預(yù)料之外的安第斯地震＊

Nadine McQuarrie

(University of Princeton,Princeton,New Jersey08544-1003,USA)

預(yù)料之外的安第斯地震＊

Nadine McQuarrie

(University of Princeton,Princeton,New Jersey08544-1003,USA)

沿南美安第斯山脈西緣的俯沖帶邊界預(yù)期會(huì)發(fā)生大地震。而沿東邊界的地表運(yùn)動(dòng)測(cè)量表明,曾預(yù)期不會(huì)發(fā)生大地震的安第斯山脈東緣也具有發(fā)生同等規(guī)模大地震的潛在可能。

安第斯山脈(Andes Mountains)的西緣是活動(dòng)板塊俯沖帶,因此,MW8.0以上地震時(shí)常發(fā)生。相比之下,沿安第斯東緣南美大陸之內(nèi)的地震預(yù)期會(huì)小得多,最大估計(jì)震級(jí)為MW7.5(文獻(xiàn)[1])。然而,Brooks及其同事[2]發(fā)表在《自然-地球科學(xué)》(Nature Geo science)的報(bào)告卻稱,隱伏在玻利維亞安第斯山脈(Bolivian Andes)東緣之下的一大段斷層并沒(méi)有處于滑動(dòng)狀態(tài)——雖然在其西側(cè)該斷層處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),由此,東側(cè)斷層可能會(huì)在一次MW8.7～8.9地震中破裂。

地震大小與地震中斷層移動(dòng)的范圍成正比[3]。與地面夾角較小的斷層在到達(dá)深部之前會(huì)穿過(guò)較大一部分脆性強(qiáng)地殼,而深部巖石通常溫度較高、更具韌性,因而更不容易儲(chǔ)存能量并突然在地震中釋放能量。因此,由于陡傾斷層與地殼脆性層相交的截面小很多,淺角斷層相比陡傾斷層而言產(chǎn)生大地震的可能性更大。如果斷層處于閉鎖狀態(tài)不能自由滑動(dòng),由地殼的兩塊試圖擦肩而過(guò)的部分產(chǎn)生的彈性能就會(huì)儲(chǔ)存在斷層不能移動(dòng)的部分。認(rèn)識(shí)和防備地震的關(guān)鍵因素就是確定斷層處于閉鎖狀態(tài)的區(qū)域,并搞清此閉鎖區(qū)有多大一段會(huì)釋放能量,最終產(chǎn)生地震。

過(guò)去約4000萬(wàn)年間納斯卡(Nazca)大洋板塊和南美大陸之間的會(huì)聚使得南美西緣發(fā)生褶皺和斷錯(cuò),形成了安第斯山脈。目前這種收斂通過(guò)玻利維亞安第斯山脈沿東部山脈下方一條巨大斷層的運(yùn)動(dòng)(相對(duì)于玻利維亞?wèn)|部和巴西)而得以調(diào)節(jié)(圖1)。具體說(shuō)來(lái),南部玻利維亞山脈以7～10mm/a的速率向穩(wěn)定的大陸內(nèi)部移動(dòng)。雖然安第斯山脈沿整個(gè)南美大陸延伸,但其最寬的地方位于智利北部和玻利維亞西南部(圖1),因此,此處下方斷層延伸的規(guī)模也可能很大。認(rèn)清斷層的哪一部分在脆性地殼中處于閉鎖狀態(tài)對(duì)于評(píng)估與此斷層相關(guān)的潛在地震危險(xiǎn)性非常關(guān)鍵。

正是由于南玻利維亞安第斯山脈向東朝穩(wěn)定的南美運(yùn)動(dòng),Brooks等[2]利用全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)對(duì)其地表運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明測(cè)量的GPS速度可通過(guò)一條以角度不超過(guò)5°向西傾斜的斷層得到最佳擬合。他們發(fā)現(xiàn)該斷層在西部的滑動(dòng)速率為9～13 mm/a,但在東部約有85～100km的長(zhǎng)度處于閉鎖狀態(tài),并正在儲(chǔ)存彈性能。斷層處于閉鎖狀態(tài)的長(zhǎng)度是確定任何潛在地震規(guī)模的必不可少的參數(shù)。相比之下,這個(gè)長(zhǎng)度大約比在臺(tái)灣測(cè)得的斷層閉鎖區(qū)段大了1.5倍,那里的地震震級(jí)達(dá)到了MW7[文獻(xiàn)4],而這個(gè)長(zhǎng)度與喜馬拉雅(Himalaya)的估算值相當(dāng),據(jù)推算那里的地震規(guī)模高達(dá)MW8.4[5-6]。

圖1 南玻利維亞安第斯山脈。安第斯山脈西緣為板塊構(gòu)造俯沖帶邊界,因而有可能發(fā)生大地震。相比之下,離穩(wěn)定的大陸內(nèi)部更近的安第斯山脈東緣通常不會(huì)被與破壞性地震聯(lián)系在一起。然而,Brooks及其同事[2]證實(shí)南玻利維亞安第斯山脈下方長(zhǎng)達(dá)85～100km的一段斷層目前處于閉鎖狀態(tài),其儲(chǔ)存的彈性能可能會(huì)引發(fā)MW8.7～8.9的大地震。圖片來(lái)自文獻(xiàn)[9]并經(jīng)其允許進(jìn)行了修改

對(duì)于認(rèn)識(shí)潛在地震規(guī)模而言,另一個(gè)至關(guān)重要的尺度就是沿?cái)鄬涌赡芷屏训拈L(zhǎng)度。如果一條斷層分為許多區(qū)段,各個(gè)部分可能會(huì)分別破裂形成許多小地震,而不是產(chǎn)生單一的大地震。Brooks等[2]利用高分辨率地形數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別閉鎖斷層——Mandeyapecua逆沖斷層——的地表顯示。他們提出地勢(shì)高的區(qū)域代表地震期間發(fā)生移動(dòng)的斷層區(qū)段(各區(qū)段在不同地震期間發(fā)生移動(dòng)),而地勢(shì)低的地區(qū)代表區(qū)段邊界。通過(guò)地形分析,Brooks及其同事[2]發(fā)現(xiàn)斷層分為5個(gè)明顯的區(qū)段。有了每個(gè)斷層區(qū)段的長(zhǎng)度和寬度估算值,就可以利用地震比例關(guān)系[7]估算出每個(gè)斷層區(qū)段的潛在地震規(guī)模。Brooks等[2]估計(jì)安第斯東緣斷層的各個(gè)區(qū)段可能在MW7.2～8.3地震中破裂。然而,如果所有斷層區(qū)段的整個(gè)閉鎖寬度都發(fā)生破裂,那么斷層上可能發(fā)生的最大地震震級(jí)會(huì)達(dá)到MW8.7～8.9。

斷層滑動(dòng)的頻繁程度對(duì)于認(rèn)識(shí)其地震潛在可能非常關(guān)鍵。如果斷層頻繁滑動(dòng),應(yīng)力則會(huì)在小地震事件中逐步釋放,而不會(huì)形成大的破壞性地震。遺憾的是,沿玻利維亞安第斯山脈東部山前地帶的數(shù)據(jù)還不能提供斷層最后一次滑動(dòng)的年代。該區(qū)也沒(méi)有MW7以上地震的記載[1],因此,至少?gòu)墓?700年觀測(cè)開始時(shí)應(yīng)變就一直在積累。如此之長(zhǎng)的應(yīng)變積累期增加了MW7或更大地震的可能性。

按照Brooks及其同事的觀點(diǎn),南玻利維亞安第斯山脈下方閉鎖斷層帶的罕見寬度應(yīng)歸因于兩個(gè)重要因素。第一,安第斯山脈源自水平層狀沉積巖,這些沉積巖在安第斯山脈形成時(shí)發(fā)生了褶皺和斷錯(cuò)。這種環(huán)境中,斷層沿水平沉積層發(fā)育,因此,沒(méi)有幾條自然邊界(通常是垂直不連續(xù)面)能夠阻止地震期間的滑動(dòng)。第二,Brooks等認(rèn)為由于斷層不斷生長(zhǎng)使安第斯山脈向東移動(dòng),有更多的新巖石加入山脈,超過(guò)了由于侵蝕而去除的巖石。這種差異使得山脈向外擴(kuò)張、變寬,并在其底部形成一條長(zhǎng)長(zhǎng)的緩傾斷層。相比之下,在北玻利維亞安第斯山脈,沉淀速率較高,侵蝕更快,這就限制了山脈的寬度[8],有助于降低這里的地震危險(xiǎn)性。該地區(qū)進(jìn)一步的GPS數(shù)據(jù)可以測(cè)試侵蝕對(duì)潛在地震規(guī)模的影響。

Brooks等[2]表示,通常認(rèn)為與高地震風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)的安第斯山脈的部分地區(qū)有可能在大的、災(zāi)難性事件中破裂。鑒于最近海地和日本都發(fā)生了大地震,這些結(jié)果應(yīng)該促使研究人員對(duì)那些地震潛在危險(xiǎn)性很大但卻被嚴(yán)重低估的其他地區(qū)進(jìn)行再次評(píng)估。

譯自:Nature Geoscience,June2011,Vol.4:357-358

原題:Unexpected Andean earthquakes

(中國(guó)地震局地球物理研究所 韓立波 譯;左玉玲 校)

(譯者電子信箱,韓立波:chinakkmm@gmail.com)

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P315;

D;

10.3969/j.issn.0235-4975.2011.10.003

2011-08-12。