蘆山MS7.0級地震與龍門山斷裂帶的活動性

孟憲綱, 朱文武, 沈憲興, 李朝柱, 王子平

(1.中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180; 2.天津市地質工程勘察院，天津 300191)

蘆山MS7.0級地震與龍門山斷裂帶的活動性

孟憲綱1, 朱文武1, 沈憲興1, 李朝柱2, 王子平2

(1.中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180; 2.天津市地質工程勘察院，天津 300191)

2013年4月20日四川省蘆山縣發(fā)生了MS7.0級強烈地震，該地震的發(fā)生與龍門山斷裂帶的活動有直接關系。通過研究龍門山斷裂帶及周邊區(qū)域的形變監(jiān)測資料，得出：龍門山斷裂帶的活動趨勢取決于巴顏喀拉塊體與四川盆地的相對運動，而其運動的主要動力來自青藏高原和上揚子克拉通地塊的推擠。結合發(fā)震區(qū)域地質構造和地殼形變觀測數(shù)據(jù)分析結果，論述此次地震與龍門山斷裂帶的活動關系，并提出未來5年重點監(jiān)視區(qū)域。

蘆山地震；巴顏喀拉塊體；龍門山斷裂帶

0 引言

2013年4月20日四川省蘆山縣發(fā)生了MS7.0級強烈地震，此次地震是繼2008年汶川MS7.0級特大地震后在龍門山斷裂帶西南段發(fā)生的又一次強烈地震。根據(jù)中科院青藏高原研究所和地質與地球物理研究所相關科學研究發(fā)布的震源破裂過程反演初步結果，此次地震震源深度10.2 km，為逆沖斷層，破裂在斷層面上的分布比較集中。主震和余震分布于龍門山斷層帶西南段的彭縣-灌縣斷裂帶上，位于2008年5月12日汶川地震后的庫倫應力增加區(qū)域內，且兩者震源性質相近，均為逆沖斷裂為主，表明該地震與汶川地震有密切關系[1]。本文通過分析研究龍門山斷裂帶及周邊地區(qū)的形變監(jiān)測資料，得出龍門山斷裂帶的活動趨勢取決于巴顏喀拉塊體與四川盆地的相對運動，而其運動能量來自青藏高原和上揚子克拉通地塊的推擠。本文結合發(fā)震區(qū)域地質構造和地殼形變觀測數(shù)據(jù)進行分析，論述此次地震與龍門山斷裂帶的活動關系，并提出未來5年重點監(jiān)視區(qū)域。

1 相關構造及地震

巴顏喀拉塊體位于青藏高原主體地區(qū)的東北緣，是中國現(xiàn)今地震活動最為強烈的地區(qū)之一，其周緣斷裂帶包括東昆侖斷裂帶、瑪尼-玉樹斷裂帶、鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶等。自1997年11月8日瑪尼MS7.9級地震以來，其周緣斷裂帶上陸續(xù)發(fā)生了一系列的強震，包括2001年11月14日昆侖山口西MS8.1級地震、2008年5月12日汶川MS8.0級地震、2010年4月14日玉樹MS7.1級地震[2]，2013年4月20日蘆山MS7.0級地震(圖1)[3]。本文主要研究本次地震與龍門上斷裂帶活動性的關系，進而研究巴顏喀拉塊體周緣地震的活動性，提出監(jiān)測建議。

2 龍門山斷裂帶的活動性

龍門山斷裂帶處于歐亞板塊內部青藏高原東北緣與上揚子克拉通地塊的結合帶，為東南部四川盆地和西北部青藏高原東部山區(qū)的明顯分界線[4]，其西側為巴顏喀拉塊體。該斷裂帶橫向上主要由龍門山后山斷裂、主中央斷裂、前山斷裂3條主干斷裂及推覆構造帶組成；縱向上可以分成3個段，分別為位于東北部的北川—寧強、勉縣段，中部的北川—都江堰段和都江堰—瀘定、康定附近段[5]。進入第四紀，由于青藏高原強烈隆升及其產(chǎn)生的側向擠壓作用，使其東北部的川青地塊向SEE滑移。該滑動地塊不僅導致其東緣SN向的岷山擠壓抬升，而且因岷山隆起的限制和阻擋，致使與之相關的龍門山斷裂帶中段和西南段強烈活動，它們共同構成川青地塊東部的活動邊界，而龍門山斷裂帶東北段則被廢棄，其活動性明顯減弱，至晚更新世以來趨于停息[6]。汶川MS8.0地震和蘆山MS7.0地震就發(fā)生在龍門山斷裂帶中南段上[7]。近年來隨著地球物理勘探技術的快速發(fā)展，地球縱深測量精度日益提高。前人成果表明，該地塊上地殼厚度平均值為18.8 km，中地殼厚度平均值為10.5 km，下地殼厚度平均值為15.3 km，地殼厚度平均值為44.6 km[8]。

圖1 蘆山7.0級地震及周邊地震分布圖

地震行業(yè)專項“中國綜合地球物理場觀測—青藏高原東緣地區(qū)”項目實施以來，通過精密水準測量、區(qū)域GNSS測量獲取了大量的觀測數(shù)據(jù)[9]，為獲取該地區(qū)垂直形變場圖像、水平形變場圖像和地下物質運移場圖像提供科學依據(jù)。本文主要通過研究地形變監(jiān)測成果[10]，分析龍門山及周邊地區(qū)地殼形變場的變化與趨勢。

2.1 垂直形變速度場

本課題在青藏高原東緣、東北緣地區(qū)施測精密水準共計約10 000余km，主要覆蓋南北地震帶，包括龍門山斷裂帶、鮮水河斷裂帶、則木河斷裂帶等。依據(jù)觀測數(shù)據(jù)，并結合前期成果獲取龍門山及周邊地區(qū)長期垂直形變速率圖像(圖2)。由此得出結論：①四川盆地整體呈下降趨勢，下降速率1 mm/a；而青藏高原東緣地區(qū)呈抬升態(tài)勢，上升速率4 mm/a。②巴顏喀拉塊體隆升速率低于青藏高原東緣川滇地區(qū)，同時也低于鄂爾多斯西緣海原地塊、蘭州地塊、西寧地塊、共和地塊和柴達木塊體的隆升速率，青藏高原東、北緣隆升總體呈波浪式(巴顏喀拉塊體隆升速率低于其兩側塊體)。③以龍門山斷裂帶為界上盤上升，而下盤下降，與四川盆地逆沖青藏高原運動趨勢相符合，值得注意的是，該轉折界限發(fā)震背景與1976年唐山地震孕震背景極其相似，即均位于地殼隆升與下降交界帶上[11]，不同的是，該地區(qū)垂直速度場圖像分辨率較低(1970、2011年2期數(shù)據(jù))，唐山地震震前垂直形變場圖像分辨率較高(1970、1972、1975年3期資料)。在海城地震預報中，水準資料對臨震閉鎖起到較好的顯示效果。④不難看出區(qū)域精密水準測量資料對獲取逆沖性斷裂的垂直形變信息十分有效，其信息直觀可靠，是地殼垂直形變監(jiān)測工作中重要監(jiān)測方法之一。因此需增加龍門山斷裂帶的觀測頻次，可布設成跨龍門山斷裂帶的水準觀測剖面，并進行實時(每年1～2期)跟蹤觀測，觀測周期5年。

圖2 龍門山及周邊地區(qū)地殼垂直形變速率圖(1970—2011)

2.2 水平形變速度場

結合“中國大陸環(huán)境構造監(jiān)測網(wǎng)絡”和“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡”項目中的區(qū)域GNSS觀測資料，獲取龍門山及周圍地區(qū)地殼水平形變速率圖像(圖3)，其運動趨勢和背景與現(xiàn)今多數(shù)科研結論一致[1-3，11]。由此推斷：①青藏高原東緣地區(qū)呈整體順時針運動態(tài)勢，巴顏喀拉塊體的水平形變在東北部指向四川盆地，中部地區(qū)則向東北方向變化，大致呈輻射狀。②龍門山斷裂帶兩側附近水平位移大致相同，顯示逆沖型斷裂帶地表水平位移不明顯，可能趨于閉鎖狀態(tài)。③龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂帶以及安寧河斷裂帶交界處，有較明顯的走滑趨勢。巴顏喀拉塊體相對羌塘塊體水平運動速率低，致使鮮水河斷裂帶中東段為左旋走滑運動方式，安寧河斷裂北段為左旋走滑運動方式；巴顏喀拉塊體相對于柴達木塊體水平運動速率高，致使東昆侖斷裂帶為左旋走滑運動方式；巴顏喀拉塊體東向位移速率整體介于羌塘塊體和柴達木塊體位移速率之間。④不難看出GNSS測量對監(jiān)測走滑型斷裂帶運動效果明顯。因此需加大巴顏喀拉塊體周緣斷裂帶的監(jiān)測力度，增加觀測測點，并盡量使其成對分布于斷裂帶的兩側，重點監(jiān)測鮮水河斷裂帶中東段、安寧河斷裂北段、龍門山斷裂中南段；東昆侖斷裂帶中東段，馬爾蓋茶卡斷裂帶東段與巴顏喀拉塊體西端區(qū)域。

圖3 龍門山及周邊地區(qū)地殼水平形變速率圖(1999—2012)

綜合青藏高原東緣和龍門山斷裂帶周邊地區(qū)區(qū)域精密水準和GNSS資料分析結果可以得知:①龍門山斷裂帶在巴顏喀拉塊體和四川盆地的聯(lián)合作用下，表現(xiàn)為逆沖型運動態(tài)勢，其上盤平均垂直隆升速率達到4 mm/a，平均水平運動速率達到10 mm/a；下盤平均下降速率達到1 mm/a，平均水平運動速率達5 mm/a。②龍門山斷裂帶附近水平運動速率基本相同，表明該區(qū)域可能進入閉鎖狀態(tài)。③龍門山斷裂帶西南段表現(xiàn)為逆沖與走滑復合運動，可能源于安寧河斷裂的NS向走滑對龍門山斷裂帶的卸載作用。④巴顏喀拉塊體中東部垂直形變速率低于羌塘塊體和柴達木塊體,而水平位移速率則介于其之間，表明巴顏喀拉塊體整體NE向位移仍然劇烈，鮮水河斷裂帶、東昆侖斷裂帶走滑趨勢明顯。

3 誘發(fā)地震模型

本次地震是龍門山斷裂帶在其周圍塊體聯(lián)合作用下誘發(fā)的，根據(jù)以上論述建立地震發(fā)震各塊體運動模型，解釋地震成因具有重要意義。建立地震誘發(fā)模型前我們做如下假設：①龍門山斷裂帶中單個塊體構造假設為剛體，它具有低壓縮性，且在所受應力過荷時極易破碎的特點，具有一定的彈性模量(組成塊體的巖石加權彈性模量)，庫倫定則對其適用[4，13]。其內部的縫隙、空隙對個體整體性影響忽略，在剪切過程中將其假設為剪切破碎面，由擠壓破碎引發(fā)地震。②龍門山斷裂帶多個斷裂塊體構造合成假設為流體，特點是在受到周圍其它塊體擠壓時，表現(xiàn)為沿斷裂帶流動運動態(tài)勢。在應力集中區(qū)由于受到周圍大型塊體構造阻擋，垂直方向表現(xiàn)為集體上升或部分上升運動；在水平方向上表現(xiàn)為向應力較弱區(qū)流動。應力釋放后，被擠壓塊體表現(xiàn)為在自身重量作用下自行密實排列并下降運動，相鄰被擠壓塊體或塊體與鄰近大斷裂帶，在卸載作用下表現(xiàn)為上、下、左、右相對滑動，從而引發(fā)余震。③無論主震還是余震都是斷裂面或塊體巖石內部發(fā)生斷裂破碎的結果，蠕滑在此不產(chǎn)生地震(圖4)[14]。④由于發(fā)震部位多為地下較深部位，斷裂處巖石圍壓很大，而圍壓越大，巖石強度尺寸效應越不明顯，即圍壓能夠降低尺寸對巖石材料強度的敏感程度。隨著尺寸的增加，巖塊的非均質性在巖體中的影響逐步減小，而節(jié)理、層理和斷層等結構面的影響則逐漸加強[15]。

圖4 擠壓前后各塊體走勢示意圖(據(jù)蔡學林[16]編繪)

3.1 同震形變分析

震后收集了震源附近“陸態(tài)網(wǎng)絡”GNSS連續(xù)站和“四川省GPS觀測網(wǎng)絡”連續(xù)站1 Hz地震前后觀測資料，利用“陸態(tài)網(wǎng)絡”數(shù)據(jù)處理平臺[17]的精密單歷元定位軟件進行處理，得到了蘆山地震近場同震位移場結果(圖5，圖中紅色五角星為震中，黑色點為“陸態(tài)網(wǎng)絡”GNSS連續(xù)站，藍色點為“四川GPS觀測網(wǎng)絡”連續(xù)站)。其中“陸態(tài)網(wǎng)絡”連續(xù)站觀測數(shù)據(jù)長度為2013年第102～113天，“四川省GPS觀測網(wǎng)絡”數(shù)據(jù)長度為108～111天，地震發(fā)生在GPS時間2013年第110天0時2分46秒，上述測站地震當天觀測數(shù)據(jù)舍去第1個小時觀測數(shù)據(jù)。由圖5可得如下結論：

圖5 地震近場同震位移分布圖

(1) 本次地震能量源于四川盆地和巴顏喀拉塊體共同作用，龍門山斷裂帶仍以逆沖為主，與模型中剛體位移一致，上盤為向上運動態(tài)勢，下盤逆沖向下，導致發(fā)震部位過荷載破裂，引發(fā)地震。

(2)四川天全站分析結果與其他連續(xù)站相差很大，一測中心黃立人教授帶領小組現(xiàn)場勘查確定與連續(xù)站穩(wěn)定性有關，其數(shù)據(jù)置信水平較低，但其時間序列未有重大異常。

(3)安寧河斷裂帶北段兩側SCSM、SCYX、SCMN、SCXD4個連續(xù)站SE向NW向位移，表明安寧河斷裂有一定的走滑運動；而四川盆地CHDU、PIXI2個連續(xù)站NE向位移表征龍門山斷裂帶NE向走滑，發(fā)震后四川盆地的近場塊體沿龍門山斷裂帶有流動趨勢，與模型中的斷層流動相近。

通過連續(xù)站的數(shù)據(jù)分析很好地支持假設模型，為深入研究孕震機制奠定基礎。

4 結論

(1)本次地震是龍門山斷裂帶逆沖活動的結果，主要能量源自巴顏喀拉塊體對四川盆地強烈的推擠作用，可能與汶川地震對龍門山斷裂帶卸載和安寧河斷裂持續(xù)物質向南流動誘導有一定關系。

(2)考慮本次地震對龍門山斷裂帶上下兩盤的卸載作用以及周圍斷裂的破碎程度，由圖3和圖5綜合分析，龍門山斷裂帶中的塊體構造沿斷裂帶有較強的流動性，進而釋放龍門山斷裂帶能量，因此由本次地震推測,在該區(qū)域再次發(fā)生大震的可能性較小，但龍門山斷裂帶西南段與汶川地震之間的地震空區(qū)值得注意。

(3)巴顏喀拉塊體在青藏高原持續(xù)的推擠和其東北部塊體的阻擋，向四川盆地方向相對柴達木塊體和羌塘塊體走滑運動的可能性加大，加之玉樹地震、汶川地震、蘆山地震的卸載作用，東昆侖斷裂帶中東段以及巴顏喀拉塊體西端與馬爾蓋茶卡斷裂帶之間未來發(fā)震的可能性較大。

(4)綜上所述，未來5年該地區(qū)的監(jiān)測重點為鮮水河斷裂帶和安寧河斷裂帶及龍門山斷裂帶西南段交界處，晚第四紀以來該區(qū)地震活動性相對較強[18]；東昆侖斷裂帶中東段，該斷裂帶地震活動強烈，1900年以來發(fā)生多次7級以上地震[19]；馬爾蓋茶卡斷裂帶東段與巴顏喀拉塊體西端區(qū)域，該區(qū)域1997年曾發(fā)生瑪尼MS7.9級地震。

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TheMS7.0LushanEarthquakeandLongmenshanFaultZoneActivity

MENG Xian-gang1, ZHU Wen-wu1, SHEN Xian-xing1, LI Chao-zhu2, WANG Zi-ping2

(1. First Crust Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China;
2. Tianjin Geological Engineering Prospecting Institute, Tianjin 300191, China)

On April 20th, 2013, aMS7.0 earthquake occurred in Lushan County, Sichuan province. The earthquake is directly related to the activity of Longmenshan fault zone. In this article, deformation monitoring data in longmenshan and its surrounding areas was analyzed and the result shows that the activity trend of longmenshan fault zone depends on the relative motion between Bayan Har block and sichuan basin, and the main power of the movement comes from the Tibetan plateau and the upper Yangtze craton massif of push. In recent years, the longmenshan and its surrounding areas is one of the main seismogenic area in China mainland. In this paper, in combination with seismogenic area of geological structure and crustal deformation observation data analysis results, The earthquake and longmenshan fault zone activity relationship, and put forward the key monitoring area in the next five years.

Lushan earthquake；Bayan Har block；Longmengshan fault zone

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.02.001

2013-12-23

中國地震局“四川省蘆山‘4.20’7.0級強烈地震科學考察”項目

孟憲綱(1980—)，男(漢族)，工程師，碩士，主要從事大地形變監(jiān)測研究工作.E-mail：mxg612@126.com.

P315.53

A

1003-1375(2014)02-0001-06