2014年于田7.3級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造及動(dòng)力學(xué)背景的初步分析1

任俊杰 王信國(guó) 程 佳

1）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085

2）中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所，北京 100101

3）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

引言

北京時(shí)間2004年2月12日17時(shí)19分50秒，新疆維吾爾自治區(qū)于田縣南部發(fā)生了MS7.3級(jí)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(jí)地震（以下稱2008年于田地震）之后，在不到6年的時(shí)間里該地區(qū)再次發(fā)生的7級(jí)以上地震。野外地震地質(zhì)調(diào)查表明，2008年于田地震造成了全長(zhǎng)約30km，走向南北-北東東，同時(shí)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(fā)震構(gòu)造屬于阿爾金斷裂西南尾端的張性構(gòu)造區(qū)（徐錫偉等，2011；Xu等，2013）。而2014年于田地震也是發(fā)生在阿爾金斷裂西南段（圖1），雖然這次地震因發(fā)生在高山無(wú)人地區(qū)并未造成人員傷亡，但在較短的時(shí)間內(nèi)在同一地區(qū)發(fā)生2次7級(jí)以上地震，引起了地震學(xué)者的廣泛關(guān)注。上述2次地震是否發(fā)生在同一發(fā)震斷裂上？2次地震是否存在相互關(guān)聯(lián)？本文將從這次地震的發(fā)震特征、區(qū)域地震活動(dòng)入手，結(jié)合區(qū)域構(gòu)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(fā)震構(gòu)造及動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

圖1 區(qū)域構(gòu)造特征與地震活動(dòng)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(guān)系

2014年于田地震發(fā)生在于田縣南側(cè)的昆侖山區(qū)，截至2014年2月17日08時(shí)，共記錄到余震總數(shù)超過(guò)3000個(gè)，最大余震5.7級(jí)，其中5.0—5.9級(jí)地震1個(gè)，4.0—4.9級(jí)地震16個(gè)，3.0—3.9級(jí)地震40個(gè)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(jī)構(gòu)給出的震源深度大致相當(dāng)，一般在10—15km，證明本次地震屬于淺源地震，地震的矩震級(jí)（Mw）大致相同，為 6.8—6.9級(jí)（表 1）。另外，不同研究機(jī)構(gòu)給出的震源機(jī)制解的結(jié)果，雖然存在一定的差距，但均顯示該地震表現(xiàn)走滑為主兼有正斷分量（表1）。

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心2http://news.ceic.ac.cn/CC20140212171950.html給出的初始破裂點(diǎn)（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(jié)果為35.92°N、82.55°E。上述不同研究機(jī)構(gòu)的結(jié)果存在的差異可能歸因于其所用臺(tái)站資料的不同。而中國(guó)地震局地球物理研究所（以下簡(jiǎn)稱地球所）利用附近臺(tái)站進(jìn)行了重新定位，其給出的震中定位結(jié)果5http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/269348.shtml為 35.922°N、82.558°E，與USGS的定位結(jié)果和余震的分布一致。由此判斷這次地震的發(fā)震斷裂是阿爾金斷裂西南段的貢嘎錯(cuò)斷裂帶。

圖2 2014年于田地震的發(fā)震構(gòu)造圖Fig. 2 Seismogenic fault for the 2014 Yutian earthquake

表1 不同研究機(jī)構(gòu)得到的2014年于田地震地震矩張量解結(jié)果對(duì)比Table 1 Moment tensor solution of the 2014 Yutian earthquake derived from different research institutes

中國(guó)地震局地球物理研究所陳運(yùn)泰院士課題組的震源破裂過(guò)程成像結(jié)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(dòng)主要分布在深部，最大位錯(cuò)量約為 1.8m，破裂未出露地表。而中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所（以下簡(jiǎn)稱預(yù)測(cè)所）利用34個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)波形資料獲得的地震破裂過(guò)程1http://www.csi.ac.cn/publish/main/1/100260/20140214095949157480141/index.html顯示深部破裂到達(dá)地表，造成地表最大位錯(cuò)量達(dá) 1.7m。另外，大量的地震實(shí)例研究表明，7級(jí)以上走滑型地震均會(huì)造成地表破裂（Wells等，1994；Cunningham等，2007）。依據(jù) Wells等（1994）總結(jié)的震級(jí)與地震破裂參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系估計(jì)得到，2014年于田MS7.3級(jí)地震的地表破裂長(zhǎng)度為30—40km，同震最大左旋位錯(cuò)量為1.0—1.5m，平均左旋位錯(cuò)量為0.6—0.8m。

根據(jù)余震分布和主震定位結(jié)果判斷，2014年于田地震發(fā)生在阿爾金斷裂f段的貢嘎錯(cuò)斷裂帶北段上（圖2）；雖然2008年于田地震也發(fā)生在貢嘎錯(cuò)斷裂帶上，但2008年地震的破裂區(qū)與2014年地震之間存在幾十公里的空區(qū)（圖1），且2008年于田地震的地表破裂長(zhǎng)度僅約30km（徐錫偉等，2011），而余震范圍也未到達(dá)2014年于田地震的范圍（唐明帥等，2010）。庫(kù)侖破裂應(yīng)力研究表明，2008年于田地震造成了貢嘎錯(cuò)斷裂帶北段庫(kù)侖應(yīng)力的增加（萬(wàn)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(fā)生。

2 區(qū)域地震活動(dòng)特征

2014年于田地震發(fā)生在阿爾金斷裂帶西南段，但因該段為高山無(wú)人區(qū)，地震記錄不完整。震前在西南段上7級(jí)以上的地震共發(fā)生過(guò)3次，分別為發(fā)生在本次震中北東的1924年民豐東南7.2級(jí)和7.3級(jí)2次地震及2008年于田7.3級(jí)地震（圖1），尚不足以分析區(qū)域地震活動(dòng)情況。為此，作者將研究區(qū)范圍擴(kuò)大至整個(gè)阿爾金斷裂帶。區(qū)域地震的M-T圖顯示，1970年前5級(jí)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(tái)網(wǎng)之后5級(jí)以上地震是完整的（圖3）。

從1970年以來(lái)該區(qū)域內(nèi)地震活動(dòng)性來(lái)看，約2年左右阿爾金斷裂帶上就會(huì)發(fā)生1次6級(jí)以上的地震，而約10年左右就會(huì)發(fā)生1次7級(jí)以上的大震。值得注意的是，近20年來(lái)地震活動(dòng)明顯增強(qiáng)，這可能與近期巴顏喀拉塊體周緣地震活動(dòng)加強(qiáng)有關(guān)（鄧起東等，2010）。

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

3 發(fā)震構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)背景

阿爾金斷裂帶是亞洲大陸內(nèi)部一條長(zhǎng)達(dá) 2000km，三疊紀(jì)以來(lái)長(zhǎng)期左旋走滑的巖石圈斷裂（李海兵等，2006），地貌上表現(xiàn)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(gòu)造單元，控制著高原北部構(gòu)造的幾何學(xué)特征和基本格架，對(duì)調(diào)節(jié)印度板塊與歐亞板塊的近南北向碰撞作用產(chǎn)生的構(gòu)造變形承擔(dān)著重要的作用（Molnar等，1975；Avouac等，1993；Tapponnier等，2001）。

從斷裂帶的區(qū)域幾何結(jié)構(gòu)特征可分為6段（圖1）（李海兵等，2008）。a段位于肅北以東，表現(xiàn)為近東西向線狀走滑運(yùn)動(dòng)和伴隨斷裂東南側(cè)的北西向逆沖斷裂系為組合的盆嶺構(gòu)造體系，其最東端見(jiàn)有白堊紀(jì)的火山活動(dòng)；b段位于肅北至安南壩，表現(xiàn)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(cè)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(yùn)動(dòng)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(lái)的火山活動(dòng)；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(cuò)斷裂與郭扎錯(cuò)斷裂以及北東向裂谷組合（貢嘎錯(cuò)斷裂帶）為特征，并伴隨有新生代的火山活動(dòng)。從區(qū)域空間特征看，a—b段、c—d段和e—f段構(gòu)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(jì)滑動(dòng)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(jié)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(nèi)逐漸變?。▓D4），突變處出現(xiàn)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(zhuǎn)化為分支的逆沖斷裂，逆沖作用使得主斷裂東南側(cè)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(nèi)滑動(dòng)速率快速下降（圖4），左旋滑動(dòng)量主要轉(zhuǎn)化為東南側(cè)的祁連山逆沖構(gòu)造帶上的縮短（Zheng等，2013）。從已有的對(duì)西南段的研究結(jié)果（付碧宏等，2006；李海兵等，2006）來(lái)看，主干斷裂上的大部分的左旋走滑向西轉(zhuǎn)移到e段上，僅有小部分的左旋走滑向南轉(zhuǎn)移到貢嘎錯(cuò)斷裂帶上的幾個(gè)分支上（圖4的f段）。而2014年于田MS7.3級(jí)地震發(fā)生在f段上。從初步的研究結(jié)果來(lái)看，貢嘎錯(cuò)斷裂帶上的晚第四紀(jì)平均滑動(dòng)速率約為 5mm/a（國(guó)家地震局《阿爾金活動(dòng)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(gè)分支斷裂（圖1、圖2），估計(jì)每個(gè)分支斷裂上的滑動(dòng)速率約為2mm/a。假定該斷裂上的地震復(fù)發(fā)符合特征地震模式，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系獲得的2014年于田地震的平均同震左旋位錯(cuò)量（0.6—0.8m）可估計(jì)該斷裂上2014年于田地震的復(fù)發(fā)周期為300—400年。

從區(qū)域動(dòng)力學(xué)特征來(lái)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(xiàn)為左旋走滑，向東左旋滑動(dòng)轉(zhuǎn)化為祁連山構(gòu)造帶上的地殼縮短和擠壓成山，發(fā)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(xù)向西傳遞，另一小部分左旋走滑轉(zhuǎn)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(guó)家地震局《阿爾金活動(dòng)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(gòu)造轉(zhuǎn)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(qū)經(jīng)常作為斷裂傳播的障礙區(qū)，也是地震的多發(fā)帶（Barka等，1988；Shaw，2006）。左旋走滑作用向西南端的擴(kuò)展在這些裂谷盆地積累，當(dāng)達(dá)到破裂的臨界值時(shí)導(dǎo)致地震的形成，這是2008年和2014年于田2次地震發(fā)生的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。從2008年于田地震的地表破裂調(diào)查結(jié)果（徐錫偉等，2011；Xu等，2013）來(lái)看，自東向西走滑量逐漸減小，而正斷作用逐漸增強(qiáng)。而2014年于田地震發(fā)生的地點(diǎn)更靠近東側(cè)的阿爾金主斷裂，所以其破裂主要表現(xiàn)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(jì)滑動(dòng)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(dòng)力學(xué)機(jī)制Fig. 5 Geodynamic mechanism of the 2014 Yutian earthquake

4 初步結(jié)論

2004年于田 MS7.3級(jí)地震的發(fā)震斷裂為阿爾金斷裂帶西南段的貢嘎錯(cuò)斷裂帶北段東南支。由于存在區(qū)域歷史地震漏記，但1970年以來(lái)5級(jí)以上地震活動(dòng)是完整的，近20年來(lái)強(qiáng)震活動(dòng)有增強(qiáng)趨勢(shì)，而2008年于田MS7.3級(jí)地震可能加速了本次地震的發(fā)生。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系估計(jì)，2014年于田地震的同震地表破裂為30—40km，同震最大左旋位錯(cuò)量為1.0—1.5m，地震的復(fù)發(fā)周期為300—400年。青藏高原北東向運(yùn)動(dòng)造成了左旋走滑的阿爾金斷裂西南端沿北西張性構(gòu)造帶擴(kuò)展，導(dǎo)致了2014年于田地震的發(fā)生。

本文研究的地表破裂及復(fù)發(fā)周期值只是一個(gè)估計(jì)結(jié)果，確切的結(jié)果還需震后詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和古地震研究來(lái)驗(yàn)證。

致謝：鄭文俊研究員對(duì)本文提出了寶貴的修改建議，在此表示感謝。

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