西秦嶺夏河斷裂的西延活動特征

張波　李啟雷　王愛國　何文貴　姚赟勝　朱俊文　蔡藝萌　馮紫微

[摘要]? ? 2017年青海澤庫MS4.9地震的震中位于走向南北的日月山斷裂附近，而小震優(yōu)勢排列和震源機(jī)制解卻和日月山斷裂矛盾。本文通過活動斷裂遙感解譯和野外考察，在震中附近發(fā)現(xiàn)了EW走向和NW走向的斷裂，它們屬于夏河斷裂西端構(gòu)造，EW走向斷裂傾向N，其運(yùn)動性質(zhì)兼具左旋走滑和逆沖。同時，我們使用雙差定位方法對澤庫MS4.9地震開展重定位，發(fā)現(xiàn)小震排列也呈NW和EW兩段，橫跨EW走向段的小震指示傾向N的斷層面。通過對比夏河斷裂西端構(gòu)造和地震排列特征，我們發(fā)現(xiàn)夏河斷裂的三維幾何和運(yùn)動性質(zhì)與小震排列和震源機(jī)制具有良好的對應(yīng)關(guān)系。因此，我們推測夏河斷裂是澤庫MS4.9地震的發(fā)震斷裂。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景分析，我們認(rèn)為夏河斷裂可能是西秦嶺北緣斷裂西端帚狀散開的分支之一，此次地震可能代表西秦嶺北緣斷裂西端的構(gòu)造活動，同時也可能受到日月山斷裂右旋剪切的影響。本文研究結(jié)果進(jìn)一步凸顯了鑒定構(gòu)造活躍區(qū)次級先存斷裂新活動特征、完善區(qū)域活動構(gòu)造圖像的意義。

[關(guān)鍵詞] 2017年青海澤庫MS4.9地震; 發(fā)震構(gòu)造; 夏河斷裂; 西秦嶺北緣斷裂; 日月山斷裂

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-137

0? 引言

對中強(qiáng)地震的發(fā)震構(gòu)造和機(jī)制開展研究，有助于深入認(rèn)識區(qū)域地震構(gòu)造模型和地球動力背景，更好地服務(wù)于防震減災(zāi)工作。2017年12月15日青海省黃南藏族自治州澤庫縣（35.13°N，101.87°E）發(fā)生4.9級地震（下文簡稱，澤庫MS4.9地震），截至2021年10月30日，澤庫MS4.9地震序列共發(fā)生可定位余震159次，其中1級以上地震118次，最大余震為2017年12月15日20時38分的MS3.9地震。由于震中附近人煙稀少，前人對該地震的關(guān)注較少。李啟雷等[1]對澤庫MS4.9地震序列進(jìn)行研究，認(rèn)為澤庫MS4.9地震的震源機(jī)制為左旋走滑，發(fā)震斷層節(jié)面為走向NWW，傾角53°。震中附近的已知活動斷裂僅有日月山斷裂南段，但前人得到的震源機(jī)制和發(fā)震節(jié)面[1]與日月山斷裂南段矛盾。因此，一個重要的問題是澤庫MS4.9地震是否存在明確的發(fā)震斷裂？

近年來，西秦嶺地區(qū)發(fā)生了一系列中強(qiáng)地震，由此發(fā)現(xiàn)了一系列斷裂的新活動。2013年岷縣漳縣MS6.6地震發(fā)生后，震中附近的禾馱斷裂被證實(shí)存在新活動[2]。2017年九寨溝MS7.0地震發(fā)生后，雪山斷裂以北的虎牙斷裂的新活動跡線被發(fā)現(xiàn)[3]。2019年夏河MS5.7地震發(fā)生后，震中附近的夏河斷裂的新活動特征才被發(fā)現(xiàn)[4]。

因此，本文目標(biāo)是通過系統(tǒng)解譯震中附近的活動斷裂，完善震中附近的活動斷裂圖像。同時結(jié)合小震排列特征，綜合分析澤庫MS4.9地震的發(fā)震構(gòu)造和發(fā)震機(jī)制。

1? 區(qū)域構(gòu)造背景

研究區(qū)位于青藏高原東緣的西秦嶺地區(qū)（圖1）。在青藏高原向北東擴(kuò)展和向東擠出的構(gòu)造背景下，研究區(qū)主要發(fā)育了NWW和NNW兩組活動斷裂，NWW向斷裂（如東昆侖斷裂、西秦嶺北緣斷裂）以左旋走滑為主，NNW向斷裂（如日月山斷裂、鄂拉山斷裂）以右旋走滑為主，兩者共同吸收和調(diào)節(jié)青藏高原東北緣的向外擴(kuò)展[5-6]。

震中位于走向NNW的日月山斷裂東側(cè)，日月山斷裂是距震中最近的斷裂。據(jù)張馳等[7]的研究，日月山斷裂南段是一條全新世活動斷裂，活動性質(zhì)以右旋走滑為主，右旋走滑速率約為2.69～3.37 mm/a。除日月山斷裂外，震中附近還發(fā)育夏河斷裂、臨潭—宕昌斷裂和西秦嶺北緣斷裂等。夏河斷裂主要展布于夏河縣與合作市之間，向西可能延伸至多哇盆地乃至震中附近，根據(jù)地質(zhì)地貌斷錯推測其為全新世活動斷裂，活動性質(zhì)以左旋走滑為主[4]。臨潭—宕昌斷裂主體為臨潭盆地北部的邊界斷裂，向西散開成多條分支，為全新世活動斷裂，兼有左旋走滑和傾滑活動[8]。西秦嶺北緣斷裂是區(qū)域上一條深大斷裂帶，狹義的西秦嶺北緣斷裂東起寶雞，西止于甘加以西，是一條全新世活動斷裂，以左旋走滑活動為主[9]。西秦嶺北緣斷裂西端位于震中附近，同時發(fā)育多條南北向逆斷層，甘加盆地以西還可見新活動跡線，說明西秦嶺北緣斷裂延伸到了震中附近[10-11]。

由此可見，震中位于NNW走向的日月山斷裂與NWW走向的西秦嶺北緣斷裂、夏河斷裂的過渡轉(zhuǎn)換部位，構(gòu)造背景較為復(fù)雜。對震中附近活動斷裂開展解譯和野外調(diào)查，結(jié)合小震排列和區(qū)域構(gòu)造背景，可更好地認(rèn)識該地震的發(fā)震構(gòu)造和孕震機(jī)制，深入認(rèn)識該區(qū)的地震構(gòu)造特征和構(gòu)造變形。

2? 夏河斷裂西延活動特征

2.1? 斷裂展布特征

經(jīng)過遙感解譯和野外地質(zhì)地貌調(diào)查，我們在張波等[4]的基礎(chǔ)上，完善了夏河斷裂的地表展布圖像，并基于斷錯地質(zhì)地貌分析了該斷裂的新活動特征。

在夏河縣以西，夏河斷裂的斷裂線性可繼續(xù)向西追索，經(jīng)過夏河縣城以北、多哇鄉(xiāng)以南、交務(wù)隆村以北、塞隆村后，被日月山斷裂截切。在塞隆村以北，還可見一條走向NW、長度僅2.5 km的斷裂線性（圖2a—b），說明在夏河斷裂與日月山斷裂的構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)發(fā)育了較復(fù)雜的活動構(gòu)造。夏河斷裂總體走向約80°，宏觀地貌表現(xiàn)為地形坡折并控制盆山邊界，發(fā)育斷層埡口、斷層溝槽、斷層泉等地貌（圖2b—e）。

2.2? 斷裂新活動特征

斷層新活動明顯，新發(fā)育的微地貌發(fā)生明顯的斷錯（圖2）。不同時代的坡積物上發(fā)育不同高度的斷層陡坎，說明斷裂具有長期的垂向活動（圖2f—g）。斷裂也具有明顯的左旋走滑活動，可見多條沖溝和沖洪積扇發(fā)生同步左旋。交務(wù)隆村以西7 km處，坡積物上2條相鄰沖溝發(fā)生同步左旋，大沖溝左旋16.6 m，小沖溝左旋6.0 m（圖2h—i）。地質(zhì)地貌斷錯表明，夏河斷裂兼具左旋走滑和傾滑分量。

2.3? 斷裂傾向

在交務(wù)隆村以西7 km處的山坡上，斷層跡線略呈弧形，山坡上跡線向南凸出，東側(cè)溝內(nèi)跡線偏北。根據(jù)地形特征和斷層跡線推測（“V”字形法則），夏河斷裂西延段的斷層面應(yīng)向北傾（圖3）。

3? 2017年澤庫MS4.9地震重定位

本文采用Waldhauser等[12]提出的地震雙差相對定位法，對2017年澤庫MS4.9地震序列開展重定位工作。該方法同時將每個臺站觀測的事件與臺站組成臺站—事件對，使地震對的觀測和理論走時之差的殘差最小，可以有效消除震源至臺站間共同傳播路徑效應(yīng)。雙差定位方法通過反演每個地震相對矩心的相對位置，可以有效減小因地殼結(jié)構(gòu)模型影響而引起的誤差[13-15]。

本文使用的震相數(shù)據(jù)為青海測震臺網(wǎng)產(chǎn)出，選用震中附近300 km左右的青海測震臺網(wǎng)、甘肅測震臺網(wǎng)及科學(xué)臺陣（CA）等地震監(jiān)測臺站的震相數(shù)據(jù)，其中100 km內(nèi)臺站有8個，100～200 km內(nèi)有16個，200～300 km內(nèi)有6個。為了既保證定位精度，又有足夠多的觀測數(shù)據(jù)，選取有4個以上臺站記錄并且有6個以上震相數(shù)據(jù)共98個地震事件參與重定位計算?？紤]到本次主震震級僅為4.9級，地震序列中以小震居多，震相信噪比普遍較低，且S波作為續(xù)至波受到P波尾波以及各種反射震相的干擾，其到時拾取精度要低于P波到時的拾取精度，故本文在進(jìn)行重定位計算時輸入震相P波和S波分別賦予權(quán)重1和0.5。本文采用的速度結(jié)構(gòu)模型分為6層，波速比設(shè)定為1.70，如表1所示。

采用共軛梯度法（LSQR）重定位后得到86次地震的震源位置參數(shù)，為原來地震總數(shù)的88%。選用震相走時共1571個，其中Pg走時873個，Sg走時698個；重定位后共構(gòu)成震相對45895組，其中Pg走時26047對，Sg走時19848對。

圖4顯示了定位后的澤庫MS4.9地震序列。重定位后的地震序列總體呈NWW—SEE向分布，長軸長約4.6 km，由NW走向（318°）和EW走向（269°）兩段組成（圖4b）。主震（MS4.9）位于NW走向段上（剖面AA′），最大余震（MS3.9）位于EW走向段上（剖面BB′），兩者間隔約18小時。主震和幾次較大余震的深度較大，其余余震深度較淺，反應(yīng)地震由深部向地表擴(kuò)展（圖4c—d）。剖面CC′為橫跨EW走向段的地震剖面，小震排列指示向N傾的斷層面，EW走向段的小震排列與夏河斷裂的三維幾何匹配良好（圖4e）。

4? 討論

4.1? 2017年澤庫MS4.9地震的發(fā)震構(gòu)造

夏河斷裂西段的三維幾何（走向、傾向等）和運(yùn)動性質(zhì)（左旋走滑），與澤庫MS4.9地震的小震排列（EW走向段）、深部延伸、震源機(jī)制對應(yīng)較好，據(jù)此我們推測澤庫MS4.9地震的發(fā)震斷裂應(yīng)為夏河斷裂西段（圖5）。日月山斷裂南段的走向?yàn)?51°，與小震長軸偏差較大，所以澤庫MS4.9地震應(yīng)未直接發(fā)生在日月山斷裂上。盡管澤庫MS4.9地震的震級不高，但地震學(xué)和地震地質(zhì)學(xué)的良好對應(yīng)，使得該地震仍然具有明確的發(fā)震斷裂。

夏河斷裂是一條中強(qiáng)地震活躍的次級斷裂，近年來的2017年澤庫MS4.9地震和2019年夏河MS5.7地震都和該斷裂密切相關(guān)[4]。綜合本文和前人結(jié)果，夏河斷裂總體上分兩段，夏河縣以東，斷裂走向SE，傾向SW，2019年夏河MS5.7地震發(fā)生于該段的次級分支上[4]；夏河縣以西，斷裂走向NEE，西端包括至少2條分支；斷裂總體傾向N，與2017年澤庫MS4.9地震的小震排列耦合較好。

完善區(qū)域活動斷裂圖像，有助于深入認(rèn)識區(qū)域地震構(gòu)造。本文通過斷錯地質(zhì)地貌解譯和調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了震中附近次級斷裂的幾何展布和新活動，并結(jié)合地震學(xué)結(jié)果判斷了澤庫MS4.9地震的發(fā)震構(gòu)造。本研究進(jìn)一步凸顯了完善區(qū)域活動斷裂圖像的意義。近年來，研究區(qū)附近發(fā)生了多次中強(qiáng)地震（2013年岷縣漳縣MS6.6地震、2019年夏河MS5.7地震等），這些地震的發(fā)震斷裂均由震后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，均是先存的、認(rèn)識程度低的次級斷裂[2， 4]。我們不僅要對區(qū)域主干框架斷裂開展研究，也需要對次級斷裂的新活動特征開展普查，完善區(qū)域活動斷裂圖像。普查的重點(diǎn)應(yīng)為新構(gòu)造活動強(qiáng)烈（活動斷裂、中強(qiáng)震或小震密集）地區(qū)的先存次級斷裂，從而更好地解剖中強(qiáng)地震，分析區(qū)域地震構(gòu)造背景。

4.2? 夏河斷裂的構(gòu)造歸屬探討

本文發(fā)現(xiàn)的夏河斷裂西段，從走向和運(yùn)動性質(zhì)來看，可能屬于西秦嶺北緣斷裂向西延伸的分支[16]。西秦嶺北緣斷裂早期認(rèn)為終止在松香灘一帶[17]；隨著遙感圖像分辨率提高，張波等[9]和Chen等[10]發(fā)現(xiàn)斷裂活動跡線可以繼續(xù)向西追索到甘加盆地附近。斷裂幾何圖像在甘加盆地一帶較為復(fù)雜，包括多條走向不一、性質(zhì)各異的分支斷裂。夏河斷裂可能和西秦嶺北緣其他跡線一起，形成帚狀發(fā)散的多條分支[9， 12]。除了夏河斷裂西段以外，其他分支（如切龍溝分支）也在日月山斷裂以東失去蹤跡，據(jù)此我們推測狹義的西秦嶺北緣斷裂西端終止在日月山斷裂。

隨著斷裂的逐漸終止，西秦嶺北緣斷裂的走滑分量一部分轉(zhuǎn)換為拉脊山斷裂的逆沖活動，促使積石山的隆升[18]；還有一部分耗散在甘加盆地附近的次級分支斷裂上，導(dǎo)致上述次級斷裂具有新活動特征，從而發(fā)生一系列中強(qiáng)地震（如2017年澤庫MS4.9地震）。部分次級斷裂發(fā)生構(gòu)造轉(zhuǎn)換，在甘加盆地以西形成了多條南北向的逆斷層[11]。

夏河斷裂在構(gòu)造上也可能與日月山斷裂緊密關(guān)聯(lián)。日月山斷裂是青藏高原北部的一條十分重要的斷裂，形成于前新生代，經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化，在調(diào)節(jié)青藏高原東北緣的新生代構(gòu)造演化中起著關(guān)鍵的作用[7， 19-20]。日月山斷裂的運(yùn)動性質(zhì)以右旋走滑為主，在斷裂兩盤相對剪切的情況下，一些與剪切方向垂直的斷裂可能會受到剪切作用的影響而具有逆斷性質(zhì)。因此，夏河斷裂逆斷的運(yùn)動特征也可能受到了日月山斷裂的影響。而夏河斷裂西端的NW向斷裂線性（圖2），可能是在日月山斷裂的近斷層牽引作用下形成的。

因此，夏河斷裂西端的構(gòu)造歸屬存在多種可能，其左旋走滑的運(yùn)動特征可能來源于西秦嶺北緣斷裂左旋走滑的西端效應(yīng)，其逆斷性質(zhì)和幾何展布也有可能受到日月山斷裂右旋剪切的影響。對于西秦嶺北緣斷裂西延特征及其與日月山斷裂的構(gòu)造關(guān)系，有待后續(xù)研究。

5? 結(jié)論

通過對2017年澤庫MS4.9地震震中附近的活動斷層解譯和野外調(diào)查，結(jié)合小震重定位，本文得到如下結(jié)論：

（1）本文查明了夏河斷裂的西延特征。夏河斷裂經(jīng)多哇盆地北部向西延伸，被日月山斷裂截斷；夏河斷裂總體走向NEE，傾向N，活動性質(zhì)兼具左旋走滑和逆斷；夏河斷裂與日月山斷裂的構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)還發(fā)育一條走向NW的斷裂。

（2）本文重新定位了2017年澤庫MS4.9地震序列。地震序列長軸分NW走向（318°）和EW走向（269°）兩段，EW走向段小震排列指示傾向北的斷層。

（3）澤庫MS4.9地震發(fā)生在夏河斷裂與日月山斷裂的構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)，小震排列和震源機(jī)制與夏河斷裂的三維幾何和運(yùn)動性質(zhì)對應(yīng)良好，因此認(rèn)為夏河斷裂是澤庫MS4.9地震的發(fā)震斷裂。夏河斷裂可能是西秦嶺北緣斷裂西端帚狀散開的分支之一，代表西秦嶺北緣斷裂西端的構(gòu)造活動，同時也可能受到日月山斷裂右旋剪切的影響。

致謝

感謝兩位審稿專家極好的建議，尤其關(guān)于學(xué)習(xí)Ridgecrest地震的建議極大地拓展了作者的視野！

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2. Qinghai Earthquake Agency， Qinghai Xining 810001， China

3. Lanzhou Institute of Seismology，China Earthquake Administration， Gansu Lanzhou 730000， China

[Abstract]? ? ?The epicenter of the 2017 Qinghai Zeku MS4.9 earthquake was located near the SN-striking Riyueshan fault， while the focal mechanism solutions and the dominant arrangement of seismic sequence are inconsistent with the Riyueshan fault. In this paper， we have discovered EW- and NW-trending faults near the epicenter， by methods of remote sensing interpretation and field investigation. These faults are western terminal structures of Xiahe fault， in which the EW-trending faults are north-dipping and associated with kinematics including both left-lateral and vertical slip. Meanwhile， we use double differential positioning to relocate seismic sequences of Zeku MS4.9 earthquake. Results show that seismic arrangements consist of two segments striking NW and EW. The seismic profile crossing EW-striking segment indicates a north-dipping fault plane. Well consistence is found between Xiahe fault and seismic arrangements of Zeku MS4.9 earthquake， which leads us to the speculation that the seismogenic fault of Zeku earthquake is Xiahe fault. From a regional perspective， the Xiahe fault might be one strand of dissipating faults in the western end of the West Qinling fault， and the Zeku MS4.9 earthquake represents tectonic activity of the western end of the West Qinling fault. Besides， the northwestward turn of fault striking and reverse slipping of Xiahe fault might also be attributed to the right-lateral shearing effects of Riyueshan fault. Results of this paper highlight the significance of improving active fault traces， especially for the secondary or pre-existing faults in a tectonic active area.

[Keywords] Qinghai ZekuMS4.9 earthquake in 2017; seismogenic structure; Xiahe fault; West Qinling fault; Riyueshan fault

通訊作者： 李啟雷（1981-），男，高級工程師，主要從事地震活動性分析工作。E-mail：27263836@qq.com

作者簡介： 張波（1986-），男，副研究員，主要從事地震構(gòu)造方面的研究。E-mail：bzhang86@163.com