地球物理学进展  2015, Vol. 30 Issue (4): 1569-1579   PDF    
芦山7.0级、汶川8.0级地震与巴颜喀拉地块东缘区域历史地震
杜方1, 苏有锦2, 龙锋1, 赵小艳2, 吴江1    
1. 四川省地震局, 成都 610041;
2. 云南省地震局, 昆明 650224
摘要:2013年4月20日在龙门山断裂南段发生的芦山M 7.0级地震已过去近1年.本文根据四川省地震台网资料和收集的国内外相关历史资料,研讨了巴颜喀拉地块东缘区域龙门山断裂、岷江断裂、虎牙断裂等历史地震活动;分析了龙门山断裂带2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级地震余震时空、震源机制及破裂扩展等特征;讨论了巴颜喀拉地块东缘区域的能量释放特征等.结果表明:(1) 芦山7.0级地震西南的龙门山断裂南段仍存在尚未破裂的背景性破裂空段;(2) 芦山7.0级地震与汶川8.0级地震两余震区之间的空段区存在能量待释放;(3) 龙门山断裂中北段(在汶川余震区内)的北川附近存在能量释放不充分的局部区域.
关键词: 芦山7.0级地震     汶川8.0级地震     巴颜喀拉地块     龙门山断裂带     震源力学机制    
The M 7.0 Lushan, the M 8.0 Wenchuan earthquakes and the history earthquakes in the eastern border area of the Bayan Har block
DU Fang1, SU You-jin2, LONG Feng1, ZHAO Xiao-yan2, WU Jiang1     
1. Earthquake Administration of Sichuan Province, Chengdu 610041, China;
2. Earthquake Administration of Yunnan Province, Kunming 650224, China
Abstract: It is almost one year since on 20 April 2013 the M 7.0 Lushan Earthquake occurred on the southern segment of the Longmenshan fault in the Sichuan. According to the data of the telemeter seismographic network in Sichuan and the correlative historical earthquake information from internal and overseas, we research the historical seismicity along the Longmenshan, the Minjiang and the Huya faults in the eastern border area of the Bayan Har block. We analyze the characteristics of the aftershock distribution, the focal mechanism and the extended rupture along the Longmenshan fault zone of on the 12 May, 2008 an M 8.0 Wenchuan earthquake and on the 20 April, 2013 an M 7.0 Lushan earthquake. We discuss the features of energy release in the eastern border area of the Bayan Har block. Our results show that: (1) There is still a background blank part of the south segment of the Longmenshan fault on the southwest of the M 7.0 Lushan earthquake. (2) There is a short segment of energy possibly to be released soon between two aftershock areas of the M 7.0 Lushan earthquake and the M 8.0 Wenchuan earthquake. (3) The energy released in a local area near the Beichuan is not sufficient (in the aftershock area of the M 8.0 Wenchuan earthquake).
Key words: the M 7.0 Lushan earthquake     the M 8.0 Wenchuan earthquake     the Bayan Har Block     the Longmenshan Fault Zone     focal mechanism    
0 引 言

2013年4月20日四川芦山7.0级地震发生已经过去近1年时间,这是在2008年汶川8.0级地震以后,时间相距5年,两震中空间相距90 km,在龙门山推覆构造带上再次发生的显著性地震事件,短短5年间隔时间在龙门山断裂带上相继发生强震引起了地球科学界广泛关注.

2008年汶川8.0级地震的现场调查得到的烈度分布图(中国地震局震灾应急救援司,2008年8月29日发布,汶川8.0级地震烈度分布图,http://www.cea.gov.cn/.),显示有以汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心的Ⅺ度极震区,地表破裂带分布、余震展布、等震线长轴走向、震源机制解NE-SW走向节面均与龙门山推覆构造带走向一致,表明龙门山中央断裂带为汶川8.0级起始破裂的发震构造,汶川8.0级地震是一次以逆冲为主、兼少量右旋走滑分量的地震(陈运泰等,2008王卫民等,2008美国地质调查局,2008美国哈佛大学,2008张勇等,2008).2013年芦山7.0级地震现场调查得到的烈度分布图(中国地震局震灾应急救援司,2013年4月25日发布,四川省芦山“4·20”7.0级强烈地震烈度图,http://www.cea.gov.cn/.),显示极震区烈度为Ⅸ度,余震展布、等震线长轴走向、震源机制解NE-SW走向节面与龙门山推覆构造带走向也是一致的,芦山7.0级地震是一次纯逆冲型地震,芦山7.0级地震没有产生明显的地震地表破裂带,属典型的盲逆断层型地震(中国地震局地质研究所,2013张勇等,2013曾祥方等,2013王卫民等,2013中国地震局地震预测研究所,2013).

虽然两次地震的震源机制显示断层面参数NE-SW走向与龙门山断裂带走向相符合,倾角和滑动角与龙门山推覆构造断层面向西倾相符合,但两次地震震源力学机制、余震空间展布和地表破裂带分布特征等,表明龙门山断裂带破裂呈现突出的分段性.芦山7.0级和汶川8.0级地震在震源力学机制、余震空间展布和烈度分布特征怎样?巴颜喀拉地块东缘区域的历史地震活动对龙门山断裂带各段的应变能积累与释放的影响怎样?巴颜喀拉地块东缘区域的龙门山断裂带及其相邻构造还发生过哪些历史地震?这些相邻构造 上的历史地震对现今龙门山断裂上地震活动影响如何?等一系列问题都是值得分析研究的.有研究显示汶川以南的龙门山地区地壳上层具有较大的韧性,岩石强度相对减弱,与龙门山北部相比不易于应力积累和产生破裂,因而汶川以南的龙门山断裂缺少余震活动(胥颐等,2009),这是在芦山7.0级地震发生前的研究认识.本文拟研讨巴颜喀拉地块东缘区域龙门山断裂、岷江断裂、虎牙断裂等历史地震活动;分析龙门山断裂带2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级地震余震时空、震源机制及破裂扩展等特征;讨论巴颜喀拉地块东缘区域的能量释放特征,深入分析巴颜喀拉地块东缘区域历史地震与芦山7.0级、汶川8.0级地震能量释放特征和未来需重点监视强震危险区段.

1 巴颜喀拉地块东缘区域地质背景及历史地震1.1 地质构造背景

巴颜喀拉地块东缘区域是活动构造分布较集中的区域,地震活动强烈.主要的活动断裂有龙门山断裂带、岷江断裂、虎牙断裂等.龙门山断裂带包括龙门山主边界断裂(即:灌县-江油断裂)、龙门山主中央断裂(即:映秀-北川断裂)和龙门山后山断裂(即:汶川-茂县断裂)等.龙门山断裂带是巴颜喀拉地块与华南地块的接触带,与处于巴颜喀拉地块内的岷江断裂、虎牙断裂等活动断裂共同组成了巴颜喀拉地块的东缘区域的独特的构造环境.

龙门山断裂带南起泸定、天全,向东北延伸经宝兴、都江堰、江油、青川等地进入陕西省勉县一带,全长约500 km,宽40至50 km,龙门山断裂中北段主要由4条逆冲断裂组成,自西北往东南分别为汶川—茂县断裂(后山断裂),映秀—北川断裂(中央断裂),都江堰—安县断裂(前山断裂)和龙门山山前隐伏断裂.这4条主要断裂总体走向N45°E,倾向西北,倾角50°~70°.龙门山断裂带南段主要由耿达—陇东断裂、盐井—五龙断裂和大川—双石断裂组成,均具有晚更新世以来的强烈活动(唐荣昌和韩渭宾,1993邓起东等,19942002李传友等,2004周荣军等,2006陈国光等,2007).

岷江断裂分北段和南段,总长可达170 km(唐荣昌和韩渭宾,1993赵小麟等,1994钱洪等,1999Kirby et al.,2000周荣军等,2000邓起东等,2002张家声等,2010王康和沈正康,2011).研究程度较深的是位于松潘县以北的北段,该段主要沿岷江河谷平行展布,北起九寨沟县,向南经川主寺,南达松潘县以南.断层总体走向为N15°~20°E,倾向北西,倾角60°~70°.断裂呈现压性特征外,左旋和右旋扭动兼有,显示断裂的多期运动现象(唐荣昌和韩渭宾,1993).松潘县以南的南段的研究程度较浅,钱洪等曾在较场附近发现了可能属岷江断裂南延部分的南北向断裂,其规模大致与松潘以北的岷江断裂相当,断裂在岷江东岸出露,断续延伸长达50 km以上,为断面西倾的逆冲断层(钱洪等,1999).

虎牙断裂处于龙门山断裂北西侧,北端始于松潘县龙滴水,向南经虎牙关,达平武县的银厂附近,断层地表出露全长60 km.断裂大致以小河为中心分南、北两段;北段走向由北北西转南北,倾向东,倾角80°左右;南段走向由南北转南东,倾向西,倾角由北往南,从70°变为30°.断裂总体走向为北北西向,是一枢纽性断裂,应力易于集中(唐荣昌和陆联康,1981唐荣昌和韩渭宾,1993邓起东等,2002周荣军等,2006朱航和闻学泽,2009张家声等,2010).

文县与武都间由于历史、自然环境和交通条件较差等原因,历史记载的1879年7月1日发生的武都南8.0级地震很难进行详细的实地发震断层考察.刘白云等2012年基于小震丛集性反演得到1879年武都南8.0级地震震源断层状况,结果表明:是一条长约30 km、埋深2~23 km的NNE走向、高倾角并在NNW-SEE向压应力作用下,发生右旋走向滑动的断层(刘白云等,2012).

巴颜喀拉地块与华南地块的接触带的龙门山断裂带的分段性受到巴颜喀拉地块内的岷江断裂、虎牙断裂等这些活动断裂影响.根据地貌、地质构造、布格重力异常和地震活动等资料的综合分析研究认为(邓起东等,1994):近SN向虎牙断裂等将龙门山断裂带划分为西南段和东北段,其活动性迥然不同.汶川8.0级地震发生前,龙门山断裂带显示西南段晚更新世以来活动强烈,中小地震较频繁,东北段第四纪活动微弱,偶有小震活动.汶川8.0级地震发生后,汶川8.0级的余震活动也呈现分段性.此外,1879年武都南8.0级地震震源断层对龙门山断裂的影响也值得进一步探讨.

1.2 历史地震活动

1879年8月1日发生的武都南8.0级地震其发震机理,刘白云等(2012)年给出是青藏块体原来由西向东的推挤作用,在受到SN向构造带阻挡后,这种推挤作用沿SN向构造带转换为以剪切作用为主的结果.在这一剪切力的作用下,在秦岭与南北构造带交会的武都南地区形成应力集中区,最终孕育此次大地震.这种剪切作用下武都南发生8.0级地震对龙门山断裂东北段能量积累过程产生影响.

在岷江断裂和虎牙断裂发生过一系列6.0~6.9 级地震和1976 年松潘、平武间两次7.6 级地震(国家地震局震害防御司,1995中国地震局震害防御司,1999《四川地震资料汇编》编辑组,19801981闻学泽等,2009孙成民,2010).岷江断裂北段发生1748 年5月2日松潘漳腊北6 1/2 级和1960年11月9日松潘漳腊6 3/4 级地震,岷江断裂南段发生1713年9月4日茂县叠溪发生7级和1933 年叠溪7 1/2 地震.虎牙断裂1976年8月16、23日松潘-平武间发生两次7.2级地震.沿这些断裂发生的地震也对龙门山断裂东北段能量积累过程产生影响.

龙门山断裂带的历史地震有1657年4月21日四川汶川6 1/2 级、1327年四川天全7 1/2 ~7 3/4 级、1958年2月8日四川茂汶—北川一带6.2级和1970年四川大邑6.2级地震.其中1327年四川天全7 1/2 ~7 3/4 级地震是否是龙门山断裂的破裂事件尚存争议.2008年5月12日发生汶川8.0级地震和余震(图 1中蓝色标注地震),且其6级以上余震沿龙门山断裂向北东展布,延伸至青川县北东.2013年4月20日发生芦山7.0级地震(图 1中红色标注地震)(国家地震局震害防御司,1995中国地震局震害防御司,1999《四川地震资料汇编》编辑组,19801981闻学泽等,2009孙成民,2010张培震等,2008徐锡伟等,2010周荣军等,2008刘杰等,2013杜方等,2013).

图 1 松潘-龙门山区域M≥6.0历史地震分布
(蓝色:汶川8.0级和M≥6.0级余震;红色:芦山7.0级)
Fig. 1 The distribution of the M≥6.0 historical earthquakes in the Songpan-Longmenshan area
(Blue: the M 8.0 Wenchuan earthquake and the M≥6.0 aftershocks, Red:the M 7.0 Lushan earthquake)
2 芦山7.0级与汶川8.0级余震时空分布特征2.1 余震空间分布特征

(1)汶川8.0级地震及余震分布

图 2可见,汶川8.0级余震的空间分布范围大.汶川8.0级地震的余震沿龙门山断裂向北东方向展布约340 km,横跨断裂南段最宽约130 km,北段60 km.

图 2 汶川8.0级地震与芦山7.0级地震分布
(2008.5.12-2014.2.28, 震源机制解参数来源于参考文献:美国哈佛大学,http://www.globalcmt.org/ CMTsearch.html )
Fig. 2 The distribution of the M≥4.0 aftershocks of the M 7.0 Lushan and M 8.0 Wenchuan earthquakes
(2008.5.12-2014.2.28, The parameters of focal mechanism solutions of two events are from reference:Harvard, http://www.globalcmt.org/ CMTsearch.html)

汶川8.0级地震微观震中位于四川汶川映秀,而宏观极震区呈现由汶川映秀向北东延伸沿龙门山断裂走向成长条形状,位于四川省汶川县映秀—北川—陈家坝一带.

(2)芦山7.0级地震及余震

芦山7.0级微观震中与宏观震中基本一致.芦山7.0级地震的宏观震中大致位于芦山县清仁乡至太平镇一带,即北纬30.25°,东经度102.94°.芦山7.0级地震位于中国地震台网和四川省地震台网两台网覆盖监测网内中心位置,四川省地震台网有近台参与震中定位,同时采用多种方法和模型定位比较,中国地震台网和四川省地震台网均获得较可靠定位结果.仪器观测芦山7.0级微观震中与宏观震中基本一致(见图 3).

图 3 芦山7.0级地震及余震分布图
(2013.4.20-2014.2.28,M≥3.0级)
Fig. 3 The distribution of the aftershocks of the M 7.0 Lushan earthquake
(from 20,April 2013 to 31,Dec 2013,M≥3.0)

芦山7.0级余震的空间分布范围小.芦山7.0级地震的余震空间展布显示,余震分布长轴约40 km,短轴约20 km,余震分布的长轴走向与龙门山断裂走向是一致的.

(3)两余震区存在空段

汶川8.0级和芦山7.0级地震及余震精定位显示均属于典型浅源地震.精确定位的结果显示,汶川8.0级地震主震震源深度为14 km,芦山7.0级地震主震震源深度为18 km,两区域余震也基本分布在20 km以内的深度上,均属典型的浅源地震.两余震密集活动区间存在50 km的空段区(杜方等,2013).

2.2 余震时间分布特征

(1)汶川8.0级地震余震序列

汶川8.0级地震余震:截止到2013年12月31日,共发生M≥0.0级余震10万余次,其中,MS 5.0~5.9余震41次,MS 6.0~6.4余震8次.最大余震为2008年5月25日青川MS 6.4级地震.MS 6.0级地震序列见表 1,汶川M 8.0地震序列M-T图、N-T图和应变释放曲线如图 4(abc).

表 1 汶川8.0级地震序列目录(MS≥6.0) Table 1 Catalogue of the M 8.0 Wenchuan earthquake sequence(MS≥6.0)

图 4 汶川8.0级地震序列的(a)M-t图、(b)N-t图、(c)蠕变图
(2008.5.12-2013.12.31, M≥2.0)
Fig. 4 (a)M-t diagram,(b)Daily frequencies and (c)Curve of strain release of the M 8.0
Wenchuan earthquake sequence (from 12,May 2008 to 31,Dec 2013,M≥2.0)

汶川8.0级地震的余震活动显示,MS≥4.0级序列震级和应变释放随时间的变化大致可分为2个阶段:主震后至2008年8月底为第一阶段,发生M 6以上强余震8次,M 5~5.9级余震31次;2008年9月后为第二阶段,发生M 5级以上余震10次,最大余震震级M 5.6,无6级以上余震.汶川8.0级余震活动呈现强烈起伏、缓慢衰减特征.随着时间的增长,3-4级以上余震的间隔时间逐渐增大,但频次衰减缓慢.在芦山7.0级地震发生期间,汶川8.0级余震区域继续呈现起伏性衰减余震活动,汶川地震主震与最大余震震级差1.6,属于典型的主震-余震型.

(2)芦山7.0级地震余震序列

芦山7.0级地震的余震:据四川地震台网测定,截至2013年12月31日,芦山7.0级地震震区共记录M≥0.0级余震1万余次,其中5.0级以上地震4次,4.0~4.9级地震23次,3.0~3.9级地震290次,最大余震为4月21日17时5分发生在芦山、邛崃交界的5.4级地震(见表 2),芦山7.0级主震与最大余震差1.6级.芦山M 7.0级地震序列M-T图、N-T图和应变释放曲线如图 5(abc).

表 2 芦山7.0级地震序列目录(MS≥5.0) Table 2 Catalogue of the April 20,2013 Lushan earthquake sequence(MS≥5.0)

图 5 芦山7.0级地震序列的(a)M-t图、(b)N-t图、(c)蠕变图
(2013.4.20-2013.12.31, M≥2.0)
Fig. 5 (a)M-t diagram,(b)Daily frequencies and (c)Curve of strain release of the M 7.0
Lushan earthquake sequence (from 20,April 2013 to 31,Dec 2013,M≥2.0)

芦山7.0级余震频次高、时间分布集中且衰减快(图 5).根据震后10天窗长统计频次,其时间分布相对集中在主震震后50余天时间内,2.0级以上余震达1313余次占序列总量的85.37%;6月10日-12月31日的2.0级以上余震仅225次,占总量的14.63%;主余震能量释放集中以主震为主,芦山7.0级地震序列前50天,能量释放约占整个序列(至2013年12月31日序列能量)的96%,第50天后约200天余震释放累计仅占4%,显示余震快速衰减.

3 芦山7.0级与汶川8.0级地震破裂扩展和机制解对比 3.1 余震空间分布与烈度分布

(1)汶川8.0级地震烈度分布

汶川8.0级地震后,通过现场4150个调查点的实地考察,得到的烈度分布图显示有以汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心Ⅺ度的极震区(中国地震局震灾应急救援司,2008年8月29日发布,汶川8.0级地震烈度分布图,http://www.cea.gov.cn/).Ⅺ度以上地区破坏极其严重,其分布区域紧靠发震的龙门山中央断裂,沿龙门山断裂走向成长条形状;Ⅹ度和Ⅸ度边界受龙门山前山断裂错动的影响,在绵竹和什邡山区向盆地方向突出,都江堰市区也略有突出.汶川8.0级地震的余震分布长轴方位与等震线长轴方位一致.

(2)芦山7.0级地震烈度分布

芦山7.0级地震的余震序列平面空间分布显示与区域构造关系密切(图 3图 6).余震区集中分布呈现东北至西南走向,与龙门山断裂带南段构造走向一致,余震分布密集区位于龙门山断裂带南段前山构造迹线西北一侧;余震分布区长轴呈东北至西南长约40 km展布,西南起始天全县永兴区,东北达芦山县中林乡;短轴长约20 km,西北起于宝兴县灵关镇,东南至芦山县隆兴乡.

图 6 芦山7.0级余震ML≥3.0级余震与烈度分布
芦山7.0级地震等烈度线资料来源于参考文献:中国地震局2013年4月25日发布, http://www.cea.gov.cn/.
Fig. 6 The distribution of the ML≥3.0 aftershocks of the M 7.0 Lushan earthquake and isoseismal lines
The data of isoseismal line of the M 7.0 Lushan earthquake are from reference:China Earthquake Administration,Released in April 25, 2013,http://www.cea.gov.cn/.

芦山7.0级地震的余震序列平面空间分布显示与地震烈度分布吻合.根据中国地震局官方网站公布地震烈度图,芦山7.0级地震的最大烈度为Ⅸ度,等震线长轴呈北东走向分布,Ⅵ度区及以上总面积为18682 km2(中国地震局震灾应急救援司,2013年4月25日发布,四川省芦山“4·20”7.0级强烈地震烈度图,http://www.cea.gov.cn/).图 6可见芦山7.0级地震的ML 3.0级以上余震集中分布在Ⅷ度区以内,余震分布长轴方位与等震线长轴方位一致.

Ⅸ度区东北自芦山县太平镇、宝盛乡以北,西南至芦阳镇向阳村,长半轴为11.5 km,短半轴为5.5 km,面积208 km2.

Ⅷ度区东北自芦山县宝盛乡漆树坪村,西南至天全县兴业乡,西北自宝兴县灵关镇,东南至名山城区,长半轴为29 km,短半轴为17.5 km,面积1418 km2.

Ⅶ度区东北自芦山县大川镇,西南至荥经县严道镇岗山村,西北自天全县紫石乡,东南至洪雅县汉王乡,长半轴为56 km,短半轴为33 km,面积4029 km2.

Ⅵ度区东北自大邑县新场镇李家山村,西南至甘洛县两河乡,西北自泸定县岚安乡,东南至丹棱县杨场镇,长半轴为95 km,短半轴为64 km,面积13027 km2.

3.2 破裂扩展特征及震源机制

芦山7.0级和汶川8.0级地震破裂扩展和机制解存在差异.芦山7.0级地震破裂显示双侧破裂扩展,破裂尺度小,芦山7.0级地震是一次逆冲型地震(张勇等,2013曾祥方等,2013王卫民等,2013中国地震局地震预测研究所地震学室,2013);汶川8.0级地震破裂显示单侧破裂扩展,破裂尺度大,汶川8.0级地震则是一次以逆冲为主、兼少量右旋走滑分量的地震(陈运泰等,2008王卫民等,2008美国地质调查局,2008美国哈佛大学,2008张勇等,2008).汶川8.0级地震破裂起始点位于龙门山断裂中央断裂汶川县映秀,破裂行迹显示单侧沿龙门山断裂向北东向扩展,汶川M 8.0级地震造成龙门山断裂中北段较充分破裂,地震造成龙门山中央断裂—映秀-北川断裂240 km地表破裂,同时造成龙门山前山断裂—灌县-江油断裂72 km破裂(徐锡伟等,2010),还有文献认为造成龙门山前山断裂灌县—安县断裂中段发生了约100 km 的同震地表破裂(周荣军等,2008);芦山7.0级地震的宏微观震中位于极震区内,显示破裂沿龙门山断裂方向呈现双向扩展,展布于龙门山断裂南段,破裂尺度有限.汶川8.0级和芦山7.0级地震是发生在龙门山断裂带的两次相对独立的破裂扩展存在差异的地震事件.

芦山7.0级地震与汶川8.0级地震是两次发震断裂略有差异的地震事件.根据芦山7.0级和汶川8.0级地震造成龙门山断裂的破裂分析,芦山7.0级地震的余震分布密集区位于龙门山断裂带南段前山构造迹线西北一侧,余震分布与构造、等烈度的空间位置判断,推测芦山7.0级地震主破裂是龙门山前山断裂,也有研究显示芦山7.0级地震是一次纯逆冲型地震,但没有产生明显的地震地表破裂带,属典型的盲逆断层型地震(中国地震局地质研究所,2013张勇等,2013曾祥方等,2013王卫民等,2013中国地震局地震预测研究所,2013);汶川8.0级地震主破裂是龙门山中央断裂,同时引发龙门山前山断裂的破裂,若仅按龙门山前山断裂的破裂分析,芦山7.0级地震虽未查明明显地表破裂,以芦山7.0级地震的密集分布M≥3.0级余震的40 km作为破裂长度估算,芦山7.0级地震与汶川引起龙门山前山断裂地表破裂的南端相距约120 km.在空间上看,这两次地震序列处于相同断裂带,存在构造上的联系,汶川8.0级地震主破裂是龙门山中央断裂,同时引发龙门山前山断裂的破裂,芦山7.0级地震主破裂无论是龙门山前山断裂还是盲逆断裂,汶川8.0级和芦山7.0级地震是两次相对独立的且发震断裂略有差异的地震.

4 巴颜喀拉地块东缘区域的能量释放4.1 区域的历史能量释放

巴颜喀拉地块东缘区域的岷江、虎牙等断裂上发生的历史地震显示,分解性释放了巴颜喀拉地块东缘区域积累的应变能.换言之,使得龙门山断裂北段应变能积累水平远低于龙门山中南段应变能积累水平.从巴颜喀拉地块东缘区域的历史地震可见(图 1),1713年9月4日茂县叠溪发生7级地震,1879年7月1日武都发生8级地震,1933年茂县叠溪再发生7.5级地震,1976年松潘-平武间发生两次7.2级地震,这5次7级以上地震的发生呈现出分解性释放了巴颜喀拉地块东缘区域积累的应变能,这使得龙门山断裂北段应变能积累水平远低于龙门山中南段应变能积累水平,表明巴颜喀拉地块东缘区域历史强震对龙门山断裂带应变能积累产生重要影响.

4.2 龙门山断裂带中北段

汶川8.0级地震发生使得龙门山断裂中段的能量充分释放.汶川8.0级初始破裂位于汶川映秀,并呈现单侧破裂扩展,龙门山断裂中段分布的6级以上余震仅有3次,集中发生在汶川8.0级震后大约1天的时间,最大为6.1级,表明汶川8.0级地震初始破裂所处的龙门山断裂中段的能量已得到较充分释放.

汶川8.0级地震发生触发了龙门山北段的能量释放.2008年汶川发生8.0级地震,不仅使龙门山中段能量得到释放,而且触发了龙门山北段的能量释放.图 7a可见,从2008年5月12日汶川8.0级主震发生到5月17日,M 5.0级以上的余震较集中在龙门山中段的汶川8.0级主震附近,M 6.0级以上的余震全部集中在龙门山中段的汶川8.0级主震附近;从5月18日开始,M 5.0级以上的余震相对集中在龙门山北段,龙门山中段明显减少,M 6.0级以上余震全部集中分布在龙门山断裂北段,5月25日的6.4级分布在北段.表明2008年汶川8.0级地震不仅使得龙门山断裂中北段能量得到较充分释放,同时触发了龙门山北段的应变能释放.陈章立等(2009)华卫等(2009)根据汶川地震后龙门山断裂带中、北段两个区域的位错、余震机制解和应力降及最大主应力的方向等特征和地震应力触发的研究,也推测NE段地震的发生可能是由SW段主破裂的发生所触发.

汶川8.0级地震触发的龙门山断裂北段的能量释放也是较充分的.从松潘—龙门山区域的历史地震显示(图 1),龙门山断裂北段的前缘地带,1713年9月4日茂县叠溪7级地震,1879年7月1日武都8级地震,1933年茂县叠溪7.5级地震,1976年松潘—平武间两次7.2级地震,这5次7级以上地震的发生呈现出分解性释放了巴颜喀拉地块东缘区域积累的应变能,使得龙门山断裂北段应变能积累水平远低于龙门山中南段应变能积累水平,因此,2008年汶川8.0级地震的单侧破裂扩展,触发的龙门山断裂北段破裂,发生了5次6级以上地震,最大达6.4级地震,表明龙门山断裂北段的能量也是比较充分释放.

龙门山断裂中北段(在汶川余震区内)的北川附近存在能量释放不充分的局部区域.茂县至北川一段存在近100 km的6级余震空段(见图 2图 7).从汶川8.0级地震5级以上余震分布,汶川余震区的余震活动有明显分段特征,在龙门山中段,汶川8.0级地震附近发生3次6级以上余震,早期5级余震也相对集中;在龙门山北段,发生5次6级以上余震,而在龙门山断裂中段至北段间的北川附近有100 km的6级余震空段区.表明余震区仍存在能量释放不充分的局部区域,余震空段未来仍存在发生中强余震的可能.

图 7 沿龙门山断裂走向的汶川8.0级地震的余震的分时段深度剖面
(a)2008年5月12日至2008年5月17日;(b)2008年5月18日至2008年8月31日.
Fig. 7 The depth profile of aftershocks of the M 8.0 Wenchuan earthquake along the Longmenshan fault
(a)From 2008-05-12 to 2008-05-17;(b)From 2008-05-18 to 2008-08-31.
4.3 龙门山断裂南段

芦山7.0级地震与汶川8.0级地震两余震区之间的空段区存在能量还待释放.芦山7.0级地震与汶川8.0级地震余震密集活动间存在50 km左右的地震活动空段区.汶川8.0级和芦山7.0级地震主震相距90 km,汶川8.0级震后六年,即芦山7.0级震后一年,两个发生在龙门山断裂的地震,其余震继续在各自的余震分布范围内活动,显示芦山7.0级地震的余震区与汶川8.0级密集余震区相距50 km,换言之,汶川8.0级与芦山7.0级地震余震密集活动间存在50 km左右的地震活动空段区.芦山7.0级地震与汶川8.0级地震两余震之间的空段区虽有1970年的大邑6.2级地震,但一次6级地震的破裂尺度是很有限的,仍存在能量积累后的待释放可能.因此,芦山7.0级地震与汶川8.0级地震间显示的50 km左右尚未充分破裂段仍有再次破裂的危险性.

龙门山断裂南段仍存在尚未破裂的背景性破裂空段.历史地震显示龙门山断裂南段能量释放有限,历史6.0级以上强震来看(国家地震局震害防御司,1995中国地震局震害防御司,1999《四川地震资料汇编》编辑组,1980,1981孙成民,2010),芦山7.0级地震位于龙门山断裂南段,按余震区分布估计破裂尺度40 km,在芦山7.0级地震破裂以南的龙门山断裂南段尚有70~80 km的破裂空段,在龙门山断裂西南端历史记录的1327年天全7 1/2 ~7 3/4 级地震(据有感半径950 km修订,地点:天全一带《中国历史强震目录》原记录M≥6级),由于是历史文献记录,不仅震级有争议,而且发震构造是鲜水河断裂带南段还是龙门山断裂带南段也存在争议;如果假定1327年是发生在龙门山断裂南段7 3/4 级地震,距今已680多年;1941年宝兴与康定间6.0级地震的能量释放有限,也就是说沿龙门山南段在2013年芦山7.0级地震破裂以南的西南段,仍存在尚未破裂的背景性破裂空段.

5 结 论

通过巴颜喀拉地块东缘区域龙门山断裂、岷江断裂、虎牙断裂等历史地震的研讨,龙门山断裂带2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级地震余震时空、震源机制及破裂扩展等特征分析,以及巴颜喀拉地块东缘区域的能量释放特征的分析讨论.结果表明:

(1)芦山7.0级地震西南的龙门山断裂南段仍存在尚未破裂的背景性破裂空段.无论龙门山断裂南段历史地震是否存在争议,如果认定1327年7 3/4 级地震是发生在龙门山断裂南段的地震,距今已680多年;1941年宝兴与康定间6.0级地震的能量释放有限,也就是说沿龙门山南段在2013年芦山7.0级地震破裂以南的西南段,仍存在尚未破裂的背景性破裂空段.

(2)芦山7.0级地震与汶川8.0级地震两余震区之间的空段区存在能量待释放.汶川8.0级和芦山7.0级地震两主震相距90 km,至今(2014年4月)汶川8.0级和芦山7.0级两地震的余震继续在各自的余震分布范围内活动,芦山7.0级地震与汶川8.0级地震两余震之间的空段区虽有1970年的大邑6.2级地震,但一次6级地震的破裂尺度是很有限的,仍存在能量的待释放可能.

(3)龙门山断裂中北段(在汶川余震区内)的北川附近存在能量释放不充分的局部区域.汶川8.0级地震5级以上余震分布可见余震活动有明显分段特征,在龙门山断裂中段至北段间的北川附近有100 km的6级余震空段区.余震区仍存在能量释放不充分的局部区域,余震空段未来仍存在发生中强余震的可能.

由此可见,巴颜喀拉地块东缘区域历史地震活动对龙门山断裂带能量积累与释放产生重要影响.整个巴颜喀拉块体的东缘区域1713~1976年间发生在相邻构造的5次7级以上地震,呈现出对龙门山断裂带北段的应变能积累的分解性释放,同时也影响龙门山断裂北段、龙门山断裂中段和南段应变能积累.相距5年发生的芦山7.0级地震和汶川M 8.0级地震是两次发生在龙门山断裂带上的相对独立的地震事件,汶川8.0级地震使得龙门山断裂中段能量充分释放,并触发龙门山断裂北段的能量充分释放,芦山7.0级地震造成龙门山断裂南段能量释放有限,从而显示沿龙门山断裂带仍存在上述三个重要需要监视破裂空段.

致 谢 修改稿采纳了审稿专家提出的建设性修改意见,在此向他们表示衷心感谢.
参考文献
[1] Chen G G, Ji F J, Zhou R J, et al. 2007. Primary research of activity segmentation of Longmenshan Fault zone since late-Quaternary [J]. Seismology and Geology (in Chinese), 29(3): 657-673.
[2] Chen Z L, Zhao C P, Wang Q C, et al. 2009. A study on the occurrence background and process of Wenchuan MS 8. 0 earthquake [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 52(2): 455-463.
[3] Deng Q D, Chen S F, Zhao X L. 1994. Tectonics, scismisity and dynamics of Longmenshan Mountains and its adjacent regions [J]. Seismology and Geology (in Chinese), 16(4): 389-403.
[4] Du F, Long F, Ruan X, et al. 2013. The M 7.0 Lushan earthquake and the relationship with the M 8. 0 Wenchuan earthquake in Sichuan, China [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(5): 1772-1783, doi: 10.6038/cjg20130535.
[5] Hua W, Chen Z L, Zheng S H. 2009. A study on segmentation characteristics of aftershock source parameters of Wenchuan M 8.0 earthquake in 2008[J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 52(2): 365-371.
[6] Kirby E, Whipple K X, Burchfiel B C, et al. 2000. Neotectonics of the Min Shan, China: implications for mechanisms driving Quaternary deformation along the eastern margin of the Tibetan Plateau [J]. Geol. Soc. Am. Bull., 112(3): 375-393.
[7] Li C Y, Song F M, Ran Y K. 2004. Late quaternary activity and age constraint of the Northern Longmenshan fault zone [J]. Seismology and Geology (in Chinese), 26(2): 248-258.
[8] Liu B Y, Yuan D Y, Zhang B, et al. 2012. Determination of fault parameters and sliding behavior of the 1879 Southern Wudu M 8. 0 earthquake [J]. Seismology and Geology (in Chinese), 34(3): 415-424.
[9] Liu J, Yi G X, Zhang Z W, et al. 2013. Introduction to the Lushan, Sichuan M 7.0 earthquake on 20 April 2013 [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(4): 1404-1407, doi: 10.6038/cjg20130434.
[10] Qian H, Zhou R J, Ma S H, et al. 1999. South segment of Minjiang fault and Diexi earthquake in 1993 [J]. Earthquake Research in China (in Chinese), 15(4): 333-338.
[11] Tang R C, Lu L K. 1981. On the seismogeological characteristics of 1976 Songpan-Pingwu earthquakes [J]. Seismology and Geology (in Chinese), 3(2): 41-47.
[12] Wang K, Shen Z K. 2011. Location and focal mechanism of the 1933 Diexi earthquake and its associated regional tectonics [J]. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 33(5): 557-567.
[13] Wang W M, Hao J L, Yao Z X. 2013a. Preliminary result for rupture process of Apr. 20, 2013, Lushan Earthquake, Sichuan, China [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(4): 1412-1417, doi: 10.6038/cjg20130436.
[14] Wang W M, Zhao L F, Li J, et al. 2008. Rupture process of the MS 8. 0 Wenchuan earthquake of Sichuan, China [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 51(5): 1403-1410.
[15] Wen X Z, Zhang P Z, Du F, et al. 2009. The background of historical and modern seismic activities of the occurrence of the 2008 MS 8. 0 Wenchuan, Sichuan, earthquake [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 52(2): 444-454.
[16] Xu X W, Chen G H, Yu G H, et al. 2010. Reevaluation of surface rupture parameters of the 5·12 Wenchuan earthquake and its tectonic implication for Tibetan Uplift [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 53(10): 2321-2336, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.10.006.
[17] Xu Y, Huang R Q, Li Z W, et al. 2009. S-wave velocity structure of the Longmen Shan and Wenchuan earthquake area [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 52(2): 329-338.
[18] Zeng X F, Luo Y, Han L B, et al. 2013. The Lushan MS 7.0 earthquake on 20 April 2013: A high-angle thrust event [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(4): 1418-1424, doi: 10.6038/cjg20130437.
[19] Zhang J S, Huang X N, Niu X L, et al. 2010. Chuanzhusi-Huanglong strike-slip faults and a Transpressional shear system in Songpan-Pingwu Area, Northwestern Sichuan, China [J]. Earth Science Frontiers (in Chinese), 17(4): 15-32.
[20] Zhang P Z, Xu X W, Wen X Z, et al. 2008. Slip rates and recurrence intervals of the Longmen Shan active fault zone and tectonic implications for the mechanism of the May 12 Wenchuan earthquake, 2008, Sichuan, China [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 51(4): 1066-1073.
[21] Zhang Y, Xu L S, Chen Y T. 2013. Rupture process of the Lushan 4. 20 earthquake and preliminary analysis on the disaster-causing mechanism [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(4): 1408-1411, doi: 10.6038/cjg20130435.
[22] Zhao X L, Deng Q D, Chen S F. 1994. Tectonic Geomorphology of the Minshan Uplift in Western Sichuan, Southwestern China [J]. Seismology and Geology (in Chinese), 16(4): 429-439.
[23] Zhou R J, Huang R Q, Lei J C, et al. 2008. Surface rupture and hazard characteristics of Wenchuan earthquake with magnitude 8. 0 in Sichuan [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering (in Chinese), 27(11): 2173-2183.
[24] Zhou R J, Li Y, Densmore A L, et al. 2006. Active tectonics of the eastern margin of the Tibet Plateau[J]. J. Mineral. Petrol. (in Chinese), 26(2): 40-51.
[25] Zhou R J, Pu X H, He Y L, et al. 2000. Recent activity of Minjiang Fault Zone, uplift of minshan block and their relationship with seismicity of Sichuan [J]. Seismology and Geology (in Chinese), 22(3): 285-294.
[26] Zhu H, Wen X Z. 2009. Stress triggering process of the 1973 to 1976 Songpan, Sichuan, sequence of strong earthquakes [J]. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 52(4): 994-1003, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.04.016.
[27] 陈国光, 计凤桔, 周荣军,等. 2007. 龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究[J]. 地震地质, 29(3): 657-673.
[28] 陈运泰, 许力生, 郑勇,等. 2008. 2008年5月12日汶川特大地震震源特性分析报告[R]. http://www.cea-igp.ac.cn/.
[30] 邓起东, 陈社发, 赵小麟. 1994. 龙门山及其邻区的构造和地震活动及动力学[J]. 地震地质, 16(4): 389-403.
[31] 邓起东, 张培震, 冉勇康,等. 2002. 中国活动构造基本特征[J]. 中国科学(D辑), 32(12): 1020-1030.
[32] 杜方, 龙锋, 阮祥,等. 2013. 四川芦山7.0级地震及其与汶川8.0级地震的关系[J].地球物理学报, 56(5): 1772-1783, doi: 10.6038/cjg20130535.
[33] 陈国光, 计凤桔, 周荣军,等. 2007. 龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究[J]. 地震地质, 29(3): 657-673.
[34] 华卫, 陈章立, 郑斯华. 2009. 2008年汶川8. 0级地震序列震源参数分段特征的研究[J]. 地球物理学报, 52(2): 365-371.
[35] 李传友, 宋方敏, 冉勇,康. 2004. 龙门山断裂带北段晚第四纪活动性讨论[J]. 地震地质, 26(2): 248-258.
[36] 刘白云, 袁道阳, 张波,等. 2012. 1879年武都南8级大地震断层面参数和滑动性质的厘定[J]. 地震地质, 34(3): 415-424.
[37] 刘杰, 易桂喜, 张致伟,等. 2013. 2013年4月20日四川芦山M 7.0级地震介绍[J]. 地球物理学报, 56(4): 1404-1407, doi: 10.6038/cjg20130434.
[38] 美国地质调查局(USGS)国家地震信息中心, NEIC: http://earthquake.usgs.gov/.
[39] 美国哈佛大学, http: //www.globalcmt.org/CMTsearch.html.
[40] 钱洪, 周荣军, 马声浩,等. 1999. 岷江断裂南段与1933年叠溪地震研究[J]. 中国地震, 15(4): 333-338.
[41] 李传友, 宋方敏, 冉勇,康. 2004. 龙门山断裂带北段晚第四纪活动性讨论[J]. 地震地质, 26(2): 248-258.
[42] 刘白云, 袁道阳, 张波,等. 2012. 1879年武都南8级大地震断层面参数和滑动性质的厘定[J]. 地震地质, 34(3): 415-424.
[43] 刘杰, 易桂喜, 张致伟,等. 2013. 2013年4月20日四川芦山M 7.0级地震介绍[J]. 地球物理学报, 56(4): 1404-1407, doi: 10.6038/cjg20130434.
[44] 美国地质调查局(USGS)国家地震信息中心, NEIC: http://earthquake.usgs.gov/.
[45] 唐荣昌, 陆联康. 1981. 1976年松潘、平武地震的地震地质特征[J]. 地震地质, 3(2): 41-47.
[46] 钱洪, 周荣军, 马声浩,等. 1999. 岷江断裂南段与1933年叠溪地震研究[J]. 中国地震, 15(4): 333-338.
[47] 王康, 沈正康. 2011. 1933年叠溪地震的发震位置、震源机制与区域构造[J]. 地震学报, 33(5): 557-567.
[48] 王卫民, 郝金来, 姚振兴. 2013a. 2013年4月20日四川芦山地震震源破裂过程反演初步结果[J]. 地球物理学报, 56(4): 1412-1417, doi: 10.6038/cjg20130436.
[49] 王卫民, 郝金来, 姚振兴. 2013b. 2013年4月20日四川雅安芦山6. 7级地震震源破裂过程反演初步结果. 中国科学院地质与地球物理研究所: http://www.igg.cas.cn/.
[50] 王卫民, 赵连锋, 李娟,等. 2008. 四川汶川8. 0级地震震源过程[J]. 地球物理学报, 51(5): 1403-1410.
[51] 闻学泽, 张培震, 杜方,等. 2009. 2008年汶川8. 0级地震发生的历史与现今地震活动背景[J]. 地球物理学报, 52(2): 444-454.
[52] 徐锡伟, 陈桂华, 于贵华,等. 2010. 5·12汶川地震地表破裂基本参数的再论证及其构造内涵分析[J]. 地球物理学报, 53(10): 2321-2336, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.10.006.
[53] 胥颐, 黄润秋, 李志伟,等. 2009. 龙门山构造带及汶川震源区的S波速度结构[J]. 地球物理学报, 52(2): 329-338.
[54] 曾祥方, 罗艳, 韩立波,等. 2013. 2013年4月20日四川芦山MS 7.0地震: 一个高角度逆冲地震[J]. 地球物理学报, 56(4): 1418-1424, doi: 10.6038/cjg20130437.
[55] 张家声, 黄雄南, 牛向龙,等. 2010. 川主寺—黄龙左行走滑剪切断层和松潘—平武剪切转换构造体制[J]. 地学前缘, 17(4): 15-32.
[56] 张培震, 徐锡伟, 闻学泽,等. 2008. 2008年汶川8. 0级地震发震断裂的滑动速率、复发周期和构造成因[J] 地球物理学报, 51(4): 1066-1073 .
[57] 张勇, 冯万鹏, 许力生,等. 2008. 2008年汶川大地震的时空破裂过程[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 38(10): 1186-1194.
[58] 张勇, 许力生, 陈运泰. 2013. 芦山4·20地震破裂过程及其致灾特征初步分析[J]. 地球物理学报, 56(4): 1408-1411, doi: 10.6038/cjg20130435.
[59] 赵小麟, 邓起东, 陈社发. 1994. 岷山隆起的构造地貌学研究[J]. 地震地质, 16(4): 429-439.
[60] 周荣军, 蒲晓虹, 何玉林,等. 2000. 四川岷江断裂带北段的新活动、岷山断块的隆起及其与地震活动的关系[J]. 地震地质, 22(3): 285-294.
[61] 中国地震局地质研究所. 四川省芦山7.0级强震: 一次典型的盲断层型地震. http://www.eq-igl.ac.cn/.
[62] 中国地震局地震预测研究所地震学室. 2013. 2013年4月20日四川省芦山7.0级地震震源机制解. http://www.seis.ac.cn/.
[63] 张培震, 徐锡伟, 闻学泽,等. 2008. 2008年汶川8. 0级地震发震断裂的滑动速率、复发周期和构造成因[J]. 地球物理学报, 51(4): 1066-1073
[64] 中国地震局震灾应急救援司. 2008. 2008年8月29日发布, 汶川8. 0级地震烈度分布图, http://www.cea.gov.cn/.
[65] 中国地震局震灾应急救援司. 2013年4月25日发布, 四川省芦山“4·20”7.0级强烈地震烈度图, http://www.cea.gov.cn/.
[66] 周荣军, 黄润秋, 雷建成,等. 2008. 四川汶川8. 0 级地震地表破裂与震害特点[J]. 岩石力学与工程学报, 27(11): 2173-2183.
[67] 周荣军, 李勇, Densmore A L等. 2006. 青藏高原东缘活动构造[J]. 矿物岩石, 26(2): 40-51.
[68] 朱航, 闻学泽. 2009. 1973-1976年四川松潘强震序列的应力触发过程[J]. 地球物理学报, 52(4): 994-1003, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.04.016.