文章快速检索     高级检索
  大地测量与地球动力学  2018, Vol. 38 Issue (6): 609-613  DOI: 10.14075/j.jgg.2018.06.012

引用本文  

王世元, 许冲, 刘韶, 等. 龙门山前山断裂南段强震崩塌与1327年天全地震[J]. 大地测量与地球动力学, 2018, 38(6): 609-613.
WANG Shiyuan, XU Chong, LIU Shao, et al. Landslides Triggered by Earthquake in South Longmenshan Fault and Tianquan Earthquake in 1327[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2018, 38(6): 609-613.

项目来源

四川省地震局地震科技专项(LY1403, LY1615)。

Foundation support

Special Fund of Science and Technology of Sichuan Earthquake Agency, No.LY1403, LY1615.

通讯作者

刘韶,助理工程师,主要从事活动构造与构造地貌方面的研究,E-mail:liushao90@163.com

第一作者简介

王世元,高级工程师,主要从事活动构造及防震减灾方面的研究,E-mail:wangsir2006@163.com

About the first author

WANG Shiyuan, senior engineer, majors in active tectonics and earthquake prevention and disaster reduction, E-mail:wangsir2006@163.com.

文章历史

收稿日期:2017-02-18
龙门山前山断裂南段强震崩塌与1327年天全地震
王世元1     许冲2     刘韶1     孔军1     王明明1     
1. 四川省地震局,成都市人民南路三段29号, 610041;
2. 中国地震局地质研究所,北京市华严里甲1号, 100029
摘要:具有强震孕育能力的龙门山前山断裂南段附近地区的强震事件仅有以史料记载的1327年天全地震和仪器记载的1970年大邑6.2级、2013年芦山7.0级地震,这些地震均引发大量的崩塌、滑坡。调查对比发现,沿龙门山断裂南段大川-双石断裂沿线的典型地段分布的历史地震崩塌范围和运移距离都大于芦山地震所触发的崩塌,崩塌的方量和粒径表现为南西往北东逐步减少、减小的趋势。崩塌调查、崩塌体埋藏物和表生地衣相对年代学测试结果、史料记载与震例对比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。
关键词芦山地震龙门山断裂历史地震崩塌1327年天全地震大川-双石断裂

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。

图 1 芦山地震震区崩塌分布示意图和密度图 Fig. 1 Landslides distribution and density in Lushan earthquake region
2 震区崩塌分布规律和特征

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。

图 2 芦山地震同震崩塌和历史地震崩塌典型地段分布 Fig. 2 Typical landslides distribution of Lushan earthquake coseism and historical earthquake

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 3D1.554T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。

参考文献
[1]
王世元, 何玉林, 吴今生, 等. 芦山7.0级强烈地震高烈度区房屋震害特征[J]. 灾害学, 2013, 28(4): 125-131 (Wang Shiyuan, He Yulin, Wu Jinsheng, et al. Buliding Damage Characteristics in Highly Seismic Region during Lushan M7.0 Earthquake[J]. Journal of Catastrophology, 2013, 28(4): 125-131) (0)
[2]
许冲, 肖建章. 2013年芦山地震滑坡空间分布分析[J]. 地震地质, 2013, 35(2): 436-451 (Xu Chong, Xiao Jianzhang. Spatial Analysis of Landslides Triggered by the 2013 MS7.0 Lushan Eearthquake[J]. Seimology and Geology, 2013, 35(2): 436-451) (0)
[3]
Keefer D K. Landslides Caused by Earthquakes[J]. Geological Society of America Bulletin, 1984, 95(4): 406-421 DOI:10.1130/0016-7606(1984)95<406:LCBE>2.0.CO;2 (0)
[4]
四川地震资料汇编编辑组. 四川地震资料汇编[M]. 成都: 四川人民出版社, 1980 (The Editorial Group of Compiling of Sichuan Earthquake Data. Seismic Data of Sichuan Compilation[M]. Chengdu: Sichuan People's Publishing House, 1980) (0)
[5]
黄润秋, 王运生, 裴向军, 等. 4.20芦山MS7.0级地震地质灾害特征[J]. 西南交通大学学报, 2013, 48(4): 581-589 (Huang Runqiu, Wang Yunsheng, Pei Xiangjun, et al. Characteristics of Co-Seismic Landslides Triggered by the Lushan MS7.0 Earthquake on the 20th of April, Sichuan Province, China[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2013, 48(4): 581-589) (0)
[6]
王运生, 全清, 罗永红, 等. 四川芦山MS7.0级地震的地质环境影响分析[J]. 地球科学与环境学报, 2013, 35(2): 92-98 (Wang Yunsheng, Quan Qing, Luo Yonghong, et al. Geological Environmental Influence of Lushan MS7.0 Earthquake in Sichuan[J]. Journal of Earth Sciences and Environment, 2013, 35(2): 92-98) (0)
[7]
李秀珍, 孔纪名, 崔云, 等. 芦山地震诱发次生地质灾害的分布规律和类型、特征及演化趋势分析[J]. 工程地质学报, 2013, 22(2): 272-279 (Li Xiuzhen, Kong Jiming, Cui Yun, et al. Analysis on Distribution Law, Types and Characteristics and Development Tendency of Secondary Geo-Hazards Induced by Lushan Earthquake[J]. Engineering Geology, 2013, 22(2): 272-279) (0)
[8]
常鸣, 唐川, 李为乐, 等. "4·20"芦山地震地质灾害遥感快速解译与空间分析[J]. 成都理工大学学报:自然科学版, 2013, 40(3): 275-281 (Chang Ming, Tang Chuan, Li Weile, et al. Image Interpretation and Spatial Analysis of Geohazards Induced by "4.20"Lushan Earthquake in Epicenter Area[J]. Journal of Chengdu University of Technology: Science & Technology Edition, 2013, 40(3): 275-281) (0)
[9]
陈立春, 冉勇康, 王虎, 等. 芦山地震与龙门山断裂带南段活动性研究[J]. 科学通报, 2013, 58(20): 1925-1932 (Chen Lichun, Ran Yongkang, Wang Hu, et al. The Lushan MS7.0 Earthquake and Activity of the Southern Segment of the Longmenshan Fault Zone[J]. Chinese Science Bulletin, 2013, 58(20): 1925-1932) (0)
[10]
徐锡伟, 闻学泽, 韩竹军, 等. 四川芦山7.0级强震:一次典型的盲逆断层型地震[J]. 科学通报, 2013, 58(20): 1887-1893 (Xu Xiwei, Wen Xueze, Han Zhujun, et al. Lushan MS7.0 Earthquake: A Blind Reserve-Fault Earthquake[[J]. Chinese Science Bulletin, 2013, 58(20): 1887-1893) (0)
[11]
谢新生, 肖振敏. 地衣测年法研究及其在陕西若干地质事件中的应用[J]. 科学通报, 1989, 32(24): 1 885-1 888 (Xie Xinsheng, Xiao Zhenmin. Lichen Dating and Its Application in Several Geological Events in Shaanxi[J]. Chinese Science Bulletin, 1989, 32(24): 1 885-1 888) (0)
[12]
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB17742-2008中国地震烈度表[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009 (People's Republic of China State Administration of Quality Supervision Inspection and Quarantine, China National Committee of Standardization. GB17742 - 2008 China Earthquake Intensity Table[S]. Beijing: China Standard Press, 2009) (0)
[13]
胡聿贤. 地震工程学[M]. 北京: 地震出版社, 2006 (Hu Yuxian. Earthquake Engineering[M]. Beijing: Seismological Press, 2006) (0)
[14]
雷建成, 高孟潭, 俞言祥. 西南地区近代地震的震中烈度与有感半径统计研究[J]. 震灾防御技术灾害, 2006, 1(2): 137-145 (Lei Jiancheng, Gao Mengtan, Yu Yanxiang. The Statistical Study on Near-Epicenter Intersity and Sensible Radius of Recent Earthquakes in Southwest China[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2006, 1(2): 137-145) (0)
[15]
汪素云, 时振梁. 有感半径与震级的关系及其应用[A]//中国地震区划文集[C]. 北京: 地震出版社, 1993 (Wang Suyun, Shi Zhenliang. Time Vibration Beam Relationship between Sensible Radius and Magnitude and Its Application[A]//Chinese Seismological Division[C]. Beijing: Seismological Press, 1993) (0)
[16]
国家地震局震害防御司. 中国历史强震目录(公元前23世纪~公元1911年)[M]. 北京: 地震出版社, 1995 (Division of Earthquake Damage Prevention of the State Seismological Bureau. Catalogue of Strong Earthquakes in Chinese history (Twenty-Third Century BC~1911)[M]. Beijing: Seismological Press, 1995) (0)
Landslides Triggered by Earthquake in South Longmenshan Fault and Tianquan Earthquake in 1327
WANG Shiyuan1     XU Chong2     LIU Shao1     KONG Jun1     WANG Mingming1     
1. Sichuan Earthquake Agency, 29 South-Renmin Road, Third Segment, Chengdu 610041, China;
2. Institute of Geology, CEA, A1 Huayanli, Beijing 100029, China
Abstract: According to history and instruments, south Longmenshan fault, which is considered a seismogenic structure, has experienced three strong shocks: the 1327 Tianquan, the 1970 Dayi, and the 2013 Lushan earthquakes. These earthquakes triggered rockfall and landslides. We survey the typical landslide and the historical earthquake landslides along the Dachuan-Shuangshi fault across the earthquake area and find the distribution range and transport distances triggered by historical earthquakes greater than the Lushan earthquake. The density, volume and particle size triggered by the historical earthquake reduces from southwest to northeast along the fault. Results from the rock fall of the historical earthquakes and the Lushan earthquake, based on relative chronological tests of buried object and epigenetic lichen, and the formula of sensible radius and epicenter, show that the ground vibration is more heavily triggered by the Tianquan earthquake in 1327. Vibrations from the 1327 earthquake may have triggered the Tianquan county "Dayanbeng" and Shuangshi town "Shaijingshu". The historical earthquake epicenter may be located in the southwest section of the Dachuan-Shuangshi fault, near Tianquan county Xiangshuixi town. The intensity from the epicenter is greater than 9, and the magnitude of the paleo-earthquake may be great than or equal to the Lushan earthquake.
Key words: Lushan earthquake; Longmenshan fault; paleo-earthquake; landslides; 1327 Tianquan earthquake; Dachuan-Shuangshi fault