2015尼泊爾大地震及喜馬拉雅造山帶未來地震趨勢

趙根模，劉 杰，吳中海

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京100081;2.國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081;3.天津市地震局，天津300201;4.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京100048)

據(jù)中國和國際地震臺網(wǎng)測定，北京時間2015年4月25日14點(diǎn)11分26秒，當(dāng)?shù)貢r間中午12點(diǎn)左右，尼泊爾首都加德滿都附近發(fā)生Ms8.1(Mw7.8，據(jù)USGS)大地震。震中坐標(biāo)84.7 E、28.2 N，震中博克拉烈度約為Ⅺ度，震源深度15 km，地震破裂帶走向北西西—南東東，長度約120 km;據(jù)中國地震信息網(wǎng) (CSI)斷層面解節(jié)面走向95°和293°，滑動角83°和108°，p軸走向北北東—南南西，近水平。發(fā)震斷層面傾向約14°，傾角7°，是一個典型低角度逆沖運(yùn)動。加德滿都大量民房倒塌，千年名勝古跡被震毀，全國已知死難人數(shù)超過8000人。該地震災(zāi)難還波及到鄰國印度、中國、不丹和巴基斯坦等。本文對這次地震的主要特點(diǎn)和攜帶的信息進(jìn)行研究。

1 尼泊爾地震主要特點(diǎn)

2015尼泊爾大地震的主要特點(diǎn)是:板塊俯沖，威力巨大;震源很淺，破壞嚴(yán)重。

尼泊爾位于喜馬拉雅弧中段，是世界構(gòu)造運(yùn)動最活躍的造山帶之一。印度板塊向北俯沖長期速率平均值為36 mm/a，長期積累的應(yīng)力與能量達(dá)到斷層抗剪強(qiáng)度，突然滑動，俯沖滑脫面上下兩盤在北北東—南南西方向水平位移5 m。破裂帶走向北西西—南東東約110°，與喜馬拉雅弧中段縫合線走向一致，從Ms8.1主震震中向南東東方向延伸，總長度約120 km。破裂帶穿越加德滿都市，該市距離主震震中僅65 km，位于破裂帶中部。震源很淺，所以地面加速度甚高，震感強(qiáng)烈，破壞性大。又因?yàn)槟岵礌枌侔l(fā)展中貧困國家，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，房屋質(zhì)量差，抗震性能低，過去的80年未發(fā)生大地震，毫無防震措施與準(zhǔn)備，遂使震災(zāi)嚴(yán)重。所幸由于是逆沖型地震運(yùn)動，這種地震大多在上中天時刻發(fā)生，此時刻太陽引力使逆沖斷層面上的正應(yīng)力最小，斷層面摩擦阻力最小，最易滑動發(fā)震，即發(fā)生在白天正午左右，如果在夜晚發(fā)生死傷人數(shù)會更多。此次大地震過后，發(fā)生了多次7級左右強(qiáng)余震，特別是5月12日的Ms7.5(Mw7.3，據(jù)USGS)余震，發(fā)生在破裂帶東部，屬于擴(kuò)展性強(qiáng)余震。震中坐標(biāo)86.077 E，27.837 N，震中烈度Ⅹ度，震源深度15 km。震源機(jī)制解節(jié)面1走向94°，傾角81°，滑動角83°;節(jié)面2走向312°，傾角11°，滑動角127°，造成了新的破壞和傷亡。

圖1 2015-4-25 尼泊爾 M s 8.1 地震震中分布圖［1～5］ (據(jù)USGS，EMSC，Bettinelli，2006)Fig.1 The epicenter distribution map of the 2015-4-25 M s 8.1 Nepal earthquake

2 喜馬拉雅弧進(jìn)入新一輪地震活躍期

從1850到1950年，喜馬拉雅弧共發(fā)生M≥8.0大地震5次，分別發(fā)生在1885年 (M 8.0)、1897年 (M 8.7)、1905年 (M 8.0)、1934年 (M 8.3)和1950年 (M 8.6)，它們之間的平靜間歇期分別為12 a，8 a，29 a，16 a。而自1950年后50多年沒有發(fā)生M≥8.0地震，間歇期超長;且從喜馬拉雅弧百年地震應(yīng)變釋放曲線 (見圖2)可看出1950年后的超常平靜期已積累的能量足以發(fā)生幾次8級以上地震。

圖2 喜馬拉雅弧地震應(yīng)變釋放曲線及M≥7.0地震序列 (1800—2014)Fig.2 Strain release curve and M≥7 earthquake sequence of Himalaya arc(1800—2014)

由上可見，喜馬拉雅造山帶大地震早已蓄勢待發(fā)，箭在弦上，隨時可能發(fā)生，新的地震高潮期即將來臨。早在20世紀(jì)后期，國際地震學(xué)界對此已形成共識。實(shí)際上在2005年克什米爾發(fā)生M7.8級大地震，造成巴基斯坦和印度8.7×104人遇難。高潮活動已從西部開始，并向東遷移，終于2015年到達(dá)中段尼泊爾。從圖3上可見，高潮頂峰尚未到來，更大災(zāi)難還在后頭。

3 喜馬拉雅弧未來地震趨勢分析

地震預(yù)報(bào)仍是世界性科學(xué)難題，科學(xué)家必須掌握廣泛布設(shè)的地震前兆觀測臺網(wǎng)長期連續(xù)和可靠的數(shù)據(jù)顯示的可靠異常信息和自然界宏觀異常信息 (如動物行為異常)才有可能對大部分大地震的時間地點(diǎn)和規(guī)模做出比較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，而這樣的條件和能力目前尚不具備。但是，通過最近幾十年地球物理、地震地質(zhì)和地震前兆的研究探索，科學(xué)家已經(jīng)有可能對未來地震的“時空強(qiáng)”三要素做出較粗略的預(yù)測，又稱為長期和中期地震預(yù)報(bào)。所以普通人對尼泊爾地震感到很意外，但對國際地震學(xué)界而言，卻在預(yù)料之中，因?yàn)楹笳咭呀?jīng)掌握了幾種進(jìn)行中長期預(yù)報(bào)的有效方法，比如地震空區(qū)、地震遷移和誘發(fā)地震等有前兆意義的地震活動特征，又稱“前兆性地震活動圖像方法”(見圖3—圖5)。

圖4 喜馬拉雅帶地震縱向遷移圖示 (M≥7.5)Fig.4 Earthquakes migration along the Himalaya belt(M≥7.5)

圖5 喜馬拉雅帶地震橫向遷移示意圖 (箭頭表示地震形變波傳播方向)Fig.5 Schematic diagram of seismic lateral migration in Himalaya belt

大地震具有填空性特征，即未來大震通常發(fā)生在新近發(fā)生的兩次大震之間長期平靜的空白段落。圖3顯示，至2014年止，概略地說，喜馬拉雅帶自西向東主要存在4個空區(qū)，且仍可細(xì)分。其中Ⅱ號空區(qū)分布在克什米爾東到尼泊爾，該區(qū)歷史上 (1505年)發(fā)生過大地震，但已經(jīng)平靜500 a，這次尼泊爾大震即發(fā)生在1720年和1833年兩次大震之間的空段，把Ⅱ號大空區(qū)填充了一部分，其西部仍存在很大空區(qū)，仍有大震危險(xiǎn)。

據(jù)歷史地震資料分析，喜馬拉雅帶地震有明顯的順序遷移特性，為敘述方便本文定義縱向遷移是指地震沿?cái)嗔炎呦蜻w移，橫向遷移是指地震沿著與斷裂走向垂直方向遷移。從圖4可發(fā)現(xiàn)，地震通常沿著喜馬拉雅弧自西向東遷移，如1803-1833-1852-1897-1908年和1885-1905-1916-1934-1947-1950年從西構(gòu)造結(jié)向東構(gòu)造結(jié)的遷移。最新遷移從1965年興都庫什和2005年克什米爾地震開始，2015年到達(dá)尼泊爾，可能將繼續(xù)向東遷移，其中最可能地點(diǎn)在不丹到西藏墨脫之間或滇西印緬邊界空區(qū) (見圖3)。

尼泊爾逆沖地震位移形變波引起與斷裂走向垂直方向的橫向遷移，并分為高中低3種速度，其中高頻高速形變波衰減快、傳播近，低頻低速形變波衰減慢、傳播遠(yuǎn)，向北激發(fā)西藏、青海、新疆、蒙古發(fā)生破壞性地震。如1934-1-15尼泊爾8.1級地震和1950-8-16察隅8.6級地震后向北遷移激發(fā)1934-12-15西藏申扎7.0級、1951-11-18西藏當(dāng)雄8.0級、1973-7-14新疆尼瑪7.3級和1991-2-15新疆林平6.5級地震等 (見圖5、表1)。特別應(yīng)注意，高速遷移在喜馬拉雅北坡山前帶引起7～8級大地震，相隔時間僅僅一年左右(見表1)。這是很現(xiàn)實(shí)的威脅，提醒我們應(yīng)加強(qiáng)尼泊爾地震后效對中國內(nèi)陸影響的研究、監(jiān)測和防范。此外，地震之間存在明顯的力學(xué)相關(guān)性，大震造成的應(yīng)力場擾動可以觸發(fā)已趨近臨界狀態(tài)的潛在震源斷層附近低級別斷層滑動，發(fā)生中等地震，為觸發(fā)-響應(yīng)效應(yīng)表現(xiàn)之一，未來大震就發(fā)生在這種響應(yīng)性中等地震附近。這已經(jīng)國內(nèi)外多次證明，它可以指示未來幾年或幾十年內(nèi)大震位置，又稱為“遠(yuǎn)余震和誘發(fā)前震”(可用作地震中長期預(yù)測)。例如:2004-12-26蘇門答臘9.2級和2008-5-12汶川8級地震在中國大陸激發(fā)多個“誘發(fā)前震”，主要分布在西藏南部和喜馬拉雅弧——仲巴、不丹、墨脫以及新疆烏什、川滇交界等地。按照以往經(jīng)驗(yàn)，誘發(fā)前震周圍300 km范圍內(nèi)1～20 a內(nèi)發(fā)生大震可能性很大，這次尼泊爾大震就正好發(fā)生在仲巴6.5級誘發(fā)前震以南約300 km處，等待時間11 a?，F(xiàn)在應(yīng)該注意尼泊爾地震激發(fā)的“遠(yuǎn)余震”位置給出的最新信息。

表1 喜馬拉雅帶地震橫向遷移數(shù)據(jù)Table 1 Table of seismic lateral migration in Himalaya belt

這次尼泊爾大地震再次證實(shí)了上述中長期預(yù)測方法是基本可靠的。這類中長期地震預(yù)測雖然較粗略，但它可以指出現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)區(qū)位置，為設(shè)定強(qiáng)化地震前兆觀測區(qū)提供科學(xué)依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)短臨預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。也為加強(qiáng)抗震設(shè)防，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供安全保證，為減輕未來災(zāi)害程度提供了特殊關(guān)注地區(qū)和贏得了寶貴的時間與機(jī)會，有可能挽救更多生命和降低經(jīng)濟(jì)損失。喜馬拉雅及相關(guān)區(qū)域地震監(jiān)測臺站稀少，研究薄弱，歷史地震資料不詳，預(yù)測難度很大，急需加強(qiáng)青藏高原及相關(guān)區(qū)域地球物理、地震地質(zhì)、歷史地震和科學(xué)防災(zāi)研究，加強(qiáng)國際國內(nèi)科研交流合作很有必要。

最后要著重指出，喜馬拉雅帶的大地震對我國西南地區(qū)有重大影響。歷史資料證實(shí)，喜馬拉雅一帶發(fā)生大震后，中國西南地區(qū)緊隨其后也要發(fā)生大地震，而目前我國西南地區(qū)存在多個危險(xiǎn)區(qū)，包括:川滇交界的石棉—西昌—巧家一帶及其以東的大涼山地區(qū)、滇西北大理—麗江地區(qū)、南汀河—盈江—畹町地區(qū)和瀾滄—景洪—中緬邊界地區(qū)等［7～10］。除了關(guān)注喜馬拉雅帶地震活動之外，也應(yīng)該同時關(guān)注我國西南地區(qū)和新藏三角區(qū)、帕米爾-貝加爾帶、南北帶的震情發(fā)展。

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