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      柴達(dá)木盆地北部2021年6月16日青海茫崖MS5.8地震發(fā)震構(gòu)造分析

      2022-12-23 04:02:50張博譞鄭文俊何驍慧李啟雷張冬麗
      地震地質(zhì) 2022年5期
      關(guān)鍵詞:冷湖鄂博震區(qū)

      張博譞 鄭文俊 陳 杰 何驍慧 李啟雷 張冬麗 段 磊 陳 干

      1)中山大學(xué),地球科學(xué)與工程學(xué)院,廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,珠海 510275 2)南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海),珠海 519082 3)中國地震局地質(zhì)研究所,地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029 4)新疆帕米爾陸內(nèi)俯沖國家野外科學(xué)觀測研究站,北京 100029 5)青海省地震局,西寧 810001 6)防災(zāi)科技學(xué)院,三河 065201

      0 引言

      繼2021年5月22日在青海果洛州瑪多縣(34.59°N,98.34°E)發(fā)生MS7.4 地震后,6月16日16時(shí)49分在青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖附近再次發(fā)生地震。中國地震臺(tái)網(wǎng)中心(CENC)測定的震級(jí)為MS5.8 ,震中位于(38.14°N,93.81°E),震源深度約10km(1)https: ∥www.cea.gov.cn。。美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站給出的地震初始破裂點(diǎn)為(38.21°N,93.72°E),震級(jí)為MW5.5 ,震源深度為14km(2)https: ∥earthquake.usgs.gov。。全球矩心矩張量(GCMT)目錄網(wǎng)站給出的地震初始破裂點(diǎn)為(38.25°N,93.72°E),震級(jí)為MW5.5 ,震源深度為 16.5km(3)https: ∥www.globalcmt.org。。德國GFZ網(wǎng)站給出的地震初始破裂點(diǎn)為(38.13°N,93.76°E),震級(jí)為MW5.5 ,震源深度為17km(4)https: ∥geofon.gfz-potsdam.de。。顯然,不同機(jī)構(gòu)給出的地震破裂起始點(diǎn)位置、 震源機(jī)制解均有所不同(表1)。

      表1 不同機(jī)構(gòu)給出的茫崖 MS5.8 地震的參數(shù)

      此次地震發(fā)生在柴達(dá)木盆地北部(圖1,2),這里發(fā)育了眾多第四紀(jì)活動(dòng)褶皺及隱伏斷層(劉志宏等,2005; 王步清,2005; 魏國齊等,2005; 高長海等,2007a)。盡管前人已對(duì)這些構(gòu)造的變形樣式、 演化歷史和油氣運(yùn)移等方面做了大量工作(狄恒恕等,1991; 楊明慧,1998; Yueetal.,1999; 戴俊生等,2000; 高先志等,2003; 王步清等,2006; 高長海等,2007b; 白亞東等,2019; Luoetal.,2022),但對(duì)其第四紀(jì)活動(dòng)習(xí)性、 發(fā)震構(gòu)造模式與最大震級(jí)上限等尚缺乏研究。近年來,柴達(dá)木盆地發(fā)生了多個(gè)約5級(jí)的地震,如2019年3月27日青海茫崖MS5.0 地震、 2021年12月18日的青海茫崖MS5.1 地震、 2021年12月29日青海格爾木市MS4.8 地震等。這些地震發(fā)生在哪條斷裂上、 具有怎樣的發(fā)震構(gòu)造模式、 該區(qū)未來是否仍有發(fā)生中強(qiáng)地震的可能都是亟需回答的問題。

      圖1 柴達(dá)木盆地及鄰區(qū)主要構(gòu)造簡圖與2021年6月16日青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖5.8級(jí)地震的震中位置

      本次地震的發(fā)生為研究上述問題提供了難得的機(jī)會(huì)。本文利用CAP方法反演了茫崖MS5.8 地震的震源機(jī)制解和震源深度,結(jié)合震區(qū)地表地質(zhì)、 衛(wèi)星影像解譯和重點(diǎn)地震反射剖面的重新分析,討論了青海茫崖MS5.8 地震的發(fā)震構(gòu)造,初步評(píng)估了震區(qū)主要構(gòu)造的震級(jí)上限。文中工作為進(jìn)一步理解柴達(dá)木盆地與祁連山之間的現(xiàn)今構(gòu)造變形、 應(yīng)力狀態(tài)及動(dòng)力學(xué)過程提供了更多數(shù)據(jù)支持,也為該區(qū)的未來強(qiáng)震趨勢預(yù)測提供理論依據(jù)。

      1 區(qū)域構(gòu)造背景

      柴達(dá)木盆地為三角形內(nèi)流山間盆地,東北以南祁連山—黨河南山為界,西北以阿爾金斷裂為界,南接祁曼塔格山和東昆侖斷裂。柴達(dá)木盆地在古生代是一個(gè)被地槽所包圍的穩(wěn)定地塊,海西晚期—印支期周邊地槽相繼褶皺隆起,盆區(qū)開始下陷,形成了中、 新生代的陸相沉積盆地(中國石油地質(zhì)志編寫組,1990)。中、 新生代陸相沉積巖的最大厚度>17000m,其中新生代沉積物厚達(dá)10km(中國石油地質(zhì)志編寫組,1990; Fangetal.,2007)。這些新生代地層自下向上被劃分為7個(gè)巖性單元,分別為路樂河組、 下干柴溝組、 上干柴溝組、 下油砂山組、 上油砂山組、 獅子溝組和七個(gè)泉組(中國石油地質(zhì)志編寫組,1990)。

      由于受東昆侖向N的推擠、 阿爾金構(gòu)造帶的左行走滑以及南祁連向SW的沖斷作用,柴達(dá)木盆地、 阿爾金斷裂帶與南祁連山交會(huì)區(qū)的中、 新生代構(gòu)造變形十分復(fù)雜(青海地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991; 李廷棟,1995; 戴俊生等,1999; 胡受權(quán)等,1999; 郭占謙等,2001; 魯如魁等,2005; 王步清,2005; 王步清等,2006; Luoetal.,2022)。由北而南可劃分為以下幾個(gè)新構(gòu)造單元: 向SW逆沖的南祁連-黨河南山逆沖系、 柴北緣逆沖系以及北柴達(dá)木盆地(Yinetal.,2008)。

      柴北緣逆沖系是南祁連-黨河南山逆沖系向S逆沖最前緣的大型韌性剪切帶,長約500km(Yinetal.,2008),往往由幾條近平行的逆斷層構(gòu)成疊瓦狀構(gòu)造,斷層傾向NE,斷面傾角上陡下緩,地表或淺部為高角度(60°~80°)逆斷層,向深部傾角逐漸變緩(<20°),且有自淺部向深部逐漸收斂歸并之勢,形成鏟式斷裂(狄恒怒,1984)。

      此次地震震區(qū)自北向南主要由4條近NW走向的構(gòu)造帶組成,包括平臺(tái)凸起、 賽南凹陷、 冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶(王步清等,2005; Luoetal.,2022)(圖2)。三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶是平臺(tái)凸起的西南邊界,位于賽什騰山西南緣邊界斷裂賽南逆斷裂以西,是柴北緣逆沖系向S逆沖的最前緣構(gòu)造(Zhangetal.,2022)。冷湖逆斷裂-褶皺帶由1~7號(hào)共7個(gè)不同規(guī)模的背斜構(gòu)造組成,參與構(gòu)造變形的地層有石炭系,中、 下侏羅統(tǒng)和新生界地層(戴俊生等,1999)。鄂博梁逆斷裂-褶皺帶由鄂博梁Ⅰ號(hào)、 鄂博梁Ⅱ號(hào)、 葫蘆山、 鄂博梁Ⅲ號(hào)和鴨湖5個(gè)不同規(guī)模的背斜構(gòu)造組成(孔紅喜等,2021)。

      圖2 震區(qū)地質(zhì)圖及條帶地形剖面

      柴達(dá)木盆地北部構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,歷史及現(xiàn)今曾發(fā)生過多次破壞性地震。在霍布遜湖附近發(fā)生了1962年5月21日6.8級(jí)地震和1977年1月19日6.3級(jí)地震。錫鐵山地區(qū)附近于1991—1993年和1997—1999年發(fā)生過2次小地震群,尤其是1991年9月2日在錫鐵山發(fā)生的MS5.1 地震,雖然沒有造成人員傷亡,但造成的經(jīng)濟(jì)損失超過270萬元(姚生海等,2020)。德令哈附近于2003年4月17日發(fā)生了6.6級(jí)地震,使宗務(wù)隆山逆沖斷層發(fā)生部分破裂(孫長虹等,2012; Zhaetal.,2013)。2008年11月10日和2009年8月28日在德令哈斷裂帶西部相繼發(fā)生了6.3級(jí)和6.4級(jí)地震(Elliottetal.,2011; Chenetal.,2013; Liuetal.,2015)。Wang等(2020)對(duì)2019年3月27日青海茫崖MW5.0 地震開展了細(xì)致研究,認(rèn)為該地震使沿NE傾英雄嶺逆斷層上部斷坡的一部分發(fā)生破裂,致使正在施工中的8孔鉆井鉆桿發(fā)生同震斷錯(cuò),最大同震位移約為40cm,破裂面積約為45km2。Wang等(2020)認(rèn)為英雄嶺逆斷層為全新世活動(dòng)斷裂,其最大震級(jí)上限可達(dá)MW7.7 。

      2 主震的震源機(jī)制解與震源矩心深度

      震源機(jī)制解是利用地球物理學(xué)方法判斷斷層類型和地震發(fā)震機(jī)制的一種方法,不僅可描述發(fā)震斷層的幾何特征,也可揭示震源處斷層的運(yùn)動(dòng)方式(王志偉等,2018; 易桂喜等,2021)。CAP(Cut-and-Paste)方法是一種基于近場地震波形記錄進(jìn)行地震矩張量解的反演方法,該方法對(duì)近震數(shù)據(jù)中的體波和面波分別賦予不同的權(quán)重進(jìn)行震源機(jī)制反演,結(jié)合體波部分包含的深度震相信息可更好地求解震源機(jī)制解,并獲得相對(duì)準(zhǔn)確的震源矩心深度(Dziewonskietal.,1981; 羅艷,2010; Ekstr?metal.,2012; 龍鋒等,2021; 王月等,2021)。

      本文利用CAP方法反演茫崖MS5.8 地震的震源機(jī)制解和震源深度。選取震中450km范圍內(nèi)波形記錄良好的地震監(jiān)測臺(tái)站的波形數(shù)據(jù)參與反演,最終篩選出青海、 新疆及甘肅地震臺(tái)網(wǎng)的15個(gè)寬頻帶臺(tái)站(圖3a)。在CAP反演中,Pnl和面波部分的時(shí)窗長度均為60s,濾波頻段均為0.05~0.1Hz。由于茫崖MS5.8 地震發(fā)生在柴達(dá)木盆地與阿爾金斷裂的交會(huì)區(qū)域,速度結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,為獲取可靠的震源機(jī)制參數(shù),本文首先測試了3種速度模型對(duì)結(jié)果的影響: Crust1.0、 Crust2.0以及阿爾金地區(qū)的地殼層析成像結(jié)果(姜枚等,1999; 陳俊廂等,2003)。在不改變其他反演參數(shù)的情況下,Crust2.0速度模型(表2)對(duì)應(yīng)的波形擬合殘差小于Crust1.0和阿爾金地區(qū)的地殼層析成像模型,這可能是由于臺(tái)站分布范圍較大,采用更平均的速度模型可以對(duì)大多數(shù)臺(tái)站的波形記錄有較好的擬合效果。

      圖3 a 茫崖 MS5.8 地震震中與地震監(jiān)測臺(tái)站分布圖; b 茫崖 MS5.8 地震震源機(jī)制反演誤差隨震源深度的變化圖(初始深度設(shè)定為10km)

      表2 速度模型

      反演結(jié)果顯示,在不同震源深度獲取的震源機(jī)制解較為穩(wěn)定,均為逆沖性質(zhì),當(dāng)震源深度為13km時(shí)殘差達(dá)到極小值(圖3b),2個(gè)雙力偶節(jié)面參數(shù)依次為: 節(jié)面I,走向291°、 傾角41°、 滑動(dòng)角91°; 節(jié)面Ⅱ,走向110°、 傾角49°、 滑動(dòng)角89°。表1 列出了本文、 USGS與GCMT給出的震源機(jī)制解結(jié)果,本文結(jié)果介于USGS和GCMT結(jié)果之間,與二者的Kagan角均<15°,一致性較好。圖4 為茫崖MS5.8 地震的理論地震圖與觀測波形擬合圖,大部分臺(tái)站的波形擬合較好,在參與擬合的75個(gè)擬合分量中,88%的擬合分量相關(guān)系數(shù)>0.6,表示二者具有較好的擬合關(guān)系。

      圖4 茫崖 MS5.8 地震的理論地震圖與觀測波形擬合圖

      3 震區(qū)主要第四紀(jì)構(gòu)造及其變形特征

      震區(qū)主要構(gòu)造總體走向NW,由北而南包括三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶、 小丘林逆斷裂-褶皺帶、 冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶,均是延伸超過千米的線形斷裂帶(圖1,2),每個(gè)構(gòu)造帶均由一系列斜列的第四紀(jì)活動(dòng)背斜及下伏隱伏逆斷層組成(劉志宏等,2005; 王步清等,2005; 魏國齊等,2005; 肖安成等,2005; Zhangetal.,2022)。

      地質(zhì)、 地貌填圖及鉆井、 地震反射剖面解譯結(jié)果表明(肖安成等,2005; 高長海等,2007a; Luoetal.,2022),冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶在平面上呈反“S”形展布,總體向NW阿爾金斷裂方向收斂,向盆內(nèi)展開,具有雁列和帚狀展布特征。在剖面上往往表現(xiàn)為分層變形特征(如冷湖五號(hào)、 冷湖六號(hào)、 鄂博梁Ⅱ號(hào)與Ⅲ號(hào)、 葫蘆山、 鴨湖等背斜構(gòu)造),深部主控逆沖斷裂多發(fā)育于下干柴溝組及以下地層,對(duì)中—新生界沉積具有明顯的控制作用,具有多期活動(dòng)的特點(diǎn),第四紀(jì)仍在活動(dòng),均為隱伏斷層,未出露于地表; 淺部滑脫斷層多發(fā)育于上干柴溝組及以上地層,直接控制著地表第四紀(jì)褶皺的生長與演化,該組斷裂的活動(dòng)期主要在上新世末—更新世(肖安成等,2005; 高長海等,2007a; Luoetal.,2022)。此外,斷裂的活動(dòng)時(shí)代、 斷距大小、 活動(dòng)強(qiáng)度沿走向存在變化,具有西早東晚、 西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。

      需要指出的是,地震反射剖面揭示的深部主控逆斷層大多為高角度逆斷層,地表8km以深同向反射軸很不清晰,因而無法判斷震區(qū)深部是否發(fā)育統(tǒng)一的滑脫面。

      3.1 三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶

      三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶是柴北緣逆沖系向S逆沖最前緣的古生代基底卷入斷展褶皺帶,總體走向NW,長約26km,寬約8km。此褶皺帶下伏斷層面為一上陡下緩、 傾向N的基底卷入式逆沖斷層,斷層上盤僅保留部分新生代地層(圖5)。其中位于最前緣的為三臺(tái)背斜,深部主控逆斷層傾向NE,傾角約為62°,上斷點(diǎn)斷錯(cuò)了獅子溝組地層(圖5)(Zhangetal.,2022)。新生代所有地層均卷入褶皺變形,地表背斜南翼在獅子溝組地層中出露了清晰的生長地層,Zhang等(2022)認(rèn)為該背斜約在距今(3.0±1.1)Ma開始最新一次的快速變形。橫穿背斜的晚更新世洪積扇面及沖溝階地面均發(fā)生了褶皺變形,并廣泛發(fā)育彎滑斷層陡坎,距今125ka以來的縮短速率約為0.4mm/a(Zhangetal.,2022)。

      圖5 三臺(tái)背斜帶構(gòu)造的典型地震反射剖面

      3.2 小丘林逆斷裂-褶皺帶

      小丘林逆斷裂-褶皺帶位于三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶西南側(cè),總體走向NW,地表由2個(gè)不連續(xù)的背斜斜列組成,未見斷層出露。小丘林西背斜長約33km,東背斜長約44km,寬約12km(圖2)。地表背斜為一個(gè)南西翼陡傾、 北東翼緩傾的不對(duì)稱背斜,深部主控?cái)鄬訛橐粋€(gè)傾向NE的逆斷層,構(gòu)成斷展褶皺。在背斜兩翼的獅子溝組地層及七個(gè)泉組地層中發(fā)育明顯的生長地層,推測其第四紀(jì)以來仍在活動(dòng)(圖6)。

      圖6 冷湖七號(hào)東背斜的典型地震反射剖面(據(jù)余夢(mèng)麗,2018; Luo et al.,2022修改)

      3.3 冷湖逆斷裂-褶皺帶

      冷湖逆斷裂-褶皺帶位于小丘林逆斷裂-褶皺帶的西南側(cè),西接小賽什騰山,東臨南八仙構(gòu)造,總體呈NW-SE走向,由1~7號(hào)等7個(gè)不同規(guī)模、 不同類型的背斜構(gòu)造組成,總長約144km,最寬處可達(dá)17km,在平面上呈反“S”形組合。由NW向SE,背斜核部出露地層由老變新,地層埋深逐漸增加,如路樂河組地層的埋藏深度在冷湖七號(hào)背斜為5000m,向NW逐漸變淺(馬達(dá)德等,2018; 周飛等,2019); 構(gòu)造變形程度由NW向SE逐漸減弱(戴俊生等,1999; Luoetal.,2022)。

      冷湖逆斷裂-褶皺帶大致可以分為西段、 中段和東段3段(趙寒森,2010)。西段包括冷湖一號(hào)、 冷湖二號(hào)、 冷湖三號(hào),長約26km,走向NWW,呈右列式展布,以近EW向斷裂、 褶皺展布為特征,表現(xiàn)為向N逆沖的斷層或北陡南緩的背斜構(gòu)造,與阿爾金斷裂呈銳角相交,明顯受阿爾金走滑斷裂體系的控制。

      中段包括冷湖四號(hào)和冷湖五號(hào)構(gòu)造,長約38km,軸向NNW,呈斜列式展布。冷湖四號(hào)背斜的地表露頭西翼緩東翼陡,核部出露油砂山組與獅子溝組地層。從已發(fā)表的地震反射剖面(Luoetal.,2022)可見,地表冷湖四號(hào)背斜是受淺部W傾隱伏逆斷層控制的斷展褶皺,但該斷層及背斜西翼隨后又被更深部的E傾主逆斷層斷錯(cuò)。冷湖五號(hào)構(gòu)造在地表為北東翼緩、 南西翼陡的不對(duì)稱背斜。從Luo等(2022)的研究中可見,該構(gòu)造由深、 淺2套逆斷層系統(tǒng)組成,深層隱伏陡傾主逆斷層傾向NE,控制了整個(gè)背斜的生長。淺層發(fā)育了傾向SW的陡傾逆斷層,改造了地表背斜的幾何形態(tài),南西翼可見清晰的生長地層,更新統(tǒng)地層也卷入變形(Luoetal.,2022)。

      東段包括冷湖六號(hào)和冷湖七號(hào)構(gòu)造,長約80km,總體走向NWW,呈左列式展布(趙寒森,2010; Luoetal.,2022)。在高分辨率衛(wèi)星影像上未發(fā)現(xiàn)任何地表斷層陡坎。與冷湖五號(hào)構(gòu)造類似,冷湖六號(hào)背斜之下發(fā)育了深、 淺2套隱伏逆斷層,淺層主斷層向S陡傾,上盤發(fā)育斷展褶皺,北翼可見生長地層,上新統(tǒng)—更新統(tǒng)卷入變形; 深層主斷層傾向NE,上盤發(fā)育S傾次級(jí)斷層,表現(xiàn)為正花狀構(gòu)造(Luoetal.,2022)。冷湖七號(hào)背斜構(gòu)造是冷湖逆斷裂-褶皺帶中規(guī)模最大的背斜(圖2),長約45km,寬約16km,地表為西窄東寬的大型長軸背斜構(gòu)造,深部由2條分別傾向N和S的逆斷層相背逆沖,構(gòu)成一個(gè)沖起背斜(圖6,7)。深、 淺層構(gòu)造協(xié)調(diào),深、 淺層構(gòu)造的高點(diǎn)基本一致,地層彎曲形態(tài)相似,核部發(fā)育多條小規(guī)模次級(jí)斷層(戴俊生等,1999; 李宏義等,2007; Luoetal.,2022)。

      3.4 鄂博梁逆斷裂-褶皺帶

      鄂博梁逆斷裂-褶皺帶發(fā)育在冷湖逆斷裂-褶皺帶的西南側(cè)(圖2),長約175km,總體走向NNW。地表由鄂博梁I號(hào)、 Ⅱ號(hào)、 Ⅲ號(hào)、 葫蘆山、 鴨湖、 伊克雅烏汝、 臺(tái)吉乃爾等大型背斜構(gòu)造組成。所有地表構(gòu)造均為近對(duì)稱的背斜構(gòu)造,未見深部主控?cái)鄬映雎兜乇?。這些背斜構(gòu)造的翼部均發(fā)育生長地層,新近紀(jì)—更新世地層均卷入變形,背斜起始變形時(shí)間由北向南漸新(孔紅喜等,2021; Luoetal.,2022)。

      鄂博梁Ⅰ號(hào)背斜位于逆斷裂-褶皺帶的西北端,是一近對(duì)稱背斜,深、 淺層褶皺形態(tài)相似,深部由一條向SW陡傾的主逆斷層控制,表現(xiàn)為斷展褶皺,主斷層上盤發(fā)育多條小規(guī)模、 傾向SW的次級(jí)斷層(Luoetal.,2022)。除鄂博梁I號(hào)背斜外,其他背斜構(gòu)造均具有上、 下分層變形特征,深、 淺層變形不協(xié)調(diào),淺層主斷層均傾向SW,形成近對(duì)稱的斷展褶皺; 深層斷層較淺層發(fā)育,主斷層傾向SW,多表現(xiàn)為花狀構(gòu)造(圖8)(Luoetal.,2022)。

      4 討論與初步認(rèn)識(shí)4.1 發(fā)震構(gòu)造分析

      地震發(fā)生后,相關(guān)機(jī)構(gòu)給出的青海茫崖MS5.8 地震的震中分別位于冷湖逆斷裂-褶皺帶東南端的冷湖七號(hào)背斜帶和小丘林東逆斷裂-褶皺帶(圖2)。冷湖七號(hào)背斜帶的地表由上油砂山組、 獅子溝組和七個(gè)泉組地層組成,為寬緩近對(duì)稱的背斜。從衛(wèi)星影像中可清晰地看出地表冷湖七號(hào)背斜帶總體呈一個(gè)向SW凸出的弧形構(gòu)造,由東、 西2個(gè)背斜組成。西背斜走向NW,東背斜西段走向NW,東段走向近NWW(圖2)。已有的研究表明(王步清等,2005; 魏國齊等,2005; 肖安成等,2005; Luoetal.,2022),由于受阿爾金斷裂左旋走滑作用的影響,冷湖逆斷裂-褶皺帶與鄂博梁逆斷裂-褶皺帶近EW走向段的斷裂和褶皺構(gòu)造主要以沖斷推覆為特征,而NW或NNW走向段表現(xiàn)為斜向的右旋走滑沖斷。

      由圖2 可見,GCMT給出的震中位于小丘林東逆斷裂-褶皺帶W傾伏端南翼,USGS給出的震中位于冷湖七號(hào)西背斜東段北翼,GFZ給出的震中位于冷湖七號(hào)東背斜西段南翼近核部,中國地震臺(tái)網(wǎng)中心給出的震中則位于冷湖七號(hào)東背斜軸線附近(圖2)。利用CAP方法反演的本次地震的震源深度約為13km,震源機(jī)制解為純逆沖性質(zhì),2個(gè)雙力偶節(jié)面參數(shù)依次為: 節(jié)面I,走向291°、 傾角41°、 滑動(dòng)角91°; 節(jié)面Ⅱ,走向110°、 傾角49°、 滑動(dòng)角89°。據(jù)此判斷,該地震應(yīng)發(fā)生在近EW走向的逆斷層上,而非NW走向的斜向右旋走滑沖斷層上。

      由橫穿冷湖七號(hào)東背斜東段的地震反射剖面(圖6,7)可見,背斜深部發(fā)育2條分別向N和S傾的隱伏逆斷層,相背逆沖構(gòu)成一個(gè)沖起背斜構(gòu)造,斷層傾角向下由62°逐漸變緩。將不同機(jī)構(gòu)給出的震中位置投影在如圖7 所示的地震反射剖面上,可見中國地震臺(tái)網(wǎng)中心給出的震中位于N傾逆斷層向下的延伸線上,而USGS給出的震中則位于S傾逆斷層向下的延伸線上??紤]到該次地震震中和震源深度定位的不確定性,這2條不同傾向的隱伏逆斷層均有可能是本次地震的發(fā)震構(gòu)造(圖9)。

      圖7 冷湖七號(hào)東背斜的典型地震反射剖面(據(jù)李宏義等,2007; Luo et al.,2022修改)

      圖8 鄂博梁Ⅱ號(hào)背斜的典型地震剖面(據(jù)Luo et al.,2022)

      圖9 青海茫崖5.8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造模型

      4.2 震區(qū)主要活動(dòng)構(gòu)造的最大潛在震級(jí)評(píng)估

      如前文所述,震區(qū)發(fā)育了眾多第四紀(jì)背斜與隱伏逆斷層,亟需評(píng)估這些構(gòu)造的地震危險(xiǎn)性。我們利用Wells等(1994)的逆斷層破裂面積-震級(jí)經(jīng)驗(yàn)公式估算了震區(qū)主要活動(dòng)構(gòu)造的最大震級(jí)上限(表3):

      表3 震區(qū)主要活動(dòng)構(gòu)造的破裂面積及其最大潛在地震的矩震級(jí)

      M=4.33+0.90×log(RA)

      (1)

      式中,M為矩震級(jí),RA為斷層破裂面積(km2)。

      計(jì)算斷層破裂面積時(shí)綜合考慮了以下因素: 1)由于震區(qū)眾多地表活動(dòng)背斜主要由深層隱伏陡傾主控逆斷層所控制,因此采用地表背斜的長度作為發(fā)震斷層的最大破裂長度。2)從現(xiàn)有的地震反射剖面無法判別深部主控逆斷層向下延伸的深度,因此采用柴達(dá)木盆地孕震層的深度至深部主控逆斷層上斷點(diǎn)的距離作為地震破裂面的寬度來計(jì)算最大破裂面積。震區(qū)深部主控逆斷層上斷點(diǎn)的埋深主要依據(jù)已發(fā)表的地震反射剖面(高長海等,2007a; Luoetal.,2022)、 地層等深線和鉆孔資料(周飛等,2019)獲得(表2)。最近20年發(fā)生在柴達(dá)木盆地的地震震源深度大都分布在10~18km之間(Elliottetal.,2011; Daoutetal.,2020; 張迎峰,2021),因此分別將孕震層深度設(shè)為10km和18km計(jì)算每條斷層的最大潛在震級(jí)(表3)。3)震區(qū)每條主要逆斷裂-褶皺帶均由多個(gè)不同尺度的次級(jí)逆斷裂-褶皺帶組成,如冷湖逆斷裂-褶皺帶的地表由7個(gè)長短不一的背斜組成,控制這些背斜構(gòu)造生長的深部主控?cái)鄬佑锌赡塥?dú)自破裂產(chǎn)生地震,也有可能多條斷層同時(shí)發(fā)生級(jí)聯(lián)破裂,從而引發(fā)強(qiáng)震。因此,分別計(jì)算了單個(gè)構(gòu)造和整個(gè)構(gòu)造帶的最大潛在震級(jí)(表3)。

      此外,采用Leonard(2010)提出的板內(nèi)逆斷型地震破裂統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)(式(2)),結(jié)合Hanks等(1979)提出的式(3)計(jì)算了每條斷層的最大潛在震級(jí)(表3)。

      log(M0)=6.38+1.50×log(A)

      (2)

      M=-10.7+(2/3)×log(M0)

      (3)

      式中,M0為地震矩,M為矩震級(jí),A為斷層破裂面積(m2)。

      由表3 可見,利用Wells等(1994)和Leonard(2010)提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的最大潛在震級(jí)結(jié)果差別不大。如果冷湖七號(hào)構(gòu)造深部主控?cái)鄬尤堪l(fā)生破裂,則會(huì)產(chǎn)生MW6.7 ~7.1地震。顯然,此次茫崖5.8級(jí)地震僅使深部逆斷層發(fā)生了部分破裂,并未破裂至地表,因此是一次典型的褶皺地震。

      此外,通過對(duì)震區(qū)高分辨率衛(wèi)星影像的解譯和野外考察,除在三臺(tái)背斜南翼發(fā)現(xiàn)了多條彎滑斷層陡坎(Zhangetal.,2022)外,在其他第四紀(jì)褶皺地表處并未發(fā)現(xiàn)清晰的斷層陡坎,這表明發(fā)生在該區(qū)的地震可能都是褶皺地震,未產(chǎn)生地表破裂。震區(qū)眾多活動(dòng)背斜深部的隱伏逆斷層均具備發(fā)生MW5.9 ~7.2地震的構(gòu)造條件,因此其未來的地震危險(xiǎn)性不容忽視,亟需對(duì)這些構(gòu)造開展更為細(xì)致的活動(dòng)習(xí)性研究。

      4.3 初步認(rèn)識(shí)

      2021年6月16日青海海西蒙古族藏族自治州茫崖5.8級(jí)地震發(fā)生在柴達(dá)木盆地西北部。震區(qū)由北向南發(fā)育了三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶、 小丘林逆斷裂-褶皺帶、 冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶,總體呈向北西阿爾金斷裂方向收斂、 向南東盆內(nèi)撒開的帚狀。每個(gè)逆斷裂-褶皺帶均由一系列斜列的、 第四紀(jì)活動(dòng)褶皺及下伏隱伏逆斷層組成。由西北向東南,背斜核部出露地層由老變新、 古生代基底埋深逐漸增加,構(gòu)造活動(dòng)時(shí)代漸新,構(gòu)造變形程度逐漸減弱。其中三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶是柴北緣逆沖系向S逆沖最前緣的古生代基底卷入斷展褶皺帶,橫穿三臺(tái)背斜的晚更新世洪積扇面及沖溝階地面均發(fā)生了褶皺變形,并廣泛發(fā)育彎滑斷層陡坎,距今125ka以來的縮短速率約為0.4mm/a。小丘林逆斷裂-褶皺帶是一條向SSW逆沖的第四紀(jì)斷展褶皺。冷湖逆斷裂-褶皺帶主要受控于深部N傾的主控逆沖斷裂,鄂博梁逆斷裂-褶皺帶則主要受控于深部S傾的主控逆沖斷裂。

      利用CAP方法反演得到的本次地震的震源深度約為13km,震源機(jī)制解為逆沖性質(zhì),2個(gè)雙力偶節(jié)面參數(shù)依次為: 節(jié)面I,走向291°、 傾角41°、 滑動(dòng)角91°; 節(jié)面Ⅱ,走向110°、 傾角49°、 滑動(dòng)角89°。節(jié)面Ⅰ的走向和傾角與GFZ的結(jié)果相近,節(jié)面Ⅱ的走向和傾角與USGS的結(jié)果相近。

      綜合震源機(jī)制解、 地表地質(zhì)與地震反射剖面解譯資料,我們認(rèn)為此次茫崖5.8級(jí)地震發(fā)生在冷湖逆斷裂-褶皺帶東南端,發(fā)震構(gòu)造可能為冷湖七號(hào)東背斜之下控制背斜生長的2條傾向相反的隱伏逆沖斷裂之一??紤]到該次地震震中和震源深度定位的不確定性,冷湖七號(hào)東背斜之下的2條不同傾向的隱伏逆斷層均有可能是本次地震的發(fā)震構(gòu)造。此次茫崖5.8級(jí)地震僅使冷湖七號(hào)東背斜下伏的深部逆斷層發(fā)生了部分破裂,并未破裂至地表,因此是一次典型的褶皺地震。

      根據(jù)逆斷層破裂面積-震級(jí)經(jīng)驗(yàn)公式,估算了震區(qū)眾多第四紀(jì)活動(dòng)背斜的最大震級(jí)上限,其下伏的深部隱伏逆斷層具備發(fā)生MW5.9 ~7.2地震的構(gòu)造條件。 雖然目前柴達(dá)木盆地內(nèi)部多發(fā)生約6級(jí)的中強(qiáng)地震,但也不排除因級(jí)聯(lián)地震破裂引發(fā)7級(jí)以上強(qiáng)震的可能。因此,震區(qū)未來的地震危險(xiǎn)性不容忽視,亟需對(duì)這些構(gòu)造開展更為細(xì)致的活動(dòng)習(xí)性研究。

      致謝郭志副研究員、 李智敏高級(jí)工程師對(duì)本文提供了寶貴意見和幫助,在此表示衷心感謝!

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