2014年于田7.3級地震的發震構造及動力學背景的初步分析1

任俊杰 王信國 程 佳

1）中國地震局地殼應力研究所，地殼動力學重點實驗室，北京 100085

2）中國科學院青藏高原研究所，北京 100101

3）中國地震臺網中心，北京 100045

引言

北京時間2004年2月12日17時19分50秒，新疆維吾爾自治區于田縣南部發生了MS7.3級地震（以下稱2014年于田地震），這次地震是繼2008年3月21日于田MS7.3級地震（以下稱2008年于田地震）之后，在不到6年的時間里該地區再次發生的7級以上地震。野外地震地質調查表明，2008年于田地震造成了全長約30km，走向南北-北東東，同時兼有左旋走滑和正斷分量的張剪地表破裂，最大左旋位移 1.8m，最大垂直位移約 2.0m，發震構造屬于阿爾金斷裂西南尾端的張性構造區（徐錫偉等，2011；Xu等，2013）。而2014年于田地震也是發生在阿爾金斷裂西南段（圖1），雖然這次地震因發生在高山無人地區并未造成人員傷亡，但在較短的時間內在同一地區發生2次7級以上地震，引起了地震學者的廣泛關注。上述2次地震是否發生在同一發震斷裂上？2次地震是否存在相互關聯？本文將從這次地震的發震特征、區域地震活動入手，結合區域構造特別是阿爾金斷裂上已有的研究成果，綜合分析和探討2014年于田地震的發震構造及動力學機制。

圖1 區域構造特征與地震活動Fig. 1 Regional tectonic characteristics and seismicity around the AltynTagh fault

1 2014年于田地震基本特征及與2008年于田地震的關系

2014年于田地震發生在于田縣南側的昆侖山區，截至2014年2月17日08時，共記錄到余震總數超過3000個，最大余震5.7級，其中5.0—5.9級地震1個，4.0—4.9級地震16個，3.0—3.9級地震40個1http://www.csi.ac.cn/publish/main/1/734/100660/100661/20140218104213718242471/index.html，余震序列大致沿北東向展布（圖2）。

不同研究機構給出的震源深度大致相當，一般在10—15km，證明本次地震屬于淺源地震，地震的矩震級（Mw）大致相同，為 6.8—6.9級（表 1）。另外，不同研究機構給出的震源機制解的結果，雖然存在一定的差距，但均顯示該地震表現走滑為主兼有正斷分量（表1）。

中國地震臺網中心2http://news.ceic.ac.cn/CC20140212171950.html給出的初始破裂點（震中）位于36.1°N、82.5°E，哈佛CMT3http://www.globalcmt.org給出的震中位于36.27°N、82.59°E，USGS4http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usc000mnvj#summary給出的震中定位結果為35.92°N、82.55°E。上述不同研究機構的結果存在的差異可能歸因于其所用臺站資料的不同。而中國地震局地球物理研究所（以下簡稱地球所）利用附近臺站進行了重新定位，其給出的震中定位結果5http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/269348.shtml為 35.922°N、82.558°E，與USGS的定位結果和余震的分布一致。由此判斷這次地震的發震斷裂是阿爾金斷裂西南段的貢嘎錯斷裂帶。

圖2 2014年于田地震的發震構造圖Fig. 2 Seismogenic fault for the 2014 Yutian earthquake

表1 不同研究機構得到的2014年于田地震地震矩張量解結果對比Table 1 Moment tensor solution of the 2014 Yutian earthquake derived from different research institutes

中國地震局地球物理研究所陳運泰院士課題組的震源破裂過程成像結果1http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/269361.shtml顯示，2014年于田地震破裂比較集中，滑動主要分布在深部，最大位錯量約為 1.8m，破裂未出露地表。而中國地震局地震預測研究所（以下簡稱預測所）利用34個遠場波形資料獲得的地震破裂過程1http://www.csi.ac.cn/publish/main/1/100260/20140214095949157480141/index.html顯示深部破裂到達地表，造成地表最大位錯量達 1.7m。另外，大量的地震實例研究表明，7級以上走滑型地震均會造成地表破裂（Wells等，1994；Cunningham等，2007）。依據 Wells等（1994）總結的震級與地震破裂參數之間的經驗關系估計得到，2014年于田MS7.3級地震的地表破裂長度為30—40km，同震最大左旋位錯量為1.0—1.5m，平均左旋位錯量為0.6—0.8m。

根據余震分布和主震定位結果判斷，2014年于田地震發生在阿爾金斷裂f段的貢嘎錯斷裂帶北段上（圖2）；雖然2008年于田地震也發生在貢嘎錯斷裂帶上，但2008年地震的破裂區與2014年地震之間存在幾十公里的空區（圖1），且2008年于田地震的地表破裂長度僅約30km（徐錫偉等，2011），而余震范圍也未到達2014年于田地震的范圍（唐明帥等，2010）。庫侖破裂應力研究表明，2008年于田地震造成了貢嘎錯斷裂帶北段庫侖應力的增加（萬永革等，2010）。由此判斷2008年于田地震可能加快了2014年于田地震的發生。

2 區域地震活動特征

2014年于田地震發生在阿爾金斷裂帶西南段，但因該段為高山無人區，地震記錄不完整。震前在西南段上7級以上的地震共發生過3次，分別為發生在本次震中北東的1924年民豐東南7.2級和7.3級2次地震及2008年于田7.3級地震（圖1），尚不足以分析區域地震活動情況。為此，作者將研究區范圍擴大至整個阿爾金斷裂帶。區域地震的M-T圖顯示，1970年前5級以上的地震存在明顯的漏記，而1970年以后建立了較為完善的地震臺網之后5級以上地震是完整的（圖3）。

從1970年以來該區域內地震活動性來看，約2年左右阿爾金斷裂帶上就會發生1次6級以上的地震，而約10年左右就會發生1次7級以上的大震。值得注意的是，近20年來地震活動明顯增強，這可能與近期巴顏喀拉塊體周緣地震活動加強有關（鄧起東等，2010）。

圖3 沿阿爾金斷裂帶地震活動的M-T圖Fig. 3 M-T plot of regional seismicity along the Altyn Tagh fault zone

3 發震構造與動力學背景

阿爾金斷裂帶是亞洲大陸內部一條長達 2000km，三疊紀以來長期左旋走滑的巖石圈斷裂（李海兵等，2006），地貌上表現為醒目的線狀展布特征，呈東西至北東東向，是青藏高原北邊界斷裂。它切割了青藏高原北部的不同構造單元，控制著高原北部構造的幾何學特征和基本格架，對調節印度板塊與歐亞板塊的近南北向碰撞作用產生的構造變形承擔著重要的作用（Molnar等，1975；Avouac等，1993；Tapponnier等，2001）。

從斷裂帶的區域幾何結構特征可分為6段（圖1）（李海兵等，2008）。a段位于肅北以東，表現為近東西向線狀走滑運動和伴隨斷裂東南側的北西向逆沖斷裂系為組合的盆嶺構造體系，其最東端見有白堊紀的火山活動；b段位于肅北至安南壩，表現為北東東的線狀走滑斷裂；c段位于安南壩至且末，以北東東向線狀走滑斷裂和北側近平行的逆沖斷裂為主要組合特征的阿爾金山體系；d段位于且末至民豐南主斷裂分叉處，以北東東向線狀走滑運動為特征；e段為民豐南主斷裂分叉處以西的西昆侖山體系，包括民豐—于田山前弧形逆沖斷裂和北西西向康西瓦斷裂，并伴隨有新生代以來的火山活動；f段為民豐南主斷裂分叉處以南的斷裂組合，主要包括北東東向雁行狀排列的龍木錯斷裂與郭扎錯斷裂以及北東向裂谷組合（貢嘎錯斷裂帶）為特征，并伴隨有新生代的火山活動。從區域空間特征看，a—b段、c—d段和e—f段構成了阿爾金斷裂帶的東段、中段和西段（圖1）。

目前，沿阿爾金段斷裂的晚第四紀滑動速率研究已取得了大量的成果，但主要集中在中段和東段（Washburn等，2001；王峰等，2003；徐錫偉等，2004；Cowgill，2007；張培震等，2008；Gold等，2011；Chen等，2012；Mériaux等，2012）。已有的結果顯示，b—e段的阿爾金斷裂帶上，走滑速率向南西在1000多公里的范圍內逐漸變小（圖4），突變處出現在阿爾金斷裂與分支逆沖斷裂交匯處，即阿爾金斷裂上的部分走滑作用轉化為分支的逆沖斷裂，逆沖作用使得主斷裂東南側抬升成山（徐錫偉等，2004；李海兵等，2006）。a段上在200多公里的范圍內滑動速率快速下降（圖4），左旋滑動量主要轉化為東南側的祁連山逆沖構造帶上的縮短（Zheng等，2013）。從已有的對西南段的研究結果（付碧宏等，2006；李海兵等，2006）來看，主干斷裂上的大部分的左旋走滑向西轉移到e段上，僅有小部分的左旋走滑向南轉移到貢嘎錯斷裂帶上的幾個分支上（圖4的f段）。而2014年于田MS7.3級地震發生在f段上。從初步的研究結果來看，貢嘎錯斷裂帶上的晚第四紀平均滑動速率約為 5mm/a（國家地震局《阿爾金活動斷裂帶》課題組，1992；李海兵等，2008），考慮到該斷裂帶包括 2至3個分支斷裂（圖1、圖2），估計每個分支斷裂上的滑動速率約為2mm/a。假定該斷裂上的地震復發符合特征地震模式，根據經驗關系獲得的2014年于田地震的平均同震左旋位錯量（0.6—0.8m）可估計該斷裂上2014年于田地震的復發周期為300—400年。

從區域動力學特征來看，在青藏高原向北東滑移的作用下，阿爾金斷裂中段主要表現為左旋走滑，向東左旋滑動轉化為祁連山構造帶上的地殼縮短和擠壓成山，發育大量逆斷層（王峰等，2003；徐錫偉等，2004），而西段大部分左旋走滑沿康西瓦斷裂繼續向西傳遞，另一小部分左旋走滑轉換到西南段尾端的裂谷帶（Transtensional rift），形成一系列的裂陷小盆地（圖1、圖5）（國家地震局《阿爾金活動斷裂帶》課題組，1992；李海兵等，2006）。這也與其它一些大型走滑斷裂的構造轉換模式類似，比如Dead Sea斷裂帶（Klinger等，2000）、北Anatolian斷裂（Rockwell，2013）及San Andreas斷裂（Yeats，2012），尾端的裂谷區經常作為斷裂傳播的障礙區，也是地震的多發帶（Barka等，1988；Shaw，2006）。左旋走滑作用向西南端的擴展在這些裂谷盆地積累，當達到破裂的臨界值時導致地震的形成，這是2008年和2014年于田2次地震發生的動力學機制。從2008年于田地震的地表破裂調查結果（徐錫偉等，2011；Xu等，2013）來看，自東向西走滑量逐漸減小，而正斷作用逐漸增強。而2014年于田地震發生的地點更靠近東側的阿爾金主斷裂，所以其破裂主要表現為左旋走滑作用，正斷分量較小。

圖4 沿阿爾金斷裂帶的晚第四紀滑動速率空間變化特征Fig. 4 Spatial variation of late-Quaternary slip rate along the Altyn Tagh fault zone

圖5 2014年于田地震的動力學機制Fig. 5 Geodynamic mechanism of the 2014 Yutian earthquake

4 初步結論

2004年于田 MS7.3級地震的發震斷裂為阿爾金斷裂帶西南段的貢嘎錯斷裂帶北段東南支。由于存在區域歷史地震漏記，但1970年以來5級以上地震活動是完整的，近20年來強震活動有增強趨勢，而2008年于田MS7.3級地震可能加速了本次地震的發生。根據經驗關系估計，2014年于田地震的同震地表破裂為30—40km，同震最大左旋位錯量為1.0—1.5m，地震的復發周期為300—400年。青藏高原北東向運動造成了左旋走滑的阿爾金斷裂西南端沿北西張性構造帶擴展，導致了2014年于田地震的發生。

本文研究的地表破裂及復發周期值只是一個估計結果，確切的結果還需震后詳細的地質調查和古地震研究來驗證。

致謝：鄭文俊研究員對本文提出了寶貴的修改建議，在此表示感謝。

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