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青藏高原1990年以來的MW≥6.5強震事件及活動構造體系控震效應

2024-03-29 07:50吳中海
地震科學進展 2024年1期
關鍵詞:青藏高原

[摘要]? ? 深入認識青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系作用下的強震活動特點及未來強震活動趨勢,對于區域防震減災具有重要科學意義。統計分析青藏高原及鄰區1900年以來的M≥6.0強震活動發現,青藏高原自1950年西藏墨脫—察隅8.6級大地震以來正處于新一輪相對緩慢的地震能釋放期,但1990年以來的強震發生率和地震釋放能顯示出逐步增高趨勢,并可能預示下一輪地震能快速釋放期的臨近?;顒訕嬙祗w系控震分析表明,青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系中的“多層次擠出-旋轉活動構造體系”構成了1990年以來新一輪MW≥6.5強震活動的主要控震構造,尤其是其中的巴顏喀拉擠出構造單元的強震活動最為顯著,指示其目前正處于構造活躍狀態,而且這一狀態可能仍將持續。綜合研究認為,在區域強震活動趨勢分析中,充分認識活動構造體系控震效應,將有助于更好地分析判斷區域未來強震時空遷移過程及最可能出現的構造部位??紤]到當前強震活動過程中,青藏高原“多層次擠出-旋轉活動構造體系”的未來強震活動趨勢仍會持續,需要重點關注擠出塊體邊界上3條大型左旋走滑斷裂帶,阿爾金—祁連—海原斷裂系、東昆侖斷裂帶和鮮水河—小江斷裂帶的未來強震危險性,其次是斷塊內部斷裂。

[關鍵詞] 青藏高原; 陸陸碰撞-擠出構造體系; 強震事件; 巴顏喀拉斷塊; 構造體系控震效應

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-170

0? 引言

青藏高原是全球平均海拔最高、變形最為強烈且規模巨大的陸內活動造山帶,也是喜馬拉雅—地中海地震帶上陸內強震活動強度與頻度最高的區域之一。統計青藏高原及周邊(21.943°N~40.647°N,75.674°E~110.127°E)自1900年1月1日—2023年8月30日的M≥6.0強震事件,結果顯示,在最近的約123年間,共發生M≥6.0強震383次,年均發生率約為3.1次/年。其中包括M≥6.5強震132次和M≥7.0強震57次,年均發生率分別約為1.1次/年和0.5次/年。由于青藏高原主體位于我國境內,而且地形地貌復雜,因而也是我國地震災害特別嚴重的區域之一。因此,深入了解青藏高原強震活動的活動構造體系控震特征及規律,對于更好地認識或判斷區域強震活動趨勢具有重要的科學意義。

1900年以來強震活動的M-t圖和地震累積釋放能曲線表明(圖1),以1950年西藏墨脫—察隅8.6級大地震為界,青藏高原及鄰區的強震活動經歷了兩個明顯不同的階段,之前的強震發生率(約3.2次/年)和地震累計釋放能相對高,而之后經歷了較長時期的低發生率(約2.8次/年)和地震能釋放過程。但在后一階段,以1988年云南瀾滄7.7級大地震為界,其后的強震發生率(約3.0次/年)和地震能釋放過程相比之前(約2.3次/年)又存在明顯增強趨勢(圖1)。特別是自1990年1月1日—2023年8月30日的近33年間,青藏高原(26.037°N~40.044°N,76.025°E~106.084°E)共發生MW≥6.5強震22次,年均發生率約0.7次/年,最大地震是2008年汶川MW7.9地震。據不完全統計,此輪強震活動至少造成逾101983人死亡失蹤,直接經濟損失超過1萬億元人民幣,其中我國境內的死亡失蹤人數和直接經濟損失分別占到近90%和93%,表明青藏高原強震活動對我國境內的影響特別顯著。因此,深入認識和分析青藏高原最新一輪的強震活動特點及未來強震活動趨勢,對于區域防震減災具有重要意義。

青藏高原是印度與歐亞板塊新生代期間持續陸陸碰撞造山過程的產物[1-2],第四紀期間發育了高密度的復雜活動斷裂體系[3-4],并具有典型的陸陸碰撞-擠出活動構造體系特征[4-6]。因此,從活動構造體系角度分析青藏高原最新一輪強震活動的控震構造特征,將有助于科學預判區域未來強震危險性。因此,這里重點針對青藏高原1990年以來最新一輪MW≥6.5強震過程分析其與陸陸碰撞-擠出活動構造體系的關系,了解陸內造山背景下“碰撞-擠出活動構造體系”的控震效應及特征,從而為科學判斷區域強震活動趨勢提供參考。

1? 1990年以來的青藏高原MW≥6.5強震活動基本特征

1.1? 數據來源

本文對青藏高原1990年以來MW≥6.5強震活動及其特征進行分析,主要涉及到地震、震源機制解、地震釋放能和活斷層等數據資料(圖2, 圖3)。強震數據搜集自美國地質調查局(USGS)相關網站(https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/),震源機制解采用了Global CMT Catalog(https://www.globalcmt.org)數據(前者用于圖2b,后者用于圖4)。地震釋放能(E)的計算采用了美國地質調查局的公式logE=5.24+ 1.44MW,先將矩震級(MW)換算為地震釋放能(E,單位:J),接著將結果轉換為E?/108(單位:J),然后再統計地震能釋放特征(圖3)?;顢鄬淤Y料的國內部分引自中國及毗鄰海區活動斷裂分布圖[4],境外部分為遙感解譯。制圖所用的數值高程影像(DEM)源自網站https://www.gscloud.cn/search。

1.2? 強震活動的基本特征

青藏高原1990年以來共發生MW≥6.5強震22次,空間上主要分布在青藏高原邊緣,其次是高原內部(圖2a)。震源機制解(圖2b)顯示,此輪強震活動的發震斷層包含了走滑型、逆斷層型和正斷層型3類。不同類型強震的空間分布和發生數量顯示(圖2b,圖3a),走滑斷層型地震數量最多,達10次,占比約45%,主要出現在高原邊緣地帶,包括西昆侖、祁連山、龍門山周邊及喜馬拉雅山一帶,高原內部主要出現在巴顏喀拉地塊周緣。逆斷層型地震數量次之,為9次,占比約41%,主要分布在高原南緣的喜馬拉雅和東緣的龍門山地帶,僅1次出現在柴達木盆地東部的共和盆地。正斷層型地震數量最少,為3次,占比約14%,出現在西昆侖南側、藏南和青藏高原東南緣的云南西北部。

強震M-t圖和地震累積釋放能曲線(圖3c)顯示,此輪強震活動過程中包含了3個較為明顯的地震能快速釋放期(對應地震累積釋放能曲線中的陡峭段落),從早到晚分別為: ① 1996—2001年,發生了1997年西藏瑪尼MW7.5和2001年青海太陽湖(昆侖山口西)MW7.8兩次大地震; ② 2008年前后,發生了新疆于田MW7.2和汶川MW7.9兩次大地震; ③ 2015年前后,發生了2015年尼泊爾MW7.8、MW7.3大地震??焖籴尫牌谥g是持續約7年的地震能緩慢釋放期。但自2015年的尼泊爾大地震至今,青藏高原一直處于地震能緩慢釋放階段,并已持續超過8年,這是否預示著即將出現下一輪快速釋放,值得進一步關注。

2? 強震活動的發震構造及特征

基于1990年以來22次強震事件的震中位置與震源機制解,進一步綜合這些強震事件的地表調查、地震波反演和同震形變觀測等調查研究結果,對強震活動的發震斷層及其性質和同震破裂相關參數進行系統梳理,從而獲得了此輪強震活動的發震構造信息(表1)。據此可將它們的相關特征歸納如下。

2.1? 逆斷層型強震的發震構造及特征

此輪強震包含9個逆斷層事件(表1,圖4),除1990年青海共和MW6.5地震的發震構造為共和盆地南部的隱伏北西西向左旋逆沖斷裂,屬柴達木斷塊內部強震事件外,其他8次強震都發生在青藏高原周緣的邊界逆沖構造帶上。其中6次出現在青藏高原南緣的喜馬拉雅主前緣逆沖斷裂帶的不同段落上,包括2015年的尼泊爾博克拉MW7.8及其兩次MW6.6、MW6.7強余震,尼泊爾珠峰登山者營地MW7.3地震,1991年印度代赫里MW6.8地震,1999年印度北安恰爾MW6.6地震。該斷裂帶是調節印度—歐亞板塊陸陸碰撞的主邊界斷裂帶,跨斷裂帶的全新世縮短速率達18~22 mm/a[7],吸收了兩大板塊間近一半的縮短量。另2次強震發生在青藏高原東緣的北東向龍門山斷裂帶上,包括2013年四川蘆山MW6.6地震和2008年四川汶川MW7.9地震,發震構造分別是龍門山斷裂帶南段的盲逆斷層和中段的映秀—北川右旋逆斷層和彭縣—灌縣逆沖斷裂。該斷裂帶是調節巴顏喀拉斷塊向東擠出的主邊界構造,GPS觀測其現今水平縮短速率約(4 ± 2) mm/a[8]。

2.2? 走滑斷層型強震的發震構造及特征

此輪強震的10次走滑斷層型地震中,除了2011年印度錫金邦MW6.9地震出現在喜馬拉雅山地區,推測可能與喜馬拉雅主前緣逆沖斷裂帶上的次級走滑斷層作用(如逆沖-褶皺構造帶上常見的捩斷層作用)相關外,其余9次強震都發生在青藏高原的3條大型左旋走滑斷裂帶及其分支斷層上(表1,圖4)。其中構成青藏高原北緣邊界的阿爾金—海原左旋走滑斷裂帶上發生3次強震,由西向東依次為:1996年的新疆和田喀喇昆侖山口MW6.9地震,雖然實地調查資料相對缺乏,但震源機制解和InSAR觀測結果指示(圖4),其發震斷層為近東西向的左旋走滑斷層[41],從斷裂位置推斷其可能是阿爾金斷裂帶西南端的分支斷裂;2014年的新疆于田MW6.9地震,發震斷層為阿爾金斷裂西南端的多條分支斷裂:南硝爾庫勒斷裂、硝爾庫勒斷裂及阿什庫勒斷裂[31];2022年青海門源MW6.6地震,發震斷層為海原斷裂帶的冷龍嶺—托萊山段。青藏高原中部的東昆侖斷裂帶上發生4次強震(表1,圖4),由西向東依次為:1997年西藏瑪尼MW7.5地震,發震斷層是東昆侖斷裂帶的西南分支斷層?瑪爾蓋茶卡斷裂;2001年青海太陽湖MW7.8地震(也稱為昆侖山口西大地震),發震斷層是東昆侖斷裂帶的主干斷裂之一,庫賽湖—昆侖山口斷裂;2017年四川九寨溝MW6.5地震,發震斷層為東昆侖斷裂東端的塔藏斷裂;2021年青?,敹郙W7.3地震,發震斷層為東昆侖斷裂帶南側分支斷裂昆侖山口—江措斷裂帶的東段。青藏高原東南部的鮮水河—小江斷裂帶上發生2次強震,由西向東依次是:2010年青海玉樹MW6.9地震,發震斷層是鮮水河—小江斷裂帶西北段的甘孜—玉樹斷裂上的玉樹斷裂帶隆寶湖—結古鎮段;2022年四川瀘定MW6.6地震,發震斷層是鮮水河斷裂帶的磨西段。

綜合來看,在上述青藏高原的3條大型左旋走滑斷裂帶中,每條斷裂帶上的強震活動大都具有沿斷裂帶從西向東遷移的特點,其中東昆侖斷裂帶上發生的強震數量最多且強度也最大,是此輪強震活動的主要控震構造之一。

2.3? 正斷層型強震的發震構造及特征

此輪強震中包含3次正斷層型地震,發震斷層皆為近南北向正斷層,但屬于3類不同的伸展變形區(表1,圖4)。1個發生在阿爾金斷裂帶西南段與其分支斷裂龍木錯—郭扎錯左旋走滑斷裂帶左階雁列的拉分階區,發震斷層是近南北向的雪山西麓正斷層。1個出現在藏南裂谷帶上,發震構造是近南北向仲巴—改則裂谷中段的帕龍錯地塹主邊界正斷層。另1個發生在青藏高原東南緣近南北向滇西北裂陷帶中的大具—麗江斷陷盆地北段,發震斷層是哈巴—玉龍雪山正斷層南段[43],應屬于藏東—川滇斷塊內部的強震事件。

3? 青藏高原強震活動的主要控震構造及特征

3.1? 青藏高原的陸陸碰撞-擠出構造體系特征

綜合前人活動構造研究和GPS觀測結果[2, 5-6, 8, 30],以及筆者近年來的活動斷裂編圖成果[4],可將青藏高原的現今地殼變形歸納為由4個次一級活動構造單元(或變形區帶)組成的陸陸碰撞-擠出活動構造體系(或稱為“塊體楔入-擠出構造體系”)。這里由南向北將各構造單元的特征分述如下(圖4)。

(1)喜馬拉雅邊界構造帶(Ⅰ),以近南北向擠壓作用下的逆沖-褶皺縮短變形為特征,主要控震構造是喜馬拉雅主前緣逆沖斷裂帶,這也是印度與歐亞板塊間陸陸碰撞的主邊界構造,因而全新世活動性強烈,跨斷裂帶的平均水平縮短速率高達約18~22 mm/a[7],吸收了印度與歐亞板塊間近南北向縮短量(約40 mm/a)的近一半。

(2)青藏高原中南部伸展變形區(Ⅱ),以東西向伸展變形為特征,主要控震構造是藏南的近南北向裂谷帶、西藏中部的共軛走滑斷裂系和藏北高原許多規模不等的近南北向正斷層 [2, 4],現今的近東西向伸展變形速率可達約(22 ± 3) mm/a,吸收了約10~14 mm/a的近南北向縮短量[8]。

(3)青藏高原的向東擠出構造系統(Ⅲ),主要以斷塊擠出和旋轉運動來調節青藏高原縮短變形,主要控震構造是阿爾金—海原走滑斷裂帶、東昆侖斷裂帶和鮮水河—小江斷裂帶,共3條大型左旋走滑斷裂帶,其次是擠出斷塊的內部斷裂與前緣的擠壓逆沖變形帶(如龍門山斷裂帶)。3條大型走滑斷裂帶的晚第四紀左旋走滑速率最大都高達約10~14 mm/a[2, 8, 45],構成了調節青藏高原向東擠出的主要邊界斷裂。以這3條走滑斷裂帶為主邊界,可將青藏高原向東擠出變形進一步劃分為3個次一級的擠出構造單元(圖4),由北向南分別為:柴達木擠出構造單元(Ⅲ-1),由阿爾金—祁連—海原逆沖走滑邊界與其南側的柴達木壓扭變形斷塊區組成;巴顏喀拉擠出構造單元(Ⅲ-2),由東昆侖斷裂帶、龍門山斷裂帶及其西南側的巴顏喀拉剪切變形斷塊區組成,其中龍門山逆沖-皺褶變形帶構成了該擠出構造單元的東緣擠壓變形帶,起著吸收部分擠出量的作用,跨變形帶的平均縮短速率約(4 ± 2) mm/a[8];藏東—川滇擠出構造單元(Ⅲ-3),由鮮水河—小江斷裂系及其西南的藏東—川滇—禪泰弧形旋扭變形斷塊區組成[46]。這3個次一級構造單元中的主要斷塊在向東擠出的同時,還伴隨著順時針旋轉運動,這種旋轉一方面吸收了一部分青藏高原的向東擠出量,同時可起到調節印度板塊與華南板塊間右旋剪切變形的作用[2, 47]。這種包含多個在幾何學與運動學上存在密切聯系的擠出構造單元,并伴有斷塊旋轉的活動構造系統可稱之為“多層次擠出-旋轉活動構造體系”。

(4)青藏高原北緣-東北緣的西昆侖—祁連邊界構造帶(Ⅳ),以擠壓縮短變形為特征,主要控震構造是西昆侖山麓逆沖-褶皺變形帶、祁連山北緣以及河西走廊北部的邊界逆沖斷裂帶及伴生的活動褶皺構造帶等,跨祁連山—河西走廊逆沖-褶皺變形帶的現今地殼縮短速率可達約4~8 mm/a[8],大約吸收了印度與歐亞板塊間近南北向縮短量的10%~20%,因而活動性明顯弱于南部的喜馬拉雅邊界構造帶。

3.2? 多層次擠出-旋轉活動構造體系是青藏高原近年來強震活動的主要控震構造

根據前述的此輪強震活動的主要發震斷裂可知,22次強震事件主要發生在青藏高原南緣的喜馬拉雅主前緣逆沖斷裂帶和3條大型左旋走滑斷裂帶上,共17次,其次是龍門山斷裂帶上的2次和高原或斷塊內部的3次。這里根據青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系特征,進一步分析此輪強震活動過程中不同活動構造單元地震釋放能分配情況,從而更深入了解近年來強震活動的主要控震構造。

地震釋放能的分析結果(圖5)表明,青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系中4個次級構造單元中的強震數量級地震釋放能總量差異明顯(圖5a)。其中青藏高原向東擠出構造系統(Ⅲ)在此輪強震過程中共發生14次MW≥6.5地震,釋放的地震能最多,占到總量的約67%;喜馬拉雅邊界構造帶(Ⅰ)次之,共發生了7次MW≥6.5地震,地震釋放能占約31%;伸展變形區(Ⅱ)在此輪強震過程中只發生1次MW≥6.5地震,即西藏仲巴MW6.7地震,地震釋放能僅占2%;而青藏高原北緣-東北緣的西昆侖—祁連邊界構造帶(Ⅳ)無MW≥6.5地震發生,地震釋放能為零。據此可以看出,青藏高原的向東擠出構造系統,即“多層次擠出-旋轉活動構造體系”是當前最新一輪強震過程的主控構造。因此,該構造體系中的主要邊界斷裂帶,包括阿爾金—祁連—海原斷裂系、東昆侖斷裂系和鮮水河—小江斷裂系等,無疑是未來強震活動的主要場所,其次是擠出斷塊內部的次級斷裂。

進一步對比分析青藏高原“多層次擠出-旋轉活動構造體系”中3個次級構造單元的地震釋放能發現(圖5b),柴達木擠出構造單元(Ⅲ-1)的地震釋放能占到該構造系統總量的約21%;而巴顏喀拉擠出構造單元(Ⅲ-2)的地震釋放能占總量的比例最高,達到了約69%;藏東—川滇擠出構造單元(Ⅲ-3)的地震釋放能占比最低,僅約10%。表明巴顏喀拉擠出構造目前正處于構造活躍狀態,是目前強震最活躍的構造單元。因此,需重點關注該擠出構造單元中東昆侖斷裂帶和巴顏喀拉斷塊內部次級斷裂的未來強震危險性。

4? 討論

深入了解青藏高原陸陸碰撞-擠出活動構造體系的控震特征,有助于更好地分析判斷未來強震的活動趨勢及最可能出現的構造部位。這里基于前述的青藏高原陸陸碰撞-擠出活動構造體系控震過程,從青藏高原陸陸碰撞-活動構造體系控震機制角度,來分析探討區域強震活動趨勢和構造體系控震效應問題。

4.1? 青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系控震機制

青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系由南向北主要包含了4個不同的控震構造區帶(圖4,圖6),分別是以喜馬拉雅主前緣逆沖斷裂帶(MFT)為主要發震斷裂的喜馬拉雅邊界構造帶,以近南北向正斷層和共軛走滑斷裂系為主要發震斷層的青藏高原中南部伸展變形區,以阿爾金—海原走滑斷裂帶、東昆侖斷裂帶和鮮水河—小江斷裂帶等大型左旋走滑斷裂以及鄰側斷塊內部次級斷裂為主要發震斷層的青藏高原向東擠出構造系統,以西昆侖山前逆沖-皺褶變形帶和祁連山山前逆沖-皺褶變形帶為主要發震構造的青藏高原北緣-東北緣的西昆侖—祁連邊界構造帶。從更大的區域來看(圖6),其中青藏高原東北緣的祁連山擠壓逆沖構造帶與天山擠壓逆沖構造帶一起,構成了印度板塊與歐亞板塊南部阿爾泰—蒙古地塊之間北西西向青藏高原活動造山帶的北部前緣邊界構造帶,而其北部的準噶爾盆地周緣和戈壁—阿爾泰地區,以走滑斷層和少量逆斷層構成的壓扭變形區,可以看做是青藏高原活動造山帶變形進一步向北擴展的結果(即遠場變形效應)。

地震作為斷裂構造的脆性變形結果,多屬于上地殼的應力—應變釋放過程。因而青藏高原的強震活動實際上是調節吸收印度板塊與阿爾泰—蒙古地塊之間近南北向縮短變形的結果。由前所述,1990年以來的強震活動主要集中在青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系中的喜馬拉雅邊界構造帶和向東擠出構造系統兩個不同活動構造單元(圖6),而其它兩個構造單元的強震活動明顯很少,這表明在數十年的短時間尺度上,不同構造單元的應變分配是不均勻的,與其所承擔的應變量也是不匹配的。如印度板塊與西伯利亞地塊間約40 mm/a縮短量有近一半被喜馬拉雅構造帶所吸收,但在最近的強震活動中,其地震能釋放量只占到約30%,青藏高原中南部近東西向伸展變形區至少吸收了約四分之一的縮短量,但地震能釋放量僅占到約10%,明顯存在欠缺。因此,在一個地震活動階段,承擔主要地震能釋放量的構造單元只是構造體系中的某一個或幾個構造帶,而并非所有構造單元,這指示構造體系中不同構造單元的強震集中活動具有交替性。即在一輪強震過程中,構造體系中非?;钴S的地震活動區帶,在下一輪強震過程中的強震活動會顯著減弱,而上一輪強震活動中偏于平靜的構造單元反而會出現顯著的強震活動。因此,短期來看,1990年以來的強震過程中,喜馬拉雅構造帶和巴顏喀拉擠出構造單元是強震活動最為活躍的兩個構造單元(圖6),而且這一趨勢可能還會持續一段時期;但從長期來看,當前并不活躍的青藏高原中南部伸展變形區、西昆侖—祁連山擠壓逆沖構造帶以及“多層次擠出-旋轉活動構造體系”中的柴達木與藏東—川滇擠出構造單元,將會在下一輪強震活動中成為主要強震活動區帶。尤其是其中的柴達木與藏東—川滇兩個擠出構造單元,當前已經顯示出逐步活躍狀態,這也意味著海原斷裂帶和鮮水河—小江斷裂帶兩條主邊界走滑斷裂未來的強震危險性可能會進一步增強。

4.2? 青藏高原強震活動趨勢

青藏高原此輪強震活動與陸陸碰撞-擠出構造體系的關系表明,青藏高原的“多層次擠出-旋轉活動構造變形系統”構成了此輪強震活動的主要控震構造,而且在青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系中,不同的次一級構造體系或構造單元間存在強震聯動效應,即當該構造體系中的某個構造邊界帶出現顯著活動時,會牽動相關的其它構造帶或同一構造帶的不同段落發生連鎖變形反應,從而導致區域強震叢集活動現象。因此,可以預見,青藏高原“多層次擠出-旋轉活動構造變形系統”的未來強震活動趨勢仍會持續,尤其是其中的阿爾金—祁連—海原斷裂系、東昆侖斷裂帶和鮮水河—小江斷裂帶,3條主要走滑擠出邊界帶上的未來強震危險性更值得進一步重視。

同時,區域強震活動趨勢還具有以下特點,值得判斷區域強震活動趨勢時參考。

(1)強震活動沿擠出斷塊邊界走滑斷裂帶的規律性遷移現象,主要表現為沿阿爾金—祁連—海原、東昆侖和鮮水河—小江3個大型走滑擠出邊界帶,強震活動整體上由西向東遷移。如沿東昆侖斷裂帶,由西向東依次出現1997年瑪尼MW7.5地震、2001年太陽湖MW7.8地震和2021年瑪多MW7.3地震;沿阿爾金斷裂帶的西段,由西向東依次出現1996年喀喇昆侖山口MW6.9地震、2008年于田MW6.6地震和2014年于田MW6.9地震;沿鮮水河—小江斷裂帶,由北西向南東依次出現2010年玉樹MW6.9地震和瀘定MW6.6地震。這是否預示著未來的強震活動會繼續向東遷移,顯然值得關注。

(2)基于對汶川大地震及之前一年內區域中-強地震活動的分析發現[49],青藏高原內部伸展變形區的中-強地震常對青藏高原東部的大震發生起著“預警器”作用,即在高原東部擠出構造體系出現7.0級或以上大地震前,往往會在高原內部先出現與之具有動力學聯系的中-強地震活動。如在2008年汶川大地震發生前不到兩個月,首先發生了于田正斷層型地震。在玉樹MW6.9地震前3周,在那曲安多東北部發生伸展型(包括正斷層型和走滑斷層型)MW5.5、MW5.7地震[49]。在2021年青?,敹郙W7.3地震之前,在高原內部的依布茶卡地塹中發生了正斷層型的西藏尼瑪MW6.3地震[50]。因此,在區域強震趨勢分析中,需實時關注高原內部的中-強地震活動。

(3)值得注意的是,由東昆侖斷裂帶、巴顏喀拉斷塊和龍門山斷裂帶構成的巴顏喀拉擠出構造單元構成了此輪強震活動中最為活躍的構造單元,自1997年西藏瑪尼MW7.5地震以來,共發生了包括2001年昆侖山口MW7.8大地震和2008年汶川MW7.9大地震在內的6次MW≥6.5強震,指示其正處于構造活躍狀態。但此輪強震活動雖然覆蓋了龍門山斷裂帶的大部分段落,但東昆侖斷裂帶上仍有一些已知地震空區未被覆蓋[51],如主斷層上的東—西大灘段與瑪沁—瑪曲段,阿萬倉斷裂等分支斷裂,而且巴顏喀拉斷塊內部還發育了多條次級走滑斷層[4]。因此,有理由相信,巴顏喀拉擠出構造單元的強震活動仍將持續,尤其是構成主邊界的東昆侖斷裂帶的未來強震危險性仍然較高,需要重點關注。

4.3? 活動構造體系控震效應及特征

活動構造體系的基本特點是包含了不同的次級構造單元和不同級別的活動構造帶和斷塊,而且各構造單元間和不同級別構造帶的變形具有密不可分的幾何學與運動學關系[46]。因而它們的強震活動也必然存在密切的時空關聯性,這種關聯性可稱之為 “活動構造體系控震效應”。根據青藏高原的強震活動特征及陸陸碰撞-擠出構造體系控震現象等,可將“活動構造體系控震效應”初步歸納為以下3個方面。

(1)在活動構造體系中,塊體邊界斷裂帶的活動性明顯高于塊體內部斷裂。因此,塊體邊界斷裂帶一般是區域強震活動的主要場所,而塊體內部斷裂是強震活動的次要場所,這一點類似于活動地塊控震理論[52]。如在青藏高原此輪強震活動過程中,各擠出構造單元中的絕大多數MW≥6.5強震都出現在邊界走滑斷裂帶上,僅少數出現在斷塊內部。因此,在區域強震活動趨勢分析中,應首先關注主要邊界斷裂帶的強震危險性,其次是斷塊內部。

(2)活動構造體系中主要邊界斷裂帶或構造帶之間以及與塊體內部的次級斷裂間具有密切的幾何學、運動學與動力學聯系,因而其中不同構造帶的強震活動間常具有聯動效應或相互觸發關系[53],如在我國2008年汶川8級大地震前后,在區域上普遍出現的強震活動響應[49],以及青藏高原東南緣歷史強震過程中所表現出的強震時空關聯性等[53-54]。因此,在區域強震活動趨勢判斷中,需密切關注構造體系中存在密切的幾何學與運動學聯系的活動斷裂帶之間,可能出現的強震觸發過程或連鎖反應。

(3)活動構造體系中不同構造單元間的構造變形需符合應變平衡或協調性原則。因而在一輪強震活動過程中,當構造體系中某個構造單元或構造帶處于相對活躍階段時,會在同一構造帶(或單元)的不同段落或其中的次級斷裂帶上,或者構造體系的不同構造帶上依次出現強震序列,從而表現出相對規律的區域強震時空遷移過程以及強震叢集活動等現象[30, 53]。例如,在此輪強震活動中,圍繞巴顏喀拉地塊周緣出現的強震叢集活動[54-55],實際上屬于一種典型的同一擠出構造系統中,不同次級構造單元之間的強震觸發和聯動現象。

5? 主要結論與認識

綜合以上研究,可以獲得以下主要結論和認識。

(1)統計分析青藏高原及鄰區1900年以來的M≥6.0強震活動發現,青藏高原自1950年西藏墨脫—察隅8.6級大地震以來,正處于新一輪相對緩慢的地震能釋放期,但1990年以來的強震發生率和地震釋放能顯示出逐步增高趨勢,并可能預示下一輪地震能快速釋放期的臨近。而青藏高原陸陸碰撞-擠出構造體系中的“多層次擠出-旋轉活動構造體系”構成了最新一輪強震活動過程的主要控震構造,并控制著區域上絕大多數走滑型強震事件的發生,尤其是,其中的巴顏喀拉擠出構造單元當前處于最為活躍的狀態。其次是青藏高原南緣的喜馬拉雅主前緣逆沖斷裂帶,控制了區域上主要的逆沖型強震事件。而青藏高原中南部的伸展變形區在此輪強震過程中并不活躍。

(2)青藏高原“多層次擠出-旋轉活動構造變形系統”作為此輪強震活動的主控構造,其未來強震趨勢必然仍會持續,尤其是其中的阿爾金—祁連—海原斷裂系、東昆侖斷裂帶和鮮水河—小江斷裂帶,3條主要走滑擠出邊界帶上的未來強震危險性更值得進一步重視。同時,需關注強震活動沿擠出斷塊邊界斷裂帶的規律性遷移現象,尤其是強震活動是否會繼續沿阿爾金—祁連—海原、東昆侖和鮮水河—小江3條大型走滑斷裂帶進一步由西向東遷移。另外,應關注青藏高原內部伸展變形區的中-強地震事件,因為它們可能對青藏高原東部的大震發生起著“預警器”作用。

(3)了解活動構造體系控震效應有助于更好地分析判斷未來強震的活動趨勢及最可能出現的區域位置。這種效應主要表現在3個方面:一是活動構造體系中,塊體邊界斷裂帶一般是區域強震活動的主要場所,而塊體內部是次要場所;二是活動構造體系中,不同構造帶的強震活動間常具有聯動效應或相互觸發關系,因而易于在一輪強震過程中出現強震連鎖反應或叢集活動現象;三是在一輪強震活動過程中,通常會在同一構造體系的不同構造帶上依次出現強震序列,從而導致相對有規律的強震時空遷移過程。

致謝

中國地質科學院地質力學研究所陸詩銘博士幫助繪制了部分圖件,并協助整理了文稿,審稿專家對本文提出了寶貴的修改完善意見和建議,在此一并表示衷心感謝。

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The MW≥6.5 strong earthquake events since 1990 around the Tibetan Plateau and control-earthquake effect of active tectonic system

Wu Zhonghai1, 2, 3, *

1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China

2. Key Laboratory of Active Tectonics and Geological Safety, Ministry of Natural Resources, Beijing 100081, China

3. Research Center of Neotectonism and Crustal Stability, China Geological Survey, Beijing 100081, China

[Abstract]? ? ?It is of great scientific significance for regional seismic prevention and disaster mitigation to understand the characteristics and future trends of strong earthquakes related with the active continental collision-extrusion tectonic system in the Tibetan Plateau. The characteristics of MW≥6.5 strong earthquakes since 1990 and the earthquake-controlling phenomena of the continental collision-extrusion tectonic system in the Tibetan Plateau are comprehensively analyzed. The results indicate that the Tibetan Plateau has been in the period of slow release of seismic energy recently, but may be approaching the next period of rapid release. The“multi-level extrusion-rotation active tectonic system”in the continental collision-extrusion tectonic system of the Tibetan Plateau plays a major role in controlling this strong earthquakes process. In particular, the Bayan Hara extrusion tectonic unit shows the most significant strong seismic activity process in this tectonic system. The results of comprehensive study suggest that the earthquake-controlling effect of active tectonic system should be fully recognized in the analysis of activity trend and hazard of regional strong earthquake, which is helpful to scientifically judge the space-time migration process and the most likely location of strong earthquakes in the future. In the process of the current strong earthquake activity, the strong earthquake activity trend of the“multi-level extrusion-rotation active tectonic deformation system”in the Tibetan Plateau will continue in future. In particular, more attention should be paid to the future strong earthquake hazard of three large left-lateral strike-slip fault zones which constitute the boundary of extrusion blocks in the“multi-level extrusion-rotation active tectonic deformation system”, including Altyn-Qilian-Haiyuan fault system, East Kunlun fault zone and Xianshuihe-Xiaojiang fault zone.

[Keywords] Tibetan Plateau; continental collision-extrusion tectonic system; strong earthquake events; Bayan Hara fault-block; control-earthquake effect of tectonic system

通訊作者: 吳中海(1974-),男,研究員,主要從事新構造與活動構造方面的研究。E-mail:wuzhonghai8848@foxmail.com

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