引用本文
闫小兵, 周永胜, 李自红, 郭瑾. 1695年临汾7¾级地震发震构造研究[J]. 地震地质, 2018,40(4): 883-902.
YAN Xiao-bing, ZHOU Yong-sheng, LI Zi-hong, GUO Jin. A STUDY ON THE SEISMOGENIC STRUCTURE OF LINFEN M7¾ EARTHQUAKE IN 1695 [J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(4): 883-902.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.04.012
Permissions
Copyright©2018, 《地震地质》编辑部
《地震地质》编辑部 所有
1695年临汾7¾级地震发震构造研究
闫小兵1, 周永胜2, 李自红1, 郭瑾3
1山西省地震局, 太原 030021
2中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029
3山西省地质环境监测中心, 太原 030024

〔作者简介〕 闫小兵, 男, 1978年生, 高级工程师, 2008年于中国地震局地质研究所获构造地质学专业硕士学位, 电话: 13466852098, E-mail: 42953033@qq.com。

收稿日期: 2016-07-18
基金项目: 临汾市区活断层探测与地震危险性评价(1521044025)、 中国地震局地质研究所基本科研业务专项(IGCEA1416)与中国地震局地震预测研究所基本科研业务专项(2017 IES010101)共同资助
摘要

1695年5月18日(清·康熙三十四年四月初六)戌时山西临汾发生大地震。《中国历史强震目录》(1995)确定其震中位于36.0°N, 111.5°E, 震中位于今襄汾县张礼村和临汾尧都区东亢村之间偏北处, 震中烈度为Ⅹ度。综合前人对该地震的研究, 推测其发震构造可能为郭家庄断层。在临汾市档案馆、 临汾市地震局等配合下, 详细查阅了临汾古城及其周围地区在此次地震中受损情况的第一手资料, 并在此基础上勾绘了1695年临汾大地震等震线图。经相关专家论证, 认为 “1695年临汾大地震宏观震中定在临汾市老城东关一带、 震中烈度调整为Ⅺ度、 等震线长轴方向为NWW向”更为合理。后在执行 “临汾市活断层探测和地震危险性评价”项目过程中, 在上述临汾大地震宏观震中区附近发现地震断层露头, 在垂直该露头断层走向布设浅层地震测线和排钻施工, 结果发现, 郭家庄断层、 刘村断层组成的右列阶区和罗云山断层(龙祠段)共同参与了1695年临汾大地震, 其交叉部位应为此次地震的微观震中, 基本可以认定这3条断裂为此次地震的发震构造。另外, 该地区的地震地质遗迹(滑坡、 地震地裂、 喷砂管等)主要分布于郭家庄断裂上盘, 从侧面证明该地震遗迹是郭家庄断裂1695年 “活动”的产物。

关键词: 1695年临汾大地震; 历史地震史料; 郭家庄断裂; 地震遗迹
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)04-0883-20
A STUDY ON THE SEISMOGENIC STRUCTURE OF LINFEN M7¾ EARTHQUAKE IN 1695
YAN Xiao-bing1, ZHOU Yong-sheng2, LI Zi-hong1, GUO Jin3
1)Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan 030021, China
2)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration,Beijing 100029, China
3)Shanxi Center of Geo-environment Monitoring, Taiyuan 030024, China
Abstract

A magnitude 7¾ earthquake happened in Linfen, Shanxi, on May 18, 1965(the 34th year of Qing Emperor Kangxi). In the Catalogue of Chinese Historical Strong Earthquakes, the epicenter of this earthquake is located at the northwest of Zhangli Village of Xiangfen County and Dongkang Village of Yaodu District, Linfen City(36.0°N, 111.5°E), and the epicentral intensity is Ⅹ. It was inferred by previous studies that Guojiazhuang Fault is the seismogenic structure of the earthquake. In this paper, in cooperation with the Archives of Linfen City and Earthquake Administration of Linfen, the author looked up in details the first-hand materials of the earthquake damage to the ancient town of Linfen and its surrounding areas, and based on this, drew the isoseismals of the earthquake. Through discussions with relevant experts, we consider that it would be more appropriate that the location of the macroscopic epicenter of this earthquake is in Donguan area of the ancient town of Linfen, the epicentral intensity is Ⅺ, and the major axis of the isoseismals is in NWW. Later, in the implementation of “Linfen city active fault detection and seismic risk evaluation”, we found two earthquake fault outcrops near the macroscopic epicentral area of the 1695 Linfen earthquake. Shallow seismic exploration lines and drill rows perpendicular to the strike of the fault outcrops were arranged to implement the exploration. The results demonstrate that the right-lateral stepover composed of Guojiazhuang Fault and Liucun Fault, together with the Luoyunshan Fault(Longci segment), were involved in the 1695 Linfen earthquake, the intersection of the faults is the microscopic epicenter of the earthquake, and the above-mentioned three faults are the seismogenic structure of the earthquake. In addition, the seismic geological remains in this region(landslides, earthquake ground cracks, sand emitting channels, etc.)are mainly distributed on the hanging wall of the Guojiazhuang Fault, this proves from another perspective that the earthquake remains is the product of activity of Guojiazhuang Fault in 1695.

Keyword: Linfen earthquake in 1695; historical earthquake materials; Guojiazhuang Fault; earthquake remains
0 引言

公元1695年5月18日(清· 康熙三十四年四月初六)戌时, 山西省临汾地区发生强烈地震。《中国历史强震目录》(国家地震局震害防御司编)将该地震的震级确定为 7¾ 级, 其震中定位为36.0° N, 111.5° E, 位于今襄汾县张礼村和临汾尧都区东亢村之间偏北处。在执行 “ 临汾市活断层探测与地震危险性评价” 项目过程中, 对1695年临汾大地震对临汾老城及其周边地区造成的灾害史料进行详细查阅, 并勾绘临汾古城及其周围地区地震烈度分区图, 经过相关专家论证, 认为将临汾老城东关一带定为1695年 7¾ 级地震宏观震中, 其震中烈度由Ⅹ 度修正为Ⅺ 度较为合理。震中附近等震线长轴方向为NWW向。

前人(闫凤忠等, 1988; 邓起东等, 1993; 王挺梅等, 1993)在执行 “ 山西临汾地震研究与系统减灾” 项目过程中, 在临汾市区内发现1条NWW向断裂— — 郭家庄断裂(也称为临汾-浮山断裂), 该断裂走向为NWW向, 与上述震中附近等震线长轴方向类似, 并推测该断裂可能为1695年 7¾ 级地震的发震断裂。

在执行 “ 临汾市活断层探测与地震危险性评价” 项目过程中, 对1695年 7¾ 级地震的地震遗迹进行了现场调查, 专门针对郭家庄断裂进行浅层地震勘探和排钻施工, 最终确定郭家庄断裂、 刘村断裂组成的右列阶区和罗云山断裂垂直交会部位为此次地震微观震中(该位置比原来震中偏北约11km), 上述3条断裂共同为此次地震负责。

1 根据史料确定1695年临汾大地震宏观震中

在执行 “ 临汾市活断层探测与地震危险性评价” 项目过程中, 根据《中国地震历史资料彙编》、 《山西省地震历史资料汇编》以及相应的临汾及各县地方志等, 对1695年临汾大地震的地震破坏史料进行了系统地收集和整理。

1.1 临汾大地震Ⅸ 度烈度地区的地震史料及相应的烈度确定

按照《中国历史地震烈度表》(2010)和前人研究成果(鄢家全等, 2011), 历史地震Ⅸ 度标准为: 1)伤亡数百至千; 2)民居、 官署、 学府、 庙宇、 殿堂倒塌殆尽或仅存一二; 3)庙宇、 殿堂多倾圮或仅存一二等。

记载破坏程度达Ⅸ 度的点有洪洞县北羊村(表1), 临汾县堡头、 坡子里、 递庄、 晋掌、 龙词、 五级等村(表2)、 襄陵县的县城、 辛建、 北梁、 四柱、 北蔺等村(表3)和浮山县城(表4)共13处。由此, 圈定的Ⅸ 度区是一走向近EW顶角向北的三角形, 长轴的长度约50km。这一结果与中国历史强震目录(国家地震局震害防御司, 1995)的差别是, 该文献将南段村列为Ⅸ 度点, 无四柱村和北蔺村Ⅸ 度点, 浮山县城为Ⅷ 度强。作者以为, 史料《王铭绘具宗图》中仅有南段村王孙駉因地震压亡而定立嗣之人的记载, 而无其他地震破坏记载, 不足以据此将该地定为遭Ⅸ 度破坏; 四柱村和北蔺村的地震破坏记载明确, 严重破坏, 符合烈度标准; 浮山县城有县署、 文庙、 学宫等7处倾圮和南关房屋尽倾等破坏及城垣塌毁、 县城西南隅几成沟壑等记载, 据作者研究, 地震后浮山县人口为1.7万, 地震死亡人口约2i000人, 由此可以认为, 浮山县城应遭严重破坏, 划为Ⅸ 度适宜(苏宗正, 1995)(图1)。

表1 临汾地震洪洞县Ⅸ 度区史料 Table1 The historical data of Linfen earthquake in Hongtong County with intensity Ⅸ
表2 临汾地震临汾县Ⅸ 度区史料 Table2 The historical data of Linfen earthquake in Linfen County with intensity Ⅸ
表3 临汾地震襄陵县Ⅸ 度区史料 Table3 The historical data of Linfen earthquake in Xiangling County with intensity Ⅸ
表4 临汾地震浮山县Ⅸ 度区史料 Table4 The historical data of Linfen earthquake in Fushan County with intensity Ⅸ

图1 历史资料确定的临汾大地震Ⅸ 度圈范围Fig. 1 The intensity Ⅸ circle of Linfen earthquake by history records.

根据上述资料, 圈定1695年临汾大地震Ⅸ 度烈度圈范围, 具体见图1。

1.2 临汾地震Ⅹ 度烈度地区的地震史料及相应的烈度确定

按照《中国历史地震烈度表》(2010)和前人研究成果(鄢家全等, 2011), 历史地震Ⅹ 度标准有: 1)伤亡数千至万; 2)民居、 官署、 学府、 庙宇、 殿堂倒塌殆尽或仅存个别; 3)庙宇、 殿堂多倾圮等。

据历史史料记载破坏程度达Ⅹ 度的地点有临汾县境的尧庙、 县底村卧虎山、 翟村、 南乔村、 南练李村、 东亢村、 乔村和襄陵县张礼村共8处, 破坏记载可归纳为: 属房屋大多数倒塌。具体记载见表5。

表5 临汾地震Ⅹ 度区历史资料汇总 Table5 The historical data of Linfen earthquake in the intensity Ⅹ area

根据上述8个Ⅹ 度烈度点, 在Ⅸ 度圈内部, 圈定出Ⅹ 度区, 其长轴走向近EW向, 长20km(图2)。

图2 根据史料确定的1695年临汾地震Ⅹ 度区范围Fig. 2 The intensity Ⅹ circle of Linfen earthquake determined by history records.

1.3 临汾地震Ⅺ 度烈度地区的地震史料及相应的烈度确定

自1960年以来, 历次地震目录给出的1695临汾地震震中参数基本一致, 略有差别(表6)。目前, 常用的第四版地震目录给出的临汾地震震中在临汾城南约9km, 介于今襄汾县张礼村和临汾尧都区东亢村之间偏北处(36.0° N, 111.5° E)。其主要的依据是张礼村的地震破坏记载: 本村房屋尽倒, 只留残破数十余间。民死伤男、 妇、 老、 幼一百六十七名, 其余尽带伤。东亢村的地震破坏记载是: 云泉圣寺康熙乙亥之孟夏陡遭坤变之灾, 须臾间柱折栋裂, 阶圮壁颓, 仅存十、 一于千百。

表6 1695年临汾大地震参数表 Table6 Parameters of the 1695 Linfen earthquake

自1960年以来, 历次地震目录给出的1695临汾地震震中烈度均为Ⅹ 度, 按照《中国历史地震烈度表》(2010)和前人研究成果(鄢家全等, 2011), 历史地震中Ⅺ 度标准为: 1)人数伤亡甚众(数万); 2)国家赈济、 免赋税; 3)民居、 官署、 学府、 庙宇等倒塌殆尽或少有存者。

作者详细查阅临汾(老城)破坏史料, 其中城池、 官府、 衙署的破坏见表7, 书院、 考院的地震破坏见表8, 寺庙、 祠堂的地震破坏见表9, 其综合特征归纳如下:

表7 临汾(老城)城池、 官府、 衙署的地震破坏史料 Table7 The historical data of the earthquake damage to the city and government buildings in the ancient town of Linfen
表8 临汾(老城)书院、 考院的地震破坏史料 Table8 The historical data of the earthquake damage to the academies in the ancient town of Linfen
表9 临汾(老城)寺庙、 祠堂的地震破坏史料 Table9 The historical data of the earthquake damage to the temples in the ancient town of Linfen

(1)临汾城城垣、 民舍尽塌, 官府衙暑等有14处 “ 地震毁” 。

(2)临汾城内的书院、 寺院、 寺祠、 楼等有18处 “ 地震圮” 。

(3)临汾城内有7处寺庙等 “ 地震毁坏” 。

(4)特别指明临汾城的地震破坏、 人口伤亡最重, “ 东关尤甚” 。

(5)地震致临汾县死亡人口达2.8万, 人口死亡率16%, 占该次地震死亡人口的53%, 高于其他受灾县份。

(6)此次地震发生之后, 康熙帝于康熙34年4月25日谕户部派员急赴灾区勘察、 赈恤灾民。赈济平阳府等14州县和1卫灾民 “ 银十二万六千九百辆” , “ 停征临汾、 洪洞、 浮山、 襄陵四县、 平阳一卫本年额赋” 。

根据临汾老城的这些文献资料, 我们判定临汾大地震中, 临汾老城的地震烈度达到Ⅺ 度。即在上述Ⅹ 度圈内, 应该增加1个范围较小的Ⅺ 度的极震区(图3)。

图3 根据史料确定的1695年临汾地震Ⅺ 度区范围Fig. 3 The Ⅺ intensity circle of Linfen earthquake determined by history records.

目前第四版地震目录给出的临汾大地震震中介于今襄汾县张礼和临汾尧都区东亢村之间。上述张礼、 东亢的地震破坏记载与城临汾一样都很严重, 但考虑到临汾的建筑比张礼、 东亢的建筑更坚固(临汾为平阳府都城所在地, 建筑质量相应的比下一级村、 镇高), 所以本文认为临汾老城的破坏更甚。将1695年临汾7¾ 级地震宏观震中定在临汾老城, 其震中烈度定为Ⅺ 度更合理一些(图3)。其Ⅸ 度、 Ⅹ 度、 Ⅺ 度等震线长轴方向均为NWW向, 据此, 将该地震的发震构造走向判定为NWW向较为合适。

2 1695年临汾大级地震发震构造研究

图3黑线为根据史料确定的1695年临汾大级地震Ⅸ 度、 Ⅹ 度、 Ⅺ 度等震线长轴方向, 在执行 “ 临汾市活动断层探测与地震危险性评价” 项目过程中, 关于1695年临汾大地震的发震构造研究主要围绕该长轴方向展开。

2.1 典型断层(露头)剖面

在极震区(Ⅺ 度区)内, 共发现2个典型的断层露头。图4为汾河Ⅲ 级阶地人工探槽揭露的郭家庄断层剖面。该探槽位于临汾市原郭家庄小学校内。断层未错断的上覆地层是一文化层, 其中含有大量的瓦片, 经临汾市文化局鉴定, 其年代为清朝末期。由于本地区自1695年以来未发生过大地震, 故剖面上断层应该是1695年临汾大地震的产物。

图4 郭家庄断层剖面(郭家庄小学院内)(据王挺梅等, 1993)Fig. 4 Guojiazhuang Fault section(located in Guojiazhuang primary school)(after WANG Ting-mei et al., 1993).

税务局宿舍斜坡公路位于郭家庄小学东, 在公路东侧的人工开挖的陡坡上出露有10条断层(图5), 断层走向255° ~330° , 倾角多在60° ~80° , 断裂带宽36m, 走向NWW的断层位于剖面的南部, 走向NEE的断层位于剖面的北部, 断层的最大断距为0.35m, 由南向北基本上呈梯级错断, 累积断距为2.5m。断层直达地表, 错断了第四系上更新统上部粉土、 粉质黏土、 中砂层, 在断层附近有宽1.2m的空洞和上部地层的扰动现象。断层面上可见擦痕和构造片理, 显示断层为倾滑正断层。

图5 税务局宿舍郭家庄断层剖面Fig. 5 Guojiazhuang fault section(located at local tax bureau dormitory).

位于极震区的上述2个剖面都位于临汾市郭家庄村内, 所以将该断层命名为郭家庄断层。在临汾市市区范围内其他地方未发现该断层露头, 为了研究郭家庄断层的具体展布位置和活动性, 本项目横跨该2个断层露头走向方向开展了浅层地震勘探工作。

2.2 浅层地震勘探

为了研究郭家庄断裂的具体展布位置和活动性, 本次工作共布设8条人工地震测线(纵波), 且对于探测到的部分断点进行了横波测线加密(图6), 其成果从SE到NW分述如下:

图6 郭家庄断层浅层地震探测布设图Fig. 6 Shallow seismic exploration layout map across the Guojiazhuang Fault.

(1)GJZ3测线起点位于县底镇, 终点位于上官村南, 在桩号1i458m处, T03以下各界面均有小幅错断, 其中T03和T04界面的错断特征较为明显, 断点北侧界面均有一定程度的下沉。分析认为, 此处存在一视倾向N的正断层, 其向上延伸错断了T03界面。可分辨的上断点埋深为136~140m, 垂直断距为5~8m。

(2)QLF6测线起点在洋曹线与中陈线交界处, 终点在洋曹线与俞庄乡村路交界处。4i797m桩号处T03以下波组出现明显的错断, 沿着断层面向下T09波组在大号段缺失, T08波组有明显的角度不整合特征, 此处还有明显的断点绕射波, 垂直断距较大, 浅部地层反射波组也有明显的错断, 但相对T08波组的相对断距较小。从地震反射时间剖面上看, T01波组同向轴连续, 未出现错断。断点两侧地层界面均呈视倾向N的形态, 上盘下降、 下盘上升, 为正断层的特征。计算得视断距2~15m, 断点倾向N, 视倾角较缓, 倾角10° ~48° , 其可分辨的上断点埋深约98m。

针对QLF6测线断点进行了2次勘探布置QLF11横波测线, 沿着蔡凌杨家坟村至埝下村乡道进行施工, 测线走向近SN向, 起点在洋曹线席村段, 终点在洋曹线与俞庄乡村路交界处南部。位于QLF11横波测线1i088m桩号处, 见T03及以下波组出现不同程度的错断, 深部的错断在波组上的反映更加明显一些, 浅部相对来说弱一些, 从下往上断距逐渐缩小, T02及以上波组同相轴未出现错断, 但有被扰动的迹象。断点两侧地层界面呈视倾向N的形态, 上盘下降、 下盘上升, 为正断层的特征。计算得视断距1~3m, 断点倾向N, 视倾角较缓, 倾角38° ~69° 。其可分辨的上断点埋深约104m, 该断点与QLF6测线的断点应为同一断点。

(3)QLF9测线沿着东外环进行施工, 测线走向近SN向, 起点在东外环路与铁路桥交会处孙乔村南部, 终点在东外环路与华州路交会处附近。QLF9测线3i065m桩号处T03及以下波组出现不同程度的错断, 从下往上断距逐渐在缩小, T02及以上波组同相轴未出现错断, 但有被扰动的迹象。从整条剖面可以看出, 在桩号3i100m— 桩号4i200m段, 下部地层有一明显隆起, 到了浅部这种特征逐渐变弱, 直到消失, 而且在本段地震反射波组非常凌乱, 分析是由1个主断裂与多个次生断裂组合的断裂带。断点两侧地层界面均呈视倾向N的形态, 上盘下降、 下盘上升, 为正断层的特征。计算得视断距5~12m, 断点倾向N, 视倾角较陡, 倾角55° ~85° , 其可分辨的上断点埋深约170m。

(4)QLF8测线起点在平阳北街与五一路(信和路)交会处, 终点在平阳北街北端点下樊村附近。测线2i190m桩号处可见T04及以下波组出现不同程度的错断, 从下往上断距逐渐缩小。从地震反射时间剖面上看, T03及以上波组同向轴连续, 未出现错断。断点两侧地层界面均呈视倾向N的形态, 上盘下降、 下盘上升, 为正断层的特征。计算得视断距5~10m, 断点倾向N, 视倾角较陡, 倾角58° ~83° , 其可分辨的上断点埋深约440m。

(5)QLF7测线起点在鼓楼北大街与五一路(信和路)交会处, 终点在鼓楼北大街屯里镇拐弯处。3i699m桩号处可见 T03及以下波组出现不同程度的错断, T02及以上波组同相轴未出现错断, 但有被扰动的迹象。断点两侧地层界面均呈视倾向N的形态, 上盘下降、 下盘上升, 为正断层的特征。计算得视断距4~18m, 断点倾向N, 视倾角较缓, 倾角170° ~730° , 其可分辨的上断点埋深约208m。

(6)QLF5测线沿着桃临路进行施工, 测线走向近SN向, 起点在桃临路北芦村段, 终点在桃临路孙曲村段南部。6i575m桩号处可见T03及以下波组出现不同程度的错断, T02及以上波组同相轴未出现错断, 但有被扰动的迹象。从整条剖面可以看出, 在桩号5i700m— 桩号8i300m段, 下部地层有一明显隆起, 到了浅部这种特征逐渐变弱, 直到消失, 而且在本段地震反射波组非常凌乱, 分析是由1个主断裂与多个次生断裂组合的断裂带。断点两侧地层界面均呈视倾向N的形态, 上盘下降、 下盘上升, 为正断层的特征。计算得视断距2~9m, 断点倾向N, 视倾角较缓, 倾角250° ~620° 。其可分辨的上断点埋深约205m。

针对QLF5测线的北部进行了2次勘探, 布设测线QLF10。沿着蔡凌杨家坟村至埝下村乡道进行施工, 测线走向近SN向, 起点在洋曹线席村段, 终点在洋曹线与俞庄乡村路交界处南部。QLF10横波测线875m桩号处见T05波组出现错断, T04及以上波组同相轴连续, 未出现错断。断点两侧地层界面呈视倾向N的形态, 上盘下降、 下盘上升, 为正断层的特征。计算得视断距4~6m, 断点倾向N, 视倾角较缓, 倾角540° ~660° 。其可分辨的上断点埋深约157m。该断点与QLF5上测线断点应为同一断点。

综合以上各测线勘探结果: 1)可确定郭家庄断裂的展布迹线(图7), 且认为郭家庄断裂在测线QLF7处通过, 但未延伸到QLF5线所在的位置。该断裂最新活动时代为全新世; 2)QLF5线北部断点为此次浅层地震发现新断点, 该断点和其他测线确定的断点走向相差较大, 结合野外地质调查和专家现场论证, 最终定名为刘村断裂。该断点可分辨的上断点埋深约157m, 结合该地区钻孔资料, 其地质最新活动时代为中更新世晚期到晚更新世早期; 3)郭家庄断层和刘村断层组成右列阶区。

图7 QLF6线地震反射时间剖面和席村钻孔联合剖面布置图Fig. 7 The layout map of shallow seismic reflection time section of the line QLF6 and the composite drilling section at Xicun Village.

2.3 钻孔联合剖面探测

为了验证浅层地震勘探给出的断点的可靠性和断层露头在地面之下的延续性, 本项目针对QLF6测线给出的断点(物探断点)和税务局宿舍剖面(断层露头)进行了钻孔联合剖面探测。

2.3.1 席村钻孔联合剖面(针对QLF6测线上断点)

县底镇席村钻探联合地质剖面横跨过浅层地震给出的(郭家庄断层)断点, 沿浅层地震测线、 在断点两侧各布设了4个地震钻孔, 以揭露断层的存在和活动性。

(1)物探断点地质解释

图7是QLF6线地震反射时间剖面(桩号4i140m— 6i154m段)。该测线采用纵波反射波法施工, 2m检波点距, 168道接收, 14次覆盖, 采样率0.5ms, 采样长度1i500ms, 0m偏移观测系统。

从图7可见, QLF6线地震反射时间剖面信噪比较高, 反射波同相轴连续, 能量较强。从各反射波组时间看, 在整条测线上, 反射波组对应的地层深度变化不大, 其他反射波组对应的地层从南向北深度逐渐变深, 随着深度加深, 这种变化更加明显, 浅部地层反射波变化不明显, 而深部地层的反射波组变化较明显, 区域第四系等厚线图揭示第四系底深度变化不太大, 新生界地层从南向北逐渐变深, 而且变化比较大, 这与地层反射波组相吻合。对比第四系等厚线图与QLF6线布置图, 在QLF6线范围内第四系厚度范围约240~270m。对比新生界等厚线图与QLF6线布置图, 在QLF6线范围内新生界厚度范围约1i350~750m。本条测线勘探目的深度为新生界底。根据对比追踪分析, 本测线主要反射波组有9组:

T01波组: 推测为第四系内地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强。双回程反射时间在60~70ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约1i200m/s, 反演界面埋深在35~45m。

T02波组: 推测为第四系内地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强, 桩号2i800m向小号能量偏弱。双回程反射时间在80~110ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约1i400m/s, 反演界面埋深在55~77m。

T03波组: 推测为第四系内地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强, 桩号2i800m向小号能量偏弱。双回程反射时间在110~140ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约1i600m/s, 反演界面埋深在90~110m。

T04波组: 推测为第四系内地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强。双回程反射时间在160~260ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约1i700m/s, 反演界面埋深在135~220m。

T05波组: 推测为第四系底地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强。双回程反射时间在280~320ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约1i800m/s, 反演界面埋深在250~290m。

T06波组: 推测为第三系内地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强。双回程反射时间在360~420ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约1i900m/s, 反演界面埋深在340~400m。

T07波组: 推测为第三系内地层反射波。该组反射在整条测线发育(桩号2i800m向小号缺失), 波组连续, 能量较弱。双回程反射时间在460~510ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约1i950m/s, 反演界面埋深在450~500m。

T08波组: 推测为第三系内地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强。双回程反射时间在410~610ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约2i000m/s, 反演界面埋深在410~610m。

T09波组: 推测为新生界底地层反射波。该组反射在整条测线发育, 波组连续, 能量较强。双回程反射时间在660~960ms, 依据资料处理及经验上覆层平均速度约2i100m/s, 反演界面埋深在695~1i010m。

(2)钻孔布置

横跨物探解释出的郭家庄断层断点, 在席村北侧布设了4个钻孔(图7)。1#和3#孔距为19.2m, 3#和4#孔间距为20.0m, 4#和2#孔的间距为21.0m。

(3)席村钻孔地层划分及对比

县底镇席村4个钻孔的孔口标高相差不大, XC-1、 XC-3、 XC-4和XC-2钻孔孔口高程分别为485.53m、 485.60m、 485.57m和485.62m。席村钻探剖面中, 全新世地层的底面埋深为0.40~0.50m, 以人工堆积的黄褐色耕土为标志(图8)。

图8 席村钻探联合地质剖面Fig. 8 The composite drilling geological sections at Xicun Village.

晚更新世地层为以1套棕黄色粉质黏土、 褐黄色粉土为主的冲洪积物, 局部夹黄褐色细砂, 大孔隙发育, 棕黄色粉质黏土中含少量钙质结核, 底部为青灰色粉土⑩层。XC-1、 XC-3孔中晚更新世地层底界的第⑩层层底埋深分别为43.00m、 42.60m, 层底标高分别为442.53m、 443.00m, 而XC-4、 XC-2孔中晚更新世地层底界的第⑩层层底埋深分别为41.00m、 41.80m, 层底标高分别为444.57m、 443.82m, 可以看出两边高差0.82~2.04m, 落差较明显。因此, 断层活动已经错断晚更新世地层。

中更新世地层为1套褐红色硬塑— 坚硬状态的粉质黏土及褐黄色中密— 密实粉土为主的冲洪积物, 局部夹黄褐色或紫色密实细砂。XC-1、 XC-3钻孔(断层上盘)和XC-4、 XC-2(断层下盘)两边层位岩性对称分布, 颜色一致。但XC-1、 XC-3钻孔(断层上盘)第⑪层— 第⑲层层位明显低于XC-4、 XC-2(断层下盘)第⑪— ⑲层位, 存在明显的落差, 其中第⑲层细砂标志层高差约4m。因此, 席村断裂属于正断层, 其错断了中更新世地层。

根据以上分析, 断裂错断中更新世地层及晚更新世早期的地层。

2.3.2 税务局宿舍斜坡公路断层剖面前钻孔联合剖面

为探究该剖面断层在地表以下地层是否有错断, 在税务局宿舍斜坡公路断层剖面之下进行钻孔联合剖面施工, 共钻8孔, 钻孔布置如图 9。揭示地层为: 1)上更新统, 该统地层以褐黄色粉质黏土为主, 夹两层中粗砂, 该统底界埋深至35.6m; 2)中更新统, 该统为1套青灰色粉质黏土、 黏土与砂层互层, 钻探最深96m范围内未穿透该统。钻探揭示范围内, 可见不同层位的地层都有不同程度错断, 地表出露的断层在下部100m深度范围内地层均有反映。底部地层断距最大, 最大达到1~1.5m左右。

图9 税务局宿舍钻孔联合剖面Fig. 9 The composite drilling profile at local tax bureau dormitory.

2.4 1695年临汾大地震发震构造探讨

(1)通过野外地质调查和浅层地震勘探, 项目组最终确定郭家庄断裂具体位置, 并发现了刘村断裂, 且上述2断裂组成右列阶区。1695年临汾大地震极震区刚好位于该阶区内部。

(2)根据罗云山断裂带 1︰5万条带状地质填图(许建红, 2011)成果, 1695年临汾大地震极震区往西约11km为罗云山断裂龙祠段, 该段为全新世强烈活动段。考虑罗云山断裂该段倾角50° , 该地区优势地震深度为15km, 那么, 1695年临汾大地震极震区刚好位于罗云山断裂龙祠段15km深度(优势地震深度)位置相对应于地表的垂直投影处。

(3)前人研究指出, 山西强震主要发生在活动断裂几何结构复杂部位和与其他方向断裂交会复合区, 它们是断裂运动的闭锁区, 易于应力集中而发生地震(刘光勋等, 1993; 扈桂让等, 2017), 如1303年洪洞8级地震发生在NNE向霍山山前断裂与NWW向苏堡断裂交会部位。在 “ 临汾市活断层探测与地震危险性评价” 研究过程中, 我们发现郭家庄断层目前能确定的长度为25km, 根据经验公式(邓起东等, 1992), 其单条断裂最大发震震级为7.0级, 不具备发生 7¾ 级可能性。综合上述成果, 项目组确认郭家庄断裂、 刘村断裂和罗云山断裂龙祠段3条断裂交会复合区为此次地震微观震中, 3条断裂共同为此次地震负责。

3 地震地质遗迹补充论证1695临汾大地震发震构造

(1)地震滑坡群: 1695年临汾大地震的地震滑坡群沿涝河两岸的郭行村至乔李村约11km, 汇河沿岸的老母至靳里沟约5km、 距河岸100~500m范围分布。大小滑坡连片, 不同滑坡体混杂在一起(图10)。野外填图和航片解译表明, 滑坡崩塌沿涝河河伴最为集中, 有3个密集区。一为东河堤附近, 二为东西堡头和大堡一带, 三为东张一带。滑坡最密集的地方, 每km2内有滑坡体20个(图10)。许多滑坡体中发现瓦片, 相关专家鉴定为元、 明时代产物, 该观点和闫凤忠(1988)的观点相同。

图10 1695年临汾大地震地震遗迹调查点与郭家庄断裂相对位置图Fig. 10 The location map of earthquake ruins survey sites of the 1695 Linfen earthquake relative to Guojiazhuang Fault.

(2)地震地裂: 野外调查时在东堡头、 大堡、 大阳等村镇(图10)的黄土沟谷谷壁也多见地裂与喷砂管、 断层共在1个剖面上出现, 尤以西河堤村的地裂发育最为密集, 地裂缝呈锯齿状和漏斗状, 锯齿状者宽约40mm, 上宽下窄, 有黄土碎块充填。这些地裂多为黏土充填形成黏土脉。而在临汾周围的其他地点基本见不到这种现象。

(3)喷砂管: 野外调查中, 在东堡头、 大堡、 大阳、 西河堤等村均发现喷砂管发育在黄土地层中, 西河堤喷砂管内物质以细砂为主, 喷砂管有单条的, 也有树枝状的, 喷砂管内的砂层存在因挤压而形成的顺喷管方向的片理状现象。1980年, 前人在东堡头等地也发现了喷砂管等地震遗迹(朱海之等, 1982; 陈国顺等, 1985), 经开挖发现喷砂管中有4块瓦片, 分属宋代和明代, 该事实确定喷砂管当属于1695年地震遗迹。

在极震区临汾老城北一带存在地震断层、 地震地裂、 喷砂、 崩塌滑坡等地震遗迹, 该遗迹带走向NWW, 宽约10km, 长约15km, 受控于郭家庄断裂及其主动盘(NE盘), 与1303年洪洞8级大震形变遗迹沿霍山断裂分布(徐锡伟等, 1990; 孟宪梁等, 1985)受控于霍山断裂类似。迄今所发现的地震遗迹都分布于郭家庄断裂东北侧即下降盘一侧。地震遗迹位置分布从侧面论证了郭家庄断裂应为这些地震遗迹负责。

4 讨论及结论

(1)自1960年以来, 历次地震目录给出的1695临汾地震震中烈度均为Ⅹ 度, 震中位于张礼村和东亢村之间。根据对历史史料, 尤其是临汾老城的破坏资料详细的分析和研究, 且经过相关专家论证, 认为将临汾老城定为1695年临汾大地震的宏观震中、 其震中烈度Ⅺ 度较为合理。

(2)在野外调查基础上和浅层地震探测基础上, 结合地震史料分析1695年临汾大地震的烈度圈, 认为1695年临汾大地震确定为罗云山山前断裂、 郭家庄断裂和刘村断裂合发震较为合理(图11), 将郭家庄断裂、 刘村断裂和罗云山断裂龙祠段3条断裂交会复合区确定为此次地震微观震中较为合理。

图11 临汾1695年7¾ 级地震震中位置修订
1 古生界, 2 中生界, 3 第三系, 4 下更新统, 5 中更新统, 6 上更新统, 7 全新统, 8 全新世正断层, 9 晚更新世正断层, 10 1695年临汾大地震; F1罗云山断裂, F2郭家庄断裂, F3刘村断裂; Ⅰ 鄂尔多斯断块隆起区, Ⅱ 临汾断陷盆地Fig. 11 The revised location of the epicenter of the 1695 M7¾ Linfen earthquake.

(3)临汾大地震的地震地表断错主要出露于临汾城北的郭家庄汾河Ⅲ 级阶地及Ⅰ 级阶地。滑坡群主要分布于涝河、 洰河两岸。地震地表断错带走向NW-SE, 东南端在南乔、 屯斗一带, 北段近临汾城东北缘展布, 距临汾城不足1i000m。临汾城破坏严重与此断错带的活动有关。断错带距临汾东关500m左右, 东关破坏尤甚也与其更接近地震地表破裂带有关。上述地震地质遗迹的分布位置从另一角度论证了郭家庄断裂应为这些地震遗迹负责。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 陈国顺, 王国强. 1985. 山西临汾1695年大地震的遗迹及其有关问题讨论[J]. 地震研究, 8(5): 533—540.
CHEN Guo-shun, WANG Guo-qiang. 1985. Vestige of the strong Linfen earthquake of 1695, Shanxi Province, and discussion of some associated problems[J]. Journal of Seismological Research, 8(5): 533—540(in Chinese). [本文引用:1]
[2] 邓起东, 苏宗正, 王挺梅, 等. 1993. 临汾盆地地震构造基本特征和潜在震源区划分 [M]∥马宗晋. 山西临汾地震研究与系统减灾. 北京: 地震出版社: 67—95.
DENG Qi-dong, SU Zong-zheng, WANG Ting-mei, et al. 1993. Characteristics of seismic structures of Linfen Basin and delineation of potential earthquake sources [M]∥MA Zong-jin. Earthquake Research and Disaster Reduction in Linfen, Shanxi. Seismological Press, Beijing: 67—95(in Chinese). [本文引用:1]
[3] 邓起东, 于贵华, 叶文华. 1992. 地震地表破裂参数与震级关系的研究 [M]∥邓起东. 活动断裂研究. 北京: 地震出版社: 247—264.
DENG Qi-dong, YU Gui-hua, YE Wen-hua. 1992. The relations between seismic surface rupture parameters and earthquake magnitude [M]∥DENG Qi-dong. The Study of Active Fault. Seismological Press, Beijing: 247—264(in Chinese). [本文引用:1]
[4] 国家地震局震害防御司. 1995. 中国历史强震目录 [M]. 北京: 地震出版社.
Department of Earthquake Disaster Prevention China Earthquake Administration. 1995. Catalogue of Chinese Historical Strong Earthquakes [M]. Seismological Press, Beijing. [本文引用:1]
[5] 扈桂让, 李自红, 闫小兵, 等. 2017. 韩城断裂晚第四纪活动性研究[J]. 地震地质, 39(1): 206—217. doi: DOI: 103969/j. issn. 0253-4967. 2017. 01. 016.
HU Gui-rang, LI Zi-hong, YAN Xiao-bing, et al. 2017. The study of late Quaternary activity of Hancheng Fault[J]. Seismology and Geology, 39(1): 206—217(in Chinese). [本文引用:1]
[6] 刘光勋, 孟宪梁. 1993. 山西及其邻区强震构造条件和潜在震源区划分 [M]∥马宗晋. 山西临汾地震研究与系统减灾. 北京: 地震出版社: 12—22.
LIU Guang-xun, MENG Xian-liang. 1993. Tectonic conditions for strong earthquake and delineation of potential seismic sources in Shanxi and its adjacent area [M]∥MA Zong-jin. Earthquake Research and Disaster Reduction in Linfen, Shanxi. Seismological Press, Beijing: 12—22(in Chinese). [本文引用:1]
[7] 孟宪梁, 于慎谔, 奚云. 1985. 山西洪洞8级地震形变遗迹研究[J]. 地震地质, 7(4): 1—10.
MENG Xian-liang, YU Shen-e, XI Yun. 1985. The investigations of deformation traces of MS=8. 0 earthquake in Hongdong, Shanxi Province[J]. Seismology and Geology, 7(4): 1—10(in Chinese). [本文引用:1]
[8] 苏宗正, 时振英. 1995. 1695年临汾地震震害有关问题[J]. 山西地震, (Z1): 315—324.
SU Zong￣zheng, SHI Zhen￣ying. 1995. Earthquake disaster and relative problems of 1695 Linfen earthquake[J]. Earthquake Research in Shanxi, (Z1): 315—324(in Chinese). [本文引用:1]
[9] 王挺梅, 郑炳华, 李新元, 等. 1993. 1695年临汾7级地震的地震构造研究 [M]∥马宗晋. 山西临汾地震研究与系统减灾. 北京: 地震出版社: 172—189.
WANG Ting-mei, ZHENG Bing-hua, LI Xin-yuan, et al. 1993. Seismotectonic research of the Linfen M7 earthquake in 1695[M]∥MA Zong-jin. Earthquake Research and Disaster Reduction in Linfen, Shanxi. Seismological Press, Beijing: 172—189(in Chinese). [本文引用:1]
[10] 许建红, 谢新生, 孙昌斌. 2011. 山西罗云山山前断裂带中段龙祠—峪口全新世活动证据[J]. 地震地质, 33(4): 855—864. doi: DOI: 103969/j. issn. 0253-4967. 2011. 04. 010.
XU Jian-hong, XIE Xin-sheng, SUN Chang-bin. 2011. The Holocene active evidence on the Longci-Yukou segment of Luoyunshan frontal fault zone, Shanxi[J]. Seismology and Geology, 33(4): 855—864(in Chinese). [本文引用:1]
[11] 闫凤忠, 苏宗正, 贺明华. 1988. 1695年临汾地震形变遗迹[J]. 山西地震, 2(4): 25—28.
YAN Feng-zhong, SU Zong-zheng, HE Ming-hua. 1988. Deformation remains of the 1695 Linfen( M8)earthquake[J]. Earthquake Research in Shanxi, 2(4): 25—28(in Chinese). [本文引用:2]
[12] 鄢家全, 张志中, 王健, 等. 2011. 中国历史地震烈度表研究[J]. 地震学报, 33(4): 515—531.
YAN Jia-quan, ZHANG Zhi-zhong, WANG Jian, et al. 2011. A study on seismic intensity scale of Chinese historical earthquakes[J]. Acta Seismologica Sinica, 33(4): 515—531(in Chinese). [本文引用:3]
[13] 朱海之, 陈建英, 陈国顺, 等. 1982. 山西临汾古湖沉积中的史前地震遗迹[J]. 防灾减灾和工程学报, (2): 38—46, 49.
ZHU Hai-zhi, CHEN Jian-ying, CHEN Guo-shun, et al. 1982. Prehistoric earthquake remains in the paleo-lake sediments in Linfen, Shanxi[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, (2): 38—46, 49(in Chinese). [本文引用:1]
[14] 徐锡伟, 邓起东. 1990. 山西霍山山前断裂晚第四纪活动特征和1303年洪洞8级地震[J]. 地震地质, 12(1): 21—30.
XU Xi-wei, DENG Qi-dong. 1990. The features of late Quaternary activity of the piedmont fault of Mt. Huoshan, Shanxi Province and 1303 Hongdong earthquake( MS=8)[J]. Seismology and Geology, 12(1): 21—30(in Chinese). [本文引用:1]