地震多发区主要集中在以俯冲带为代表的聚敛型板块边界区域(例如新西兰、所罗门群岛、巴布亚新几内亚、日本和美国西岸等)和板块内部构造变形区域(例如中国青藏高原、美国安第斯山脉等)，这些地方往往是地震学研究的集中区域(李善邦，1981；马宗晋等，1990；Prejean et al.，2004；Mitra et al.，2005; Lay et al.，2011; 邓起东等，2014).对于板内稳定地块，例如美国中东部、加拿大等地区，由于历史上这些区域地震活动少，震级低，震害弱，长期以来研究关注较少.近年来，美国中东部、四川盆地内部等稳定地区相继发生了一些破坏性地震，重新引发了地震学家对稳定块体内部地震活动性研究的关注(李德威，2008；罗艳等，2011; Li et al.，2014).对于板内地震激发机制，Sykes(1978)和Talwani(1988)认为其主要是由于板块边界的构造应力传递到内部，使板块内部岩石在一些原有断层或者早期构造薄弱带上积累应力，进而激发地震.但该理论主要适用于板块内部的构造变形区域，难以解释大陆内部稳定块体的地震激发.因此，我们还需要更多研究来认识稳定板内地块上的地震活动.

澳大利亚和我国东部都远离板块边界，被认为是相对稳定的大陆地区，但潜在的破坏性地震并不少见(汪一鹏，1979; Gaull et al，1990; 秦四清等，2013).澳大利亚地震活动水平低于我国，但由于震源深度一般较浅，因此具有极强的破坏性.除此之外，某些地震会有地表破裂，这一点比我国同震级别的地震更为突出(东乡正美，1993).因此，研究大陆内部稳定块体发生的地震特点及其出现的地震断层性质，对探讨地震的触发机制和发震规律以及该区域的防震减灾工作具有一定的指导意义(Mcpherson and Hall，2013).与地质结构较为复杂的中国东部相比，澳大利亚地质结构相对简单，便于研究.近年来，澳大利亚新构造、大地测量学以及地磁学等对我们研究和理解其内部地震起到相当大的作用，这对进一步研究我国稳定大陆地区地震有一定借鉴意义.

本文调研分析了澳大利亚浅源地震的研究进展.我们首先介绍澳大利亚大陆地震活动性特征并重点介绍几个典型地震事例，然后阐释与地震活动性相关的地质构造演化背景、现今地球动力学和新构造特征，最后总结分析目前澳大利亚地震研究取得的进展和不足以及对中国东部陆内地震研究的启示.

澳大利亚大陆内部发生的地震大部分深度在10 km以内.图 1展示了1955年至今所有ML5+地震，包括5个造成地表破裂的大地震：麦克瑞(Meckering，1968，M_L 6.7)地震，卡林格罗(Calingiri，1970，M_L 6.7)地震，卡杜(Cadoux 1979 M_L 6.2)地震，马里亚特克里克(Marryat Creek，1986，M_L 6.0)地震以及滕南特克里克(Tennant Creek，1988，M_L 6.7)地震.据澳大利亚地球科学(Geoscience Australia)统计：澳大利亚平均每年发生80多个3.0级以上的地震；每两年发生1个5.5级以上地震；每五年会发生1个潜在的灾难性6.0级以上的地震.

图 1

Fig. 1

图 1 1955.1-2014.11澳大利亚M 5+地震(图中黑色圆圈，地震目录来自www.ga.gov.au)和文中提到的五个造成地表破裂的大地震 Fig. 1 M 5+ earthquakes recorded in Australia from Jan. 1955 to Nov. 2014 (Catalog from www.ga.gov.au). Five events with surface rupture are noted with text of event locations

基于已有地震，澳大利亚地球科学局从2009年7月开始启动使用一些新的方法(震源模型，强地面运动预测方程和地震危险性模型等)和实时的数据(地震数据、应力数据等)来更新澳大利亚地震活动性图的地震灾害项目(Earthquake Hazard Project)，并已于2012年给出一系列重复时间和响应谱地震危害地图结果，促进了对澳大利亚地壳地震衰减和地震动关系的理解.图 2展示的是0.0秒响应谱段(PGA)500年重复周期3D地震活动性图.这个特定的响应谱段与重复周期的组合和当前的建筑规范相符，也和过往使用的地震活动性图(McCue and Emerton，1993)相对应.从图 2可以看出：澳大利亚西部的地震活动性要高于东部；弗林德斯山脉以及滕南特克里克(Tennant Creek)等地区地震活动性尤其较强.这和5级以上地震的活动性(图 1)基本一致.

图 2

Fig. 2

图 2 500年重复周期0.0 s 反应谱的地震危险性/峰值重力加速度(PGA)三维评估的水平分量值(Burbidge，2012) Fig. 2 Earthquake hazard on rock for the 500 year return period at a response spectral period of 0.0 s (PGA) shown in 3D evaluated for the geometric mean of the horizontal components (Burbidge，2012)

澳大利亚大陆发生的破坏性较强的地震中，1941年发生的目前最大震级的Meeberria地震；1968年发生的第二大的Meckering地震；连续发生3次6级以上且造成严重地表破裂的1988年Tennant Creek地震以及震源深度非常浅的2007年Katanning地震由于其独特性质最具有研究价值，下面将进一步阐述上述4个地震.

1941年4月29日，位于卡尔巴里(Kalbarri)东北方向约200公里的米贝里(Meeberrie)发生了M_L 7.2级的地震(图 3)，这可能是澳大利亚大陆已知最大的地震.该地震震中地区人口密度低，造成的损失很小.在米贝里附近，有一个约35公里长2 m高的大型断层崖，但目前普遍认为这个断层应该在1941年大地震之前就存在.由于当时澳大利亚没有相关的地震研究机构，这次地震仅限于当时当地报纸的报道，对其发生的详细时间等其他信息尚不清楚.

图 3

Fig. 3

图 3 1941年Meeberrie地震，黑色圆圈是地震位置，空心圆圈显示附近城市 Fig. 3 1941 Meeberrie earthquake, the black solid circle shows the location of this earthquake, and the hollow circles show the nearby city

1968年10月14日，位于西澳大利亚州首府珀斯(Perth)以东130 km的麦克瑞(Meckering)发生M_L 6.9级的地震(图 4).这次地震是澳大利亚有记录以来第一个有地表破裂的地震，发生在其最大面积的太古代伊尔干克拉通的西缘，形成了200平方公里，37公里长的右旋逆冲断层.

图 4

Fig. 4

图 4 1968年麦克瑞地震.黑色圆圈是地震位置，空心圆圈显示是附近城市.图中黑线显示是断层 Fig. 4 1968 Meckering earthquake. The black solid circle shows the location of this earthquake, and the hollow circles show the nearby cities. The black lines show the fault lines

Meckering地震是一个浅源成核的地震，震源深度约为1.5 km.Fitch等(1973)研究了这次地震在澳大利亚台网长周期数据的P波初动和S波的极性，发现该地震为一多重破裂地震且3.5 s前的前震具有与主震不同的震源机制解.Vogfjörd等(1987)分析了Meckering地震的长周期和短周期数据，反演获得了矩张量机制解和震源时间函数，认为震源的深度约3 km.Langston(1987)利用Rg/S 比和sP-P到时差以及震相sP对Meckering地震的11个前震和48个余震进行研究认为，震源深度小于2 km，震源深度误差小于1 km，前震深度均小于2 km，大部分余震深度小于1 km.Dentith(2009)利用最新航空地磁异常确定了断层的结构异常和岩石的起源，发现磁异常和麦克瑞地震复杂的地表断层相关.

1988年1月22日，澳大利亚北部的滕南特克里克(Tennant Creek)附近12小时内发生了3个6级以上(M_L 6.3、6.4和6.7)的地震(图 5)，且在震后的一年内至少发生了15000次余震.滕南特克里克位于澳大利亚北部相对稳定的克拉通区域，除了1987年1月发生了2个5级左右的地震之外，直到1988年都没有发生过更大的地震事件.滕南特克里克地震序列为我们提供了一个机会去理解多个主震的板内地震，比如破裂和序列的分布，多个主震的时间和空间关系，余震范围和破裂区域的尺寸关系，不连续激活地表断层响应，主震不同的发震深度等(Choy and Bowman，1990).

图 5

Fig. 5

图 5 1988年滕南特克里克地震.图中黑色圆圈是 3次地震位置，空心圆圈是城市，三角形是台阵的台站，图中黑线显示是断层 Fig. 5 1988 Tennant Creek earthquake. Black solid circles show the locations of three main shocks, hollow circle show the nearby cites, triangles show the station distribution, black lines show the fault lines

Bowman(1988)利用断层以东30km的Warramunga台阵(图 5)对Tennant Creek地震进行定位发现：3个主震从西向东发生，断层从北东向南西方向破裂，Kunayungku 断层由第一个地震最先生成，Lake Surprise断层对应第二、三个地震.McCaffrey(1989)利用长周期的P波、SH波和短周期的P波来约束3次地震的位置和震源参数，发现震源质心深度均小于6 km，持续时间为4到6 s，3次地震都是逆冲机制，且认为每个主震都可能造成地表破裂.Choy和Bowman(1990)利用远震宽频带地震数据研究了3次地震震源机制解和破裂特征，认为第一次和第三次主震生成了Kunayungku断层和Lake Surprise断层的西端，第一个主震从6.5 km 深开始向上和北西方向破裂，第3个地震在4.5 km深度主要向南东破裂，并推断第2个主震产生了南西向中央断层崖.Tennant Creek地震是澳大利亚第一个有近处台阵可以用来研究余震的事件.Bowman等(1990)对短期余震研究发现余震集中分布在断层面的边界，从地表到8 km深，90%低于6 km，三个不同的断层面和地表破裂的三个部分相关.

2007年10月9日在澳大利亚西南部卡坦宁(Katanning)以南约30 km处发生了一次震源深度接近地表的地震(图 6).这次地震位于尤冈克拉通西南缘，处于澳大利亚西南部地震活动区(SWSZ)内.在过去的四十多年里，澳大利亚西南部地震活动区发生了多起具有破坏性的地震，如1968年麦克瑞地震，1972年卡杜地震等.合成孔径雷达(InSAR)监测到了卡坦宁地震的同震形变位移场，其反演结果表明此次地震震级M_W 4.7，震源深度处于上地壳顶部 1 km 内，并在地表存在细微的破裂.Dawson等(2008)基于 InSAR数据通过蒙特卡洛方法研究了卡坦宁地震震源各参数间的折中效应(parameters trade-off)，发现滑移角与断层位置和断层尺度存在较大的相关性，并针对不同的滑移角反演了断层参数.

图 6

Fig. 6

图 6 2007年卡坦宁地震.黑色圆圈是地震位置，空心圆圈显示是附近城市，图中黑线显示是断层 Fig. 6 2007 Katanning earthquake. The black circle shows the location of this earthquake, the hollow circles show the nearby cities.The black lines show the fault lines

澳大利亚大陆由西往东逐渐生成，在过去数十亿年中经历了努纳(Nuna)、罗迪尼亚(Rodinia)和冈瓦纳(Gongawana)三个超大陆形成和分裂，其构造演化历史是地球演化的一个缩影(Li and Powell，2001).澳大利亚西部、北部和南部的克拉通大约在1.83 Ga形成，并在1.3~1.1 Ga并入到罗迪尼亚超大陆，在罗迪尼亚超大陆裂解时部分分解然后重组.澳大利亚最后从冈瓦纳大陆分离，通过一系列的裂解和重组，最终导致其三面被动边缘(洋中脊)的形成.目前澳大利亚向北移动，进入组成下一个超大陆 Amasia 初级阶段.

澳大利亚大陆块体主要由太古宙克拉通地盾、元古宙褶皱带和沉积盆地以及显生宙褶皱带和沉积盆地组成(图 7).太古宙克拉通地盾主要包括三部分：西部克拉通，主要由皮尔巴拉(Pi)和伊尔加恩(Yi)地块组成；北部克拉通，由多个小地块组成；南部克拉通，主要是高勒(Ga)克拉通.元古宙褶皱带和沉积盆地主要包括中部的穆斯戈拉夫(Mu)地块、阿润塔(Ar)地块等，分布在太古宙克拉通地盾周围.显生宙地块位于澳大利亚东部，主要包括南部德尔拉克伦褶皱带(La)，东部的新英格兰褶皱带(NE).塔斯曼线(Tansman Line，图 7中红色虚线)是东部塔斯曼褶皱带和西部古老地盾的分界线.

图 7

Fig. 7

图 7 澳大利亚大陆主要构造简化示意图(Fitch et al., 1973) 黑色点虚线标明主要的克拉通轮廓.红色虚线表示西部和中部的前寒武纪露头和东部显生宙之间的边界(塔斯曼线)的近似位置.地质构造详情参考表格. Fig. 7 Simplified representation of the main tectonic features of Australia (Fitch et al., 1973) The outlines of the major cratons are marked by chain-dotted lines. The approximate location of the boundary between Precambrian outcrop in western and central Australia and the Phanerozoic east (“Tasman line”) is indicated by a red dashed line. Key to marked features are showed in the table.

约55 Ma到50 Ma前，较大的澳大利亚板块与较小的印度板块碰撞拼合形成了印澳板块，然后作为一个整体经历了长期的构造演化并形成了复杂的边界结构.如图 8所示，印澳板块东侧和北侧边界同时包含陆-陆碰撞、洋-洋以及洋-陆俯冲聚敛型边界，比如其西北侧与欧亚板块碰撞形成的喜马拉雅碰撞带(Himalaya Collisional Boundary)，北东侧由太平洋板块在汤加(Tonga)-克马德克(Kermadec)海沟向印澳板块俯冲形成的汤加-克马德克岛弧(TK)等.印澳板块南侧和西侧主要是以印度洋洋中脊为代表的离散型板块边界，但在北西侧与阿拉伯板块交界处则是以转换断层为代表的剪切/转换型板块边界.值得一提的是，Yue等(2012)通过研究2012年4月印度尼西亚苏门答腊岸外发生的两次大地震认为印澳板块目前正在发生分裂.

图 8

Fig. 8

图 8 印澳板块边界动力学背景(Hillis et al.，2008) 大的灰色箭头表示洋中脊推力, 小的灰色箭头表示陆陆碰撞挤压作用力，黑色小箭头表示板块拉张力,实心三角形指示板块俯冲消减方向，空心三角形标注班达弧位置 Fig. 8 Indo-Australian Plate showing the plate boundaries and forces (Hillis et al.，2008) Large grey arrows indicate the mid-ocean ridge push force, small grey arrows indicate resisting continent-continent collisional forces, and small black arrows indicate slab pull forces. Solid triangles indicate the direction of subduction and open triangles delineate the Banda Arc.

印澳板块与四周多个块体发生相互作用不仅形成了复杂的边界类型，同时还造成了复杂的澳大利亚大陆构造应力场.整体上，目前澳大利亚大陆主要处于挤压构造应力背景之中，但不同区域平均应力方向存在明显差异(图 9).在澳大利亚大陆内部，南北向(Amadeus Basion)和东西向压应力(Cooper Basin)并存.南西边界地区主要为东西向挤压应力场，南东边界则表现为西北-东南挤压应力场，东北边界附近近似为南北向挤压应力场，西北边界区域则是东北-西南方向挤压应力场.钻孔形变观测和现场应力调查验证了地壳压应力的积累，现有的地震机制解也和压应力一致(Denham，1988).

图 9

Fig. 9

图 9 澳大利亚应力场分布(Hillis et al.，2008) (a) 线条方向标明最大水平应力方向，长度表示应力方向的可靠性;(b) 澳大利亚不同区域平均应力方向. 箭头的大小和应力取向和该地应力一致 Fig. 9 Australian Stress Map (a) Orientations of the bars indicate orientations of present-day maximum horizontal stress(Hillis et al.，2008). The length of the bar represents the quality of the inferred stress orientation; (b) Mean stress orientations within Australian stress provinces. The size of the arrow indicates the consistency of stress orientations within the province.

最新的古地震、板内断层等新构造的研究进展，极大促进了澳大利亚地震活动性的研究(Crone et al.，1997; Crone et al.，2003; Quigley et al.，2010).基于新构造断层特征(比如长度等)和古地震等信息，Clark等(2010)系统分析了澳大利亚陆内6个构造区域内可能发生的最大地震，认为所有区域最大可能性地震都超过7级，最大地震可能发生在裂谷地区(rift region)，达到M 7.5±0.1(图 10).值得注意的是，新构造断层的分布与地震活动性(图 2)具有较好的对应关系.相信随着越来越多的古地震数据、新构造震源区的细化和断层模型的提出，能克服澳大利亚地震历史记录短的局限，进而能增加对该地区地震的新认识.

图 10

Fig. 10

图 10 基于澳大利亚新构造数据库的新构造划分图以及断层数据(Clark et al., 2010) Fig. 10 Neotectonic domains with fault scarps from the Australian neotectonics database overlain (Clark et al., 2010)

Clark等(2011)搜集了澳大利亚历史地震、地表破裂断层等相关的多个研究成果放在一张图上进行对比分析，指出潜在的灾难性地震在澳大利亚任何地方都可能发生，并且划分了4个潜在的地震危险性区域(图 11红框)：NW seismic zone；SW seismic zone；Finders seismic zone；SE seismic zone.这些数据可以作为未来地震危险性评估的基础，为澳大利亚建筑设计规范等提供有价值的参考.

图 11

Fig. 11

图 11 澳大利亚历史地震地图(M＞4)，地震区的位置(红色方框)，五次有地表破裂的断层(黑色五角心)，已知的和怀疑的新构造特征的位置(Geoscience Australia)与最大水平应力矢量.红点标记的是澳大利亚南部主要人口中心城市：悉尼、墨尔本、阿德莱德和珀斯(Clark et al., 2011) Fig. 11 Shaded relief map of Australia showing locations and magnitudes of historic seismicity (M>4), locations of seismic zones, traces for the five historic surface ruptures, locations of known and suspected neotectonic features (Geoscience Australia), and maximum horizontal stress vectors. Red dots mark the major southern Australian population centres of Sydney, Melbourne, Adelaide and Perth(Clark et al., 2011)

6.1    澳大利亚作为一个古老稳定的大陆块体，尽管发生的地震频度与强度远不及板块边界接触带，但其内部活动性尤其是浅源地震活动性依然较高，不少地震还造成了明显的地表破裂.近些年澳大利亚地震学、大地测量学和新构造等研究进展对研究其境内的活跃断层和板内形变等与地震相关的因素起到了重要作用.通过联合分析澳大利亚地震活动性、动力学特征、以及古地震和板内断层等资料，Clark等(2010，2011)在澳大利亚大陆划分了4个潜在的地震危险性区域，并认为每个区域最大地震都可能超过7级，为澳大利亚大陆板内地震研究以及该地区防震减灾等提供了有价值的资料.结合目前澳大利亚的动力学背景和新构造资料，我们认为其活跃的地震活动性可能与澳大利亚特殊的断层分布特征与所处的挤压应力场有关.

6.2    由于澳大利亚地震台网较为稀疏且大部分地震发生与地表断裂无关，目前对这些板内地震尤其是稳定克拉通内部地震的成因和性质的研究尚显不足.要分析板内地震成因需要研究震源区的构造特征、地震自身孕育过程和地震触发因素以及已发生的地震详细信息.在这些研究过程中，对已有地震深度和位置的精确定位，震源机制解，震区介质性质和物理状态，地震带内断层构造，孕震构造与发震构造的类型和关系，地震发生的物理化学过程，强震触发因素，地震系列的迁移规律和内在机制等都要进行深入系统地分析.

6.3    与大地测量学、地磁学、重力学、新构造学等进行联合研究，相互约速进而提高对板内地震成因以及震区介质性质和物理状态的认识也是十分有必要的.上述综合研究不仅促进了对澳大利亚陆内地震的认识，对我国东部板内地震研究也有一定的借鉴意义.