胡偉華, 常想德， 陳建波， 張 勇， 黃帥堂， 伊力亞爾·阿不力孜

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

1985年8月23日20時41分，新疆烏恰縣發(fā)生MS7.4地震，地震造成67人死亡，200余人受傷，直接經(jīng)濟損失超過1億元[1]。前人對本次地震災(zāi)害和發(fā)震構(gòu)造開展了深入細(xì)致的調(diào)查研究[2-5]。結(jié)果表明，本次地震烈度存在2個相對獨立的Ⅸ度區(qū)(圖1)，面積均為14 km2。南部Ⅸ度區(qū)包括疏附縣烏帕爾鄉(xiāng)，鄰近的克孜勒蘇河谷區(qū)階地上，地震產(chǎn)生了一條長15 km的地表破裂帶，斷層面傾向160°～210°，傾角約30°，最大水平縮短量1.16～1.8 m，最大垂直斷距0.66～1.08 m，屬于卡茲克阿爾特斷層帶。北部Ⅸ度區(qū)包括烏恰老縣城至楊葉農(nóng)場一帶，老縣城(現(xiàn)在是黑孜葦鄉(xiāng)駐地)已經(jīng)成為一片廢墟[6-7]，倒塌和嚴(yán)重破壞的建筑物占總量的3/4以上[5]，但當(dāng)時震后調(diào)查沒有關(guān)于老縣城附近發(fā)現(xiàn)地震斷層的報道。鑒于災(zāi)情嚴(yán)重，新疆維吾爾自治區(qū)人民政府決定遷址新建烏恰縣城[6]，新縣城位于老縣城東北6 km處。長期以來一直困擾我們的是，老縣城相距南邊的克孜勒蘇河谷區(qū)卡茲克阿爾特斷層帶地表破裂帶約25 km，既然老縣城距離發(fā)震斷層較遠(yuǎn)，為什么會遭受到毀滅性破壞？近些年在前人研究的基礎(chǔ)上對1985年震區(qū)開展了詳細(xì)的地震地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)烏恰盆地南緣出露一條近東西走向逆沖斷層，我們稱之為烏恰盆地南緣斷層，也是本次地震發(fā)震構(gòu)造之一，1985年地震產(chǎn)生了約24 km長的地表破裂帶。采用差分GPS和無人機等技術(shù)手段，對該斷層進行了詳細(xì)勘探。

1 震區(qū)地震構(gòu)造背景

帕米爾構(gòu)造結(jié)也稱為喜馬拉雅—青藏高原造山帶西構(gòu)造結(jié)，是當(dāng)今全球大陸最活躍的陸內(nèi)造山帶，活動構(gòu)造發(fā)育，地震活動強烈。帕米爾構(gòu)造結(jié)是青藏高原的西北延續(xù)，是印度板塊與歐亞板塊碰撞的結(jié)果[8]。印度板塊在約45～55 百萬年(Ma)時與歐亞大陸板塊相撞[9-12]。自20 Ma以來，印度板塊向歐亞大陸板塊運動的方向不僅發(fā)生變化，而且印度板塊西北角的速率從44 mm/a下降到34 mm/a[9]，青藏高原的地殼增厚是印度板塊新生代減速的主要原因[13]。帕米爾構(gòu)造結(jié)新生代晚期以來，沿傾向內(nèi)陸的俯沖帶將塔里木—塔吉克盆地向北俯沖推移了約300 km[14]，還有大量的山間地殼縮短，長達(dá)300 km，這意味著在新生代期間帕米爾的南部邊緣已經(jīng)向北移動至少600 km[8]。在帕米爾構(gòu)造結(jié)前緣地帶，原本寬廣的塔里木—北阿富汗—南塔吉克盆地，正是由于南傾的逆沖斷層—褶皺帶持續(xù)向北強烈擠壓推覆作用，才變成現(xiàn)今狹長陡峻的克孜勒蘇河—阿賴谷地。帕米爾北緣俯沖帶自西向東依次分布有外阿賴山山前逆沖斷層、斯木哈納—烏魯克恰提逆沖斷層、烏恰盆地南緣逆沖斷層和塔什普什塔—喀拉塔格逆沖斷層(圖2，圖中方框代表圖3的范圍)[15]。

阿圖什背斜位于南天山西段南麓，屬南天山山前第二排新生代褶皺(圖3斷層編號與圖2相同)。該背斜西起烏恰縣康蘇鎮(zhèn)南，東至伽師縣古勒魯克鄉(xiāng)北，總體走向近EW—NEE，略呈“S”型展布，背斜全長173 km。背斜出露表現(xiàn)為西寬東窄，以恰克馬克河為界，西段寬度10～15 km，長寬比為(4.2～6.3)∶1，屬短軸背斜構(gòu)造；東段寬度5～7 km，長寬比為15.7～22.0∶1，屬線狀背斜構(gòu)造。該背斜與北側(cè)的南天山山前第一排褶皺塔什普什塔—喀拉塔格背斜呈平行展布，兩者相距4.5～8.5 km。

Fig.2 Distribution of the main active faults in the north of Pamir plateau[15]

烏恰群的磁性地層學(xué)研究表明[17]，安居安組的底界年齡為14.9 Ma，安居安組的頂界(即帕卡布拉克組底界)年齡為13.7 Ma，結(jié)合逆沖斷層與褶皺的幾何關(guān)系，可以較為準(zhǔn)確的厘定烏恰盆地南緣斷層的起始活動時間在13.7～14.9 Ma之間，即烏恰盆地南緣斷層自中新世中期以來至今持續(xù)活動。

2 烏恰盆地南緣斷層和地表破裂帶

烏恰盆地南緣斷層，西自康蘇東南，東至恰克馬克河西岸，全長約50 km，近EW走向，略呈舒緩波狀，為南傾的逆斷層。在中新世背斜中通常表現(xiàn)為60°～80°高傾角逆沖性質(zhì)，而在晚第四紀(jì)洪積扇礫石層卻表現(xiàn)為15°～30°緩傾角逆掩性質(zhì)。在烏恰盆地南緣，昆侖山最北緣的新生代褶皺帶不斷向北擴展，代表著昆侖山向天山山前俯沖的最新構(gòu)造活動證據(jù)。位于斷層西端的巴喀布拉克吉勒尕溝西岸可見，背斜前緣由中侏羅統(tǒng)泥巖、砂巖組成，由南向北發(fā)育有3條逆沖斷層，南側(cè)的2條斷層(第四紀(jì)以來已經(jīng)停止活動)之間的中侏羅世地層已發(fā)生強烈褶曲，形成緊閉和倒轉(zhuǎn)褶皺構(gòu)造。最北側(cè)前緣斷層，即烏恰盆地南緣斷層呈低角度不斷向北俯沖，吞噬南天山前陸，造成昆侖山褶皺帶主動向南天山靠攏。第四紀(jì)以來烏恰盆地屬于南天山山前磨拉石建造，粗碎屑物質(zhì)不斷由南天山向盆地堆積，地勢北高南低，昆侖山前褶皺隆起阻斷了來自南天山上游地表徑流，在褶皺前緣斷層帶附近形成堰塞沉積并出露斷層泉。斷層泉含較高濃度刺鼻的H2S氣體，很可能與斷層帶深部有化學(xué)聯(lián)系，在泉水中H2S與O2和H2O反應(yīng)生成H2SO4，將泉溪河床礫石表面腐蝕成灰白色。

在烏恰盆地西南緣的喀拉克色克塔什，斷層切割現(xiàn)代沖洪積扇形成反坡向斷層陡坎(反坎)，采用差分GPS橫跨斷層陡坎共測量了13條地形剖面(圖3、5)。測量結(jié)果表明垂直位移量僅為0.2～0.8 m，均值及方差為0.55±0.19 m。

在江結(jié)爾農(nóng)場以西3.5 km處盆地南緣，可見沖溝處高河漫灘形成反坎，高差約0.5～1.0 m，在其附近開挖探槽揭露，一條南傾的緩傾角逆斷層已錯斷到地表(圖6)，坐標(biāo)為39.696 6°N、75.107 2°E，斷層產(chǎn)狀為180°∠20°，斷錯最明顯的標(biāo)志層是第②層灰黃色粉土夾薄層礫石層，垂直斷距為0.5 m，近地表僅被約20 cm厚的斷塞沉積物所覆蓋，此規(guī)模的垂直位移在地表很難肉眼識別，而且一次規(guī)模較大的洪水就可能將斷層陡坎沖刷抹平。通過對比震害資料，判斷該斷層活動事件為現(xiàn)代地震的產(chǎn)物，即1985年烏恰MS7.4地震地表破裂帶。

在江結(jié)爾農(nóng)場南側(cè)可見斷層沿阿圖什背斜北緣展布，一系列現(xiàn)代洪積扇被地震斷層錯斷形成清晰可見的斷層陡坎(圖7)，坐標(biāo)為39.688 7°N、75.173 0°E，判斷為1985年地震地表破裂帶。

圖5 喀拉克色克塔什附近13條地震斷層陡坎垂直位移測量剖面示意圖

圖7 江結(jié)爾農(nóng)場南側(cè)地表破裂帶google earth影像圖

斷層沿黑孜葦鄉(xiāng)南部低山前緣展布，一條引水渠開挖揭露出斷層剖面(圖8)，坐標(biāo)為39.693 9°N，75.190 0°E，表明中新世紅褐色泥巖逆沖于晚更新世青灰色礫石層之上，斷層面呈緩傾—陡傾—緩傾的彎折形狀。附近一條橫跨斷層帶的圍墻發(fā)生擾曲變形。

圖8 黑孜葦鄉(xiāng)南側(cè)烏恰盆地南緣斷層出露剖面

在烏恰盆地東南緣的奧伊特斯干沖溝谷地內(nèi)地震斷層穿過河漫灘和Ⅰ級階地形成反坎(圖3、9)，測量9條陡坎剖面的垂直位移量為0.3～1.2 m(圖10)，統(tǒng)計均值及方差為0.64±0.37 m。從地表現(xiàn)代沉積物和紋溝等微地貌判斷應(yīng)該是1985年地震的產(chǎn)物。

圖9 奧伊特斯干附近地震斷層航拍圖

在烏恰縣城以東的烏加克河至恰克馬克河之間，烏恰盆地南緣斷層?xùn)|段分支成2條斷層(圖3)，近平行展布，走向NEE。南側(cè)主斷層長約26 km，沿阿圖什背斜西段北緣發(fā)育；北側(cè)斷層長約14 km，沿山前洪積扇展布。這兩條斷層雖然錯斷晚更新世洪積扇，但未斷錯現(xiàn)代洪積扇和沖溝，據(jù)此判定該斷層段在1985年地震中沒有破裂。

圖10 奧伊特斯干9條地震斷層陡坎垂直位移測量剖面示意圖

綜上所述，1985年8月23日烏恰MS7.4地震的發(fā)震構(gòu)造分為南北兩支，南支地震斷層是卡茲克阿爾特斷層的中段[2，4]，地表破裂帶全長15 km[3，5]。北支地震斷層為烏恰盆地南緣斷層的西段，該地表破裂帶主要沿阿圖什背斜西段北緣展布，西起喀拉克色克塔什，東至奧伊特斯干，近EW走向，略呈舒緩波狀，全長24 km，斷層錯斷山前現(xiàn)代洪積扇礫石層形成反坎，逆掩性質(zhì)，斷層面南傾，傾角15°～30°。實測地表破裂帶最大垂直位移量為1.2 m，最小垂直位移量僅0.2 m，平均垂直位移量0.55～0.64 m，斷層陡坎在地表只是呈現(xiàn)輕微的隆起，肉眼通常難以識別，因此也是震后未能及時發(fā)現(xiàn)的重要原因。探槽開挖揭露出斷層傾角僅為20°，計算平均水平縮短位移量為1.51～1.76 m，平均傾滑位移量為1.61～1.87 m，與東南面的卡茲克阿爾特斷層地表破裂帶運動性質(zhì)相同、斷錯位移量相當(dāng)。結(jié)合1985年烏恰震害調(diào)查，烏恰盆地南緣斷層西段地表破裂帶穿過了整個北部Ⅸ度區(qū)，并延伸到了Ⅷ度區(qū)內(nèi)。破裂帶與烏恰老縣城最近距離僅300 m，這也是烏恰老縣城遭受毀滅性地震破壞、震后遷址新建的重要原因。

3 討論

3.1 斷層帶典型的堰塞沉積

烏恰盆地南緣斷層西段走向近EW向，以南傾逆斷層為主，位于阿圖什背斜西段北翼，斷層活動方式表明該背斜屬背駝式構(gòu)造。其構(gòu)造表現(xiàn)為帕米爾向南天山山前擴展，前緣斷層發(fā)育在褶皺靠近山體的前緣(北緣)，傾向帕米爾，隨著褶皺和斷層逆向河流方向的構(gòu)造運動，必將導(dǎo)致上盤抬升和河流侵蝕基準(zhǔn)面的降低，河流勢能隨之減小，河流下切作用減小，搬運能力減弱，沉積能力加強。斷層帶附近的堰塞沉積物質(zhì)有別于山前普遍發(fā)育的沖洪積相卵礫石，以砂土和粉土等細(xì)粒土層為主。除了個別較大型河流能夠穿過背斜低山形成小型沖洪積扇外，其余地表水流都被阻擋在背駝式褶皺的前緣地帶。根據(jù)實地調(diào)查，在烏恰盆地南緣，均分布有地下水高、沖積和風(fēng)積為主的砂土、粉土層沉積，厚度數(shù)米至數(shù)十米不等，局部出露有斷層泉。以老烏恰縣城(現(xiàn)為黑孜葦鄉(xiāng))場地為例，鉆探揭露全新世—晚更新世河流相沉積，上覆19.8 m厚的粉土、粉砂夾細(xì)砂、粉質(zhì)粘土，下伏卵礫石，地下水位埋深5.4 m。該鉆孔距烏恰南斷層帶700 m，位于斷層下盤(北盤)，屬于典型的斷層多次地震形成的堰塞沉積。老縣城場地位于平坦和低洼的沖洪積扇上，如果知道該沖洪積扇的形成年代，上覆堰塞沉積物厚度相當(dāng)于斷層的垂直位移量，那么就可以計算出斷層的垂直活動速率。后續(xù)將重點開展帕米爾前緣俯沖帶運動學(xué)方面的研究工作。

3.2 兩條斷層的同震破裂

3.3 帕米爾與南天山現(xiàn)今構(gòu)造活動關(guān)系

1985年地震發(fā)生在烏恰地區(qū)的帕米爾—天山匯聚帶上，也是帕米爾和南天山相距最近的地帶。在這條狹窄的、強烈活動的擠壓碰撞帶內(nèi)，我們沒有發(fā)現(xiàn)北傾的逆沖活動斷層發(fā)育(圖4)，即南天山前陸地帶在晚近紀(jì)以來沒有發(fā)育向南俯沖的褶皺斷層。這也正好驗證了新縣城向北靠近南天山山前而避開了南邊帕米爾主要活動斷層的選址遷建方案的合理性。烏恰盆地南緣斷層活動始于中新世中期(13.7～14.9 Ma)，與天山古生代造山帶在晚近紀(jì)復(fù)活的年齡基本一致，而其北面的吉爾吉斯斯坦境內(nèi)的天山重新建造的時間不到10 Ma[21-22]。因此可以斷定，帕米爾是主動的，而天山是被動的，當(dāng)帕米爾前緣俯沖帶擠壓到天山山前時，觸發(fā)了南天山古生代構(gòu)造的活動變形。而天山造山帶的縮短是通過寬廣變形區(qū)域內(nèi)多條近平行的EW走向逆沖斷層，以低滑動速率[23]和分布式活動[24]方式共同來吸收的。

4 結(jié)語

前人研究1985年8月23日烏恰MS7.4地震在卡茲克阿爾特斷層上破裂了15 km，本次研究確定在烏恰盆地南緣斷層上也破裂了24 km，最終確定本次地震總破裂長度為39 km。在最大主壓應(yīng)力南北方向投影顯示，兩條破裂帶基本不重合，即本次大地震的極震區(qū)西部的應(yīng)變能量是由烏恰盆地南緣斷層破裂釋放，東部的應(yīng)變能量則由卡茲克阿爾特斷層破裂釋放，隱含著烏恰盆地南緣斷層和卡茲克阿爾特斷層之間構(gòu)造關(guān)系密切。這兩條斷層深部很可能歸并為同一條軟弱的膏鹽滑脫面，均屬于帕米爾俯沖帶的薄皮構(gòu)造。