青藏高原西北部區域地殼形變、構造地貌與孕震構造模型研究——以2008年與2014年新疆于田7.3級地震為例

青藏高原西北部區域地殼形變、構造地貌與孕震構造模型研究①
——以2008年與2014年新疆于田7.3級地震為例

E-mail:geweipeng@gmail.com。

葛偉鵬1，2， 袁道陽1， 邵延秀1，2, 陳繼鋒1

(1.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；

2.中國地震局地質研究所 地震動力學國家重點實驗室, 北京 100029)

摘要：為了清晰認識發生于青藏高原西北部2008年與2014年的兩次于田MS7.3地震發震構造環境與構造地貌特征，本文利用DEM(數字高程模型)數據分析“喀喇昆侖—西昆侖—康西瓦地區”的地形地貌特征，結合區域活動斷裂研究資料、相對于塔里木盆地的兩期GPS速度場資料和區域運動學特征等討論兩次MS7.3地震所處的青藏高原西北部區域構造環境和地殼運動學特征，分析喀喇昆侖斷裂、阿爾金斷裂康西瓦段、龍木錯-邦達錯斷裂及貢嘎錯斷裂所圍限的西昆侖地塊的地質構造背景、阿爾金斷裂西南端發震斷裂活動性及孕震環境等發震構造基本條件；進而利用“地形剖面”方法及斷裂分布特征分析震源區的地形地貌特征，給出晚第四紀以來的地貌形態與發震構造的關系，從區域構造地貌學和GPS地殼運動學的角度探討中上地殼變形特征及孕震過程；最后討論區域孕震構造、克爾牙張性裂谷演化過程和地球動力學背景等。通過地形剖面及區域地貌綜合分析新疆于田2008年MS7.3拉張型發震構造和2014年MS7.3走滑拉張型地震的發震構造特點的區別，認為2014年發生的地震可能與2008年MS7.3地震同震庫倫應力變化、觸發過程及震后變形過程密切相關，并且青藏高原西北部地區存在明顯的東西向拉張性構造單元，可能與青藏高原10～15 Ma以來的地殼減薄過程有關。

關鍵詞：新疆于田7.3級地震； 數字高程模型； 地形地貌特征； GPS速度場； 發震構造模型； 青藏高原西北部； 區域地殼運動特征； 區域孕震構造

收稿日期：2015-08-31

基金項目：中國地震局地震預測研究所基本科研業務費專項(2014IESLZ05)；國家自然科學

作者簡介：葛偉鵬(1981-)，男，高級工程師，博士研究生，主要從事GPS地殼形變觀測與活動構造研究。

中圖分類號:P315文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.03.0725

Regional Crustal Deformation, Tectonic Geomorphology and Seismogenic

Tectonic Model of the Northwestern Tibetan Plateau: Case Studies

of the 2008 and 2014 Yutian (Xinjiang)MS7.3 Earthquakes

GE Wei-peng1, 2, YUAN Dao-yang2, SHAO Yan-xiu1, 2CHEN Ji-feng1

(1.LanzhouInstituteofSeismology,CEA,Lanzhou730000,Gansu,China;

2.StateKeyLaboratoryofEarthquakeDynamics,InstituteofGeology,CEA,Beijing100029,China)

Abstract：To understand clearly the geomorphologic characteristics and seismogenic structure of the Yutian MS7.3 earthquakes of 2008 and 2014, the regional tectonic geomorphic features of the Karakoram-Western Kunlun-Kangxiwa region are analyzed using digital elevation model data. The tectonic environment and crustal kinematics of the northwestern Tibetan Plateau, where the earthquakes occurred, are discussed by combining data on active faults and GPS velocity field relative to the Tarim rigid block. The geological background of the Western Kunlun block, which is surrounded by the Karakoram, Kangxiwar, and Longmu Lake-Bangda Lake faults, is discussed. The seismic activity and seismogenic environment of the southwestern segment of the Altyn Tagh fault are studied. In this study, the topographic and tectonic geomorphologic characteristics near the seismogenic region are analyzed using terrain profiles to reveal the relation between the regional geomorphologic characteristics and the seismogenic structure. The deformation characteristics and seismogenic process of the middle and upper crusts are discussed on the basis of the regional tectonic geomorphology and crustal deformation obtained from the GPS velocity data. Finally, the evolutionary process of the Kerya River extension rift and geodynamic background is discussed. It is suggested that the 2014 Yutian MS7.3 earthquake was related to the coseismic static Coulomb stress and lower-crust viscoelastic relaxation that were part of the post-seismic processes of the 2008 Yutian MS7.3 earthquake. Moreover, the occurrence of these earthquakes may be related to the crustal thinning of the Tibetan Plateau.

Key words： YutianMS7.3 earthquake in Xinjiang; Digital Elevation Model (DEM); geomorphologic features; GPS velocity field; seismogenic tectonic model; Northwestern margin of the Tibetan Plateau; regional crustal movement characteristics; regional seismogenic structure

0引言

約50～55 Ma以來，印度板塊與歐亞板塊發生碰撞產生擠壓楔入作用，致使青藏高原隆升且在長尺度的時間范圍內使得東亞地區產生大尺度構造變形[1-4]。其中阿爾金斷裂帶是青藏高原北部及亞洲大陸內部一條巨型左旋走滑斷裂帶，構成了青藏高原北部與塔里木盆地的地質邊界[5]。晚新生代以來，阿爾金斷裂帶的構造活動對調節青藏高原隆升所產生的構造變形、地貌演化和應變分配具有非常重要的作用[6-9]。對阿爾金斷裂西段及其鄰近斷裂、喀喇昆侖斷裂的構造活動、運動特征、地形地貌和現今地震活動進行綜合研究，對于認識和理解青藏高原隆升與構造變形的地球動力學機制具有重要意義[10-12]。

多年來對青藏高原西北緣地區的隆升與構造方面的研究，主要集中在喀喇昆侖斷裂[13-14]、帕米爾高原[15-18]、康西瓦斷裂[19-21]等；從InSAR及GPS地殼形變學角度研究，Wright, T. J.等[22]利用InSAR數據給出了跨喀喇昆侖斷裂和西昆侖地塊的地殼震間變形狀態；張國宏等[23]通過InSAR測量技術反演研究了2008年新疆于田地震的同震變形，得到正斷裂拉張發震構造機理；李杰等[24]分析2008年于田地震震前區域GPS運動特征；He 等[25]給出了阿爾金斷裂中段的左旋走滑速率，但與2008年于田地震的發震位置相隔較遠。在震源機制及庫倫應力方面，萬永革等[26]認為2008年于田7.3級地震的發生對阿什庫勒盆地東北側的斷裂即本次地震的發震斷裂具有觸發作用；在活動構造調查及火山分布方面，Xu等[27]、徐錫偉等[28]通過野外考察給出了2008年于田地震的地表破裂數據；許建東等[29]、季靈運等[30]分析了阿什庫勒盆地火山發育分布及InSAR觀測火山群地殼形變。

2014年2月12日在新疆于田地區發生了MS7.3地震，震中位于阿爾金斷裂康西瓦段東段與阿爾金斷裂西南端相交部位的拉張性構造盆地——硝爾庫勒盆地內兩條平行走滑兼有正斷分量的活動斷裂系統上(圖1)。根據震后中國地震局地球物理研究所等給出的震源機制解和中國科學院青藏高原研究所王衛民等給出的震源破裂過程反演初步結果，此次地震具有左旋走滑拉張特性。而在震區東北側，1924年沿阿爾金斷裂西南端發生過2次7.2 級地震；震區西南側的阿什庫勒盆地、慕士塔格峰東側的小型張性裂谷內于2008年3月21日發生了于田MS7.3地震。于田地區在數年內發生了2次7.3級地震，其發震構造均具張性特征，那么該區的孕震構造環境有何特殊性？與哪個活動塊體的最新構造

F 1：阿爾金斷裂-康西瓦段；F 2：喀喇昆侖斷裂；F 3：龍木錯-邦達錯斷裂；F 4：貢嘎錯斷裂 圖1　喀喇昆侖—西昆侖—康西瓦地區地形地貌與新生代構造布圖(據文獻[11]、[13]、[14]及[26]的SRTM數字高程地形圖像，其中①2008年3月21日M S7.3地震發震位置；②2014年2月12日M S7.3級地震發震位置) Fig.1　Topograpy and Cenozoic tectonic map of Karakoram-Western Kunlun-Kangxiwar region (According to the SRTM 　　　 digital elevation terrain image in References [11]、[13]、[14] and [26]，① is the location of M S7.3 earthquake in 　　　 Mar.21,2008;② is the location of M S7.3 earthquake in Feb.12,2014

活動密切相關？其運動學和地形地貌表現有什么特征？上述問題均是現今國內外比較關注的科學問題。

本研究擬在區域構造環境分析的基礎上，通過地形地貌剖面方法，利用SRTM和ASTER數字高程地形數據分析跨阿克賽欽盆地、慕士塔格峰、阿什庫勒盆地等主要區域構造地貌環境，并構建2008年和2014年兩次7.3級地震的發震構造模型，結合覆蓋青藏高原西部區域GPS速度場環境，從地殼運動學角度對拉張構造環境形成機理進行初步研究。

1區域構造背景

在青藏高原西北部及帕米爾高原東緣地區，分布有喀喇昆侖斷裂、康西瓦斷裂、龍木錯—邦達錯斷裂及貢嘎錯斷裂等一系列構成西昆侖塊體的邊界活動斷裂。前人對這些斷裂開展新生代以來構造變形的研究，對于理解和認識青藏高原隆升構造演化過程、西北部帕米爾高原地區走滑斷裂應變分配、運動學模型及地球動力學機制均具有重要意義[11，13-14，20]。

喀喇昆侖斷裂是青藏高原西南緣的一條長約1 000 km、活動時間起始于27～23 Ma的大型右旋走滑活動斷裂[6]，從斷錯地貌特征分析，它具有明顯的新構造活動跡象。研究表明喀喇昆侖山脈約在10 Ma到大約8 Ma期間開始強烈隆升[11，13]，在此隆升擠壓構造環境下，與康西瓦斷裂共同作用控制了青藏高原西南緣、帕米爾-西昆侖前陸地帶的新生代構造轉換變形過程[15-19]。

康西瓦斷裂是阿爾金左旋走滑斷裂帶的西南段，展布于西昆侖地塊北側，是青藏高原西南緣與塔里木盆地之間的地貌構造分界線，具左旋走滑特征。康西瓦構造帶是分隔古亞洲和特提斯兩大構造域的右行走滑轉換構造帶[19]。付碧宏等[20]通過晚第四紀構造地貌特征分析認為康西瓦斷裂發育了一條長約80 km的地表地震破裂帶，并給出此斷裂段的長期走滑速率為8～12 mm/a；李海兵等[21]通過衛星影像解譯和野外考察等研究認為該斷裂存在約100 km的地表破裂帶，得到左旋滑動速率約4～5 mm/a；李杰等[24]利用GPS觀測資料計算得到康西瓦斷裂的左旋走滑平均速率約為3～7 mm/a。上述滑動速率研究結果雖有差異，但滑動速率量值的確定對于認識青藏高原西部變形、應變分配和地球動力學背景等有定量約束作用。

龍木錯—邦達錯—郭扎錯斷裂帶是西昆侖塊體與羌塘—可可西里塊體之間的邊界斷裂帶，與喀喇昆侖構造帶相交匯，是青藏高原西北部一條具有明顯左旋走滑性質的斷裂[21]。對于調節印度板塊北向楔形俯沖擠壓的應變分配、構造轉換等過程具有顯著作用，其形成機制可能主要是通過喀喇昆侖斷裂南側的興都庫什塊體北西向運動與東側的喜馬拉雅造山帶北東向左旋剪切運動的速度差異性和逆沖構造轉換形成的。

受喀喇昆侖山脈自10 Ma以來快速隆升作用[21]的影響，在阿克賽欽盆地周邊發育有若干次級逆沖斷裂和隆升地貌。其中慕士塔格峰可能自8 Ma左右開始快速隆升，并形成現今海拔約6 800 m的構造隆升地貌單元。由于康西瓦斷裂、普魯斷裂、龍木錯—邦達錯斷裂帶左旋滑動速率的差異性形成局部拉張構造環境，因此自新近紀以來，形成了阿什庫勒斷陷盆地、硝爾庫勒拉分盆地等高原內部盆山構造地貌和阿什庫勒盆地內部的火山噴發地貌。

在上述主干活動斷裂之間，還發育有多條次級活動斷裂帶，具逆斷或正斷特征，是調節上述斷裂構造活動與力學性質轉換的過渡斷裂，其新活動明顯，同樣具有發生中強以上地震的構造條件，是大型活動塊體及其邊界斷裂最新構造活動的風向標。如2008年3月21日在青藏高原西昆侖地區發生于田MS7.3地震后，緊接著于5月12日在巴顏喀拉塊體東邊界的龍門山斷裂帶發生了汶川8級地震。鄧起東等[40]認為2008年于田地震是巴顏喀拉地塊西端最新活動的結果；而萬永革等[26]則認為2008年于田地震所處斷裂是西昆侖塊體與柴達木塊體的邊界斷裂。那么，2014年2月12日發生的MS7.3地震與哪個活動塊體關系更加密切，其邊界斷裂的最新構造活動與大震危險性就更受關注。

2區域地形地貌特征分析

2014年2月12日新疆于田MS7.3地震發生在具有走滑拉張性質的阿爾金斷裂西南段，與康西瓦斷裂、貢嘎錯斷裂等相互交匯。發震斷裂帶所處的硝爾庫勒盆地與西南側的慕士塔格峰和東慕士塔格峰之間的克爾牙張性裂谷相連通，在地形地貌上與整體具有走滑張性特征的構造環境相匹配。此區域位于西昆侖地塊和柴達木地塊之間，且北側為具有明顯高差的塔里木地塊。本文采用地形剖面方法研究以西昆侖山脈主峰——慕士塔格峰為中心的周邊地形地貌特征，分別采用三條地形剖面(跨阿克賽欽盆地—慕士塔格—塔里木盆地、拜惹布錯—硝爾庫勒—塔里木盆地和甜水海—慕士塔格—柴達木地塊)研究其區域地貌和構造環境特征(圖2)。

剖面A-B：橫跨阿克賽欽盆地東緣、慕士塔格主峰、阿什庫勒盆地到新疆民豐縣附近。在剖面西南側，即阿克賽欽盆地東緣的“死人溝”附近為一條逆沖斷裂轉換為郭扎錯走滑斷裂的轉換部位，并且到慕士塔格峰之間存在三條主要的逆沖推覆構造系統；而跨過慕士塔格主峰后，逆沖構造系統隨即轉換為拉張性斷陷性盆地——阿什庫勒盆地，前人對此盆地的火山分布[29-30]、發震構造背景[27-28，38-39]及河流階地[41]等方面開展了相關研究工作。通過前人研究，推測此拉張斷陷盆地下部15～20 km處可能存在巖漿等熱流流動通道，在拉張性盆地內部容易形成火山活動。盆地北側是康西瓦左旋走滑斷裂和普魯斷裂以及位于阿羌鄉東南方向海拔近6 000 m的Kaxtax Shan(據Google Earth衛星影像)。塔里木盆地邊緣前是昆侖山北緣逆沖斷裂，1976年以來的GCMT震源機制解顯示此處斷裂地震活動性較低。

剖面C-D：垂直橫跨2014年新疆于田7.3級地震發震斷裂——阿爾金斷裂西南段，此次地震發震構造部位可能是西昆侖山康西瓦斷裂帶與阿爾金山斷裂帶的交匯部位。剖面起始于拜惹布錯及堿水湖，兩湖之間存在郭扎錯斷裂(東向延伸NEE向左旋走滑兼有拉張的活動斷裂)，目前此條斷裂仍未有定量研究報道；但從剖面可以發現，在黑石北湖到硝爾庫勒盆地南緣之間，是一處海拔約5 100 m的相對平坦的高地，此高地兩端可能存在正斷裂，兼有拉張剪切走滑的運動學性質，見圖2剖面C-D。硝爾庫勒盆地海拔約4 400 m，明顯低于高原內部堿水湖等地區的平均海拔4 800～5 000 m。本文構建了硝爾庫勒走滑拉張型盆地的構造模式；而盆地北側即是烏孜塔格峰(Uzatag)和昆侖山北緣逆沖斷裂(據Google Earth衛星影像)。

圖2　三條地形剖面及斷裂展布示意圖(紅色箭頭為運動量大小的示意，定性地表明存在明顯的拉張構造環境) Fig.2　Diagram of three topographic profiles and fault distribution (Red arrow is shown as the scale of movement, 　　　 qualitatively mens it exists obvious extensional tectonic environment)

剖面E-F：剖面沿WE向展布于阿克賽欽盆地的甜水海、新藏公路219國道旁的阿克薩依湖(阿克賽欽湖)附近到柴達木地塊西側的黑石北湖之間，中間橫跨慕士塔格峰與東慕士塔格峰之間的兩個斷陷型裂谷，西側裂谷于2008年3月21日發生了新疆于田MS7.3地震。根據慕士塔格峰西側斷裂活動性質，發現斷裂是具有擠壓逆沖造山作用的逆沖斷裂帶，方向為N40°E，相對于塔里木盆地存在明顯的走滑剪切及逆沖擠壓作用，與圖3所示的相對于塔里木盆地的GPS速度場、運動學方式具有顯著的一致性。同時此剖面平行于龍木錯—邦達錯、郭扎錯等若干平行左旋走滑斷裂，顯示出2008年新疆于田MS7.3地震發生于西側逆沖、東側拉張的區域構造環境中，紅色箭頭定性地給出了此區域沿剖面方向的運動學過程，可以解釋上述平行左旋走滑斷裂的運動學過程。

綜上所述，2008年與2014年兩次MS7.3地震均處于拉張構造環境，與區域內部的喀喇昆侖斷裂、康西瓦斷裂及其次級斷裂所具有的走滑兼有逆沖的構造環境存在明顯差異。區域內部的盆地構造變形也有明顯差異，如阿克賽欽盆地主要處于喀喇昆侖山脈與慕士塔格峰之間的擠壓構造環境，而阿什庫勒盆地、硝爾庫勒盆地及克爾牙張性裂谷三者均處于明顯的拉張構造環境下。從區域地貌看，西昆侖地塊與柴達木地塊之間應以慕士塔格峰與東慕士塔格峰間的拉張型裂谷為界，這也是2008年于田地震主震及余震南北向的線性分布界限。而阿什庫勒盆地北側的地震活動一定程度上反映了上述兩個次級塊體相對分解運動中端部拉張走滑效應，且有可能觸發了阿爾金斷裂西南端2014年于田MS7.3地震。那么，結合同樣發生在阿爾金斷裂帶上的1924年民豐東兩次7.2級地震、1996年若羌6.6級地震和此次于田MS7.3地震，說明這次地震可能是柴達木塊體最西端北側的最新一次地震破裂事件，對于認識阿爾金斷裂整體地震活動性有重要作用。近兩年來，阿爾金斷裂車爾臣段到索爾庫里段集中發生5級左右地震，因此上述斷裂段及阿爾金斷裂中東段到祁連山西段的地震危險性值得關注。

3GPS速度場分析與震源機制解討論

3.1青藏高原西部GPS速度場分析

對于阿爾金斷裂現今地殼變形和左旋剪切滑動速率研究，國內外學者已開展了大量的研究工作:Bandick等[42]通過多期次GPS觀測首次獲得跨阿爾金斷裂中段(芒崖—花土溝)GPS速度剖面和現今滑動速率(9±5) mm/a；Shen等[43]研究塔里木盆地及青藏高原北緣的GPS速度場，給出了阿爾金斷裂西段速率為(7±3) mm/a及中段速率(9±2) mm/a的結論；Wright等[22]通過跨青藏高原西部的InSAR數據分析認為喀喇昆侖山斷裂的滑動速率僅有(1±3) mm/a，上限值為7 mm/a，阿爾金斷裂西段(Karakax段)滑動速率為(5±5) mm/a，明顯小于“大陸擠出逃逸模型”所假設的右旋滑動量值，表明青藏高原內部變形占重要部分。Elliott等[44]通過InSAR反演得到阿爾金斷裂85°附近的左旋走滑速率為(11±5) mm/a，并具有15 km的閉鎖深度；李杰等[24]研究了2008年于田地震震前GPS速度場，認為阿爾金斷裂西段滑動速率為5 mm/a，康西瓦斷裂為3～7 mm/a，龍木錯斷裂為1.2～2.5 mm/a；王凡等[45]通過2008年于田地震GPS震后觀測，獲得普魯斷裂具有5 mm/a的左旋走滑分量。

覆蓋青藏高原西部及塔里木盆地的GPS觀測資料主要來源于國家重大科學工程“中國地殼運動觀測網絡”項目的兩期觀測數據，分別是1999—2007年和2009—2011年中2008年于田地震震前及震后、2014年于田地震震前觀測數據。本文使用上述兩期GPS觀測資料，為研究2008年于田地震的動力學變化和區域構造環境變化提供數據依據。由于兩部分數據站點疏密程度不一致，因此僅從區域性的運動學特征變化討論。我們將相對于ITRF05框架下的2009—2011年原始速度場數據通過選取78°～87° E、36°～41° N站點計算出歐拉極，在整個速度場數據中扣除此歐拉極的旋轉運動和整體運動，得到相對于塔里木盆地的GPS速度場。通過對比分析發現，在阿爾金斷裂車爾臣段此數據與He等[25]所布設的GPS剖面存在共同站點，且同期觀測結果基本一致，而剖面最南端的兩站點雖不重合但仍具有一致性，見圖4(c)圖框；同時與塔里木盆地內部1999—2007年間的觀測結果也能較好地吻合。

通過分析1999—2007年間的資料，可發現在喜馬拉雅山前俯沖帶、藏南地塊、羌塘地塊到巴顏喀拉地塊一線的中東側部位，GPS速度矢量未產生較大變化(見圖3)；但在喀喇昆侖山脈到羌塘地塊西側一帶，上地殼具有明顯的拉張運動特性。在圖3黑色方框下部，黑色粗線兩端點之間存在約6 mm/a的拉張位移量；在喜馬拉雅山北側到藏南地塊北側也存在6～8 mm/a的拉張位移量。而且上述GPS速度場所反映的上地殼運動學狀態與現今區域擠壓或拉張型地形地貌有很好的匹配。而在黑色方框上部，發生了2008年和2014年于田7.3級地震，且兩個地震具有不同的發震破裂過程。由于1999—2007年間在羌塘—可可西里走滑拉張區內無有效的GPS觀測站點，因此僅能夠分析沿新藏公路到塔里木地塊南側的應變狀態。而2009—2011年間的資料顯示，在青藏高原中部具有稀疏的觀測站點，能夠了解柴達木塊體、巴顏喀拉塊體和羌塘塊體的相對運動學狀態，見圖4(b)圖框所示。同時，通過對比可以發現在塔里木盆地南側、青藏高原北側，相對拉張變化明顯高于前期觀測數據所反映的運動學狀態。 圖4(a)圖框發現2008年于田地震震前與震后GPS矢量發生明顯變化，震后GPS矢量沿新藏219國道相對于塔里木塊體明顯減小，可能主要變形剪切發生在康西瓦斷裂或鐵克力斷裂上。

①12008年3月21日于田7.3級地震；②2014年2月12日于田7.3級地震；黑色方框為本研究的主要區域， 虛線方框為GPS速度剖面范圍；黑色粗線為兩端點之間的拉張量(mm/a) 圖3　青藏高原西北部地區相對于塔里木剛性塊體的GPS速度背景場(1999—2007年)(采用扣除塔里 　　　木剛性地塊的整體運動及旋轉運動的方法，可以看出西昆侖塊體相對于塔里木地塊的運動學狀態) Fig.3　The background field of GPS velocity relative to Tarim rigid block in Northwestern 　　　 Tibet Plateau (1999-2007)

紅色箭頭是He等 [25]觀測結果；黑色海灘球是M W≥6的哈佛震源機制解；灰色海灘球是5≤M W<6的哈佛震源機制解 圖4　1999—2007年(黃色)與2009—2011年(綠色)兩時段的GPS速度場數據對比(參考塔里木塊體) Fig.4　Comparison between GPS velocity field during 1999-2007 (yellow) and 2009-2011 (green)(Referring to Tarim block)

1999—2007年間位于西昆侖地塊內的阿克賽欽盆地新藏公路附近的GPS觀測點，與He等[25]2009—2011年間沿車爾臣河段的GPS觀測剖面之間距離約600 km，拉張量約8～10 mm/a；而與2009—2011年間的觀測數據對比發現拉張量值擴大到11～13 mm/a(圖4)，這可能與2008年于田地震同震及震后形變過程有關。同樣，青藏高原西南緣西藏阿里南部地區GPS觀測點相對于塔里木盆地在500 km存在約10 mm/a左旋剪切量，但無明顯的逆沖分量。我們發現藏南地區的GPS速度矢量相對于塔里木地塊的運動學狀態與阿爾金斷裂左旋走滑運動狀態具有顯著同步性和匹配關系，并且少有明顯的逆沖過程，僅在昆侖山北坡阿爾喀山鯨魚湖到阿爾金斷裂南側祁漫塔格山有微弱的逆沖過程，與柴達木盆地西南緣和花土溝背斜的地形地貌特征具有顯著匹配關系。

分析He等[25]公布的相對于塔里木地塊的GPS速度場(圖3、圖4)，發現阿爾金斷裂的南側GPS速度矢量顯示出一致性，未有明顯的平行于走滑斷裂的速度差異及顯著逆沖分量，說明這條GPS速度剖面在阿爾金斷裂南側的站點可能均處于同一塊體內部，未跨過塊體邊界斷裂帶到達羌塘塊體，這就可以為界定巴顏喀拉塊體和柴達木塊體的邊界提供依據，可能此剖面是跨塔里木塊體和柴達木塊體的觀測剖面。結合2009—2011年同期的“中國地殼運動觀測網絡”GPS觀測資料，發現此剖面最南端的觀測結果與其西側的GPS速度矢量基本一致，但與同剖面相鄰北側站點出現明顯差異，說明兩套數據的觀測質量滿足要求，且能夠反映出青藏高原內部地質構造相對復雜。此區域可能與1997年瑪尼地震震后形變過程有關。

分析跨康西瓦斷裂2008年于田地震后的GPS速度場矢量。1999—2007年間的數據顯示和田附近的站點相對于塔里木地塊具有擠壓逆沖分量，但2009—2011年的數據則表明其具有明顯的向西運動趨勢，康西瓦斷裂到阿爾金斷裂車爾臣段之間受到于田地震和汶川地震共同影響，明顯處于強烈的拉張構造環境下。同時分析跨西昆侖地塊和塔里木盆地之間GPS速度場，發現康西瓦斷裂具有3～5 mm/a左旋剪切分量，基本與地質學滑動速率一致[11，13]，因此斷裂閉鎖程度較低。普魯斷裂也可能具有約5 mm/a的左旋剪切分量，王凡等[45]認為2008年于田地震可能觸發了普魯斷裂淺部的左旋滑動。分析跨2014年于田地震破裂段的GPS速度走滑分量，從圖3的黑色圖框可以發現此斷裂段在震前可能處于明顯的閉鎖狀態，其滑動速率僅有2～3 mm/a，且南北向也存在1～3 mm/a的拉張分量，明顯小于康西瓦斷裂的滑動速率5 mm/a和車爾臣段的9 mm/a[25]，因此具有斷裂段破裂的必要條件。可見，沿阿爾金斷裂確實存在分段閉鎖破裂的可能性。上述斷裂的拉張環境和斷裂閉鎖狀態與我們構建的跨斷裂的孕震模型基本一致。

2008年3月21日于田地震和2008年5月12日汶川地震發生后，整個覆蓋青藏高原西部的GPS速度場發生明顯的運動學變化，可能預示著動力學環境也發生明顯變化。通過后期觀測數據可見，沿喀喇昆侖斷裂東北側的新藏公路一線到阿里地區，NE向擠壓運動明顯減緩，但拉張運動明顯增強，其原因是否與興都庫什塊體俯沖運動導致巖石圈變化有關，仍是一個值得深入研究的科學問題。

3.2青藏高原西部震源機制解揭示的新構造運動環境

研究區域震源機制解能夠反映相關發震斷裂破裂方式、區域塊體劃分及地殼構造運動狀態。圖5給出了自1976年以來哈弗矩張量目錄5級以上的覆蓋青藏高原西部的震源機制解分布圖像。從2008年于田地震發震斷裂以西的西昆侖地塊看，北部主要是逆沖型地震，西部主要是喀喇昆侖斷裂及次生斷裂的走滑型地震，較少有明顯的拉張型地震。同樣，沿著由西向東方向拉張型地震分布勾畫出的紅色區域就是青藏高原西部逆沖型、走滑型地震轉換為拉張型地震的主要區域，這一區域是基本平行于喀喇昆侖斷裂的主要以正斷層機制地震的覆蓋區，也是興都庫什塊體俯沖影響青藏高原西北部變形、喜馬拉雅逆沖俯沖帶北東向擠壓造成青藏高原西部拉張構造環境的形成，由刁桂苓等[46]給出的青藏塊體矩張量最佳雙力偶解投影也揭示了類似的區域特征。

萬永革等[26]討論了2008年于田地震正斷層機制的構造因素，認為阿爾金斷裂的左旋走滑速率較大而喀喇昆侖右旋走滑速率較小，導致貢嘎錯斷裂呈現左旋張扭的運動模式，致使該震源區呈現東西向拉張的應力狀體，且認為于田地震對龍門山斷裂產生的庫侖破裂應力變化幾乎為零，需考慮動態應力觸發的影響；刁桂苓等[46]認為2008年于田地震及余震的震源機制解主要是以正斷層類型為主，表明拉張作用一直存在，巴顏喀拉塊體的東西運動最終在塊體的東邊界發生了汶川逆沖型地震。目前看這種長距離的兩個地震之間的觸發過程、動態應力觸發仍未有定量描述。

圖5　覆蓋青藏高原西北部、帕米爾高原、喀喇昆侖山脈及喜馬拉雅山脈等地區的震源機制解與地形地貌圖 Fig.5　Topographic map and focal mechanism solutions in the Northwestern Tibetan Plateau, Pamir, Karakoram 　　　 Range,and Himalayas Range

萬永革等[26]等認為2008年于田地震東側的活動塊體為柴達木塊體，而鄧起東等[40]、刁桂苓等[46]均認為地震與巴顏喀拉塊體有關。因此，柴達木塊體與巴顏喀拉塊體的邊界目前看仍較為模糊，而東昆侖斷裂帶西延的問題對于劃分巴顏喀拉塊體和柴達木塊體有重要指示作用。通過作者兩次對昆侖山北坡祁漫塔格山、阿爾喀山及鯨魚湖附近的野外斷裂考察，并未發現明顯的走滑斷裂活動痕跡，可能上述地區仍屬于古柴達木盆地構造系統。同樣，通過He等[25]的GPS觀測剖面速度場也反映類似特征，可以認為此剖面斷裂南側的觀測站點可能位于同一塊體內部。因此，本文傾向于將2014年于田地震東側塊體劃分為柴達木塊體，以便能更好地認識區域地震危險性。

圖6　于田兩次7.3級地震及余震分布與地震 　　　發震構造分布圖 Fig.6　Distribution of mainshock,aftershock,and seismogenic 　　　 structure of the two Yutian M S7.3 earthquakes

42014年于田7.3級地震發震構造與區域地貌形態關系分析

4.12014年7.3級地震及余震分布與兩次7.3級地震發震構造關系討論

由圖6(a)所示，2008年于田MS7.3地震主震及余震沿著慕士塔格峰東側的小型裂谷分布。由主震及余震的哈佛震源機制解結果可知，地震事件均呈現正斷性質兼有微弱走滑性質，且線性分布；在阿什庫勒盆地北側邊界張性走滑斷裂上也產生了左旋走滑剪切破裂事件。通過對ASTER高精度DEM地貌解譯，發現此張性走滑斷裂與2014年MS7.3地震的推測發震主斷裂在空間上可能處于“相連貫通”狀態[如圖6(a)中虛線所示]，因此存在相鄰閉鎖斷裂段庫侖應力觸發破裂的現象。青藏高原周邊地震也存在類似觸發情況，如2008汶川地震后在2013年龍門山斷裂相鄰南段發生四川蘆山7.0級地震及甘肅岷縣漳縣6.6級地震。對比兩者，發現庫侖應力觸發時間間隔在5～6年左右，可能與大地震震后黏彈性松弛過程有關，但結論仍需要相關GPS震后觀測結果來驗證。

通過分析于田2014年2月11日MS5.4、12日MS7.3和12日MS5.7三個大于5級的地震，發現儀器定位震中與中國地震局地震預測研究所通過高分-1號影像發現的地表破裂位置有偏差[圖6(b)中黑色虛線圖框]，推測可能在西側仍存在走滑型地表破裂帶，這仍需要通過現場破裂帶調查等工作驗證。分析2008年與2014年兩次7.3級地震，發現小型裂谷內的正斷破裂和阿什庫勒盆地北側左旋走滑破裂，有利于硝爾庫勒盆地內部左旋走滑斷裂的應力累積。萬永革等[26]通過庫侖應力研究結果也驗證了類似結果。圖6(b)的紅色虛線圖框為中國地震局地震預測研究所通過“高分一號”衛星影像數據發現的此次地震的地表破裂帶，其具有明顯的正斷裂地表破裂印跡，但未發現具有明顯走滑性質的地表破裂帶，與此次地震的震源機制解存在矛盾。此次地震破裂過程，通過震級估算可能會出現約1～1.5 m的左旋走滑破裂帶及0.5 m的垂向位移。

4.2火山地貌、現代冰川侵蝕與區域地形地貌分布

柴達木地塊南緣邊界的東昆侖斷裂一線附近發育有明顯的火山活動遺跡，沿阿爾金斷裂南側200 km的慕孜塔格峰到2001年昆侖山地震西段的鯨魚湖附近均發育有新近紀以來的火山遺跡。慕士塔格峰與東慕士塔格峰是本區域內兩個海拔最高的地貌構造，兩個隆起之間具有裂谷斷陷運動模式的發育構造特征，同時正斷裂構造特征也有利于新近紀及現代火山群的噴發、現代火山地貌的形成。現代活火山與巖漿活動可能會觸發此區域內的斷裂破裂及強震發生，例如，阿什庫勒火山群東側100～200 km范圍內發生了2014年MS7.3地震，而在2001年東昆侖地震地表破裂最西段也存在鯨魚湖火山群(處于昆侖山北坡)，可能預示著中下地殼的巖漿活動會觸發走滑型大型地震發生。上述兩處火山群均處于大型塊體的邊界拉張轉換構造部位，巖石圈沿柴達木盆地的南側邊界存在新生代以來巖漿熱液流動的可能性。因此青藏高原內部的變形及形成機理具有非常復雜的過程，走滑兼有正斷型的地震孕育過程及斷裂轉換構造模式是現今地殼形變和地震破裂過程的研究重點。

對比分析克爾牙裂谷的衛星影像和DEM，發現DEM顯示出裂谷南北兩側均比較平坦，但衛星影像中北側明顯、南側不明顯。這主要是因為裂谷南段主要是現代冰川侵蝕地貌，地表物質處于高速運動遷移狀態，具有明顯的冰川夷平作用，衛星影像未能有效觀測出隆升構造單元及裂谷單元的構造運動狀態；而裂谷北段則主要是河流、沖洪積扇及正斷裂構成的盆地地貌形態，未有明顯的冰川侵蝕地貌，衛星影像能夠明確反映區域拉張構造運動對區域地貌的影響。北側裂谷與此次地震的硝爾庫勒盆地可能正處于即將貫通的運動學狀態。

4.3克爾牙張性裂谷拉張環境的形成機制及區域構造演化歷史

克爾牙裂谷是慕士塔格峰附近典型的拉張性構造地貌單元，也是西昆侖塊體和柴達木塊體的分界線，與阿什庫勒盆地和硝爾庫勒盆地共同構成了此區域的拉張構造地貌環境，對慕士塔格峰和東慕士塔格峰等隆升構造地貌具有夷平作用。我們通過裂谷地貌單元拼移方法估計了此裂谷的拉張量(圖7)，并結合現今GPS速度場估計了拉張速率(可以理解為長期構造應力加載過程)和拉張起始年代，最后討論了青藏高原北部大尺度范圍內的變形時間節點。

圖7　克爾牙張性裂谷拉張及其形成機制模型 　　　解釋圖 Fig.7　Terrain interpretation and mechanics pattern of 　　　 the Kerya river extension rift near Dong Muztag

通過現今GPS速度場觀測，發現跨普魯斷裂的塔里木盆地到青藏高原北部的慕士塔格峰之間可能具有5～7 mm/a的走滑位移量。He等[25]認為阿爾金斷裂車爾臣河斷裂段的左旋滑動速率約為8～9 mm/a，而且兩者之間相距約260 km，因此估算出慕士塔格峰與東慕士塔格峰(Dong Muztag)之間的拉張速率為1～2 mm/a。而且通過拼移東慕士塔格峰構造單元，發現克爾牙張性裂谷寬度在10～15 km，北向推擠量并不明顯，約1～3 km[見圖7(b)、(c)]。我們認為克爾牙張性裂谷拉分裂張起始時間可能是15～8 Ma之間，可能對應青藏高原晚新生代隆升構造變形6次主要構造事件(13.5、8、4.3～3.6、2.8～2.2 Ma)中的某一次；且認為克爾牙張性裂谷的演化啟示時間可能與位于青藏高原中北部的雙湖地塹的起始時間一致，約為13.5 Ma。此裂谷與臨近的硝爾庫勒盆地在方向上可能是一致的，兩個構造地貌具有貫通趨勢。上述估算對于認識青藏高原西北部的晚新生代構造變形有一定的參考意義。

但有更多證據，如Chang等[47]通過對阿爾金斷裂中段索爾庫勒盆地的上新世沉積地層古地磁研究，認為在3.2 Ma左右阿爾金斷裂中段存在一次構造變形活動和快速隆起過程。青藏高原北部在3.4 Ma左右存在一次大范圍快速剪切運動導致高原北部西段的拉張沉陷構造作用、阿爾金斷裂中段花土溝背斜的快速隆升及東段的祁連山地區的局部快速隆升構造作用，如榆木山隆升等。通過結合分析兩者研究結果，可以發現估計的克爾牙張性裂谷13.5 Ma起始時間與北部大范圍的3.4 Ma可能存在沖突，仍需進一步研究。

5結論與討論

本文在高分辨率數字高程地形模型數據分析的基礎上，結合覆蓋青藏高原西部、塔里木盆地1999—2007年和2009—2011年兩期GPS觀測速度場數據，對2014年于田MS7.3地震在區域強震孕育環境、地殼運動學狀態、區域地貌構造特征及區域地震危險性方面進行分析得到如下認識：

(1) 西昆侖塊體、柴達木塊體與塔里木塊體等剛性塊體的相對運動控制了青藏高原西北部前緣部位的構造變形。在青藏高原北東向擠壓過程中，西昆侖塊體與塔里木盆地之間存在明顯擠壓過程，而柴達木塊體與西昆侖塊體之間則是明顯的拉張構造環境。通過“地形剖面”方法也揭示出了慕士塔格峰周邊區域的強震孕育環境，山脈西側主要是擠壓構造運動，而山脈東側主要是裂谷發育和拉張構造環境。通過對比發現，2014年于田7.3級地震與周邊強震孕育的關系與鄂爾多斯地塊南緣構造環境類似，在西南側以逆沖擠壓為主，東南側則以張性斷陷盆地變形為主，只不過兩者所處的海拔高度不同、構造單元大小不同。而克爾牙裂谷與汾渭地塹的變形過程類似。

(2) 現今青藏高原地殼運動學狀態是通過不同活動塊體的差異性運動造成的。將前后兩期GPS觀測數據旋轉到相對于塔里木塊體的參考框架下，對比發現在塔里木盆地、阿爾金斷裂中西段和天山造山帶南緣地區均具有較好的吻合度；但在東昆侖斷裂南側的巴顏喀拉塊體內部，發現兩期的觀測數據有明顯的運動學方向改變，2009—2011年數據更多地沿著龍門山斷裂方向運動，可能與2001年昆侖山地震、2008年汶川地震和2010年玉樹地震三個地震震后斷裂帶黏彈性松弛變形導致整個高原形變場發生明顯改變有關；沿青藏公路的羌塘塊體內部的觀測數據顯示兩期數據并未有明顯改變，而沿新藏公路的觀測數據發現興都庫什塊體對青藏高原西南部的擠壓作用可能放緩。2009—2011年的GPS觀測數據顯示在尼瑪到阿里之間的改則縣附近82°～84° E范圍內產生明顯的拉張作用[見圖4(d)圖框]，因此應關注上述高原內部地區正斷型強震的發生。

(3) 前人認為康西瓦斷裂帶曾發生過強震，產生了較長的地表破裂帶，其地震危險性較低；而此次地震的東北側也在1924年發生兩次7.3級地震，在1924年兩次民豐MS7.2地震與2008年于田MS7.3地震之間的地震空段發生了2014年于田地震，因此沿阿爾金斷裂西南段的硝爾庫勒盆地到民豐東地震危險性較低。未來在2008年與2014年兩次于田地震所處區域到2001年東昆侖斷裂之間可能會發生類似的強震，從民豐到車爾臣段由圖4剖面b所示的GPS矢量估計斷裂現今滑動速率<5 mm/a，明顯小于地質學滑動速率，斷裂可能處于閉鎖狀態，具有較高的地震危險性，需更多GPS觀測數據驗證此結論。此次地震具有正斷裂到走滑斷裂的破裂方式轉換，可能預示著此次破裂東部400 km范圍內的走滑斷裂和逆沖斷裂具有較高的地震危險性，對柴達木地塊的地震危險性影響大于巴顏喀拉地塊。我們發現2008年后的于田地震、汶川地震、玉樹地震等對于調整青藏高原中西部的地殼形變有著重要的作用。此次地震破裂的動力學來源可能是興都庫什塊體俯沖作用導致西昆侖地塊北東向運動，導致斷裂產生明顯的剪切作用，同時喜馬拉雅俯沖帶的北東向擠壓在青藏高原中部產生了大范圍拉張構造環境。

致謝：感謝國家重大科學工程“中國地殼運動觀測網絡”提供的GPS 數據；感謝中國地震局地球物理研究所在震后應急階段網絡公布的震源過程資料。北京大學地空學院羅旭巍、賀鵬超等博士研究生參加了阿爾金中段連續GPS野外觀測計劃的野外工作，中國地震局地質研究所鄭德文研究員、鄭文俊研究員和王偉濤副研究員阿爾金斷裂中段野外地質工作也給予指導，在此一并表示感謝。

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