1815年10月23日山西平陆6级地震及发震构造初步探讨

丁学文，高树义，马秀芳

(1.山西省地震局，山西 太原 030002；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

·地震地质·

丁学文1，2，高树义1，2，马秀芳1，2

(1.山西省地震局，山西 太原 030002；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

构造背景；发震构造；平陆地震

0 引言

1815年10月23日(清嘉庆二十年乙亥九月二十一日)子时，山西省平陆发生6级强烈地震，反映了华北地震区南部应力场的加剧，标志着该震区进入了一轮新的活跃期。1815至1835年，华北地震区共发生M≥4地震10次(未含海域中发生的地震)。其中，7级地震1次，6～6.9级地震4次，4～5.9级地震5次。1835年后进入短暂的平静时段，因此，将1815—1835年划分为该活跃期的第一活跃幕。1815年10月23日山西平陆发生6级地震后，又分别于1815年11月26日发生山西平陆4级、1820年10月河南陕县5级地震，在上述宏观震中西北约14 km，1827年3月23日发生山西平陆5级地震。另外，山西平陆6级地震发生140年前，其宏观震中西约9 km处发生1675年6月山西平陆、芮城间5级地震。从上述历史地震发生的时间、空间分布可以看出，1675至1827年，在宏观震中14 km的范围内共发生4级以上地震5次，强震的重复表现为原地重复和同一构造部位重复，这些地震的发生由其特殊的地震构造背景决定。

1 震害概况及宏观异常

清嘉庆二十年九月二十一日子时，声如讯雷，山崩崖倾，平地开裂，涌出黑砂水，开而复合，损坏房屋无数，凡旁崖居者多压死。震塌城垣、庙宇、衙署、仓廒、贡院、书院、民房等，共计倒塌瓦房二万五千五百余间，土窑房二万零一百余间，压死一万三千余人(另一说三万余人)，伤二百余人。平陆、解州、安邑、虞乡、芮城、陕州较重，平陆尤甚。安邑等二十四州、县遭到破坏。波及河津等四十余府、州、县[1-2]。地震烈度等震线及震中破坏地区分别见第2页图1、图2。

大震前嘉庆二十年乙亥八月六日，阴雨连绵四旬，盆倾檐注，过重阳微晴，十三日大霁。九月十九日夜，有彤云自西北直亘东南，少倾始散，地大震如雷，天地通红。二十日早，微雨随晴，及午后 蒸殊甚，徬晚天西南大赤，初昏半天，有红气如绳下注，二鼓后或寝或否从无音响，子时地大震，自夜半及旦共震一十三次，嗣后或一日数震，或数月一震，如此约四、五年[1]。震时鸡敛翅贴地，犬缩尾吠声怪诞至人情震怖。二十四日晚，云如苍狗，大雨滂沱。而日数次震，牛马仰首，鸡犬声乱即震。闻初震时，有大树仆地旋起者，有井水溢出者[2]。

2 宏观地震参数

根据该地震影响场的相关资料及数据，得到各等震线长短轴及等效圆半径数据(见第2页表1)。

图1 1815年10月23日山西平陆6级地震烈度等震线图Fig.1 The contour map of isoseismal of seismic intensity of Pinglu M6 Earthquake on October 23, 1815

图2 1815年10月23日山西平陆6级地震重破坏地区图Fig.2 The map of damaged area of Pinglu M6 Earthquake on October 23, 1815

烈度区走向长轴km短轴km等效圆半径kmⅨ近似呈圆形——14ⅧNE73°长轴110短轴4234Ⅶ近东西西半轴123短轴8472Ⅵ近东西西半轴158短半轴70105

根据刘正荣公式(1961年)可知：

式中：h为震源深度；Δi为烈度Ii的等效圆半径；I0为震中烈度；s为烈度衰减系数，本地区选定为2。得到这次地震的震源深度为：

Ii=8度，h=17km，

Ii=7度，h=24km，

Ii=6度，h=28km，

平均震源深度约23km。

震级依照傅承义、刘正荣经验公式：

M=0.68I0+1.39lgh-1.4。

算得M为6.61，与实际震级基本一致。

断层走向以烈度等震线长轴方向确定为NE73°。倾向由烈度等值线北疏南密的特点，推断倾向北西[3]。

龙峰等利用1965年以来华北发生的地震中获得的震源断裂长度，建立华北地区的面波震级Ms与震源破裂长度L的回归关系式[4]：

Ms=1.860logL+3.82(±0.32)。

3 震区大地构造与深部构造背景

震区位于汾渭断陷带三门峡断陷盆地东部淹底凹陷、野鹿凹陷，受盆地边界、盆地内断裂影响，具有差异性明显的块断型强烈升降运动，如图3所示。

图3 极震区及其周围地震构造图Fig.3 The map of seismotectonics at meizoseismal area and its surrounding

据重力资料可知，极震区域北为中条山、南为秦岭东段崤山、东为鲁山高重力区所围区域，异常值为-115×10-5m/s2，基本上为近东西向的重力低(见图4)。

图4 极震区区域布格重力异常等值线图Fig.4 The contour map of meizoseismal areaBouguer gravity anomaly

据航磁ΔTa上延10 km异常等值线资料，极震区被北为中条山、南为秦岭东段崤山、东为鲁山正异常等值线区所围，异常值为-60 nT，为近东西向的负异常区(见图5)。

据地壳厚度等值线资料，极震区域位于北为中条山、南为秦岭东段崤山地壳厚度减薄区，即上地幔隆起带，地壳厚度相对减薄2 km(见图6)。

综上所述，极震区重力异常、航磁ΔTa异常、地壳厚度线走向与淹底凹陷、野鹿凹陷走向基本一致，震区位于基底起伏差异显著、深部构造变异和中、新生代以来凹陷盆地的边缘地带。

4 新构造运动及断裂

三门峡断陷盆地由小秦岭南面、崤山的北麓太古代地层及北、北东面中条山南麓元古代地层所围，地处秦岭东西向构造带和中条山北东向构造带之间的复合部位。新生代时，受喜山期运动的影响，盆地内部受到不均衡构造活动，形成起伏不平的凹陷和隆起，且由西向东分布有潼关、灵宝、野鹿和淹底4个大小不同的隐伏凹陷。极震区一带位于淹底凹陷、野鹿凹陷一带，新生界断陷幅度分别达2 500 m、1 600 m。

图5 极震区区域航磁ΔTα上延10 km异常等值线图Fig.5 The contour map of upward 10 km aeromagneticanomaly ΔTα at meizoseismal area

图6 极震区区域地壳厚度等值线图Fig.6 The contour map of crustal thickness at meizoseismal area

该区域位于秦岭、中条2个在吕梁运动后隆起的古地块之间的拗陷地带，因此，在该地块的前沿地带形成了阶梯状的引张断裂。断裂两侧的相对平衡补偿运动使地堑因秦岭、中条地块的不断上升而下降，产生较厚的地层堆积，包括早第三纪以后所有地层的总厚度。其中，第四系松散岩层堆积厚度为300～780 m[5]。

断陷盆地主要受北侧的北东向中条山南缘断裂、南侧温塘断裂及淹底凹陷、野鹿凹陷之间北西向的位村断裂控制，地震在温塘断裂和位村断裂交汇处发生。下面分别对这两条断裂予以论述。

(1) 温塘断裂。

断裂南起灵宝县城东南处涧口南，向东北经川口、阳店、五原、温塘至三门峡东北，南段构成基岩山地隆起和盆地边界，北段隐伏于第四系沉积物之下。断裂全长48 km，总体走向NE49～59°，倾向NW，倾角45～70°。沿断层线有深层高温(61～63°)矿泉出现，根据钻探结果及水温计算，估计其断距在1 000 m以上。温塘断裂在地貌上表现为断层三角面，沿线多处出现露头。在温塘东瑶列村附近的一条东西向冲沟中出现断裂破碎带，冲沟西北侧为基岩，上覆上新生界地层，东南侧主要为第四纪晚更新世(Q3)地层；在棉凹村，该断裂破碎带宽约10 m，主要由断裂两盘地层的断层角砾组成，断裂上盘为震旦系石英砂岩，上覆2～5 m厚的上更新统砂土，下盘为第三系棕红色砂砾岩，地层产状平缓，近断层处产状变陡，上覆上更新统地层有变形现象，晚更新世地层断距约20 m(见图7)；在温塘一带，铁路东侧出露寒武系灰岩，西侧出露中更新统红色粉质黏土。温塘机井揭示，孔深68.5 m穿过中更新统，终孔97.5 m，未穿过下更新统，据此估计中更新统垂直落差达60m以上(见图8)。在川口铁路桥头西南约200 m的冲沟中，见中更新统含碎石的红土地层(TL年龄为36.1±7.2万年)与下第三系褐红、深灰色砂质泥岩、砾岩成断层接触，沿断面发育5～10 cm厚的断层角砾岩，具垂直擦痕，断面平直，走向NE40°，倾向NW，倾角45°，其上覆上更新统含碎石的黄土(TL年龄为12.1±2.4万年)未受影响。另据断层泥TL法测定，该断裂距今(22.3±4.7)万年曾有明显活动。综上所述，该断裂在晚更新世出现过强烈活动，沿断裂在张家湾一带，于1982年发生ML4.2地震。

图7 温塘断裂错断剖面图Fig.7 The profile of Wentang fault

图8 温塘断裂李家凹—辛店西剖面图(据三门峡火电厂三期1×1 000 MW机组扩建工程场地地震安全性评价报告)Fig.8 The profile of Wentang fault from Lijiaao to Xindian

(2) 位村断裂。

断裂西起平陆县西北，向东南经官村北、位村北、硖石至温沟，全长约73 km。断裂走向NW，倾向SW，倾角大于50°。位村断裂东段基岩隆起区有露头，在王家泉村南，见该断裂角砾岩带，宽约7～8 m，上盘为震旦系地层，产状近于水平，下盘为下第三系，为逆断层(见第6页图9)。在硖石西北老八沟一带，该断裂使中上元古界辉石安山玢岩逆冲到寒武系灰岩之上，断面倾向SW，倾角50°，沿断面发育宽达14 m的黄绿、紫红色断层泥带；在硖石铁路隧道口，断裂带上覆的中、上更新统红土及含砾石黄土层未见变形迹象，在地貌上无断裂活动显示。1988年河南省地震局在完成黄河三门峡公路大桥地震基本烈度复核工作时，曾在王崖村附近进行电法、重力勘探及甚低频电法勘探，结论表明该断裂为基底断层，形成于燕山期。综合上述资料，位村断层为一条基底断层，活动时代主要在燕山期，新生代以来趋于稳定。

5 地震发震构造成因机制

震区位于秦岭、中条2个在吕梁运动后隆起的古地块之间的拗陷地带，新生代时期由于区域构造应力场的改变，在该地块前沿地带形成引张断裂，断裂两侧的相对平衡补偿运动，形成了较厚的地层堆积，包括早第三纪以后的所有地层堆积，反映早第三纪沉降运动活动最为强烈，之后逐渐减弱，至中更新世时期，湖盆逐渐消亡，湖相地层沉积被洪积、风积黄土取而代之。在中更新世有3次较大的上升运动，黄河水系在中更新世后逐渐形成，至晚更新世时趋于完备。从黄河两岸的水系长度、地貌分布可知，黄河南北两岸、中条山及崤山均属上升地带，但崤山隆起的幅度大于中条山隆起幅度[5]，说明温塘断裂活动性强于中条山南缘断裂。

图9 位村断裂剖面图Fig.9 The profile of Weicun fault

徐锡伟[6]在研究山西地堑系的新构造活动特征及其形成机制时，将该区域划分为晋南张性区。根据王景明[7]对华北土层破裂的研究，华北现代应力场主压应力方向为NEE—SWW，控制华北地区断裂、地裂与地震活动。根据华北地区新生代区域应力场特征，温塘断裂、中条山南缘这些断裂应为张性正断裂，NW走向位村断裂应为挤压逆断裂，两断裂交汇区为易积累应力地区。极震区的形态为走向NEE的椭圆状，等震线西北疏、东南密，断裂倾向应为NW，发震断裂为温塘断裂，从重力异常、航磁异常、地壳厚度及断裂沿线温泉分布推断，该断裂为大规模的深大断裂，断裂止于NW向位村断裂。温塘断裂的张性正倾滑活动受阻于NW向位村逆断裂的摩擦阻力，应力闭锁，当两断裂相互活动，应力聚集到一定程度时，应力释放，伴随地震的发生。数次地震集中分布于两断裂交汇区，说明地震的形成机制。平陆及其附近地区水平应力示意及断裂性质解译如图10所示。

图10 平陆及其附近地区水平应力场示意图Fig.10 The schematic diagram of horizontal stress field in Pinglu and nearby

6 结论

(1) 地震发生于秦岭、中条2个古地块之间的拗陷地带，地幔上拱，从而形成由温塘断裂和中条山南缘断裂控制的淹底凹陷、野鹿凹陷，新生界巨厚，土层松散，黄土崖发育。地震发生时，地表峰值加速度放大，地表破坏严重。地幔上隆活动加剧，地壳内岩层破裂互相挤压、摩擦产生磁场，从而产生温度异常、动物异常、地光等宏观现象。

(2) 独特的深部构造背景是地震多发的主要原因。受华北地区构造应力场的影响，极震区一带形成NEE向的张性正断裂和NW向的挤压逆断裂。温塘张性正断裂与位村逆断裂交汇区应力闭锁、释放为该地震发生的构造原因。

[1] 国家地震局地球物理研究所，复旦大学中国历史地理研究所.中国历史地质图集(清时期)[M].北京：中国地图出版社，1990：121-124.

[2] 山西省地震局.山西省地震历史资料汇编[M].北京：地震出版社，1991：345-360.

[3] 武 烈，贾宝卿，赵学普，等.山西地震[M].北京：地震出版社，1993：165-176.

[4] 龙 峰，闻学泽，徐锡伟，等.华北地区地震活断层的震级-破裂长度、破裂面积的关系[J].地震地质，2006,28(4):511-535.

[5] 石文慧.三门峡地区新构造运动特征及三门组岩相年代含水条件之探讨[J].中国第四纪研究，1965，4(2)：119-145.

[6] 徐锡伟.山西地堑系的新构造活动特征及其形成机制[D].北京：国家地震局地质研究所，1989.

[7] 王景明.华北土层破裂与新构造应力场[J].东北地震研究，1989,5(1)：35-42.

Preliminary Study on Seismogenic Structure of Pinglu

M6Earthquake on October 23, 1815

DING Xue-wen1,2, GAO Shu-yi1,2, MA Xiu-fang1,2

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030002, China;2.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

A strong earthquake ofM6occurred in Shanxi, Pinglu on October 23, 1815, which marked a new active period in the north China seismic area. In the 20 years before and after the earthquake, 3 timesM4-5earthquake occurred at the same location or nearby, which is rare in this period in North China. The occurrence of these earthquake is determined by deep seismic tectonic background. In north China the NEE-SWW stress field results in the NEE tensional normal fault and the NW compressional reverse fault. In the region where Wentang tensional normal fault and Weicun reverse fault meets, the stress locking and releasing are the tectonic cause for the occurrence of this earthquake.

Tectonic background; Seismogenic structure; Pinglu Earthquake

2016-05-28

丁学文(1964— )，男，山西清徐人。1993年毕业于中国地质大学，硕士研究生，高级工程师。

1000-6265(2017)01-0001-06

P315.2

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