2010年青海玉樹地震及震后青藏高原強震趨勢分析＊

錢曉東,秦嘉政

(云南省地震局,昆明 650224)

2010年青海玉樹地震及震后青藏高原強震趨勢分析＊

錢曉東,秦嘉政

(云南省地震局,昆明 650224)

2010年4月 14日青海玉樹發(fā)生 7.1級地震,這是該區(qū)歷史上發(fā)生的最為強烈的地震。該地震屬走滑型,地處青藏高原巴顏喀拉地塊南邊界,發(fā)震斷裂為甘孜—玉樹—風火山左旋走滑斷裂,地震破裂主要向震中東南方向。該地震是巴顏喀拉地塊與羌塘地塊以不同速率向東運動,地塊間的差異運動使其邊界應力積累到一定程度引發(fā)破裂的結果。根據(jù)地震定標律估算的主震斷層破裂參數(shù)和應力參數(shù)為:地震矩M0=1.78×1019N·m,矩震級MW=6.8,斷層破裂面積 S=468 km2,斷層錯距 D=1.4 m,斷層破裂長度 L=37 km,斷層破裂寬度W=12.6 km,剪應力τ0=16.8 MPa,應力降Δ σ=7.03 MPa。歷史地震分析表明,玉樹 7.1級地震是在世界 8級以上地震、中國西部大三角 7.8級以上地震、南北地震帶 7級以上地震和巴顏喀拉塊體 7級以上地震處于強烈活動背景下發(fā)生的。玉樹地震后,青藏高原巴顏喀拉地塊、羌塘地塊及川滇菱形塊體未來發(fā)生 7級以上地震的危險性較大。

玉樹地震;震源機制;青藏高原;活動地塊;強震活動

0 前言

2010年4月 14日,青海省玉樹縣發(fā)生MS7.1地震。這是該區(qū)歷史上發(fā)生的最為強烈的地震,1900年以來玉樹地區(qū)距離震中 250 km范圍沒有發(fā)生過 7.0級以上地震。玉樹 MS7.1地震發(fā)生于青藏高原巴顏喀拉地塊南邊界,該地塊是青藏高原較為重要的地塊,也是強震、大震經常發(fā)生的地區(qū)。近年來該地塊邊界附近強震活動頻繁,短時間內多次發(fā)生 7級以上強烈地震。同時,在該地塊東南部,沿金沙江斷裂向南即為川滇菱形塊體,該塊體受力復雜,歷來是強震多發(fā)地帶,由于橫跨川、滇,緊鄰西藏,該塊體內發(fā)生的強烈地震的影響面較為廣泛,而玉樹 7.1級地震的發(fā)生,是否會對菱形塊體強震活動造成影響,尤其是大震背景強烈的菱形塊體南部、已經長達 14年未發(fā)生7級以上地震的云南地區(qū)。本文詳細分析了玉樹地震的發(fā)震機理、地震地質、地震序列和強震活動等基本特征,進而討論了玉樹地震后青藏高原及周邊地區(qū)強震形勢,以期向廣大地震科技工作者提供基礎資料。

1 玉樹 7.1級地震基本特征分析

1.1 地震地質背景

圖1給出了玉樹及周邊地區(qū)地震地質構造和公元 128年以來 5級以上地震的空間分布。從圖中可以看到,玉樹 7.1地震發(fā)生于甘孜—玉樹—風火山斷裂上。玉樹地區(qū)發(fā)育有一系列近 SEE走向的平行斷裂,甘孜—玉樹—風火山斷裂是一條走向約南偏東 70°的走滑斷裂,斷層傾角較陡,為晚更新世—全新世、距今約 10～20萬年的活動斷裂。斷裂在玉樹附近分為二支,南部一支稱為玉樹南—風火山南麓斷裂,北部一支從玉樹一直延伸到青海治多附近。該段斷裂在第四紀活動過,但晚更新世以來活動情況不是很清楚,故在圖中用藍色表示。甘孜—玉樹—風火山斷裂為左旋走滑斷層,其東南部與鮮水河斷裂在甘孜附近相連,并與鮮水河斷裂一起組成巴顏喀拉地塊的南邊界。甘孜—玉樹—風火山斷裂在四川石渠縣洛須附近(圖 1中 1897年洛須 7.0級地震震中附近)向南即為金沙江斷裂,它是川滇菱形塊體的西邊界。

圖1 玉樹地區(qū)附近歷史強震和地質構造Fig.1 Historical strong earthquakes and geological structure near Yushu area

玉樹 7.1級地震震中附近自公元 128年以來共發(fā)生 24次 5級以上地震,其中 17次 5.0～5.9級地震,5次 6.0～6.9級地震,2次 7.0～7.9級地震。5.0～5.9級地震中,與此次玉樹地震距離最近的是 2006年7月 18日玉樹 5.0級地震,相距24 km。5級地震大多發(fā)生于 EW向的雜多—上拉秀斷裂附近,占 5級地震總數(shù)的 30%。6.0～6.9級地震中,與玉樹地震距離最近的是 1738年12月23日玉樹西北 6.5級地震,相距僅 10 km。其它 4次分別是 1915年5月 5日青海治多 6.5級地震、1971年4月 3日青海雜多 6.3、6.5級地震和 1979年3月 29青海玉樹 6.2級地震。該區(qū)僅發(fā)生了 1次 7級以上地震,為 1896年3月 1日四川洛須 7.0級地震,與此次玉樹地震相距約 150 km。

1.2 震源機制

青海玉樹 7.1級地震發(fā)生后,中國地震臺網中心(CENC)、中國地震局地球物理研究所陳運泰院士研究小組(CYT)和美國地質調查局(USGS)于第一時間在各自網站上發(fā)布了相關信息和研究成果。表 1給出了玉樹地震主震和最大余震的基本參數(shù),從表中可看出,不同機構給出的地震三要素整體上十分接近,主震發(fā)震時間相差 1 s,震中緯度最大相差 0.11°,經度最大相差 0.1°,矩震級 MW相差僅0.1級,主震震源深度在 10～16 km之間。

表2給出了主震和最大余震的震源機制解。為便于比較,對MS7.1主震分別給出 CYT和 USGS兩個研究機構的結果。根據(jù)表 2,筆者統(tǒng)一繪制了震源機制參數(shù)烏爾夫網投影圖(圖 2)。從圖 2、表 2看到,不同機構得到的震源機制解結果一致性較好。從 USGS結果(圖 2b)來看,P軸仰角為1°,T軸仰角為 4°,B軸仰角為 85°,可知水平分量斷層面錯動所受之力遠遠大于垂直分量,表明斷層在水平力作用下產生錯動;兩個節(jié)面傾角分別為 88°、86°,表明斷層產狀近似直立,結合震區(qū)斷層走向及余震震中分布方向,可以推斷節(jié)面Ⅰ走向 298°、傾角 88°為發(fā)震斷層。綜合分析認為,玉樹MS7.1地震發(fā)震斷層為一條東偏南走向、直立左旋走滑斷層。從最大余震MW6.0地震的震源機制來看,P軸和 T軸仰角分別為 10°和 22°,比主震仰角略大,仍屬于斷層受力以水平方向為主的類型,節(jié)面Ⅰ走向 298°,與主震相同,該次余震也為走滑型。陳運泰研究小組根據(jù)矩張量反演(中國地震局地球物理研究所,2010)得到的主震破裂過程表明,斷層面上主要有兩塊滑動區(qū)域,第一塊位于震中附近,最大滑動量約為 2.0 m,最大滑動速率約為0.9 m/s;第二塊位于震中東南 10～30 km,最大滑動量、滑動速率與第一塊區(qū)域相同。地震破裂持續(xù) 23 s,由兩次破裂組成,第一次破裂發(fā)生于 0～5.5 s,第二次破裂發(fā)生于5.5～23 s,第二次破裂規(guī)模遠大于第一次。

圖2 主震和最大余震震源機制解(a)主震 MW7.0(編號 2);(b)主震 MW6.7(編號 3);(c)最大余震MW6.0(編號 5)Fig.2 Main shock and largest aftershock focalmechanism solution

表1 地震基本參數(shù)Tab.1 Basic earthquake parameters

表2 震源機制解Tab.2 Focalmechanism solution

從上述分析可以得知,玉樹 7.1級地震主要向震中東南方向破裂擴展,由于玉樹縣城正好位于震中東南方向,第二次規(guī)模較大的破裂又一次達到玉樹縣附近,勢必對玉樹造成較大人員傷亡和財產損失。

1.3 震源參數(shù)和應力參數(shù)

一次強震發(fā)生后,由一個震級值就可估算出一系列相關的震源參數(shù)值,這在大震發(fā)生期間,快速分析地震破裂過程的某些基本特征和震情趨勢判定是非常有用的。秦嘉政等(2005)根據(jù)地震標定律關系給出如下快速測定震源參數(shù)的關系式:

(1)地震矩與面波震級的標定關系

(2)斷層長度與面波震級的標定關系

其中 L的單位為 km。

(3)面波震級與破裂面積的標定關系

其中 S的單位為 km2。

(4)面波震級與位錯的標定關系

其中 D的單位為 cm。

地震應力降

震源環(huán)境剪應力τ0值(陳培善等,1994):

式中矩震級MW由下式決定

根據(jù)上述關系,我們得到此次玉樹MS7.1地震的震源參數(shù):地震矩M0=1.78×1019N·m,矩震級MW=6.8,斷層破裂面積 S=468 km2,斷層錯距 D=1.4 m,斷層破裂長度 L=37 km,斷層破裂寬度W=12.6 km。美國地質調查局得到的矩震級MW=6.9,地震矩M0=2.50×1019N·m;陳運泰研究小組得到的矩震級MW=6.9,地震矩M0=2.98×1019N·m。他們得到的成果與本文快速測定結果較為接近。此外,據(jù)《玉樹 7.1級地震斷層地表破裂帶和地質災害調查報告》 (中國地震局,2010),中國地震局地震現(xiàn)場應急工作隊于2010年4月 15～22日先后派出 3個科考小組對玉樹 7.1級地震地表斷層進行了考察,結果表明,此次地震的同震地表破裂帶由 3條主破裂組成,總體走向 310°,北側主破裂長約 16 km,中間主破裂長約9 km,南側主破裂長約 7 km,總長約 31 km。破裂為左旋走滑性質,最大走滑位移量發(fā)生于北側主破裂上,約 1.8 m。由此可知現(xiàn)場宏觀考察與本文研究結果是一致的。

根據(jù)(5)式,我們估算了主震MS7.1、前震MS4.6和最大余震 MS6.3的環(huán)境剪應力τ0值,前震為 7.1 MPa、主震為 16.8 MPa、最大余震為12.7 MPa,主震前后震源處環(huán)境剪應力τ0值較高,約在 7～17 MPa之間,平均為12.2 MPa。根據(jù)(4)式可得到主震應力降Δ σ=7.03 MPa。

1.4 地震序列

根據(jù)中國地震臺網中心(2010)發(fā)布的地震目錄資料,筆者得到了玉樹MS7.1地震序列目錄。玉樹地震序列截止到 2010年4月 23日共發(fā)生 1級以上地震 255次,其中,1.0～1.9級地震 153次,2.0～2.9級地震 72次,3.0～3.9級地震 21次,4.0～4.9級地震 7次,6.0～6.9級地震 1次,7.0～7.9級地震 1次。主震發(fā)生前約 2小時發(fā)生過 1次 4.6級前震,前震距離主震較近(主震以南 11 km)。圖 3給出玉樹地震序列震中分布圖。從余震分布形狀來看,余震大體呈以甘孜—玉樹—風火山斷裂為長軸的橢圓分布,測量震后 3天的余震分布參數(shù)可知(大于 3天余震會向四周擴散),長軸約為 110 km,短軸約為 60 km,長、短軸比川滇同等震級的余震分布范圍要大,例如 1996年2月云南麗江 7.0級地震余震序列分布橢圓的長、短軸分別為 70 km和 45 km;1976年8月四川松潘、平武2次 7.2級地震余震序列分布橢圓的長、短軸分別為90 km和 50 km,可見這次玉樹地震影響范圍廣,危害大。從圖中還可看出,6.3級最大余震與主震的距離為 9 km,震源深度比主震深。從圖中可以看到,4級以上較大余震沿甘孜—玉樹—風火山斷裂向東南方向分布。圖 4給出玉樹地震序列M-t圖,圖中橫坐標為以主震發(fā)震時刻為零計算的時間(單位為天),虛線表示震級為 4級時的參考線。從圖中看到,6.3級最大余震在主震后約 2小時發(fā)生,所有 4級以上較大余震發(fā)生于主震后 2天以內,絕大多數(shù)在 1天內。用累計頻度計算地震序列 b值(錢曉東,秦嘉政,2008),可得 b=0.47,b值截距為 6.2,與已發(fā)生的最大余震的截距較為接近。

圖3 2010年4月 14～23日玉樹 MS7.1地震序列震中分布圖Fig.3 Epicenter distribution map of theMS7.1 Yushu earthquake sequence(2010.4.14～2010.4.23)

圖4 玉樹 MS7.1地震序列 M-t圖Fig.4 M-tdiagram of theMS7.1 Yushu earthquake sequence

1.5 地震烈度

根據(jù)美國地質調查局(2010)公布的玉樹地震儀器觀測烈度估計值資料,我們繪制了玉樹地震烈度估計圖(圖 5)。烈度反映的是地震時地面運動的強弱程度,不同地點,震級可能相同,但烈度值往往不一樣。從圖中看到,地震發(fā)生時,地震能量沿地表均勻擴散。由于主震是一個單側破裂,得到的斷層位移也表明,斷層面上滑動區(qū)域為東南方向,集中在主震附近及其東南方向,因此沿東南方向(發(fā)震斷層)的擴散程度要遠遠大于其北東方向。玉樹地震震中附近烈度等震線呈橢圓狀分布較為明顯。極震區(qū)烈度估測達Ⅷ度以上,表現(xiàn)為地震搖動非常強烈,機動車駕駛員能明顯感受到地震影響,煙囪、紀念碑、寶塔等扭曲或倒塌,石屋倒塌、地面開裂、峭壁傾斜。玉樹縣城的烈度達Ⅶ度(圖 5),表現(xiàn)為地面強烈搖動,站立困難,機動車駕駛員有察覺,懸掛物顫抖、家具毀壞、磚塊松動。由此可見,地震對玉樹及周邊損害嚴重。玉樹地處青藏高原,地區(qū)經濟發(fā)展水平低,許多房屋抗震能力低(尤其是抗 7級以上大震),再加上地震的震源深度淺(11 km),而且地震發(fā)生在當?shù)厍宄繒r間,多數(shù)人還在睡覺,綜合各種因素,地震勢必造成大量房屋倒塌和嚴重人員傷亡。從圖中還可以看出,盡管稱多縣與震中的直線距離和玉樹相近,但由于稱多縣城所處方位與烈度等震線橢圓長軸存在約 45°的角度,而玉樹縣城這一角度接近于零,且地震破裂指向玉樹,故稱多縣所遭受的損失比玉樹要小。

圖5 玉樹地震儀器觀測估計烈度圖Fig.5 Instrument observations est imated intensity distribution of Yushu earthquake

2 區(qū)域應力場分析

利用美國地質調查局(2010)給出的全球震源機制資料,我們獲得了玉樹及其周邊地區(qū)(30.0°～37.0°N,92.5°～100.0°E)MW≥4.8地震的 44個震源機制解,其中 MW6.0～6.9地震 4個,MW7.8地震 1個,這些地震是 1989年5月 3日四川巴塘東南MW6.2、2000年9月 12日青海興海至瑪多間MW6.1、2001年1月 14日新疆青海交界(昆侖山口西)MW7.8以及本次玉樹 MW6.9、6.0地震。圖 6給出地震的主壓應力和張應力空間分布。圖中顯示,主壓應力 P軸方向以北東向為主,P軸方位在 45°及 240°左右的地震占 50%左右,主張應力 T軸方向則以北西向為主,T軸方位在 310°左右的地震約占 50%左右。從圖中還可以看到,玉樹周圍斷裂大部分為近北東方向的弧形斷裂,P軸總體走向與這些斷裂垂直,而 T軸總體方位與斷裂近乎平行。

圖6 玉樹地震周邊主壓(張)應力分布(a)壓應力(P軸);(b)張應力(T軸)Fig.6 Distribution of compressive axes P and extensional axes T around Yushu area

將青藏高原及其東緣劃分為 8個區(qū)域(圖8b),在青藏高原內部,從南到北各個活動地塊與大虛線框相交的部分為所劃分的區(qū)域,這樣大虛線框就包含 6塊區(qū)域。在青藏高原東緣,選擇典型的 3塊區(qū)域:川滇菱形塊體、龍門山斷裂帶及附近區(qū)域和祁連地塊。圖 7給出這 8塊區(qū)域 P方位角頻次統(tǒng)計 ROSE圖,從圖中可以看到,喜馬拉雅、拉薩兩區(qū)域主壓應力 P軸方向總體呈北南向,拉薩區(qū)域偏南的地震占較多比例。羌塘區(qū)域則與上述二個區(qū)域不同,該區(qū)域 P軸方向向東偏轉現(xiàn)象明顯(圖 7a～7c)。羌塘區(qū)域南部的川滇菱形塊體,P軸方位則大幅度翻轉至北西和北北西方向。巴顏喀拉區(qū)域 P軸方位總體為 N30°E,與羌塘區(qū)域相比向東的地震偏多(圖 7d),巴顏喀拉區(qū)域南部邊界龍門山斷裂帶附近 P軸出現(xiàn)較大變化,從原先的北偏東轉為東偏南(圖 7g)。柴達木區(qū)域出現(xiàn)近北南向和南西向 2個優(yōu)勢方向,近北南向的地震主要集中在柴達木區(qū)域西北邊界附近,而該區(qū)域以東的地震 P軸方位則以南西向地震為主(圖 7e)。祁連區(qū)域 P軸方向繼續(xù)向東偏轉,N45°E的地震較多(圖7f)。

圖7 青藏高原震源機制解 P軸方位角統(tǒng)計(a)喜馬拉雅;(b)拉薩;(c)羌塘;(d)巴顏喀拉;(e)柴達木;(f)祁連;(g)龍門山;(h)川滇菱塊Fig.7 The statistics of azimuths of compressive P axes in Qinghai-Tibet Plateau

P軸方位呈放射狀,T軸方位呈弧形,二者正交,對于這一明顯現(xiàn)象,許多文獻均有報道(闞榮舉,1980;崔效鋒等,2006)。許忠淮等(1987)對此作了合理解釋,他們認為呈放射狀的P軸總體方位指向歐亞板塊與印度板塊交界地區(qū),即加德滿都與廷布一帶,這一地區(qū)是中源強震頻繁發(fā)生的地區(qū)。P軸軌跡向阿薩姆角匯聚,T軸的軌跡線也向這一地區(qū)集中。Tapponnier和 Molnar(1976)采用剛性沖模對塑性物質的擠壓實驗,模擬印度與歐亞大陸的碰撞作用,得到的應力軸軌跡線也具有上述特征。此外,安達曼弧存在大量中、深源地震(錢曉東,秦嘉政,2007),可能說明有一部分巖石層在向地球內部下沉,下沉的物質將會對地表巖層產生拖曳作用,于是周邊地區(qū)應力分布將具有上述特征。值得注意的是,P軸方向大致與安達曼弧地震帶平行,T軸大致與之垂直。

3 玉樹地震的發(fā)震背景分析

3.1 世界大震活動背景

玉樹 7.1級地震是在世界大震處于強烈活動背景下發(fā)生的。從美國地質調查局給出的世界MW≥8大震資料來看,1973年至今的 37年時間內,世界大震活動經歷了 3次平靜期和 4次活躍期,3次平靜期為:1977年4月～1985年9月,平靜 8.4年;1989年5月～1994年10月,平靜 5.4年;1995年7月～2001年6月,平靜 5.9年。4次活躍期為:1975年5月 ～1977年4月,持續(xù) 2年,發(fā)生 8級以上地震 2次;1985年9月～1989年5月,持續(xù) 4年,發(fā)生 8級以上地震 3次;1994年10月～1995年7月,持續(xù) 1年,發(fā)生 8級以上地震 2次;2001年6月至今(2010年5月)為最近一次活躍期,始于秘魯 2001年6月 MW8.4地震,持續(xù) 9年,發(fā)生 8級以上地震 11次。總體來看,平靜期持續(xù)時間長,在 5年以上,期間無 8級以上大震發(fā)生,前3個活躍期持續(xù)時間短,釋放能量低,第四個活躍期持續(xù)時間長,釋放能量多(平均不到 1年就要發(fā)生 1次 8級以上大震),最近 1次大震為 2010年2月智利 8.8級巨震,目前活躍期仍未結束,已發(fā)生 1次 8.6級、1次 8.8級和 1次 9.0級地震。

3.2 中國西部大三角大震活動背景

玉樹 7.1級地震是在中國西部大三角 7.8級以上大震處于活躍期背景下發(fā)生的。中國西部大三角地區(qū)是指以 3個頂點(60.5°N,109°E)、(38°N,60°E)、 (18°N,104°E) 圍成的一個三角形區(qū)域。1900年以來發(fā)生于該區(qū)的 7級以上強烈地震占整個中國大陸及附近地區(qū)地震總數(shù)(不含臺灣及沿海)的 90%,因此深入分析這一地區(qū)的強震活動狀況,對我們正確把握中國大陸強震形勢十分重要。大三角地區(qū)MS≥7.8大震具有明顯的活動—平靜交替出現(xiàn)的特點,1900年以來出現(xiàn)了 4次大震集中活動現(xiàn)象(活躍期):第 1次活躍期是 1902年8月～1911年2月,持續(xù) 8年,發(fā)生 7.8級以上大震 10次,其中 8級以上地震 9次,最大 8.7級,之后經歷 10年平靜;第 2次活躍期為 1920年12月～1934年1月,持續(xù) 14年,發(fā)生了 5次 8級以上地震,最大 8.5級,之后平靜 13年;第 3次活躍期是 1946年9月～1957年12月,歷時 11年,發(fā)生地震 4次,其中 3次 8級以上,最大 8.6級,之后經歷長達 43年的平靜,期間于1970年1月發(fā)生過 1次 7.8級地震;第 4次活躍期是 2001年11月至 2010年5月,持續(xù) 9年,且還未結束,發(fā)生地震 4次,2次 8級以上地震,最大8.1級。到目前為止,第 4活躍期內,所發(fā)生的地震數(shù)目或釋放的地震能量還未達到前幾次活躍期水平,因此中國西部大三角地區(qū)再次發(fā)生 7.8級以上大震的可能性是很大的。

3.3 南北地震帶強震活動背景

玉樹 7.1級地震是在南北地震帶 7級以上強震處于活躍期開始階段背景下發(fā)生的。南北地震帶是指(21°～45°N,95°～110°E)的中國境內范圍,位于西部大三角東邊緣,是中國大陸地震活動最為強烈的地區(qū)之一,玉樹地震就發(fā)生于這一地震帶內。1920年以來南北地震帶經歷了 5次 7級以上地震活躍、平靜時期:第 1次活躍期為1920～1937年,持續(xù) 18年,發(fā)生地震 8次,最大8.5級;第 2次活躍期為 1947～1955年,持續(xù) 9年,發(fā)生地震 7次,最大 8.6級;第 3次活躍期為1970～1976年,持續(xù) 7年,發(fā)生地震 7次,最大7.8級;第 4次活躍期為 1988～1996年,持續(xù) 9年,發(fā)生地震 5次,最大 7.4級;第 5次活躍期起始于 2008年,至 2010年僅 2年,發(fā)生的地震為2008年汶川 8.0級和本次玉樹 7.1級地震。由于活躍期才開始,意味著未來幾年南北地震帶將連續(xù)發(fā)生至少 5次 7級以上地震。

3.4 巴顏喀拉地塊強震活動背景

張培震等(2003)將中國大陸及鄰區(qū)的活動地塊劃分為 6個Ⅰ級地塊和 22個Ⅱ級地塊,并給出各個地塊的平均運動速率和方向。根據(jù)他們劃分活動地塊的原則,筆者繪制了青藏高原及周邊地區(qū)活動地塊及強震分布圖(圖 8),從圖中可以看到,青藏高原及周邊地區(qū)主要由喜馬拉雅地塊、拉薩地塊、羌塘地塊、巴顏喀拉地塊、祁連地塊和川滇菱塊組成。這些地塊的邊界是一些規(guī)模較大、活動性強的弧形斷裂帶,從拉薩地塊向北斷裂帶依次為:喜馬拉雅主逆沖帶、喀喇昆侖—嘉黎斷裂帶、瑪尼—玉樹—鮮水河斷裂帶、昆侖—瑪沁斷裂帶、阿爾金—海原斷裂帶,此外還有龍門山斷裂帶、金沙江—紅河斷裂帶和小江斷裂帶。巴顏喀拉地塊近年來強震異常活躍——1997年1月至 2010年5月發(fā)生于青藏高原及周邊地區(qū)的 7級以上地震,除 2000年6月緬甸弧的 7.0級地震外,其余地震均發(fā)生于該地塊,分別是 1997年11月西藏瑪尼 7.5級地震、2001年11月昆侖山口 8.1級地震、2008年3月新疆于田7.3級地震、2008年5月四川汶川 8.0級地震及本次青海玉樹 7.1級地震,這些強烈地震在較短時間內集中發(fā)生于地塊邊界附近,表明近 14年來巴顏喀拉塊體強震非常活躍。

圖8 青藏高原及周邊地區(qū)活動地塊的運動速率和方向(a)及分區(qū)(b)(實心圓表示 1997～2010年MS≥7.0地震,大圓代表 8級以上地震)Fig.8 Active blocksmovement rate(a)and direction around Qinghai-Tibet Plateau(b)

4 玉樹地震后青藏高原強震形勢討論

印度大陸以大約 50～55 mm/a的速率向北偏東方向快速運動,與歐亞板塊碰撞并向北俯沖,導致青藏高原強烈變形并隆起、抬升。青藏高原整體在北東向壓應力場和南東向張應力場共同作用下(圖 6),沿張應力方向形成一系列近乎平行的弧形斷裂,一些深大斷裂由于活動劇烈被作為活動地塊邊界。在印度板塊快速向北東方向俯沖、擠壓歐亞板塊過程中,青藏高原內部地塊沿邊界斷裂帶發(fā)生側向滑動,導致青藏高原整體向東移動。圖 8顯示,各個地塊運動速率不相同,由南向北呈遞減之勢。在羌塘地塊附近區(qū)域,地塊運動方向發(fā)生明顯偏轉,從北偏東轉向東再轉向南,這一轉向使川滇菱形塊體以 9 mm/a的速率向南南東方向運動。地塊邊界附近往往是強震、大震容易發(fā)生的地段,例如 2008年汶川 8.0級大地震是在巴顏喀拉地塊以約 21 mm/a速率向東運動時,與華南地塊中的四川盆地發(fā)生正面碰撞的結果。巴顏喀拉地塊向上逆沖(覆蓋)下面堅實的華南地塊的四川盆地,汶川 8.0級大地震就發(fā)生于地塊邊界的龍門山逆沖斷層的上盤。本次玉樹 7.1級地震則發(fā)生于走滑斷裂上,由于羌塘地塊向東運動的速率比巴顏喀拉地塊大,故二個地塊交匯的甘孜—玉樹—風火山斷裂就表現(xiàn)為左旋性質。再由于這二個地塊運動方向基本一致,不是正面碰撞,因此發(fā)生于這二個地塊交界處的地震以走滑型地震為主,地塊間的差異運動使其邊界應力積累到一定程度引發(fā)破裂產生地震。

玉樹 7.1級地震發(fā)生后,青藏高原及其周邊地區(qū)強震活動將面臨怎樣的形勢,是人們普遍關心的問題。圖 9為青藏高原不同地塊 1900年來 5級以上地震應變圖,主要反映了各地塊長期能量釋放水平。對于地塊邊界附近的地震,我們按照地塊邊界線劃分地震的歸屬。為便于區(qū)分,圖中主要用藍色和紅色來表示 6個地塊的能量釋放狀況。從圖中看到,藍色代表的 3個地塊在 1955年以前都經歷過能量大釋放,以后至今能量釋放較為平緩。喜馬拉雅地塊在 1950年8月西藏察隅 8.6級地震前強震較為活躍,1947年7月還發(fā)生過西藏朗明 7.7級地震。察隅地震后至今長達 60年時間,能量釋放較為平緩、均勻,期間無 7級以上地震發(fā)生。考慮到該地塊 1833年還發(fā)生過西藏聶拉木8.0級地震,至 1950年西藏察隅 8.6級地震也僅僅 120年時間,說明該地塊大震能量積累速率較快,因此對該地塊今后應關注其能量積累的變化狀態(tài)。拉薩地塊強震活動與喜馬拉雅地塊相似。1951年西藏當雄 8.0級地震以前,強震較為活躍,發(fā)生過 2次 7級、3次 6.8級地震,當雄地震至今已將近 60年未發(fā)生一次 7級以上地震,但 6級地震近幾年相對較為集中,2004～2008年連續(xù)發(fā)生了 4次 6.5～6.8級地震。祁連地塊地震能量集中大釋放比上述二個地塊早,1920年寧夏海源 8.5級地震后,該地塊地震震級逐漸減小,特別是1990年以后僅發(fā)生了 3次 6.6級地震。從以上分析可以得知,由于 1955年以前發(fā)生過 8級以上大震,地震能量釋放較為充分,積累能夠發(fā)生大震的能量需要很長時間,故上述三個地塊至今表現(xiàn)出能量較平緩、均勻地釋放,且這種狀態(tài)還在延續(xù)。

再討論圖 9中紅色曲線代表的其它三個地塊強震活動特征。從圖中可看到,巴顏喀拉地塊 1920～1973年能量釋放平穩(wěn)增長,釋放的總能量僅次于喜馬拉雅地塊。1973～1976年經歷過 1次能量加速釋放期,期間發(fā)生了 1976年2月四川爐霍7.6級、1976年8月 16、23日四川松潘、平武 2次 7.2級地震,之后變得平靜。從 2001年11月開始,該地塊能量加速釋放較為明顯,至今已發(fā)生了 2次 8級地震。玉樹 7.1級地震是在該地塊處于強震劇烈活動的情況下發(fā)生的,目前這種大震頻發(fā)狀態(tài)還在持續(xù),故該地塊仍然是今后 7級以上地震發(fā)生的危險區(qū)域。

圖9 不同地塊應變曲線(MS≥5.0)Fig.9 Strain release of different blocks(MS≥5.0)

由圖 9可見,羌塘地塊曲線與川滇菱形塊體曲線很相似,但羌塘地塊能量釋放比川滇菱形塊體弱。羌塘地塊 1973年以前以 5～6級地震為主,1973年7月西藏亦基臺錯 7.3級地震后能量釋放有所增強,最近一次強震為 2008年1月西藏改則6.9級地震。從圖形上看,該區(qū)近年來能量釋放有加速跡象,未來存在發(fā)生 7級以上地震的危險。

川滇菱形塊體歷史上有過 2次較大能量釋放,分別是 1948年和 1970年。該地塊整體能量隨時間呈線性增長,當曲線偏離長期趨勢線較遠時,就要通過平靜或發(fā)生強震來進行修正,屬于典型的長時間平靜至發(fā)生大震形態(tài)。1948年5月四川理塘 7.3級地震前曾出現(xiàn)長達 23年的平靜,期間無一次 6.5級以上地震;1970年1月通海 7.8級地震前也經歷過長達 15年的平靜,期間僅于 1966年2月在云南東川發(fā)生過 1次 6.5、6.2級雙震。該地塊自 1996年2月云南麗江 7.0級地震至今平靜時間已有 14年多,期間僅于 2000年1月在云南姚安發(fā)生過 1次 5.9、6.5級雙震,與通海地震前所處狀態(tài)相似,因此該地塊未來發(fā)生 7級以上地震的背景較為強烈。

綜上所述,2010年青海玉樹 7.1級地震后,青藏高原及其周邊地區(qū)的巴顏喀拉地塊、羌塘地塊及川滇菱形塊體未來發(fā)生 7級以上地震的危險性較大。

5 結論

(1)2010年4月 14日青海玉樹發(fā)生 7.1級地震,這是該區(qū)歷史上發(fā)生的最強烈的地震。該地震是走滑型地震,地處青藏高原內部巴顏喀拉地塊南邊界,發(fā)震斷裂為甘孜—玉樹—風火山左旋走滑斷裂,地震主要向震中東南方向破裂。該地震是巴顏喀拉地塊與羌塘地塊以不同速率向東運動,地塊間的差異運動使其邊界應力積累到一定程度從而引發(fā)破裂的結果。

(2)根據(jù)地震定標律估算的主震斷層破裂參數(shù)和應力參數(shù)為:地震矩M0=1.78×1019N·m,矩震級MW=6.8,斷層破裂面積 S=468 km2,斷層錯距D=1.4 m,斷層破裂長度 L=37 km,斷層破裂寬度W=12.6 km,剪應力τ0=16.8 MPa,應力降 Δ σ =7.03 MPa。

(3)歷史地震分析表明,玉樹 7.1級地震是在世界 8級以上地震、中國西部大三角 7.8級以上地震、南北地震帶 7級以上地震和巴顏喀拉塊體 7級以上地震處于強烈活動背景下發(fā)生的。玉樹地震后,青藏高原巴顏喀拉地塊、羌塘地塊及川滇菱形塊體未來發(fā)生 7級以上地震的危險性較大。

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2010 Earthquake in Yushu,Qingha i Province and Strong Earthquake Trend Analysis of the Qingha i-Tibet Plateau after the Earthquake

Q IAN X iao-dong,Q in Jia-zheng
(Earthquake Adm inistration of Yunnan Province,Kunm ing650224,Yunnan,China)

On April14,2010,an earthquake of magnitude7.1occurred in Yushu,Qinghai Province,it is the strongest earthquake that have ever taken place in this region.The earthquake is a strike-slip earthquake in the plateau,the Bayankala block south boundary.Seism ogenic fault is Ganzi-Yushu-Fenghuoshan left-lateral and strike-slip fault,the earthquake m ajor rupture to the southeast of the epicenter.The earthquake results from the Bayankala block and Q iangtang block east at different rates of m ovem ent,differentialm ovem ent betw een the block boundary to accum ulate stress to a certain extent to trigger fault rupture.B ased on scaling law,fault rupture and stress param eters of theMS7.1Yushu earthquake are estim ated,resulting the seism ic m om entM0=1.78×1019N·m,m om ent m agnitue MW=6.8,area S=468km2,m ax im um offset D=1.4m,fault length L=37km,the w idth W=12.6km,shear stressτ0=16.8M Pa,stress dropΔ σ =7.03M Pa.A nalysis on historical earthquakes show s that Yushu m agnitude7.1earthquake occurred in the w orld for m ore than m agnitude8earthquake,in W est China Triangle over m agnitude7.8earthquake,north-south seism ic zone earthquakes above m agnitude7 and the B ayankala block m ore than m agnitude7earthquake in the context of intense activity.A fter the earthquake Yushu,B ayankala block and Q iangtang block and the Sichuan-Yunnan Rhom bic block of Q inghai-Tibet Plateau future occurrence of m ore than m agnitude7earthquake in m ore dangerous.

Yushu earthquake,focalm echanism,Q inghai-Tibet Plateau,active block,strong seism icity

P315.72+7

A

1000-0666(2010)04-0255-10

2010-05-28.

云南省重點項目“云南強震活動與板緣動力學機制研究”(JCYB-20080601-4)和 “地球物理場和化學場動態(tài)變化與強震活動關系研究”(JCYB-20080601-5)聯(lián)合資助 .