西藏尼木1901年M 6地震的發震構造探討

哈廣浩，吳中海

1.中國地震局地震與火山災害重點實驗室，北京 100029；2.中國地震局地質研究所，北京 100029；3.新構造運動與地質災害重點實驗室, 北京 100081；4.中國地質科學院地質力學研究所，北京 100081

0 引言

新生代以來，印度板塊與歐亞板塊持續碰撞，形成了青藏高原這一現今地殼運動最為強烈的活動造山帶。已有研究表明，青藏高原的形成與印度和歐亞板塊的碰撞密切相關(Molnar and Tapponnier, 1978; 李吉均等，1979；Armijo et al., 1986; Mercier et al., 1987; England and Houseman, 1989; Molnar et al., 1993)，現今青藏高原仍然是全球地殼活動最為活躍的地區之一。早期通過震源機制解與活動斷裂衛星影像分析發現，印度與歐亞板塊的持續碰撞是青藏高原乃至中國大陸變形的主要動力(Tapponnier et al., 1981, 1982; Molnar and Lyon-Caent, 1989; Molnar and Tapponnier, 1977; Murphy et al., 2010)。這也得到了構造應力分析與GPS觀測結果的支持(Zhang et al., 2004)。晚新生代以來，特別是第四紀以來，青藏高原內部最為顯著的活動構造是藏南近南北向裂谷帶以及北東和北西走向的共軛走滑斷裂帶，代表了高原近東西向伸展作用(Ni and York, 1978; Armijo et al., 1986, 1989; Tapponnier et al., 2001; Taylor et al., 2003; Yin and Taylor, 2011)。

自20世紀70年代以來，遙感解譯、地質調查與震源機制解多方面的研究結果一致發現了第四紀期間高原內部存在東西向伸展作用，表現為近南北向的裂谷系及其相關的活動正斷裂，并構成了高原內部重要的控震構造(Tapponnier and Molnar, 1977；Molnar and Chen, 1983；Rothery and Drury, 1984；汪一鵬，1998；趙根模等，2019；鄭文俊等，2019)。其中連續性最好、規模最大且活動性最為顯著的是亞東-谷露裂谷(Armijo et al., 1986；韓同林，1987；哈廣浩，2019)，沿該裂谷發生過1411年羊八井M8.0級地震、1952年谷露MS7.5級地震等破壞性地震(韓同林，1987)。亞東-谷露裂谷中段由多條正斷層組成，也稱為尼木地塹群，該地塹群距離拉薩市區最近，發生過1992年尼木MS6.5級地震，震害特征顯著，發震斷裂可能為安崗地塹(龔宇和張文甫，1993；巴桑次仁等，2009)。2008年汶川地震發生后，沿該地塹群中的羊易地塹發生MS6.6級強震，拉薩震感明顯，受損嚴重。這些地震活動顯示尼木地塹群晚第四紀以來活動性顯著，然而其地震發生模式、復發規律等尚不清楚。歷史記錄顯示，1901年4月21日尼木縣發生M6級地震，但其發震構造鮮有報道，對其發震構造的厘定有助于理解尼木地塹群的地震活動的特征與規律，科學評價周邊地區的未來強震危險性。文章在野外地質調查的基礎上，對1901年尼木地震發震構造進行了初步分析，以期加深對尼木地塹群地震活動特征的認識。

1 區域構造背景

遙感解譯與已有研究成果表明，藏南裂谷系是由一系列正斷層控制的地塹或半地塹連接而成，所以也稱近南北向正斷層系，近南北向地塹系等(Armijo et al., 1986)，其中研究比較多的有亞東-谷露裂谷、錯那-沃卡裂谷(吳中海等，2008)、定結-申扎裂谷(Zhang and Guo, 2007; Zhang et al., 2012)、Kung Co地塹(Lee et al., 2011)以及隆格爾裂谷(Styron et al., 2013, 2015)。其中遙感影像線性特征清晰、連續性好、活動顯著的裂谷自東向西依次為錯那-沃卡裂谷、亞東-谷露裂谷、定結-申扎裂谷、崗噶-當惹雍錯裂谷(圖1a)。此外，在各個裂谷中部還存在一些小的獨立的地塹，如孔瑪(Kampa)地塹。遙感影像還顯示，東側裂谷連續性更好，西側組成裂谷的各個地塹相對分散，連續性差。

a—藏南裂谷系分布簡圖；b—亞東-谷露裂谷組成結構及歷史地震分布、震源機制解簡圖

亞東-谷露裂谷是藏南規模最大和活動性最顯著的近南北向裂谷，其南端起于亞東縣北部的帕里鎮，向北經多慶錯、涅如、寧金康桑雪山西側、尼木、羊八井和當雄等地，一直延伸至色尼區谷露鎮以北約30 km處的雄姆錯北側。該裂谷整體呈北北東走向，全長近500 km(Armijo et al., 1986；吳中海等，2009；Wu et al., 2011)，自南向北依次穿過藏南拆離系、特提斯喜馬拉雅、雅魯藏布江縫合帶、拉薩地體四個大地構造單元，南端終止于高喜馬拉雅地體內，北端終止于拉薩地體北緣(圖1b)。

根據主邊界斷裂的空間變化可將亞東-谷露裂谷分為3段。在雅魯藏布江以南的南段，由南向北主要包含了帕里-多慶錯地塹、涅如地塹和熱龍地塹3個呈右階斜列分布的半地塹，主邊界斷裂皆位于地塹的東緣；在裂谷穿過雅魯藏布江的尼木一帶的中段，該裂谷的主邊界斷裂發生從地塹東側向西側的轉變，并在尼木縣一帶因斷層分散為多條而形成6個規模較小、狹長的、呈近平行排列的近南北向谷地或地塹，稱為尼木地塹群,其中活動性最顯著的是安崗地塹(吳中海等，2015)。在羊易以北的北段，是亞東-谷露裂谷連續性最好的段落，沿念青唐古拉山至桑丹康桑雪山的東南側，山前和山麓地帶形成了長約220 km連續分布的主邊界斷裂帶，沿該斷裂帶形成格達地塹、當雄-羊八井地塹和谷露地塹3個次級地塹。由于受到先存的深部構造影響，當雄-羊八井地塹整體呈北東走向，從南向北包含了羊八井盆地、寧中盆地和當雄盆地3個呈右階斜接的次級半地塹，在各個半地塹之間和當雄地塹與谷露地塹之間發育有調節相鄰地塹拉張作用的北東向和北東東向的左旋走滑轉換斷層。最近的研究表明，谷露-當雄-羊八井段晚第四紀垂直活動速率為1.5±0.5 mm/a；安崗地塹主邊界正斷層末次盛冰期以來的垂直活動速率為0.8～1.3 mm/a(吳中海等，2006，2015)。比較一致的斷層滑動速率的估算結果說明亞東-谷露裂谷晚第四紀期間具有強烈的活動特征。古地震研究結果進一步揭示，念青唐古拉山東南麓主邊界斷裂帶中段全新世中—晚期的古地震復發間隔約為1600 a(吳章明等，1992)，而跨整個尼木地塹群的大震復發間隔最短可能為約1.0～1.2 ka(吳中海等，2015)，這種相對較短的大地震復發間隔顯示是與該裂谷晚第四紀期間的強烈活動性相對應的。

相較于亞東-谷露裂谷南段和北段，裂谷中段報道較少，2008年羊易地震后零星涉及羊易地塹(Wu et al., 2011)。尼木地塹群位于亞東-谷露裂谷中部，橫切過雅魯藏布江，主要由6個規模相對較小的半地塹組成，包含帕布地塹、龐剛地塹、安崗地塹、尼木地塹、羊易地塹、帕當地塹(圖2)。尼木地塹群整體呈近南北走向，長約60 km，東西寬約40 km，并表現出略向南分散的特征。每個獨立的地塹寬度約1～5 km不等，長約10～28 km左右。安崗地塹是其中規模相對較大的一個，活動特征顯著，交通便利，因此研究程度相對較高，而對尼木地塹群其他地塹的研究相對較少。

PBG—帕布地塹；PEGG—彭剛地塹；PAGG—龐剛地塹；AG—安崗地塹；YG—羊易地塹；GG—格達地塹

歷史及現代儀器地震資料記載，沿尼木地塹發生過4次6級以上中強地震，最大地震為1264年楚布寺與1901年尼木地震，震級都達到M6。由于歷史久遠，西藏人煙稀少，楚布寺地震震中不詳，相關學者曾推測其控震構造為羊易地塹或安崗地塹(吳中海等，2015；Zeng et al., 2020)。最近的兩次地震分別為1992年MS6.3地震和2008年羊易MS6.6地震，都發生在尼木地塹群東部(表1)。

表1 歷史記載以來沿尼木地塹發生的M≥6.0地震參數(吳中海等，2015)

2 1901年尼木M 6級地震發震構造分析

2.1 史料記載

據《西藏地震史料匯編》(西藏自治區科學技術委員會檔案館,1982)記載，1901年4月26日(清光緒二十七年三月初八)西藏尼木發生M6級地震，震中位置29.5°N；90.1°E。

“宗府、寺廟所屬各處舊房屋全部倒塌，百姓住房倒塌，余者均有破壞和損壞。尼木溝內外住房大部坍塌，農牧民住房少數損壞。普措9.5崗差地地裂陷塌，護地石埂倒塌，水渠拆裂，耕地被山崩掩埋，莊稼被壓沒。巴普500步長的水渠陷拆被埋壓，普巴溝房屋倒塌。土地裂陷。尚日等地房倒屋他，壓埋人畜。地震死亡17人，壓斃牲畜無數。

南木林：拉布溪卡破壞，行將倒塌。

注：崗：原西藏地方政府征收力役差和財物差稅計算差地單位名，大小依土地產量，不依面積，兩崗為一頓。差地：原西藏領主分給差民使之應差的土地。”

歷史記錄及等震線分布表明，1901年尼木地震發震斷裂可能走向北西—北北西，震中位置距離安崗地塹較遠，其發震斷裂可能為尼木地塹群中的龐崗地塹。

圖3 尼木地震等震線圖(西藏自治區科學技術委員會檔案館，1982)

2.2 龐崗地塹地質調查

龐剛地塹位于總體呈凸向西的弧形，斷裂走向變化處被彭剛瑪曲切穿，以此可分為兩段：北段和南段(圖4)。北段為北北東走向,山峰海拔最高在5700 m以上，地塹內海拔最低在4700 m左右。主要水系為熱色曲，與地塹走向一致，是彭剛瑪曲的上游發源地。龐剛地塹北段遙感影像上線性行跡顯著，主控邊界斷裂位于地塹西緣，傾向南東。斷裂行跡清晰，錯斷岡底斯基巖，形成清晰的斷層三角面。沉積物以晚第四紀冰磧為主，與帕布地塹基本一致，大致分為兩期：末次盛冰期冰磧和倒數第二次冰期冰磧。其中倒數第二次冰期冰川規模大，運動距離在5 km以上至地塹東緣，冰磧表明被草甸覆蓋，偶見漂礫出露，地形相對平坦。末次盛冰期以來的冰磧分布在冰川口兩側，運動距離相對較近，上面雖有現代草甸覆蓋，但厚度較薄，表面可見大量的巨型漂礫裸露或半裸露，漂礫成分主要為花崗巖，與兩側山體的基巖成分一致。地形起伏較大，常見直徑約5～10 m的小型冰川堰塞湖的殘留洼地。兩期冰磧均被后期的冰水河切割，可見拔河距離高達數十米的臺地陡坎。

圖4 龐崗地塹幾何特征展布遙感影像及解譯圖(a中紅色箭頭指示斷裂位置)

龐剛地塹南段為近南北走向，呈狹長的谷地形態，長約12 km，寬約1 km，向南延伸至尼木縣城北(圖4)。地塹內地形為中間高兩側低，沿谷地發育兩條河流，一條為蝦慶曲，與北段的熱色曲在龐剛地塹兩段分開處匯合組成彭剛瑪曲。另一條流向與之相反，向南匯入辭勒普曲。南段地形起伏相對較小，谷地內海拔多在4900 m以上，山峰海拔多在5400 m以下。遙感影像上顯示出較為明顯的線性特征，表明龐剛地塹西邊界斷裂的存在。南段沉積物以沖洪積扇為主，主要發育在西緣山前溝口處，扇體規模一般較大，并被斷裂被錯動形成高大的斷層崖。由于1901年尼木地震可能與該地塹活動有關，文中對該地塹斷裂沿線龐剛N01點、蝦慶曲N02點和雪拉村N03點進行了詳細的地質調查研究。

(1)龐剛N01點

該點位于龐剛地塹北端(圖4)，高分辨率衛星影像解譯發現，該點處發育末次盛冰期以來的河流，并形成兩級河流階地T1和T2以及河漫灘T0，都被斷層錯斷，形成顯著的斷層陡坎(圖5a，5b)。實地調查發現，斷層陡坎地貌特征清晰，高差顯著，陡坎斜坡表明晚第四系沉積裸露，多見漂礫，與兩側階地面覆蓋完整的草甸差異明顯。陡坎坡度較大，退化不明顯，可能為尚未被完全剝蝕的自由面(圖5c)，而且T0也被斷錯，表明該斷層陡坎形成時代較新，其最新一次的斷層活動可能與1901年尼木地震有關。

P0，P1，P2指示跨斷層及階地陡坎地形剖面位置;圖中紅色箭頭指示斷裂位置

利用實時動態差分GPS(RTK-GPS)對該點處陡坎及階地進行了測量。T1階地最大拔河約4 m，一般高出河面約1 m，T2與T1高差約為8～10 m(圖6a)，階地面平坦。垂直于斷崖走向地形測量顯示T0陡坎垂直斷距約1.0 m，T1斷距約2.6±0.2 m，T2約為5.0±0.8 m(圖6b—6d)。

P0—P3測線位置見圖5；VS為垂直斷距

(2)蝦慶曲N02點

該點位于蝦慶曲西側，沿蝦慶曲西側山前發育小型沖洪積扇體，遙感影像與地質調查發現，沖洪積扇體被斷錯，形成線性特征顯著的斷錯陡坎地貌(圖7a)。斷層陡坎坡度較陡，延伸性較好，陡坎部位植被一般不發育，礫石裸露，顯示其活動時代可能較新。陡坎垂直位錯較大，部分可達3～5 m(圖7b)，顯示其可能為斷層多次活動累計位錯量。

圖7 龐剛地塹蝦慶曲N02點斷層崖照片

(3)雪拉村N03

該點位于尼木縣城北西方向約3 km處尼木瑪曲東側雪拉村北。尼木瑪曲為雅魯藏布江一級支流水系，尼木縣附近該河流主要發育五級階地(圖8a)。其中一二級階地(T1，T2)寬闊平坦，是尼木縣及周邊村落的主要居住地及耕地，三級以上階地(T3—T5)遭受后期侵蝕切割較為嚴重。沿尼木瑪曲，可以觀察到河流階地礫石層直接侵蝕覆蓋在基巖以上(圖8b)。礫石分選差，礫徑可分為兩組：①20～50 cm，少見>50 cm；②2～5 cm。粗礫石中以花崗巖為主，約占70%，其余為青灰色、暗紅色火山巖，灰綠色砂巖。細礫石中花崗巖約占40%～50%，火山巖含量增多。磨圓較好，多為圓狀—次圓狀，顯示其搬運距離較遠，顆粒支撐。礫石之下為灰綠色砂巖，產狀320°∠56°。河流階地礫石的最大扁平面統計顯示古流向與現今河流流向一致(圖8c)。

a—尼木瑪曲五級河流階地；b—尼木縣北部T3階地礫石層直接覆蓋在基巖之上；c—T3階地礫石統計點(礫石最大扁平面統計顯示古流向為南東)

雪拉村北側主要為河流T2階地沉積，由礫石層及砂層組成，多個斷層剖面出露。剖面1中可見正斷層發育，以紅色含礫中粗砂為標志層，斷距約1 m，斷層面清晰，斷層產狀215°∠60°(圖9a，9b)。剖面2位于剖面1南側約30 m處，觀察到正斷層錯斷晚第四紀沖積(圖9c)，該處沉積物以砂礫互層為主，上部礫石較小，礫徑一般小于3 cm，下部礫石較大，最大可達10 cm，礫石成分以花崗巖為主，磨圓好，多為圓狀，顆粒支撐。下部礫石層為標志層，可見清晰斷層面，斷層產狀218°∠65°，斷距約50 cm(圖9d)。再向南約10 m，可觀察到三級階梯狀斷層發育的剖面3，錯動紫紅色含礫粗砂層及下部細礫石層(圖9e)，礫石成分復雜，可見花崗巖、火山巖、砂巖等，礫徑主要分為兩組：5～10 cm和1～2 cm。磨圓較好，多為次圓狀，顆粒支撐。斷層F1產狀100°∠61°，斷距約2 m，斷層帶內可觀察到卷入的楔狀紫紅色砂層，F2產狀131°∠55°，斷距約80 cm，F3產狀126°∠46°，斷距約70 cm。上述斷層剖面顯示，剖面1與剖面2的斷層產狀與龐剛地塹北段斷層產狀相反，也與剖面3斷層傾向不同，可能是龐剛地塹南段分為多個分支斷層，剖面1與剖面2中的斷層為次級分支斷層。

a，b—剖面1尼木縣雪萊村北正斷層，可見斷層錯動晚第四紀河流階地，斷距約1.0 m；c，d—剖面2正斷層觀察點，可見斷層錯斷晚第四紀沖積河流階地，礫石層被顯著錯動約0.5 m；e—剖面3觀察點，可見階梯狀正斷層錯動晚第四紀沖洪積扇

3 討論

基于遙感解譯與野外地質調查發現，龐剛地塹西緣斷層線性行跡清晰，長約30 m，沿線斷層陡坎地貌發育。地塹北側發現斷錯T0階地，代表了最新一次地震活動。震級估算時，以龐剛地塹西邊界斷裂的長度作為最新一次地震活動的破裂長度，以T0階地的位移量作為該次地震事件可能的最大位移量。

Wells and Coppersmith(1994)利用地震地表破裂的長度、位移量和破裂寬度等參數統計歸納出適應于正斷層型活動斷裂的矩震級(MW)估算公式：

MW=5.08+1.16logL

(1)

MW=6.69+0.74logDmax

(2)

公式中：MW為矩震級；L為地震破裂長度；Dmax為地震破裂的最大位移量。野外觀察資料和經驗公式的對比發現上述公式在中國西部具有較好的適應性(程佳等，2012；Cheng et al., 2020)。根據公式(1)計算得出的矩震級為MW6.7，根據公式(2)計算得出的矩震級為MW6.8。

另借鑒鄧起東等(1992)總結華北板內正走滑斷裂上地震地表破裂參數與震級之間的經驗公式：

M=6.99+logL×D

(3)

M=5.90+logL+logD

(4)

公式中:M為地震震級；L為地震破裂長度；D為斷層垂直位移。則根據公式(3)計算得出的地震震級約為M8.5，根據公式(4)計算得出的地震震級約為M7.4。對比亞東-谷露裂谷上已發生的正斷層型歷史地震發現，2008年10月6日當雄縣羊易鄉MS6.6級地震(MW6.4)未能產生同震地表破裂(吳中海等，2009)，而1952年谷露M7.5級地震同震地表破裂長度約60 km，最大垂直位移約4～5 m，平均約2～3 m(吳中海等，2006)。因此，地質調查顯示的龐剛地塹最新一次地震的震級應該不會高于M7.5，但MS矩震級應高于6.6級。顯然，華北板內地震的地震地表破裂參數與震級之間的經驗公式可能不適用于青藏高原地區。公式(1)與(2)給出的地震震級相似，與1901年尼木地震的歷史記錄震級也比較吻合。基于遙感解譯、斷裂地質調查、等震線及震級估算認為，1901年尼木地震的發震構造應為龐剛地塹的西側邊界斷裂。

尼木地塹群作為亞東-谷露裂谷中段，與裂谷南、北段具有明顯不同的特征，主要表現為斷裂規模比較小，空間上密集平行展布。1901年尼木地震、1992年尼木(安崗)地震、2008年羊易地震的接連發生表明，尼木地塹群中各個地塹具有單獨發生強震的能力。然而尼木地塹群的地震復發間隔如何，其強震復發特征與亞東-谷露裂谷的南北兩段有何差異等問題還需進一步研究。

4 結論

(1)遙感解譯與野外地質調查表明，龐剛地塹西邊界斷裂線性特征顯著，斷層陡坎地貌發育，斷錯了包括河流T0階地在內多級地貌面，顯示其晚第四紀活動性顯著。

(2)震級恢復表明龐剛地塹最新一次地震的矩震級為MW6.8級，與1901年地震的歷史記錄比較吻合。結合遙感解譯與地質調查，推測1901年尼木地震的發震構造可能為龐剛地塹。

(3)歷史地震與儀器地震記錄表明，尼木地塹群中各個單獨的地塹具有獨立發生強震的能力，但其地震復發特征與亞東-谷露裂谷南北兩段的差異尚需進一步研究。