鄭文俊,袁道陽,何文貴,閔 偉,任治坤,劉興旺,王愛國,許 沖,葛偉鵬,,李 峰,4
1 中國地震局地質(zhì)研究所 地震動力學國家重點實驗室,北京 100029
2 中國地震局蘭州地震研究所,蘭州 730000
3 中國地震局地質(zhì)研究所 活動構造與火山重點實驗室,北京 100029
4 中國地震災害防御中心,北京 100029
據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定 (CENC,http://www.csndmc.ac.cn[2013-09-25]),北京時間2013年7月22日7時45分56秒在甘肅省定西市岷縣—漳縣交界發(fā)生MS6.6級強烈地震(簡稱為岷縣—漳縣地震),震中位于34.5°N,104.2°E,震源深度約20km,極震區(qū)烈度達到Ⅷ度,等震線長軸呈NWW 向,長約40km(http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/20130724133721239856586/index.html[2013-09-25]),地震共造成95人遇難,1366人受傷,七十余萬人受災,并造成了很大財產(chǎn)損失.這次地震發(fā)生在著名的南北地震帶中北段、構造特征較為復雜的甘東南地區(qū),大地構造位置上,該地區(qū)是我國南北與東西構造分區(qū)的交匯位置[1-6].
甘東南地區(qū)位于兩條區(qū)域性大斷裂—東昆侖斷裂(F1)和西秦嶺北緣斷裂(F2)圍限中(圖1),由迭部—白龍江斷裂帶(F3)、光蓋山—迭山斷裂帶(F4)、臨潭—宕昌斷裂帶(F5)、文縣—康縣—略陽斷裂帶(F6)、康縣—略陽斷裂帶(F7)、兩當—江洛斷裂(F8)、禮縣—羅家堡斷裂(F9)等多條規(guī)模較大的斷裂(帶)共同組成了該地區(qū)復雜的“V”字型構造體系[7-11].受青藏高原向北東擠壓作用的影響,甘東南地區(qū)新構造運動和地震活動強烈,褶皺分布廣泛[12-14],強烈的構造作用造就了復雜的地形地貌特征:溝谷發(fā)育、切割強烈、山勢陡峻、相對高差較大,地形高差可達500~3000m[15-16].另外,該地區(qū)歷史上曾發(fā)生過1654年天水南和1879年武都南兩次8級大地震[7,12,15-17],同時也有公元前186年甘肅武都6~7級地震、143年甘谷7級地震、734年天水7級地震、1573年岷縣63/4級地震、1837年岷縣北6級地震、842年碌曲7~71/2級地震等數(shù)次歷史地震發(fā)生[7-11,17-20],近年來也曾發(fā)生多次破壞性地震[8,19].
本文在區(qū)域地震構造新活動特征、構造環(huán)境、歷史地震及現(xiàn)代地震特征等的總結(jié)和分析基礎上,結(jié)合本次岷縣—漳縣地震的應急科學考察,以及震源機制解和區(qū)域地球物理資料,探討了岷縣—漳縣地震的孕震環(huán)境和機制,同時結(jié)合區(qū)域動力學特征的討論對該地區(qū)潛在的中強震危險性進行分析.
甘東南地區(qū)復雜的構造體系由多條活動斷裂組成(圖1),從區(qū)域構造圖像上看,在東昆侖斷裂(F1)和西秦嶺北緣斷裂(F2)之間構成一個巨大的左旋巖橋區(qū)[1,13,21-27],位于巖橋區(qū)內(nèi)的一系列小型逆沖兼左旋走滑斷裂是兩條主要控制性邊界斷裂之間構造轉(zhuǎn)換過渡的關鍵.前人的研究中給出了該地區(qū)主要斷裂的運動學定量結(jié)果,對于主要的控制性斷裂——東昆侖斷裂,前人通過河流階地及斷錯地貌的研究認為其左旋走滑速率約為10mm/a[28-31],向東有逐漸減弱趨勢,到了瑪曲以東一帶僅為2mm/a[30],近年來也有學者指出,東昆侖斷裂與塔藏斷裂相連,一直向東延伸,塔藏斷裂上的左旋走滑速率為1~1.5mm/a,同時具有少量的逆沖分量[31],而北側(cè)的西秦嶺北緣斷裂其左旋走滑速率只有2~3mm/a[5].
圖1 甘東南及鄰區(qū)主要活動構造與地震.(a)青藏高原及周邊地區(qū)地貌圖,圖中短線框為圖b的范圍;(b)甘東南及鄰區(qū)主要活動構造圖像及地震(斷裂資料主要來源于文獻[4,10,11,12],綜合后略做修改),圖中綠色短線框為圖3的范圍,藍色點線框為圖7剖面的所切位置Fig.1 Active tectonics and earthquakes of the southeastern Gansu and its adjacent regions.(a)Index map including the shaded DEM of the Tibet plateau and its adjacent regions,the dashed frame shows the range of Fig.b.(b)Map of the southeastern Gansu and its adjacent regions with main active tectonics and earthquakes.These faults data have been modified after Yuan(2003),Yuan et al(2004),Zheng et al(2005)and Yu et al(2012).The green dashed frame shows the range of Fig.3.The blue dotted frame shows the region in Fig.7
圖2 甘東南地區(qū)主要斷裂走滑速率及區(qū)域構造轉(zhuǎn)換關系.圖中斷裂及運動模式據(jù)文獻[4,8,11]修改;滑動速率資料來源于文獻[5,7,12,28-34]Fig.2 Strike-slip rate and relation on tectonic transition of NWW fault in southeastern Gansu province.In Fig.2,active fault and kinematic pattern have been modified after Yuan et al(2002),Yuan(2003)and Zheng et al(2005).Strike-slip rates of main fault from Li(2005),Yuan et al(2007),Yu et al(2012),Li(2009),Kriby et al(2007),He et al(2006),Jia(2012),Jia et al(2012),Liu(2012)and Ren et al(2013)
位于兩條控制性斷裂之間起構造轉(zhuǎn)換作用的斷裂,近年來的研究也給出了各自的定量運動特征(圖2).通過活動斷裂填圖得到的迭部—白龍江斷裂帶(F3)東段的白龍江北緣斷裂晚第四紀以來的逆沖速率為0.7mm/a,白龍江南緣斷裂晚第四紀逆沖速率為0.38±0.12mm/a,走滑速率為1.37±0.10mm/a[32];俞晶星等[12]通過不同地貌面上斷錯位移的測量和地貌面定年獲得了光蓋山—迭山斷裂(F4)晚第四紀以來的垂直滑動速率為0.49±0.08~1.15±0.28mm/a,左旋走滑速率為0.51±0.13mm/a;袁道陽等[7]曾給出臨潭—宕昌斷裂(F5)的走滑速率為2~2.5mm/a,這一結(jié)論只是根據(jù)東昆侖斷裂與西秦嶺斷裂的滑動速率差異估計得出的,并未進行定量研究,最新研究的結(jié)果僅為1mm/a左右[32];韓竹軍等[17]得到禮縣—羅家堡斷裂(F9)的左旋走滑速率為0.95mm/a;賈偉等[33-34]得到的康縣—略陽斷裂(F7)中段的晚更新世以來左旋走滑速率自西向東增大,從0.35mm/a增大至1.39mm/a,全新世以來左旋走滑速率從0.68mm/a增大至1.48mm/a,東段晚更新世以來平均左旋滑動速率為1.06mm/a;對于兩當—江洛斷裂(F8)活動斷裂地質(zhì)填圖得到的左旋走滑速率為0.5~1.5mm/a,逆沖速率為0.5~1mm/a[32];文縣—康縣—略陽斷裂帶(F6),前人的研究主要集中于其南段發(fā)生的1879年武都南8級地震[14],根據(jù)近幾年地質(zhì)填圖的結(jié)果,該斷裂全新世以來左旋滑動速率為2~2.5mm/a[32].
對于斷裂滑動速率等運動學參數(shù)所反映區(qū)域構造變形特征,根據(jù)Zheng等[35]總結(jié)的青藏高原周邊地區(qū)主要走滑斷裂上滑動速率的轉(zhuǎn)換模式,甘東南地區(qū)的這些近于平行的斷裂及其與這些斷裂組成“V”字型的斷裂系統(tǒng)的其他斷裂,通過各條斷裂相對較低的滑動速率(包括了走滑和逆沖),以及斷裂之間隆起山脈及不同時代盆地的變形,共同承擔了自東昆侖斷裂向西秦嶺北緣斷裂過渡過程中運動分量吸收和轉(zhuǎn)換(圖2).袁道陽等[4,7,11]認為東昆侖斷裂與西秦嶺北緣斷裂走滑速率的不一致主要是被包括臨潭—宕昌斷裂、光蓋山—迭山斷裂帶、迭部—白龍江斷裂帶等一系列斷裂的走滑變形吸收所致.而通過對青藏高原東北緣的GPS觀測結(jié)果及第四紀滑動速率的綜合分析,Duvall等[36]認為東昆侖斷裂的變形并非往東傳遞,而是向北傳遞到了海原斷裂,但海原斷裂并沒有完全吸收東昆侖斷裂所有的變形.另外,Duvall等[6]還通過低溫熱年代學得出的結(jié)果顯示西秦嶺北緣斷裂早在始新世就已經(jīng)開始活動,在高原整體變形過程中起到了重要作用,吸收和轉(zhuǎn)換了東昆侖斷裂往北傳遞過程中的部分運動分量.
臨潭—宕昌斷裂作為甘東南構造轉(zhuǎn)換和變形傳遞過程中的一條重要斷裂,其幾何展布,新活動性和運動特征對討論地震的孕育有著至關重要的作用.該斷裂由多條規(guī)模不等、相互平行或斜接的次級斷裂組合而成,斷裂帶影響寬度范圍在5~10km(圖3),在岷縣東南斷裂僅為一支,延至宕昌以南.斷裂的總體性質(zhì)為地表可見以向南逆沖為主,呈北西西—北西向展布,傾向北東,傾角50°~70°,局部陡立或南傾,具左旋走滑分量,因此,在不同的斷裂段上活動性差異較大.大地構造研究方面的資料顯示,該斷裂形成于海西期,在其后的構造運動中曾有過多次強烈活動,切割并斷錯了不同時代的地層,破碎帶寬達數(shù)十米到百余米,帶中見有斷層角礫巖及斷層泥,局部地層有動力變質(zhì)現(xiàn)象[3,13,23-24].在航衛(wèi)片上斷裂影像清晰,兩側(cè)色調(diào)差異顯著,一般表現(xiàn)為南淺、北深的特點.
大量的地貌調(diào)查和研究認為,臨潭—宕昌斷裂帶各斷裂段活動性差異較為明顯,且每段內(nèi)也呈現(xiàn)出斷裂活動的不均勻性(圖3).各斷裂段的活動性為:西段(合作斷裂段)北支(F1-1)活動性較弱,為早更新世或前第四紀活動斷裂,西段(合作斷裂段)南支(F1-2)活動不均勻,最西端活動性較差,為早中更新世活動,東端為晚更新世活動;中段(臨潭斷裂段)相對較活動,北支(F2-1)為全新世早期活動,其活動性在整個斷裂帶中最強,南支(F2-2)為早中更新世—晚更新世早期活動;東段(岷縣—宕昌斷裂段)的主支斷裂(F3-1)活動性較弱,斷裂段主要部分為前第四紀或早更新世活動,僅有少量地段呈現(xiàn)出中-晚更新世有過活動的特征,其北緣的兩條次級斷裂中最北邊的一條(F3-3)可能在第四紀晚期(全新世)有復活動的跡象(圖3),沿洮河的一條斷裂(F3-2)最新活動時間應為早中更新世,而其最南端的斜接斷裂活動時間與主干斷裂一致,為第四紀早期或前第四紀.可以看出,臨潭—宕昌斷裂總體上由多條次級斷裂組成,各斷層段長度不同,總體上以平行和斜接為主,其活動性的差異說明各斷裂段在新構造運動過程中應力集中不均勻,不具備不同斷裂段同時破裂和應力集中的可能,出現(xiàn)多個受力不均一點,這也是近幾年及歷史上該地區(qū)中強地震多發(fā)的一個主要原因.
圖3 臨潭—宕昌斷裂幾何展布及新活動特征(a)臨潭—宕昌斷裂分段幾何結(jié)構,圖中地層資料簡化于1∶200000地質(zhì)圖1),烈度等值線來源于http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/2013 0724133721239856586/index.html[2013-09-25];(b)斷裂中段北支斷錯山脊及斷層槽谷(鏡向 NW);(c)斷裂中段北支斷層擠壓脊(鏡向E);(d)斷裂中段南支斷層地貌(鏡向E);(e)斷裂東段斷層附近沖溝裂點(鏡向E);(f)岷縣北奈子溝斷層剖面(鏡向E).Fig.3 Activity and geometric distribution on Lintan-Dangchang fault(a)Geometric distribution on Lintan-Dangchang fault.Data of stratum have been simplified from geology map1).The contour of the seismic intensity of Minxian-Zhangxian earthquake come from http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/2013 0724133721239856586/index.html[2013-09-25].(b)Offset ridge and fault trough on northern branch fault of middle segment(View to NW);(c)Extrusion ridge on northern branch fault of middle segment(View to E);(d)Fault landform on southern branch fault of middle segment(View to E);(e)Knick point nearby eastern segment of fault(View to E);(f)Fault section of Naizigou at northern of Minxian(View to E).
震后多個機構通過快速反演給出的岷縣—漳縣MS6.6級強烈地震的震源機制解結(jié)果(表1),顯示震源過程以逆沖為主,兼具左旋走滑性質(zhì),這與地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果基本一致.震后災害調(diào)查所給地震烈度等值線也反映了一個長軸較長的橢圓形區(qū)域,Ⅷ度極震區(qū)長軸長約40km,短軸長約20km(http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/2013 0724133721239856586/index.html[2013-09-25]),Ⅷ度區(qū)長軸方向與該斷裂東段走向一致,說明本次地震與臨潭—宕昌斷裂(或是其中的一支)關系密切(圖3a).
表1 不同研究機構給出的岷縣—漳縣MS6.6級地震震源機制解Table 1 Focal mechanism solutions of Minxian-Zhangxian Earthquake from different research unit
圖4中顯示了震后科學考察極震區(qū)的震害分布,可以明顯看出,極震區(qū)嚴重震害點基本上沿茶固灘、馬家溝、文斗、車路、永光、永星、拉路、朱麻灘一線分布(圖4a),地貌上表現(xiàn)出明顯的地形變化界線,沿線不僅本次地震中滑坡、崩塌呈帶狀分布,而且也是一個帶狀分布的老滑坡帶.從圖4b可以看出,該條帶正好位于臨潭—宕昌斷裂北側(cè)分支斷層控制的古近紀盆地中,在北側(cè)二疊紀板巖、砂巖、泥巖等向南逆沖于古近紀礫巖及砂礫巖之上,斷層附近古近紀沉積厚度明顯增厚(圖4(b,c)).條帶狀震害分布的西端,茶固灘—馬家溝正好位于第三紀盆地中,本次地震形成多處滑坡和鄉(xiāng)間公路邊坡崩塌(圖5(a,b)).在車路—永光—永星—拉路一帶,滑坡和震害較重區(qū)地貌有明顯的線性地貌特征(圖4a),震害以滑坡、崩塌、黃土陷落等為主要特征,其中由于地震的強烈震動還引起了一處規(guī)模較大的“干泥石流“(沒有或很少有水的作用,主要是地震瞬間震動引起黃土順溝向坡下滑動),同時規(guī)模較大的幾處滑坡也位于這幾個村莊附近,實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域上部為十余米或更厚的黃土,下部為基巖,也就是兩套地層分界線,同時也是第三紀小型盆地的邊界,因此盆地內(nèi)地震震害可能存在放大作用,同時黃土地基也是造成震害的重要誘因(圖5(c,d,e,f)).東端拉路—朱麻灘一帶,可見明顯的斷層線性地貌特征,震害也主要沿地貌變化,呈帶狀分布(圖5g),在朱麻灘村見次級斷層剖面(圖5h),為二疊系炭質(zhì)板巖逆沖于古近紀礫巖之上,但本次地震該處斷層沒有發(fā)生明顯錯動,僅表現(xiàn)為斷裂南側(cè)分布的滑坡與崩塌.綜合認為在該地質(zhì)災害分布較嚴重的地區(qū),民居房屋由于建筑質(zhì)量、山坡地形、黃土地基、地質(zhì)條件等的綜合影響,破壞較為嚴重,地震引起的地質(zhì)災害嚴重是造成破壞的主要原因,這在以前該地區(qū)在中強地震中也曾表現(xiàn)出如此特征[8,19].通過對各主要斷裂分支的現(xiàn)場調(diào)查,沒有發(fā)現(xiàn)本次地震產(chǎn)生的地震地表破裂.
圖3中顯示,臨潭—宕昌斷裂的主支斷裂(F3-1)位于本次地震的南部,該斷層距離本次地震的極震區(qū)和儀器震中位置約8~10km,基本沿洮河南岸延伸到洮河轉(zhuǎn)彎處,然后沿岷縣縣城北側(cè)向南東延伸,本次地震沿該斷層沒有較為嚴重的震害,滑坡、崩塌也僅為較小規(guī)模,說明本次地震可能為該斷裂帶上多個次級斷層段共同作用的結(jié)果.
前已述及,甘東南地區(qū)歷史上就有多次地震發(fā)生(圖1),特別是其北邊的西秦嶺北緣斷裂帶附近和南部的武都一帶,歷史上多有7級以上地震發(fā)生[7,14,17-18,20].對于甘東南地區(qū)起構造轉(zhuǎn)換作用的臨潭—宕昌斷裂,歷史上也曾發(fā)生過多次6~7級地震:如1573年岷縣63/4級地震[9]、1837年岷縣北 6級地震[10]、842年碌曲7~71/2級地震[18,20]等,同時近十年以來,該地區(qū)也發(fā)生了多次5級以上地震[8,19],小地震活動也較為頻繁[32].這些中強地震雖然沒有形成明顯的地震地表破裂帶,但其震害分布與臨潭—宕昌斷裂的某些段落關系密切,特別是烈度等值線的長軸方向,基本與斷裂走向一致(圖6).
圖4 岷縣—漳縣地震極震區(qū)附近影像及地質(zhì)特征(a)極震區(qū)附近衛(wèi)星影像(資料來源于Google earth);(b)極震區(qū)附近地質(zhì)特征(根據(jù)1∶200000地質(zhì)圖資料簡化及修改)2);(c)橫穿極震區(qū)的地質(zhì)剖面,根據(jù)實地調(diào)查及地質(zhì)資料編繪.Fig.4 Map of image and geology of severely damaged area in Minxian-Zhangxian earthquake(a)Satellite image of severely damaged area(Image data from Google earth);(b)Geology map of severely damaged area(Data have been simplified from geology map2));(c)Cross section of severely damaged area,data from field investigation and geology map.
圖5 岷縣—漳縣地震極震區(qū)主要震害及地貌特征(a)茶固灘東北黃土滑坡;(b)車路村西黃土崩塌及滑坡;(c)永光村滑坡,掩埋4戶人家,12人死亡;(d)永光村地震引起的干泥石流;(e)永星村一帶的黃土陷坑;(f)拉路村一帶黃土邊坡崩塌;(g)朱麻灘一帶斷層地貌,嚴重震害基本沿地貌線分布;(h)朱麻灘村附近斷層剖面.Fig.5 Geomorphology and related disaster of severely damaged area in Minxian-Zhangxian earthquake(a)Loess landslide at northeastern of Chagutan village;(b)Loess landslide and collapse at western of Chelu village;(c)Large landslide at Yongguan village.The landslide buried 4homes and killed 12people;(d)Dry debris flow near Yongguan village;(e)Loess pitfall at Yongxing village;(f)Loess collapse at Lalu village;(g)Fault geomorphology near Zhumatan village.There are relatively serious disaster near fault zone;(h)Fault section at Zhumatan village.
在前期的研究中,我們利用活斷層工作方法[37],結(jié)合歷史資料記載和歷史地震烈度表的規(guī)定,對幾次主要的歷史地震進行了等烈度線的重新確定,雖然該地區(qū)現(xiàn)在還相對比較貧窮,但人類活動歷史較長,一直是中原漢族和少數(shù)民族的混居地,有多種少數(shù)民族文字對該地區(qū)破壞性地震進行了記載[9,10,18,20],因此在對歷史地震重新考證時,充分收集了這些資料,以使歷史地震的位置更加準確,而現(xiàn)代地震的烈度等值線,參照最新發(fā)表的成果確定,雖然歷史地震與現(xiàn)代地震烈度確定有一定的差異,但也能反映其構造活動特征的一些信息[8,19].對于842年碌曲地震與臨潭—宕昌斷裂西段的關系密切,根據(jù)其中歷史記載的“水泉涌,岷山崩,洮水逆流三日”以及死傷記錄的描述[18,20],其極震區(qū)烈度可能達到Ⅸ度左右,該次地震震級可定為7~71/2級,由于該地區(qū)歷史上屬于人跡較少地區(qū),因此僅根據(jù)歷史地震資料確定了其大概的極重災區(qū)范圍.而幾次主要的歷史地震和近年來的多次現(xiàn)代地震都發(fā)生在臨潭—宕昌斷裂的東段,1573年的岷縣63/4級地震[9]和1837年岷縣北6級地震[10]等的極重災區(qū)分布與臨潭—宕昌斷裂帶東段斷層展布大致相吻合,斷裂東段應為這兩次地震的發(fā)震構造.2003年發(fā)生的岷縣5.2級地震[8]、2004年岷縣卓尼5.0級地震[19]的位置相對較近,其Ⅶ度及以上烈度區(qū)長軸方向基本符合臨潭—宕昌斷裂東段的走向,且正好位于該斷裂主支與北側(cè)次級斷裂分支之間的斷層帶內(nèi),而2013年7月22日的岷縣—漳縣6.6級地震的Ⅶ度以上重災區(qū),更是完全與斷裂的展布緊密相關(圖6),說明臨潭—宕昌斷裂復雜的組合特征對多次歷史和現(xiàn)代中強地震的孕育起著至關重要的作用.而有歷史記載的歷史地震多集中在東段可能說明臨潭—宕昌斷裂各段新活動存在明顯的差異,而根據(jù)歷史地震和現(xiàn)代地震震級普遍為中等強度地震可以判定,斷裂不僅在地表上存在明顯的分段和較寬的斷層帶,其深部結(jié)構上也可能存在不同的分支[38-41],與地質(zhì)調(diào)查中存在多條規(guī)模不等的次級斷裂組成較寬的斷層帶是相符的(圖3,6).
我們綜合歷史地震和現(xiàn)代地震的活動可以判定,臨潭—宕昌斷裂的分段活動特征明顯,不同段落的地震活動規(guī)模及頻率差異較大,但綜合考慮,由于斷裂的中段歷史及現(xiàn)代地震活動較少,也沒有震級較大的地震發(fā)生,而從現(xiàn)今地貌特征判斷該斷裂段又是臨潭—宕昌斷裂帶晚第四紀活動特征最為明顯的一段,存在明顯的中強地震破裂空區(qū)(圖6),因此未來該斷裂段的中強震危險性值得關注.
從圖1及圖2中甘東南地區(qū)整體構造圖像和運動學圖像中可以看出,在區(qū)域上,南部的東昆侖斷裂帶(F1)與北部的西秦嶺北緣斷裂帶(F2)之間存在過渡遞變關系,東昆侖斷裂(F1)最東端在若爾蓋一帶逐漸向南東偏移,然后與塔藏斷裂斜接;而向東北方向擴展過程中,斷裂出現(xiàn)分叉現(xiàn)象,共發(fā)育了北西西向斷裂三組,分別是:迭部—白龍江斷裂帶(F3)、光蓋山—迭山斷裂帶(F4)、臨潭—宕昌斷裂帶(F5),最后逐步過渡到西秦嶺北緣斷裂帶(F2)上,而三條中間的過渡斷裂(F3、F4、F5)在構造運動轉(zhuǎn)換過程中起著重要作用(圖2).從目前對臨潭—宕昌斷裂帶的研究可以看出,斷裂整體表現(xiàn)為高角度的向南逆沖性質(zhì)(圖3),局部表現(xiàn)出左旋走滑,但走滑速率較低.另外,前面的討論和總結(jié)中已經(jīng)說明該斷裂上中強地震的發(fā)生較為頻繁,而其南部的兩條斷裂(F3、F4)以高角度向北逆沖為主,表現(xiàn)的是這些北西向斷裂在構造演化過程中向北東方向擴展特征,而幾條斷裂的強活動段落和中強地震活動也將由斷裂的整體逐步轉(zhuǎn)換到斷裂中部,乃至其擴展過程在其突出部分前緣形成的新的斷裂上.因此,臨潭—宕昌斷裂帶在整個區(qū)域上所起的作用是構造轉(zhuǎn)換和區(qū)域應力的重新分配,這也是近些年該地區(qū)中小地震頻發(fā)的一個重要因素.
從整個青藏高原東北部的變形分析可知,由于印度板塊與歐亞板塊的碰撞及其后印度板塊向北楔入作用所引起的擠壓應力是造成高原東北部隆升的主要原因[27,42-46],也是東昆侖構造帶及西秦嶺北緣構造帶發(fā)生向北為主的逆沖推覆運動的主要動力來源[6,30,36].根據(jù)王 志 才 等[43-44]對 西 秦 嶺 北 緣 斷 裂 的隴西、武山等新生代盆地研究結(jié)果表明,西秦嶺北緣斷裂由先期的擠壓逆沖為主在新生代后期逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽呋瑸橹饕卣?,并形成了向兩?cè)擴展的“花狀構造”.同樣地,據(jù) Tapponnier等[27]的研究表明,東昆侖斷裂帶主要形成一個向北擴展的單側(cè)發(fā)育的“花狀構造”,也就是表現(xiàn)出明顯的向北擴展特征.我們綜合前人在構造特征[5-8,11,30,36]、新生代沉積地層 及盆地 演 化[47-48]、深 部 地 球 物 理 探 測[38-41]、GPS 速 率場的變化[49-52]、地 震 學[53-55]等 研 究 和 探 測 結(jié) 果,將橫切甘東南地區(qū)的主要斷裂構造的深淺構造關系表示于圖7中,可以看出,青藏高原向北東方向的擠壓使區(qū)域上以兩大主要斷裂構造為主的甘東南地區(qū)發(fā)生了復雜的構造變形:南部與東昆侖斷裂(F1)相鄰的迭部—白龍江斷裂帶(F3)及光蓋山—迭山斷裂帶(F4)構造變形和運動轉(zhuǎn)換的動力來源是東昆侖斷裂在新生代以來的向北東擴展和推擠;北部的臨潭—宕昌斷裂帶(F5)的先期形成主要是受與其關系密切的西秦嶺北緣斷裂(F2)影響,而后期的變形不僅與西秦嶺北緣斷裂(F2)向兩側(cè)的擴展有關,也受到了來自東昆侖斷裂(F1)向北的擴展和推擠的影響.因此在臨潭—宕昌斷裂帶周邊形成復雜的應力構造環(huán)境,GPS速率場的變化也反映了一個整體向北東擴展、同時局部旋轉(zhuǎn)變形[49-52]的特點,而臨潭—宕昌斷裂帶上中強地震的活動也主要是由于這種運動特征引起的斷裂帶附近的應力集中所致,而斷裂的分段多及復雜的深、淺幾何結(jié)構是該斷裂帶上主要以中等強度地震為主的原因之一.
圖6 歷史地震與現(xiàn)代地震極震區(qū)分布特征(歷史地震烈度資料來自文獻[8,9,10,18,19,20];本次地震烈度等值線來自http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/2013 0724133721239856586/index.html[2013-09-25])Fig.6 Severely damaged area of historical and modern earthquakes along Lintan-Tanchang fault.The data for the contour of the seismic intensity of historical and modern earthquakes come from Ref.[8-10,18-20].The contour of the seismic intensity of Minxian-Zhangxian earthquake come from http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/2013 0724133721239856586/index.html[2013-09-25].
圖7 橫穿甘東南地區(qū)的構造變形剖面圖.圖中的實線為根據(jù)地球物理[38-41]、地質(zhì)資料[11,27,47-48]、地震學[53-55]等方面資料綜合確定的斷層位置,虛線表示推測斷層位置Fig.7 Schematic diagram presenting postulated model of tectonic deformation at the southeastern of Gansu.The red solid line showing fault traces summarized a lot of data from geophysics[11,27,47-48],tectonic geology (Tapponnier et al.,2001;Yuan,2003;Wang et al.,2006;2012)and seismology[53-55].The dashed lines are inferred faults at depth
甘東南地區(qū)是著名的南北地震帶及青藏高原東北部的重要組成部分,其復雜多樣的構造變形模式和構造活動特征是該地區(qū)中強地震孕育和發(fā)生的重要原因,兩條主要邊界斷裂帶(東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂)和二者之間的完成區(qū)域構造運動轉(zhuǎn)換的其他斷裂帶,共同組成了該地區(qū)復雜的構造圖像.2013年7月22日發(fā)生在甘肅岷縣—漳縣的MS6.6級地震正是位于該地區(qū)一條主要斷裂——臨潭—宕昌斷裂帶上,該斷裂帶附近不僅現(xiàn)代地震活動頻繁,而且歷史上也發(fā)生過多次中強地震,歷史和現(xiàn)代地震以及本次地震的嚴重破壞區(qū)正好位于臨潭—宕昌斷裂東段多條次級斷層組成的斷裂帶內(nèi).斷裂帶幾何結(jié)構復雜,由多條平行或是斜接的、規(guī)模相對較小的次級斷層組成,且存在明顯的分段不均勻活動,而中強地震的頻繁發(fā)生也說明該斷裂各段之間既相互關聯(lián)又相互影響.從區(qū)域構造的幾何特征及運動學特征分析,青藏高原東北部東昆侖斷裂的向北擠壓和向東的運動是該地區(qū)構造應力集中的主要動力,而西秦嶺北緣斷裂走滑及向南北兩側(cè)逆沖“花狀構造”是臨潭—宕昌斷裂帶上中強地震頻繁發(fā)生的重要動力因素.臨潭—宕昌斷裂帶東段的頻繁地震可能會引起其中段和西段的應力調(diào)整,從而觸發(fā)震級相當?shù)牡卣鸢l(fā)生,因此該斷裂中段的地震危險性有增強的趨勢.
致 謝 感謝中國地震局甘肅岷縣—漳縣地震現(xiàn)場指揮部在野外工作過程中提供的支持;感謝中國地震局地質(zhì)研究所張培震研究員給予的指導和討論;感謝中國地震局地質(zhì)研究所張會平博士和王偉濤博士在DEM處理和構造變形模式討論方面的幫助;感謝兩位審稿人對本文提出的寶貴意見和建議,促進了論文的完善和成熟.
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