引用本文
袁道阳, 冯建刚, 郑文俊, 刘兴旺, 葛伟鹏, 王维桐. 青藏地块区大地震迁移规律与未来主体活动区探讨[J]. 地震地质, 2020,42(2): 297-315.
YUAN Dao-yang, FENG Jian-gang, ZHENG Wen-jun, LIU Xing-wang, GE Wei-peng, WANG Wei-tong. MIGRATION OF LARGE EARTHQUAKES IN TIBETAN BLOCK AREA AND DISSCUSSION ON MAJOR ACTIVE REGION IN THE FUTURE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2020,42(2): 297-315.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2020.02.004
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青藏地块区大地震迁移规律与未来主体活动区探讨
袁道阳1,2), 冯建刚2), 郑文俊3,4), 刘兴旺2), 葛伟鹏2), 王维桐2)
1)兰州大学地质科学与矿产资源学院, 兰州 730000
2)中国地震局兰州地震研究所, 兰州 730000
3)中山大学地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广州 510275
4)南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 珠海 519082

〔作者简介〕 袁道阳, 男, 1965年生, 2003年于中国地震局地质研究所获构造地质专业博士学位, 教授, 博士生导师, 主要从事活动构造、 构造地貌及历史地震等研究工作, E-mail: yuandy@lzu.edu.cn。

收稿日期: 2020-02-26
基金项目: 国家自然科学基金(41572197, 41590861)和第二次青藏高原综合科学考察(2019QZKK0901)共同资助
摘要

文中在总结中国大陆7级以上地震迁移循环特征和机理的基础上, 重点对青藏地块区7级以上地震的时空迁移特征、 机理及未来发展趋势进行了综合分析。 结果表明: 中国大陆区域性强震、 大地震活动存在时间上的丛集性和空间上的分区、 分带性, 并在时、 空上表现出迁移和循环的特征。 在过去的100多年, 存在由西向东、 由南向北迁移循环的4个大地震丛集区域, 每个区域的丛集时间约20a, 1个完整轮回时间约80a, 其机理与中国大陆最新构造活动主要受印度板块向N对亚欧板块的持续挤压、 青藏高原绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转作用以及地球自转速度变化所造成的附加应力场的影响有关。 自1900AD以来, 青藏地块区经历了3个地震活动的丛集高潮期(也称为地震系列), 即1920—1937年的海原-古浪地震系列、 1947—1976年的察隅-当雄地震系列和1995年至今的昆仑-汶川地震系列(主体活动区为巴颜喀拉地块)。 这3个地震系列主体活动区的迁移图像反映了青藏地块区构造活动从块体周缘边界构造带逐渐向内会聚、 高原内部发生挤压隆升和向SE挤出等现今构造变形过程。 分析表明, 已经持续20余年的昆仑-汶川地震系列可能趋于结束, 未来20a中国大陆7级大地震的主体活动区可能迁移到青藏地块区周缘的边界构造带上, 重点是东部边界构造带(即广义的南北地震带), 同时应关注北部柴达木地块边界带等区域的主干活动断裂中大地震空区、 空段等孕震有利部位。

关键词: 中国大陆; 青藏地块区; 大地震主体活动区; 地震迁移循环; 动力学机制
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2020)02-0297-19
MIGRATION OF LARGE EARTHQUAKES IN TIBETAN BLOCK AREA AND DISSCUSSION ON MAJOR ACTIVE REGION IN THE FUTURE
YUAN Dao-yang1,2), FENG Jian-gang2), ZHENG Wen-jun3,4), LIU Xing-wang2), GE Wei-peng2), WANG Wei-tong2)
1)School of Earth Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
2)Lanzhou Institute of Seismology, China Earthquake Administration, Lanzhou 730000, China
3)Guangdong Provincial Key Laboratory of Geodynamics and Geohazards, School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
4)Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai), Zhuhai 519082, China
Abstract

On the basis of summarizing the circulation characteristics and mechanism of earthquakes with magnitude 7 or above in continental China, the spatial-temporal migration characteristics, mechanism and future development trend of earthquakes with magnitude above 7 in Tibetan block area are analyzed comprehensively. The results show that there are temporal clustering and spatial zoning of regional strong earthquakes and large earthquakes in continental China, and they show the characteristics of migration and circulation in time and space. In the past 100a, there are four major earthquake cluster areas that have migrated from west to east and from south to north, i.e. 1)Himalayan seismic belt and Tianshan-Baikal seismic belt; 2)Mid-north to north-south seismic belt in Tibetan block area; 3)North-south seismic belt-periphery of Assam cape; and 4)North China and Sichuan-Yunnan area. The cluster time of each area is about 20a, and a complete cycle time is about 80a. The temporal and spatial images of the migration and circulation of strong earthquakes are consistent with the motion velocity field images obtained through GPS observations in continental China. The mechanism is related to the latest tectonic activity in continental China, which is mainly affected by the continuous compression of the Indian plate to the north on the Eurasian plate, the rotation of the Tibetan plateau around the eastern Himalayan syntaxis, and the additional stress field caused by the change of the earth's rotation speed.
Since 1900AD, the Tibetan block area has experienced three periods of high tides of earthquake activity clusters(also known as earthquake series), among which the Haiyuan-Gulang earthquake series from 1920 to 1937 mainly occurred around the active block boundary structural belt on the periphery of the Tibetan block region, with the largest earthquake occurring on the large active fault zone in the northeastern boundary belt. The Chayu-Dangxiong earthquake series from 1947 to 1976 mainly occurred around the large-scale boundary active faults of Qiangtang block, Bayankala block and eastern Himalayan syntaxis within the Tibetan block area. In the 1995-present Kunlun-Wenchuan earthquake series, 8 earthquakes with MS7.0 or above have occurred on the boundary fault zones of the Bayankala block. Therefore, the Bayankala block has become the main area of large earthquake activity on the Tibetan plateau in the past 20a. The clustering characteristic of this kind of seismic activity shows that in a certain period of time, strong earthquake activity can occur on the boundary fault zone of the same block or closely related blocks driven by a unified dynamic mechanism, reflecting the overall movement characteristics of the block. The migration images of the main active areas of the three earthquake series reflect the current tectonic deformation process of the Tibetan block region, where the tectonic activity is gradually converging inward from the boundary tectonic belt around the block, and the compression uplift and extrusion to the south and east occurs in the plateau. This mechanism of gradual migration and repeated activities from the periphery to the middle can be explained by coupled block movement and continuous deformation model, which conforms to the dynamic model of the active tectonic block hypothesis.
A comprehensive analysis shows that the Kunlun-Wenchuan earthquake series, which has lasted for more than 20a, is likely to come to an end. In the next 20a, the main active area of the major earthquakes with magnitude 7 on the continental China may migrate to the peripheral boundary zone of the Tibetan block. The focus is on the eastern boundary structural zone, i.e. the generalized north-south seismic belt. At the same time, attention should be paid to the earthquake-prone favorable regions such as the seismic empty sections of the major active faults in the northern Qaidam block boundary zone and other regions. For the northern region of the Tibetan block, the areas where the earthquakes of magnitude 7 or above are most likely to occur in the future will be the boundary structural zones of Qaidam active tectonic block, including Qilian-Haiyuan fault zone, the northern margin fault zone of western Qinling, the eastern Kunlun fault zone and the Altyn Tagh fault zone, etc., as well as the empty zones or empty fault segments with long elapse time of paleo-earthquake or no large historical earthquake rupture in their structural transformation zones. In future work, in-depth research on the seismogenic tectonic environment in the above areas should be strengthened, including fracture geometry, physical properties of media, fracture activity behavior, earthquake recurrence rule, strain accumulation degree, etc., and then targeted strengthening tracking monitoring and earthquake disaster prevention should be carried out.

Keyword: Continental China; Tibetan block area; major active area of great earthquakes; seismic migration cycle; dynamic mechanism
0 引言

自1997年西藏玛尼发生MS7.5地震(Peltzer et al., 1999; 单新建等, 2002)以来, 中国大陆围绕青藏活动地块区巴颜喀拉地块边界带已发生了8次7级以上地震, 包括2001年昆仑山口西MS8.1地震(徐锡伟等, 2001; Lin et al., 2002; Xu et al., 2002)、 2008年新疆于田MS7.3地震(Shan et al., 2011; 徐锡伟等, 2011; Xu et al., 2013)、 2008年四川汶川MS8.0地震(徐锡伟等, 2008; 张培震等, 2009; Shen et al., 2009)、2010年青海玉树MS7.1地震(陈立春等, 2010)、 2013年四川芦山MS7.0地震(徐锡伟等, 2013)、 2014年新疆于田MS7.3地震(李海兵等, 2015; 唐明帅等, 2016)和2017年四川九寨沟MS7.0地震(徐锡伟等, 2017; 曾宪伟等, 2019)等, 清晰地显示出沿巴颜喀拉活动地块边界带填空性质的地震破裂图像, 构成了中国大陆20多年以来7级以上地震的主体活动区(邓起东等, 2010, 2014; 邓起东, 2012; 高翔等, 2013)。 然而, 近年来的一些地震(包括6~7级强震)并未发生在巴颜喀拉地块及其周缘, 而是发生在青藏地块区周缘的边界构造带上, 例如2013年甘肃岷县漳县MS6.6地震(何文贵等, 2013; 郑文俊等, 2013a, b)和2016年青海门源MS6.4地震(郭安宁等, 2016; 胡朝忠等, 2016)就发生在其北侧的边界带上; 2014年云南鲁甸MS6.5地震(徐锡伟等, 2014a)和景谷MS6.6地震(常祖峰等, 2016)则发生在川滇菱形地块的边界带附近; 而这期间作为青藏地块区重要组成部分的南缘喜马拉雅边界构造带发生了2015年尼泊尔MS8.1地震(刘静等, 2015; 杨晓平等, 2016)和阿富汗MS7.6地震。 这种地震活动的新迹象已引起有关专家的关注并开展了深入分析(徐锡伟等, 2014b), 这似乎表明青藏地块区6级以上地震具有向外围扩散的迹象。 该现象是否意味着持续了20余年的巴颜喀拉地块7级以上地震的主体活动区有向其它区域迁移的趋势、 如何迁移、 未来的大震危险区在何处等问题, 均值得深入思考和探讨。

本文在回顾总结中国大陆7级以上地震的丛集和迁移特征及其机理的基础上, 重点围绕青藏地块区及其周缘的大地震活动, 对邓起东等(2014)提出的1900AD以来海原-古浪、 察隅-当雄和昆仑-汶川3个地震系列的空间迁移规律及机理开展进一步分析, 探讨青藏地块区未来7级大地震的主体活动区可能的迁移规律, 为地震大形势分析和大地震危险区的预测提供一些参考, 为合理、 有效地监测和预测未来可能遭遇的地震灾害风险提供一种开放式的理论假设和战略性分析。

1 中国大陆7级大地震的迁移特征及其机理分析

中国科学家很早就发现区域性强震、 大地震活动存在时间上的丛集性和空间上的分区、 分带性, 并且在时、 空上表现出迁移和循环的特征。 例如, 在中小尺度上强震、 大地震存在沿断裂带或地震构造带的迁移现象(马宗晋等, 1992), 这种迁移可能与一个区域内某条断裂带的失稳状态有关, 而地震构造带的迁移本质上是失稳断裂带的转移(马瑾, 2009)。 在较大尺度上还存在大地震丛集区(或主体活动区)的时、 空迁移甚至循环现象(刘百篪等, 2001; 邓起东等, 2010), 这种现象可能与周边板块运动对中国大陆动力作用的方式、 强度以及在这种作用下中国大陆活动地块的运动、 变形以及相互作用的方式、 强度随时间的变化有关(M7专项工作组, 2012)。

刘百篪等(2001)曾总结过中国大陆及邻区不同时段7级以上地震的时、 空分布特征, 发现在过去100多年, 中国大陆由西向东、 由南向北存在4个大地震丛集发生的区域(图 1), 分别为: ①区: 喜马拉雅地震带和天山-贝加尔地震带(1897— 1918年)(图1a); ②区: 青藏地块区中北部— 南北地震带(1919— 1940年)(图1b); ③区: 南北地震带— 阿萨姆角周缘(1941— 1960年)(图1c); ④区: 华北与川滇地区(1961— 1980年)(图1d)。 每个区域的大地震丛集发生时间约20a, 一个完整轮回时间约80a。 在这一轮回之后的1981— 1997年期间, 大地震丛集区域又转移到了西部的①区(图1e), 从而出现大地震丛集区域的迁移和循环现象。 按此规律, 刘百篪等(2001)曾指出1998— 2018年期间青藏地块区中北部及南北地震带(即图1b中②区)应为中国大陆M≥ 7.0大地震的主要丛集区(图1f)。 后来的强震活动结果显示, 自1998年以来, 中国大陆已发生的7次M≥ 7.0地震就位于上述地区, 印证了其预测结果的合理性。 若按此规律再向后推20a(2019— 2038年), 中国大陆M≥ 7.0大地震的主要丛集区将集中在整个南北地震带, 即图1c中③区的范围。 通过图 1 还可注意到一个现象, 即南北地震带中南段的川滇地块是一个特殊的区域, 在任何时段都可能发生M≥ 7.0大地震, 而这正是川滇地区一直为中国大陆地震活动频度高、 强度大的地区的原因之一。 这一特征可能与中国大陆绕喜马拉雅东构造结旋转以及在旋转轴附近区域应力最易集中有关。

图 1 中国大陆7级大地震的迁移循环图
(据刘百篪等(2001)和M7专项工作组(2012)修改, 资料截至2019年)Fig. 1 Migration cycle diagram of the earthquakes with magnitude 7 in the continental China
(adapted after LIU Bai-chi et al., 2001 and the Working Group of M7, 2012. Data updated to 2019).

按照张培震等(2003)和张国民等(2005)提出的活动地块假说及中国大陆活动地块的划分方案, 在刘百篪等(2001)提出的大地震丛集区中, ①区喜马拉雅地震带和天山-贝加尔地震带实际上就是青藏地块区南缘的喜马拉雅边界构造带、 拉萨地块和天山地块等; ②区的青藏地块区中北部— 南北地震带就是巴颜喀拉地块、 柴达木地块以及青藏地块区北部边界带和东部边界带等; ③区的南北地震带— 阿萨姆角周缘就是青藏地块区东部边界及川滇和滇西南地块; ④区的华北与川滇地区则包括青藏地块区东南边界带, 鄂尔多斯和华北地块SW-NE边界带等, 即中国大陆SW-NE向强震活动的分界带。 这些区带不仅是活动断裂密集发育, 强震、 大地震的多发地带, 也是Ⅰ 级活动地块区的边界带。

上述具有丛集性和迁移性的4个大地震活动区包括数条走向和性质相同或不同的活动断裂带, 也包括多个次级活动地块, 具有多个活动地块或地震构造带组合的特性, 是从宏观上、 更大尺度上对中国大陆M≥ 7.0地震主体活动区未来发展趋势的一种预测。 但上述地震丛集区的预测结果到目前为止仅重复了2个时间段, 不是完整的多期重复规律的总结, 还只是对该活动图像的一种表象分析。 这种历史图像的重现是否属于某种已知动力作用下的必然响应?其丛集和迁移的机理是什么?

前已述及, 中国大陆这种大地震活动丛集区域的迁移自喜马拉雅边界构造带(天山-贝加尔地区的地震活动可能为其远程效应)开始, 具有自南而北、 自西向东和顺时针迁移循环的特点(图 2 中的①— ④区), 这种图像变化和迁移特征与中国大陆现今GPS观测所获得的运动速度场图像相吻合(Wang et al., 2001; 王敏等, 2005; Zheng et al., 2017), 也与印度板块由南向北对亚欧板块持续推挤、 其应变自SW逐渐向NE向传递的动力学过程和绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转的运动模式一致。 这种构造变形的动力学机制可由活动地块假说给予合理解释。 整体上, 中国大陆的强震活动具有分布广泛、 西强东弱、 动静交替和分块成带等特征, 形成这种地震活动图像的原因是中国大陆的强震受控于活动地块的运动和变形, 特别是Ⅰ 、 Ⅱ 级活动地块边界带是7级以上强震的主要发生带(邓起东等, 2002; 张培震等, 2003, 2013; M7专项工作组, 2012)。 尽管活动地块的构造变形和强震主要集中在地块区和地块边界带附近, 但是不同地块之间或不同级别地块之间的构造变形在大区域框架下却具有协调性。 强震就是在这种区域性构造应力的作用下, 由于多个活动地块相互交会、 相互作用而发生差异运动, 导致其边界带出现构造变形和断裂失稳而发生的。 尤其是几个活动地块区的交会部位, 更是强震集中发生的地区(张培震等, 2013)。 张培震等(2003)和张国民等(2005)在提出活动地块假说时, 对中国大陆地震的发生和孕育过程进行了深入剖析, 并给出了活动地块控制强震孕育和发生的动力学框架模型, 即在板块挤压、 板内地幔对流等动力作用下, 大陆活动地块之间发生相对运动和变形, 上地壳的刚性地块运动和非刚性连续变形都是深部黏塑性流动的地表响应, 这种构造变形可以用耦合的地块运动和连续变形模式来描述(王敏等, 2005; Liang et al., 2013; 张培震等, 2013)。

图 2 中国大陆现今的GPS速度场与大震丛集区分布图
(据王敏等(2005)修改)Fig. 2 Present-day GPS velocity field and distribution map of large earthquake clusters in continental China
(modified from WANG Min et al., 2005).

中国大陆的地震活动具有的这种丛集和迁移循环现象, 与全球及中国大陆强震活动具有的幕式特征是一脉相承的。 傅征祥等(1986)发现中国大陆的强震具有幕式活动特征, 且不同活动幕的主体活动区存在迁移现象。 张国民(1987)也提出中国大陆7级以上强震活动不同轮回的主体活动区存在交替变化的特征, 并与地球自转速度快慢交替的幕式活动特征相吻合。 对基于较完整资料得到的20世纪中国大陆7级以上强震的时空分布特征进行对比分析, 3期强震活动幕(1920— 1934年、 1947— 1955年和1969— 1976年)均与地球自转速率变化相吻合, 其中, 1920— 1934年和1947— 1955年的西部强震活动幕主要发生在地球自转加快的时间段, 而1969— 1976年的东部强震活动幕则发生在地球自转减速的背景中, 说明地球自转速度变化所造成的附加应力场对强震的发生具有不同的调制作用。

综上, 印度板块对亚欧板块由南向北的持续推挤和绕喜马拉雅东构造结的旋转作用, 以及地球自转速度变化所造成的附加应力场影响, 可能是调节中国大陆特别是青藏地块区7级以上地震丛集和迁移循环的重要因素。

2 青藏地块区7级大地震主体活动区的迁移特征及其机理分析

近年来, 邓起东等(邓起东, 2008, 2012; 邓起东等, 2010, 2014)基于活动地块理论及中国大陆活动地块的划分结果, 详细分析了1900AD以来青藏高原及邻区大地震的活动特征及其与全球大地震活动高潮期的对应关系, 并根据1997年西藏玛尼MS7.5地震发生以来围绕青藏活动地块区的巴颜喀拉地块发生的一系列7级以上地震, 明确提出巴颜喀拉地块是目前中国大陆7级大地震主体活动区的新认识。

青藏高原是中国现今构造活动和地震活动最强烈的地区。 有地震记录以来, 在高原内部及周缘记录了多达18次8级以上巨大地震和100余次7.0~7.9级地震, 它们均发生在喜马拉雅边界构造带、 青藏地块区Ⅰ 级活动地块边界带及其内部次级地块的边界活动构造带上(张培震等, 2013; 邓起东等, 2014)。 其中, 自1900AD有地震仪器记录以来, 青藏高原曾经历了3个地震活动的丛集高潮期, 即1920— 1937年、 1947— 1976年和1995年至今。 每个地震活动丛集期都形成了以8级地震为核心的7级以上地震活动系列, 它们分别是20世纪20— 30年代的海原-古浪地震系列、 50— 70年代的察隅-当雄地震系列和20世纪末期以来的昆仑-汶川地震系列。 每个地震系列都有其主体活动区, 最新的昆仑-汶川地震系列的主体活动区即为巴颜喀拉地块(邓起东等, 2014)。 所谓的地震系列是指一定时期内在同一活动构造区内(包括其边界或内部)相继密集发生一系列强震, 由此形成的一个地震活动高潮(高翔等, 2013)。

青藏活动地块区大致可划分为西昆仑-喜马拉雅、 拉萨、 羌塘、 巴颜喀拉和柴达木等5个活动地块, 而与青藏地块区构造活动密切相关的还有川滇地块、 滇西南地块以及青藏地块区北部边界构造带、 东部边界构造带和南部的喜马拉雅构造带等。 有关青藏地块区、 各次级地块及其边界断裂带的构造活动特征, 在张培震等(2003, 2013)和邓起东等(2010, 2014)的文章中已有较详细论述, 本文不再赘述。 我们仅沿袭邓起东等(2014)总结的各个地震系列的大地震活动规律, 进行进一步的分析和讨论。

2.1 3个大震丛集期的空间分布特征

进一步分析邓起东等(2014)总结的1900AD以来青藏高原3个地震丛集高潮期的空间分布特征可发现, 1920— 1937年间的古浪-海原地震系列除了在青藏地块区东北部边界构造带(祁连-海原构造带)发生了1920年海原8½ 级地震和1927年古浪8级地震之外, 在祁连山西部还发生了1932年昌马7.6级地震, 沿北部边界阿尔金断裂带发生了1924年民丰2次7¼ 级地震, 沿东部边界构造带及附近分别发生了1933年迭溪7½ 级地震和1923年四川道孚7¼ 级地震等。 同时, 沿南缘的喜马拉雅构造带发生了1934年印度比哈尔邦8.1级和3次7级以上地震(高翔等, 2013; 邓起东等, 2014)。 也就是说, 1920— 1937年的地震系列中7级以上地震主要是围绕青藏地块区周缘的活动地块边界构造带发生的, 最大地震位于东北部边界带的大型活动断裂带上, 而在青藏地块区内部仅有个别7级以上地震, 如1937年花石峡7½ 级地震等(图 3 中的蓝色实心圆)。

图 3 1920— 1937年海原-古浪地震系列青藏地块区7级以上地震震中分布图
(图中的蓝色实心圆, 据邓起东等(2014)修改)Fig. 3 Distribution of M≥ 7 earthquakes during 1920— 1937 Haiyuan-Gulang earthquake series in Tibetan block
(blue circles are adapted from DENG Qi-dong et al., 2014).

1947— 1976年期间的察隅-当雄地震系列则主要围绕青藏地块区内部的羌塘地块、 巴颜喀拉地块和喜马拉雅东构造结的大型边界活动断裂带发生。 最大地震为1950年西藏察隅8.6级地震和1951年西藏当雄8级地震, 此外还包括约13次7级以上地震, 主要有1947年青海达日7¾ 级地震、 1955年四川康定-折多塘7½ 级地震、 1963年青海阿拉克湖MS7.0地震、 1973年西藏玛尼MS7.3地震、 1973年四川炉霍MS7.6地震和1976年四川松潘-平武2次MS7.2地震等, 形成了又一个地震活动的丛集高潮期(高翔等, 2013; 邓起东等, 2014)。 在其外围青藏地块区南北两侧的边界断裂带附近仅有个别7级以上地震发生, 如1954年甘肃山丹7¼ 级地震和民勤7级地震等(图 4 中的深蓝色实心圆)。

图 4 1947— 1976年察隅-当雄地震系列青藏地块区7级以上地震震中分布图
(图中的深蓝色实心圆, 据邓起东等(2014)修改)Fig. 4 Distribution of M≥ 7 earthquakes during 1947— 1976 Chayu-Dangxiong earthquake series in Tibetan block
(dark blue circles are adapted from DENG Qi-dong et al., 2014).

对于1995年至今的昆仑-汶川地震系列, 目前已有8次MS7.0以上地震沿巴颜喀拉地块各边界断裂带发生, 形成了青藏地块区内又一个大地震活动高潮期, 构成近20余年来青藏高原大地震活动的主体地区(高翔等, 2013; 邓起东等, 2014)。 这8次地震分别是1997年西藏玛尼MS7.5地震、 2001年青海昆仑山口西MS8.1地震、 2008年新疆于田MS7.3地震、 2008年四川汶川MS8.0地震、 2010年青海玉树MS7.1地震、 2013年四川芦山MS7.0地震、 2014年新疆于田MS7.3地震和2017年四川九寨沟MS7.0地震等(图 5 中的红色实心圆), 这些地震几乎都是围绕青藏地块区内的巴颜喀拉地块边界断裂带发生的。 当然, 在昆仑-汶川地震系列期间, 在巴颜喀拉地块周缘, 主要是其南侧的羌塘地块和拉萨地块以及东南侧边界带也有较多6~6.9级地震发生(邓起东等, 2014)。

图 5 1995年至今昆仑-汶川地震系列青藏地块区7级以上地震震中分布图
(图中的红色实心圆, 据邓起东等(2014)修改)Fig. 5 Distribution of M≥ 7 earthquakes during Kunlun-Wenchuan earthquake series since 1995 in Tibetan block
(red circles are adapted from DENG Qi-dong et al., 2014).

2.2 近年来6级以上地震活动的新趋势

约自2013年甘肃岷县漳县MS6.6地震(何文贵等, 2013; 郑文俊等, 2013a, b)开始, 其后发生的2014年云南鲁甸MS6.5地震(徐锡伟等, 2014a)、 云南景谷MS6.6地震(常祖峰等, 2016)、 四川康定MS6.3地震(易桂喜等, 2015)、 新疆于田MS7.3地震(李海兵等, 2015; 唐明帅等, 2016)、 2016年青海门源MS6.4地震(郭安宁等, 2016; 胡朝忠等, 2016)、 2019年西藏墨脱MS6.3地震等一系列6级以上地震, 以及青藏高原南缘喜马拉雅边界构造带发生的2015年尼泊尔MS8.1及系列地震(刘静等, 2015; 杨晓平等, 2016)和2015年阿富汗MS7.6地震等(图 6 中的紫红色实心圆)并没有再继续沿巴颜喀拉地块及其周缘分布, 而是明显地向外围扩展, 发生在青藏地块区周缘的边界活动构造带上, 尤其是东部边界带(即广义的南北地震带), 这与1920— 1937年的海原-古浪地震系列的地震活动图像比较相似(图 3)。

图 6 2013年以来青藏地块区6级以上地震震中分布图
(图中的紫红色实心圆, 据邓起东等(2014)修改)Fig. 6 Distribution of M≥ 6 earthquakes since 2013 in Tibetan block area
(purple circles are adapted from DENG Qi-dong et al., 2014).

其中, 2013年甘肃岷县漳县MS6.6地震的发震构造为甘肃南部的临潭-宕昌断裂带东段北侧的次级断层— — 禾驮断层(何文贵等, 2013; 郑文俊等, 2013a, b)。 临潭-宕昌断裂由数条规模不等、 相互平行或斜列的次级断裂组合而成, 晚第四纪以来有不同程度的构造活动, 历史上曾发生过1837年临潭东6级地震、 1573年岷县6¾级地震(郑文俊等, 2007a, b)等。 本次岷县漳县MS6.6地震发生于东昆仑断裂与西秦岭北缘断裂之间的构造转换区内, 处于柴达木地块SE段的边界构造带内。

2014年新疆于田MS7.3地震虽发生在巴颜喀拉地块西边界带附近, 但其发震构造特征与2008年于田MS7.3地震明显不同。 2008年于田MS7.3地震发生在巴颜喀拉地块西边界一条近SN向的分支断裂上, 以张性正断为主, 可将其归属于巴颜喀拉地块向E挤出过程中块体西边界拉张作用的结果(徐锡伟等, 2011, 2014b; 邓起东等, 2014)。 而2014年于田MS7.3地震则发生在阿尔金断裂带的西南端, 发震断层为左旋走滑兼正断性质(李海兵等, 2015; 唐明帅等, 2016), 地震破裂带沿阿尔金断裂带SW端2条近平行的分支断裂— — 阿什库勒-硝尔库勒断裂和南硝尔库勒断裂分布, 整体呈NEE走向, 长约28km。 其发震断裂与阿尔金断裂的构造活动更为密切(宋春燕等, 2015), 可能是青藏地块区北部边界阿尔金走滑断裂新活动的信号。

2016年发生的青海门源MS6.4地震位于祁连-海原断裂带中段的冷龙岭断裂附近。 通过对高分辨率影像进行分析发现, 在冷龙岭断裂北侧发育了一条走向约140° 的次级活动断裂, 余震分布的总体长轴方向与其走向相近, 该断裂应为本次地震的发震断裂(胡朝忠等, 2016)。 本次地震是发生在青藏地块区北部边界断裂带附近次级断裂上的一次地震事件。

2014年云南鲁甸MS6.5地震是发生在川滇菱形块体东边界与华南地块之间的一次中等强度破坏性地震。 该地区除发育安宁河断裂、 则木河断裂、 小江断裂、 大凉山断裂和马边-盐津断裂等主干活动断裂外, 还存在NE向昭通-莲峰断裂带。 徐锡伟等(2014a)通过现场考察发现的地震地表破裂带表明, 本次地震的发震断裂为其中一条规模较小的NW向包谷垴-小河断裂, 在构造属性上为大凉山断裂带南端部的组成部分。

2014年云南景谷MS6.6地震则发生在川滇菱形块体与密支那-西盟块体或滇西南块体交界附近红河断裂西侧的无量山区。 该区发育NNW向和NEE向2组网络状共轭断裂。 重新定位的景谷地震余震呈 N31° W线状分布在景谷-云仙断裂(即无量山断裂)NW向的延伸线上, 该断裂应为本次地震的发震断裂(徐锡伟等, 2014b; 常祖峰等, 2016)。 实际上, 2014年相继发生的鲁甸MS6.5和景谷MS6.6地震分别位于羌塘块体SE部或川滇菱形块体东边界鲜水河-安宁河-则木河-小江断裂带东侧的左旋走滑的包谷垴-小河断裂和西南边界红河断裂西侧的右旋走滑的景谷-云仙断裂(无量山断裂)上, 这2条断裂均为川滇菱形块体主干边界断裂带附近的次级活动断层。

2015年在尼泊尔境内发生的MS8.1大地震震区位于喜马拉雅山南麓, 属青藏地块区南侧的喜马拉雅构造带, 震源机制解表明该地震为低角度逆冲型地震。 刘静等(2015)和杨晓平等(2016)在地震区卫星影像解译和野外实地考察中, 未发现尼泊尔MS8.1地震在喜马拉雅山南麓的主要断裂上形成地震地表破裂带。 喜马拉雅山南麓的构造特征为薄皮构造, 表现为浅部陡倾断坡— 深部缓倾断坪(约7° )— 深部断坡(约11° )的构造样式。 深部断坡— 断坪又称为主喜马拉雅断裂(MHT), 其中深部断坡是尼泊尔地震主震(MS8.1)和最大余震(MS7.5)的发震构造。 剖面上, 余震大致分布在主喜马拉雅断裂的上盘推覆体内, 推测尼泊尔MS8.1地震发生时深部断坡发生错动, 其地震位移沿深部断坡— 断坪向S传播引起上盘的褶皱带缩短变形, 进而使低喜马拉雅和次喜马拉雅褶皱带内产生次级破裂, 从而产生余震。

总之, 2013年以来青藏地块区内部很少有6级以上地震发生, 取而代之的是在其周缘边界构造带上发生了多次6级以上地震, 这是否为巴颜喀拉地块主体活动区迁移之前的过渡期或调节期?前已述及, 2013年以来青藏地块区北侧发生的岷县漳县MS6.6地震、 2014年于田MS7.3地震、 2016年门源MS6.4地震甚至2017年九寨沟MS7.0地震主要是围绕青藏地块区北部柴达木地块的边界断裂带端部或其附近的次级断裂而发生的。 2014年发生的云南鲁甸MS6.5地震和景谷MS6.6地震等是青藏地块区东部边界构造带中南段次级断裂活动的结果。 这些次级活动断层的规模小, 故容易达到破裂、 滑动的极限强度而发生中等强度地震, 同时表明上述地区的主干边界断裂带由于闭锁而弹性应变能可能已经积累到了较高水平, 具有一旦发生破裂滑动可释放较大地震矩从而引发大地震、 特大地震的可能(徐锡伟等, 2014b)。 而2015年尼泊尔8.1级地震和阿富汗7.6级地震则发生在青藏地块区最南部的喜马拉雅边界构造带上。 从活动地块的角度和大陆动力学机制看, 上述区域是存在构造上的成因联系的, 均是印度板块向N推挤过程中在青藏地块区周缘相对稳定块体的反作用之下边界活动断裂带附近最新构造活动的结果。

当然, 因时间跨度较短, 这种地震活动图像的迁移是否正确尚待检验, 尤其是6级以上地震活动图像并不能够完全代表7级以上地震的活动特征。 但自2013年以来青藏地块区6级以上地震的空间格局所发生的系列变化确实值得关注和重视。

2.3 地震丛集特征的成因机理分析

1920— 1937年、 1950— 1976年和1995年至今3个地震系列的空间迁移图像反映了青藏地块区大地震活动从其周缘的边界活动构造带(Ⅰ 级地块边界)逐渐向高原内部地块(Ⅱ 级块体)会聚的动力学过程。 这种从外围向中间逐渐迁移和重复活动的发震机理可以用耦合的地块运动和连续变形模式来解释。 Zhang等(2004)和张培震等(2013)基于现今GPS观测和活动构造研究结果分析认为, 在印度板块持续向N的强烈推挤作用下, 受青藏地块区周缘的塔里木、 戈壁阿拉善、 鄂尔多斯和华南等稳定地块的阻挡作用影响, 南侧的喜马拉雅构造带、 北侧的柴达木地块和东侧的龙门山构造带均以强烈的挤压变形为主(图 7 中的淡蓝色区域), 而高原内部的拉萨、 羌塘和巴颜喀拉次级地块发生向E的有限挤出和顺时针旋转。 该过程在空间分布上具有自外而内逐步会聚、 高原内部发生挤压隆升和向E挤出、 高原腹地发生拉张裂陷等构造变形特征(图 7)。 实际上, 1920— 1937年围绕青藏地块区周缘(重点是喜马拉雅、 柴达木块体及其北部边界带)、 1950— 1976年围绕羌塘和巴颜喀拉地块、 1995年至今围绕巴颜喀拉地块的3个地震系列的构造活动就是青藏地块区最新构造变形过程中自外而内应变传递、 能量释放的结果。 这种地震活动的丛集特征说明在一定时期内强震可以发生在统一动力机制驱动下的同一地块或密切相关地块的边界断裂带上, 反映了地块的整体运动特征。

图 7 青藏高原及周缘活动地块的运动图像
(据张培震等(2013)修改)Fig. 7 Image of active block movements of Tibetan plateau and its margins
(modified from ZHANG Pei-zhen et al., 2013).

3 青藏地块区大地震危险区探讨

通过对比分析发现, 刘百篪等(2001)提出的中国大陆7级地震的迁移循环规律和未来大地震活动区的预测结果与邓起东等(2014)总结的青藏地块区3个7级大地震系列在时空分布方面确实存在一定差异, 其原因可能与研究中考虑的时空范围不同有关。 但是基于他们的研究思路分析, 有一个共同的区域为未来应重点关注的地区, 就是青藏地块区的东部边界构造带, 即广义的南北地震构造带。 此外, 北部的柴达木地块及其北边界带也应引起重视。 由于南北地震带中南段的川滇块体是一个特殊的区域, 任何时段都可能发生M≥ 7.0的大地震(刘百篪等, 2001; M7专项工作组, 2012), 该区未来的大地震危险性已引起许多专家的关注和探讨(邓起东等, 2014; 徐锡伟等, 2014b), 本文不再做进一步讨论。 而青藏地块区北部(柴达木地块和南北地震带中北段的边界构造带)未来的大地震危险性引起的关注还较少, 以下将进行简单分析。

对于青藏地块区北部而言, 未来有可能发生7级以上地震的地区应重点关注柴达木块体北部边界构造带, 包括祁连-海原断裂带、 西秦岭北缘断裂带、 东昆仑断裂带和阿尔金断裂带及其构造转换区等。 对于走滑型地震, 上述主走滑断裂带中离逝时间较长且无历史大地震破裂的空区、 空段的危险性较大, 如海原断裂西段(祁连段)和中东段(毛毛山段)、 西秦岭北缘断裂中段(漳县— 黄香沟段)和东段(宝鸡— 天水段)、 东昆仑断裂东段(玛曲— 玛沁段)和阿尔金断裂带中段和东段(肃北段)等。 对于挤压逆冲型地震, 则应密切关注上述地区强烈挤压区或构造转换区的大地震空区、 空段, 如六盘山和东昆仑-西秦岭断裂带构造转换区、 祁连山西端构造转换区、 榆木山挤压隆起区等。 当然, 上述地区及断裂段仅具有较高的大地震潜在风险, 而近几年或10~20a的大地震危险性还取决于其现今构造活动及其失稳状态的最新变化情况。 因此, 未来应对上述地区的孕震构造环境进行深入研究, 包括断裂的几何形态、 介质物性特点、 断裂的活动习性、 地震复发规律、 应变积累程度等, 进而开展有针对性的强化跟踪监测和震灾防范工作。

4 主要结论

本文在回顾总结刘百篪等(2001)提出的中国大陆7级以上地震的迁移循环特征及其机理的基础上, 重点对邓起东等(2014)提出的青藏地块区7级以上地震系列和大地震主体活动区的时空分布特征和机理进行了探讨, 得到的主要认识如下:

(1)区域性强震、 大地震活动存在时间上的丛集性和空间上的分区、 分带性, 并具有循环和迁移的特征, 其机理可能与中国大陆最新构造活动主要受印度板块向N对亚欧板块的持续挤压和绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转作用, 以及地球自转速度变化所造成的附加应力场影响有关。

(2)邓起东等(2014)提出的1900AD以来青藏高原3个7级以上地震丛集高潮期的分布图像和迁移规律是青藏地块区构造活动从其周缘边界活动构造带逐渐向内收缩会聚、 高原内部发生挤压隆升和向E挤出、 高原腹地发生拉张裂陷等现今构造变形过程和能量释放的结果, 其机理可以用活动地块假说进行合理解释。

(3)约自2013年起, 其后发生的多次6~7级地震未再继续沿巴颜喀拉地块分布, 而是发生在青藏地块区周缘的边界活动构造带上, 意味着青藏地块区7级大地震的主体活动区可能开始迁移, 需重点关注青藏地块区东边界的南北地震构造带, 并兼顾北部柴达木活动地块边界带。

(4)综合分析认为, 青藏地块区北部未来最有可能发生7级以上地震的地区应重点关注柴达木活动块体边界构造带, 包括祁连-海原断裂带、 西秦岭北缘断裂带、 东昆仑断裂带和阿尔金断裂带等及其构造转换区离逝时间较长且无历史大地震破裂的空区、 空段。

需要说明的是, 本文的分析讨论仅是对中国大陆重点是青藏地块区大地震活动特征的一些表象认识, 并试图从其机理方面给出合理解释, 但因资料的时间跨度有限以及认识的局限性, 目前所看到的一些表面现象可能很不全面甚至是错误的, 这有待今后的深入研究和进一步完善。

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