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1949年新疆库车7-4-级地震的地震构造条件——徐-杰-周本刚-杨晓平地震地质2003

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1949 年新疆库车 7 "/ 级地震的地震构造条件〔收稿日期〕  2002 - 02 - 27 收稿 ,2002 - 09 - 11 改回。〔基金项目〕  地震科学联合基金 (198062)和科技部项目 (951102)共同资助。中国地震局地球物理勘探中心论著编号  杰 1)  周本刚 1)  杨晓平 1)  汪祥余 2)周 庆 1)  陈国光 1)  冉洪流 1)  刘占坡 1)1)中国地震局地质研究所 ,北京   1000292)中国石油天然气公司塔里木油田分公司 ,库尔勒   841000摘  要    前人研究认为 ,库车 1949 年 7 "/ 级地震主要与天山南麓活动构造带的 N 近笔者根据深地震地壳测深、石油地质及活断裂等研究的新成果 ,对这次地震的构造条件进行了较深入的分析。塔里木陆块向天山俯冲 ,天山上地壳被挤压块断隆升并侧向推覆扩展 ,于天山南缘形成库车盆地及由秋立塔格等一系列逆断裂组成的逆断 - 褶皱系 ,这是发育于沉积盖层的薄皮构造。 N - 依 西 1 井断裂是库车盆地构造中重要的传递断裂 ,位于 N E 向的乌鲁木齐 - 库车 - 柯 坪构造带中。有关 7 "/ 级地震的地震学研究结果与秋立塔格断裂完全不符 ,而与库车 - 依西 1井断裂基本一致。关键词    陆内俯冲  逆断 - 褶皱系  薄皮构造  新疆库车中图分类号 : 2       文献标识码 : A       文章编号 : 0253 - 4967 (2003) 03 - 450 - 100  引言1949 年 2 月 24 日新疆天山南麓的库车附近发生了 1 次 7 "/ 级地震 (83. 2° E ,41. 9° N) 。多年来不少研究者对这次地震的构造条件进行过研究 (戈树谟 ,1982 ;吴裕文等 ,1982 ;冯先岳 ,1985 ;柏美祥等 ,1988 ;胡方秋等 ,1991 ;张培震等 ,1996 ;赵瑞斌等 ,2000) ,多认为 7 "/ 级地震主要与天山南麓活动构造带中的 N 秋立塔格断裂有关。最近笔者在实施有关研究课题和工程地震项目时 ,根据一些研究者进行深地震地壳测深、石油地质和活断裂研究取得的新资料和新成果 ,对塔里木盆地与天山的构造耦合关系、区域构造活动性和库车 7 "/ 级地震的发震构造等进行了较深入的分析 ,得出一些不同的认识 ,现草成本文与大家共同讨论。1  区域地质构造发育概况库车 7 "/ 级地震发生在塔里木盆地和天山交接的地带。大地构造上 ,该区属于塔里木陆块和天山古生代大陆增生带或大陆边缘造山带。其构造演化相当复杂 ,主要表现为新元古代和古生代天山洋的产生、扩张、俯冲消减和闭合造山 ,以及中、新生代陆内复活造山带发育的过程。据已有研究 ,新元古代青白口纪末的塔里木运动 (1 000~ 800P) 使元古南天山洋关第 25 卷  第 3 期2003 年 9 月地 震 地 质Y 25 , 3, 2003闭 ,天山和塔里木及其邻区组成一个统一的大型陆块 (张良臣等 ,1985 ;肖序常等 ,1992 ;汤良杰 ,1996) 。震旦纪至早寒武世天山地区形成裂谷 ,中寒武世至早奥陶世扩展成洋盆且为古亚洲洋的组成部分 ,塔里木陆块被裂离出来 ,准噶尔、伊犁等小陆块处于大洋包围之中。随着天山洋的俯冲消减 ,西伯利亚板块向南运动时不断往南增生 ,塔里木陆块亦逐渐向北运动 ,直至早二叠世末天山洋消亡 ,弧陆碰撞形成天山造山带 ,将南、北板块缝合一体成为欧亚大陆的组成部分。自中生代起 ,天山及其邻区的构造发育 ,主要受控于南边特提斯洋发展变化过程中各有关部分依次向北俯冲和碰撞缝合的作用。但是在始新世晚期和渐新世 ,印度板块与欧亚板块碰撞拼合之后仍继续向北往大陆内部推挤楔入 ,其远程作用使天山地区再度复活块断造山 ,形成现今雄伟的天山山系和活动构造格局 (图 1) 。至今印度板块仍以 4. 8~ 6. 4a 的速度向北推挤(et ,1978) ,使天山及其两侧地区现代地壳变形十分强烈 ,地震活动频繁 (邓起东等 ,2000) 。图 1  天山及其邻区活动断裂和布格重力异常分布图 (布格重力异常资料据高祥林等 ① 的图件 )1   区域地壳结构构造的重要特征2. 1  陆内俯冲形成的 盆 - 山 构造组合最近 ,赵俊猛 (1998) 、高锐等 (2002)根据地震宽角反射 / 折射探测和大地电磁测深等地球物154① 高祥林等 ,1999 ,中国大陆中新生代构造变形格局与重力场分布特征的关系。3 期 徐杰等 :1949 年新疆库车 7 "/ 级地震的地震构造条件理资料 ,对天山及其邻区地壳上地幔结构进行了深入研究 ,揭示出了塔里木陆块向天山俯冲的重要特征。图 2 是根据有关的地球物理、区域地质和石油地质等资料编制的岩石圈结构构造剖面。据研究 ,塔里木陆块刚性程度较高 ;地壳厚 40~ 45壳内层状结构明显 ,可分为 3 层 ,上地壳厚约 15中地壳厚 10右 ,下地壳厚 15~ 20各层厚度变化不大 ,界面产状一致。其下的岩石圈地幔厚 40~ 50图 2) 。向北 ,塔里木陆块在天山边缘向下弯曲大致以 40°左右的倾角往天山地壳和上地幔分层插入与消减 (赵俊猛 ,1998) ,其地壳前缘已俯冲到中天山和北天山交接带之下 (高锐等 ,2002) ,莫霍面发生 10 余公里的断错 ,岩石圈地幔向下俯冲到 180右深处 (赵俊猛 ,1998) 。天山地区为新地壳 ,刚性程度较低 ,地壳明显挤压增厚 ,一般厚 50~60局部厚达 70 余公里 ;中地壳存在低速体 ,中 - 下地壳主要为塔里木地壳分层插入加厚 ;上地壳表现出脆性变形 ,以断块逆冲叠置增厚为主。同时 ,天山的上地壳被挤压隆升 ,其南缘向塔里木陆块推覆扩展形成库车盆地和逆断 - 褶皱系。这样 ,构成颇具特色的陆内俯冲形成的盆 - 山 构造耦合关系 (图 2) 。图 2  天山及其邻区岩石圈结构构造剖面图(据赵俊猛 ,1998 ;顾家裕等 ① 和新疆维吾尔自治区地质矿产局 ,1993 编制 )2   of 2   ,于乌鲁木齐、库车和柯坪一线存在 1 条 N E 向斜穿天山分布的布格重力异常带 ,异常值为 - 240~ - 275它把天山分成布格重力异常形态和异常值明显不254①② 同 451 页 ①。顾家裕等 ,1999 ,库车前陆盆地演化与油气资源评价。地  震  地  质 25 卷同的东、西两部分 (图 1) 。在波长 500~ 1 000均衡重力异常图中 ,这条布格异常带为重力梯度带 ,它把天山分成东西 2 个异常区 ,西边为负均衡重力异常区 ,东边是正均衡重力异常区。从航磁异常资料 ① 看 ,乌鲁木齐 - 库车 - 柯坪一线是低缓的负磁异常带。沿这条 N E 向的区域重、磁异常带 ,分布有柯坪、库车 - 依西 1 井等一系列 N E 向断裂 (图 1) 。据此可以认为 ,这是一条 N E 走向的构造带 ,称其为乌鲁木齐 - 库车 - 柯坪构造带。它位于 N E 向的兴都库 什 - 天山 - 阿 尔 泰 - 贝 加尔强震构造带 (杨章 ,1990)南段的东缘。3  库车盆地的构造特征3. 1  前陆盆地库车盆地位于天山南缘 ,西起温宿 ,东至库尔楚附近 ,总体走向 N 长 450宽 30~70是一个自晚二叠世开始发育的中、新生代沉积盆地 ,其构造演化经历了 2 个主要阶段 ,即与天山造山带形成有关的中生代前陆盆地阶段 ,以及与天山造山带复活有关的新生代再生前陆盆地阶段。早二叠世末天山洋最终关闭 ,天山造山带开始形成 ,库车盆地也随之出现 ,从三叠纪起前陆盆地全面发育 ,到早白垩世晚期盆地整体抬升 ,直至古近纪初遭受剥蚀均夷。古近纪时库车盆地缓慢下沉 ,充填厚约 1 000m 左右的古近系。在盆地中西部是海陆交互相的砂泥岩夹膏盐层及生物灰岩 ,东部主要为陆相细碎屑岩 ② 。到新近纪盆地快速沉降 ,堆积了由陆相碎屑岩组成的新近系 ,一般厚 3 500~ 5 000m ,最厚达 6 000 余米。它包括吉迪克组(、康村组 ( 2k)和库车组 (,与下伏古近系呈假整合接触 ,而其内部各组之间基本为整合关系。库车组沉积期末 ,盆地全面遭受逆断 - 褶皱变形 ,基本结束了新生代再生前陆盆地的发育。下更新统西域组砾岩层普遍不整合覆盖于库车组之上。在库车前陆盆地和再生前陆盆地发育的过程中 ,都有不同程度的逆断推覆作用 ,并逐渐向前传递 ,使盆地不同时期的沉积中心也相应向前迁移。3. 2  逆断 - 褶皱系库车盆地的多阶段演化使盆地及其沉积层强烈变形 ,主要为逆断推覆构造 ,它开始出现于中生代 ,定形于新生代晚期。其中有北布古鲁、库巴、吐喀、秋立塔格等 10 余条主要的逆断裂(图 3) ,它们发育于中、新生代地层中 ,走向 N 大多倾向 N ,断面均为上陡下缓的铲状形态。这些断裂第四纪晚期仍有不同程度的活动 ③ (张培震等 ,1996) 。在这些断裂发育的过程中 ,每条断裂都导生出一些由断裂滑动产生的断弯和断展等类型的褶曲 ,相应组成一条条逆断 - 背斜带。自北而南主要可分出山麓、库姆格列木 - 依奇克里克、吉迪克 - 吐格尔明、秋立塔格和库车 - 亚肯 5 排逆断 - 背斜带。它们总体组成库车逆断 - 褶皱系 ,其中最突出的是秋立塔格逆断 - 背斜带。秋立塔格逆断 - 背斜带位于库车盆地的中南部 ,呈 N 分布 ,主要由北秋立塔格、南秋立塔格和东秋立塔格断裂 (图 3) ,以及亚克里克、北秋立塔格、南秋立塔格、库车 - 塔吾和东秋354①②③ 周本刚等 ,2001 ,克拉 2 气田区块及克 2 - 轮南输气管道地震安全性评价。同 452 页 ①。张家声等 ,1999 ,中国大陆古板块划分和盆地结晶基底的航磁地质构造解释。3 期 徐杰等 :1949 年新疆库车 7 "/ 级地震的地震构造条件立塔格等背斜组成 ,是一个非常复杂的逆断 - 背斜带 (图 3 ,4) ,长约 300宽 6~ 10它也是库车盆地中规模最大的一条构造带。北、南秋立塔格断裂是秋立塔格断裂的西段 (图 3) ,简称西秋立塔格断裂。它沿亚克里克 ,北、南秋立塔格 ,托克拉克坦和库车 - 塔吾等背斜近于平行分布 ,总体走向 70° E ,基本上都倾向 N ,为断面上陡下缓的铲形逆断裂 ,向下则逐渐归并为 1 条 N 倾的逆断裂。东秋立塔格断裂为东段 ,主要出露于东秋立塔格背斜的南翼 ,走向E ,倾向 N ,倾角一般较缓 ,约 20°~ 30° ,亦为铲形逆断裂。秋立塔格断裂发育于中、新生代地层中 ,向下延伸到古生界和新元古界顶部 (图 4) 。断裂有背斜与之相伴而生。从断裂与褶皱的成因关系看 ,它们不是通常地层受挤压褶皱变形过程中形成的破裂构造 ,而是在地下深处先产生隐伏逆断裂 (盲逆断裂 ) ,断裂上盘沿断坡逆断滑动使其上覆地层拱曲变形而形成断弯褶皱(断展褶皱 (等 ,即由断裂活动而导生出褶皱 ,从而组成逆断 - 背斜带。图 3  库车盆地新生代断裂分布图 ① ①3   in 1)北布古鲁断裂 ; (2)库巴断裂 ; (3)吐喀断裂 ; (4)吐格尔明断裂 ; (5)察尔其断裂 ;(6)北秋立塔格断裂 ; (7)南秋立塔格断裂 ; (8)东秋立塔格断裂 ; (9)阳霞断裂 ;(10)亚肯断裂 ; (11)牙哈断裂 ; (12)库车 - 依西 1 井断裂库车逆断 - 褶皱系虽然在新近纪末期基本定型 , 但其内部的逆断 - 背斜带开始发育的时代由北向南逐渐变新。其中库姆格列木 - 依奇克里克构造带在三叠纪 - 早白垩世开始发育 ,吉迪克 - 吐格尔明构造带是古近纪、秋立塔格构造带为新近纪、库车 - 亚肯构造带是新近纪末和第四纪初开始发育。通过平衡剖面恢复分析 , 在库车盆地发育过程中 , 侏罗纪 —早白垩世、古近纪、中新世、上新世和第四纪等各个地质时期 ,盆地宽度都有不同程度的缩短 , 表明盆地发育一直处于相对挤压的构造环境中 , 其中以上新世末和第四纪初盆地的缩短量最大 , 达 12454① 同 452 页 ①。地  震  地  质 25 卷~ 16 。据 壳形变监测研究 ,现今塔里木陆块与天山之间的挤压运动速率约为5a 左右 (张德全等 ,2001) 。图 4  库车盆地逆断 - 褶皱系剖面图 (据贾承造 ,1997 ;顾家裕等 ① 的资料编制 )4   of in (贾承造等 ,1997)表明 ,库车逆断 - 褶皱系底部存在 1 个主滑动面 ,很可能位于元古界的顶部 ,它由北向南阶梯状变浅 (图 4) 。估计主滑动面埋深 12~ 14 。逆断 - 褶皱系中的断裂多呈 N 倾的铲状形态 ,向下均以平缓的倾角逐渐归并入主滑动面(图 4) 。逆断 - 背斜带开始发育的时代往后陆方向依次变新的特点表明 ,沿主滑动面的逆断作用是有序的 ,主滑动面在向前扩展的过程中 ,新断裂总是发育于老断裂的下盘 ,并与老断裂倾向一致 ,从而组成破裂向前扩展的前展式逆断裂序列。所以 ,库车盆地的逆断 - 褶皱系 ,是主滑动面由北向南有序逆断作用在沉积层中产生的递进堆叠式的逆断推覆构造系统 ,因而属于薄皮构造。3. 3  库车 - 依西 1 井断裂根据顾家裕等 ① 最近研究的结果 ,在库车盆地中部库车 - 依西 1 井一线存在 1 条平移断裂 ,走向 长 50 余公里 (图 3) 。现暂称其为库车 - 依西 1 井断裂。库车 - 依西 1 井断裂不仅斜切了 N 的逆断 - 褶皱系 ,而且将库车盆地明显地分成东、西两部分。这两部分的盆地发育和构造变形特征有着很大差异。库车盆地西部无论是三叠纪、侏罗纪和早白垩世 ,还是古近纪、新近纪和第四纪 ,基本上都是主要的沉降区 ,即为拜城凹陷 ,盆地基底总沉降幅度大 ,而在盆地东西两部分的交接地带常表现为相对隆起。从构造变形看 ,库车盆地西部逆断 - 背斜带数量多 ,变形带规模大 ,盆地缩短量也大 ;相反 ,东部构造带较少且规模较小 ,盆地缩短量亦小。盆地东、西两部分相对应的逆断 - 背斜带开始出现的时间也不一样 ,如西秋立塔格构造带在吉迪克期 (已有雏型 ,东秋立塔格构造带到康村期 () 才开始出554①② 徐杰等 ,1999 ,中国主要含油气盆地区地壳结构构造研究。同 452 页 ①。3 期 徐杰等 :1949 年新疆库车 7 "/ 级地震的地震构造条件图 5  天山东经 80°~ 86°地段 1970 — 2001 年震源深度分布图5   of in 0°~ 86° 1970 — 2001) 此可见 ,库车 - 依西 1 井断裂是一条中、新生代长期发育的断裂 ,为库车盆地中重要的传递断裂 (,它不仅对库车盆地东、西部的差异沉降起到分隔作用 ,而且在东、西两部分逆断 - 背斜带的差异发育中起到转换作用 ,同时对盆地东、西两部分的差异缩短起到调节作用。据地震资料 ,1970 年以来约 10 次 M L ≥ 4 的地震沿库车 - 依西 1 井断裂呈带状分布 ,并在剖面上将其刻画出 1 条深达 50向东倾的高角震源破裂带。库车 - 依西 1 井断裂位于 N 库车 - 柯坪构造带中。4  库车 7 "/ 级地震发震构造的分析一些研究者已对库车 7 "/ 级地震进行过研究 ,多认为秋立塔格断裂是这次地震的发震构造。这里笔者结合已取得的资料对这次地震的发震断裂也作一分析。新疆维吾尔自治区地震局 ① 的调查结果表明 ,库车 7 "/ 级地震的宏观震中位于库车东北边的克日西村附近 ,亦即位于秋立塔格断裂与库车 - 依西 1 井断裂交汇的地区 ,震中烈度为 Ⅸ度 ,极震区走向 长 126宽 40呈窄长椭圆形 ;外圈等震线亦为 N E 向分布。这次地震的震源深 33震源机制解 2 个节面的走向为 E 和 W ,倾角分别为 85°和 58° ② 。显然 ,地震震源机制解的 N E 走向节面与地震极震区的分布基本一致。据中国地震局分析预报中心 1970 — 2000 年的地震资料 ,天山及其邻区的中强地震震源分布较深 ;在库车 7 "/ 地震所在的地段内 , 5 级地震的震源基本上位于 20~ 40深度范围 , M L ≥ 6 级地震的震源深度为 30~ 40图5) 。 7 "/ 级地震的震源深度为 33亦位于 6 级地震的震源深度范围内。库车 7 "/ 级地震震中所在的 N 秋立塔格断裂虽然是库车逆断 - 褶皱系中规模最大、活动最强烈的断裂 ,但其走向与 7 "/ 级地震的极震区和震源机制解的 2 个节面都不一致 ;西秋立塔格和东秋立塔格断裂的断面均为上陡下缓的铲形 ,于 8~ 10深度变得相当平缓 ,它们均是逆断层性质 ,而震源机制解的 N E 走向节面近于直立 ,具走滑特征。可见 ,二者在几何学和运动学特征方面明显不同。更重要的是 ,秋立塔格断裂所属的库车逆断 - 褶皱系是发育于沉积层中的薄皮构造 ,其底部的主滑动面深度仅为 12~ 14而 7 "/ 级地震的震源深 33深藏于逆断 - 褶皱系的主滑动面之下 ,表明 7 "/ 级地震的孕育和发生与秋立塔格断裂乃至逆断 - 褶皱系均无直接关系。654①② 同 453 页 ③。新疆维吾尔自治区地震局 ,1974 ,库车地震宏观调查简报。地  震  地  质 25 卷可见 ,秋立塔格断裂不可能是库车 7 "/ 级地震的发震构造。相反 ,库车 - 依西 1 井断裂不仅与 7 "/ 级地震的极震区和震源机制解的 N E 向节面分布大体相符 ,而且均具走滑特征 ;近 30年来沿其发生多次中等强度的地震 ;此断裂还位于 N E 向的乌鲁木齐 - 库车 - 柯坪构造带中 ,故有理由认为 ,库车 - 依西 1 井断裂是 7 "/ 级地震的主要发震构造。本项工作得到马宗晋院士的指教 ,以及徐秀登教授、顾家裕副总地质师、高祥林和赵俊猛博士等的帮助 ,在此向他们深表谢意。参  考  文  献柏美 祥 ,王煜 . 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