尼泊爾Ms8.1地震構(gòu)造背景及對周邊地區(qū)地震活動趨勢的影響

雷東寧 蔡永建，3 李 恒 吳建超喬岳強 余 松 廉 超

1 中國地震局地震研究所（地震預(yù)警湖北省重點實驗室），武漢市洪山側(cè)路40號，430071

2 武漢地震工程研究院，武漢市洪山側(cè)路40號，430071

3 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球科學(xué)學(xué)院，武漢市魯磨路388號，430074

大地震發(fā)生具有特定的地震構(gòu)造背景，板塊邊界是大地震孕育的主要構(gòu)造帶，其特點是震級大、破壞力強。2015－04－25尼泊爾Ms8.1地震發(fā)生在印度板塊和歐亞板塊的俯沖帶上，沿該俯沖帶歷史上曾發(fā)生過多次大地震。不少研究者都十分關(guān)注此次地震的發(fā)震構(gòu)造背景及對周邊地震活動趨勢的影響，本文將對這一問題進行探討。震、1934－01－15尼泊爾東部Mw8.2地震［3－7］和1950年西藏墨脫Ms8.6地震。

1 尼泊爾地震的構(gòu)造背景

1.1 印度板塊與歐亞板塊匯聚帶

尼泊爾地震發(fā)生在全球3大地震帶之一的地中海－喜馬拉雅地震帶上，該構(gòu)造帶是歐亞板塊和印度板塊的匯聚邊界，是全球地震活動最頻繁的地區(qū)之一。印度板塊與歐亞大陸初始碰撞發(fā)生在白堊紀與第三紀的界線附近，約65 Ma BP［1－2］，之后經(jīng)歷多次強烈俯沖、匯聚，造就了喜馬拉雅山脈?，F(xiàn)今印度板塊向歐亞板塊在加德滿都一帶以45mm／a的速度向北匯聚，沿著該匯聚邊界，歷史上發(fā)生過多次大地震（圖1）。從西向東（77°～95°E）主要發(fā)生過1505－06－06尼泊爾格爾納利河Ms8.2地震、1833－08－26尼泊爾加德滿都北部Ms8.0地震、1897－06－12印度阿薩姆邦Ms8.7地

圖1 青藏高原及鄰區(qū)地震構(gòu)造圖Fig.1 The seismotectonic map of the Qinghai－Tibet plateau and surrounding area

在喜馬拉雅山脈及兩側(cè)發(fā)育著多條主要的斷裂帶，從南向北依次發(fā)育主前緣逆沖斷裂（main frontal thrust，MFT）、主邊界逆沖斷裂（main boundary thrust，MBT）、主中央逆沖斷裂（main central thrust，MCT）、藏南拆離系（south Tibet detachment system，STDS）和雅魯藏布江縫合帶（Indus－Tsangpo or Yarlung－Zangbo suture zone）。嵇少丞認為，主中央逆沖斷裂與藏南拆離系同時活動，分別為逆沖斷裂與低角度正斷層，夾于兩者之間的塊體被斜向擠出，形成珠穆朗瑪峰。從主中央逆沖斷裂，到主邊界逆沖斷裂，再到主前緣逆沖斷裂，活動時間逐漸變新［8］。

1.2 發(fā)震斷裂帶

發(fā)震構(gòu)造一般是指曾發(fā)生過或可能發(fā)生破壞性地震的地質(zhì)構(gòu)造。確定某次地震的發(fā)震構(gòu)造主要采用地震地質(zhì)調(diào)查，看其是否存在地表破裂帶；其次，可以以震源機制解節(jié)面參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合震中區(qū)斷裂構(gòu)造的活動性質(zhì)，綜合判定發(fā)震構(gòu)造。值得提及的是，在根據(jù)等震線確定發(fā)震構(gòu)造時，以長軸方向代表發(fā)震構(gòu)造走向，短軸凸起方向為傾向。

尼泊爾Ms8.1地震震中區(qū)發(fā)育多條低角度逆沖斷裂，這些斷裂均為活動斷裂，且活動強度較大，屬于發(fā)震斷裂，確切地說是地震活動斷裂。根據(jù)GCMT 全球震源機制解［9－10］，地震節(jié)面Ⅰ走 向293°、傾角7°、滑動角108°；節(jié)面Ⅱ走向95°、傾角83°、滑動角88°。節(jié)面Ⅰ的產(chǎn)狀與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造具有一致性，表現(xiàn)為低角度逆沖特征，推覆方向由北向南，表明主邊界逆沖斷裂為本次地震的發(fā)震斷裂。根據(jù)余震目錄（截止2015－05－26）空間分布，判定本次地震的震源破裂面積大小為175km（長度）×68km（寬度）（圖2）。

圖2 震中區(qū)余震分布及發(fā)震構(gòu)造圖Fig.2 The seismogenic structural map and aftershocks distribution of epicenter area

USGS給出此次地震震源深度為15km，中國地震臺網(wǎng)測定結(jié)果為20km。以主震震源深度15km（20km）計算，破裂面平均傾角約為12°（17°），角度很小，與震源機制解給出的節(jié)面Ⅰ傾角相吻合，也與主邊界斷裂為低角度逆沖的地質(zhì)現(xiàn)象一致。這些上陡下緩的斷裂在地殼一定深度歸入到一個滑脫面上，形成“易震層”（圖3）。

2 尼泊爾地震余震的時間及空間特征

截止2015－06－30，主震后共發(fā)生Ms7.0～7.9余震3次，Ms6.0～6.9 余震1 次，Ms5.0～5.9余震4次［12］。余震多集中在震后一個月之內(nèi)，符合特大地震的余震特征。

尼泊爾地震的余震空間分布范圍為175km×65km，余震長度方向與發(fā)震斷裂的破裂方向基本一致。沿著主震發(fā)震構(gòu)造線，余震顯示自西向東遷移的現(xiàn)象，且強余震多出現(xiàn)在加德滿都東側(cè)，包括兩次7.0級左右的強余震（圖4）。

圖3 尼泊爾地震震中區(qū)地震構(gòu)造剖面［11］Fig.3 The seismotectonic section in epicenter area of Nepal earthquake［11］

圖4 尼泊爾地震的余震空間分布及時間序列［13］（余震目錄截止2015－05－26）Fig.4 The time sequences and spatial distribution of Nepal eathquake［13］

3 尼泊爾地震對周邊地區(qū)地震活動趨勢的影響

3.1 主震對余震的觸發(fā)

靜態(tài)庫侖應(yīng)力對余震的觸發(fā)具有重要的作用，很小的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化（閾值為0.1bar）就可能會觸發(fā)地震，導(dǎo)致區(qū)域未來的地震活動性發(fā)生改變［14－15］。

采用USGS公布的尼泊爾地震震源可變滑動模型，計算主震在最優(yōu)破裂面（走向293°、傾角7°、滑動角108°）上產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化（圖5）。結(jié)果表明，余震多分布在庫侖應(yīng)力變化大于0.1bar的部位。西藏日喀則市定日縣Ms5.9地震位于庫侖應(yīng)力變化為正的地區(qū)，處于加載的狀態(tài)。

3.2 西藏日喀則市Ms5.3、Ms5.9地震

尼泊爾Ms8.1地震發(fā)生后，我國境內(nèi)相鄰地區(qū)的日喀則市定日縣、聶拉木縣分別發(fā)生Ms5.9（震中28.4°N、87.3°E，深度20km）、Ms5.3（震中28.2°N、85.9°E，深度10km）地震。從地震學(xué)和地震構(gòu)造學(xué)上看，這兩次地震均不屬于尼泊爾地震的余震。從地震學(xué)分析，西藏日喀則地震震源破裂類型、震源深度均與尼泊爾地震有差別，不在統(tǒng)計學(xué)上的余震范圍，離散性較大；從地震構(gòu)造學(xué)分析，西藏日喀則地震與尼泊爾地震空間距離較遠，且受不同的發(fā)震構(gòu)造控制。但從另一方面來看，尼泊爾地震的發(fā)生對相鄰區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場影響較為明顯，或為擾動或為觸發(fā)。根據(jù)主震產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化發(fā)現(xiàn)，這兩次地震震中處于庫侖應(yīng)力加載的部位。

圖5 主震產(chǎn)生的同震庫侖應(yīng)力變化Fig.5 The coseismic Coulomb stress change map produced by the mainshock

3.3 震后周邊地區(qū)潛在地震危險性討論

已有研究表明，尼泊爾Ms8.1地震觸發(fā)了2次強余震，對中國大陸產(chǎn)生的應(yīng)力變化量值很小，其產(chǎn)生的應(yīng)力加載主要集中在鄰近的西藏和新疆部分斷層上，而其余地區(qū)的斷層則主要受到應(yīng)力卸載作用［16］。因此，未來該地區(qū)主要地震危險區(qū)還是在主俯沖帶上，且集中在本次地震以東至喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)之間。李培等認為，該地段當前孕育周期已再次處于臨界狀態(tài)，將發(fā)生Mw8.0～8.2地震［7］。事實上，喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)作為俯沖帶變形最為強烈的構(gòu)造部位，是地震成核點。1950年曾發(fā)生墨脫－察隅Ms8.6特大地震，至今65a無顯著地震活動，將會成為大地震發(fā)生的危險地段（圖6）。

尼泊爾Ms8.1地震發(fā)生后，余震分布范圍達175km，這與震級尺度、震源深度是相匹配的。在時間序列上，余震有向東遷移的特點，這是否能為判定未來該俯沖帶上發(fā)生地震的可能性提供依據(jù)，仍然值得研究。但主震后遠離余震區(qū)發(fā)生西藏定日Ms5.9、2015－06－28印度Ms5.6 地震，表明該區(qū)自尼泊爾地震后仍然為大地震危險區(qū)。

圖6 尼泊爾Ms8.1地震后周邊地震危險區(qū)Fig.6 The seismic hazard of surrounding area after Ms8.1Nepal earthquke

4 結(jié) 語

1）2015－04－25尼泊爾Ms8.1 地震是發(fā)生在板塊俯沖帶上的特大地震，發(fā)震斷裂為主邊界逆沖斷裂，屬于低角度逆沖斷層事件；2）主震對大多數(shù)余震有觸發(fā)作用，余震分布具有向東遷移的特征；3）西藏定日Ms5.9、聶拉木Ms5.3地震不屬于主震后的余震事件，為構(gòu)造應(yīng)力擾動結(jié)果；4）沿俯沖帶自本次地震向東至喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)為大地震危險區(qū)，喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)部位危險性可能更高。

致謝：感謝日本京都大學(xué)Toda Shinji教授提供的尼泊爾Ms8.1地震有限元斷層模型。

［1］Chen J S，Huang B C ，Sun L S.New Constraints to the Onset of the India－Asia Collision：Plaeomagnetic Reconnaissance on the Linzizong Group in the Lhasa Block，China［J］.Tectonophysics，2010，489（1－4）：189－209

［2］Yi Z Y，Huang B C，Chen J S，et al.Paleomagnetism of Early Paleogene Marine Sediments in Southern Tibet，China：Implications to Onset of the India－Asia Collision and Size of Greater India［J］.Earth and Planetary Science Letters，2011，309（1－2）：153－165

［3］Bilham R.Location and Magnitude of the 1833 Nepal Earthquake and Its Relation to the Rupture Zones of Contiguous Great Himalayan Earthquakes［J］.Current Science，1995，69（2）：101－128

［4］Ambraseys N N，Douglas J.Magnitude Calibration of North Indian Earthquakes［J］.Geophysical Journal International，2004，159（1）：165－206

［5］Szeliga W，Hough S，Martin S，et al.Intensity，Magnitude，Location，and Attenuation in India for Felt Earthquakes since 1762［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，2010，100（2）：570－584

［6］Shanker D，Paudyal H，Singh H N.Discourse on Seismotectonics of Nepal Himalaya and Vicinity：Appraisal to Earthquake Hazard［J］.Geosciences，2011，1（1）：1－15

［7］李培，秦四清，薛雷，等.2015年4月25日尼泊爾Mw7.8地震孕育過程分析與震后趨勢研判［J］.地球物理學(xué)報，2015，58（5）：1 827－1 833（Li Pei，Qin Siqing，Xue Lei，et al.On the Sesimogenic Process of the 25 April 2015 Mw7.8 Earthquake and Future Earthquake Situation［J］.Chinese J Geophys，2015，58（5）：1 827－1 833

［8］嵇少丞.對尼泊爾4.25大地震的總結(jié)［EB／OL］.http：／／blog.sina.com.cn／s／blog＿6836ca5a0102vkpr.html，2015－04－30

［9］Ekstr?m G，Nettles M，Dziewonski A M.The Global CMT Project 2004－2010：Centroid－Moment Tensors for 13，017 Earthquakes［J］.Phys Earth Planet Inter，2012，200－201：1－9

［10］Nettles M.Global CMT Web Page［EB／OL］.http：／／www.globalcmt.org／，2013－03－30

［11］Sapkota S N，Bollinger L，Klinger Y，et al.Primary Surface Ruptures of the Great Himalayan Earthquakes［J］.Nature Geoscience，2013，6（1）：71－76

［12］中國地震信息網(wǎng)［EB／OL］.http：／／www.csi.ac.cn／，2015－06－30

［13］USGS.Past Aftershocks of the Gorkha Earthquake from April 25to June 25［EB／OL］.http：／／earthquake.usgs.gov／earthquakes／eventproducts／us20002926／NepalAftershocksMap－0626－2015.pdf，2015－05－26

［14］Harris R A.Introduction to Special Section：Stress Triggers，Stress Shadows，and Implications for Seismic Hazard［J］.Journal of Geophysical Research：Solid Earth，1998，103（B10）：24 347－24 358

［15］Stein R S.The Role of Stress Transfer in Earthquake Occurrence［J］.Nature，1999，402（6 762）：605－609

［16］盛書中，萬永革，蔣長勝，等.2015年尼泊爾Ms8.1強震對中國大陸靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)影響的初探［J］.地球物理學(xué)報，2015，58（5）：1 834－1 842（Sheng Shuzhong，Wan Yongge，Jiang Changsheng，et al.Preliminary Study on the Static Stress Triggering Effects on China Mainland with the 2015Nepal Ms8.1Earthquake［J］.Chinese J Geophys，2015，58（5）：1 834－1 842）