引用本文
王明明, 何玉林, 刘韶, 王世元, 马超, 张威, 贾召亮. 甘孜-玉树断裂东南段晚第四纪活动特征及古地震破裂行为[J]. 地震地质, 2018,40(4): 738-752.
WANG Ming-ming, HE Yu￣lin, LIU Shao, WANG Shi-yuan, MA Chao, ZHANG Wei, JIA Zhao-liang. LATE QUATERNARY ACTIVITY AND PALEOSEISMIC RUPTURE BEHAVIOR FOR THE SOUTHEAST SECTION OF THE GANZI-YUSHU FAULT[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(4): 738-752.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.04.002
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甘孜-玉树断裂东南段晚第四纪活动特征及古地震破裂行为
王明明1, 何玉林1,*, 刘韶1, 王世元1, 马超1, 张威1, 贾召亮2
1四川省地震局, 成都 610041
2成都理工大学, 成都 610059
*通讯作者: 何玉林, 男, 副高级工程师, E-mail: 624614646@qq.com。

〔作者简介〕 王明明, 男, 1984年生, 2013年于中国地震局地质研究所获得构造地质学博士学位,主要研究方向为活动构造及工程地震, 电话: 028-85447105, E-mail: dannywang9088@163.com。

收稿日期: 2017-11-14
基金项目: 中国地震局地震行业科研专项(201408023)和中国地震局地震科技星火计划项目(XH18040)共同资助
摘要

甘孜-玉树断裂是1条全新世强烈活动的左旋走滑断裂带, 与鲜水河断裂共同构成了巴颜喀拉地块和羌塘地块、 川滇菱形地块的边界断裂, 研究其晚第四纪活动特征及大地震复发行为是认识甘孜-玉树断裂未来7级以上大地震危险性的重要基础工作。文中通过野外地质调查、 微地貌测量等方法揭示出甘孜段和邓柯段除左旋运动性质外, 还具有明显的拉张作用, 而马尼干戈段运动性质则以左旋走滑兼逆冲性质为主, 全新世地层最大垂直位移量>2m。结合断裂的几何展布特征、 古地震破裂行为和历史地震地表破裂分布范围等方面的研究结果, 可以将垭口和邓柯盆地2个阶区作为甘孜-玉树断裂东南段的分段边界。由于垭口附近的山脊及邓科盆地的障碍体规模均较小, 阶区宽度仅1~2km左右, 为非持久性障碍体, 在未来大地震的破裂中可能会被突破。文中在马尼干戈段上的竹庆乡进行了探槽开挖, 通过样品年代学测试共识别出3次古地震事件, 分别为3875~3455BC之间、 晚于775BC和最新1次断错地表事件。通过与前人在甘孜段和邓柯段的古地震研究结果进行对比, 揭示出马尼干戈段与甘孜段、 邓柯段的古地震破裂事件具有明显的不同, 但限于甘孜-玉树断裂东南段的古地震研究仍缺乏足够的数据支撑, 各几何分段之间是否存在级联破裂仍需要进一步的探讨。

关键词: 甘孜-玉树断裂; 晚第四纪活动特征; 古地震; 破裂行为
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)04-0738-15
LATE QUATERNARY ACTIVITY AND PALEOSEISMIC RUPTURE BEHAVIOR FOR THE SOUTHEAST SECTION OF THE GANZI-YUSHU FAULT
WANG Ming-ming1, HE Yu￣lin1, LIU Shao1, WANG Shi-yuan1, MA Chao1, ZHANG Wei1, JIA Zhao-liang2
1)Sichuan Earthquake Administration, Chengdu 610041, China
2)Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
Abstract

The Ganzi-Yushu Fault, the boundary of Bayan Har active tectonic block, Qiantang active tectonic block and Sichuan-Yunan active tectonic block, is a sinistral strike-slip fault zone with intensive Holocene activity. Thus, the study of activity characteristics and rupture behavior of paleoearthquakes in the late Quaternary on the Ganzi-Yushu Fault is of fundamental importance for understanding the future seismic risk of this fault. The southeast section of Ganzi-Yushu Fault is made up of three segments of Ganzi, Manigange and Dengke, where a MS7.3 earthquake in 1866, a MS7.7 earthquake in 1854 and a MS7.3 in 1896 occurred, respectively. There is still lack of in-depth study on the active features and the cascading rupture possibility of these segments, which hindered the evaluation of seismic risk for the southeast section of Ganzi-Yushu Fault. By the means of field geological survey and micro topography measurement, this paper studied the geological and geomorphological features of the southeast section of the Ganzi-Yushu Fault. The results show that the Ganzi and Dengke segments show obvious extension movement, in addition to the left-lateral movement. For Manigange segment, the characteristics of the movement are mainly left-lateral strike-slip and thrusting, and the maximum vertical displacement of the Holocene strata is greater than 2m. In part areas, the movement is normal faulting, which perhaps relates to the left stepping zone in the local stress environment. Therefore, combining the research results such as the fracture distribution in different motion characteristics, rupture behavior of paleoearthquakes, and the distribution of historical earthquake surface ruptures, we divide the southeast section of Ganzi Yushu Fault into Ganzi, Manigange and Dengke segment, and consider the Yakou and the Dengke Basin as the stepovers and the segments’ boundaries. As the small scale of impermanent barriers including Dengke Basin and the ridge near Yakou, of which the width is about 1~2km, they may be broken through in great earthquake rupture in future. A trench was excavated in Zhuqing township to investigate the paleoearthquakes on the Manigange segment, radiocarbon dating was employed and 3 paleoseismic events were revealed in the Zhuqing trench, which are the seismic events occurring respectively at 3875~3455BC, after 775BC, and the latest one that ruptured the surface. Compared with the previous results of paleoseismology in the southeast section of Ganzi-Yushu Fault, it is found that the paleoseismic events in the Manigange segment are obviously different with that in Ganzi segment and Dengke segment. Due to the lack of sufficient data on the southeast section of the Ganzi-Yushu Fault, it still needs further discussion whether the cascade-rupturing between these segments exists.

Keyword: Ganzi-Yushu Fault; characteristics of late Quaternary activity; paleoseismology; rupture behavior
0 引言

大量的地质和地震研究发现, 断裂的破裂过程在1次独立的地震中并非沿着整条断裂全部破裂, 而是仅仅破裂其中的一部分。如果1条断裂长期以来的活动强度和破裂端点的位置比较稳定, 那么这条断裂就具有明显的分段特征。了解断裂的分段特征及各个段落的古地震复发规律和破裂行为对评价断裂的地震危险性具有重要意义。甘孜-玉树断裂作为1条大型的块体边界断裂, 其活动性较强, 大地震频发, 近代曾发生过多次7级以上地震, 保留有大量古地震遗迹, 但由于该地区海拔较高, 人烟稀少, 又是少数民族群居地区, 对历史地震的发生年代、 破裂范围存在着一定的争议, 对各个几何段落的活动性、 古地震复发周期等问题缺乏深入的研究, 因而对甘孜-玉树断裂东南段各几何段落的边界特征缺少足够的认识, 也未能清楚界定其分段边界。

本文通过对甘孜-玉树断裂东南段的地质地貌调查揭示其晚第四纪活动特征, 结合断裂的几何展布特征、 古地震破裂行为和历史地震地表破裂带分布范围等分段依据, 对甘孜-玉树断裂东南段各几何分段的边界特征进行分析, 为其几何分段方案提供科学依据。通过对马尼干戈段的古地震开展研究以揭示其古地震序列, 结合前人在甘孜-玉树断裂东南段的古地震研究结果, 对甘孜-玉树断裂东南段的活动习性及破裂行为进行分析, 为评估断裂的地震危险性提供依据。

1 甘孜-玉树断裂区域地震构造环境

甘孜-玉树断裂是1条全新世强烈活动的左旋走滑断裂带, 与鲜水河断裂共同构成了巴颜喀拉地块和羌塘地块、 川滇菱形地块的边界断裂(徐锡伟等, 2003), 地震地质方面的研究表明该断裂的滑动速率为5~7mm/a(李闽峰等, 1995; 周荣军等, 1996; 彭华等, 2006; 石峰等, 2013; 黄学猛等, 2015; Huang et al., 2015)或12mm/a(闻学泽等, 2003), GPS观测表明该断裂的滑动速率为(6.6± 1.5)mm/a(Wang et al., 2013)。甘孜-玉树断裂总体走向310° ~330° , SE端起于甘孜县南侧, 由生康乡、 错阿乡、 马尼干戈乡, 翻越海子山, 经竹庆、 邓柯、 巴塘盆地、 玉树等地, 向西与风火山断裂相连, 总长近500km。甘孜-玉树断裂上强震频发, 除2010年玉树MS7.1地震, 有记载的历史地震有1896年邓柯西7.0级地震、 1738年玉树西 6& #xBD; 级地震(国家地震局, 1977), 前人研究认为, 在马尼干戈段和甘孜段分别发生了1854年7.7级和1866年7.3级地震(周荣军等, 1997; 闻学泽等, 2003), 在野外调查中, 甘孜-玉树断裂沿线均可见到不同历史地震的地表破裂带。

2 甘孜-玉树断裂SE段地质地貌特征

前人根据甘孜-玉树断裂的几何展布特征和历史地震地表破裂带分布范围等, 将甘孜-玉树断裂分为甘孜段、 马尼干戈段、 邓柯段、 玉树段和当江段(闻学泽等, 1985; 周荣军等, 1996; Huang et al., 2015), 本文所指的甘孜-玉树断裂东南段包含甘孜段、 马尼干戈段和邓柯段(李闽峰等, 1995)(图2)。甘孜段SE端起于甘孜县南侧卓达曲沟口的奎沙村, 向NW延伸沿甘孜盆地南侧展布, 经生康乡, 断裂切过甘孜盆地南侧的雅砻江阶地及南侧山体的山前洪积扇体, 形成一系列高度不等的断层陡坎, 断裂在来马乡西侧进入山区后, 延伸至六十六道班NW侧5km左右的垭口附近, 全长约50km, 甘孜段主要控制了甘孜盆地的发育。马尼干戈段SE端起始于垭口NW侧, 向NW延伸经错阿乡、 绒青村、 马尼干戈乡、 日阿、 海子湖、 竹庆南、 俄支及麻呷后进入邓柯盆地, 全长约160km, 断裂主要表现为走滑兼逆冲性质, 总体倾向SW, 断裂在该段分为较多分支段落, 呈羽列、 分叉等形态展布。邓柯段展布于石渠县洛须镇(邓柯)与玉树巴塘乡之间的金沙江深切割河谷地带, 该段落东端因断裂左阶斜列形成了第四纪拉分盆地, 盆地内河谷宽阔。 金沙江表现为蛇形曲流, 显示出长期的稳定沉降状态, 该段大部隐伏于金沙江现代河床之下而地表行迹不清楚。 邓柯盆地以西, 断裂向西延伸经芒达、 下拉村、 直贡、 档拖、 奔达乡、 相古村等地, 终止至巴塘盆地以东, 全长约60km。前人对邓柯段的断错地貌现象及古地震研究较为深入(Zhou et al., 2014), 本文主要对甘孜段和马尼干戈段断裂的晚第四系活动特征进行介绍。

图1 甘孜-玉树断裂邻区地质构造简图Fig. 1 Geological sketch map of the Ganzi-Yushu Fault and its adjacent region.

图2 甘孜-玉树断裂东南段几何展布特征及工作点分布图(分段方案引自闻学泽等, 2003)Fig. 2 Geometric distribution characteristics of southeastern section of the Ganzi-Yushu Fault and the locations of sites in this study(Segmentation scheme is cited from Wen et al., 2003).

2.1 生康乡观察点

甘孜-玉树断裂通过甘孜县西约10km处的生康乡, 断裂左旋切过该处的雅砻江支流尼亚达柯河T5/T3阶地后缘, 形成了河流及其阶地的左旋位错, T5阶地左旋位错量为(360± 60)m, 断层两侧高差约50m(闻学泽等, 2003; Shi et al., 2016)。在生康乡的然达底村附近(NO.01)可见到断层断错雅砻江T5阶地砾石层, 断层表现为倾向NE的高角度走滑兼正断的运动性质, 断层带内可见到砾石层定向排列(图3)。

图3 生康乡然达底村附近雅砻江T5阶地断层剖面(镜向NW)
①褐黄色砾石层, 砾石磨圆度好, 胶结程度较好; ②褐黄色坡积层, 砾石呈棱角状; ③褐黄色含砂黏土层, 呈近水平分布; ④断层带宽约1.5m, 带内可见到砾石呈定向排列, 发育有多个断层面Fig. 3 Fault section of terrace T5 of the Yalong River near Randadi village in Shengkang town(view to NW).

2.2 来马乡观察点

甘孜-玉树断层在甘孜段的来马乡附近(NO.02)断层线性特征较为明显, 主要表现为断层断错山前洪积扇扇体, 形成了4.3~5m的断层陡坎, 洪积扇露头主要为粗砂砾石层, 较松散, 为全新世地层。断层剖面揭露出断裂为倾向NE的高角度走滑兼正断性质, 断层带内基岩较为破碎, 揉皱强烈(图4)。

图 4 来马乡附近断错地貌(a)及断层剖面(b)Fig. 4 Faulted landform(a) and fault section(b) near Laima town.

2.3 纳洼村观察点

甘孜-玉树断层在甘孜段的纳洼村至垭口段断层线性特征较为明显, 主要表现为倾向SW的断层陡坎, 断层陡坎高度在纳洼村附近达4.1m(NO.03)(图5a), 向NW延伸陡坎高度逐渐变小(NO.04)(图5b), 至垭口附近消失不见。在纳洼村NW约6km处, 可见到明显的历史地震地表破裂带(NO.05)(图5c、 d)。

图5 纳洼村、 垭口附近断错地貌(a、b); 纳洼村西侧地震地表破裂(c、 d)Fig. 5 Faulted landform near Nawa village and Yakou(a, b); Surface rupture of historical earthquakes at the west of Nawa village(c, d).

2.4 日阿NW观察点

甘孜-玉树断裂在马尼干戈段日阿NW约5km处(NO.06)断层线性特征较好, 走向约305° , 可见到断层将冲沟的T1和T2阶地左旋断错, 通过无人机进行了微地形测量, 测得断层断错冲沟T2阶地55~70m(图6)。另外, 此观察点附近还发现了地震地表破裂, 主要为陡坎上部的新鲜破裂面, 可能为1854年MS7.7地震的地表破裂带。

图6 日阿NW附近断错地貌Fig. 6 Faulted landform near the northwest of Ri’a village.
a、 b为断错地貌航拍照片及地形图

2.5 竹庆乡附近观察点

甘孜-玉树断裂在竹庆一带(NO.07, NO.08)主要发育在雀儿山北麓的冰碛物中, 表现为断续延伸的断层陡坎, 致冰碛垄岗及冲沟发生了左旋位错(图7a、 b), 该段还发育有多个小型阶区, 有挤压隆起型阶区, 也有拉分盆地型阶区。

综合野外调查结果显示甘孜-玉树断裂SE段以垭口和邓柯盆地为界, 垭口SE的甘孜段和邓柯盆地NW的邓柯段均可见到断裂具有明显的正断分量, 而垭口NW至麻呷乡NW的马尼干戈段则表现为左旋走滑兼逆冲运动性质(图2)。

图7 竹庆乡附近断错地貌Fig. 7 Faulted landform near Zhuqing town.

3 甘孜-玉树断裂马尼干戈段古地震研究
3.1 走滑断层古地震研究及分析方法

鉴于甘孜-玉树断裂具有较强烈的走滑运动特征及其形成的典型地貌类型, 本次工作在马尼干戈段上选定了竹庆NW(ZQTC)开挖古地震探槽(图2), 探槽开挖点为堆积物连续沉积的小型拉分盆地SE侧, 周围环境植被较好, 能够采集到年代学样品。在识别古地震事件时, 我们主要选取地层侵蚀、 沉积序列变化和古地震遗迹等现象作为依据(刘静等, 2007; 冉勇康等, 2012)。

3.2 竹庆乡探槽(ZQTC)

甘孜-玉树断裂在竹庆乡至俄支乡之间展布于山前冰碛扇后缘, 断层断错一系列冰碛垄。在竹庆乡NW 22km处, 可见断层左阶斜列展布, 形成1个小型拉分盆地, 长约800m, 最宽处达90m, 冲沟在SW支断层通过处断层陡坎明显, 形成跌水(图8)。在拉分盆地SE, 可见到NE支断层在拉分盆地边缘形成高、 低2条近平行的陡坎, 探槽开挖处位于拉分盆地SE侧, 探槽长约25m, 最深约3m(图9)。

图8 竹庆乡探槽附近SPOT影像解译及实测地形图Fig. 8 Interpreted SPOT image of Ganzi-Yushu Fault and the measured topographic map near the Zhuqing trench.

图9 竹庆乡探槽附近航拍照片及断错地貌Fig. 9 Aerial photograph and faulted landform near the Zhuqing trench.

从该探槽东南壁可以看出断层分为2支, 均呈高角度正断性质, 并可分辨出3次地震事件(图10): 事件Ⅰ 发生在U9-2与U10-1之间, 可能在F1、 F2断面上均有活动, 地震在F2断面断错了U9-2地层后沉积了U10-1地层, U10-1地层砾石含量较多, 呈棱角状, 在F1断面断错了其右侧的黏土层, 沉积了U7地层。根据地层测年结果, 判断出该次古地震事件应该发生在3875~3455BC①之间; 事件Ⅱ 发生在U10-2与U11之间, U11地层底部含有1层厚20~30cm的砾石层, 应为1次古地震事件后沉积, 根据地层测年结果, 判断出这次古地震事件应该在775BC之后; 事件Ⅲ 为断错到地表的地震事件, 其中F1断错了U11、 U13, F2断错了U11、 U12地层, F1断面两侧U11地层顶面垂直位移量约0.9m, 2个断面在地表分别对应高、 低2个断层陡坎。

图10 竹庆乡探槽SE壁照片、 解译剖面及断层局部照片
U1 褐黄色含黏土砾石层, 砾石砾径1~8cm, 棱角状, 呈半胶结状态; U2 褐灰色含砾石黏土层, 砾石砾径1~8cm, 棱角状; U3 褐灰色含砾石黏土层, 砾石含量约35%, 砾径1~3cm, 棱角状; U4 褐灰色黏土层, 较均一致密; U5 褐黄色、 灰褐色黏土层, 较均一致密, 含灰黑色条带, 底部为厚5~10cm的褐黄色砾石层, 砾石砾径0.5~2cm; U6 灰黑色、 灰褐色黏土层, 砾石含量约15%, 砾径0.5~3cm; U7 崩积楔, 为褐灰色含砾石黏土层, 砾石砾径1~3cm; U8 褐黄色含砾石黏土层, 砾石含量约30%, 砾径1~5cm, 棱角状; U9-1 灰黑色、 灰褐色黏土层, 含砾石, 砾石砾径0.5~3cm; U9-2 褐黄色黏土层, 含砾石, 砾石砾径0.5~3cm; U10-1 褐黄色、 灰黑色含砾石黏土层, 砾石呈棱角状, 砾径0.5~2cm, 砾石含量约30%; U10-2 灰黑色、 褐黄色含腐殖黏土层, 局部含砾石, 砾石砾径0.5~2cm; U11 褐黄色、 褐红色含砾石黏土层, 砾石多分布于地层底部, 砾石砾径1~5cm; U12 含砾石黏土层, 砾石砾径1~3cm, 局部含砾石; U13 褐灰色砾石层, 砾石砾径5~10cm, 呈棱角状; F1断面附近发育有崩积楔, 倾角约55° ; F2断错到地表, 为最新活动断面, 倾角约65° Fig. 10 Photograph mosaic, the interpreted map of the southeast wall of the Zhuqing trench and the local photograph of the fault.

在该探槽古地震识别过程中, 考虑到走滑断裂的运动特征, 主要以古地震发生后形成的沉积韵律为识别标准, 虽然2个断面附近均发育有崩积楔, 且北侧断面也断错到地表, 但由于缺少地层沉积序列方面的证据支撑, 很难识别出发生了其他古地震事件。地震地质研究及GPS观测结果均显示出甘孜-玉树断裂东南段的滑动速率> 5mm/a(周荣军等, 1996; 闻学泽等, 2003; Wang et al., 2013), 表明该断裂的复发周期可能较短, 结合该探槽中识别出来的3次古地震事件, 推测该探槽可能存在着古地震事件的漏记现象。

4 甘孜-玉树断裂东南段古地震破裂行为及几何分段特征探讨
4.1 甘孜-玉树断裂东南段古地震破裂行为

依据马尼干戈段上竹庆乡探槽记录的古地震事件, 可知马尼干戈段在5i800a以来至少发生了3次事件, 分别为3875~3455BC之间、 晚于775BC和最新1次断错地表事件。Shi等(2016)在错阿乡附近跨冲沟T2阶地上的断层陡坎进行了探槽开挖(图2), 探槽下部为粗砾石层, 上部以黏土层为主, 地层测年结果为(8i050~3i390)aiBP, 并识别出在2130~1510BC和3580~2640BC发生过2次古地震事件, 断层呈正花状构造, 显示断层为左旋走滑兼逆冲性质。错阿乡探槽识别的古地震事件与竹庆探槽上的不同, 也说明马尼干戈段上的探槽所记录的古地震事件存在漏记现象。由于错阿乡探槽开挖在冲沟T2阶地上, 探槽中地层年龄主要分布在(8i050~3i390)aiBP, 因而主要记录了全新世中期的古地震事件, 由于记录时间段较短, 造成错阿乡探槽漏记了全新世上段的古地震事件。而错阿乡探槽中识别的2130~1510BC中的事件在竹庆乡探槽未见有记录, 这可能由于马尼干戈段SE端的错阿乡探槽距离甘孜段较近, 甘孜段和马尼干戈段的几何分段仅以垭口附近的山脊作为分段边界, 其阻碍地震破裂的能力较小, 因而具有甘孜段地震破裂延伸到错阿乡, 并在探槽中留下记录的可能性。

前人在甘孜-玉树断裂东南段其他几何段落也开展了的古地震研究工作, 其中Zhou等(2014)在邓柯段下拉村的古地震研究结果显示在自(1100± 70)AD以来共发生了3次地震破裂事件(图2), 分别为(1100± 70)AD、 (1550± 100)AD和1896年地震, 并认为邓柯段的古地震复发周期约为400a。Shi等(2016)在甘孜段的仁果乡开挖了探槽(图2), 揭示甘孜段在885~525BC和7230~3015BC之前发生过2次古地震事件。

以上古地震研究结果表明甘孜-玉树断裂东南段3个段落的古地震发生时间或复发间隔存在明显的差异: 马尼干戈段距今(5 820± 30)a以来至少发生过3次地震事件, 最晚1次地震的发生时间为1854AD(闻学泽等, 2003), 邓柯段最晚3次古地震的复发间隔约为400a, 最近1次地震为1896AD(Zhou et al., 2014), 甘孜段距今> (4 950± 50)a以来共发生过3次地震, 最晚1次地震的发生时间为1866AD(Shi et al., 2016)。由于甘孜-玉树断裂东南段古地震研究尚处于起步阶段, 前人开展的古地震研究工作存在一定的局限性, 甘孜段探槽场地处于山前洪积扇上, 揭示出的沉积物颗粒较粗且探槽深度有限, 因而可能存在古地震事件漏记, 其复发间隔存在疑问, 而邓柯段揭示的古地震事件仅为全新世上段((1100± 70)AD以来), 记录的古地震时间段较短, 判断其与马尼干戈段是否存在级联破裂需要更长时间的古地震记录。有学者认为断裂马尼干戈段上的1854AD地震地表破裂有可能向SE延伸至甘孜段上的大金寺附近(闻学泽等, 2003), 而在野外实地考察中, 马尼干戈段和甘孜段几何分段边界的垭口附近未发现明显的地震地表破裂带, 加之1866AD与1854AD 2次地震的发生时间相距较近, 造成其在野外识别上存在一定的难度。

综上所述, 由于本次工作的局限性, 对于甘孜-玉树断裂东南段古地震破裂行为的认识尚存在很多不足, 关于各几何分段的古地震复发周期、 是否存在级联破裂等科学问题的解答仍需要更多古地震资料的支撑, 我们将在后续的工作中开展深入研究。

4.2 甘孜-玉树断裂SE段几何分段的边界特征

本次野外调查结果显示甘孜-玉树断裂SE段以垭口和邓柯盆地为界, 垭口SE的甘孜段和邓柯盆地NW的邓柯段均可见到断裂具有明显的正断分量, 其中甘孜段以来马乡为界, 东西两侧的断层陡坎分别倾向NE和SW, 显示断裂在拉张应力环境下表现为明显的负花状构造, 而邓柯段的断层剖面和古地震探槽剖面均显示出该段具有明显的拉张应力环境(Zhou et al., 2014)。甘孜段和邓柯段的拉张应力环境均与断层几何展布情况有关, 甘孜段是由于甘孜-玉树断裂东南段和鲜水河断裂带西北段呈左阶斜列所造成, 这种拉张应力环境延伸至垭口附近, 而邓柯段是由于甘孜-玉树断裂在金沙江河谷呈左阶斜列形成了邓柯盆地。垭口NW至麻呷乡NW的马尼干戈段中, 错阿乡探槽断层以逆冲运动为主, 呈正花状构造, 探槽所在的T2阶地面上断层陡坎高约2m。竹庆乡探槽揭示出的断面均为正断运动性质, 古地震事件形成的全新世地层垂直位错约0.9m, 与错阿乡探槽点及其他观察点的观测结果并不一致, 这可能与断层所处左阶斜列阶区形成局部的拉张应力环境有关。

前人还在甘孜段、 马尼干戈段和邓柯段分别识别出3次不同历史地震地表破裂带(闻学泽等, 2003), 因此, 以断裂几何展布特征、 运动性质、 历史地震地表破裂分布范围和不同段落的运动性质作为几何分段标准, 可以将甘孜-玉树断裂东南段以垭口和邓柯盆地2个阶区作为分段边界。

断层阶区是走滑断层上常见的几何不连续体, 大多呈斜列状结构排列, 正是这样的不连续体, 对断层沿走向滑动产生了障碍作用, 导致2个阶区之间断裂面上的应力积累, 当断裂面上的剪应力积累到足够大, 超过了阶区之间岩石的摩擦阻力时就会产生破裂而发生地震, 因此地震发生后破裂的终止分布形态与阶区的结构类型存在较大的相关性。从断裂几何分段边界上的障碍体的角度考虑, 甘孜段和马尼干戈段的分段边界为垭口附近的左阶斜列阶区, 而马尼干戈段和邓柯段之间的分段边界为断裂左阶斜列形成的拉分盆地(图11)。前人的研究表明, 走滑断裂上地震的震级为MS6.5~6.9, 则阶区的最小止裂宽度为3km; 震级为MS7.0~7.5, 则阶区的最小止裂宽度为4km; 震级为MS为7.5~8.0, 则阶区的最小止裂宽度为6km(李正芳等, 2015)。由于垭口附近的山脊及邓科盆地的规模均较小, 阶区宽度仅1~2km左右, 为非持久性障碍体, 在未来大地震的破裂中可能会被突破。

图11 甘孜-玉树断裂东南段几何分段边界特征Fig. 11 Types of barriers in the southeast section of the Ganzi-Yushu Fault.

5 结语与讨论

在马尼干戈段竹庆乡探槽共识别出3次事件, 分别为3875~3455BC之间、 晚于775BC和1次断错到地表的地震事件。通过与前人在甘孜段和邓柯段古地震研究结果进行对比, 显示出马尼干戈段与甘孜段、 邓柯段的古地震破裂事件存在明显的差异。由于缺少更多古地震资料的支撑, 本文仅取得了对甘孜-玉树断裂东南段古地震破裂行为的初步认识, 关于各几何分段的古地震复发周期、 是否存在级联破裂等科学问题的解答仍需要更多古地震研究工作的开展。

甘孜-玉树断裂东南段地质地貌调查结果显示甘孜段和邓柯段除左旋运动性质外, 具有明显的拉张作用, 而马尼干戈段现今运动以左旋走滑兼逆冲性质为主, 结合断裂几何展布特征、 古地震破裂行为和历史地震地表破裂分布范围等方面的研究结果, 可以将垭口和邓柯盆地2个阶区作为甘孜-玉树断裂东南段的分段边界, 分为甘孜段、 马尼干戈段和邓柯段。由于垭口附近的山脊及邓科盆地的障碍体规模均较小, 阶区宽度仅1~2km左右, 为非持久性障碍体, 在未来大地震的破裂中可能会被突破。

致谢: 本文撰写过程中得到了四川省地震局周荣军研究员的悉心指导, 评审专家对论文提出了非常好的修改意见和建议, 在此一并表示感谢。

The authors have declared that no competing interests exist.

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