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​Geosphere:高精度地形数据揭示的阿尔金断裂东段的特征位移分布和古地震复发模型

2020-01-02

阿尔金断裂带作为青藏高原北缘的一条主控边界断裂(如图1),具有较高的晚第四纪滑动速率,控制着一些大地震孕育和发生(Avouac et al., 1993; Tapponnier et al., 2001),其晚第四纪左旋滑动速率在东经90°以西的中段大于8mm/yr (Washburn et al., 2003; Mériaux et al., 2004; Wallace et al., 2004; Cowgill, 2007; Zhang et al., 2007; Gold et al., 2011),东段沿走向向北东减小至疏勒河三联点,滑动速率约2.2~4.8mm/yr (Xu et al., 2005; Zhang et al., 2007; He et al., 2013),最后终止于宽滩山附近的赤金,滑动速率小于2 mm/yr (Meyer et al., 1996; 张宁 et al., 2016)。沿阿尔金断裂带东段线性地貌清晰,但该地区地震完整记录不足百年,历史上沿阿尔金断裂带东段没有地表破裂型地震发生,其大震复发模型仍不清楚。

  

 图1 阿尔金断裂带东段构造和地貌背景、断裂分段、LiDAR数据范围(图B中白色长矩形),SH—肃北到红柳沟段; HS—红柳沟段到石包城段; SB—石包城到巴格峡段; BS—巴格峡到疏勒河段; SC-疏勒河到赤金段

上世纪八十年代以来,尽管地震科学家引入了一系列用以描述活动断层上地震复发及其位移分布的概念模型,如位移可变模型、均匀位移模型和特征位移模型(Schwartz and Coppersmith, 1984; Sieh and Jahns, 1984),但受当时技术手段的限制,其活动断层定量研究精度较低,难以评价其大震复发模式。地震危险性评价中常用来外推大地震发生率的G-R关系多用于较大区域范围内,不适用于单条活动断层(Schwartz and Coppersmith, 1984);一些研究则认为单条活动断层上中小地震似乎符合G-R关系(e.g., Ben-Zion, 2008; Wesnousky, 1994),大震符合准高斯分布(e.g., Pacheco et al., 1992; Scholz, 1988; Zielke and Arrowsmith, 2008)。因历史记录明显短于大震复发周期,且可能存在漏记,当前大多活动断层上仅有一次大震或缺少记录,无法分析其大震的复发行为。因此,获得活动断层上尽可能长的大震复发历史,包括位移量的大小及空间分布特征等详细的定量参数,是构建活动断层大震复发模型的关键所在。

针对上述问题,中国地震局地质研究所的康文君博士,在徐锡伟研究员的指导下,与美国加州大学戴维斯分校的Michael E. Oskin教授合作,基于高分辨率LiDAR数据和航空摄影数据,通过系统地测量沿阿尔金断裂带东段(95.4°E-97.2°E)约150公里长(LiDAR与UAV数据)的地震位移分布,分段绘制了概率密度分布图,并结合前人的古地震研究结果,进行了深入的分析讨论,获得了以下3个主要结论:

1、在阿尔金断裂带东段(疏勒河三联点以西),水平累计位移表现为约6米的整数倍,且变异系数(图2中的CV值)小于0.25,表现为6米的准特征位移;然而在疏勒河三联点以东,特征位移不明显(图2)。

2、沿阿尔金断裂东段的水平位移分布表现为两种不同波长的波动(图2),波长为米到数十米级别的短波长的波动和数公里级别的长波长波动;关于前一种短波长波动,前人认为与非常浅部的断层面物理条件变化有关(Zielke et al., 2015),而后一种长波长的波动可以归因于断裂带几何展布复杂性(断裂阶区、构造三联点等)(Klinger et al., 2006; DuRoss et al., 2016)

3、假设10公里的破裂深度和30GP的剪切模量,根据相应公式估算出阿尔金断裂东段(共180公里的破裂长度)的特征震级约为Mw 7.6;并综合分析前人的古地震研究,我们认为复发间隔应该在1170-3790年之间。

  

  图2 沿阿尔金断裂东段(95.4°E-97.2°E)水平地震位移(带误差棒)分布

上述研究成果发表于美国地质学会期刊Geosphere上:Kang, W.J., Xu, X.W.(通讯作者), Oskin, M.E., Yu, G.H., Luo, J.H., Chen, G.H., Luo, H., Sun,

X.Z., and Wu, X.Y., 2019, Characteristic slip distribution and earthquake recurrence along the eastern Altyn Tagh fault revealed by high-resolution topographic data: Geosphere, v. 16, no. X, p. 1–15, https://doi.org/10.1130/GES02116.1.

原文链接:

https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geosphere/article/doi/10.1130/GES02116.1/579771/Characteristic-slip-distribution-and-earthquake