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Geophysical Research Letters:2013年芦山Mw6.7地震构造定量解剖与发震构造新认识

2017-08-31

2013年4月20日在龙门山南段发生芦山Mw6.7级强震,造成重大人员伤亡和财产损失。芦山地震发生后,针对发震断层是高角度、还是低角度断层,断层的归属、性质和地震构造模型等问题,长期存在不同的认识和争议。在地震之后大量前人研究成果的基础上,中国地震局地质研究所鲁人齐副研究员、徐锡伟研究员等人,采用多元约束构造定量解析的方法,综合了芦山震区的多条高精度二维人工地震反射剖面、区域地质、钻井资料等,对芦山震区浅层沉积与构造变形进行综合解释;研究同时结合了GPS、水准资料、震源机制解、小震重定位结果,并增加了地震后采集的深地震反射剖面,调研了龙门山地区古生代以来的构造演化史,对芦山地震构造进行解剖。

龙门山南段发育了多套不同层次的滑脱层控制了上地壳形变,呈现多层滑脱、多期变形、构造叠加的复杂特征。前人研究认为芦山地震的主要活动断层发育在深部约20km滑脱层之上,倾向NW、倾角较陡大约在45°-50°,并产生反冲断层形成Y字状结构。基于SKUA-GOCAD软件平台,研究通过小震精定位数据模拟出了展示该断层三维几何结构。

地震前后采集的人工地震反射剖面均显示,此次芦山地震的发震断层没有突破中生界和新生界,并非双石-大川断裂(F4)或山前大邑隐伏断裂(F6),也非前缘低角度隐伏逆冲断层f3(Range Frontal Blind Thrust);研究认为芦山地震的发震断层为一基底盲冲断层。通过GPS和水准资料的约束,断层几何学、同震变形或瞬时形变(Instantaneous deformation)运动学定量研究表明(图1),芦山地震发震构造符合逆断层相关褶皱的简单剪切断层转折褶皱模型(Simple-shear Fault-Bend Fold)。

图1. 芦山地震发震构造几何学、运动学定量解析

深地震反射剖面进一步揭示芦山主震和余震区存在明显的地震波组断错(图2),地震解释认为这是存在基底断层最直接的证据。该断层切割了下古生界和部分上古生界,但并未突破中生界。从主断层上盘的沉积厚度变化可以看出,该断层控制了古生界的沉积,上盘的沉积厚度大于下盘的沉积厚度,因此为一早期(古生代)正断层。因该断层与芦山主震及其余震重定位结果高度吻合,分析认为是芦山地震的发震断层。晚新生代以来在青藏高原向四川盆地强烈挤压持续作用下,龙门山地区早期正断层重新活动并产生了芦山地震。现今龙门山的一些主要逆冲断裂,与早期的正断层后期构造反转密切相关。而这种深部隐伏断层活化产生的特殊型地震,无疑增加了龙门山地区地震灾害的风险性和不确定性。

图2. 深地震反射剖面揭示芦山地震发震构造沉积-演化过程

上述相关研究成果近期发表在国际知名期刊Geophysical Research Letters(Renqi Lu, Xiwei Xu, Dengfa He, Suppe John, Bo Liu, Fuyun Wang, Xibin Tan, Yingqiang Li. 2017. Seismotectonics of the 2013 Lushan Mw 6.7 earthquake: Inversion tectonics in the eastern marginof the Tibetan Plateau. Geophysical Research Letters, 44, doi:10.1002/ 10.1002/2017GL074296)以及国内核心期刊《地球物理学报》上(鲁人齐等. 2017. 龙门山南段芦山震区浅层沉积与构造变形—对深部发震构造的约束.地球物理学报,60(8):2924-2934,doi:10.6038/cjg20170802)