据中国地震台网正式测定,2022-09-05 12:52四川泸定(29.59°N,102.08°E)发生6.8级地震,震源深度16 km,此后发生多次4~5级余震。经专家学者现场考察及地震序列的精定位,确定此次地震发震断裂为鲜水河断裂带南端磨西段。该段处于鲜水河断裂与龙门山断裂的交会部位,构造背景复杂,1700年以来发生过9次7级以上大地震[1],与其北部的甘孜-玉树断裂、南部的安宁河断裂、大凉山断裂、小江断裂共同构成了川滇活动块体的北东边界[2-4]。研究表明,鲜水河断裂整体走向呈NNW-SSE,是一条滑动速率6~10 mm/a的晚第四纪活动左旋走滑断裂[5-6]。地震发生的南东段磨西段平均水平走滑速率约9.3 mm/a,其北侧是多分支结构的乾宁-康定段,南侧是与安宁河断裂、大凉山断裂重接的田湾-石棉段,西侧是强烈隆升的贡嘎山,其区域的隆升速率达6.1 mm/a,与周边断裂活动、区域构造变形密切相关[7](图 1)。鲜水河断裂带受青藏高原隆升和高原上地壳物质向东蠕散的影响,在青藏高原东部地区形成一系列弧形走滑断层系,全新世以来表现出强烈的左旋水平剪切运动特征[8]。
2008年汶川8.0级特大地震发生后,巴颜喀拉块体边界鲜水河断裂带南端库仑应力加载效应显著增强[9-10],其周缘断裂陆续发生2010年玉树7.1级地震、2013年漳县-岷县6.6级地震、2013年芦山7.0级地震、2014年康定6.3级地震和本次地震(图 1)。鲜水河断裂北段库仑应力卸载与南段加载效应显著是系列地震的主要成因。方颖等[11]利用30 a的跨断层形变观测资料分析得出鲜水河西北段运动规律,认为从炉霍段、道孚段到乾宁段断层闭锁程度逐年增加;李铁明等[12]综合跨断层短基线、短水准、区域重力和区域GPS观测资料,分析得出鲜水河断裂现今整体左旋走滑速率和部分分支断裂左旋走滑速率,给出磨西段走滑速率为4.41 mm/a;孙凯等[13]进一步结合InSAR和GPS观测资料研究鲜水河断裂带炉霍-道孚段的震间运动特征,给出断层左旋蠕滑速率在1.0~4.41 mm/a等。以上研究主要集中在运动速率较大的鲜水河断裂的西北段,而对南段的研究较少。随着泸定6.8级地震的发生,鲜水河断裂南段的地震活动性也逐渐引起广泛关注,认识该区域断裂带块体构造地震活动性对地震孕育发生和地震趋势的快速判定具有重要意义。
本文在前人研究的基础上,首先对鲜水河断裂带南东段历史地震活动性及地震孕育发生的构造背景进行分析,针对该分支断裂近10 a的中小地震群的展布特征,精细描述泸定6.8级地震发震断层的形态变化;然后收集震中附近区域陆态网络流动和连续测站的GNSS观测数据,通过处理2009~2015年和2015~2022年2期观测资料,给出震源区及周边地区的速度场、应变率场;最后分析泸定6.8级地震震前地壳运动变形特征,为该区域未来的地震危险性判定提供依据。
1 历史地震活动鲜水河断裂带构造运动活跃,其北西段和南东段的活动速率有所差异,表现出北西向运动强烈,至南东向逐渐减缓的过程,全新世以来以左旋走滑为主,兼具一定的逆冲运动特征。在构造上,鲜水河断裂带位于一级构造单元松潘-甘孜地槽褶皱系内部,断裂带北东侧为巴颜喀拉块体,西南侧为川滇块体,为两个二级构造单元的分界线,呈现出不一样的块体特征[14-15]。泸定6.8级地震正发生于该分界线上,是青藏高东部典型的走滑型地震事件,距离鲜水河断裂带磨西段约7 km。1900年以来,震中附近50 km范围内发生过2次6.0级以上地震,最大震级为本次地震;震中附近100 km范围内发生过4次6.0级以上地震,最大震级为本次地震;震中200 km范围内发生过19次6.0级以上地震,最大震级为1955-04-14康定7.5级地震;震中300 km范围内发生过3次7.0级以上震级,最大地震为2008-05-12汶川8.0级地震,距当前地震约200 km。在时间上,距离此次地震最近的是2022-06-01雅安市芦山6.1级地震,距离当前地震约125 km。
2 地震分布及断层活动性2013年以来,鲜水河断裂带南东段共发生3.0级以上地震40余次,小震活跃,尤其是在泸定地震发生后,72 h内接连发生16次3.0级及以上余震,其中最大的为距泸定约80 km的石棉MS4.5地震。通过中小震群的分布(图 2)可以看出,震群主要沿鲜水河断裂分布,走向近NNW-SSE向;在震中北侧、南侧以及西侧分别形成3个震群带(图中虚线框),除震中西侧的震群沿垂直于断层方向展布外,其他震群基本平行于断层方向。震群密集处主要集中在断裂带西侧,这与鲜水河南东段的深部介质条件密切相关,该断裂两侧上地壳物质存在显著的横向介质差异。磨西段属于鲜水河断裂南东段的低速区,位于龙门山断裂南端及安宁河断裂冕宁以北段交会部位的“三岔口”地区,随着青藏高原东缘向南东方向不断移动,加上强烈隆升的贡嘎山块体不断挤压控制了该低速区的西向展布范围。断块边界断裂差异性运动,受到四川盆地西缘边界刚性块体的阻挡,鲜水河断裂在该段向南偏转,由左旋水平剪切运动在转折部位转化为挤压运动而导致深部介质内部产生强烈的应力积累,所积累的应力突破一定的界限导致泸定地震的发生。
为进一步精细描述发震断层的形态变化,了解发震断层的震源闭锁深度,在泸定地震震中的西侧、南侧和北侧划出3个小震群带,进行震源深度分析(图 3)。依据震群分布特征对距离震中西侧25 km范围内的震源深度进行分析(图 3(b))。可以看出,震源深度主要集中在10~15 km范围内,且分布相对比较集中;震中南侧距震中距约为50~100 km范围,震级在3.5级以下时分布比较集中,震级介于3.5~4.5之间的地震震源深度比较分散(图 3(c)),在10~20 km左右;除震中西侧和南侧震群外,在断层靠近北侧康定段有稀疏的震群分布(图 3(a)),震源深度在4~12 km范围内,随着震中距的增加,震源深度逐渐减小。分析认为,震群展布特征与上地壳物质特性有关,四川盆地西缘的泸定-雅安地区其上地壳物质比较坚硬,而松潘-甘孜块体的地壳物质比较软弱,鲜水河断裂带南东段特有的视密度和视磁化异常也反映了康定地区东、西两侧的基底性质存在明显差异[5],该地区的地震活动趋势和地震危险性值得进一步关注。
地震发生后,中国地震局迅速启动地震应急响应机制,对震中及周边地区开展GNSS应急观测。本文挑选了川滇地区2009~2015年和2015~2022年2期GNSS观测数据,数据来源为中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络、中国大陆综合地球物理场观测的部分资料,数据处理采用GMAIT/GLOBK 10.70软件,最终获得ITRF2014框架下川滇地区鲜水河断裂带南东段约60个站点的GNSS水平速度场(图 4)。在数据处理中,为了削弱或者尽可能消除2013年芦山7.0级地震和2014年康定6.3级地震同震位移对速度场的影响,在进行GLOBK融合解算时,对2次地震产生显著影响的站点施加等速度约束,即约束地震前后的GNSS速度保持一致,该处理方法可以有效去除同震及震后3 a的影响[16]。结果显示,2期数据均表现出鲜水河断裂带南东段震中附近有左旋走滑运动趋势,走滑速率约为10 mm/a,而鲜水河断裂北部甘孜-炉霍段2009~2015年相对于2015~2022年水平运动速度变化明显,速率方向由NE向转向近NNE向,数值也有所增加,最大变化量达15 mm/a,形成一个速率高值区。但这个高值区与泸定地震距离较远,相关性较弱,对泸定地震产生的机理进行解释还需要积累更长时间的观测资料。
应变率场受参考框架影响较小,能反映不同测点之间的相对运动情况,并且在一定程度上与地震危险性存在联系[17]。基于水平速度场,采用最小二乘球面配置方法[16]计算震源区及周边区域应变率场。此方法稳定性好、抗差性较强,在计算过程中通过获得GNSS观测速度信号的协方差函数,构建速度场连续分布函数模型,最终给出待定点的应变率[16]。GNSS数据的协方差参数结果见图 5,拟合函数为F(d)=Ae-k2d2,其中,F(d)为协方差值,A、k为待定参数,d为测点间的距离。图 5中的C(d)为GNSS测站间的协方差值,可以看出,GNSS速度场协方差值与函数具有较高的拟合度。
图 6和图 7给出震源区及周边区域最大剪应变率和面应变率分布结果。图 6显示,鲜水河断裂带南东段表现出较强的剪切变形特征,最大剪切应变区域呈现出条带形状分布,一边是川滇块体的东边界,一边是地块稳定的华南块体,泸定地震发生在两个剪切应变高值区的中间部位。2015~2022年的最大剪应变在炉霍段、道孚段发生动态调整,最大剪切应变积累速率从5.5×10-8/a下降到3.2×10-8/a。南东段磨西段存在剪切应变积累,受汶川等强震的影响,具有较高的闭锁程度,长期以来一直处于高值区,未来具有较高的强震危险性。
图 7为鲜水河断裂南东段面应变场,从面应变的挤压和拉张范围来看,川滇菱形块体是以拉张为主的方式积累应变能,而华南块体四川盆地则是挤压占主导作用,说明青藏高原向北运动受到稳定的鄂尔多斯及华南块体的阻挡,同时受到龙门山断裂带逆冲运动的影响,四川盆地的挤压作用体现得更为明显。从2009~2015年的面应变率结果可以看出,在近垂直于鲜水河断裂的NE向上存在2个以拉张为主的高值区,其中北侧的高值区可能与汶川8.0级地震后龙门山断裂带卸载作用以及巴颜喀拉块体整体EES向滑动有关,汶川特大地震发生后青藏高原和华南块体之间的相对运动产生的地震能量的释放和震后能量调整在地壳形变上有所反映,这与前人研究结果较为一致[18]。2015~2022年的面应变结果反映出龙门山断裂带的拉张高值区有所减弱,且合并为一个高值区并有向WS向运动的趋势。汶川地震龙门山断裂带南段应变能不断释放,间接地冲击鲜水河断裂带的南东段,推测这也是2008年后鲜水河断裂带上小震群频发的主要原因。鲜水河断裂带南东段NE侧的刚性块体面压缩量值较大,泸定地震所处的地区仍然处于高值区的边缘。
上述结果表明,鲜水河断裂带南东段现今仍具有较高的断层运动学特征,认为是在川滇地块整体顺时针旋转运动的背景下,内部次级地块运动与变形局部差异性的真实反映[19-20],也是该断裂带强震频发的主要原因。
4 结语本文针对鲜水河断裂带南东段的历史地震活动性和中小震群展布特征进行分析,利用GNSS观测数据给出2022年泸定6.8级地震震源区及周边区域的速度场、应变率场,识别了此次地震震前的变形特征,得出如下结论:
1) 鲜水河断裂表现出北西向运动强烈,至南东向逐渐减缓。南东段受强烈隆升的贡嘎山块体的不断挤压和四川盆地西缘边界刚性块体的阻挡,左旋水平剪切运动在转折部位转化为挤压运动,产生强烈的应力积累,是诱发泸定地震的重要原因。
2) GNSS速度场和应变率场结果表明,鲜水河断裂带南东段存在最大剪切应变积累,在磨西和石棉段具有较高的断层闭锁程度。面应变结果反映出川滇菱形块体以拉张为主的方式积累应变能,该断裂持续处于应变积累高值区的边缘,断裂处小震频发,表明鲜水河断裂带南东段现今仍具有较高的断层运动学特征,其地震活动趋势和地震危险性背景值需进一步关注和研究。
致谢: 感谢占伟研究员对论文的建议。
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