

算得M為6.61，與實際震級基本一致。

斷層走向以烈度等震線長軸方向確定為NE73°。傾向由烈度等值線北疏南密的特點，推斷傾向北西[3]。

龍峰等利用1965年以來華北發生的地震中獲得的震源斷裂長度，建立華北地區的面波震級Ms與震源破裂長度L的回歸關系式[4]：

Ms=1.860logL+3.82(±0.32)。

3 震區大地構造與深部構造背景

震區位于汾渭斷陷帶三門峽斷陷盆地東部淹底凹陷、野鹿凹陷，受盆地邊界、盆地內斷裂影響，具有差異性明顯的塊斷型強烈升降運動，如圖3所示。

圖3 極震區及其周圍地震構造圖Fig.3 The map of seismotectonics at meizoseismal area and its surrounding

據重力資料可知，極震區域北為中條山、南為秦嶺東段崤山、東為魯山高重力區所圍區域，異常值為-115×10-5m/s2，基本上為近東西向的重力低(見圖4)。

圖4 極震區區域布格重力異常等值線圖Fig.4 The contour map of meizoseismal areaBouguer gravity anomaly

據航磁ΔTa上延10 km異常等值線資料，極震區被北為中條山、南為秦嶺東段崤山、東為魯山正異常等值線區所圍，異常值為-60 nT，為近東西向的負異常區(見圖5)。

據地殼厚度等值線資料，極震區域位于北為中條山、南為秦嶺東段崤山地殼厚度減薄區，即上地幔隆起帶，地殼厚度相對減薄2 km(見圖6)。

綜上所述，極震區重力異常、航磁ΔTa異常、地殼厚度線走向與淹底凹陷、野鹿凹陷走向基本一致，震區位于基底起伏差異顯著、深部構造變異和中、新生代以來凹陷盆地的邊緣地帶。

4 新構造運動及斷裂

三門峽斷陷盆地由小秦嶺南面、崤山的北麓太古代地層及北、北東面中條山南麓元古代地層所圍，地處秦嶺東西向構造帶和中條山北東向構造帶之間的復合部位。新生代時，受喜山期運動的影響，盆地內部受到不均衡構造活動，形成起伏不平的凹陷和隆起，且由西向東分布有潼關、靈寶、野鹿和淹底4個大小不同的隱伏凹陷。極震區一帶位于淹底凹陷、野鹿凹陷一帶，新生界斷陷幅度分別達2 500 m、1 600 m。

圖5 極震區區域航磁ΔTα上延10 km異常等值線圖Fig.5 The contour map of upward 10 km aeromagneticanomaly ΔTα at meizoseismal area

圖6 極震區區域地殼厚度等值線圖Fig.6 The contour map of crustal thickness at meizoseismal area

該區域位于秦嶺、中條2個在呂梁運動后隆起的古地塊之間的拗陷地帶，因此，在該地塊的前沿地帶形成了階梯狀的引張斷裂。斷裂兩側的相對平衡補償運動使地塹因秦嶺、中條地塊的不斷上升而下降，產生較厚的地層堆積，包括早第三紀以后所有地層的總厚度。其中，第四系松散巖層堆積厚度為300～780 m[5]。

斷陷盆地主要受北側的北東向中條山南緣斷裂、南側溫塘斷裂及淹底凹陷、野鹿凹陷之間北西向的位村斷裂控制，地震在溫塘斷裂和位村斷裂交匯處發生。下面分別對這兩條斷裂予以論述。

(1) 溫塘斷裂。

斷裂南起靈寶縣城東南處澗口南，向東北經川口、陽店、五原、溫塘至三門峽東北，南段構成基巖山地隆起和盆地邊界，北段隱伏于第四系沉積物之下。斷裂全長48 km，總體走向NE49～59°，傾向NW，傾角45～70°。沿斷層線有深層高溫(61～63°)礦泉出現，根據鉆探結果及水溫計算，估計其斷距在1 000 m以上。溫塘斷裂在地貌上表現為斷層三角面，沿線多處出現露頭。在溫塘東瑤列村附近的一條東西向沖溝中出現斷裂破碎帶，沖溝西北側為基巖，上覆上新生界地層，東南側主要為第四紀晚更新世(Q3)地層；在棉凹村，該斷裂破碎帶寬約10 m，主要由斷裂兩盤地層的斷層角礫組成，斷裂上盤為震旦系石英砂巖，上覆2～5 m厚的上更新統砂土，下盤為第三系棕紅色砂礫巖，地層產狀平緩，近斷層處產狀變陡，上覆上更新統地層有變形現象，晚更新世地層斷距約20 m(見圖7)；在溫塘一帶，鐵路東側出露寒武系灰巖，西側出露中更新統紅色粉質黏土。溫塘機井揭示，孔深68.5 m穿過中更新統，終孔97.5 m，未穿過下更新統，據此估計中更新統垂直落差達60m以上(見圖8)。在川口鐵路橋頭西南約200 m的沖溝中，見中更新統含碎石的紅土地層(TL年齡為36.1±7.2萬年)與下第三系褐紅、深灰色砂質泥巖、礫巖成斷層接觸，沿斷面發育5～10 cm厚的斷層角礫巖，具垂直擦痕，斷面平直，走向NE40°，傾向NW，傾角45°，其上覆上更新統含碎石的黃土(TL年齡為12.1±2.4萬年)未受影響。另據斷層泥TL法測定，該斷裂距今(22.3±4.7)萬年曾有明顯活動。綜上所述，該斷裂在晚更新世出現過強烈活動，沿斷裂在張家灣一帶，于1982年發生ML4.2地震。

圖7 溫塘斷裂錯斷剖面圖Fig.7 The profile of Wentang fault

圖8 溫塘斷裂李家凹—辛店西剖面圖(據三門峽火電廠三期1×1 000 MW機組擴建工程場地地震安全性評價報告)Fig.8 The profile of Wentang fault from Lijiaao to Xindian

(2) 位村斷裂。

斷裂西起平陸縣西北，向東南經官村北、位村北、硤石至溫溝，全長約73 km。斷裂走向NW，傾向SW，傾角大于50°。位村斷裂東段基巖隆起區有露頭，在王家泉村南，見該斷裂角礫巖帶，寬約7～8 m，上盤為震旦系地層，產狀近于水平，下盤為下第三系，為逆斷層(見第6頁圖9)。在硤石西北老八溝一帶，該斷裂使中上元古界輝石安山玢巖逆沖到寒武系灰巖之上，斷面傾向SW，傾角50°，沿斷面發育寬達14 m的黃綠、紫紅色斷層泥帶；在硤石鐵路隧道口，斷裂帶上覆的中、上更新統紅土及含礫石黃土層未見變形跡象，在地貌上無斷裂活動顯示。1988年河南省地震局在完成黃河三門峽公路大橋地震基本烈度復核工作時，曾在王崖村附近進行電法、重力勘探及甚低頻電法勘探，結論表明該斷裂為基底斷層，形成于燕山期。綜合上述資料，位村斷層為一條基底斷層，活動時代主要在燕山期，新生代以來趨于穩定。

5 地震發震構造成因機制

震區位于秦嶺、中條2個在呂梁運動后隆起的古地塊之間的拗陷地帶，新生代時期由于區域構造應力場的改變，在該地塊前沿地帶形成引張斷裂，斷裂兩側的相對平衡補償運動，形成了較厚的地層堆積，包括早第三紀以后的所有地層堆積，反映早第三紀沉降運動活動最為強烈，之后逐漸減弱，至中更新世時期，湖盆逐漸消亡，湖相地層沉積被洪積、風積黃土取而代之。在中更新世有3次較大的上升運動，黃河水系在中更新世后逐漸形成，至晚更新世時趨于完備。從黃河兩岸的水系長度、地貌分布可知，黃河南北兩岸、中條山及崤山均屬上升地帶，但崤山隆起的幅度大于中條山隆起幅度[5]，說明溫塘斷裂活動性強于中條山南緣斷裂。

圖9 位村斷裂剖面圖Fig.9 The profile of Weicun fault

徐錫偉[6]在研究山西地塹系的新構造活動特征及其形成機制時，將該區域劃分為晉南張性區。根據王景明[7]對華北土層破裂的研究，華北現代應力場主壓應力方向為NEE—SWW，控制華北地區斷裂、地裂與地震活動。根據華北地區新生代區域應力場特征，溫塘斷裂、中條山南緣這些斷裂應為張性正斷裂，NW走向位村斷裂應為擠壓逆斷裂，兩斷裂交匯區為易積累應力地區。極震區的形態為走向NEE的橢圓狀，等震線西北疏、東南密，斷裂傾向應為NW，發震斷裂為溫塘斷裂，從重力異常、航磁異常、地殼厚度及斷裂沿線溫泉分布推斷，該斷裂為大規模的深大斷裂，斷裂止于NW向位村斷裂。溫塘斷裂的張性正傾滑活動受阻于NW向位村逆斷裂的摩擦阻力，應力閉鎖，當兩斷裂相互活動，應力聚集到一定程度時，應力釋放，伴隨地震的發生。數次地震集中分布于兩斷裂交匯區，說明地震的形成機制。平陸及其附近地區水平應力示意及斷裂性質解譯如圖10所示。

圖10 平陸及其附近地區水平應力場示意圖Fig.10 The schematic diagram of horizontal stress field in Pinglu and nearby

6 結論

(1) 地震發生于秦嶺、中條2個古地塊之間的拗陷地帶，地幔上拱，從而形成由溫塘斷裂和中條山南緣斷裂控制的淹底凹陷、野鹿凹陷，新生界巨厚，土層松散，黃土崖發育。地震發生時，地表峰值加速度放大，地表破壞嚴重。地幔上隆活動加劇，地殼內巖層破裂互相擠壓、摩擦產生磁場，從而產生溫度異常、動物異常、地光等宏觀現象。

(2) 獨特的深部構造背景是地震多發的主要原因。受華北地區構造應力場的影響，極震區一帶形成NEE向的張性正斷裂和NW向的擠壓逆斷裂。溫塘張性正斷裂與位村逆斷裂交匯區應力閉鎖、釋放為該地震發生的構造原因。

[1] 國家地震局地球物理研究所，復旦大學中國歷史地理研究所.中國歷史地質圖集(清時期)[M].北京：中國地圖出版社，1990：121-124.

[2] 山西省地震局.山西省地震歷史資料匯編[M].北京：地震出版社，1991：345-360.

[3] 武 烈，賈寶卿，趙學普，等.山西地震[M].北京：地震出版社，1993：165-176.

[4] 龍 峰，聞學澤，徐錫偉，等.華北地區地震活斷層的震級-破裂長度、破裂面積的關系[J].地震地質，2006,28(4):511-535.

[5] 石文慧.三門峽地區新構造運動特征及三門組巖相年代含水條件之探討[J].中國第四紀研究，1965，4(2)：119-145.

[6] 徐錫偉.山西地塹系的新構造活動特征及其形成機制[D].北京：國家地震局地質研究所，1989.

[7] 王景明.華北土層破裂與新構造應力場[J].東北地震研究，1989,5(1)：35-42.

Preliminary Study on Seismogenic Structure of Pinglu

M6Earthquake on October 23, 1815

DING Xue-wen1,2, GAO Shu-yi1,2, MA Xiu-fang1,2

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030002, China;2.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

A strong earthquake ofM6occurred in Shanxi, Pinglu on October 23, 1815, which marked a new active period in the north China seismic area. In the 20 years before and after the earthquake, 3 timesM4-5earthquake occurred at the same location or nearby, which is rare in this period in North China. The occurrence of these earthquake is determined by deep seismic tectonic background. In north China the NEE-SWW stress field results in the NEE tensional normal fault and the NW compressional reverse fault. In the region where Wentang tensional normal fault and Weicun reverse fault meets, the stress locking and releasing are the tectonic cause for the occurrence of this earthquake.

Tectonic background; Seismogenic structure; Pinglu Earthquake

2016-05-28

丁學文(1964— )，男，山西清徐人。1993年畢業于中國地質大學，碩士研究生，高級工程師。

1000-6265(2017)01-0001-06

P315.2

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