2. 中国地震局地质研究所,北京市华严里甲1号, 100029
2013-04-20芦山7.0级强烈地震不仅造成大量房屋严重破坏[1],还触发了大量的山体滑坡、岩崩[2]。历史地震研究表明,地震震级大于ML4.0时便会触发滑坡、崩塌等地质灾害[3]。
芦山地震之前,芦山地震震区及附近已有地震滑坡、岩崩的记载,如四川地震资料汇编[4]记载“碉门地震有声如雷,昼晦,天全道山崩,飞石毙人”。这段记载中的“碉门”即今四川天全县城西禁门关一带,记载表明1327-09(元泰定四年八月)发生在四川天全的地震(书中记载震级为≥6.0)造成了崩塌型的山体滑坡。芦山震区的北东、四川大邑西于1970-02-24发生M6.2地震(30.65°N,103.28°E),触发的山体滑坡形成长150 m,宽40 m,高10 m以上的堰塞坝。由此可见,芦山震区及附近地区历史上曾数次发生地震诱发崩塌、滑坡等地震灾害。
震后的科学考察表明,地震波强度及地形放大效应是控制灾害发育的主因。芦山地震发生的次生灾害以小型崩塌为主[5-6],占次生地质灾害的40.17%[7],且受断层控制,断层两侧3 km内分布密度最大[8]。以往的研究对芦山地震震区,特别是震中沿断裂走向附近地区的历史地震崩塌关注很少。但历史地震崩塌是研究历史地震的有效载体之一,笔者在对芦山地震诱发的崩塌、滑坡进行大范围调查的基础上,选取位于芦山地震震区,特别是震中附近的龙门山前山断裂的主要断裂——大川-双石断裂沿线发育的同震崩塌和历史地震崩塌作为本文的讨论对象,初步分析历史地震崩塌与四川省1327年天全地震的关系,以期为龙门山断裂南段的历史地震研究作贡献。
1 大川-双石断裂与地震崩塌大川-双石断裂是龙门山断裂带南段前山断裂的主要断裂,具有全新世新活动性[9]。芦山地震震中芦山县龙门乡位于大川-双石断裂东侧约1 km处(图 1)。芦山地震后,地表未发现明显破裂,地震被定性为盲断层型逆冲地震[10]。大川-双石断裂往南东方向的前展式发育为地震崩塌的发育提供了动力学机制。大川-双石断裂北起大邑双河一带,向南经西岭在芦山大川小河村北一带延入雅安,经大川、太平、双石直至天全南西一带,总体走向约NE40°,倾向北西,控制着三叠系、侏罗系、白垩系地层的边界,这些地层多为坚硬的灰岩、砂岩、砾岩,且成层性好,加之被节理切割,是地震崩塌的物源基础。
崩塌又称岩崩,一般是岩石受外力脱离母岩后,经历坠落、抛射、弹射、滚动等运动方式,停留在某处。芦山地震触发了数量巨大的岩塌,在震中附近的地区也发现许多历史地震触发的岩崩。
据震后的遥感判读和野外调查,震区附近的同震崩塌、滑坡主要分布在震区的Ⅶ~Ⅸ度地区,且沿龙门山断裂带中央断裂(盐井-五龙断裂)和前山断裂(大川-双石断裂)走向区域呈带状分布,崩塌以小规模为主,崩塌量多在数十至数千m3,部分达数万m3。在震区中,龙门山断裂带南段内的大川-双石断裂是震区一条穿越Ⅶ~Ⅸ度烈度区的主要断裂,控制着芦山震区的等震线的长轴方向,断裂两侧的崩塌、滑坡密度大(图 1),明显高于其余地区。
大川-双石断裂在天全小河乡响水溪处控制着二叠系和三叠系的界线。位于断层上盘的二叠系地层在芦山地震震动作用下,同震崩塌严重,崩塌范围达河边,少数坠落河中;位于下盘的三叠系地层同震崩塌呈碎屑流状,顺山坡面崩落、滑下,夹杂相互的研磨作用,形态为扇状,崩塌范围仅覆盖山体边缘的路基,部分滚落到路基下方的坡地内,由测距仪测量崩塌水平距为226 m。断层通过处的槽谷地带的坡地内,多嵌有巨大的石块,为历史地震崩塌物,选取最远处的未经人为搬动的巨石块测量,水平距为305 m。
芦山地震时,天全县老场乡大庙村干沟头沟内的大岩崩形成方量达100万m3的崩塌、滑坡[11]。据当地人称,此地名为“大岩崩”,同震崩塌多为灰岩、白云岩,少量的砾岩。干沟头沟下游及沟口发现大量的巨石堆,这些非同震的岩崩石堆多为灰岩、白云岩,可能与当地人口中说的历史大岩崩有关。干沟头沟甚至汇入到曹家河河道两侧,分布大量块状的砾石均来自后山的白垩系天马山组的砾岩基岩。由此可见,大岩崩处的同震崩塌并未在外力作用下到达曹家河河道,而历史地震崩塌物中的砾石大量到达河道两侧,可见造成大岩崩的外力作用可能强于此次芦山地震的震动作用。曹家村后山的砾石基岩往北东方向延入大溪乡罗家村,芦山地震的震动作用在断裂南东侧的砾岩岩壁上形成一些崩塌面,多数的崩塌物坠落沟中,未到达断裂通过的槽谷地带,而槽谷中大量散布着历史地震岩崩产物。罗家村外的灵关河道两岸亦分布有少量的历史地震岩崩物。
芦山县双石镇围塔附近,陡峻地带滑坡、崩塌发育。在凤禾村公路发育同震的滑坡、崩塌,崩塌物顺坡而下,覆盖部分山体植被,少量滚入河流一级阶地上的庄稼地里,测量运移水平距约400 m。数量较多的历史地震崩塌的大块状的砾岩隐身于丛林和庄稼地里,尤其以茨竹坡下侧的“晒经书”为最,体积达900 m3。这些砾岩来自于茨竹坡上的基岩山体,测距仪测量“晒经书”巨石距裸露基岩处的水平距为600 m,而此处往坡下地段,随处可见隐身于树丛的砾岩块石,可见历史崩塌的块石运移距离远大于600 m。
芦山地震时,芦山县太平镇中林和大川镇方向面积较大的同震滑坡、崩塌发育很少,偶见路基边坡的少量落石和剥落。历史地震的崩塌滚石距离远于同震崩塌。
3 1327年天全地震讨论 3.1 地震岩崩对比分析芦山7.0级地震的崩塌主要发生在Ⅶ度及以上地区,沿龙门山断裂带槽谷、深切峡谷段分布,呈NE走向,多位于槽谷的山麓地带、河流两岸的阶地面,仅少量滚入河流。假定历史地震岩崩运动后停止在某一平台上至今未移动,在大川-双石断裂沿线的天全县小河乡响水溪、天全县老场乡大庙村、天全县大溪乡罗家村、芦山县双石镇峡口村、芦山县太平镇、大川镇,历史地震岩崩所分布的范围多为山麓的槽谷地带底部、河流的河床,脱离母岩的距离远大于同源芦山地震同震崩塌的停留位置,最大的运移距离相差数百米(天全县大庙村大岩崩同震碎屑流崩塌与历史崩塌相距甚远),见图 2。从历史崩塌发育强度和分布范围宏观来看,大川-双石断裂沿线的历史崩塌密度为:天全县响水溪中等密集,天全县老场乡大庙村高度密集,天全县大溪乡罗家村、芦山县双石镇峡口村极度密集,芦山县太平镇较密集,芦山县大川镇稀疏。从粒径来看,沿线发育的历史地震崩塌体岩石粒径最小为3 m,最大达6 m,同震岩崩直径多为2 m左右。从方量来看,历史地震崩塌由于植被覆盖,仅部分地段发育露头。从历史地震崩塌物分布范围、粒径估计,方量应该不亚于芦山地震同震岩崩。即使是在同震崩塌分布稀疏的大川镇,历史地震亦造成一处滑坡体,现今处于应力平衡状态,未见复活的迹象;而芦山地震未形成规模较大的滑坡体。由此可见,芦山震区的龙门山断裂带,特别是芦山地震震中附近的大川-双石断裂附近,芦山地震产生的滑坡、崩塌发育的范围、密度、崩塌物粒径和方量均小于历史地震形成的崩塌,可以认为历史地震的震级大于芦山地震。
大川-双石断裂沿线的同震崩塌由芦山地震震动引发,沿线的历史地震岩崩亦应来源于龙门山断裂带附近地区的历史地震事件,特别是天全县小河乡响水溪槽谷对面沟口的巨量崩塌石块。据现场调查和访问当地人,响水溪附近原有一个较大的堰塞湖(后溃坝),结合《四川地震资料汇编》的记载[4],“天全道山崩”应该是该堰塞湖形成的主要原因,记录对应的历史地震事件正是1327年天全地震,同时可以推测响水溪水厂沟口的巨量石块和槽谷地带嵌入的巨石亦应和此次地震事件有很大的关联。在坡地边缘历史地震崩塌发育的覆盖层以下约1 m的层位,采集巨石块间充填的年龄样品,经14C测试,样品年龄值为600±30 a BP。田埂和坡地内的历史地震崩塌物为三叠系的灰岩巨石,岩石表面着生团状的地衣类植物,测量地衣最大内切圆直径,利用中温带湿润区地衣生长模式公式(T=0.166 3D1.554,T为年龄,D为直径)[11],估算出地衣生长时间约为550 a,考虑到地衣孢子的殖民期为10~50 a,崩塌形成的大致时间为560~600 a BP,可以厘定1327年天全地震是造成这些崩塌的地震事件。
3.2 震中烈度对于地震烈度的判定,通常以《中国地震烈度表》为准。根据史料记载,天全地震时“碉门地震有声如雷,昼晦,天全道山崩,飞石毙人”,其中“有声如雷”、“山崩”、“飞石毙人”等描述对应地震烈度为Ⅷ~Ⅸ度。《中国地震烈度表》(2009)[12]中,Ⅸ度滑坡、崩塌常见;1957年的中国地震烈度表中,Ⅷ度就有人、畜伤亡[13]。另外,龙门山断裂带最近的汶川8.0级地震考察表明,从Ⅸ度(极震区)到Ⅶ度区,滑坡、崩塌震害现象大量出现,并以≥Ⅸ度区最为常见。史料原始记载中提到的“昼晦”即昏暗不明,产生“晦”的原因是大范围、大规模的山体滑坡、崩塌引起的烟尘导致遮天蔽日。此种现象在2008年的汶川8.0级地震中多见于≥Ⅸ度区。故综上分析认为,天全地震的震中烈度应≥Ⅸ度。
3.3 地震有感半径与震级据历史记载,1327年天全地震“凤翔、兴元、成都、峡州、江陵同日地震”。可见,地震的有感范围北达巩昌府通渭(今甘肃省通渭县附近),东达江陵(今湖北省荆州区),北端656 km,东端919 km,有感半径取均值787 km。在中国历史强震目录记载中,该地震为4类精度,即震中位置可能偏差≤100 km,考虑有感半径均值最小为687 km,最大为787 km。根据雷建成等[14]统计的西南地区有感半径与震级的经验关系,计算得出震级范围为8.2~8.9级;根据汪素云等[15]统计的中国大陆地震的有感半径与震级的经验关系,计算得出震级范围为7.7~7.9级;根据1995年版强震目录中关于中国西部地震等效圆半径(km)与震级的关系[16],计算得出震级范围为7.0~7.1级。综合考虑龙门山断裂带南段具备发生7.0级以上地震的能力,故认为1327年天全地震的震级应≥7.0级。
4 结语1) 芦山地震震区的等震线长轴方向受控于龙门山断裂带南段前山断裂的主要断裂——大川-双石断裂,沿该断裂走向,滑坡、崩塌密度最大,明显高于其余非活动断裂通过地区。
2) 厘定了大川-双石断裂沿线的历史地震崩塌,认为该断裂不仅与芦山地震的发震构造有关,而且对同震崩塌和历史地震崩塌均有控制作用。历史地震崩塌分布范围、粒径、方量等均远大于芦山地震的同震崩塌,历史崩塌的密度由断裂的南西端往北东端逐步减弱,崩塌的方量和粒径亦表现为南西往北东逐步减少、减小的趋势,推测引发历史地震崩塌的地震事件的震级大于芦山地震。
3) 调查结果、年龄样品测试估算、史料记载分析和地震有感半径与震级经验公式计算综合表明,1327年天全地震引起的地面震动应大于芦山地震,是天全县“大岩崩”地名和双石镇“晒经书”景观形成的主要原因,1327年天全地震的震中可能位于龙门山断裂南段大川-双石断裂附近的天全响水溪一带,震中烈度≥Ⅸ度,震级≥7.0。
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