地球物理学报  2010, Vol. 53 Issue (7): 1611-1621   PDF    
青藏块体8级左右地震前中强地震活动图像的相似性演化
朱红彬     
北京市地震局, 北京 100038
摘要: 2008年5月12日, 四川汶川发生8.0级特大地震.汶川地震前, 青藏块体曾出现与2001年11月昆仑山口西8.1级特大地震前相似的大规模中强地震活动图像.为了探讨8级左右地震前的中强地震活动规律, 本文研究了1900年以来中国大陆地区8级左右地震前中强地震的时空分布特征, 认为①青藏块体8级左右地震前一般会出现中强地震活动图像的两阶段演化, 第一阶段主要表现为中强地震沿印度板块与青藏块体接触带附近分布、青藏块体内部平静, 第二阶段主要表现为中强地震向青藏块体内部扩展, 形成大规模中强地震条带, 未来主震一般发生在大规模中强地震主条带或者多组条带的交汇处.②该演化规律可能反映了印度板块作用于欧亚板块(尤其是青藏块体)产生的大区域地壳运动与构造应力场的动态变化过程, 对预测青藏块体8级左右地震(尤其是8级以上特大地震)有一定意义, 对预测新疆块体8级左右地震有参考价值, 但尚不适用于中国大陆东部地区.③从更大范围考察中强地震活动图像的演化, 有可能发现大地震前的场兆信息, 对分析、预测未来的8级左右地震是一个有意义而且可行的方向.本文还对汶川地震的孕震过程和大规模中强地震条带的形成机理作了初步的探讨.
关键词: 汶川地震      特大地震      中强地震活动图像      两阶段演化      青藏块体     
The similar evolution of seismicity patterns of strong-moderate earthquakes before about Ms8 earthquakes of Qinghai-Tibet block
ZHU Hong-Bin     
Earthquake Administration of Beijing Municipality, Beijing 100038, China
Abstract: An Ms8.0 super-strong earthquake occurred in Wenchuan of Sichuan on May 12, 2008. Before the earthquake there appeared large-scale strong-moderate seismicity patterns in Qinghai-Tibet block similar with that before the Ms8.1 earthquake of Kunlun Mountain in November of 2001. According to the analysis and study of distribution and evolution of strong-moderate earthquakes before about Ms8 earthquakes in Chinese Mainland since 1900, we considered: ① There is always a two-stage evolution of seismicity pattern of strong-moderate earthquakes before the Ms8 earthquakes in Qinghai-Tibet block. In the first stage strong-moderate earthquakes occurred along the contact zone of Indian Plate and Qinghai-Tibet block while were calm in the Qinghai-Tibet block. In the second stage, the strong-moderate earthquakes extended into the Qinghai-Tibet block and formed large-scale strong-moderate earthquake belts. Subsequent main shock always occurred in the intersection of main or multi-group belts of strong-moderate earthquakes. ②The evolution maybe reflects the dynamic-change process of large-area crustal movement and tectonic stress field caused by the action of Indian Plate on Qinghai-Tibet block, which have important significance in Ms≥8 super-strong earthquakes prediction of Qinghai-Tiber block and reference value for prediction of Ms≥8 earthquakes in Xinjiang block, but not valid for earthquakes in the east of Chinese mainland. ③We may find the precursory information before strong earthquakes by studying large-scale evolution of seismicity patterns of strong-moderate earthquakes, which is meaningful and feasible to analyze and forecast future Ms8 earthquakes. In addition, we discussed preliminarily the seismogenic process of Wenchuan earthquake and formation mechanism of large-scale strong-moderate seismicity belts in this paper..
Key words: Wenchuan earthquake      Super-strong earthquake      Seismicity images of strong-moderate earthquakes      Two-stage evolution      Qinghai-Tibet block     
1 引言

2001年11月14日昆仑山口西8.1级特大地震前曾出现中强地震背景空区和北东向、北西向两条大范围中强地震条带等多种地震活动性图像异常形态[1].许多学者对8.1级地震前的地震活动图像异常从不同角度开展了进一步的研究[2~6].2008年5月12日汶川8.0级特大地震发生后,梅世蓉等[7]通过对比昆仑山口西8.1级地震和汶川8.0级地震前的地震活动异常特征,指出两次特大地震前都出现了规模巨大的中强地震增强区和规模巨大的中强地震活动带.因此,大规模中强地震活动图像(空区或条带)可能是特大地震的重要前兆.但是上述研究对空区和条带的划分有所差异,而且更侧重于对中强地震空区演化的研究.

昆仑山口西8.1级地震后,中国大陆地区出现陆内7级以上地震持续平静、而大陆周边7级以上地震活跃的现象.与此相应,2005年以后中国大陆地区中强地震出现某种有规律的分布图像.笔者从2004年12月印尼苏门答腊8.7级特大地震后,开始跟踪研究中国大陆地区的中强地震活动图像演化,发现“2005年西部5级以上地震格局有所改变,主要发生在欧亚板块与印度板块接触带附近,青藏块体内部出现平静”,“2006年以来西部地区5级以上地震明显向内陆扩张,并形成北西西和北北东两个5级以上条带,交汇于南北带中部地区”1),本人依据2001年11月昆仑山口西8.1级地震前的中强地震相似活动图像,提出“未来1~2年上述两个条带尤其是条带交汇处目前仍然缺震的南北带中部地区存在发生6~7级地震的危险1)”.对“南北带中段发生强震的危险性的预测意见在时间、地点上比较接近汶川地震(汶川8.0级地震总结与反思地震预报工作组评价2))”,但预测震级偏低.通过反思,发现主要原因是汶川8.0级地震前并未出现昆仑山口西8.1级地震前曾出现的6级以上地震条带,认为“由于仅为5级条带交汇,发生更大地震的可能性尚不大1)”.

1)北京市地震局.北京市2008年度地震趋势研究报告.2007年12月,18~19

2)汶川8.0级地震总结与反思地震预报工作组.2008年汶川8.0级地震科学总结与反思报告(地震预报领域).2009年5月,46~124

因此,考察1900年以来中国大陆地区其他8级左右地震前是否出现与昆仑山口西8.1级和汶川8.0级地震前相似的中强地震活动图像演化,并探讨6级以上地震条带的出现是否是预测8级左右地震的必要条件,是本研究的主要目的.

本文研究使用历史地震目录[8, 9]及中国地震台网中心整编的大震速报目录(http://www.csndmc.ac.cn/newweb[2010-04]).文中中强地震泛指Ms5.0~6.9级地震,大震指Ms7.0~7.9级地震,特大地震指Ms8.0级以上地震,文中未标度的震级皆为Ms面波震级.有关历史地震目录完整性对震例研究的影响,将在第5节中给予讨论.

2 汶川8.0级地震的发震背景与本文研究思路

2008年5月12日,汶川8.0级特大地震发生在中国大陆南北地震带中段、位于青藏块体和华南块体边界构造带的北东向龙门山逆冲推覆断裂带上[10].印度洋板块向欧亚板块的碰撞挤压运动所产生的强烈挤压应力,在青藏高原周缘地区和中国西部的大范围内,形成了近北东方向的挤压应力场[11];GPS观测资料揭示的汶川地震前区域水平运动与应变率场变化、以及大尺度地壳运动动态特征,表明龙门山断裂带由于受到其西侧巴颜喀拉地块向东运动的构造动力作用,处于缓慢的应变积累状态[12];而龙门山断裂带在剖面上呈“犁形”或“铲形”结构,也有利于能量积累,形成强度巨大的地震[10].深地震测深剖面和PmP(莫霍界面反射波)资料表明青藏高原东缘下地壳具有缩短与增厚的碰撞变形特征,其介质具有强衰减性质[13];而被动源地震探测资料也揭示龙门山断裂带下方存在约15km左右的阶跃式Moho错断和地壳平均纵横波速比(Vp/Vs)的明显变化,松潘-甘孜块体东缘存在明显的负极性震相[14],都为该地区存在下地壳流动提供了深部证据.因此,汶川地震孕育的动力作用过程可归纳为两部分:一是青藏块体巴颜喀拉地块侧向挤出对龙门山断裂带的逆冲挤压并导致相应的构造变形和应力积累;二是壳内低速层在上述动力作用过程中的流动变形导致震源区应力的集中[15].在印度板块与欧亚板块碰撞、挤压作用下,青藏高原东部下地壳与上地幔盖层物质以地幔软流层为下滑移面、以上地壳低速层为上滑移面整体向东运移,在四川盆地“刚性”物质的阻隔下高角度向上逆冲,在龙门山断裂带形成壳、幔物质的高强度挤压和应力积累,可以从深部揭示汶川8.0级地震“孕育”的深层动力过程[16].此外,依据2004~2007年GPS速度场的变化,2004年印尼苏门答腊8.7级地震在右旋剪切的印度板块东边界上形成1200km的破裂带,使中国青藏地块东边界右旋剪切构造动力作用增强,形成了促进龙门山断裂带发生大破裂的区域构造动力增强的背景条件[12];在2004~2007年的地壳动态运动中,龙门山断裂带右旋走滑速率为2.85mm/a,挤压缩短速率为-1.23mm/a,走滑速率明显大于压缩短速率,走滑活动加强,使龙门山断裂带从稳定的压应变积累状态进入兼有走滑剪切作用的易活动状态,从而促使大震孕育从稳态积累阶段向发震前的非稳定阶段的转变[17].因此,汶川地震的发生,一方面源于中国大陆构造变形最强烈的青藏块体与最大的稳定地块华南块体之间相对运动产生的巨大能量累积和震源区应力集中[10~16];另一方面可能与以2004年12月印尼苏门答腊8.7级地震为代表的、印度板块相对欧亚板块的新一轮作用有关[12, 17].

张国民等[18]、张培震等[19]从中国大陆地震的特点出发,提出了活动地块理论,用于描述中国大陆现今构造变形的特征和机制,探索大陆强震的发生机理和预测方法,为进一步研究强地震的发生与板块(活动地块)运动的关系提供了理论基础.中国大陆地区1900年以来记录到7.8级以上地震10个(不包括深源地震,其中8级以上特大地震8个),主要分布在西部地区,其中青藏块体及周缘7个,新疆块体2个,华北块体周缘1个.2001年昆仑山口西8.1级地震和2008年汶川8.0级地震都发生在青藏块体的边界带.本研究主要探讨中国大陆地区(尤其是青藏块体)8级左右地震(尤其8级以上特大地震)前中强地震活动图像的演化规律,为未来特大地震的预测提供有意义的指标.

中国大陆地区7.7级以上地震前短期或中短期阶段,5级以上地震活动在空间上和时间上具有一定的规律性特点[20].笔者多年来研究中国大陆及邻区7级以上地震的活动规律,发现1900年以来帕米尔-贝加尔湖、喜马拉雅弧东段-巽它弧、台湾-琉球弧、阿留申-千岛弧等4个围绕中国大陆地区的地震带,其7.8级以上地震在时间上具有很好的成丛性,空间上可以很好地勾画出4个重要的板块构造边界带,具有一定的规律性.因此,从实际预测意义考虑,本研究拟首先对汶川8.0级地震和昆仑山口西8.1级地震前的中强地震活动图像进行对比研究,再通过对1900年以来中国大陆地区7级以上(主要关注7.8级以上)地震前4年左右中强地震进行全时空扫描与研究,寻找大规模中强地震活动图像演化与8级左右地震的关系.

3 昆仑山口西8.1和汶川8.0级地震前的中强地震活动图像相似性演化 3.1 2001年11月昆仑山口西8.1级地震前中强地震活动图像演化

图 1为2001年11月昆仑山口西8.1级地震前中国大陆地区5级以上地震活动图像演化(图中中国大陆地区活动地块分区据张国民等[18]、张培震等[19]改绘,下同).1998年6月~1999年3月,中国大陆地区出现中强地震沿印度板块与欧亚板块接触带附近分布、而青藏块体内部平静的现象(其中1999年3月9日西藏班戈5.3级地震,在条带基本形成后跳出该条带)(图 1a).1999年3月~2000年10月,中强地震向青藏块体内部扩展,逐步形成北西向和北东向两个大规模中强地震条带,其中北西向条带长约2100km,为主条带,北东向条带长约1600km,两个条带出现交汇现象(图 1b).此外在两个条带的形成过程中还出现条带转向现象,其中1999年3月至2000年1月,形成云南澄江至新疆且末北西向条带,长约2100km;2000年1月至2000年2月,形成西藏错那至新疆若羌北北西向条带,长约1200km;2000年3月至2000年10月,形成西藏申扎至甘肃景泰北东向条带,长约1600km;此后的中强地震仍主要沿上述条带发生.2001年11月14日,在北西向主条带上、两个条带交汇处的西北、上述1999年3月班戈5.3级地震附近发生昆仑山口西8.1级特大地震(图 1b).

图 1 2001年11月昆仑山口西8.1级地震前中国大陆地区Ms≥5级地震活动图像演化 (a)1998年6月~1999年3月, (b) 1999年3月~2000年10月. Fig. 1 Evolution of seismicity images of Ms≥5 earthquakes in Chinese mainland before Kunlun Moutain Ms8.1 earthquake in Nov, 2001 (a) Jun, 1998~Mar, 1999;(b) Mar, 1999~Oct, 2000.
3.2 2008年5月汶川8.0级地震前中强地震活动图像演化

图 2为2008年5月四川汶川8.0级地震前中国大陆地区5级以上地震活动图像演化.2004年10月~2005年7月,中国大陆地区出现5级以上地震沿印度板块与欧亚板块接触带附近分布、而青藏块体内部平静的现象(图 2a).2005年8月~2008年3月,中强地震向青藏块体内部扩展,逐步形成北西西向和北北东向两个大规模中强地震条带(图 2b).其中,2006年2月~2008年3月形成甘肃武都至新疆和田北西西向条带,长约2400km,为主条带;2005年8月~2008年3月形成云南普洱至甘肃武都北北东向条带,长约1200km(向南可延伸到缅甸境内);2008年3月21日,北西西向条带发生新疆于田7.3级地震及余震、北北东向条带西侧发生云南盈江5.0级地震后,两个条带都出现中强地震平静.2008年5月12日,上述两个中强地震条带交汇处发生汶川8.0级特大地震(图 2b).

图 2 2008年5月汶川8.0级地震前中国大陆地区Ms≥5级地震活动图像演化 (a)2004年10月~2005年7月;(b) 2005年8月~2008年3月. Fig. 2 Evolution of seismicity images of Ms≥5 earthquakes in Chinese mainland before Wenchuan Ms8.0 earthquake in May, 2008 (a) Oct, 2004~Jul, 2005;(b) Aug, 2005~Mar, 2008.

此外,2005年8月至2007年7月,新疆和田至乌苏形成长约1000km的北北东向中强地震条带,2008年3月21日,条带南端附近发生于田7.3级地震(图 2b).

4 1900年以来中国大陆地区其他7.8级以上地震前的相似图像 4.1 1920年12月海原8.5级地震前中强地震活动图像演化

图 3为1920年12月宁夏海原8.5级地震前中国大陆地区5级以上地震活动图像演化.1918年2月~1919年4月,中国大陆地区出现中强地震沿印度板块与欧亚板块接触带附近分布、而青藏块体内部平静的现象(图 3a).1919年5月~1920年10月,中强地震向青藏块体内部扩展,形成云南开远至新疆策乐大规模弧形地震带(图 3b),弧形带累计长约2800km.1920年12月16日,在弧形带东北约700km的宁夏海原发生8.5级特大地震(图 3b);此前,海原西北的甘肃古浪曾于1920年10月发生5.0级地震.

图 3 1920年12月海原8.5级地震前中国大陆地区Ms≥5级地震活动图像演化 (a)1918年2月~1919年4月;(b) 1919年5月~1920年10月. Fig. 3 Evolution of seismicity images of Ms≥5 earthquakes in Chinese mainland before Haiyuan Ms8.5 earthquake in Dec, 1920 (a) Feb, 1918~Apr, 1919 (b) May, 1919~Oct, 1920
4.2 1927年5月古浪8.0级地震前中强地震活动图像演化

图 4为1927年5月甘肃古浪8.0级地震前中国大陆地区5级以上地震活动图像演化.1925年10月~1926年2月,中国大陆地区出现中强地震沿印度板块与欧亚板块接触带附近分布、而青藏块体内部平静的现象(图 4a).1926年3月~1927年3月,中强地震向青藏块体内部扩展,形成北东东和北北西向两个大规模中强地震条带(图 4b).其中,1926年3月~1927年3月形成的西藏普兰至青海天峻北东东向条带长约1800km,为主条带,条带东北端1927年3月21日发生青海天峻6.0级地震;1926年8月~1927年3月形成的云南泸西至青海天峻北北西向条带长约1600km,但条带并不清晰,仅为参考.1927年5月23日,在上述两个中强地震条带交汇处附近,发生甘肃古浪8.0级特大地震(图 4b).

图 4 1927年5月古浪8.0级地震前中国大陆地区Ms≥5级地震活动图像演化 (a)1925年10月~1926年2月;(b) 1926年3月~1927年3月. Fig. 4 Evolution of seismicity images of Ms≥5 earthquakes in Chinese mainland before Gulang Ms8.0 earthquake in May, 1927 (a) Oct, 1925~Feb, 1926;(b) Mar, 1926~Mar, 1927.
4.3 1950年8月察隅8.6级、1951年11月当雄8.0级地震前中强地震活动图像演化

图 5为1950年8月西藏察隅8.6级地震、1951年11月西藏当雄8.0级地震前中国大陆地区5级以上地震活动图像演化.1945年1月~1946年1月,中国大陆地区出现中强地震沿印度板块与欧亚板块接触带附近分布、而青藏块体内部平静的现象(图 5a).1946年1月~1947年2月,中强地震向青藏块体内部扩展,形成中缅交界至新疆柯坪北西向大规模中强地震条带(图 5b),条带长约2600km,宽约500km.1950年8月15日,条带中东部发生西藏察隅8.5级地震.1951年11月18日,条带中部发生西藏当雄8.0级地震.此前,1947年3月17日,条带东北侧曾发生青海达日7.7级地震(其附近1947年1月21日曾在条带外发生青海玛多5.3级地震);1947年7月29日,条带内部还曾发生西藏朗县7.7级地震,但显然该地震的发生更象一次特大地震前的能量预释放.

图 5 1950年8月察隅8.6级、1951年11月当雄8.0级地震前中国大陆地区Ms≥5级地震活动图像演化 (a)1945年1月~1946年1月;(b) 1946年1月~1947年2月. Fig. 5 Evolution of seismicity images of Ms≥5 earthquakes in Chinese mainland before Chayu Ms8.6 earthquake in Aug, 1950 and Dangxiong Ms8.0 earthquake in Nov, 1951 (a) Jan, 1945~Jan, 1946;(b) Jan, 1946~Feb, 1947.
4.4 1970年1月通海7.8级地震前中强地震活动图像演化

图 6为1970年1月云南通海7.8级地震前中国大陆地区5级以上地震活动图像演化.1967年9月~1968年2月,中国大陆地区出现中强地震沿印度板块与欧亚板块接触带附近分布、而青藏块体内部平静的现象(图 6a).1968年3月~1969年11月,中强地震向青藏块体内部扩展,形成云南勐腊至青海化隆南北向中强地震条带(图 6b),条带长约1600km.1970年1月5日,条带南端发生云南通海7.8级地震(图 6b).

图 6 1970年1月通海7.8级地震前中国大陆地区Ms≥5级地震活动图像演化 (a)1967年9月~1968年2月;(b) 1968年3月~1969年11月. Fig. 6 Evolution of seismicity images of Ms≥5 earthquakes in Chinese mainland before Tonghai Ms7.8 earthquake in Jan, 1970 (a) sep, 1967~Feb, 1968;(b) Mar, 1968~Nov, 1969.
4.5 震例总结

结合上述6组震例,将中国大陆地区8级左右地震前5级以上地震活动图像演化分成两个阶段(表 1):第一阶段表现为中强地震沿印度板块与欧亚板块接触带附近分布、青藏块体内部平静,该阶段一般震前约2.4~3.5年开始(最短20个月如古浪地震,最长68个月如察隅地震,一般29~42个月),持续1年左右(最短5个月如古浪地震,最长15个月如海原地震,一般10~13个月);第二阶段表现为中强地震向青藏块体内部扩展并形成大规模中强地震条带,该阶段一般震前约1.6~2.8年开始(最短15个月如古浪地震,最长56个月如察隅地震,一般20~34个月),持续约2年(最短13个月如古浪地震,最长32个月如汶川地震,一般18~21个月),第二阶段形成的大规模地震条带一般在1800km以上.1970年通海7.8级是上述震例中唯一低于8级的地震,其第一阶段持续时间和第二阶段条带规模都相对偏小.

表 1 中国大陆地区1900年以来7.8级以上地震前中强地震活动图像演化 Table 1 Evolution of seismicity images of strong-moderate earthquakes before Ms≥7.8 earthquakes in Chinese mainland since 1900

除上述6组发生在青藏块体的震例外,1900年以来中国大陆其他地区还发生了3个7.8级以上地震(表 1).其中,1902年8月22日新疆阿图什8.3级地震前2年,中国大陆西部仅在印度板块与欧亚板块接触带附近发生4个5级以上地震,震前未出现第二阶段图像.1931年8月11日新疆富蕴8.0级地震前,1930年10月~1931年6月出现第一阶段图像,1931年7月起向内陆扩展,但未形成大规模中强地震条带.1976年7月28日河北唐山7.8级地震前,两个阶段图像都未出现.表明除青藏块体外,其他中国大陆地区8级左右地震前并未出现比较典型的中强地震活动两阶段演化现象.此外,在震例研究中还发现,除昆仑山口西8.1级地震外,其他8级左右地震前并未出现大规模6级以上地震条带,因此出现6级以上地震条带并非预测8级左右地震的必要条件.

研究中还跟踪了1900年以来中国大陆地区其他7级以上地震前的中强地震活动,也未发现比较典型的两阶段活动图像演化现象.或者缺少第一阶段图像,如1906年12月23日新疆和静7.7级地震前未出现第一阶段图像,但1903年2月至1906年3月新疆地区出现北东向中强地震条带,长约1200km,和静7.7级地震发生在该条带中;1997年11月8日西藏玛尼7.5级地震前也未出现第一阶段图像,但出现北东向、北西向条带交汇现象,玛尼7.5级地震发生在条带交汇处附近.或者缺少第二阶段图像,如中国大陆地区在1909年7月~1911年10月曾出现典型的中强地震沿板块边缘成带发育、青藏块体内部平静的现象,但未出现第二阶段大规模中强地震条带,此后仅在板块边缘发生几个7级左右地震.或者两阶段图像都未出现,如发生在中国大陆东部的1976年唐山7.8级地震.

5 讨论和初步结论 5.1 讨论

(1)典型震例分布特征

表 1列出1900年以来中国大陆地区发生的10个7.8级以上地震和此前中强地震活动图像的两阶段演化.发现震前出现中强地震两阶段演化现象的震例都分布在青藏块体(包括其周缘地区),如1920年海原8.5级、1927年古浪8.0级、1950年察隅8.6级(包括1951年当雄8.0级,相隔时间近,可算作1组)、2001年昆仑山口西8.1级和2008年汶川8.0级等8级以上地震.1970年通海7.8级地震前的中强地震两阶段演化由于第一阶段持续时间较短、第二阶段条带规模较小等,相对不典型.上述震例都分布在青藏块体,可能与青藏块体正处在印度板块的作用方向上、其中强地震演化可以较好地体现印度板块对青藏块体的作用过程有关.而且境外中强地震缺记仅对演化的第一阶段有部分影响(如影响中强地震沿板块边缘分布的成带性,但对块体边缘活跃、内部平静的现象并无实质影响),对第二阶段(主要反映青藏块体中强地震有序分布)没有影响.

此外,发生在新疆块体的1902年阿图什8.3级和1931年富蕴8.0级地震前都缺失中强地震两阶段演化的第二阶段,一方面可能因为该地区属于帕米尔-贝加尔构造带,有自身活动规律;另一方面可能与境外中强地震记录有所缺失,不能更好地反映印度板块的作用过程有很大关系(主要对第二阶段影响很大).发生在华北块体的1976年唐山7.8级前未出现中强地震两阶段演化现象,主要因为中国东部地区受印度板块的影响相对西部地区已大大减弱,难以反映印度板块的作用过程.

因此,用两阶段中强地震活动图像演化规律,分析、预测中国大陆地区8级左右地震,主要适用于青藏块体,对新疆块体需补充境外资料作进一步研究,尚不适用于中国大陆东部地区.

(2)中强地震活动图像演化与构造应力场关系初探

通过汶川地震发震背景探讨[10~17]和上述震例分析,笔者认为中国西部地区8级左右地震前出现的两阶段大规模中强地震有序活动图像演化,可能反映了印度板块作用于欧亚板块(主要是青藏块体)产生的大区域地壳运动与构造应力场的动态变化.其中,第一阶段的青藏块体内部平静表明中国大陆地区(尤其是青藏块体)上次大地震引起的震后应力调整已结束,正在进行重新破裂前的应变积累,同时沿板块边缘出现中强地震活动表明印度板块相对中国大陆地区新的一轮作用已经开始.第二阶段中强地震向青藏块体内部扩展并形成大规模中强地震条带,表明由于印度板块的持续作用、板块作用力向内传递,导致了青藏块体中强地震的有序分布现象.

以汶川地震为例,2005年以来大尺度北东向地壳缩短的相对运动明显增强,青藏块体相对华南地块的北东向运动明显增强[12],是否与2006年2月至2008年3月形成的武都至和田长约2200km的北西西向条带(中强地震主要分布在北西西向的巴颜喀拉地块和羌塘地块)有关?2004年12月印尼苏门答腊巨震对中国青藏地块东边界的影响使右旋剪切构造动力作用增强[12, 17],是否与2005年8月至2008年3月形成的普洱至武都长约1200km的北北东向条带有关?两个条带的形成机理值得进一步研究.

通常中强地震前的中小地震活动图像反映的多是区域应力场的变化,而长度超过1800km的大规模中强地震有序活动图像反映的可能是特大地震发生前的构造应力场的变化.刘蒲雄等[21]认为大震前出现的地震条带主要是由于震源区非弹性变形引起块体运动特征改变和区域应力快速重新分布所致.其主要体现区域应力场的变化,有别于体现构造应力场变化的大规模中强地震条带.因此,从更大范围考察中强地震活动图像的演化,有可能发现8级左右地震前的场兆信息.这种有板块构造背景的大规模中强地震有序活动图像可以称作“中强地震活动场”.

从大规模中强地震有序活动(主要是大规模中强地震条带)的“场”求8级左右地震的“源”,通过研究“中强地震活动场”的演化,分析、预测未来的8级左右地震,是一个有意义而且可行的方向.

(3)中国大陆地区5级以上地震完整性讨论

对1900年以来中国大陆地区中强地震活动图像的分析、研究,必然涉及到5级以上地震目录的完整性问题.黄玮琼等[22]将中国西部地区划分成阿尔泰、北天山、南天山、西昆仑、阿尔金、可可西里、北西藏、南西藏、腾冲、中甸、昆明、炉霍、松潘和海原等14个地震带,以地震带为研究对象,按地震活动幕或活动时段为统计单元,通过计算各地震带内不同地震活动幕或活动时段地震年平均发生率并辅以b值检验等方法来研究地震资料的完整性,发现中国西部地区除北西藏带(大致相当于羌塘地块)5级以上地震基本完整起始年为1950年外,其他地区5级以上地震基本完整最晚起始年为1937年.黄玮琼等[22, 23]还利用《分县地震目录》、《中国历史地图集》和地震烈度经验衰减公式,经定性与定量分析后,发现中国大陆东部华北、华南地区1500年后5级以上地震基本不漏记.

考虑到上述震例研究主要针对1900年以来中国大陆地区7.8级以上地震前4年左右5级以上地震进行全时空扫描,因此中国大陆地区5级以上地震部分缺记主要对1920年海原8.5级震例、1927年古浪8.0级震例震前5级以上地震活动图像研究的可靠性影响较大,对1950年察隅8.6级震例(包括1951年当雄8.0级震例)主要因为北西藏地震带5级地震不完整有一定影响,对1970年通海7.8级震例、2001年昆仑山口西8.1级震例、2008年汶川8.0级震例基本没影响.

按地震活动幕或活动时段为统计单元来研究地震资料完整性有两个限制条件:第一,一个地震带正好处在地震活跃的时期,才会留下地震史料记载,故某地震带某震级档地震完整的起始年与该带什么时候有地震活动有关;第二,由于不同地震带开始新的地震活动时期的起始年并不相同,故前面得到的各带不同档次地震基本完整的起始年受该条件影响[22].因此,就上述海原、古浪、察隅3组可能受5级以上地震缺记影响的震例而言,一方面第一阶段中强地震沿板块边缘发育、青藏块体内部平静的现象从1950年以后的5级以上地震分布来看并不是常态,而且其反映的正是印度板块开始作用于青藏块体的阶段,有较大可能此时青藏块体除拉萨地块等位于板块边缘的地块有地震活动,其他地区正处于平静时期;另一方面第二阶段中强地震向青藏块体内部扩展并形成大规模地震条带也非孤立现象,其反映的是由于印度板块的持续作用、板块作用力向内传递导致的中强地震有序分布现象,即使存在部分5级以上地震缺记,对条带的影响也不是决定性的.如对1920年海原8.5级震例和1927年古浪8.0级震例而言,可能主要是条带的规模(两个震例第二阶段条带的中强地震数量相比其他震例都明显偏少)和形状(1920年海原8.5级地震前的弧形条带,也有可能是两个交汇的条带因地震缺记显示为弧形)受到影响.尤其是1950年察隅8.6级(包括1951年当雄8.0级)震例,有可能缺记的仅是羌塘地块5级以上地震,而第二阶段形成的北西向大规模地震条带包括拉萨、羌塘等地块的大部分地区,即使有部分5级以上地震缺记影响也不大.因此认为,上述3组8级左右震例对青藏块体8级左右地震的预测仍有一定意义.

(4)有关“逃脱地震”的讨论

研究中还发现,中国大陆西部地区8级左右地震前中强地震活动图像演化的第一阶段(即板块边缘中强地震条带)或第二阶段(向青藏块体内部扩展的中强地震条带)形成后期跳出条带的中强地震,可能有一定的动力学背景,可称为“逃脱地震”.其附近地区可能是大地震孕育过程中产生的新的应力触发区[24],并有可能成为未来7级以上地震的潜在震源区.其中第一阶段后期出现的“逃脱地震”有可能对主震的发生地点有指示意义,如1999年3月西藏班戈5.3级地震在第一阶段后期跳出条带,2001年11月昆仑山口西8.1级地震发生在其附近.第二阶段后期出现的“逃脱地震”有可能对下一次大震发生地点有指示意义,如1920年10月古浪5.0级地震,在1920年12月海原8.5级地震之前的第二阶段活动图像后期跳出条带,1927年5月在其附近发生古浪8.0级地震;或对本组大震中发生在其他地区的大震有指示意义,如1947年1月青海玛多5.3级地震,在第二阶段后期跳出条带,同年3月该地震附近发生青海达日7.7级地震,而该组大震中其他3个7.7级以上地震都发生在条带中.2008年3月甘肃肃南发生5.0级地震,是在汶川地震前中强地震活动演化第二阶段条带形成后期跳出,是否对未来7级以上地震有预测意义,尚需作进一步研究.

5.2 初步结论

通过对1900年以来中国大陆地区8级左右地震前中强地震时空分布特征及演化规律的分析和研究,得出如下初步结论:

(1)青藏块体8级以上特大地震前一般会出现中强地震活动图像的两阶段演化:第一阶段出现在震前2.4~3.5年,持续1年左右,主要表现为中强地震沿印度板块与青藏块体接触带附近分布、青藏块体内部平静;第二阶段出现在震前1.6~2.8年,持续约2年,主要表现为中强地震向青藏块体内部扩展,并形成超过1800km的大规模中强地震条带.8级以上地震一般发生在大规模中强地震主条带上,尤其要注意多组条带的交汇处.若演化过程中出现持续时间较短或条带规模较小的现象,如1970年通海7.8级地震,预测震级可适当降低.

(2)该演化规律可能反映了印度板块作用于欧亚板块(尤其是青藏块体)产生的大区域地壳运动与构造应力场的动态变化过程,对预测青藏块体8级左右地震(尤其是8级以上特大地震)有一定意义,对预测新疆块体8级左右地震有参考价值,但尚不适用于中国大陆东部地区.

(3)从更大范围考察中强地震活动图像的演化,有可能发现大地震前的场兆信息,对分析、预测未来的8级左右地震,是一个有意义而且可行的方向.有关中强地震活动图像演化与构造应力场关系,特别是印度板块持续作用下大规模中强地震条带及“中强地震活动场”的形成机理,本文仅作了初步的探讨,有待在积累更多资料的基础上作更深入的研究.

致谢

对匿名审稿专家在论文修改中提出的中肯意见,在此表示真挚的感谢.

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