常德1631年地震的宏观震中及监防中的有关问题 李明连
摘要：常德地震是迄今为止有记载的华南内陆最大的地震之一。其宏观震中的定位，对确定发震断裂、震源深度，研究发震机制都有着重要意义。震中定位根据前人的研究成果，采用内圈等震线几何中心法。文章在分析地质背景的基础上，对地震等震线的形态及其它现象用地震波传播的波导效应作了解释。同时，论述了常德市及周边地区地震监防中应注意的有关问题。 关键词：常德地震 宏观震中 震源深度抗震设防 1 前言 湖南省常德市1631年（明崇祯四年）8月14日发生的6.8级破坏性地震（以下简称常德地震），是迄今为止有记载的华南内陆最大的地震之一。经前人根据史料考证，该地震波及湖南及邻近省份八十多县，给人民的生命财产造成了巨大的损失。 湖南省常德及邻近地区，是我国人口稠密、经济比较发达的地区，研究此次地震的有关参数和发震机制，对该区地震灾害的监测预防都有着不可忽视的现实意义。 国家地震局对常德地震的考证、研究非常重视，近年来，国家地震局及有关单位，经过艰苦细致的工作，在地震参数确定和发震机制的研究上取得了令人瞩目的成果。 表1 不同研究者提供的常德地震的地震参数 从表1可见，各位研究者对地震级别和震中烈度的认识比较一致，而在宏观震中位置的认定上，除序号1与4相同外，其余则有明显差异。为叙述方便，本文把表中所列震中重新编号：1与4合并为震中1，其余保持原有顺序不变，依次编为震中2～4，而将在后文中要确定的震中位置，编为震中5（图3）。 因为地震的宏观震中位置牵涉到震源及地震发生的构造环境，对发震断裂的确定和发震机制的研究都有着重要意义，因此，下面笔者将首先确定震中位置，然后讨论有关问题。 笔者是一名地质工作者，从未涉猎过地震行业，对常德地震的关注只是源自对故乡父老乡亲的深厚感情，论述中若有非专业之处，敬请诸君批评指正。 2 常德地震的震中位置 本文对地震震中位置的确定，采用内圈等震线几何中心法。资料来自董瑞树等【1】（图1、图2），采用的底图是google earth卫星影像图。内圈等震线上的三个城市分别是常德、澧县、安乡，即震中应位于以常德、澧县和安乡三城市为顶点的三角形的中线的交点位置。经作图定位，常德地震震中位于以29°21′22.75″N、111°52′19.13″E为中心的一定范围（图3），现属湖南省津市市棠华乡管辖。为了验证计算结果的准确性，笔者又以灵图uu作底图，作了同样的计算，结果两者一致（图4）。 这里需要说明的是，本文在确定常德地震震中位置时沿用的资料和采用的方法都来自董瑞树等【1】（在此顺致谢意），但结论却异，原因可能只与底图的精度有关，并不涉及理论和方法方面的差异。 图1 1631年湖南省常德地震等震线图（据李玉文，1982） 图2 1631年8月常德6 3∕4级地震等烈度图（据董瑞树等，2009 ） ? 图3 湖南省1631年常德地震震中定位图（google earth） 图4湖南省1631年常德地震震中定位图（灵图uu） 3常德地震发生的地质背景 常德地震的震中位于洞庭湖盆地西南部的太阳山隆起（又称澧南隆起）。隆起的东部、北部、西部分别是与之相邻的安乡凹陷、澧县凹陷和临澧凹陷。隆起与凹陷之间，以控制凹陷（先断后拗）盆地发育的正断层为界（图5）。区内断裂可分为NNE、近EW和NW向三组： ⑴澧县断裂（又称澧水断裂） 西起石门，东抵津市，长约90公里，呈NEE走向，倾向N，倾角80°左右，大致沿慈利至澧县段的澧水发育。断裂通过之处，岩层挤压破碎，破碎带最宽处100多米（滟州）。是太阳山隆起的北部边界。 ⑵澧南断裂（又称桃源—临澧断裂） 南起常德武陵区河袱，经鼎城区蔡家岗附近，北抵临澧县东，走向NNE，长约50公里。断裂东侧上升西侧下降。是太阳山隆起的西部边界。 ⑶澧水断裂 北起津市西，经九垸、蒿子港沿澧水向南延伸，走向NNW，长度超过80公里。该断裂不仅是太阳山隆起的东部北段边界，而且是澧水流向由东西突然转向南北的重要缘由。 ⑷石公桥断裂（又称周家店断裂） 南起常德市德山附近，经石公桥至黄山头附近与澧县断裂相交，总走向30°，长度超过80公里。是太阳山隆起东部南段边界。 ⑸太阳山断裂 南起武陵区，经肖伍铺、大龙站、双桥坪等，北抵津市市东与澧水断裂相交，进入澧县盆地可能潜于基底。全长超过70公里。大体呈NNE走向，纵贯太阳山隆起中部。在鼎城区肖伍铺和花桥等地有清晰露头，断面倾向南东，倾角80°左右。 上述的一组以太阳山断裂和澧南断裂为代表的NNE向断裂，组成太阳山断裂带。在断裂带内，次级构造发育，岩石破碎，形成总体走向与断裂带一致的破碎带。 太阳山及周边断裂带，自中生代以来就控制着洞庭盆地的发生和发展，至今仍有比较强烈的活动，属全新世活动性断裂。该地区自有文字记载以来。除了发生过1631年这样的破坏性地震之外，1516年在石公桥断裂与澧水断裂交接处的铜盆村附近发生过5级地震。沿澧县断裂，慈利、石门、临澧、澧县也频繁发生小震。这都与现代该地区断裂的频繁活动有着密切的联系。
图5 湖南省常德市1631年地震震中与太阳山断裂卫星影像解译图 4 常德地震震源深度 常德地震的发震断裂是太阳山断裂，这已是大多数研究者的共识，并得到中国地震历史资料编委会的认可和批准。这是本文讨论此次地震震源深度的前提。 震中位于太阳山断裂的上盘。根据在google earth卫星影像图上测定，震中到太阳山断裂露头的垂距约6km。太阳山断裂在露头上测到的倾角约80°，考虑到正断层的断裂面多成铲状，倾角往下有逐渐变缓的趋势，以断裂面总体倾角为70°～75°计算，从震中往下，震源深度在16～22km之间。 上述计算是大致的，若能实地确定太阳山断裂在该地段的产状，计算将会准确得多。 5 地震波在断裂破碎带中传播的波导效应对地震烈度的影响 地震波传播的波导效应，是指地震波在低速介质内传播时，因为受到高速介质围岩界面的反射，而使波的主要能量被集中在低速介质内很少向围岩发散的现象。 波导效应早已被人们应用于人工地震地质勘探中，但在解释天然地震的某些重要现象时，却被人们所忽略。 地震的发震断裂一般都是由数条平行断裂组成的区域性深断裂或大断裂带，断裂带内的岩石尽管结构不均匀，但因受构造破碎，和围岩相比都是地震波传播的低速带，使得断裂带内形成一个受高速带围岩夹持的 “波导管”。这样，在断裂带内一旦发生地震，地震波在传播中就会产生波导效应，使地震波的大部分能量沿断裂带传播，从而使断裂带上的地震烈度增强，造成对断裂带上生活的人比较大的伤害。这种现象普遍出现于像汶川地震这样特大的灾害性构造地震中。 在常德地震中，这种现象，也从各家绘制的地震等震线图上明显反映出来。这也可以合理解释为什么距震中近的临澧反比距震中远的澧县灾害轻这种看似不合理的现象。 由于澧县断裂的阻隔，澧县不在太阳山断裂带内，但其在太阳山断裂带的延伸方向上且紧靠澧县断裂。地震发生时，从震源通过断裂破碎带这个“波导管”传导过来的能量，在澧县断裂的下盘积聚，形成一个次生震源，增强澧县断裂上盘的地震烈度，造成对澧县的重大灾害。 6 常德市及周边地区地震监防工作中应注意的问题 6.1要注意发震断裂的厘定与监测 太阳山断裂是常德地震的发震断裂，这几乎是大家的共识。而从此次地震的极震地区在常德、澧县和安乡地带来看，澧县断裂似乎也难辞其咎。正因如此，有人得出了澧县断裂也是常德地震发震断裂的结论。但笔者认为，这一现象应是地震波传播的波导效应和上盘效应造成的，而与澧县断裂无直接联系。一般说来，因受区域地应力场和构造自身因素的制约，在一个地质时期，断裂的活动应该有一个主导方向。像澧县断裂与太阳山断裂这样走向近乎相互垂直的断裂，断裂面的力学性质差异很大，很难设想它们会同时发生错动而引发地震。因此，笔者对澧县断裂也是常德地震发震断裂的结论存疑。 不过，这并不是说，澧县断裂不能成为发震断裂。根据湖南省地震局的震情目录，澧县断裂西段的石门县，2007年，发生ML.3级以下地震4次；2009～2011年，发生ML.3级以下地震15次。澧县从2010～2012年5月，发生地震4次，其中，地震级别最高为ML.3.1级。此外，1979年2月18日，澧南还发生过ML.3.8级地震。从这些不完整的记录来看，澧县断裂一直处于活动状态，应具备发震断裂的条件。但因其是富水断裂，加之上盘一定深度为第四纪松散沉积物，两盘岩石锁固强度低，能量难以积聚，才没有在近期造成大的地震灾害。 另据史料记载，在石公桥断裂与澧水断裂交接处的铜盆村附近发生过5级地震，这说明这两条(或者其中的一条)断裂近期也曾活动，也有可能成为发震断裂。 以上的这些断裂，都应该成为我们的监测对象。其中，特别要注意太阳山断裂带。太阳山断裂带及附近地区，从地震台的观测结果来看，近期地震活动并不频繁。湖南省地震局只录得2010年4月和2012年7月，强度在ML.2级左右的小震各一次。太阳山断裂因纵贯太阳山隆起，断裂富水性较差，上下盘岩石锁固强度较大，断裂带上容易造成能量积聚，其潜在危险是不容忽视的。 6.2加强断裂破碎带及上盘地区地震监测和抗震设防的力度 在常德市及周边地区，已有三百多年没有发生灾害性地震。特别是改革开放以来，随着经济的繁荣，社会的安定，人们享受着快乐、安详的生活。在这种氛围下，人们很容易忽略地震灾害可能给人们带来的伤害，因此，要特别加强对人们防震抗灾的宣传和训练。政府在作城镇规划和建设时，一定要把抗震设防作为一个重要选项。针对当地的具体情况，采取切实可行的措施。这样，即使有灾害发生，也可以将损失降到最低。 地质构造活动是具有周期性的，与之相关的地震活动也具有周期性。研究本地区的这个周期，对地震的中长期预报和抗震设防有着重要意义。 至于地震监测和抗震设防中的其它问题，相关资料上都有详细的论述，恕不赘述。 文章在撰写过程中，得到孙文鹏、徐道一研究员的指导，谨致谢意！（作者李明连，湖南澧县人，1939年出生，教授级高级工程师，长期从事矿产地质、数学地质、遥感地质等方面工作，就职于广东省核工业地质局） 参考文献： 董瑞树、周庆、陈晓利、杜龙、于红梅著：《 1631年湖南省常德地震的再考证》。2009年，北京《地震地质●第31卷●第1期》 | 
发表于 2015-5-1 15:12:55
发表于 2015-5-1 17:48:58
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