2014年新疆于田MS7.3強(qiáng)震構(gòu)造背景及其與2008年MS7.3地震之間的關(guān)系討論

程佳 劉杰 盛書(shū)中 姚琪 劉代芹

1)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京市西城區(qū)三里河南橫街5號(hào) 100045

2)防災(zāi)科技學(xué)院，河北三河 065201

3)新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011

0 引言

2014年2月12日17時(shí)19分，在阿爾金斷裂帶南部尾端地區(qū)發(fā)生了于田MS7.3地震。USGS 給出的震中位置為35.922°N、82.549°E，震級(jí)為MW6.9(http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usc000mnvj)，中國(guó)地震局地球物理所房立華等對(duì)該地震的精定位結(jié)果顯示震中位于 36.026°N、82.556°E(http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/269361.shtml)。Global CMT Catalog震后快速處理結(jié)果給出的震源機(jī)制參數(shù)顯示該地震為左旋走滑型地震(http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html)。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所王衛(wèi)民等給出的震源破裂過(guò)程顯示破裂位于近NE向斷層上，最大同震滑動(dòng)距離為2.79m(http://www.igg. cas.cn/xwzx/yjcg/201402/t20140214_4032524.html)。

2014年于田MS7.3地震震中位于青藏高原與塔里木塊體的交界部位，平均海拔5000m以上，有關(guān)該地區(qū)的研究資料極為有限，而對(duì)地震的構(gòu)造背景和發(fā)震模式的研究是認(rèn)識(shí)此次地震的關(guān)鍵所在。因此，本文結(jié)合前人的研究結(jié)果介紹了該區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)和斷裂活動(dòng)特征以及歷史地震分布與震源機(jī)制類型，并通過(guò)計(jì)算2008年于田MS7.3地震對(duì)2014年于田MS7.3地震的同震庫(kù)侖應(yīng)力作用來(lái)討論兩者之間的相互關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景與斷裂活動(dòng)特征

2014年于田MS7.3地震發(fā)生在我國(guó)西部大型左旋走滑斷裂——阿爾金斷裂帶的尾部拉張區(qū)，該區(qū)域?yàn)榘皖伩瓑K體與其西側(cè)的西昆侖塊體的連接部位(圖1)。西側(cè)的西昆侖塊體包括了北昆侖構(gòu)造帶、中昆侖構(gòu)造帶和喀喇昆侖構(gòu)造帶(甜水海地體)?？鰳?gòu)造帶主要受印度板塊對(duì)歐亞大陸向北推擠作用的影響，其南北邊界分別為喀喇昆侖斷裂和天神達(dá)坂斷裂(鄭劍東，1993;陳應(yīng)濤等，2010)。喀喇昆侖斷裂表現(xiàn)出右旋走滑特征，而天神達(dá)坂斷裂在1996年11月19日發(fā)生過(guò)左旋走滑型的MS7.1地震(羅福忠等，2003)。中昆侖構(gòu)造帶的東邊界為阿爾金斷裂帶尾端多條雁型排列的NE向斷裂帶(圖2)，在這些NE向斷裂上曾發(fā)生了于田2008年MS7.3、2014年MS7.3地震。北昆侖構(gòu)造帶為一條擠壓造山帶。東側(cè)的巴顏喀拉塊體周緣斷裂是我國(guó)強(qiáng)震活動(dòng)最為頻繁的區(qū)域，自1997年瑪尼MS7.5地震以來(lái)，巴顏喀拉塊體周緣7級(jí)強(qiáng)震持續(xù)發(fā)生，其中包括了發(fā)生在東昆侖斷裂上的2001年昆侖山口西MS8.1地震和龍門(mén)山斷裂帶上的2008年汶川MS8.0地震(程佳等，2011;鄧起東等，2010;高翔等，2013;Yu et al，2013)(圖1)。這些地震的發(fā)生顯示巴顏喀拉塊體向東擠出運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，而這一運(yùn)動(dòng)在塊體西側(cè)表現(xiàn)為左旋走滑兼具拉張作用的斷裂活動(dòng)特征，2014年MS7.3地震的發(fā)生，也延續(xù)了巴顏喀拉塊體西緣自2008年3月21日于田MS7.3、2012年8月12日MS6.2地震以來(lái)的強(qiáng)震活動(dòng)狀態(tài)，該區(qū)域地殼形變特征值得研究。

圖1 青藏高原主要活動(dòng)地塊與1976年以來(lái)7級(jí)地震分布

圖2 2014年于田MS7.3地震區(qū)主要活動(dòng)斷裂構(gòu)造及歷史地震分布

研究區(qū)域的地殼形變主要表現(xiàn)為以下特征:印度板塊對(duì)于青藏高原的近南北向擠壓作用使得區(qū)域整體受到南北向的擠壓作用(鄭劍東，1993);區(qū)域東側(cè)則主要表現(xiàn)為青藏高原向東和向北的快速擠出(Tapponnier et al，1976;Avouac et al，1993)，這種南北向的擠壓和東向擠出并存，并形成了該區(qū)域以東、西拉張作用為主的構(gòu)造環(huán)境(Taylor et al，2009)。

從斷裂活動(dòng)角度看，本研究區(qū)域最主要特點(diǎn)表現(xiàn)為阿爾金斷裂帶尾部拉張作用形成的多條左旋走滑型斷裂帶，并伴有拉張活動(dòng)特征(徐錫偉等，2011;李海兵等，2006)，其中主要包括了阿什庫(kù)勒斷裂東、西兩支以及康西瓦斷裂等(圖2)(潘家偉，2011)。其中康西瓦斷裂帶(又名:喀拉喀什斷裂)因其走向與阿爾金斷裂帶不同，因此許多研究認(rèn)為康西瓦斷裂不能歸于阿爾金斷裂帶(鄭劍東，1993;魯如魁等，2007)。但由于該斷裂的活動(dòng)性質(zhì)、構(gòu)造演化歷史與深部地球物理結(jié)構(gòu)及其地球化學(xué)特征等都與阿爾金斷裂帶一致，因此也有研究將康西瓦斷裂稱為阿爾金斷裂帶喀拉喀什段(Yin et al，2002;Taylor et al，2009;Xu et al，2013;Li et al，2012)。該斷裂帶活動(dòng)強(qiáng)烈，具有強(qiáng)震發(fā)生背景(付碧宏等，2009)。李海兵等(2006)、高翔等(2013)均認(rèn)為康西瓦斷裂帶的滑動(dòng)速率比阿爾金斷裂帶主體部分要小，其滑動(dòng)速率可能由其它分支斷裂分擔(dān)。阿什庫(kù)勒斷裂則是其中另一條活動(dòng)程度較高的斷裂，可分為東、西兩支(國(guó)家地震局阿爾金活動(dòng)斷裂帶課題組，1992)。潘家偉(2011)通過(guò)對(duì)阿什庫(kù)勒斷裂西支周邊火山和盆地成因進(jìn)行分析后認(rèn)為，阿什庫(kù)勒斷裂帶可能是一條深達(dá)地幔、具有左旋走滑并伴隨有地幔巖漿上升的斷裂帶。該斷裂兩側(cè)分布有全新世火山群和兩組次級(jí)斷裂，其中一組為平行于阿什庫(kù)勒斷裂的左旋走滑斷裂，另一組為近SN向的正斷層。阿什庫(kù)勒斷裂第四紀(jì)以來(lái)強(qiáng)烈活動(dòng)，其左旋走滑速率大致在0.34～1.9 mm/a(潘家偉，2011)(圖2)。

綜上所述，本次地震發(fā)生在阿爾金左旋走滑斷裂帶尾端拉張區(qū)，該區(qū)域受到了南北向的擠壓作用和東西向的拉張作用，其中東西向拉張作用明顯，區(qū)域存在發(fā)生左旋和拉張型強(qiáng)震的構(gòu)造背景。

2 區(qū)域強(qiáng)震活動(dòng)特征

2014年于田MS7.3地震發(fā)生于高海拔的無(wú)人區(qū)，歷史地震和活動(dòng)構(gòu)造研究資料較少，前人在研究2008年于田MS7.3地震時(shí)給出了一系列的區(qū)域斷裂活動(dòng)特征(潘家偉，2011;Li et al，2012)。根據(jù)房立華等提供的精定位震中位置，2014年于田MS7.3地震震中位于阿什庫(kù)勒斷裂東支上(圖2)，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所根據(jù)衛(wèi)星影像資料在該斷裂上也發(fā)現(xiàn)了10km長(zhǎng)的NE向地表破裂帶(http://www.ccsd.cn/shownews.asp?id=479)。根據(jù)Wells等(1994)給出的經(jīng)驗(yàn)公式，該地震的破裂長(zhǎng)度可能達(dá)到42km(圖2)。

在區(qū)域歷史地震資料研究上，我們搜集到了Global CMT Catalog給出的位于阿爾金斷裂尾端的6次5級(jí)以上地震的震源機(jī)制解，其中包括1978年7月31日MS5.1、1980年10月7日MS5.8、1982年11月1日MS5.5、2008年3月21日MS7.3、2012年8月12日MS6.2和2014年2月12日MS7.3地震。這些地震基本上分布于阿爾金斷裂帶主干部分的南端至郭扎錯(cuò)斷裂帶之間的阿什庫(kù)勒斷裂東、西兩支上，只有2008年MS7.3地震位于兩條斷裂南端近SN向的正斷層——平頂山斷層上(潘家偉，2011)，其地表破裂長(zhǎng)度達(dá)31 km(徐錫偉等，2011)。由震源機(jī)制解可見(jiàn):1978年MS5.1、1980年MS5.8和2012年MS6.2地震為左旋走滑兼具拉張型地震;2008年MS7.3地震的破裂面為走向203°，傾角52°，滑動(dòng)角 －74°，標(biāo)量地震矩為5.432×1019N·m，斷裂面西傾，以拉張作用為主要特征;2014年MS7.3地震則為左旋走滑型地震，走向242°，傾角82°，滑動(dòng)角－4°;另外，位于阿什庫(kù)勒斷裂西支上2014年MS7.3地震震中NE側(cè)的1982年MS5.5地震的左旋走滑作用也較明顯。從這6次地震的震中位置和震源機(jī)制解類型可以看出，在北段阿什庫(kù)勒斷裂東、西兩支相距較近，且主要表現(xiàn)為左旋走滑活動(dòng)特征，發(fā)生了2014年MS7.3、1982年MS5.5地震。在2014年于田MS7.3地震破裂帶向SW向延伸過(guò)程中(圖2)，這兩條斷裂間的距離逐漸變大，阿什庫(kù)勒東支斷裂主要表現(xiàn)為拉張兼具左旋走滑作用，發(fā)生了1978年MS5.1、1980年MS5.8和2012年MS6.2地震。根據(jù)Furuya等(2011)的研究結(jié)果，2008年MS7.3地震可能存在著2個(gè)破裂面，即NW向的拉張型主破裂面和NE向的左旋走滑次破裂面，這一左旋走滑次破裂面與阿什庫(kù)勒斷裂帶西支的位置和走向一致，表明阿什庫(kù)勒斷裂西支南段可能仍然呈左旋走滑特征。在兩條斷裂尾端，平頂山斷層主要表現(xiàn)為拉張作用，發(fā)生了2008年MS7.3拉張型地震。從上述斷裂活動(dòng)特征可以看出，2008年MS7.3地震的拉張作用和2014年MS7.3地震的左旋走滑作用是在阿爾金斷裂尾端向SW向延伸過(guò)程中，左旋走滑作用向拉張作用逐漸過(guò)渡過(guò)程中發(fā)生的2次地震事件，因此兩次地震具有相同的力源。從運(yùn)動(dòng)方式上看，2008年MS7.3地震的拉張運(yùn)動(dòng)對(duì)2014年于田MS7.3地震有明顯的促進(jìn)作用(圖2)。

3 2008年MS7.3地震與2014年MS7.3地震的關(guān)系

基于 2008年MS7.3、2014年MS7.3地震的發(fā)震斷層之間的上述關(guān)系，本文利用PSGRN/PSCMP程序計(jì)算了2008年MS7.3地震對(duì)2014年MS7.3地震的庫(kù)侖應(yīng)力作用(Wang et al，2006)，研究區(qū)域?yàn)閳D1中的方框區(qū)域。其中斷層破裂參數(shù)采用了Ji Chen的結(jié)果(http://www.geol.ucsb.edu/faculty/ji/big_earthquakes/2008/03/20/Xinjiang_206.html)，地殼分層模型來(lái)源于張晁軍等(2008)和程佳等(2011)在研究巴顏喀拉塊體北緣昆侖山口西地震時(shí)所使用的地殼結(jié)構(gòu)模型(表1)。

表1 本研究所用的地殼與上地幔模型參數(shù)

由于缺乏準(zhǔn)確的地殼模型參數(shù)，本文只定性地分析了于田2008年MS7.3地震對(duì)2014年MS7.3地震的同震庫(kù)侖應(yīng)力作用，接收斷層參數(shù)選擇了Global CMT Catalog給出的震源機(jī)制解參數(shù)，即走向242°、傾角82°、滑動(dòng)角 －4°。下式為庫(kù)侖應(yīng)力變化計(jì)算公式，Δτ為剪應(yīng)力變化，Δσn為正應(yīng)力變化，μ'為內(nèi)摩擦系數(shù)，本文取μ'=0.4。

本文計(jì)算的10 km深處的庫(kù)侖應(yīng)力結(jié)果顯示(圖3)，2008年MS7.3地震對(duì)2014年MS7.3地震有明顯的能量促進(jìn)作用，其庫(kù)侖應(yīng)力值在阿什庫(kù)勒斷裂東支北東段為正值，在2014年MS7.3地震震中處為0.043bar，其最左側(cè)的庫(kù)侖應(yīng)力值達(dá)到了0.204bar，這與萬(wàn)永革等(2010)給出的2008年MS7.3地震對(duì)阿什庫(kù)勒斷裂東支(空喀山斷裂)北東段2014年MS7.3地震震中位置的0.024 bar的結(jié)果接近。在該計(jì)算過(guò)程中，由于發(fā)震斷層模型、接收斷層參數(shù)、地殼結(jié)構(gòu)參數(shù)、內(nèi)摩擦參數(shù)等的選取均可能產(chǎn)生誤差，其中本文選取的接收斷層為2014年MS7.3地震震源機(jī)制解參數(shù)，這可能使得本文的計(jì)算結(jié)果與萬(wàn)永革等(2010)存在著一定的誤差。但從整體上看，本文與萬(wàn)永革等(2010)均得出了2008年MS7.3地震對(duì)2014年MS7.3地震有促進(jìn)作用的結(jié)論。

4 結(jié)論

2014年2月12日新疆于田MS7.3地震發(fā)生在阿爾金斷裂帶南端，其構(gòu)造區(qū)域受到近南北向印度板塊對(duì)歐亞大陸的擠壓和巴顏喀拉塊體向東拉張作用的影響，易發(fā)生左旋走滑與正斷型為主的地震。

圖3 于田2008年7.3級(jí)地震對(duì)2014年7.3級(jí)地震的同震庫(kù)侖應(yīng)力作用

從區(qū)域強(qiáng)震發(fā)生歷史可以看出，本次地震發(fā)生在阿什庫(kù)勒斷裂帶東支上。阿什庫(kù)勒斷裂是一條以左旋走滑為主的斷裂帶，分為東、西兩支。在阿爾金斷裂帶南端尾部向西南方向延伸過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)方式由左旋走滑為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐岳瓘堊饔脼橹饕卣鳎?014年MS7.3、2008年MS7.3地震正是這種運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變過(guò)程中在阿什庫(kù)勒斷裂帶不同位置發(fā)生的2次地震，2條發(fā)震斷層存在著相同的力源作用，2008年MS7.3地震對(duì)2014年MS7.3地震的發(fā)生有促進(jìn)作用。

根據(jù)利用分層地殼模型計(jì)算的同震庫(kù)侖應(yīng)力結(jié)果，認(rèn)為2008年MS7.3地震對(duì)2014年MS7.3地震的整個(gè)發(fā)震斷層面均有觸發(fā)作用，震中處庫(kù)侖應(yīng)力變化值為0.043bar，促使了2014年MS7.3地震的提前發(fā)生。

致謝：感謝兩位匿名審稿專家對(duì)論文修改提出的寶貴建議。