巴顏喀拉塊體東部區(qū)域震源機(jī)制解的構(gòu)造意義*

屠泓為，樊 榮，楊曉霞，羅國(guó)富

(1.青海省地震局，青海西寧810001;2.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京10036;3.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏銀川750001)

0 引言

2008年5月12日，龍門(mén)山斷裂帶發(fā)生了汶川8.0級(jí)地震，造成了巨大的人員死亡及財(cái)產(chǎn)損失，地震誘發(fā)了大區(qū)域大面積的山崩、滑坡、塌方、泥石流等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，由此引起交通、通訊等方面的次生災(zāi)害。

地震發(fā)生后，各類(lèi)別專(zhuān)業(yè)人員迅速開(kāi)展資料收集工作并進(jìn)行研究，地震記錄表明，余震主要分布在映秀鎮(zhèn)至青川縣的龍門(mén)山斷裂帶中北段，形成長(zhǎng)達(dá)330 km的余震帶 (張培震等，2008)。主震震源機(jī)制解表明，本次地震是以逆沖為主兼少量的右旋分量的地震，這種結(jié)果比較吻合巴顏喀拉地塊向東“逸出”的構(gòu)造機(jī)制，得到了廣泛的關(guān)注 (曾融生等，1993;熊熊等，2001;張培震等，2002a，b;徐錫偉等，2003;朱守彪，張培震，2009)。張培震等 (2008)認(rèn)為龍門(mén)山沿這條破裂斷裂帶既有垂直抬升和逆沖運(yùn)動(dòng)，又有東北方向的運(yùn)動(dòng)，最大的垂直錯(cuò)距和右旋水平錯(cuò)距分別達(dá)到5.0 m和4.8 m，沿整個(gè)破裂帶的平均錯(cuò)距可達(dá)2～3 m。因?yàn)樵搮^(qū)域歷史地震記載中只有3次6～6?2級(jí)強(qiáng)震，而且其第四紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)速率很低，造成了速率活動(dòng)較小的區(qū)域地震危險(xiǎn)性較小的誤判，這次地震的突發(fā)性和超預(yù)期的強(qiáng)度改變了地學(xué)界的一些觀點(diǎn)和研究思路 (張培震等，2008)。劉峽等 (2014)的研究結(jié)果顯示強(qiáng)震前龍門(mén)山斷裂帶保持低變形，右旋錯(cuò)動(dòng)不超過(guò)1 mm·a-1，擠壓不超過(guò)0.5 mm·a-1，明顯低于其他斷裂帶，但其兩側(cè)應(yīng)力值與其他斷裂帶相當(dāng)，主壓應(yīng)力軸與斷裂帶走向垂直，形成很寬的擠壓帶。

本文結(jié)合青藏高原的塊體構(gòu)造和中小地震震源機(jī)制解，計(jì)算巴顏喀拉地塊東部區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向，并運(yùn)用相關(guān)結(jié)果與主震所代表的應(yīng)力場(chǎng)作對(duì)比研究。

1 研究概述

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究是認(rèn)識(shí)地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的重要方法之一，它不僅涉及到地震發(fā)生的力源和所在地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)孕育和轉(zhuǎn)變的規(guī)律，而且可以推斷地下未知構(gòu)造的方位、性質(zhì)和形態(tài)等，對(duì)解釋板塊運(yùn)動(dòng)、山脈的隆升、斷裂構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)模式等方面的研究都具有重要意義 (張國(guó)民，張培震，2000)。

Aki(1966)提出運(yùn)用格點(diǎn)嘗試法對(duì)同一區(qū)域多樣本震源機(jī)制解的平均P、B、T軸的方向進(jìn)行求取和換算可代表區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)。許忠淮等 (1987)認(rèn)為區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在一定的時(shí)空內(nèi)具有一定的穩(wěn)定性，雖然每個(gè)地震都會(huì)在震源區(qū)附近引起應(yīng)力場(chǎng)的一定變化，但只要有一定的樣本量，多個(gè)地震的平均P、B、T軸方向可代表一個(gè)區(qū)域或者構(gòu)造帶的平均構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布情況。這一方法在地震學(xué)各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 (許忠淮等，1987;萬(wàn)永革等，2011a，b;盛書(shū)中等，2013;屠泓為等，2014)。

分析表明，破裂面的優(yōu)勢(shì)取向與引起破裂的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，故應(yīng)力場(chǎng)方向在破裂面的研究方面具有重要作用。在巖石層內(nèi)，巖石處于高位壓狀態(tài)，如果以P1、P2、P3軸分別表示震源區(qū)在破裂前一刻的主 (張)應(yīng)力軸，那么破裂面即斷層面與最大主壓應(yīng)力軸P3軸的夾角隨內(nèi)摩擦系數(shù)μ的增大而減小，P軸和T軸方向反映了地震前后震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)的變化，而不是震源區(qū)構(gòu)造應(yīng)力本身。如圖1所示，P、T軸與P1、P3的方向都分別成45°-θ的角度 (陳運(yùn)泰，顧浩鼎，2004)。因此，運(yùn)用P、T軸研究構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)時(shí)應(yīng)該考慮這一方面，當(dāng)μ=0時(shí)，破裂面的法向與P1軸夾角θ為45°，當(dāng)μ=1時(shí)，破裂面的法向與P1軸夾角θ為22.5°。故在實(shí)際分析中，P、T軸與 P1、P3的方向夾角變化范圍為22.5°～45°。

圖1 巖石破裂三軸應(yīng)力試驗(yàn)示意圖(據(jù)陳運(yùn)泰，顧潔鼎，2004)Fig.1 The schematic diagram of fracturerock triaxial stress test(according to Chen，Gu，2004)

圖2 巴顏喀拉地塊東部區(qū)域地震震源機(jī)制解分布Fig.2 The distribution of focal mechanism solution of earthquakes in east area of Balyanlkalla Block

2 計(jì)算與分析

為結(jié)合巴顏喀拉塊體東部區(qū)域分析汶川周邊區(qū)域的地震分布及構(gòu)造等，根據(jù)哈佛大學(xué)GCMT目錄 (表1)①http://www.globalcmt.org/.，本文在 (95°～105°E，29°～37°N)范圍內(nèi)選取了分布在巴彥喀拉塊體周邊區(qū)域的131次地震的震源機(jī)制解 (圖2)，MS≥6.3地震約15次，其中塊體東部邊界龍門(mén)山斷裂附近的地震頻次高、強(qiáng)度大，如發(fā)生過(guò)1976年8月的兩次7級(jí)地震和1次6.7級(jí)地震、2008年5月12日汶川8.0級(jí)地震、2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震等，這些地震震源機(jī)制均顯示以右旋逆斷層為主的破裂性質(zhì)，歷史上還發(fā)生了1933年7月25日茂汶疊溪7?2級(jí)地震，表明龍門(mén)山斷裂帶的活動(dòng)構(gòu)造十分強(qiáng)烈。但早期地震均發(fā)生在龍門(mén)山斷裂帶的偏北部區(qū)域，而龍門(mén)山斷裂帶的中西南部區(qū)域卻鮮有地震發(fā)生;巴顏喀拉地塊北部也有一系列地震發(fā)生，但成帶性不明顯，而是成叢的發(fā)生，最大為1990年4月26日MS7.0地震;其塊體南部沿甘孜—玉樹(shù)—風(fēng)火山斷裂至鮮水河斷裂發(fā)生了一系列地震，其破裂性質(zhì)均以左旋走滑為主;而巴塘、理塘等斷裂帶上的地震則表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)。南

部區(qū)域地震性質(zhì)的不同，表明了青藏高原主要力源是受印度洋板塊向北推擠而產(chǎn)生的，而在青藏高原的東部區(qū)域受到力的方向主要是東北向至東北東向，由此形成的塊體受力不均勻而產(chǎn)生的位移速率不同，于是在有些區(qū)域形成拉張狀態(tài)，例如出現(xiàn)的正斷層地震就是實(shí)例。

表1 研究區(qū)域的GCMT解 (UTC)Tab.1 The GCMT solution in research region(UTC)

續(xù)表1

圖3 巴顏喀拉地塊東部分區(qū)域綜合應(yīng)力場(chǎng)Fig.3 The sub regional comprehensive stress field in east area of Balyanlkalla Block

通過(guò)分析地震性質(zhì)分類(lèi)，得出研究區(qū)域內(nèi)的走滑型、逆斷層型、正斷層型分別占51%、31%及18%，表明研究區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)是以擠壓錯(cuò)動(dòng)為主，這樣才會(huì)產(chǎn)生眾多的走滑斷層和逆斷層的地震，而正斷層性質(zhì)地震一般僅在一些特殊部位出現(xiàn)。

為研究小區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)地震分布將研究區(qū)域以巴顏喀拉地塊東部為中心劃分為3個(gè)目標(biāo)區(qū) (圖2)，分別為巴顏喀拉地塊西南、北部及東南區(qū)域。獲得的綜合應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果如圖3所示，西南部區(qū)域的主壓應(yīng)力軸方向?yàn)楸睎|向 (237°～239°)，仰角變化范圍為16°～18°，主張應(yīng)力軸方向?yàn)楸蔽飨?(147°～149°)，仰角為0°～2°(圖3a);北部區(qū)域的主壓應(yīng)力軸方向?yàn)榻鼥|西向 (265°～275°)，仰角為 1°～6°，主張應(yīng)力軸為近南北向(171°～182°)，仰角為46°～50°(圖3b);東南部區(qū)域 (龍門(mén)山斷裂帶)的主壓應(yīng)力軸為東北東向(42°～93°)，仰角為0°～17°，主張應(yīng)力軸變化范圍比較大，為115°～251°(圖3c)。

根據(jù)上述求取的主壓 (張)應(yīng)力軸的方向，取μ=1，經(jīng)換算可分別估算出西南、北部和東南3個(gè)區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向分別為北東北向、近東北向和近東西向。從構(gòu)造分布上來(lái)驗(yàn)證應(yīng)力場(chǎng)方向的合理性表明，這些區(qū)域的構(gòu)造破裂走向比較符合前述的巖石破裂三軸應(yīng)力試驗(yàn)示意圖，表明本文對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的估算是合理的。

由圖2可以看出，1976年以來(lái)巴顏喀拉地塊內(nèi)部幾乎沒(méi)有中強(qiáng)以上地震發(fā)生，地震主要分布在塊體外部，揭示了巴顏喀拉地塊內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定。這種應(yīng)力場(chǎng)的格局表明巴顏喀拉地塊在印度洋板塊的不均勻推擠作用下，并由受到于青藏塊體的強(qiáng)烈阻擋和相互作用，形成巴顏喀拉地塊向東“逸出”是合理的，震源機(jī)制解的分布特征也證明了相應(yīng)的構(gòu)造背景。

一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)震尤其大地震的震源機(jī)制解可以代表一個(gè)斷層或者一個(gè)區(qū)域的應(yīng)力狀況，通過(guò)對(duì)2008年5月12日汶川MS8.0地震震源機(jī)制解的分析，表明斷層走向?yàn)?31°，傾角35°，滑動(dòng)角138°，P軸方位角為107.5°，仰角為18°，T軸方位角為229°，仰角為58°。如果仍取μ=1，那么汶川MS8.0地震代表的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)約為130°，也就是近東南東向，和運(yùn)用多個(gè)震源機(jī)制解解算的綜合應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論與討論

(1)在巴顏喀拉塊體的南部邊界及北部邊界的地震以走滑性質(zhì)為主，而其東部邊界以逆沖為主，西南區(qū)域靠近塊體邊界區(qū)域的地震以走滑性質(zhì)為主，而南部遠(yuǎn)離邊界區(qū)域的的許多地震出現(xiàn)了以正斷層性質(zhì)為主的分布狀態(tài)，這種分布表明了塊體不同區(qū)域的力學(xué)狀態(tài)有很大的差異。

(2)分區(qū)域主應(yīng)力軸綜合計(jì)算認(rèn)為，在塊體的不同區(qū)域，尤其是不同邊界帶附近地震的主壓應(yīng)力軸均表現(xiàn)了各自的特征。

(3)巴顏喀拉地塊西南北部和東南區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分別為北東北向近東北向、近東西向，而汶川8.0級(jí)地震的主壓應(yīng)力方向?yàn)闁|南東向。

(4)汶川8.0級(jí)地震的震源機(jī)制解所代表的應(yīng)力場(chǎng)方向與巴顏喀拉地塊東南區(qū)域的綜合應(yīng)力場(chǎng)一致。該地震的大尺度地表破裂和破裂形態(tài)進(jìn)一步證實(shí)巴顏喀拉地塊存在向東“逸出”的結(jié)論。

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