蘭州馬銜山北緣斷裂中段晚第四紀活動的新證據①

袁道陽，梁明劍，雷中生，劉興旺

（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2．蘭州地球物理國家野外科學觀測研究站，甘肅 蘭州 730000；3．四川省地震局，四川 成都 610041）

0 引言

馬銜山北緣斷裂是蘭州市區南側一條規模較大的區域性活動斷裂帶，其新活動性及未來的大震危險性對蘭州市的安全非常重要。該斷裂東自定西內官營，向西經廟灣、羊寨、銀山，在七道梁的摩云關附近與興隆山南緣斷裂交匯后，向西經田家溝、湖灘、關山、咸水溝至八盤峽止，全長約115km，總體走向N60°W（圖1）。根據斷裂幾何結構和活動性的差異，該斷裂大致可以劃分為4條次級斷裂段，自東向西分別稱為內官營段、馬銜山段、七道梁段和霧宿山段。該斷裂早期具擠壓逆沖特性，大約自中更新世以來斷裂活動以左旋走滑為主兼具傾滑運動分量［1］。由于斷裂沿線黃土覆蓋厚，滑坡、崩塌等地質災害嚴重，致使許多地段斷裂形跡不清楚，獲得斷裂新活動的地質地貌證據較為困難，致使其新活動性認識一直不大統一。早期認為該斷裂為一條晚更新世斷裂［2］或晚第四紀斷裂［3］，但至今仍有人認為是第四紀早中期斷裂①蘭州環宇科英地震災害防治研究所．蘭州大學體育館工程場地地震安全性評價．2012．。宋方敏等［4－5］通過地質填圖研究認為：馬銜山北緣斷裂西段為全新世晚期活動段并為1125年蘭州7級地震的發震斷裂。那么，斷裂中段其新活動性到底如何呢？本文通過沿斷裂中段的馬銜山段和七道梁段詳細的追蹤考察，新獲得了其晚第四紀活動的地質剖面證據，結合該區歷史地震活動資料，綜合評價其晚第四紀新活動特征。

圖1 蘭州馬銜山北緣斷裂帶地質構造圖Fig．1 Geological structural map of Maxian Shan active fault in Lanzhou area．

圖2 張家寺村南斷層剖面Fig．2 Fault profile at south of Zhangjiasi village．

1 馬銜山北緣斷裂中段新活動的地質證據

1．1 馬銜山次級段的新活動性調查結果

沿馬銜山北緣斷裂中段考察，我們曾獲得了其晚第四紀左旋走滑造成小沖溝和山脊斷錯的較多線索，但地質剖面較少［1］。近年來，我們沿斷裂中段又進行了詳細的追蹤考察，新發現了多處斷層剖面，得到了其晚第四紀新活動的一些地質剖面證據，現選擇幾個典型剖面簡述如下。

（1）張家寺斷層剖面

在馬銜山次級段的羊寨－銀山南側半山腰一帶，斷裂在地貌上非常清晰，表現為一系列小山脊、沖溝左旋位錯，斷距15～30m不等［1］。其中，當斷裂穿過張家寺村南一條近南北向的沖溝時，在其東岸二級階地邊緣出露一斷層剖面（地理坐標：N35°48′0．6″，E103°55′47．2″；圖2）。剖面巖性特征為：

①灰綠色砂礫石層，礫石成分主要為變質巖系，具較清晰層理，已明顯傾斜變形；

②暗紫紅色砂礫石層，略具層理，擠壓揉皺明顯；

③淡紫紅色斷層破碎帶，以泥質和砂碎石為主；

④土灰色砂礫石層，礫石成分較雜，主要為砂巖及灰巖等，混雜堆積；

⑤土黃色次生黃土，其頂部光釋光（OSL）年代為11．49±0．98ka（ZJS－OSL－3）至12．85±1．09 ka（ZJS－OSL－2）之間，中下部的年代為16．53±1．4ka（ZJS－OSL－1）；

⑥土黃色、淡紫紅色砂礫石層，構成沖溝二級階地的下部堆積物，底部含較大礫石，礫石成分較雜，分選和磨園度較差，其中下部光釋光年代為10．04±0．85ka（ZJS－OSL－4）；

⑦土灰色含砂礫石土層，其底部光釋光年代為9．73±0．83ka（ZJS－OSL－5）；

⑧土黃色次生黃土狀土，構成二級階地中部層位；

⑨灰黑色腐植土層，偶含礫石或碳粒等，其底部14C年代為2582±54a（ZJS－14C－1）。

剖面中發育4條次級斷層，其中F1為主逆斷層，由層①灰綠色砂礫石層擠壓逆沖在層②暗紫紅色砂礫石層之上，產狀為：300°／SW∠36°，終止于該沖溝二級階地的底部。

F2為逆斷層，產狀為：300°／SW∠28°，由層④擠壓逆沖在層⑤之上，形成明顯的擠壓斷層帶。該斷層可能有2期構造活動，分別形成崩積楔Ⅰ、Ⅱ，直接覆蓋在下部次生黃土之上，代表斷層早期的構造事件，其年代分別接近于16．53±1．4ka和11．49±0．98ka與12．85±1．09ka之間。

F3為F2的分支斷層，逆斷層，產狀為：300°／SW∠46°（上部），由層②擠壓逆沖在層③、④之上，形成明顯的斷層條帶，并在其上形成一條次級正斷層F4，斷錯了二級階地礫石層，代表斷層新的一次構造事件，其年代介于9．73±0．83ka和10．04±0．85ka之間。

由上述分析可知，本段斷裂最新活動斷錯了該沖溝二級階地下部砂礫石層，表示其晚更新世晚期－全新世有明顯構造活動。

（2）上高家灣斷層剖面

在馬銜山次級段銀山鄉的上高家灣一帶，斷層在地貌上仍較清晰。斷裂穿過上高家灣南側一沖溝邊緣的坡洪積物時，見一天然斷層剖面（地理坐標：N35°49′57．1″，E103°51′27．7″；圖3）。其巖性特征如下：

圖3 上高家灣斷層剖面Fig．3 Fault profile at Shanggaojiawan．

①灰綠色斷層破碎帶，中夾少量碎石；

②淡黃色破碎帶，中夾粗大礫石，較致密；

③土灰色、土黃色砂礫石層，礫石成分以灰巖、砂巖為主，分選和磨園度較差，屬近源堆積物，其頂部光釋光年代為6．87±0．58ka（GJW－OSL－1）；

④土黃色砂土層，含礫石較多，為地表坡積或沖洪積成因，厚度約0．3m，其底部光釋光年代為5．01±0．43ka（GJW－OSL－2）。

剖面中斷層產狀為：310°／SW∠78°，性質為正斷層，斷面清晰，發育在斷層破碎帶南側的層③砂礫石層中，僅被地表厚約0．3m的層④坡洪積砂礫石層覆蓋。說明該斷層最新的一次構造活動時代介于5．01±0．43ka和6．87±0．58ka之間。表明本段斷裂全新世早中期有過活動。

（3）銀山水泥廠斷層剖面

在馬銜山次級段的銀山鄉水泥廠后山，在斷裂通過處的坡積物中見一斷層剖面（地理坐標：N35°50′8．2″，E103°51′13．3″；圖4）。其巖性特征如下：

圖4 銀山水泥廠斷層剖面Fig．4 Fault profile of near the Yinshan Cement．

①新近系紫紅色砂泥巖；

②土灰色次生黃土，偶含礫，其頂部光釋光年代為34．63±2．94ka（YSC－OSL－4）；

③灰綠色砂礫石層，在斷層帶附近礫石略具定向性；

④土黃色黃土狀土，質較純，其底部釋光年代為9．12±0．77ka（YSC－OSL－3）；

⑤土灰色含砂土礫石層，頂部釋光年代為7．53±0．64ka（YSC－OSL－1）；

⑥灰白色砂質礫石層，礫石成分主要為來自馬銜山的變質巖，殘坡積成因，底部砂土釋光年代為6．57±0．56ka（YSC－OSL－2）。

主斷層F1發育在第四系坡積砂礫石土層與新近系砂巖之間，斷面清晰，可見近水平擦痕，性質為正斷層，產狀：290°／SW∠46°，斷層活動斷錯了上部黃土和含砂土礫石層，其時代介于7．53±0．64ka和6．57±0．56ka之間。這表明本段斷層全新世早中期有過活動。

圖5 大尖山斷層剖面圖Fig．5 Fault profile at Dajianshan．

綜合以上野外考察中新發現的多個斷層剖面和年代樣品測試結果，馬銜山次級段為全新世早中期有新活動的斷層段。

1．2 七道梁次級段的新活動性調查結果

沿馬銜山北緣斷裂中段的七道梁次級段追蹤考察，也發現了一些斷裂晚第四紀活動的新證據。以下是部分斷層新活動的地質剖面。

（1）大尖山斷層剖面

在馬銜山北緣斷裂穿過七道梁大尖山公路邊時，在黃土臺地邊發現一斷層剖面（地理坐標：N35°56′1．8″，E103°39′43．1″；圖5）。剖面巖性特征為：

①暗紫紅色砂礫巖，礫石粗大，分選磨圓差，時代為白堊系；

②鮮桔紅色含礫石粗砂層，近水平層理；

③土灰黃色砂質礫石層，礫石成分較雜，以灰巖、砂巖為主，坡洪積成因；

圖6 陡坡子斷層剖圖Fig．6 Fault profile at Doupozi．

⑤地表較疏松黃土，淡土黃、灰白色，厚約1m。

斷層性質為正斷層，發育兩條次級斷層，產狀為：310°／SW∠61－75°。其中，F1斷錯下部黃土及砂礫石層③，終止在層②附近，其活動年代介于23．34±1．98ka（DJS－OSL－1）與31．14±2．65ka（DJS－OSL－2）之間；F2斷錯層④黃土，終止在層⑤疏松之下，其活動年代介于13．38±1．14ka（DJS－OSL－3）與13．25±1．13ka（DJS－OSL－4）之間，由此表明該斷層段為晚更新世晚期有過活動。

（2）陡坡子斷層剖面

關山鄉北側的冰林溝為一條NWW向的斷層溝谷，在該溝的陡坡子村附近（地理坐標：N36°01′28．2″，E103°35′28．2″；圖6）的坡積物中見一斷層剖面。其巖性特征如下：

①灰白色、紫紅色砂巖，厚層狀，近水平層理，時代白堊系（K）；

②紫紅色砂巖、礫巖，節理非常發育，巖石破碎，時代白堊系（K）；

③由灰白色砂巖構成的礫石層，較破碎；

④土黃色含礫砂土層，頂部OSL年代為15．38±1．31ka；

⑤地表含坡積礫石土層，底部OSL年代為9．73±0．83ka。

剖面中發育兩條次級斷層，性質為逆斷層和正斷層，產狀330°／SW∠80－76°。主要發育在白堊系基巖中，但是斷層的最新活動斷錯了上部殘坡積物。根據測年結果，斷層最新活動時代介于9．73±0．83 ka和15．38±1．31ka之間。

（3）楊家莊西側斷層剖面

在湖灘鄉以西的楊家莊村西上山土路旁發現一斷層剖面（地理坐標：N35°58′48．5″，E103°36′54．5″；圖7）。其巖性特征如下：

①暗紫紅色砂礫石層，主要為白堊系母巖風化后再堆積的殘坡積層，略具近水平層理；

斷層性質為正斷層，上部分叉為兩條次級斷層，主斷層產狀為：340°／NE∠51°。斷層活動斷錯了下部紫紅色砂礫石層①，斜距達1．6m；斷層向上延伸，斷錯了其上的次生黃土，其活動年代介于12．07±1．02ka（YJZ－OSL－3）－15．83±1．35ka（YJZ－OSL－4）之間，表明其最新活動時代為晚更新世晚期。

從上述分析可以看出，馬銜山北緣斷裂中段（馬銜山段和七道梁段）在晚更新世晚期－全新世以來仍有新活動表現，其地質剖面和年代學證據是較充分的。只是由于沿馬銜山北緣斷裂帶滑坡、崩塌等地質災害較為嚴重，加之黃土覆蓋厚，致使一些斷錯地貌現象難以長期保存，也使得一些斷層剖面存在一些非構造因素，需要在野外認真加以甄別。

2 馬銜山北緣斷裂的歷史地震活動特征

圖7 楊家莊西側斷層剖圖Fig．7 Fault profile at Yangjiazhuang．

（1）1524年馬銜山地震

據嘉靖《陜西志》記載，嘉靖“三年九月，會寧縣地震，是月，河州衛地震”。考慮到本次地震史料來源較可靠，而會寧和河州地震又發生在同年同月，均出自同一史料，加之兩地相距不遠，故認為這兩地的地震很有可能為同一次地震。

會寧縣位于甘肅省中部，祖厲河流域上游。西漢置祖厲縣，屬安定郡。唐為會州地，元至正十二年（1352年）改為會寧州，明代降為會寧縣，所以史料中稱“會寧縣地震”，縣城在今會師鎮。

河州今臨夏市，位于甘肅省中部大夏河下游左岸，因瀕臨大夏河而得名。秦置枹罕縣，屬隴西郡。西漢屬金城郡。前涼張駿置河州，故后世有河州之稱。元為河州路地。明代，臨夏為臨洮府河州治所。

根據歷史地震震中確定的原則，本次地震的震中位置應大致位于河州、會寧兩州縣的中間，該區正好是蘭州以南的馬銜山區（35．7°，104．0°，圖8）。該區主要為中高山區，在明朝時期人煙稀少，如果在山區發生一次5級左右地震，其災情本身就不重，加之交通不便，因此很難有具體破壞的災區報上來，所以只在兩端的河州、會寧等地有震感記載。現該區屬于榆中縣馬坡、羊寨、銀山、上莊等鄉。本次地震震中距河州、會寧兩州縣直線距離均為95km，按中國西部Ⅳ度等效圓半徑與震級的關系，震級應為5 1/2級；按歷史地震烈度、震級簡表，震級應為5級。綜合確定其震級為5級左右。

圖8 1524年馬銜山地震有感區圖Fig．8 The felling area of Maxian Shan earthquake in 1524A．D．

（2）1629年蘭州地震

明崇禎二年二月，即公元1629年2月23日－3月24日，在蘭州發生了一次中強地震。據1686年（康熙二十五年），陳如稷的《蘭州志》卷三記載：“崇禎二年二月地震，城堙，民舍搖倒無數”。在此記載之后，仍有一些相關記載，但都相對簡單，而且記錄的破壞程度不一。例如，清乾隆四十三年黃建中的《皋蘭縣志》記載：“崇禎二年二月地震，堙損民舍甚多”；同治年間的《蘭州府志》僅提到“崇禎二年二月地震”。

根據史料記載的破壞程度，按最早的康熙本這次地震的烈度可達Ⅶ度，按乾隆本其烈度可定為Ⅵ度，而按同治本其烈度只能定為Ⅴ度。考慮到《蘭州志》為康熙二十五年刊本，地震發生后58年的版本，而且為正史，其可信度最高。因此，將本次地震烈度定為Ⅶ度。

（3）1901年蘭州西地震

2000年的蘭州市《西固區志》記有：“光緒二十六年（1900年）春夏大旱，五月始雨。次年因遭地震，曾豁免皋蘭縣西鄉等四鄉353個村莊所借籽種2 790石”；《城關區志》也記有：“1901年（光緒二十七年）夏，蘭州地震，皋蘭山、五泉山山崖崩落，石破塵飛，數日始止”。

據宣統元年（1909年）《皋蘭縣地理調查表》，1901年前后，皋蘭縣分為城內、附北城、附城西川、東鄉、東北鄉、西鄉、西北鄉、南鄉、北鄉等9個鄉鎮。根據史料記載，在1901年地震后被豁免的有西鄉及其附近的鄉，即附城西川、西鄉、西北鄉、南鄉，其中西鄉受災位于四鄉之首。西鄉下轄今張家寺、青石臺、陳官營、新城、西固城、鐘家河、河口鎮等36個村（堡），其中10個今屬永靖縣，2個今屬紅古區；附城西川有2個村莊；西北鄉轄崖渠川、水阜門、上中川等；南鄉轄雷壇河、八里窯、后五泉、阿干鎮、馬蓮湖、西果園。由此可見，在1901年地震中受災的四鄉主要分布在今永靖縣以北，蘭州市西固區、七里河區及城關區的皋蘭山、五泉山一帶，即主要分布在馬銜山北緣斷裂中西段及其附近地區。

根據史料中西鄉等四鄉的范圍及皋蘭山、五泉山“山崖崩落”，“石破塵飛”的記載推測，震中位置應位于今蘭州市西固區以南的永靖縣關山鄉一帶（36．0°，103．5°）。由史料記載的破壞情況，其震級可定為5級，震中烈度Ⅵ度。

從上述分析可知，無論是1524年馬銜山地震、1629年蘭州地震，還是1901年蘭州西地震等主要發生馬銜山北緣斷裂中段、西段所在的馬銜山、七道梁和霧宿山一帶，推測應與馬銜山北緣斷裂的最新構造活動有關。

3 結論與討論

綜合考慮馬銜山北緣斷裂帶中段的馬銜山段和七道梁段的地質剖面證據和年代測試結果，以及蘭州地區中強以上歷史地震資料的考證分析，可以得到如下認識：

（1）馬銜山北緣斷裂應為一條規模較大的晚第四紀活動斷裂帶，其新活動具有分段性，其中斷裂中段的馬銜山次級段和七道梁次級段晚更新世－全新世以來新活動的證據充分，性質為左旋走滑兼具逆斷或正斷特性。

（3）由于馬銜山北緣斷裂規模較大、晚第四紀新活動性強，斷裂具分段活動特征，而且歷史上曾發生過數次中強以上地震，因此，該斷裂今后仍存在再次發生中強以上地震的構造條件和潛在危險性。由于受地震年代久遠、史料記載簡單等客觀因素制約，以及地震震級偏小、震害較輕等影響，本文所討論的1524年馬銜山地震、1629年蘭州地震和1901年蘭州西地震等的基本參數可能存在較大的不確定性，但是其大致震中位置位于蘭州市區南部的馬銜山區應是馬銜山北緣斷裂晚第四紀新活動的一個佐證。

［1］ 袁道陽，雷中生，劉百篪，等．蘭州1125年7級地震考證與發震構造分析［J］．中國地震，2002，18（1）：67－75．

YUAN Dao－yang，LEI Zhong－sheng，LIU Bai－chi，et al．Examination of Historical Data of the 1125LanzhouM7．0Earthquake and Analysis of Seismogenic Structure［J］．Earthquake Research in China，2002，18（1）：67－75．

［2］ 國家地震局蘭州地震研究所，甘肅省計劃委員會．甘肅省地震危險區劃研究［M］．蘭州：蘭州大學出版社，1993．

Lanzhou Institute of Seismology，CSB，Planning Committee of Gansu Province．Research on the seismic risk zoning in Gansu province［M］．Lanzhou：Lanzhou University Press，1993．

［3］ 袁道陽，劉百篪，才樹華，等．蘭州馬銜山北緣斷裂帶的新活動特征研究［J］．地震地質，2002，24（3）：315－323．

YUAN Dao－yang，LIU Bai－chi，CAI Shu－hua，et al．Principal Features of Recentof the Active Northern Marginal Fault of Maxianshan Mountains，Lanzhou，Gansu Province［J］．Seismology and Geology，24（3）：315－323．

［4］ 宋方敏，袁道陽，陳桂華，等．甘肅馬銜山北緣斷裂西北段幾何結構及其新活動［J］．地震地質，2006，28（4）：547－560．

SONG Fang－min，YUAN Dao－yang，CHEN Gui－hua，et al．Geometric Structures and Recent Activity Along the Northwest Segment of North Marginal Fault of Maxianshan Mountains，Gansu Province［J］．Seismology and Geology，2006，28（4）：547－560．

［5］ 宋方敏，袁道陽，陳桂華，等．1125年蘭州7級地震地表破裂類型及其分布特征［J］．地震地質，2007，29（4）：834－844．

SONG Fang－min，YUAN Dao－yang，CHEN Gui－hua，et al．Pattern and Combination Features of the Surface Ruptures of the 1125A．D．LanzhouM7Earthquake［J］．Seismology and Geology，2007，29（4）：834－844．

［6］ 袁道陽，劉小鳳，鄭文俊，等．蘭州馬銜山—興隆山活動斷裂系的新構造變形特征和機制［J］．中國地震，2003，19（2）：125－131．

YUAN Dao－yang，LIU Xiao－feng，ZHENG Wen－jun，et al．Tectonic Deformation Feature and Mechanism of the Maxianshan－Xinglongshan Active Fault System in the Lanzhou Area［J］．Earthquake Research in China，2003，19（2）：125－131．

［7］ 袁道陽，劉小鳳，鄭文俊，等．蘭州地區活動構造格架與變形特征［J］．地質學報，2004，78（5）：626－632．

YUAN Dao－yang，LIU Xiao－feng，ZHENG Wen－jun，et al．Active Tectonic Framework and Deformation Features in Lanzhou Area［J］．Acta Geologica Sinica，2004，78（5）：626－632．

［8］ 袁道陽，雷中生，張俊玲，等．1590年7月7日甘肅永靖東南地震考證［J］．震災防御技術，2007，2（2）：158－165．

YUAN Dao－yang，LEI Zhong－sheng，ZHANG Jun－ling，et al．Textual Research on the Southeastern of Yongjing Earthquake in Gansu Province on July 7，1590A．D．［J］．Technology for Earthquake Disaster Prevention，2007，2（2）：158－165．

［9］ 謝毓壽，蔡美彪主編．中國地震歷史資料匯編（第一卷）［M］．北京：科學出版社，1983．

XIE Yu－shou，CAI Mei－biao．Summary of the Chinese Historical Earthquake Records（no1）［M］．Beijing：Science Press，1983．

［10］ 國家地震局蘭州地震研究所．陜甘寧青四省（區）強地震目錄［M］．西安：陜西科技出版社，1985．

Lanzhou Institute of Seismology，SSB．Catalogue of Shanxi，Gansu，Ningxia and Qinghai Four Provinces or Municipality Strong Earthquakes［M］．．Xi′an：Shanxi Scientific and Technological Press，1985．

［11］ 國家地震局蘭州地震研究所．甘肅省地震資料匯編［M］．北京：地震出版社，1989．

Lanzhou Institute of Seismology，SSB．Summary of the Gansu historical earthquake records［M］．Beijing：Seismological press（in Chinese），1989．

［12］ 袁道陽，王蘭民，何文貴，等．蘭州市地震活斷層探測新進展［J］．地震地質，2008，30（1）：236－249．

YUAN Dao－yang，WANG Lan－min，HE Wen－gui，et al．New Progress of Seismic Active Fault Prospecting in Lanzhou City［J］．Seismology and Geology，2008，30（1）：236－249．

［13］ 史志剛，雷中生，袁道陽，等．1306年寧夏固原地震考證與發震構造探討［J］．西北地震學報，2011，33（1）：342－348．

SHI Zhi－gang，LEI Zhong－sheng，YUAN Dao－yang，et al．Textural Research on the Guyuan Earthquake in 1306in Ningxia Region，and Discussion on Its Seismogenic Structure［J］．Northwestern Seismological Journal，2011，33（4）：342－348．

［14］ 劉興旺，雷中生，袁道陽，等．1609年甘肅紅崖堡7 1/4級地震考證［J］．西北地震學報，2011，33（2）：143－148．

LIU Xing－wang，LEI Zhong－sheng，YUAN Dao－yang，et al．Textural Research on the HongyapuM7 1/4Earthquake in 1609［J］．Northwestern Seismological Journal，2011，33（2）：143－148．

［15］ 雷中生，袁道陽，鄭文俊，等．756年張掖—酒泉地震考［J］．西北地震學報，2012，34（1）：72－77．

LEI Zhong－sheng，YUAN Dao－yang，ZHENG Wen－jun，et al．Textural Research of Zhangye－Jiuquan Earthquake in 756A．D．［J］．Northwestern Seismological Journal，2012，34（1）：72－77．