1936年甘肅康樂634級地震地表破裂帶調查

1、1936 年甘肅康樂 6+34 級地震地表破裂帶調查摘要：結合前人研究結果和野外考察，發(fā)現 1936 年甘 肅康樂6 3/4級地震的地表破裂帶長 14 km,走向NWW，主 要由 3 小段（西段、中段和東段）呈有階排列而成。地表破 裂主要有地震陡坎、地裂縫等。西段長 3.7 km，有新鮮的崩 塌堆積；中段長4.4 km，有大規(guī)模的基巖崩塌，同震左旋位 移和垂直位移分別為 2.5 m和0.6 m ;東段長約6 km，同震 水平位移和垂直位移分別為1.5 m和0.3 m。同震變形以左旋走滑為主，兼具逆沖分量，最大地表垂直位錯量（0.6 m ）僅為水平位錯量（2.5 m）的1/4。1936年康樂地震

2、時崩落的巖 塊上零星生長著最大直徑僅2030 mm的麗石黃衣，部分無地衣生長，此次地震由圍子山一大夏河斷裂向東擴張所致。關鍵詞：地表破裂帶； 1936 年康樂 6 3/4 級地震；同震 位移；基巖崩塌中圖分類號： P315.2 文獻標識碼： A 文章編號：1000-0666（2015） 02-0262-100 引言1936 年 2 月 7 日 16 時 56 分 27 秒，在甘肅省康樂縣西 南一帶發(fā)生了 6 3/4 級地震， 宏觀震中為 （35.2N， 103.7 E）極震區(qū)烈度為區(qū)度，震源深度為12 km （顧功敘，1983）。 多家媒體和雜志對此次地震進行了報道（國家地震局蘭州地 震研究所

3、， 1989），蘭州電：二月七日下午三時三十分突然 發(fā)生大地震，震幅約二、三十寸，歷時一分鐘又三十秒，三 時三十三分又復震動，歷時約五十秒。三時三十九分三次大 震，較一次大震更覺強烈，歷時二分鐘。其后續(xù)有微震，全 市人心恐怖。又本日地震方向系由西向東，震源在何處，尚 不明?t （1936年3月科學卷 20第3期237頁；1936年 2 月 8 日申報、新江蘇報 、云南 民國日報 、天津大 公報）。民國二十五年二月七日下午三時三十分，蘭州、臨 洮、臨夏、夏河拉卜楞、西寧、天水、靜寧、定西、隆德、 平涼等處， 連續(xù)地震三次， 共歷十余分鐘， 震幅約二、 三丈， 由西北向東南。八日晨五時許至十時許，

4、又微震二次（ 中 央日報，1936年 2月 20日）。1936 年甘肅康樂 6 3/4 級地震由十分鐘內的 3 次強震組 成，并造成了較大的震害。由于多種原因， 20 世紀 70 年代 才開始對此次地震開展科研T作。1975年國家地震局蘭州地震研究所首次對該地震進行研究，依據各地的震害情形繪制 了此次地震的等震線，并推測極震區(qū)在鍋麻灘一帶，極震區(qū) 烈度為區(qū)度（國家地震局蘭州地震研究所，1989）。由于極震區(qū)位于高海拔地區(qū)， 交通條件極差， 當時未能進入極震區(qū)， 無法了解到極震區(qū)的確切位置。20 世紀 90 年代初，國家地震局蘭州地震研究所對西秦嶺北緣斷裂進行 1：50000 活動斷裂地質填圖，

5、進入到了鍋 麻灘地區(qū)，發(fā)現了地表破裂帶長12.8 km,由兩段組成，呈有階排列。地表破裂現象主要有地裂縫，還有規(guī)模宏人的地 震崩塌、地震滑坡等次生災害現象。通過基巖斷面上最新斷 層擦痕的側伏角 12和 35 cm 的同震垂直位移， 推斷此次地 震的同震水平位移為1.61 m，并指出西秦嶺北緣斷裂西段的 次級斷裂圍子山一火夏河斷裂為此次地震的發(fā)震構造。國家地震局蘭州地震研究所大致確定了極震區(qū)的范圍， 簡單描述了破裂帶的特征，但對于進一步認識此次地震活動 和了解西秦嶺北緣斷裂西段最新運動學特征來說，還遠遠不 夠。主要的不足在于： （ 1 ）未能找到能直接測量康樂地震同 震變形的斷錯地貌，儀依據基巖

6、斷面上的擦痕推測其同震變 形量；（2）所得到的地表破裂分布總體是準確的，但最新衛(wèi) 星影像顯示得到的地表破裂在細節(jié)上表現不足，無法準確描 述地表破裂帶的幾何結構和破裂長度。針對上述不足，筆者在前人的基礎上，通過衛(wèi)星影像解 譯和極震區(qū)的實地考察，以期獲得該地表破裂帶更準確的幾 何結構、破裂長度及同震變形特征，在這些變形特征的基礎 上討論 1936 年甘肅康樂 6 3/4 級地震的發(fā)震構造。1 地震構造背景分析1936 年康樂 6 3/4 地震宏觀震中位于西秦嶺北緣斷裂的最西段。西秦嶺北緣斷裂帶是青藏高原東北緣的一條主下活動斷裂（圖la）,東起寶雞一天水一帶，向西經甘谷、武山、漳縣至夏河一帶，由 6

7、 段活動性強烈的次級斷裂呈左階排列 而成，走向人致為 NWW。其新活動性以左旋走滑為主，兼 有傾滑分量（李傳友，2005；張波， 2012a ） 。有史料記載以來，沿西秦嶺北緣斷裂中、東段發(fā)生了多次大震，如 128 年 甘谷 6 1/2 級地震、 143 年甘谷西 7 1/4 級地震、 734 年天水 7 1/2 級地震、公元前 47 年隴西 6 3/4 級地震、 1765 年甘谷 一武山 6 1/2 級地震等，由于上述地震時間久遠，其地震形 變現象難以保存或存在較人不確定性，而在洮河以西的西秦 嶺北緣斷裂西段發(fā)生的 1936年康樂 6 3/4 級地震是距今最近 的一次有地震形變的地震 （圖

8、2），是進一步認識西秦嶺北緣 斷裂帶構造活動的重要窗口 （袁道陽， 2003；袁道陽等， 2007； 雷中生等， 2007；邵延秀等， 2011；國家地震局蘭州地震研 究所， 1985；顧功敘， 1983）。地震地質研究結果表明，西 秦嶺北緣斷裂發(fā)生過的地震具有 2000 多年的復發(fā)周期（滕 瑞增等， 1994；李傳友， 2005 ；張波等， 2012b） 。 2013 年 7 月 20日岷縣一漳縣 6.6 級地震也與西秦嶺北緣斷裂正花狀構 造相關（鄭文俊等， 2013）。晚新生代以來， NWW 走向的西 秦嶺北緣斷裂的左旋走滑導致NNW走向的拉脊山發(fā)生隆起，拉脊山斷裂的全新世活動導致公元 1

9、38 年金城一隴西 6 3/4 級地震、 20 余次 5級左右的歷史地震和距今 3000 年左右古 地震的發(fā)生， 并問接毀滅了喇家文化 （袁道陽等， 2004， 2005； 李智敏等， 2014）。歷史記載的多次強震、地質記錄的多次 古地震以及區(qū)域構造相關的中強地震等都是西秦嶺北緣斷 裂作為區(qū)域性主下活動斷裂的控震作用的體現。西秦嶺北緣斷裂的西段 （洮河以西） 從高山深谷中通過， 地形復雜，交通不便，侵蝕作用強烈，斷層地貌保存不好， 因此對西段的研究程度明顯低于其他段（張波，2012a）。該段幾何結構復雜，人致由 4 個規(guī)模更小的次級斷裂呈左階排 列而成，從東向西依次是：鍋麻灘北緣斷裂、鍋麻灘

10、南緣斷 裂、圍子山一人夏河斷裂、王格爾塘一甘加斷裂，長度分別 為 30.5 km、22 km、73.5 km、38.4 km，走向為 NWW （圖 lb、 c）。因此，1936年康樂6 3/4級地震是認識西秦嶺北緣斷裂 西段上各局部段新活動特征及相互關系的窗口。2 地震地表破裂帶特征結合前人工作和最新的衛(wèi)星影像，筆者對已發(fā)現的地表 破裂帶和相關斷裂進行了野外確認和補充完善。調查中不儀 發(fā)現了前人所述的基巖崩塌、地震滑坡等現象，而且得到了 更準確的地表破裂帶的幾何分布，將地表破裂帶細分為 3 段 （前人為兩段） ；重要的是還找到了之前未曾發(fā)現的斷層陡 坎以及 2 個較明顯的同震變形點。由于地震裂

11、縫已被后期充 填或掩埋，因此野外末見明顯的地裂縫。根據地表破裂帶的幾何展布、破裂現象和斷層陡坎的規(guī)模，筆者將地表破裂帶分為西段、中段和東段 3 段，長度分別為3.7 km、4.4 km和6 km，總長度約14 km，走向分別為 215 、195 210 、170185 。段間呈右階展布，3段形態(tài)上總體呈向南凸出的弧形，在最東端斷裂向北拐彎， 走向變?yōu)镹EE （圖3）。2.1 西段西段走向為 215。，經度范圍為 （ 103.3955 E 103.4251E）,長度為3.7 km。與中段呈右階展布。斷裂端部有地裂縫 出露，由于后期侵蝕充填等過程，現已很難識別。2.2 中段中段走向為 195 21

12、0。經度范圍從西至東為（103.4209 103.4615 E）,長 4.4 km。與西段呈右階排 列，與東段呈有階斜交。該段發(fā)育的地表破裂現象有地震裂 縫、地震陡坎（圖 3）。地震裂縫主要位于中段的最西端。國家地震局蘭州地震研究所曾描述該地裂縫長1020 m、寬0.31.2 m、深1.1 m。筆者在中段的最西端儀找到一段地震裂縫，裂縫長、寬與描 述大致相當（圖 4a）。該段斷層蹤跡也很明顯，可見長約 1.8 km 的斷層陡坎（圖4b、c）。陡坎發(fā)育在坡積物中，陡坎高3.5 m，并發(fā)育沖溝左旋（1015 m，圖4b、c中藍色實線）、斷塞塘（直 徑815 m，圖4c中藍色虛線橢圓框）等斷層地貌。

13、陡坎位 于山坡上地形坡折處，在地形剖面上，這種與陡坎相關的地形坡折是斷層多次活動的結果，代表斷裂的長期活動（ Wallace， 1977 ；常祖峰等， 2014 ；姚生海等， 2014）。觀察點 P1 （35.135 03 N, 103.440 35 E, 3560 m）處 有一條沖溝左旋位錯 12 m ，溝內最新沖積扇上發(fā)育很新的斷 層陡坎，測得該陡坎高度為0.6 m （圖4d、e,圖4e代表圖4d 中藍色箭頭所指的區(qū)域） 。陡坎通過處發(fā)育斷層泉,導致 陡坎南側更濕潤,植被顏色與陡坎北側有明顯差別。該陡坎 的自由面仍存在,自由面上出露松散的表土,植被稀疏。說 明該陡坎正處于自由面被侵蝕的陡坎

14、演化的初級階段,形成 年代距今不遠,應是 1936 年康樂地震 H 寸形成的陡坎。陡 坎東側小沖溝相應地被左旋位錯2.5 m，左旋位錯點恰好與新鮮陡坎相連,代表本次地震的地表水平位錯量（圖 4d）。 說明 1936 年康樂地震的地表變形以左旋走滑為主,兼具傾 滑分量。該點的同震左旋位錯和垂直位錯分別為 2.5 m 和 0.6 m。2.3 東段東段地表破裂走向近 EW,經度范圍（103.4481。 103.5127 E）,長約6 km。最東端走向轉變?yōu)?N80 E。斷層 崖頂棱角分明,轉折端尖銳,說明該段斷裂具有很強的活動 性（圖 5a）。在觀察點 P2 （ 35.12492 N, 103. 4

15、7225 E, 3848m ）發(fā)現一個斷層剖面（圖 5b）。斷層北盤（較完整的灰黃色基 巖）逆沖到半破碎的灰黃色基巖上，破碎帶上夾著強烈變質 作用形成斷層角礫和深黑色的斷層泥，顯示出極強的擠壓逆 沖特征。斷層面光滑平整，但階步不易辨認。國家地震局蘭 州地震研究所曾在斷裂東端發(fā)現有最新斜擦痕的基巖斷面（圖3,觀察點P4）。并以此推斷此次地震的同震變形量。東段沿斷層有多條沖溝發(fā)生68m的左旋位錯，斷層陡坎高 1.52 m。在觀察點 P3 （35.12257 N, 103.490 20 E, 3775 m）處坡積物中發(fā)育的小紋溝分別發(fā)生1.5 m和約7m 的左旋位錯。小紋溝西側一百米的另一條小紋溝內

16、發(fā)現 一較新的陡坎，高 30 cm,最人坡角為50（圖5ce；紅 色實線為斷層，藍色實線為沖溝，白色橢圓框為野外調查人 員）。最小的水平位移（1.5 m）和最新的陡坎（0.3 m）應為 1936 年康樂地震形成。 因此, 該段地表破裂的同震地表水平 位錯和垂直位錯分別為 1.5 m 和 0.3 m。從上述分析可知,全段地表破裂現象主要是地震陡坎、 地裂縫等。結合觀察點 P1、P3的同震變形量及國家地震局 蘭州地震研究所結果, 得到 1936 年康樂 6 3/4 級地震在地表 產生的最大水平位移和垂直位移分別為 2.5 m 和 0.6 m。根據前人（鄧起東等, 1992； Wells, Copp

17、er-smith , 1994； 葉文華等, 1996；冉洪流, 2011）得到的中國西部地區(qū)走滑 斷裂強震震級（Ms ）與地表破裂長度（L）、最大水平位移（D） 的經驗關系（表 1）：若給定震級為 6 3/4,依據表 1 的式（1）,得到地表破裂長度分別為17 km、27 km和9 km ,野外考察得到地表破裂帶長度為 14 km ，在經驗關系式所得結果的范 圍內。如果綜合考慮地表破裂長度 L和最大同震水平位移 D, 依據表1中的（2）式得到L?D為45,而野外考察得到的破 裂長度（14 km）與最大左旋位錯（2.5 m）之積為35，與理 論值 45 相近，符合經驗關系式，說明野外得到的地表

18、破裂 參數是可信的。3 地震次生災害基巖崩塌此次地震次生災害主要是基巖崩塌和滑坡 （圖 2）。最顯 著的次生災害是基巖崩塌 （圖 6）。破裂帶全段都發(fā)育有規(guī)模 宏人的基巖崩塌，這種級別的基巖崩塌在西秦嶺北緣斷裂很 少見，鍋麻灘盆地北側高 50100 m的基巖斷層崖連續(xù)延伸 十幾千米，也未見如此大規(guī)模的基巖崩塌，說明這些崩積物 不是自然風化的產物，而是由強烈的構造活動產生的。中、 東段基巖崩塌規(guī)模大于西段。崩塌巖塊堆積在高人的基巖斷層崖底和坡積物上。崩積物在基巖斷層崖底形成串珠狀 排列的多個倒石堆，礫徑火小不一，由于重力勢能和慣性作 用，倒石堆下部礫徑大，上部礫徑偏小。頂部有一些形態(tài)新 鮮、直徑

19、1040 cm的礫石，形成小規(guī)模的倒石堆，崩積物 有多期（白色實線范圍內為較老的崩積物，如圖6c中I;白色虛線范圍內為較新崩積物，圖6c中H）。最新崩積物表面新鮮，無地衣或儀有直徑很小的麗石黃衣（圖7a；藍色箭頭 指向麗石黃衣；最大商徑為 2030 mm，一些儀數毫米）。 據謝新生和肖振敏（ 1989）得到的中國北方中溫帶半干旱區(qū) 麗石黃衣生長模式：式中，相對誤差為 20%。計算得到直徑 2030 mm 的麗石黃衣年齡為 79 146 a， 在相對誤差范圍內，說明圖 7a 中的巖塊應為 1936 年康樂地 震時崩落（圖 6b， 7a）。較老的崩積物上墨綠色地衣、麗石黃衣和死地衣（灰白色）密布在

20、巖塊上（圖7b,c）o活地衣直徑多為 50100 mm。在特定的氣候條件下，地衣直徑儀與其生長時間（即崩積物 從基巖斷崖崩落距今的時間） 相關（謝新生， 肖振敏， 1989 ；Bull et al., 1994; Bull, 2003）。地衣直徑的不同說明崩積物 可能有多期，進而說明斷裂有多次構造活動。4 發(fā)震構造特征1936 年康樂 6 3/4 級地震極震區(qū)位于圍子山一大夏河斷 裂東端和羊毛溝階區(qū)附近，跟青藏高原北部其他大震類似， 地表破裂現象集中在斷層帶上， 為局部分布（圖 3）（Xu et al， 2013；方良好等， 2013）。此次地震是由圍子山一大夏河斷 裂的東端活動造成的。由于羊毛溝階區(qū)分隔了圍子山一大夏 河斷裂和鍋麻灘北緣斷裂，階區(qū)兩側的活動斷裂必然傾向于 突破障礙， 刺穿階區(qū)， 使階區(qū)兩側斷裂貫通 （朱志澄， 1999； Slyvester， 1 988 ） 。羊毛溝階區(qū)北側的鍋麻灘北緣斷裂也具有 端部擴張的特征。而在西秦嶺北緣斷裂西端，斷裂消失于甘 加盆地內部之前在切龍溝發(fā)生了端部拐彎，也體現出斷裂向 階區(qū)擴張的幾何特征（圖 lb， c）。圍子山一大夏河斷裂的長期構造變形和 1936 年康樂地 震地表破裂特征說明該斷裂具有多期新活動。地表破裂帶中、 東段最