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?cè)?/p>

1)浙江省地震局，杭州 310013

2)中國(guó)地震局地質(zhì)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(duì)于該斷裂，前人在活動(dòng)時(shí)代、活動(dòng)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(rèn)為，塔爾灣斷裂為一條早—中更新世斷裂，由全新世風(fēng)積砂組成的地貌陡坎不是斷裂活動(dòng)形成的，而是外動(dòng)力作用造成的。閔偉等[3]認(rèn)為，登登山斷裂和池家刺窩斷裂均為全新世以來(lái)的活動(dòng)斷裂，登登山斷裂晚更新世以來(lái)的垂直滑動(dòng)速率約為0.04 mm/a；池家刺窩斷裂晚更新世以來(lái)的垂直滑動(dòng)速率約為0.06 mm/a，二者的古地震重復(fù)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(fù)發(fā)間隔很長(zhǎng)（＞104a）的緩慢構(gòu)造變形為特征。但對(duì)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(gòu)造圖（黑色方框內(nèi)為目標(biāo)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(duì)該斷裂已做過較為詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，并結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，利用前人研究的活動(dòng)斷層分段原則，對(duì)該斷裂進(jìn)行分段。并在分段的基礎(chǔ)上，采用震級(jí)與破裂長(zhǎng)度、最大位移量之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)每段斷裂的最大潛在地震進(jìn)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(chǔ)支撐。

1 活斷層分段的基本概念

活動(dòng)斷層分段的研究起始于20 世紀(jì)80 年代，之后一直受到地震地質(zhì)科學(xué)研究工作者的關(guān)注，這項(xiàng)研究已成為預(yù)測(cè)未來(lái)地震破裂位置、破裂尺度的一種基本手段。20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，對(duì)活動(dòng)斷層的分段標(biāo)志、段落穩(wěn)定性、段落之間的相互作用以及活動(dòng)段的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等方面的研究均都有了較大的進(jìn)展。

斷裂分段的含義是指一條大的活動(dòng)斷層往往可以分成若干個(gè)大的段落，每一段落都可以作為一個(gè)獨(dú)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(dú)特的活動(dòng)歷史。丁國(guó)瑜[4]將分段定義為由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀況及環(huán)境條件的不同，斷層的活動(dòng)往往呈現(xiàn)有明顯的分段現(xiàn)象。不同段落的活動(dòng)特征各異。一條斷層的破裂活動(dòng)是通過一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立破裂段的組合而完成的，故可以簡(jiǎn)單地說，段是斷層的破裂單元。斷層分段就是對(duì)斷層進(jìn)行破裂單元的劃分。對(duì)一條活斷層的分段，包括了對(duì)斷層不同段落的方位、連續(xù)性及其活動(dòng)特點(diǎn)的識(shí)別。所以，針對(duì)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(duì)國(guó)內(nèi)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(lái)講，確定活動(dòng)斷層分段的主要方法有：①幾何學(xué)方法；②地貌學(xué)方法；③運(yùn)動(dòng)學(xué)方法；④地震活動(dòng)性方法。根據(jù)前述的研究方法并結(jié)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(lái)—涿鹿盆地北緣活斷裂時(shí)的斷裂分段原則對(duì)該斷裂進(jìn)行分段。

（1）強(qiáng)震發(fā)生序列的差異，即以古地震重復(fù)序列的不同作為分段的主要標(biāo)志，具有獨(dú)立的古地震重復(fù)序列的區(qū)間劃分為一個(gè)段。

（2）斷層其他活動(dòng)表征，如構(gòu)造地貌的組合類型、斷層位錯(cuò)速率、最近一次斷錯(cuò)地表的時(shí)間等的差異，它作為上一個(gè)標(biāo)志的補(bǔ)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(gòu)、介質(zhì)等方面的差異，在未獲得前兩條標(biāo)志之前它可作為分段的參考標(biāo)志。

（4）上述3 方面差異的突變點(diǎn)或質(zhì)變點(diǎn)應(yīng)為分段的邊界位置。段落的邊界通常為斷層起止、交匯點(diǎn)、間斷點(diǎn)、彎曲拐點(diǎn)、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(duì)于3 個(gè)段落之間的邊界位置和邊界結(jié)構(gòu)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(gè)向北東凸出的山咀將兩個(gè)段落分開（圖2）。山咀北西側(cè)為西段，該段為早中更新世斷裂，南東側(cè)為中段，該段為全新世活動(dòng)斷層，且晚更新世以來(lái)經(jīng)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(wú)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(lái)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(cè)斷裂的幾何結(jié)構(gòu)和古地震序列以及斷層活動(dòng)跡象存在顯著差異。階區(qū)北西側(cè)的中段具有樞紐斷層的性質(zhì)，而南東側(cè)的東段具有左旋逆沖的性質(zhì)。該斷裂的整體分段結(jié)構(gòu)見圖4。

圖3 中段與東段分段點(diǎn)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(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Sketch map of segment structure of Tarwan-Dengdengshan-Chijiaciwo fault

3 最大潛在地震評(píng)估

利用活動(dòng)斷裂段的長(zhǎng)度與地震地表破裂參數(shù)來(lái)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(gè)區(qū)，分別為新疆構(gòu)造區(qū)、青藏構(gòu)造區(qū)、華北構(gòu)造區(qū)、臺(tái)灣構(gòu)造區(qū)和日本構(gòu)造區(qū)，并且將各構(gòu)造區(qū)內(nèi)的主要活動(dòng)斷裂及其特征，通過對(duì)這些逆斷層地表破裂參數(shù)與震級(jí)的關(guān)系，給出了震級(jí)與地表破裂長(zhǎng)度和位錯(cuò)量的二元回歸關(guān)系式：式中，M為最大潛在震級(jí)；L為地表破裂長(zhǎng)度；D為最大斷錯(cuò)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(gòu)造區(qū)，根據(jù)陳濤等[2]的研究結(jié)果，塔爾灣斷裂為早—中更新世斷裂，不判定為發(fā)震構(gòu)造，根據(jù)閔偉等[3]的研究結(jié)果，中段（登登山斷裂）和東段（池家刺窩斷裂）均為全新世活動(dòng)斷裂，且晚更新世以來(lái)經(jīng)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(qiáng)震發(fā)震構(gòu)造，該斷裂的分段特征及相關(guān)參數(shù)見表1。

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

中段長(zhǎng)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(zhǎng)度為19 km，地表最大斷錯(cuò)位移為1.2 m。由式（1）計(jì)算得：M=6.64。

東段長(zhǎng)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(zhǎng)度為6.5 km，地表最大斷錯(cuò)位移為1.5 m。由式（1）計(jì)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(gòu)造變形關(guān)系密切等因素，并結(jié)合上面的計(jì)算結(jié)果，中段的最大潛在地震定為7.0 級(jí)，而東段根據(jù)給出的公式計(jì)算得出的最大結(jié)果為6.3 級(jí)，但是該段活動(dòng)時(shí)代、古地震期次、最大斷錯(cuò)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(jí)。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)斷裂空間幾何展布、地質(zhì)地貌特征并結(jié)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(cè)展布，長(zhǎng)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(zhǎng)約19 km，為全新世活動(dòng)斷裂；東段池家刺窩斷裂沿照壁山山前展布，全長(zhǎng)約6.5 km。其中，西段與中段的分段點(diǎn)為一突出的山咀，中段與東段的分段點(diǎn)為一長(zhǎng)約2 km 的階區(qū)。

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