2015年尼泊爾8.1級地震與喜馬拉雅弧的歷史地震研究

杜方　旦增　朱德富　土登次仁　益西拉姆　曹華文　米瑪次仁　梁明劍

摘要：2015年4月25日在喜馬拉雅弧的尼泊爾博克拉發生8.1級大地震，2015年4月25日至5月12日相繼發生尼泊爾7.0、7.1和7.5級大震。根據西藏地震臺網資料和收集到的國內外相關資料，分析了尼泊爾8.1級地震的基本參數、余震分布、序列衰減以及喜馬拉雅弧的歷史破裂等特征。結果表明：尼泊爾8.1、7.0、7.1和7.5級地震的震源力學機制均顯示為低傾角的純逆沖性事件，破裂面走向平行于NWW-SEE的喜馬拉雅邊界，以5°～11°傾向北；從定性的角度分析，尼泊爾8.1級地震可判定為獨特的主-余型地震，其余震分布長軸走向顯示與喜馬拉雅主邊界走向一致，密集區NWW-SEE向長軸和S-N向短軸大約分別為200km和150km；估計2015年尼泊爾8.1級地震破裂尺度與1833年尼泊爾加德滿都北部大震相當，比1934年的尼泊爾-印度（比哈爾邦）間大震略小。據歷史地震破裂空段推測，2015年尼泊爾8.1級地震破裂填充在1505年大震與1833年大震兩次歷史破裂之間的空段。

關鍵詞：尼泊爾8.1級地震；震源力學機制；主喜馬拉雅逆沖斷裂；歷史地震

中圖分類號：P315.7 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2016）02-0177-10

0 引言

2015年4月25日尼泊爾8.1級地震是發生在喜馬拉雅構造帶上的一次強破壞性地震。中國地震局發布的尼泊爾8.1級地震烈度圖（震災應急救援司，2015）顯示，尼泊爾8.1級地震的最大烈度為Ⅸ度及以上，等震線長軸呈NWW-SEE走向，與發震段的喜馬拉雅構造帶走向基本一致。據中國地震局網站公布：中國境內地震烈度圖是根據中國地震局現場工作隊實地調查的數據進行評定和繪制的：中國境外地震烈度圖是根據震源機制解、震源破裂過程、地質構造、建筑破壞特征等地球物理、地質、工程結構等分析資料，結合衛星遙感震害解譯和中國國際救援隊調查數據進行估計和繪制的。尼泊爾8.1級地震斷裂跡線位于中國境外，沒有考察到本次地震地表破裂帶：中國地震局地質研究所（2015a）給出了此次地震初步的發震構造：國內外地球物理學家利用遠場體波地震資料快速反演獲取了尼泊爾8.1級地震震源力學機制、震源破裂過程（中國地震臺網中心，2015；中國地震局地質研究所，2015b；中國地震局地球物理研究所，2015；中國地質科學院，2015；中國科學院測量與地球物理研究所，2015b；美國地質調查局，2015；德國勘測中心的地球科學研究中心，2015；法國GeoScope項目，2015），結果顯示地震破裂分量主要以逆沖方式破裂，矩震級M_W7.8，地震中規模最大、最主要的一次破裂事件向震中東南方向傳播。

尼泊爾8.1級地震發生在喜馬拉雅構造中段的歷史破裂空段，在地震破裂區的兩側顯示歷史破裂：西北側是1505年尼泊爾西的羅木斯塘（LoMustang）的M8.6（M_W≥8.2）地震，該地震的離逝時間已經長達510a；東南側是1833年8月26日尼泊爾M_W7.7地震。據國際地學專家研究資料顯示，1505年和1833年兩次歷史地震間的剩余破裂空段有近200km（Ambraseys，Douglas，2004；Bilham，Ambraseys，2005）。2015年尼泊爾8.1級地震的發生是否正好在剩余破裂空段？其主震和余震的震源力學機制、破裂過程以及余震空間展布和衰減等特征怎樣？值得探討。

1 地震基本參數與震源破裂特征

1.1 地震基本參數

2015年4月25日14時11分，在中國一尼泊爾交界發生8.1級大地震，震源深度20km。震中距離尼泊爾首都加德滿都約80km，距離中國邊境僅45km，中國境內的西藏自治區吉隆縣距震中約95km，聶拉木縣距震中約125km。

世界各地機構測定和公布的“4·25”尼泊爾地震震級測定面波震級在7.4～8.1級之間（表1）。例如：美國國家地震信息中心（NationalEarthquake Information Center，NEIC）（2015）給出Ms7.9（Mw7.8）；法國歐洲-地中海地震中心（Centre Sismologique Euro-Mediterraneen，CSEM）公布為Mw7.8；俄羅斯科學院地球物理勘測局（GS RAS Geophysical Survey，Russia Academy of Sci-ence，Obninsk，Russia，GSR）根據俄羅斯地震臺網測定為M_S7.9（Mb6.8）；德國勘測中心的地球科學研究中心（Deutsches GeoForschungsZentrum，GFZ）給出M_S7.4；英國地質調查局（British Geo-logical Survey，BGS）測定為M_S7.8：德國格拉芬堡地震臺陣地震中心觀測站（Seismological CentralObservatory，SZGRF）測定為M_S7.5等。

尼泊爾8.1級地震震源深度測定顯示震源淺（表1），在全球收集到的9個機構測定參數中，除法國GeoScope項目給出是29km比較深外，其余8個機構測定深度在10～20km間（平均值為13.13km）。

1.2 震源力學機制

根據世界各地科研機構測定震源機制解數據顯示（表2），尼泊爾8.1級主震的發震斷層為一條走向290°～323°、向北傾斜5°～11°的低傾角斷裂，滑移矢量近乎垂直于發震斷層面的走向，這表明該段的斷層為低角度逆沖性質斷層，與尼泊爾8.1級主震所在區段的喜馬拉雅主邊界斷裂（Main Boundary Thrust，MBT）性質相符，由此推斷尼泊爾8.1級地震為逆沖型地震。據USGS公布矩心矩張量（Centroid Moment Tensor-Mwc，數據源GCMT¹）解算結果顯示：斷層面參數293°/7°/108°，顯示為NWW-SEE走向，與喜馬拉雅主邊界斷裂走向相符合，傾角為7°，滑動角108°，顯示與喜馬拉雅主邊界斷裂在該區段的斷層面向北傾相符合，節面I為發震斷層面，最佳擬合深度12 km，矩震級M_W7.86。

尼泊爾8.1級地震的矩震級平均為M_W7.81（表2）。收集國內外4個機構給出的矩震級，結果均在M_W7.76～7.86之間，釋放的地震矩為（5.449～10）×10²⁰N·m（表3）。美國地質調查局公布的不同震相和不同數據源獲得的3個地震矩結果為（5.449～7.759）×10²⁰N·m，德國勘測中心的地球科學研究中心矩張量解獲得的地震矩為10×10²⁰N·m。由此可見，尼泊爾8.1級地震矩震級為M_W7.8。

收集尼泊爾8.1級地震較強余震反演結果（表3），2015年4月25日7.0級、4月26日7.1級和5月12日7.5級余震均顯示為逆沖性質。斷層面參數NWW-SEE走向顯示均與喜馬拉雅主邊界斷裂走向相符合；傾角和滑動角顯示與喜馬拉雅主邊界斷裂構造斷層面向北傾相符合；4月25日7.0級余震最佳擬合深度在15.8～19.5km，4月26日7.1級余震最佳擬合深度在17.4～25.5km，5月12日7.5級余震最佳擬合深度在12.0～15.5km，3次強余震震源深度與8.1級主震深度相當。

2 尼泊爾8.1級地震序列特征

2.1 余震衰減特征

據西藏地震臺網測定，2015年4月25日尼泊爾8.1級地震（主震M_W7.8）發生后，截至8月10日，尼泊爾地震震區共記錄M≥3.0余震368次，其中：7.0級以上地震4次（含8.1級主震），6.0～6.9級地震2次，5.0～5.9級地震24次，4.0～4.9級地震216次，3.0～3.9級地震122次，最大余震為5月12日15時5分發生在尼泊爾的7.5級（M_W7.3）地震，根據4月25日～8月10日西藏地震臺網的記錄，并對比NECI記錄，將此次地震序列目錄列于表4，主震與最大余震差0.6級。余震優勢分布大致為NWW-SEE，與地震等烈度線長軸方向基本吻合，詳見中國地震局發布的尼泊爾8.1級地震烈度圖（震災應急救援司，2015）。

此次地震余震數量不多，根據震后3個多月的記錄統計，M_L≥2.0余震為410余次。由于西藏地震臺網偏于余震區域一側，考慮余震記錄范圍，選取4.0級以上余震分析衰減特征（圖1）。從時間進程上看，序列的發震時刻相對集中在主震和7.0級以上強余震發生的3日內，序列在主震和強余震后快速衰減，8.1級主震震后3天發生的4.0級以上余震達106次，7.5級地震后3天發生的4.0級以上余震71次。主震和強余震后3日發生的4.0級以上地震序列占統計108天序列總量的72.54%。序列總體顯示余震頻次不高、能量釋放有起伏、余震衰減迅速、余震活動時間不長等特點。圖1所示序列M-T圖、N-T圖和蠕變釋放曲線也體現了這些特點。

從定量的角度分析，地震序列類型判定準則主要有震級差、能量比以及余震頻次等。尼泊爾8.1級地震序列中最大地震M_主=8.1（M_W7.8）與次大地震M_次=7.5（M_W7.3）的震級差△M=M_主-M_次=8.1-7.5=0.6（M_W7.8-7.3=0.5），若根據地震序列類型判定震級差準則△M≤0.7，可判定為震群型；序列中最大震級M_主=8.1釋放的地震波能量E_主與全序列（108天的記錄）總能量E_總之比E_主/E_總=58.63%，若根據地震序列類型判定能量比準則E_主/E_總<90%，也可判定為震群型；尼泊爾8.1級地震的余震頻次不豐富，若根據地震序列類型判定余震頻次準則，序列不屬于主-余型，定量顯示為多震型（震群型）。由此，可根據地震序列類型定量準則判定尼泊爾8.1級地震類型為震群型。

從定量的角度分析判定尼泊爾8.1級地震類型仍存在一些問題，原因是上述地震序列類型判定震級差、能量比以及余震頻次等準則的統計數據來源于點源破裂的中強地震統計結果，而對于板塊邊界的上百千米面破裂的巨大地震是否能簡單套用還值得思考。

從定性的角度分析，2015年4月25日尼泊爾8.1級地震可判定為主一余型地震。定性的角度分析尼泊爾8.1級地震應該更符合破裂實際，此次尼泊爾8.1級地震的余震數量雖不多，但震后3個多月的記錄統計表明，M_L≥2.0余震為410余次，余震平面分布可勾繪出破裂范圍：強余震的分布也顯示8.1級地震的破裂區域和方向，尼泊爾8.1級地震發生后緊跟的7.0級強余震就在起始破裂附近，而7.1級和7.5級強余震均位于破裂終止的東南端部區域：余震序列的發震時刻相對集中在主震和7.0級以上強余震后的3日內，主震和強余震后余震序列均顯示衰減迅速，主震和強余震后3日內4.0級以上序列余震占108天序列總量的72.54%。由此可見，2015年4月25日尼泊爾8.1級地震可定性分析確定為主一余型地震。

2.2 余震空間分布特征

結合2015年4月25日～8月10日的西藏地震臺網記錄，并對比NEIC記錄，將尼泊爾8.1級地震M_L≥3.0余震序列特征列于圖2：空間上，余震區集中分布呈NWW-SEE走向，與喜馬拉雅主邊界斷裂構造走向一致，余震分布密集區位于喜馬拉雅主邊界斷裂帶構造跡線西北一側。余震分布區長軸呈NWW-SEE走向，展布約200km，北西起自尼泊爾的婆羅多布爾北區域，南東達尼泊爾的卡馬拉邁北區域；短軸約150km，西南起于尼泊爾加德滿都西南區域，東北延伸至我國西藏的聶拉木縣。強余震的空間分布顯示破裂空間基本平衡：尼泊爾8.1級地震破裂過程呈現沿喜馬拉雅主邊界斷裂帶構造跡線向東南方向單側破裂，除14時45分發生的7.0級強余震位于主震起始破裂附近外，4月26日7.1級和5月12日和7.5級地震均位于主震破裂的東南端，使得200km的破裂趨于平衡。序列時間進程上，主震發生后3日內和5月12日最大強余震后3日內，余震活動比較活躍；4月28日～5月11日期間，3.0級以上余震的發震時間間隔逐步拉長，5月12日15時5分發生7.5級最大余震，最大余震發生后余震頻次繼續衰減；5月16日19時34分余震區發生5.6級地震，在衰減的同時顯示余震強度有所起伏。

分析余震深度可知：依據西藏地震臺網數據，并對比NEIC測定深度結果（表4），余震深度基本分布在10km左右，符合喜馬拉雅主邊界斷裂帶構造的低角度俯沖。震源機制解顯示（表2、3）：尼泊爾8.1級主震發震構造的節面Ⅰ面傾角約為7°，7.1和7.5級兩次強余震的發震構造面也為7°～12°的低傾角，可見與傾向北的喜馬拉雅前緣、主邊界和主中央逆沖斷裂等匯聚于低角度主喜馬拉雅逆沖斷裂的俯沖錯動作用的結果相吻合。

3 尼泊爾8.1級地震與喜馬拉雅歷史破裂

在印度板塊與歐亞板塊的碰撞擠壓下，形成了綿延2800km的板塊邊界弧形匯聚帶——喜馬拉雅碰撞帶。喜馬拉雅碰撞構造帶西起巴基斯坦北部，經印度西北部、尼泊爾、不丹，東至中一印-緬交界。2015年尼泊爾8.1級地震發生于喜馬拉雅碰撞帶中段，在喜馬拉雅碰撞帶中段由系列近平行的逆沖型斷裂帶、滑脫帶和縫合線自南向北展布：喜馬拉雅前緣逆沖斷裂（HimalayanFrontal Thrust，HFT）、主邊界逆沖斷裂（MainBoundary Thrust，MBT）、主中央逆沖斷裂（MainCentral Thrust，MCT）、藏南滑脫帶（South TibetDetachment，STD）和雅魯藏布江縫合線，匯聚于主喜馬拉雅逆沖斷裂（Main Himalayan Thrust，MHT）。逆沖斷裂系（HFT、MBT和MCT）與藏南滑脫帶（STD）構造活動為低傾角的逆沖斷裂與正斷層活動，逆沖斷裂系與藏南滑脫帶之間的擠壓匯聚區域巖體被斜向擠出，形成世界的最高峰——珠穆朗瑪峰。據許多學者所研究的自北向南的喜馬拉雅主中央、主邊界、主前緣逆沖斷裂的活動是一次自古至今的活動演變。

2015年尼泊爾8.1級地震發震為低傾角的主喜馬拉雅逆沖斷裂（MHT），余震區集中分布在8.1級主震東南面，呈現的NWW-SEE走向與喜馬拉雅主邊界斷裂構造走向一致，余震分布密集區位于喜馬拉雅主邊界斷裂帶（MBT）構造跡線北一側，深度與主喜馬拉雅逆沖斷裂（MHT）相符合：余震分布區長軸呈NWW-SEE走向，展布約200km，估計破裂尺度與1833年大地震相當，比1934年的大震略小，1934年的大地震沿喜馬拉雅主邊界斷裂帶破裂尺度為200～300km，南北延伸150km（chander，1989）。

喜馬拉雅碰撞構造帶主要的大地震的發震構造位于主邊界逆沖斷裂（MBT）與主中央逆沖斷裂（MFT）之間。2015尼泊爾8.1級地震破裂發生在歷史大震的破裂空段（圖3），即在1505年與1833年兩次歷史破裂之間的空段。

在2015年尼泊爾8.1級地震破裂的西北端相連的主要大震破裂是1505年6月6日尼泊爾西的羅木斯塘（Lo Mustang）M8.6地震破裂段（矩震級M_W≥8.2），沿喜馬拉雅碰撞構造帶破裂達500～600 km（Jackson，2002；Ambraseys，Jackson，2003：Bilham，2004），截至2015年，1505年尼泊爾西的羅木斯塘（Lo Mustang）的M8.6（M_W≥8.2）地震的離逝時間已經長達510a；向西相鄰的大震破裂是1803年9月1日印度北方邦（Ut-tarPradesh）的Mw8.1地震；大約1400年至1500年間（1413年）M≥8地震破裂尺度至少為400km（Wesnousky et al，1999；Kumar et al，2001）；繼續往西是1905年4月4日印度喜馬偕爾邦岡格拉（Kangra）M_W7.8地震（Chander，1988）：最西端是1555年9月印度斯利那加（srinagar）M_W7.6和2005年10月8日巴基斯坦7.8級地震。

與2015年尼泊爾8.1級地震破裂的東南端相連的主要大震破裂是1833年8月26日尼泊爾（Nepal）M_W7.7地震（Ambraseys，Douglas，2004；Bilham，Ambraseys，2005）和1934年1月15日尼泊爾-印度（比哈爾邦）間（Nepal-India Bihar）Mw8.1地震：向東的區域，多種研究記錄顯示大約為1100年至1300年間（1255年）的地震破裂，M≥8地震破裂尺度可能至少200km，在尼泊爾東部的正面推擠破裂可能是對應1255年摧毀加德滿都的地震（Bilham，Ambraseys，2005：Bilham，2004：Jouanne et al，2004；Feldl，Bilham，2006）：繼續向東是1897年6月12日印度阿薩姆Ms8.7地震破裂達550 km（seeber et al，1981）；再向東是1947年7月29日印度阿薩姆（India Assam）M_W7.3地震：最終到達喜馬拉雅弧東端的1950年8月15日中國西藏與印度阿薩姆間（Tibet-Assam）的西藏察隅M_W8.5地震。

在喜馬拉雅碰撞構造帶上，除上述主要大震破裂外，還發生有系列7級以上地震（表5），圖3中五角星標識的是歷史強震，這些強震的破裂尺度不及上述主要的歷史破裂。

4 討論與結論

尼泊爾8.1級地震震源力學機制、破裂過程以及余震空間展布序列特征顯示：

尼泊爾8.1、7.0、7.1和7.5級地震的震源力學機制均顯示為低傾角的純逆沖破裂性質。尼泊爾8.1級地震和余震震源深度分布在5～15km范圍，震源淺，與主喜馬拉雅逆沖斷裂（MHT）深度相吻合：主震和余震的機制解的節面Ⅰ的NWW-SEE走向顯示與喜馬拉雅主邊界斷裂走向相符合，傾角在7°～10°：說明主震8.1級和7.0、7.1和7.5級余震均發生在低緩的主喜馬拉雅逆沖斷裂（MHT），滑動角為110°左右，由此可推斷主震和強余震均為純逆沖斷層作用的結果。

2015年4月25日尼泊爾8.1級地震可定性判定為獨特的主一余型地震。尼泊爾8.1級地震序列的震級差、能量差和明顯起伏的能量釋放具有震群型地震特點，而余震頻度不高、衰減迅速和活動的持續時間短又使得這次地震不具有震群型地震特點。雖然尼泊爾8.1級地震序列似乎可定量判定為震群型地震，但也存在不符合震群型地震特點的一些矛盾。而從定性的角度分析，2015年4月25日尼泊爾8.1級地震的余震平面分布可勾繪出破裂范圍；M≥7.0的強余震的分布也顯示8.1級主震的破裂區域和方向；尼泊爾8.1級主震和3次M≥7.0強余震后3日發生的4.0級以上序列余震占108天序列總量的72.54%。因此，筆者傾向從尼泊爾8.1級地震的破裂方向、破裂范圍和強余震的分布等定性判定其為獨特的主一余型地震。

2015年4月25日尼泊爾8.1級地震破裂發生在歷史大震的破裂空段。尼泊爾8.1級地震的余震頻次雖不高，但據西藏地震臺網記錄，并對比NE-IC記錄，震后3個多月震區記錄410多次2級以上余震，余震分布密集區長軸NWW-SEE約200km，長軸走向顯示與喜馬拉雅主邊界走向一致，短軸南北向約150km；估計2015年尼泊爾8.1級地震破裂尺度與1833年尼泊爾加德滿都北部大震相當，比1934年的尼泊爾-印度（比哈爾邦）間大震略小。據歷史地震破裂空段推測，2015年尼泊爾8.1級地震破裂填充在1505年大震與1833年大震兩次歷史破裂之間的空段，與1505年和1833年大震破裂區段有部分重合。

筆者在尼泊爾8.1級地震現場工作中得到各方給予的有力支持；在本文撰寫過程中得到西藏自治區地震局給予極大的幫助；文中使用了相關網站公布的地震目錄、矩張量解等數據：本文修改采納了兩位審稿專家提出的建設性修改意見：本文編輯進行文字方面的悉心編輯加工，在此深表謝意。