引言

据中国地震台网测定，北京时间2013年4月20日8时2分，在四川省雅安市芦山县(30.3°N，103.0°E)发生M_S7.0地震，震源深度约13 km． 震中距离雅安市约35 km，距成都市约110 km．

芦山M_S7.0地震的发震构造及地震地表破裂带成为地震应急科考之后的研究难点． 芦山地震发生后，国内外多个科研机构立即对该地震破裂过程和震源机制解进行了初步研究． 中国地震局迅速派出了包括发震构造科考队等方面的地震现场联合应急队奔赴震区． 刘杰等(2013)、 王卫民等(2013)和曾祥方等(2013)给出的震源机制解结果表明，芦山M_S7.0地震系错断面为NE走向的一次逆冲型地震． 尽管这些研究者认为芦山地震发生于龙门山断裂带南段的NE向断裂上，但地震地质调查并没有给出相关证据． 中国地震局地震现场联合应急队发震构造科考队经过几天现场调查后认为，这次地震没有产生明显的地震地表破裂带，属典型的盲逆断层型地震，即与世界其它逆断层型地震一样，其发震断层尚未出露地表，而是隐伏在地下(四川省地震局，2013)． 这些研究成果表明，在地表并未发现与这次地震反演得到的断层破裂相对应的地表破裂带，芦山地震的发震构造尚不清楚．

中国地震局地球物理勘探中心芦山M_S7.0地震现场工作队于2013年4月25日在雅安市雨城区上里镇箭杆林村附近山上发现了一条WNW向的地震地表破裂带，为芦山地震的发震构造和震害研究提供了重要的基础资料．

1.   构造背景

2013年芦山M_S7.0地震是继2008年汶川M_S8.0地震之后，发生在龙门山断裂带的又一次强烈地震(图 1)，同时也是近十几年来发生在中国大陆最活跃的地块巴颜喀拉地块边界的一系列强震之一．

图  1  芦山M_S7.0地震的地震构造简图

F₁: 江油—灌县断裂; F₂: 北川—映秀断裂; F₃: 茂汶—汶川断裂； F₄: 绵竹断裂； F₅: 彭州断裂; F₆: 大邑断裂； F₇: 新开店断裂； F₈: 鲜水河断裂

Figure  1.  Seismotectonic sketch of the Lushan M_S7.0 earthquake

F₁: Jiangyou--Guanxian fault; F₂: Beichuan--Yingxiu fault; F₃: Maowen--Wenchuan fault; F₄: Mianzhu fault; F₅: Pengzhou fault; F₆: Dayi fault; F₇: Xinkaidian fault; F₈: Xianshuihe fault

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龙门山断裂带为巴颜喀拉地块与华南地块的边界断裂，沿龙门山展布，走向NE，向SW延伸被NW向鲜水河断裂斜截，全长约500 km，宽约 40—50 km． 该断裂带主要形成于印支晚期，后经喜山期渐新世末、 上新世末、 早更新世末等3个阶段的发展演化，形成一条巨大的复合型推覆构造带． 晚第四纪以来龙门山断裂带的新活动性具有明显的分段性，中段和南西段主要由江油—灌县断裂(前山断裂，南西段也称大川—双石断裂)、 北川—映秀断裂(中央断裂)、 茂汶—汶川断裂(后山断裂)和龙门山山前隐伏断裂(如大邑断裂)组成，显示右旋逆冲运动方式，具有较明显的晚第四纪以来活动的地质地貌证据．

巴颜喀拉地块边界自1997年以来，发生过6次M_S≥7.0地震，其中多数地震可见数十至数百千米长的地震地表破裂带． 巴颜喀拉活动地块是青藏高原中部被昆仑—玛沁断裂带、 玛尼—玉树—鲜水河断裂带及龙门山断裂带围限的长条状构造区域(张培震等，2003)． 巴颜喀拉地块南边界的玛尼—玉树—鲜水河断裂带，1997年11月8日发生玛尼M_S7.9地震，地表破裂带长约120 km(徐锡伟，2000)； 2010年4月14日发生玉树M_S7.1地震，地表破裂带长约50 km(张军龙等，2010)． 巴颜喀拉地块北边界的昆仑—玛沁断裂带，2001年11月14日发生昆仑山口西M_S8.1地震，地表破裂带长约426 km(徐锡伟等，2008)； 2008年3月21日发生于田M_S7.3地震，地表破裂带长约31 km(徐锡伟等，2011)． 巴颜喀拉地块东边界龙门山断裂带2008年5月12日发生汶川M_S8.0地震，仅产于北川—映秀断裂的地表破裂带长约240 km(徐锡伟等，2010)； 2013年4月20日发生芦山M_S7.0地震，其地表破裂带是本文将要讨论的问题．

2.   箭杆林地表破裂带

中国地震局地球物理勘探中心芦山M_S7.0地震现场工作队2013年4月25日在雅安市雨城区上里镇箭杆林村二组北西侧山坡上发现一条WNW向的地震地表破裂带，称为箭杆林地表破裂带(图 1)． 该地表破裂带位于一NE向山脊SE侧山坡上，NW向距芦山县龙门乡约4 km，SE向距上里镇约5.5 km，该山脊为芦山县与雨城区的分界线．

箭杆林地表破裂带出露于30°13′15″—30°13′16″N、 103°02′12″—103°02′14″E坡度为30°—40°的山坡上，在长约80 m的范围内，分3段近直线展布，海拔为1529—1578 m，从高到低依次为A段、 B段和C段(图 2)，总体走向120°．

图  2  箭杆林地表破裂带展布图

Figure  2.  Distribution of the Jianganlin surface rupture

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2   A段地表破裂带

A段地表破裂带长约7 m，宽约40 cm，走向125°，破裂面倾向SW，倾角85°，破裂产于灰褐色黏土层(图 3)． 该段破裂带NW端破裂面平整，可见两组新鲜的断裂擦痕： 一组为近垂直擦痕，另一组为近水平擦痕，近水平擦痕黏土覆盖在近垂直擦痕之上. 近水平擦痕黏土厚约1 mm(图 4，5)，近垂直擦痕仅保留在距地面10—20 cm以上的破裂面上． 从擦痕滑动方向分析，破裂面经历了先近垂向逆冲、 后近水平向左旋的运动过程．

图  3  箭杆林A段地表破裂带(镜向NW)

Figure  3.  Segment A of the Jianganlin surface rupture (View to the NW)

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图  4  A段地表破裂带SW盘(镜向W)

Figure  4.  The SW wall of segment A of the Jianganlin surface rupture (View to the W)

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图  5  A段地表破裂带SW盘两组擦痕(镜向W)

Figure  5.  Two groups of striations in the SW wall of segment A (View to the W)

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2   B段地表破裂带

B段地表破裂带长约6 m，宽20—30 cm，走向112°，破裂面倾向SW，倾角70°—75°(图 6). 该段地表破裂产于灰褐色、 紫红色黏土中，破裂面非常平整． 破裂面上可见两组明显的错动擦痕. 破裂带NW端SW盘破裂面上见倾伏角为18°的擦痕覆盖近垂向擦痕(图 7)． 近地表破裂面上擦痕较为光滑，而较深处的擦痕则表现为附着上去的黏土的滑痕． 在破裂带SE端开挖的探槽(图 8)显示，该段地表破裂产于地表小型隆起处. 破裂上盘SW盘上升使表层黑色腐植土层明显错断约15 cm； 破裂面地面往下延伸50 cm后，迹象不太明显，可能是由于破裂经过的黏土层黏性太大导致裂隙闭合难于分辨所致．

图  6  箭杆林B段地表破裂带(镜向NW)

Figure  6.  Segment B of the Jianganlin surface rupture (View to the NW)

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图  7  B段地表破裂带NW端SW盘断面错动擦痕(镜向W)

Figure  7.  Shift striation in the SW wall at the NW end of segment B (View to the W)

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图  8  B段地表破裂带探槽(镜向NW)

Figure  8.  The trench at segment B of the Jianganlin surface rupture (View to the NW)

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2   C段地表破裂带

C段地表破裂带长约10 m，走向90°—110°，破裂面倾向SW，倾角62°(图 9)． 该段破裂面附近，SW盘地面草皮见明显翻转，约4 cm直径的一根树根被错断导致SW盘相对抬升15 cm，并向SE向水平位移10 cm(图 10). 这些现象表明该段破裂带经历了逆冲兼左旋走滑的错动． 该段破裂带还见约10 cm直径的一根树被左旋水平错断10 cm(图 11)，SE端下盘(NE盘)见一组倾伏角为58°的错动擦痕(图 12)．

图  9  箭杆林C段地表破裂带(镜向NW)

Figure  9.  Segment C of the surface rupture (View to the NW)

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图  10  树根被错断，显示破裂为逆冲兼左旋走滑特征(镜向NW)

Figure  10.  The faulted root showing that the rupture is thrusting with sinistral strike-slip(View to the NW)

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图  11  直径约10cm的树根被错断显示破裂为左旋走滑特征(镜向NW)

Figure  11.  The faulted root with a diameter of about 10 cm, displaying that the rupture has sinistral strike-slip characteristics (View to the NW)

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图  12  C段地表破裂带SE端下盘错动擦痕(镜向N)

Figure  12.  Shift striation in the footwall at the SE end of segment C of the surface rupture (View to the N)

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2   箭杆林地表破裂带综合构造特征

箭杆林地表破裂带沿WNW向展布，倾向SW，总长约80 m，深约50 cm. 破裂面均很平整，如刀切般． 该破裂面可见两组新鲜擦痕： 近地面10—20 cm以上的擦痕倾伏角较大且较光滑，其下则多被倾伏角较小的擦痕所覆盖. 近垂向断面较光滑的擦痕代表断面破裂前较大应力的摩擦痕迹，表明逆冲为先期形成． 破裂经过处，可见上盘地层呈明显翻转现象． 跨破裂面的树根被明显错断，显示逆冲兼左旋走滑的特征． 综合分析认为，箭杆林地表破裂带是芦山M_S7.0地震时先逆冲后左旋走滑运动留下的破裂遗迹．

3.   讨论

对本文所述芦山M_S7.0地震箭杆林地表破裂带是否为地震地表破裂带，尚存在不同观点． 中国地震局地质中国地震局地质研究所(2013)认为，该处凹槽既不是构造裂缝也不是滑坡裂缝，可能是滚石快速顺沟下落所砸所致． 对于上述观点，笔者不敢苟同． 笔者认为: ① 有的树木倒塌是滚石造成的，但在破裂带上树的倒塌则多为地表激烈震动、 快速破裂错断而形成的，明显被错断的树根就是证据(图 10，11)． ② 在破裂带及其附近，竹叶干枯现象十分广泛，大多与滚石无关，很可能破裂带处在一条未发现的较大断裂带上. 芦山地震前及地震时断裂活动使生态环境发生变化导致竹叶干枯． 探槽揭示，裂缝处于地面小型隆起的顶部(图 8)，而这一小型隆起可能是深部构造在地表的反映，与芦山地震孕育、 发生有关，与竹叶干枯有成因联系． 在地面强烈震动过程中，由于重力失稳，竹林、 树木向坡下倒伏应该是很正常的现象，并不一定需要滚石砸落才会出现． ③ 探槽剖面显示裂缝确实向下延伸不明显，其原因可能是由于破裂经过的黏土层黏性太大导致压扭性裂隙闭合而难于分辨． ④ 破裂处及附近偶见滚石存在，但体积都不大． 其实，即使再大的滚石也不可能砸出本文所述的平整的破裂面、 两组明显的断面擦痕、 树根的明显错断以及探槽揭示的破裂两盘明显错移等构造特征的裂缝． 综上所述，笔者认为，箭杆林地表破裂带是芦山M_S7.0地震产生的地震地表破裂带，而非滚石快速下落形成的．

芦山M_S7.0地震的发震构造尚不清楚． 震源机制解表明芦山M_S7.0地震是由NE向逆断层破裂产生的. 一般认为NE向的龙门山断裂中前山断裂大川—双石断裂带产生了芦山地震． 中国地震局地震现场联合应急队发震构造科考队由于没有发现真正意义上的地表破裂带，根据断裂和震害调查及地震精定位资料推测，芦山M_S7.0地震发震构造为大川—双石断裂，也不排除大邑断裂的可能性(四川省地震局，2013)． 但是，芦山地震主震震中位置在大川—双石断裂以东，而NE走向的大川—双石断裂倾向NW，那么如果芦山M_S7.0地震的震中位置准确的话，其震源就不可能在大川—双石断裂上． 大邑断裂在平面图上的位置与芦山地震震中最近距离约15 km，作为发震构造证据也不充分．

箭杆林地表破裂带走向虽与龙门山断裂带走向不一致，但与汶川地震地表破裂带进行比较后，可为芦山M_S7.0地震的发震构造研究提供一些启示． 2008年汶川M_S8.0地震地表破裂带由3条破裂带组成(徐锡伟等，2010): 沿中央断裂北川—映秀断裂分布的NE向北川—映秀地表破裂带长约240 km，为逆冲兼右旋走滑的地表破裂； 沿前山灌县—江油断裂分布的NE向汉旺—白鹿地表破裂带长约72 km，为纯逆断型地表破裂； NW向小鱼洞地表破裂带长约7 km，位于北川—映秀破裂带虹口与龙门山镇两次级地表破裂段斜列阶区至汉旺—白鹿破裂带西端之间，运动性质为左旋走滑兼有逆冲分量． 可以看出，虽然汶川M_S8.0地震是NE向逆冲兼右旋走滑断裂的错动而发生的，产生了NE向逆冲兼右旋走滑的北川—映秀地表破裂带和NE向纯逆断型汉旺—白鹿地表破裂带，但也产生了左旋走滑兼有逆冲分量NW向的小鱼洞地表破裂带，且小鱼洞地表破裂带作为次级地表破裂带连接了北川—映秀地表破裂带与汉旺—白鹿地表破裂带． 因此，是否可以设想： WNW向箭杆林地表破裂带是芦山地震产生的一条次级破裂带，在其两侧或一侧可能还有由发震构造形成的NE向主破裂带． 箭杆林地表破裂带东侧存在一条NE走向、 NW倾向的新开店断裂(冉永良等，2007)，该断裂也在芦山地震的东侧，经过箭杆林村一带震害严重，NE向张裂隙非常发育． 因此，为解开芦山地震发震构造之谜，新开店断裂可作为重点研究的断裂之一．

芦山地震是否存在非NE向的发震构造也是值得探讨的问题． WNW向箭杆林地表破裂带是迄今为止发现的由芦山地震产生的唯一明显的地表破裂带，且在破裂面上产有清晰的擦痕． 汶川M_S8.0地震的主震在北川—映秀地表破裂带局部地点形成清晰的擦痕，它的位置和规模可能是深部破裂滑动量峰值在地表的响应(张军龙，2009)，其对应着主要的发震断裂． 因此，根据箭杆林地表破裂带特征，可以提出这样一个问题: 芦山M_S7.0地震的发震断裂是否有可能不是NE向构造，而是像箭杆林地表破裂带展布的WNW向或其它方向的构造？ 张勇等(2013)采用全球地震台网的远震地震波数据快速反演地震破裂过程后认为，整个地震没有表现出明显的破裂方向性，给出的断层面滑动量分布在地面的投影长轴方向有近EW向展布的迹象； 双石镇双河村河滩上出现NW向地裂缝与喷砂冒水现象(四川省地震局，2013)； 芦山地震主震及震后3小时的余震震中分布有WNW向分布的迹象(王卫民等，2013)． 此外，2010年玉树M_S7.1地震是产于NW向玛尼—玉树—鲜水河断裂带上的地震，作为巴颜喀拉地块南边界断裂上的地震，产生逆冲兼左旋走滑的破裂，挤压鼓包高达1.4 m(刘明军等，2011)，左旋走滑最大位移1.3 m(张军龙等，2010)，也有可能对芦山地震震源区应力场产生影响． 这些问题和现象表明，是否存在与芦山地震有关的NW--WNW向发震构造也是值得关注的．

在巴颜喀拉地块1997年以来发生的6次M_S>7.0地震的地表破裂带中，芦山M_S7.0地震箭杆林地表破裂带的长度最小． 箭杆林地表破裂带的长度约80 m，而其它5次地震的地表破裂带长为31—426 km． 芦山M_S7.0地震的震级在这6次地震中是最小的，与其它5次地震震中位于青藏高原内部不同，其震中位于四川盆地边缘，震中所处地层时代较新，与震源处地层耦合程度可能相对不高，震源机制解以逆冲为主． 这些都可能是芦山M_S7.0地震地表破裂带长度较小的原因． 箭杆林地表破裂带产于人烟罕至的高山密林处，芦山地震也有可能在其它地段还有地表破裂带产生，只是难于发现罢了．

箭杆林地表破裂带应该抓紧时间深入研究． 箭杆林地表破裂带产于黏土层中，保存有十分珍贵的断层擦痕，可为断裂运动和应力场特征研究提供重要数据． 而这些断错遗迹受雨水冲刷极易消失，如汶川地震中虹口八角村河谷西北侧形成的高约4 m的摩擦镜面，记录了多方向的擦痕，由于受震后降雨及河流冲蚀的影响，两个月后垮塌(张军龙，2009)．

4.   结论

芦山M_S7.0地震是1997年以来发生在巴颜喀拉地块6次M_S>7.0地震之一，其中包括2008年汶川M_S8.0地震． 除芦山地震外，其余5次地震均发现了长31—426 km不等的地震地表破裂带．

中国地震局地球物理勘探中心芦山M_S7.0地震现场工作队，在雅安市雨城区上里镇箭杆林村二组北西侧山坡上发现一条WNW向的地震地表破裂带． 在长约80 m的范围内，该地表破裂带分3段近直线展布，每段长6—10 m，最宽约40 cm． 破裂带总体走向120°，破裂面平整，倾向SW，倾角62°—85°． 破裂通过的岩性多为黏土，破裂面上有两组明显的新鲜擦痕，倾伏角较大的一组擦痕一般仅保留在距地面10—20 cm以上的范围内，其下倾伏角较小的一组擦痕则覆盖倾伏角较大的一组擦痕． 破裂经过处见一直径约4 cm的树根明显被错断，上盘上升15 cm，并向SE方向平移10 cm； 另见上盘地层发生翻转现象． 经探槽揭示，破裂带上盘黑色腐植土层相对下盘上升约15 cm． 综合分析表明，箭杆林地表破裂带在芦山M_S7.0地震期间经历了先逆冲后左旋平移的运动过程．

箭杆林地表破裂带能够为芦山M_S7.0地震发震构造研究提供重要的基础资料． 虽然芦山M_S7.0地震箭杆林地表破裂带走向为WNW向，与震源机制解得出的NE走向的震源破裂方向不一致，但作为迄今为止唯一发现的芦山地震地表破裂带，WNW向箭杆林地表破裂带很可能是芦山地震产生的一条次级破裂带，在其两侧或一侧可能还有由发震构造形成的NE向主破裂带，NE向新开店断裂是否为发震构造值得进一步研究． 芦山M_S7.0地震是否存在非NE向的发震构造也是值得探讨的问题． 箭杆林地表破裂带具有明显的断层擦痕，地表树根和地层被明显错断，对发震构造及震害研究具有重要的价值．

野外工作得到中国地震局芦山地震应急指挥部、 四川省地震局、 雅安市地震局、 重庆地质仪器厂的大力支持； 李国富、 王跃武、 季顺富参加了部分野外工作； 审稿专家对本文提出了建设性的修改意见． 作者在此一并表示衷心的感谢！