0.   引言

近年相继发生昆仑山口西地震(2001年M_S 8.1)、汶川地震(2008年M_S 8.0)^[1~8]和玉树地震(2010年M_S7.1)^[9~11]后, 进一步引起人们对鲜水河地震活动带的关注。鲜水河断裂带是中国西南山区一条现今活动强烈的大型左旋走滑断裂带, 具有规模大、活动性强、地震频度高等特点。通常所说的鲜水河断裂带主要是指北起甘孜东谷附近, 大体呈NW-SE向展布, 经炉霍、道孚、康定延伸至泸定的磨西以南的部分, 全长约350km^[12~13]。广义的鲜水断裂带则包括鲜水河断裂和甘孜-玉树断裂^[14~15], 二者在甘孜附近呈左阶羽斜列, 在区域上共同构成中国西南川滇活动地块的北边界和巴颜喀拉地块的西南边界^[16](图 1)。

图  1  广义的鲜水河断裂带空间展布图

(据文献[14]修改)

Figure  1.  A sketch map showing distribution of generalized Xianshuihe fault zone

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实际上, 国内外关于鲜水河断裂带的相关研究成果非常丰富。在20世纪80年代以前, 鲜水河断裂带研究程度相对较低, 对其缺乏系统的认识。自1967年炉霍侏倭M_S6.8级地震、1973年炉霍M_S7.9级地震特别是1981年道孚M_S6.9级地震发生以来, 我国许多单位和相关学者在该地区开展了系统的地震地质调查及大比例尺填图工作, 取得了丰硕的成果, 研究内容主要涉及鲜水河断裂带的地震地质条件、古地震研究、地壳形变监测、地震危险性等方面。国外研究学者也对鲜水河断裂充满了兴趣, 如20世纪30年代美国地质学家Arnord · Heim对鲜水河断裂带乾宁-炉霍一带进行了地质调查, 并考察了1923年道孚M_S7.3级地震^[17]; 80年代中期, 美国加利福尼亚理工学院C. R. Allen教授与四川地震局罗灼礼、钱洪等人合作对鲜水河断裂带进行了系统地研究, 并发表了相关研究论文^[18~20]。近年来, 研究人员主要借助跨断层形变监测和GPS等技术, 对鲜水河断裂带运动特征及形变场等进行了研究^[21~29]。

本文试图以断裂带沿线人口相对密集的康定至炉霍段为重点, 通过总结前人在鲜水河断裂带空间展布、活动特征及地震危险性等方面的研究成果, 为当前地壳运动趋于活跃的态势下, 进一步研究与鲜水河断裂带相关的地震地质问题提供基础性依据。

1.   鲜水河断裂带空间展布特征

鲜水河断裂带在空间上由一系列次级断裂组成。钱洪等(1988)^[18]、闻学泽等(1989)^[19]认为该断裂大体可分为2个大段和5个小段:以惠远寺为界, 北西段可称为鲜水河断裂, 结构较为单一; 南东段则由4条大致平行斜列的断层组成, 分别为雅拉河断裂、色拉哈断裂(又称康定断裂)、折多塘断裂及磨西断裂。

四川地震局李天祒等(1997)^[13]在地震地质调查及大比例尺活动断裂填图工作的基础上, 对鲜水河断裂空间展布特征进行了较系统的研究, 以惠远寺为界将鲜水河断裂划分为北西和南东两段。北西段由炉霍断裂、道孚断裂、乾宁断裂3条次级剪切断裂呈左阶羽列组合而成, 几何形态和内部结构都比较单一。南东段由雅拉河断裂、中谷断裂、色拉哈-康定断裂、磨西断裂、折多塘断裂5条次级断裂组成, 其几何形态和内部结构比较复杂(图 2)。

图  2  鲜水河断裂带空间展布特征

(据文献[13])
1.活动断裂; 2.前第四纪活动断裂; 3.第四纪盆地; 4.燕山晚期花岗岩; 5.澄江-晋宁期斜长花岗岩; 6.断裂编号: ①炉霍断裂; ②道孚断裂; ③乾宁断裂; ④雅拉河断裂; ⑤中谷断裂; ⑥色拉哈-康定断裂; ⑦折多塘断裂; ⑧磨西断裂; 7. 7.0级及以上地震震中和时间

Figure  2.  A sketch map showing stretch of the Xianshuihe active fault zone

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总体而言, 鲜水河断裂带北西段较为单一, 南东段较为复杂, 整体呈一略向北凸出的弧形。北西段各次级断裂长度分别为:炉霍断裂约90km, 道孚断裂约85km, 乾宁断裂约62km; 南东段各次级断裂长度分别为:雅拉河断裂约31km, 中谷断裂21km, 色拉哈-康定断裂约80km、磨西断裂约40km, 折多塘断裂约30km^[13]。各次级断裂由一系列的更次一级的断裂左行右阶组合而成。断裂总体倾向北东, 局部倾向南西, 倾角大致在55~80°之间^[30]。

2.   鲜水河断裂带全新世活动特征

2.1   断裂活动性质

鲜水河断裂带全新世强烈的左旋走滑运动, 在地貌上留下了非常醒目的痕迹。在航片上亦呈现明显的线性特征。沿断裂带水系、冲沟、洪积扇、河流阶地、冰碛垄岗、山脊及倒石堆等常被左旋错断, 并且沿断裂带发育断塞塘、拉分盆地、构造石林等地貌^{[13, 18, 30~33]}。

松林口东南阶地被左旋断错现象^[18]、康定南洪积扇被主干断裂左旋错动25m^[18]、炉霍附近鲜水河南西侧9条Ⅰ级支流被断裂断错并发生同步左旋扭曲现象^[32]、道孚附近10条Ⅰ级冲沟同步左旋“肘”状转折现象^[33]等等, 雄辩地证明了鲜水河断裂全新世以来强烈的左旋走滑运动。此外, 唐文清等(2005)^[25]依据近年GPS监测数据, 判定鲜水河断裂带现今活动以左旋走滑为主, 局部具挤压性质。

事实上, 作者在野外地质调查过程中也发现, 鲜水河断裂带沿线地貌左旋错动特征非常明显, 在部分基岩断面上见最新一期擦痕侧伏角为30°左右, 显示左旋压扭性质, 断面上挤压特征较明显。综上所述, 鲜水河断裂带全新世以左旋走滑运动为主, 局部具挤压性质。

2.2   断裂活动速率

断裂活动速率既是反映断裂活动强度的标志, 又是求取地震平均复发间隔的重要依据之一, 因此开展断裂活动速率研究具有十分重要的意义^[13]。多年来, 不少研究者采用地质学方法(年代学及地貌学相结合)、地震矩张量反演法、跨断层形变监测以及GPS监测等对鲜水河断裂带现今活动速率进行了研究。

李天祒等(1997)^[13]依据年代学及地貌学方法, 推算出鲜水河断裂带各分支断裂平均滑动速率分别为:炉霍断裂13±5mm/a, 道孚断裂10±2mm/a, 乾宁断裂10±2mm/a, 色拉哈-康定断裂6~7mm/a, 折多塘断裂5±1mm/a, 中谷断裂3±1mm/a, 雅拉河断裂3±1mm/a; 磨西断裂12±2mm/a。

钱洪等(1988)^[18]利用地质学方法, 推算出鲜水河断裂带乾宁(八美)以北滑动速率为15±5mm/a, 乾宁以南为5.5mm/a。闻学泽等(1989)^[19]推算鲜水河断裂带北西段近代滑动速率为15±5mm/a; 在南东段康定附近的色拉哈断裂为5mm/a; 在惠远寺南东的雅拉河断裂约为1mm/a。Allen et al.(1991)^[20]推算整个鲜水河断裂带滑动速率约为10~20mm/a。

程万正等(2002)^[22]利用短水准观测资料, 分析计算了鲜水河断裂带垂向变形变化范围在2mm/a内。在GPS监测方面, 乔学军等(2004)^[23]计算得出其活动速率为10.4±0.2mm/a。徐锡伟等(2003)^[24]得出活动速率为9.6±1.7mm/a; 唐文清等(2005a, 2005b, 2007)^[25~27]先后得出活运动速率为7.9~8.8mm/a、9.3±2.8mm/a、8.67±2.65mm/a; 彭晋川等(2007)^[28]得出活动速率为12.3±1.2mm/a。

此外, 唐荣昌等(1993)^[34]推算鲜水河断裂带全新世滑动速率为(9±1)~(15±5)mm/a。邓天岗等(1989)^[35]推算出鲜水河断裂带炉霍段全新世(Q₄)以来滑动速率为15~17mm/a, 道孚段晚更新世(Q_3~4)以来活动速率为11~12.5mm/a, 康定段全新世(Q₄)以来滑动速率大于10mm/a。周荣军等(2001)^[36]在断错地貌和年代学研究的基础上, 推算鲜水河断裂带乾宁-康定段各分支断裂晚第四纪以来的平均水平滑动速率分别为:雅拉河断裂(2.0±0.2)mm/a, 色拉哈-康定断裂(5.5±0.6)mm/a, 折多塘断裂(3.6±0.3)mm/a, 磨西断裂(9.9±0.6)mm/a。孙建中等(1994)^[37]利用地震矩张量反演, 得出鲜水河断裂带以10.9mm/a速率发生左旋剪切运动。

综上所述, 依据地质学方法推算的鲜水河断裂带北西段滑动速率明显高于南东段活动速率, 北西段活动速率约为10~20mm/a, 南东段活动速率小于10mm/a, 一般为5mm/a左右。这可能与断裂的展布特征有关, 北西段断裂较为单一, 而南东段由多条次级断裂分担了活动速率。利用仪器监测得出鲜水河断裂带整体上全新世平均走滑速率约为10mm/a左右, 垂向变形在2mm/a之内。

3.   鲜水河断裂带地震活动特征

根据历史地震记录统计, 1700年以来, 在鲜水河断裂带沿线共发生M_S≥5.0级地震48次, 其中M_S=6.0~6.9级为17次, M_S≥7.0级为9次, 最大震级为1786年康定8.0级^{[13, 35, 38]}。距今最近的一次强震为1981年道孚6.9级地震。在9次M_S≥7.0级的地震中, 位于断裂带南东段3次、北西段6次。如果包括6.0级地震在内, 则南东段发生8次M_S≥6.0级地震, 而北西段发生18次。说明鲜水河断裂北西段地震活动性明显高于南东段。

3.1   强震活动的时间特点

自1700年至2009年, 鲜水河断裂带的地震活动性可明显地划分为2个活跃期和1个平静期^{[35, 39]}。第一活跃期从1700年康定M_S>6.0级地震开始到1816年炉霍俄米7.5级结束, 历时116年, 共发生6.0级以上地震14次, 该活跃期又可划分为2个小的活动段和1个小的平静段(图 3)。之后1817年至1892年为平静期, 历时85年, 该期间未有5.0级以上地震记载^[35]。

图  3  鲜水河断裂带强震M-T图

(据文献[35]修改)

Figure  3.  A sketch map showing M-T of earthquakes(M≥5.0)in Xianshuihe active fault zone

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第二活跃期从1893年乾宁7¼级地震开始至今, 历时117年, 发生6.0级以上地震12次。同样地, 邓天岗等(1989)^[35]认为该活跃期也可划分为2个活动段和1个平静段。考虑到1988年道孚县八美镇5.0级地震后至2009年该断裂带未发生过5.0级以上地震, 可认为1988年至2009年为第二活跃期的平静段。值得指出的是, 2010年4月14日玉树M_S7.1级地震发生后, 4月28日在八美镇附近又发生了M_S4.5级地震, 这是否意味着鲜水河断裂带地震活动将进入一个新的活动段, 还需要进一步研究。

3.2   强震活动迁移规律

鲜水河断裂带强震具有明显的迁移规律, 主要表现为沿断裂带往复迁移活动和交替活动, 其中有的重复, 有的填空(图 4), 呈跳跃式的迁移^[35]。说明一个地震活跃期未必造成鲜水河断裂带的全面断开, 而是相邻两个地震之间可以存在一个未破裂的地段^[39]。此外, 从1967年侏倭M_S6.8级地震、1973年炉霍M_S7.6级地震、1981年道孚6.9级地震可以看出, 强震沿着鲜水河断裂带具有往南迁移的规律; 下一次强震是否仍向南迁移应予以关注。

图  4  鲜水河断裂带M≥6地震时空关系图

(据文献[26]修改)

Figure  4.  A map showing the tempo-spatial relationship of earthquakes(M≥6.0)in Xianshuihe fault zone

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3.3   强震原地复发性

钱洪等(1988, 1990)^{[18, 40]}通过对地震地表破裂野外调查认为, 鲜水河断裂带同等大小的强震明显存在原地重演性质, 即所谓的特征地震^[41]。如在炉霍西南尤斯附近, 鲜水河断裂炉霍段使小山脊左旋位错8m, 1973年炉霍M_S7.6级地震使该山脊左旋错开2m, 显然, 炉霍地震前沿断层已有6m错开, 可能是三次类似地震重复断错的结果^[40]。 此外, 道孚万木卡处的山脊5m的左旋位错、炉霍格鲁附近的阶地多次累积断错, 均能说明强震的原地复发性质^[40]。

钱洪等(1990)^[40]对特征地震重复间隔进行了推算, 得出1973年炉霍M_S7.6级地震重复间隔为150年左右, 道孚、乾宁段7级地震重复间隔约为100年。

李天祒等(1997, 1989)^{[13, 42]}通过古地震研究, 同样认为鲜水河断裂带强震活动具有原地复发性。并且依据探槽资料, 推算近5000年来, 鲜水河断裂带古地震(M_S>7.6级)重复间隔在250~500年之间^[13]。

综上所述, 鲜水河断裂带强震具有原地复发性, 但是对于特征地震的确定及其重复间隔还待进一步研究。特别是, 特征地震震中位置是否一致, 特征地震发生对断错位移的影响以及鲜水河断裂带特征地震发生的内在机制等等仍待解决。

4.   强震地表破裂特征

鲜水河断裂带沿线高频度的强震活动, 形成了一系列地表破裂。从前人研究结果来看, 鲜水河断裂带的地震地表破裂类型主要有:单一直线型、斜列型、雁列型、鼓包型、锯齿型、羽状型、反“多”字型、“X”型等^{[13, 32, 35, 43~44]}。然而, 由于历史地震造成的地表破裂在后期常会由于人工改造或风化、剥蚀作用的影响, 现今在地表难以见到地震当时的破裂特征, 在野外地质调查中较为常见的是残留的地震陡坎及地震沟槽等。在地貌上, 还表现为断错水系、断错冲积扇、断错阶地、断错山脊和沟谷、断层崖、边坡脊、断塞塘、拉分断陷、构造石林等断层地貌(图 5)。

图  5  鲜水河断裂带地貌特征

A-榆林乡南侧堰塞塘(NW); B-新榆林南侧石灰窑沟山脊左旋错动(NW); C–道孚南四十道班南东侧1981年道孚地震沟槽及鼓包地貌(SE); D-惠远寺北西侧沟槽地貌(SE); E-八美镇南侧构造石林地貌(E); F-松林口南东侧支沟左旋错动达290m(NE); G-道孚县恰叫村北1923年7.3级地震陡坎及鼓包(NW); H-折多山二台子道班南侧坡中槽地貌(SE)

Figure  5.  A sketch map showing the geomorphology of Xianshuihe active fault zone

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前已述及, 甘孜-玉树断裂带和鲜水河断裂带同属大型左旋走滑断裂带, 根据前人描述的鲜水河断裂带地震地表破裂特征, 鲜水河断裂带历史地震造成的地表破裂与近期报道的玉树地震地表破裂特征是一致的^[45](图 6)。

图  6  甘孜-玉树断裂带玉树地震地表破裂特征

(据文献[45])
A-连续延伸的地震破裂(NW); B-右阶排列的地震地表破裂(NW); C-帐篷状构造(NW); D-地表破裂沿反向断坎发育(SE); E-禅古村逆冲走滑型断坎(SE); F-玉树县城区南部“X”型地裂缝(NE)

Figure  6.  A sketch showing the surface rupture characteristics left in Yushu earthquake along Garzê-Yushu fault

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5.   鲜水河断裂带地震危险性评价

通常, 地震危险性评价主要包括潜在震源区的划分和强震复发周期研究。李天祒等(1997)^[13]利用历史地震和统计学方法对鲜水河断裂带各段进行了地震危险性评估, 得出以下结论: ①鲜水河断裂带各段都具有发生6~6.5级地震的潜势, 未来百年断裂带内地震平均复发间隔约为15年。未来三十年在雅拉河断裂上发生一次6.2级左右地震的可能性比较大, 保守的最大概率值为56%; ②乾宁断裂未来30年内有可能发生一次7.0级左右地震率值为90%; ③色拉哈-康定断裂未来30年内可能发生7.3级左右地震的概率为30%左右; ④断裂带的南东段未来30年内发生7.5级以上大震的最大概率为52%。

钱洪等(1988)^[18]采用地质学方法对鲜水河断裂带潜在震源区进行了划分, 认为乾宁断裂在松林口-惠远寺一带具备发生7.0级左右地震的潜势。周荣军等(2001)^[36]利用历史地震地表破裂、同震位错和古地震资料, 对鲜水河断裂带乾宁-康定段进行研究认为, 雅拉河、色拉哈-康定以及折多塘断裂, 未来百年均不存在强震复发的可能性; 而磨西断裂未来百年正处于新一轮的强震复发背景之中。

李坪等(1993)^[38]采用模式识别法分别对鲜水河断裂带沿线M_S≥6.0级和M_S≥7.0级潜在震源区进行了划分。冉洪流等(2006)^[46]运用地震矩方法, 认为鲜水河断裂带北西段M_S≥6.7级地震复发间隔约为100~150年。

可以看出, 由于研究者知识背景和所掌握资料详尽程度的不同, 所提出的预测结果有较大的差异。并且, 将上述预测结果与现实对比可以发现, 有些预测结果并未在现实中出现。但是从历史地震分析来看, 未来7.0级左右地震最有可能发生于鲜水河断裂乾宁段。总体而言, 地震危险性评价是一项非常复杂的工作, 带有很多不确定因素, 需要今后进一步研究。

6.   结语

鲜水河断裂带是中国西南山区一条现今活动强烈的大型左旋走滑断裂带, 具有规模大、活动性强、地震频度高等特点。本文在综合分析鲜水河断裂带相关研究成果的基础上, 较系统地阐述了鲜水河断裂带的空间展布特征、活动特征及地震危险性等。

通过文献综述可以看出, 尽管当前鲜水河断裂带全新世活动性研究取得了诸多进展, 但是在很多方面还存在不足, 不能满足国家重大工程建设规划的需要。例如, 我国现行的强制性国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)在城镇与重大工程抗震设计中普遍采用。但是在西部构造活动强烈区, 由于地质条件极其复杂, 仅凭借地震动参数开展选址、建设是远远不够的^[47], 必须加强区域地壳稳定性、山体稳定性研究, 从而为城镇与重大工程规划提供合理的地震工程地质评价结果。

此外, 鲜水河断裂带不仅是中国西南川滇活动地块的北边界和巴颜喀拉地块的西南边界, 也是“Y字型”构造带的重要组成部分, 由于该区高山峡谷地貌占据很大比例, 内外动力耦合作用加剧了地质灾害的发育强度, 因此必须高度重视地震诱发地质灾害问题, 加强活动断裂带灾难性地质灾害风险控制技术研究。