地质力学学报  2011, Vol. 17 Issue (1): 55-63
引用本文
葛肖虹, 王敏沛. 玉树MS 7.1地震成因及背景的分析与思考[J]. 地质力学学报, 2011, 17(1): 55-63.
GE Xiao-hong, WANG Min-pei. ANALYSIS AND THINKINGS ABOUT THE ORIGIN AND BACKGROUND OF 2010 YUSHU EARTHQUAKE[J]. Journal of Geomechanics, 2011, 17(1): 55-63.
玉树MS 7.1地震成因及背景的分析与思考
葛肖虹1,2 , 王敏沛2     
1. 吉林大学地球科学学院,吉林 长春 130061;
2. 中国地质大学 (北京) 地球科学与资源学院,北京 100083
摘要:对青海省玉树结古镇MS 7.1级强震的成因及背景进行了分析,并提出灾后重建应该注意的问题。从大地构造背景看,玉树和汶川地震均由印度板块向青藏高原嵌入、引起高原壳-幔物质向东蠕散诱发。正是巴颜喀拉(昆仑)地块向东蠕散,其南侧边界玉树—鲜水河断裂的左行走滑引起了玉树MS 7.1级地震。巴颜喀拉(昆仑)地块在向东蠕散的过程中已经经过三次7~8级边界大地震,能量已有较大释放,今后应注意其南部的羌塘—理塘地块向东南的快速蠕散在何处受阻。研究表明,GPS变形不强的地区往往是块体运动受到阻挡、应力集中、能量积蓄的部位,也是最可能引发大震的部位。据此预测昆明以南的玉溪、通海、石屏地区,大理地区,川西盐源、盐塘地区以及雅安、泸定、康定地区(即玉树—鲜水河与龙门山断裂交汇部位),都可能成为阻挡羌塘—理塘地块向东南快速蠕散的应力集中区,应该引起高度注意,加强动态监测,预作防范。
关键词玉树地震    成因    GPS变形    
文章编号:1006-6616(2011)01-0055-09
ANALYSIS AND THINKINGS ABOUT THE ORIGIN AND BACKGROUND OF 2010 YUSHU EARTHQUAKE
GE Xiao-hong1,2 , WANG Min-pei2     
1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China;
2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: The 2010 Yushu earthquake, originated in Qinghai, struck on April 14, 2010, and registered a magnitude of MS 7.1. This paper discusses the origin and background of the earthquake and gives some advices about post-disaster reconstruction. Considering the geotectonic settings, the authors attributes the origin of 2008 Wenchuan earthquake and 2010 Yushu earthquake to the Indian plate' s wedging in Qinghai-Tibet Plateau, which driving the material of curst-mantle under QinghaiTibet Plateau creeping to east and then caused the earthquakes. The Qinghai-Tibet Plateau consists of several different blocks, they were collaged together in Mesozoic and Cenozoic. The movement and collision of these blocks extruded by the Indian plate are the main reasons of those earthquakes around Qinghai-Tibet Plateau in last several years. Just because the eastward movement of Kunlun block leading to the sinistral slip of Yushu-Xianshuihe Fault, then caused the 2010 Yushu earthquake. Until now, the eastward movement of Kunlun block had caused three earthquakes with the magnitude of MS 7 to MS 8, massive accumulated energy had been released. So, the emphasis should be focused on the southeastward moving Qiangtang-Litang block and a strict surveillance must be kept on it. Learned from 2008 Wenchuan earthquake, the region with less movement by GPS always tend to be a center of energy accumulating because the block is resisted by other hard blocks, and is likely to be the region where earthquake will strike. The authors proposed that the following areas could be struck by earthquakes: Yuxi, Tonghai and Shiping areas in the south of Kunming; Dali area; Yanyuan and Yantang areas of western Sichuan Province; Ya' an, Luding and Kangding areas, which are the cross section of Yushu-Xianshuihe Fault and Longmen Mountain Fault. All of the four areas locate on the frontier of southward arciform thrust-nappe structure zones formed in late Cenozoic, and they likely to be the stress concentration regions when obstructing the movement of Qiangtang-Litang block. High attention with dynamic monitoring should be paid to in these areas suggested.
Key words: Yushu earthquake    origin    GPS deformation    

2010年4月14日青海省玉树州结古镇发生了MS 7.1级强震,造成了巨大的人员伤亡和财产损失。本文对该次地震的成因及背景进行了分析,并提出灾后重建应注意的问题; 同时对该区域今后有可能发生较大地震之处进行了分析预测。

1 玉树地震的成因背景分析

从大地构造背景看,玉树和汶川地震一样,都是由于印度洋洋脊扩张使印度板块以50 ~ 60 mm / a的速度向青藏高原嵌入(见图 1),引起高原壳-幔物质向东蠕散诱发地震[1~3]。青藏高原是中生代—新生代以来多块体拼贴的集合体,有前寒武纪基底组成的刚性地块,也有居间洋盆闭合的褶皱带和缝合线,亦即“软硬相间”,在印度板块挤压的背景下必然发生块体间的错移和滑动。“块体运动、碰撞诱发地震”的认识[4]应该是研究中国地震的很好思路,特别是对青藏高原周边的地震活动带。

图 1 青藏高原地震震中分布与动力学模型图[2~3] Figure 1 The seismic epicenters distribution and dynamic model of the Qinghai-Tibet Plateau[2~3]

具体来说,青藏高原北部的巴颜喀拉(昆仑)地块在向东蠕散的过程中,北界昆仑左行走滑断裂引起了2001年11月14日的昆仑山MS8.1级地震; 地块向东蠕散受到华南板块川中地块的阻挡,在龙门山逆冲断裂带发生了2008年5月12日的汶川MS 8.0级大地震[5~13];巴颜喀拉(昆仑)地块南侧边界NW向玉树—鲜水河左行走滑断裂引起了玉树MS 7.1级地震(见图 2)。但是根据震害报道,玉树以南的德格、白玉都有强烈破坏,而从图 2可以看出德格、白玉正好沿着NNW向的金沙江断裂展布,那么有没有可能是NNW向金沙江(德格—白玉)断裂带和NW向玉树—鲜水河地震断裂带在玉树相交所引起的应力集中,才是诱发地震的主要原因呢? 1896年3月的7级地震就发生在这个部位[14]

(地形底图为SRTM 90 m分辨率高程数据,断裂引自新一代全国地震区划图,余震截至2010年5月9日) 图 2 玉树邻区主要断裂与地震分布图[14] Figure 2 The distribution map of faults and earthquakes in the vicinity of Yushu[14]
2 灾后重建应该注意的问题 2.1 编制玉树震害地质图,为灾后重建提供依据

中国地质科学院地质力学研究所多位专家通过两次野外现场调查和综合研究[15~17]发现,玉树MS 7.1级地震形成了东、西两条地表破裂带———隆宝滩和玉树地表破裂带(见图 3),分别沿隆宝滩、玉树活动断裂的上盘发育[15],两条地表破裂带主体(290°~305°)呈NW向延伸,二者之间相距22 km。玉树地表破裂带左旋走滑位移量在西段从几十厘米到2.4 m不等,中段、东段约30 cm。在玉树县禅古村附近发现了连续延伸长度477 m的地震地表破裂带,总体走向310°~325°,呈左旋—逆冲特征,可见最大垂向位移60 cm,地表断裂附近的禅古村房屋全部成为废墟(见图 4)。说明这次玉树地震是左行剪切(走滑)断裂引起,沿地震断裂建筑物破坏强烈,破坏主要集中在地震断裂的北盘。在距地震断裂1 km以内,建筑物破坏严重,1 km以外建筑物破坏明显减轻[16]。这一点与1999年9月21日台湾集集7.6级地震相似,地震断裂带通过的地方楼倒房塌,而相邻区安然(见图 5图 6),这是剪切断裂引起的震害特征。

Ⅰ-玉树地表破裂带东段; Ⅱ-玉树地表破裂带中段; Ⅲ-玉树地表破裂带西段; Ⅳ-隆宝滩地表破裂带 图 3 玉树地震地表破裂平面分布图[16] Figure 3 The distribution map of the surface ruptures caused by Yushu earthquake[16]

(a)玉树加吉村地表破裂从房屋下穿过(镜向SE); (b)玉树禅古村旁地震地表破裂东段特征(镜向NW) 图 4 玉树地震破裂特征[16] Figure 4 Characteristics of the surface seismic rupture caused by Yushu earthquake[16]

(台湾集集地震,断裂从两栋楼中间通过,中间的楼塌了,两边完好无损) 图 5 地震破裂穿过建筑物 Figure 5 The seismic rupture passed through the buildings

(台湾集集地震,破裂通过左边的中学房倒、操场变形,一街之隔的光复小学完好无损) 图 6 地震破裂穿过与未穿过建筑物对比 Figure 6 Contrast of the buildings that seismic rupture passed through and not passed through

玉树县城长轴沿河谷分布,正好与剪切断裂平行,因此震害比较强烈,破坏也大,另一原因是房屋多半是抗震强度极低的泥石结构,一所三层楼的小学从顶塌到底,可见质量太差(见图 4),可是也有些楼房没有倒塌。2010年墨西哥MS 7.2级地震、美国加利福尼亚地震都在同一条圣安德列斯剪切(走滑)断裂上,他们为什么没有太多伤亡?因为房屋抗震强度都在Ⅷ~Ⅸ烈度之上,这种做法值得我们学习和借鉴。

因此,建议尽快填绘编制一张1: 5000—1: 10000震害地质图,标出地震强变形带、震害级别和建房烈度级别,作为灾后重建的依据。

2.2 防范泥石流、滑坡等次生灾害

玉树是高原地区,山顶植被很少,4000~5000 m海拔的山顶(高原面)至少经历了80 × 10 4~100 × 10 4 a的侵蚀,风化层很厚,加上此次地震造成岩体疏松,每年五、六月份,冻土融化或雨季冲刷很可能造成泥石流或滑坡等次生灾害。因此,要吸取汶川的教训,难民安置地点不能在太低的河谷。

3 当前应该进行的防范

图 7为青藏高原东部GPS变形图,从中可以看出,羌塘—理塘地块向东南蠕散的速度比巴颜喀拉(昆仑)地块要快,这也许就是引起玉树—鲜水河断裂左行走滑的原因; 同时羌塘—理塘地块向东南的快速蠕散也提供了一个预测的思路。

图 7 青藏高原东部GPS形变图[3] Figure 7 The deformation map of eastern Qinghai-Tibet Plateau measured by GPS[3]

汶川地震给了我们一个教训:在GPS变形不强的龙门山地区,恰恰是巴颜喀拉(昆仑)块体运动受到阻挡,应力集中、能量积蓄的部位,也是引发大震的部位。按照这个思路,我们是不是应该预测一下:巴颜喀拉(昆仑)地块在向东蠕散的过程中经过三次边界大地震(2001年11月14日的昆仑山MS8.1地震; 2008年“5.12”汶川MS8.0大地震; 2010年4月14日玉树MS7.1地震)能量已有较大释放,今后应该注意它南部的羌塘—理塘地块向东南的快速蠕散在何处受阻,从而产生应力集中和能量积蓄,这个部位也可能就是下一个比较大的地震会发生的地方。为此笔者做如下预测以供讨论和参考。

羌塘—理塘地块的东北边界是NW向的玉树—鲜水河断裂,东部边界是SN向的小江地震断裂,而西部边界则是金沙江断裂和澜沧江断裂,羌塘—理塘地块南部被哀牢山—红河断裂所截,也是图 7所示块体向南变形矢量减速和转向的部位,说明羌塘—理塘地块向东南的快速蠕散在这里受到阻挡,特别是弧形推覆构造的前沿,笔者1984年对川西盐源推覆构造做过详细工作[18],当时即指出盐源弧形推覆构造形成于古近纪末、中新世之前的四川运动,现今仍为活动断裂带。

从历史地震的分布(见图 8)看,震中呈串珠状或葡萄串状分布的集中区有: ①昆明以南的玉溪、通海、石屏地区,有过MS7.0地震; ②大理地区,有过MS7.0地震; ③川西盐源、盐塘地区有过MS6.0地震; ④雅安、泸定、康定地区,处于玉树—鲜水河断裂和龙门山断裂交汇部位。这4个区域都处在向南推覆的晚新生代(N2—Q1)弧形推覆构造带的前沿,它们分别是大理弧、盐源弧、小金河弧、通海弧,都可能成为阻挡羌塘—理塘地块向东南快速蠕散的应力集中区,应该引起高度注意。2011年3月10日12时58分在云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县(北纬24.7°,东经97.9°)发生的5.8级地震就处于大理弧的西侧。

图 8 川滇藏地震构造图[19] Figure 8 The seismotectonic map of Sichuan-Yunan-Tibet[19]

中国地处亚洲,是全球唯一的由多陆块拼贴而成的复式大陆,又处于全球两个巨型地震带———环太平洋和欧亚地震带交汇部位,因此是一个地震多发的国家,存在多条地震活动带。“以人为本”的原则不仅应该体现在地震发生后尽一切力量抢救生命,更应该体现在按照综合国力有计划、有步骤地对地震多发地区的房屋(特别是中小学、医院、集中居民区)进行改建加固或重建,达到抗震烈度的水平,力求在地震灾害来临时少死人或不死人,使生命财产的损失降到最低。

国家应该尽快改革地震工作的管理体制,加强地质、地震、气象多学科在地震监测、地震会商方面的合作研究与决策作用,总结我国历次大地震在地震预报、抗震救灾方面的经验、教训,继承李四光的遗志,尽快走出一条多学科预报地震的新路,为世界人民做出贡献。

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