地质力学学报  2011, Vol. 17 Issue (1): 41-54, 78
引用本文
李述靖. 应用遥感构造解析方法分析汶川和玉树地震的构造活动过程———试作区域性地震活动预测分析[J]. 地质力学学报, 2011, 17(1): 41-54, 78.
LI Fang-quan. REMOTE SENSING STRUCTURE ANALYSIS ON THE STRUCTURAL PROCESSES OF WENCHUAN AND YUSHU EARTHQUAKES: ANALYSIS OF AREA DANGEROUS OF EARTHQUAKE[J]. Journal of Geomechanics, 2011, 17(1): 41-54, 78.
应用遥感构造解析方法分析汶川和玉树地震的构造活动过程———试作区域性地震活动预测分析
李述靖     
中国地质大学,北京 100083
摘要:每次地震都是一次岩石圈表层的构造变形与位移,一组时空相近而有成生联系的地震,代表着某种方式与方向的地壳运动,即每次地震均可视为一次“地震—构造事件”。应用遥感构造解析方法,将地震视为“地震—构造事件”,对中国近20年来的地震活动进行分析和危险区评估,结果比较合乎实际。据此,对未来5~10年中国东部地区的地震活动趋势进行了预测,认为:两广及其沿海地带和华北平原中部存在发生强破坏性地震的较大风险。
关键词遥感构造解析    地震—构造事件    汶川地震    玉树地震    青藏滇缅—印尼歹型构造    
文章编号:1006-6616(2011)01-0041-14
REMOTE SENSING STRUCTURE ANALYSIS ON THE STRUCTURAL PROCESSES OF WENCHUAN AND YUSHU EARTHQUAKES: ANALYSIS OF AREA DANGEROUS OF EARTHQUAKE
LI Fang-quan     
China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: The earthquake is an deformation and displace of enveloping rock in crust. A succession earthquake in the same belt represents some diastrophism (crustal movement). viz. an earthquake is a "Seismic-Structural Event". The dangerous of seismic area in China for the past 20 years were predicted tentatively on the basis of "Seismic-Structural Event"analysis by using remote sensing. The dangerous of seismic area in eastern china for coming 5-10 years are forecasted in this paper through iterative verification. A violent earthquake probably occurs in littoral areas of GuangdongGuangxi and the middle part of north China plain area.
Key words: remote sensing structure analysis    seismic-structure event    Wenchuan earthquake    Yushu earthquake    Qinghai-Tibet-Yunnan-Myanmar-Indonesia reversed S-shaped tectonics    

1994年台湾海峡南部发生7.2级地震,震感明显波及大陆广大地区,显示1990年以来台湾西部地震活动有所增强,预感将对大陆地区的地震活动产生影响。1999年台湾南投集集地震后,根据地震与构造的关系,对可能发生强震的地区(包括龙门山构造带)作了一些分析和评估,汶川地震检验了遥感构造解析对我国新构造活动的认识。本文根据“地震—构造事件”判断陆壳表层构造岩片的运动方式,检验构造认识; 进而依据陆壳表层构造岩片运动趋势,分析可能发生强震的地区或地点,进行地震活动趋势研究和地震危险区的评估。

1 汶川“地震—构造事件”

2008年5月12日四川汶川发生里氏8级地震,震源深度14 km,震中烈度达Ⅺ度以上,地震持续时间100余秒。5月12日至8月5日,沿龙门山断裂构造带,先后发生6级以上强余震9次,地震活动自西南向东北发展,强余震主要在东北段的北川—青川一带发生。地震烈度调查表明,极震区基本沿龙门山构造带分布,走向北东,长约300 km,宽度超过20 km,呈狭长带状; 另外,自青川向北的陇南康县、成县、武都、文县以及陕西宁强、略阳等地,破坏也比较严重。震后地质调查发现,本次地震破裂带从漩口附近开始,沿龙门山断裂带的“映秀—北川断裂”向NEE方向单向发展,至青川附近,断续延长约270 km; 与此同时,与其平行的山前断层“灌县—江油断裂”也发生了活动,导致一系列地震发生[1~4]。地震构造活动使断裂西北盘的岷山—巴颜喀拉山地块(简称岷山地块)向NEE方向右行逆冲运动,四川盆地地块(简称四川地块)相对向西南方斜下降,两侧发生明显的位移,地震断裂的垂直与水平位移4~8 m。地震断层西南段以NW—SE向地壳缩短为主,岷山地块上升,四川地块下降,东北段走滑分量逐渐加大,西北盘相对向NEE方向运动,垂直与水平最大位移量均接近10 m。震源机制分析表明:震源断裂面产状315°∠39°,滑动方位角120°,主破裂面走向N67°E倾向NW; 西南段倾角较缓,以NW—SE向挤压为主,东北段破裂面变陡,右行剪切滑动增强[5~8]。原有地质资料显示:龙门山断裂带的走向自西南向东北从NE向渐变为NEE方向; 构造型式上,灌县—茂县间(西南段,即茶坪山段)碾掩推覆、飞来峰与构造窗都非常发育,安县—马角坝段(东北段)以逆冲叠覆为主[9~10]。此次“地震—构造”事件基本沿袭了这种构造活动方式,沿既有的龙门山断裂带发生新的压扭性破裂,使岷山地块向NE方向右行逆冲上升,四川地块向西南斜下降。对于岷山地块来说,除向SSE逆掩推覆外,明显发生了向NEE方向的剪切—推覆运动。据遥感构造解析,岷山地块前缘的主断层为岷山东麓近南北稍偏东走向的断裂带,该断裂带向北逐渐转为NW方向,与白龙江断裂带相连,经西倾山东北麓汇入昆仑—西安NWW向巨型走滑断裂带,向南在茂县附近转为NE向,汇入龙门山断裂带。它的前方,有向东凸出、互相叠覆的摩天岭和勉略宁舌形推覆岩片。在本次地震中,摩天岭岩片内文县附近有较强的余震发生,勉略宁岩片周边破坏比较严重,在一定程度上是前缘推覆构造岩片受岷山地块向东推挤的影响所致(见图 1)。

图 1 2008年5. 12汶川8. 0级地震区域遥感构造解析图(图例说明见图 2) Figure 1 Remote sensing structures analysis in the area of MS 8. 0 Wenchuan earthquake on May 12 th, 2008

① 有关地震的信息来自中国地震信息网(http://www.csi.ac.cn)和中国地震网专业地震信息网(http://www.ceic.ac.cn),地震发生日期为世界协调时。

综合起来看,导致汶川地震的地壳挤压作用,主要发生在NWW—SEE方向上。这一点还可以从历史上一些相关的强震活动中得到证明。2001年11月昆仑山口西8.1级地震,NWW向断裂发生显著的左行走滑运动,岷山—巴颜喀拉地块沿昆仑—西安断裂带向SEE方向运动(详见下文)。1976年8月松潘7.2级双震就发生在岷山东麓的弧形断裂带上,震源机制分析表明:先发生的一次位置靠北,在弧形构造北翼,震源较浅(15 km),主压应力方向为NEE—SWW向; 后一次地震向南迁移,发生在弧顶附近,震源较深(19 km),主压应力转为NWW—SEE方向,代表了岷山地块的运动方向[11]

2 汶川地震前东亚地区地震—构造活动情况

1990年以来,台湾西部地震活动增强,1994年台湾海峡南部发生7.2级强震,波及海峡西岸广大地区,包括杭州、南昌、武汉等地均有震感。1999年9月21日台湾西部山原交界附近的南投集集,发生7.4级强震,震源深度8 km,地震持续时间105 s,随后几天中接连发生3次6.7级以上的强余震,破坏性很大,极震区烈度达Ⅺ度。地表调查发现,地震破裂带走向NNE,地震导致的地表破裂带长达105 km,断层上盘向西北方向左行逆掩斜冲,最大位移超过10 m。震源机制分析获得的破裂面走向N18°E,倾向SE,倾角19°,上盘岩块运动方向为300°,挤压为主,兼有左行滑动,挤压作用方向与汶川地震一致[12]。这两次地震,与台湾东部地区频发的强震有所不同。台湾东部地区地震,主要受高角度东倾的花莲断裂带控制,沿大洋地(板)块与大陆地(板)块的边界发生,震源相对较深,地块间的推挤作用于台湾造山带。而这两次地震,发生于台湾造山带西侧,属大陆地块内部的表层浅源地震,所产生的推力直接作用于大陆地块,对大陆地区的影响显然远大于台湾东部地震。结合遥感构造解析对中国活动构造系统的认识,估计将对大陆地区地震活动产生直接影响。海峡南部地震发生后,对大陆地区地震活动趋势作了分析。事实是: 1996年5月和1999年1月位于五原—北京NWW向地震带上的内蒙古固阳和河北张北先后发生6.4级和6.3级地震; 1995年7月和1996年2月,云南孟连和丽江先后发生7.3级和6.9级强震。南投集集地震后,2000年在云南姚安有6.4级地震发生,在龙门山山前断裂带上的四川安县附近发生了有感地震。当时以为,这些情况多少已经说明台湾西部浅源地震与大陆地区地震活动存在一定联系。

事实上,二者的相互影响远不止此。在台湾西部及台湾海峡地区接连发生7级以上强震之后近10年,才在龙门山构造带的汶川附近引发8级强震。紧随1999年台湾南投集集强震而来的大陆高能地震是2001年昆仑山口西的8.1级强震。该地震发生在NWW向(290°)的昆仑山走滑断裂带上,震源深度10 km,地震活动自西向东扩展,形成长426 km、宽数十米的地表破裂带,具有多点破裂特征,总体为以左行走滑为主,最大水平位移接近10 m,垂直位移4 m,南盘向SEE方向运动[13]。2005年11月,江西九江发生少有的5.7级破坏性地震,据调查,影响带沿长江呈NW向展布,黄石一带有明显震感。2006年湖北随州三里冈有4.2级有感地震发生。它们都发生在昆仑山走滑断裂带的东南段,该带向东南延伸至台湾岛北侧,昆仑山地震和昆仑山走滑断裂带的最新活动迹象显示出昆仑山断裂带与台湾构造活动的内在联系。这些事实说明,昆仑山断裂带南侧的岷山—巴颜喀拉地块向SEE方向运动,与台湾南投集集地震导致的江南地块向NWW方向推挤的共同作用,加强了龙门山构造带受挤压的程度,积累起更大的势能(见图 2)。图 2根据遥感解译编制,该图概略表达了中国及其邻近地区陆壳表层构造的基本特征以及它们所反映的现代地壳运动方式与方向,同时标注了1990年以来发生的强震和部分有感地震[14~15]

(依据《中华人民共和国遥感卫星影像图》解译, TM数据山地质力学研究所提供,地震资料据中国地震专业信息网) 图 2 中国及其邻近地区陆壳构造与强震分布关系 Figure 2 Relationship between continetal crustal structures and earthquake distributions in China and adjacent areas

其间,东亚地区的地震活动形势也在变化。2002—2006年间中国大陆地区地震活动相对平静,而周边地区地震却日趋活跃。2004年12月26日,印度尼西亚苏门答腊西北部锡默卢岛附近发生9.3级大地震(仅次于1960年智利9.5级大地震) 。地震发生在水下10 km深处,持续时间达500 s,在海底形成长达1200 km、宽约100 km、自南向北由NW向渐转为近SN向的弧形破裂带。破裂带自爪哇海沟西北端开始,向北沿尼科巴—安达曼岛弧西侧分布,主要表现为自东南向西北发展。地震活动与其同步,主震发生在地震断裂带南段的锡默卢岛附近,最强余震(7.3级)发生在中段尼科巴群岛地区,北段安达曼群岛附近有大量5.7~6.3级余震发生。地震断裂带上盘(东北盘)仰冲兼有右旋错动,上盘地块向西南发生20~36 m不等的位移,苏门答腊岛西北端位移量最大,西南盘(海底)显著下降。此次地震释放的能量巨大,影响范围很广,是一连串“地震—构造事件”中的一环。这次地震前3天,澳大利亚东南的麦夸里岛曾发生8.1级大地震; 这次震后的当天下午,中国云南楚雄双柏就发生了5级地震,青海柴达木地区小震活动陡增至10倍以上。稍早一些,有前述云南孟连、丽江以及宁蒗(6.2级)等强震发生,它们均发生在青藏滇缅—印尼“歹”形构造带的东侧,震源深度10 km左右,震源机制分析和震后地质调查以及GPS监测研究都反映地块的运动方向为向南推移[16]。结合印尼大地震的发震断裂以向西南仰冲为主的事实,区域陆壳表层有顺时针旋转倾向。随后,2005年3月28日(苏门答腊西南明打威群岛8.7级)、7月17日(爪哇岛日惹以南圣诞岛7.2级)、2007年1月21日(苏拉威西7.2级)、9月12日和13日(苏门答腊明古鲁西南8.2级和8.3级),沿印度尼西亚群岛西南侧和东南边的爪哇海沟等地区,不断有7~8级强震发生,释放的能量巨大。当时有一种认识:认为周边地区地震能量的集中释放,可能会降低中国地震风险。但基于青藏滇缅—印尼构造带属同一构造系统和历史上两地地震活动存在相关性的认识,多数人仍然怀着忐忑的心情,密切关注着中国大陆地区的地震活动情况,猜测着可能触发强烈破坏性地震的地区,不乏有研究成果认为龙门山构造带将发生强震[17]

① 有关地震的信息来自中国地震信息网(http://www.csi.ac.cn)和中国地震网专业地震信息网(http://www.ceic.ac.cn),地震发生日期为世界协调时。

2008年5月12日汶川发生8级强震,造成巨大损失[18~24]。一方面,强烈破坏性地震确实发生了,再一次证实青藏地区与印尼地区的构造活动存在内在联系,这次两地8级以上强震的时间关联尺度为4年; 另一方面,对地震未能作出任何有效的预测与预警,说明在地震预报方面,人类还面临着许多未知领域。如前所述,龙门山构造带的地震活动还与台湾地区地震有密切联系。汶川震后不久,台湾南北分别有6级左右地震发生。上述这些地震,均属于上地壳范围内的浅源地震。这些事实说明:大陆地区的地震活动与陆壳表层沿壳内低速层的地质构造运动密切相关,根据陆壳表层构造运动的方式与方向,推断地震迁移趋势,辅助进行强震的中长期预测,不失为一个有现实意义的研究方向。

3 青藏滇缅—印尼歹型头部构造的遥感构造解析

汶川震后,通过遥感构造解析研究,进一步审视印度尼西亚岛弧构造与青藏地区构造的关系,分析其相互联系及“歹”型头部的具体结构。研究发现,西藏东部念青唐古拉山西端发育有NE向的左行走滑构造带,东南盘向东北方向水平推移距离可达500 km,它们组成一个剪切—推覆系统,前缘形成向东北凸出的藏东念青唐古拉山—高黎贡山弧形构造,由多个逆掩叠覆的岩片组成(见图 3) 。东北边缘有由杂多北、小苏莽、江达、巴塘、义敦—得荣和中甸等6个“飞来峰式”推覆岩片组成的“花绦状”推覆构造带,前方是由金沙江断裂带(杂多—江达—梅里雪山东侧)与“索县—昌都—梅里雪山西侧”断裂带所围限的他念他翁山“新月形”推覆构造岩片,主体是由“索县—昌都—梅里雪山西侧—龙陵—曼德勒”断裂带和“当雄—嘉黎—掸高山东侧—曼德勒”断裂带所围限的念青唐古拉山—高黎贡山“方弧形”构造岩片,后方驮载着“长舌形”的工布江达构造岩片和“镰刀形”的掸高山构造岩片,后缘边界,由雅江断裂带东段和沿枯门岭东北侧(由NW向渐转为NE向)经密支那至曼德勒的弧形断裂带构成。另外,在雅江断裂带东段阿帕龙附近,有一支向南发生超过90°的弧形转弯,由向SEE急转为向SSW延伸,沿帕特凯山—隆格朗山西侧经英帕尔至德莱入海,向南沿安德曼—尼科巴群岛西侧波状延伸,过尼科巴群岛复转为NW向,与引发印度尼西亚苏门答腊西北部9.3级大地震的断裂带相接,再向东南与爪哇海沟相连,控制发生了2005—2007年的一系列7~8级地震。可见,由西藏东部念青唐古拉山—高黎贡山弧形山系—缅甸西部近南北向山系—安德曼—尼科巴群岛—印度尼西亚西南部岛弧山系(苏门答腊岛和爪哇岛)组成的“歹”形造山带的构造活动是引发这一波7~9级强震的主要原因。青藏滇缅—印尼“歹”型构造所反映的陆壳表层运动方式是东侧地块向南、西侧地块向北的对扭运动及外旋顺时针的旋转扭动方式,与上述地震活动反映的运动方式基本一致。“歹”形构造尾部(南部)弧形较开阔,以苏门答腊岛为弧顶部位,前缘是洋陆边界断裂带。这里的海拔并不很高,而高差悬殊,苏门答腊岛最高峰为3805 m,爪哇海沟深达7620 m。主要地震发生在苏门答腊岛西南侧洋陆边界断裂带上,从班达亚齐至明古鲁的明打威海峡长约1000 km的地段内,东北盘造山带向西南方向逆冲上升,西南侧海底地盘明显下降。这里的地震大都伴有强度不等的海啸,地震活动向北蔓延至安德曼群岛,向东到爪哇岛以东,各又波及近千公里,活动断裂总长度超过3000 km。“歹”型构造头部(北部)属青藏高原的一部分,弧形相当紧闭,弧形山系不乏海拔6000~7000 m高峰,地壳厚度显著增厚,可达60 km以上,向北推移的地块也是仰冲的,面对岩石弥漫的大陆壳,受到阻滞,转为沿念青唐古拉NE向走滑断裂带向东北方向运动,形成岩片堆叠掩覆、地壳增厚的剪切—推覆构造系统。看来,青藏滇缅—印尼“歹”型构造总体上是一个外旋顺时针旋转上升的构造系统。安德曼—尼科巴群岛西侧印度洋地(板)块的“下降—北移”可以理解为是前方西藏东部地块仰冲—推覆,后方印度洋地块拉伸—沉降的反映。当尾部受到向南西方向的强烈推挤,沿3000 km断裂连续发生强震的情况下,头部必然受到向北至东北方向大体相应的推挤,或自身或传递给前方地块,以弹性应变形式把能量贮存起来。这次的情况,显然是部分能量传递给了岷山—巴颜喀拉地块。如前述,在岷山—巴颜喀拉地块持续向SEE方向运动,江南地块向NWW方向运动的推挤作用下,龙门山造山构造带已经积累起很大的势能,受此叠加作用影响,终于触发了汶川8.0级强震(见图 2)。

(地震资料来自中国地震专业信息网,汶川、玉树等强震区4 ~ 4. 9级地震未标注) 图 3 2008年5. 12汶川地震以来区域地震活动发展情况略图 Figure 3 A sketch map showing the regional earthquake activities since the Wenchuan earthquake on May 12th, 2008

① 李述靖,刘刚.念青唐古拉走滑断裂带与藏东平行双剪切—推覆构造系统的遥感构造解析.第十七届中国遥感大会学术论文,2010。

4 汶川震后地震活动情况与趋势的分析预测

循此思路,对汶川地震发生后的区域构造活动方式与地震活动发展情况进行了分析:岷山—巴颜喀拉地块是一个前宽后窄、后方强拉伸的双剪切—推覆构造岩片,由于它的头部向东(SEE方向)的瞬时滑移超过10 m,滑动岩体规模巨大,而且8级地震释放的能量很大,会使尾部岩体两侧受约束程度减弱,两侧受挤压作用和剪切滑动的影响可能增强。据此推测其后效为: ①岷山—巴颜喀拉尾部应力状况失衡; ②沿西南边界楚玛尔河—鲜水河左行走滑断裂带,西南侧的大凉山乌蒙山—可可西里构造岩片可能发生向东南方向的滑动,导致前方地区活动性增强; ③结合具体介质条件(松潘—甘孜三叠系褶皱带组成以砂板岩互层为主,宏观上形状—体积的可变性较强)和边界条件,大凉山乌蒙山—可可西里后方强拉伸楔形剪切—推覆构造岩片西南侧(即松潘—甘孜构造带西南侧),构造活动将有所增强。因此,近期(1~2年内)这些地点很可能引发一些新的地震活动(见图 3)。

汶川大地震后,除在龙门山断裂带附近有一系列余震发生外,地震活动确有向西和向南发展的趋势。2008年6月9日至18日,在唐古拉山北麓沱沱河一带(温泉、雁石坪附近)发生5~6级之间的震群,共6次,其中10日一天就发生了3次。它们发生在松潘—甘孜褶皱带西南侧,受藏北地块向北推挤,唐古拉山向北逆冲掩覆的NWW向断裂带附近。6月18日,在青海西部可可西里地区,还发生了一次5.4级地震。该地震发生在岷山—巴颜喀拉后方强拉伸双剪切—推覆构造岩片的尾部南侧近东西向的走滑断裂带上,该断裂向东南与楚玛尔河—鲜水河断裂带相连。2008年8月30日,大凉山乌蒙山—可可西里推覆构造岩片前方(东南部)川滇两省交界的拉鲊附近,发生6.1级地震。2008年10月西藏羊八井地震(见下文)发生后,进一步认为云南楚雄一带还可能发生破坏性地震。事实上2009年初,云南楚雄州姚安县的确发生了6级地震,震源深度10 km。拉鲊、姚安这两次地震,都是大凉山乌蒙山—可可西里推覆构造岩片向SE方向滑动引发的。由于汶川地震使其东北边界楚玛尔河—鲜水河断裂出现牵制力减弱现象,它西南边界唐古拉山北麓断裂带上震群活动导致的应力释放也产生了类似的效果,加之羊八井地震使它受到来自西南方的推挤,其头部次级岩片活动性增强,从而在一些不稳定地点触发了较强的地震。历史上,拉鲊(1955年)、姚安(2003年)都曾发生过6级以上地震。2008年10月6日,西藏当雄羊八井地区发生6.6级地震,地震发生在念青唐古拉山东南麓,NNE向的羊八井断陷带内,震源深度8 km。震源机制分析表明:活动断面高角度向SEE倾斜,上盘右行斜下滑,羊八井断陷是念青唐古拉山NEE向走滑断裂带东南盘的入字形张扭性分支构造,综合显示:地震是由念青唐古拉NEE向断裂带左行走滑运动引发的。换句话说,是念青唐古拉剪切—推覆构造活动引起的,这种活动加强了前缘弧形挤压性构造带弹性势能的积累,为2010年在其前缘构造带上引发玉树7.1级地震创造了条件。这些地震活动,分别与前文分析的认识比较吻合(见图 3)。

① 有关地震的信息来自中国地震信息网(http://www.csi.ac.cn)和中国地震网专业地震信息网(http://www.ceic.ac.cn),地震发生日期为世界协调时。

5 玉树地震—构造事件

2010年4月14日凌晨,四川玉树发生7.1级强破坏性地震,震源深度14 km,宏观震中在县城西北。地震沿NWW向断裂带发生,地震破裂带断续延伸近50 km,西北段有23 km较为连续。破裂带可分为3段:西段和中段表现为左旋走滑,东段是左旋走滑兼逆冲运动。最大左旋走滑位移量在郭央烟宋多附近,达2.4 m[25~27]。震源机制解有两组可能的破裂面,一组走向109° (即NWW),滑动角2°; 另一组201°,滑动角73°。地震破裂自震源向SEE方向发展,破裂带长度约40 km,故确定前者为地震断面,与地表调查情况基本一致[28~29] (见图 4)。

图 4 2010年4. 14青海玉树7. 1级地震区域遥感构造解析图 Figure 4 Remote sensing structures analysis in the area of MS 8. 0 Wenchuan earthquake on April 14 th, 2010

遥感构造解析显示:玉树地震发生在西藏东部念青唐古拉山—高黎贡山平行双剪切—推覆构造系统弧形构造带前方,“花绦状”推覆构造带中的小苏莽飞来峰式弧形推覆岩片前缘的北侧,大凉山乌蒙山—可可西里后方强拉伸的双剪切—推覆构造岩片头尾之间的“蜂腰部位”,有多组断裂发育,比较破碎,是个构造薄弱环节(见图 4)。NNE向和NWW向两组断裂交叉分布,前者平行成带,东部呈向东南凸出的弧形分布,兼具张扭与压扭特征; 后者大都比较平直,以剪切为主,部分呈波状延伸,兼具挤压特性。玉树西侧NNE向扎尕—拉秀断层,是大凉山乌蒙山—可可西里构造岩片头部与尾部的分界断裂,具张扭特性。发震的NWW向断裂,西起当江,经隆宝、结古至真达南,总体略呈反“S”形,左行剪切为主兼具挤压特性。后者被前者切截。本次地震断裂活动,西起扎尕—拉秀断裂,东至通天河西岸(真达南),向东为小苏莽推覆岩片前缘弧形断裂所掩阻。玉树东南的邓柯—甘孜NW向断层,平直延伸剪切特征明显,西北端亦被小苏莽推覆岩片前缘弧形断裂掩阻,并未与本次地震断裂直接相连。在小苏莽推覆岩片之下,当江—真达南断裂可能与邓柯—甘孜断层相连。如前所述,拉鲊、姚安地震是大凉山乌蒙山—可可西里构造岩片头部向东南滑动引发的,其后效是加强了对“蜂腰部位”的拉伸作用。西藏羊八井地震构造活动的后效是念青唐古拉山推覆构造前缘的小苏莽弧形推覆岩片对“蜂腰部位”有向东北的推挤作用。正是它们的共同作用引发了2010年4月玉树7.1级地震。结合震源机制分析和数值模拟结果,说明此次地震是一个“剪切—拉伸”构造作用过程,发震断裂左行剪切,岩块受NW—SE向拉伸,与其构造背景是吻合的[30]。这里是大凉山乌蒙山—可可西里构造岩片拉伸形成的“蜂腰部位”,此次地震事件,除弹(脆)性破裂位移外,是否有“颈缩变形”发生,产生较强的塑性波,以致使地面破坏较为强烈,是需要研究的科学课题。从构造背景和变形地块岩石力学性质表像看,此次地震与1967年8月甘孜7.9级地震(受NW—SE向拉伸沿NWW向破裂面发生左行滑动)及1932年昌马7.6级地震(受近东西向拉伸沿NEE向破裂面发生左行滑动)的“剪切—拉伸”构造有相似之处,在震波对比研究中也许会有所收获。

6 四川地块内部的地震—构造活动

在此期间,还有一些地震活动引起我们的注意。特别是四川地块内部,川渝交界附近,2010年1月31日(遂宁—潼南间5级,深10 km)、2月22日(隆昌—荣昌间4.2级,深10 km)、4月13日(泸县—荣昌间3.4级,深15 km)接连发生较强的有感地震,9月10日隆昌—荣昌间又发生4.7地震,这是比较罕见的(见图 1图 3)。遂宁—潼南间5级地震的震源机制分析表明,地震断面属逆断层型,走向NNE,受NWW—SEE方向挤压作用产生,以逆冲为主略有水平错动。地震活动由北向南迁移,深度略有加深,排列方向为NNE向,与东西两侧的华蓥山及龙泉山断裂带大体平行。据四川盆地绵阳—重庆地震测深剖面资料[11],四川盆地上地壳厚度在11~20 km之间,中地壳存在自西北向东南逐渐加厚的低速层,潼南附近低速层厚度可达5 km以上。绵阳—潼南间,自西北向东南,上地壳底面深度由20 km逐渐抬升至11 km左右,在潼南西北约6~8 km处,上地壳底部存在一个陡坎,东南侧陡降至15 km以下。2010年1月遂宁—潼南间的5级地震恰恰发生在上地壳底部陡坎附近,震源深度接近低速层。另据富顺—南部横向辅助爆破剖面,潼南低速层顶面约20 km,向SSW方向低速层逐渐抬升、变薄,至荣昌、大足附近,低速层顶面升至18 km,厚约3 km。2月22日隆昌—荣昌间发生的4.2级和4月13日泸县—荣昌间发生的3.4级地震均发生在其附近,后者震源深度接近低速层。8月8日在其东北不远处的重庆市璧山—江津间,又有3.3级地震发生,震源深度21 km,已达低速层。据地震测深资料判断,四川盆地结晶基底埋深在6~12 km之间。显然,上述这些地震均已深入结晶基底内部,多发生在上地壳底部靠近中地壳低速层的部位。换句话说,存在着触发陆壳表层沿着中地壳低速层发生水平滑动,进而对相邻地块产生动力影响的可能。

汶川地震及其余震使岷山地块向东南的逆掩推覆和沿龙门山构造带的右行滑动,对四川地块的挤压和对秦巴岩片向东的推挤都有所增强。如上所述,汶川地震前,曾有来自台湾海峡南部(1994年)和南投集集(1999年)地震活动对大陆地块挤压的影响。汶川地震同样对台湾地区地震活动有所影响,汶川震后,先后于花莲北和高雄南发生使大陆明显有感的地震活动。花莲北地震震感沿昆仑山—西安—基隆北断裂带传播,波及武汉; 高雄南地震波沿巴士海峡—潮州断裂带向西北传导,使粤东、闽南部分地区有感。说明它们从东南方向继续向江南地块、武陵—雪峰造山带和四川地块及秦巴地块施压。从遥感构造解析结构看,秦巴地块同时受到岷山地块自西向东和武陵—雪峰造山带向西北的推挤,方向相背的伏牛弧与大巴弧显示出地块有NE—SW向的伸展趋向。四川地块本身处于龙门山造山带和武陵—雪峰造山带的双向挤压状态下,受大巴山弧向西南的施压,已有失稳破裂迹象,发生以逆冲为主的NNE向断面,引发川渝边境的一系列有感地震。从秦巴地块受挤压的合力方向分析,伏牛弧对华北地块的推挤更加强烈,尚处于能量积累阶段(见图 1图 2)。

7 东亚地区地震—构造活动态势

2010年以来,从安达曼群岛到印度尼西亚群岛,仍然不断有6~7级强震发生(15次),6月16日一天,新几内亚岛西北部(歹型构造尾端)就有6次强震,先是两次6.3级,接着是两次7级,继而又是两次6.3级。最近,构造活动还引发了苏门答腊岛的火山爆发,迄今未止。这些无疑对歹型构造头部有重大影响,面对岩石弥漫的大陆壳和复杂的大陆岩石介质条件和构造边界条件,除部分能量可为塑性变形所吸收外,其余将以弹性变形方式积累起来,蓄势待发,寻找突破构造闭锁的合适地点。总之,歹型尾部,长达数千公里构造带,由一系列7~9级强震导致的地壳变动所积聚的能量远未耗尽。一段时间以来,帕米尔—喜玛拉雅山歹型构造头部地震活动也较强(克什米尔和中国新疆乌恰都有7级以上地震发生); 两个歹型交接的藏北羌塘高原也不断有6级以上地震发生; 台湾地区和琉球海槽、海沟的强震活动频频,有推(前者)有拉(后者),都对中国大陆壳产生影响。全球地壳运动是一个有机整体,海地7级、智利9级强震,冰岛火山爆发等等,都反映出近期地壳活动比较活跃。人类认识有限,目前尚无法对地震活动作出准确的预测分析和预报,但也不应停止积极的探索。

8 对中国东部地区未来地震—构造活动趋势的分析与预测

地震是地壳运动的一种表现形式,本质上是一种地壳表面作用过程,大陆地震发生于陆壳与大气界面,海底地震发生于洋壳与海水界面。每次地震都是一次地壳表层的构造破裂变形与位移,一组时空相近而有成生联系的地震,则代表着一定方式与方向的地壳运动,因此,每次或一组地震可视为一次“地震—构造事件”。

以下从汶川、玉树和台湾西部、印尼西南等地震及1990年以来的一系列“地震—构造事件”出发,分析中国东部的地震活动趋势。

台湾西部地震构造活动使江南地块和四川地块向NWW方向运动。青藏滇缅—印尼旋转构造活动,使藏东念青唐古拉—高黎贡山地块向NE方向运动,挤压巴颜喀拉—岷山地块,并使其转向SEE运动。二者于龙门山构造带相会,岷山地块受四川地块阻挡,沿龙门山断裂带发生逆掩推覆和右行走滑,导致汶川地震发生。

岷山地块西南侧的大凉山乌蒙山—可可西里构造岩片沿鲜水河断裂带发生向东南方向的滑动,后方“剪切—拉伸”引发玉树7.1级强震,前方相继发生拉鲊、姚安等大于等于6级的地震,而且仍在继续向东南方向发展,滇东先后有4~5级地震发生,已影响北盘江—右江NW向走滑构造带的稳定,桂西、黔南发生4级以上地震,活动趋势将波及两广地区。

岷山地块对秦巴地块形成自西向东的强大推挤,同时受武陵—雪峰造山带自东南向西北挤压的影响,秦巴地块将产生横向(NE—SW向)伸展动力。与武陵—雪峰弧形构造带受挤压产生的向东北和向南的伸展压力一起,将分别影响四川、华北和岭南诸地块。广西弧向南推挤岭南地块。大巴山弧向西南的推力,已影响相对刚性的四川地块失稳,在NW—SE向挤压下发生破裂,整体也显南压态势。伏牛弧向东北方向的推动力可能更强,与武陵—雪峰造山带的伸展压力共同作用于华北地块,或分别作用于冀鲁豫平原和郯庐断裂带西盘。东海东南的硫球群岛及其两侧海沟与海槽的地震—构造活动均很活跃,对华北地块施加着向东南发生伸展运动的影响。

柴达木—祁连山地区地震多与NNW向右行走滑断裂活动有关,近两年已波及走廊(山丹)和六盘山(固原)地区,银川和汾渭等NE向断陷也先后发生4级以上地震。反映出广义“华北地块”西部的走廊地区“剪切—拉伸”,银川和汾渭拉张断陷,均显向SEE的运动。2010年10月华北平原南部,周口与西华交界附近还发生了4.7级地震。

据此预测,未来5~10年内,上述构造活动发展趋势将继续,云南中东部小江断裂带两侧和河西走廊东部至庄浪河断裂带两侧老震区仍有发生破坏性地震可能。中国东部经济发达地域,有两个地区存在发生强破坏性地震的较大风险。一是两广及其沿海地带; 二是华北平原中北部(冀鲁豫平原)和郯庐断裂带西侧(见图 2)。华北地区发生地震的强度可能更大,并将在一段时间内多次发生。

9 结语

几年来,应用遥感构造解析研究成果,将地震活动视为“地震—构造事件”,对中国地震活动进行分析思考和预测,一直在探索中进行。地震活动与“地震—构造事件”的分析与预测是互相印证的。当破坏性地震在预测的时间、地点发生时,可以说明对引发地震的构造分析是合理的。这些探索是中长期地震趋势分析和地震危险区预测的一部分,在地震预报研究中,是不可或缺的一环。我国地震预报研究实践证明,7级以上强震的前兆异常至少波及直径1000 km的广大地域,前兆出现时限也可达数月以上,而临震时迅速向震中地区集中。开展地震短临预报研究,需要以中长期地震趋势分析为基础,迅速、及时、集中汇总大范围前兆异常信息,往往是实现成功预报的关键。本文一是涉及地区关系重大,二是对验证遥感构造解析研究与“地震—构造事件”认识是否符合实际至关重要; 同时,希望引起地震工作者注意,适时开展短临预报研究,力求减少损失,共克科学难题。

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