年级地震事件的确定

年级地震事件的确定

1新夏垫层和夏垫潘的关系1679年9月2日，三河-平原的8级地震（烈度）发生，这是北京及其周边地区历史上记录的最大地震。由于地震发生强度和地点的特殊性,许多学者通过地质、微地貌、浅层物探、化探、钻探等一系列综合探测,对该地震的宏观震中、地质构造背景、发震断层及其破裂方式、大地震的重复性问题进行过不同程度的研究。他们的主要认识有以下几点:(1)1679年地震宏观震中在夏垫潘各庄一带(孟宪梁等,1983);(2)第四纪形成的北东向新夏垫断层为1679年地震的发震断层,其长度约20km,断层造成下更新统夏垫组被垂直断错3.12m,中更新统翟里组落差约1.39m,上更新统东营组落差1.5m(李鼎容等,1979;彭一民等,1981)。10万a来的平均位移速率为0.12mm/a。第四纪以来平均位移速率0.13mm/a(向宏发等,1988);(3)地震断层以倾滑为主,表现为张扭性的地震形变带(向宏发等,1988);(4)晚第四纪以来(约15000a),新夏垫断层只发生过1679年8级地震,最大位移3.16m。由此得到的平均滑动速率为0.2mm/a。以此推断7.5级、7级和6.5级地震的平均复发周期下限值分别为3800,1750和800a(向宏发等,1988)。显然,上述结论揭示了1679年地震的基本构造特征,是进一步认识三河-平谷8级地震区大地震重复规律的基础。1996年笔者为组织30届国际地质大会古地震专题讨论会的野外考察,有机会在上述地点,通过大探槽的开挖,针对性地研究古地震问题。在古地震发生的期次、强度和重复间隔时间等方面获得一些新认识。2晚方面地层和变形1679年三河-平谷地震地表破裂带长约10km,最明显的地段为从东兴庄经潘各庄至东柳河屯,长约5km,总体走向40～45°,由断层陡坎、地形坡折带和低洼负地形带组成(图1,2)。断层两侧的地形和晚第四纪标志地层位差显示,断层最大位移中心在潘各庄一带为3.16m;向东至东兴庄和向西到东柳河屯分别减小到0.5m(向宏发等,1988)。为尽可能在探槽规模确定的情况下多揭露古地震事件,选择位移量适中的东柳河屯东北(陡坎高约1.9m)作为大探槽开挖地点,并结合已有探槽分析古地震事件。2.1探槽内层的层东柳河屯东北探槽长20m,深6m,上宽6m,下宽1.5m。探槽剖面共揭露出9个地层单元(图3)。由老至新分别是:层①灰黑色粉砂土,探槽里出露厚度约为2.5m。该层的特征是直立锈色条带发育。条带长20～30cm,宽1～2cm。另外,层的顶部起伏不平,见到团块状堆积物和充填楔。层顶部的TL样品年代为距今(20.4±1.7)ka(表1)。层②黄色、灰色粉砂和粉砂土,厚度不均匀,最厚为1m。顶部为厚约10cm的黑色粘土。其层③灰黑色粉砂土,厚约2m。探槽西壁出露黄色、白色砂脉。砂脉向上终止在该层中上部一个不清楚的面附近。我们把不清楚面以上的地层划分为层③的亚层。层④灰白色细砂和粉砂,其厚度在断层下盘为60cm,在断层上盘为90cm。底部有一厚约5mm的薄贝壳层夹于厚约1～3cm的灰黑色粘土层中,是具有区域特征的主要标志。灰黑色贝壳粉砂的层⑤桔黄、灰白色粘土,厚约150cm,具块状结构。底部TL年龄为距今(9.9±o.8)ka,顶部TL年龄为距今(7.66±0.62)ka。该层仅出露在断层上盘。层⑥主要由层⑤中的桔黄色、灰色粘土和层④中的灰白色砂块组成,厚约50cm,仅出露在断层下盘。层⑦类似断层崩积楔,厚度在近断层处变厚而离断层变薄。组成物质混杂,有桔黄色砂粘土、砂团块和小碎石等。碎石的直径2～5cm。另外,该层钙和铁锰相对富集,以致层内含有褐色团块,硬度比其它层大。楔体的厚度约80cm。楔体底部的TL样品年代为距今(8.3±0.7)ka。层⑧为灰黄色粉砂和土壤,夹灰黄色团块和灰白色砂块。在探槽西壁距断层5.5m发现一块红砖,估计为1949年后制成。因此,该层堆积年代应该很晚。近断层处发育一充填楔,粘土和砂团块充填其中。我们推测这和1679年地震及以后的人类活动有关。层⑨耕作土,由于当地在1958～1959年改造土地,故可能是1958年后的产物。2.2探槽的地层被扰动的事件在东柳河屯东北开挖的大探槽两壁虽然现象不完全相同(图3),但信息相互补充,共揭露了4次古地震事件。有两次事件由断层直接位错证据得出,另两次由古液化现象推测得出。在探槽两壁,层①的顶面起伏不平,尤其西壁砂囊集中在层顶附近,并见一充填楔,楔内堆积有砂团块。尽管难以辨别断层的直接位错证据,但仍可把这些地层被扰动的现象和古地震事件联系起来。该层上部的TL样品年代为距今(20.4±1.7)ka,那么,推测该事件发生在稍晚于这个年代之后,约为距今20ka。为叙述方便,把该事件确定为A。在探槽西壁还存在另一次古液化现象。有几条砂脉穿过②层,终止在层③中上部。若认为这是又一次古地震事件的遗迹的话,它的发生年代应在层②堆积以后,层④堆积以前。层②顶部和层④底部的在探槽的两个壁上都可清楚地见到两次断层的直接位错事件。在探槽东壁,F另外,对以前开挖的探槽进行分析,也可见到多次古地震事件。以潘各庄西南砖瓦厂取土坑剖面为例(图4),至少存在两次直接的断层位错事件和一次间接事件。间接事件发生在层④堆积以前,以受扰动的层(10)被层④覆盖为鉴别标志。由层位对比得知,层④的至此,我们认为探槽共揭露了4次地震事件。它们大约发生在距今20,13.3,7.5和0.317ka,即最后一次事件为1679年8级地震。后两次事件的位移量分别大于1m和1.3m。3陡坎剖面的地震事件分析前已述及,发生1679年地震的新夏垫断层在东兴庄、潘各庄至东柳河屯一带地表留有明显的断层陡坎和地形坡折带。过去没有注意这些地表形变是单一事件还是复合事件的产物。而通过测量和分析断层陡坎或地形陡变带的剖面形态,可以推断陡坎包含了两次事件的作用结果(图5)。对于正断层的断层陡坎,国内外学者作过较多的研究(Wallace,1977;Bucknametal.,1979;Hanks,1984;黄昭,1986)。他们认为,对于单一事件的陡坎而言,陡坎演化的坡角可以指示陡坎形成的年代;多次事件形成的陡坎,在其上原始面与陡坎主坡角之间的地段存在明显的坡度转折点,并且一个转折点至少对应一次古地震事件。新夏垫断层是以正倾滑为主的断层,一方面正断层陡坎演化的理论适用于此,另外又注意到该区人类活动频繁,断层陡坎的原始形态难以保存。尤其是主坡角面基本被完全改造,用陡坎主坡角推断陡坎的形成年代是不可能的。然而,延长剖面测量长度,可以淡化人工改造对陡坎总体形态的影响。在两次事件间隔时间较长的情况下,陡坎坡折带变宽,坡折点远离主坡面,受人类改造的可能性小。由此,用坡折点作为分析古地震次数的参考仍是可行的。图5显示的5条陡坎剖面中,其中4条可见主坡面与上原始面之间有两个明显的坡折点,越年轻的坡折点转折角越大,而且转折角的大小与陡坎的高度相关。最低的一个陡坎剖面上仅能看到一个转折点,其它陡坎见两个坡折点,陡坎越高坡折点越明显,这种现象在理论上是合理的。一种可能是低陡坎仅为一次事件的产物,另一种可能是早期事件形成的陡坎低,易被剥蚀,难以识别不明显的坡折点。由此,依据坡折点,可以推断目前存在于东兴庄至东柳河屯一带的断层陡坎或地形陡变带是两次事件的产物。另外,通过图解法(Bucknametal.,1979),从4条有两个坡折点的陡坎剖面可以求出两次事件的参考位移量。以东柳河屯北东剖面为例,陡坎上原始面的延长线与下原始面的位差是1.9m,为两次事件的合位移,又作年轻坡折点与下原始面的平行线,求得两线位差为1.15m。视1.15m为后一次事件的位移量,那么,前一次事件的位移量为0.75m。依此类推,获得大胡庄南两次事件的合位移为1.72m,前事件为1.05m,后事件为0.67m。齐心庄西南合位移1.25m,后事件为0.76m,前事件为0.49m。齐心庄东400m合位移为0.68m,后事件为0.38m,前事件为0.30m(表2)。4古地震强度和重复模型4.1两次事件的位移量对比至今用于判定古地震强度的标尺主要是通过古地震破裂带的长度和事件的位移量与历史及现今地震震级相关的破裂和位移经验对比。新夏垫断层发生的古地震强度的对比标尺即1679年8级地震的破裂长度和位移量。上文提到1679年地震地表破裂长度为10km,而原认为的1679年地表破裂带实际包含了两次事件。那么,仅就位移量而言,1679年事件的最大位移不再是3.16m。大探槽两壁直接见到的和陡坎剖面分析得到的两次事件位移量分别为:1679年事件1.3m,前1679年事件1m和1679年事件1.15m,前1679年事件0.75m。可见,实际见到的位移量大于陡坎分析的位移量;而且1679年事件位移量大于前1679年事件位移量。这种现象是具有普遍性的(表2显示的陡坎与钻探揭露的两次事件合位移的差及4条陡坎剖面图解的位移量都证明了这一点)。依据这些资料可以求得1679年事件的地表位移比古地震事件位移量大(33±7)cm,陡坎得到的位移量比实际位移量平均小20cm,那么推测得到1679年事件的地表最大位移为1.75m,古地震事件的最大位移为1.41m。最大位移地点仍在潘各庄一带(表2)。另外,从东柳河屯0.5m高的陡坎剖面难以辨认两次事件的坡折点看,古地震事件的地表破裂长度也稍小于1679年事件。由此,可以断言,前1679年的那一次古地震事件略小于1679年事件。如果把得到的两次事件最大位移量代入华北地区由现代地震地表破裂与震级的关系式(邓起东等,1992),分别得到1679和前1679年事件的震级为7.82与7.75。两者相差不到0.1个震级差。由此可见,当已知1679年地震为8级时,前1679年古地震事件应为7.9级。4.2重复模型的建立严格地说,仅凭目前获得的两次直接断错事件的资料,是无法建立古地震重复模型的,因为仅有一个间隔数据。但是,加上另外两次古液化现象确定的古地震事件,可以得到时间上的3个间隔数据,基本建立起时间间隔的模型。尽管间接事件没有强度的资料,建立起的重复模型不完整,有很大的不确定性,然而具有参考意义。根据同一断层破裂段上重复发生震级大小相近的地震可视为特征地震的概念(Schwartzetal.,1984),本文已揭露两次直接位错事件属特征地震。另外,从重复间隔的时间看,4次事件分别发生在距今约20000,13300,7500和317a,其间隔时间为6700,5800和7183a,平均值为(6561±691)a,是一种准周期的重复模式。如果说,特征地震的准周期复发模式(Savageetal.,1987)包括严格周期性复发、时间可预报复发和滑动可预报复发三种极端情形(Shimazakietal.,1980;闻学泽,1995),三河-平谷地震断层(新夏垫断层)上的大震重复更可能是一般形式的准周期复发。5准周期重复与位错作用(1)三河-平谷8级地震断层自从距今20000a以来共发生过4次古地震事件,其中前两次为间接标志显示的古地震事件,后两次为直接标志显示的古位错事件(包括1679年事件)。它们发生的时间分别距今为20000,13300,7500和317a,平均重复间隔时间为