Tectonics:青藏高原东北缘1927年M8.0级古浪地震三维构造模型的重建

斜向板块汇聚带是板块斜向挤压、应变累积的构造部位,通常也是孕育和产生大地震的位置,包括板块俯冲带和陆内转化挤压块体边界带。近年来,越来越多的震例表明汇聚带上应变释放过程与调节方式比先前认识的要更为复杂,涉及到多条不同运动性质的断裂发生破裂。例如,2008年Mw7.9级汶川地震、2010年Mw7.0级海地地震和2016年Mw7.8级新西兰凯库拉地震。1927年M8.0级古浪地震发生在青藏块体与戈壁-阿拉善块体之间的转换挤压边界带上(图1),受灾区域长约600 km、宽200 km,死伤约10万人。长约23 km的皇城-双塔断裂东段作为发震构造的主破裂带受到了广泛认可(Gaudemer et al., 1995; Xu et al., 2010; 侯康明等, 1998, 1999; 郑文俊等, 2004b)。但该规模的破裂带与古浪地震震级以及受灾面积和地震烈度在北西西方向上明显衰减较慢的特点不相称。最新的一些研究报道冷龙岭断裂和武威盆地南缘断裂上可能发育有与古浪地震相关的破裂带(艾晟等, 2017; Guo et al., 2019)。这为我们以一个全新的角度认识古浪地震可能的多段破裂模式和地震构造模型奠定了较好的基础。

图1  古浪地震震区主要断裂与地表破裂带分布图


针对上述存在的问题和可能的突破之处,在中央级公益性科研院所基本科研业务专项(IGCEA1702)的资助下,中国地震局地质研究所郭鹏助理研究员,在韩竹军研究员指导下,与研究团队其他人员通过高分辨率遥感影像解译、野外调查、构造地貌精细测量、探槽开挖与放射性碳定年方法对冷龙岭断裂、皇城-双塔断裂东段、武威盆地南缘断裂的最新地表断错特征和运动性质进行了详细研究;通过深浅部构造和简单的三维有限元模拟分析了古浪地震的破裂模式与力学特征,建立了古浪地震的三维地震构造模型;结合区域地震的构造特征,讨论了青藏高原东北缘转换挤压块体边界带上的大震构造特征与应变分解模式(图2)。获得了以下主要结论:

(1)古浪地震地表破裂模式:冷龙岭断裂与武威盆地南缘断裂在古浪地震中均发生了破裂。冷龙岭断裂表现为左旋走滑运动,破裂带长约120 km,同震位移量为~2.4-7.5 m。武威盆地南缘断裂可分为两段,东段表现为逆冲运动,西段表现为逆冲运动兼具左旋走滑分量,同震垂直位移量为~0.7-2.7 m,破裂带长约42 km。

(2)古浪地震震级评估:通过地震距与矩震级的经验关系式估算古浪地震的矩震级为Mw7.6-7.7。本文提出的古浪地震地表破裂带分布和估算的地震震级与前人得到的古浪地震震级M8.0以及在北西西向上长约600 km(在北西西向上衰减较慢)的震灾分布特点相符。

(3)古浪地震三维地震构造模型:北倾的冷龙岭断裂与武威盆地南缘断裂向下可能收敛合并到低角度滑脱层上,古浪地震中两条断层分别通过走滑运动和逆冲运动分解释放了块体边界带上斜向挤压作用下累积的应变能。

(4)青藏高原东北缘地震构造的侧向变化性:青藏高原东北缘不同部位的应变分解模式以及大震构造存在较大差异,这很可能受控于区域构造主压应力方向的变化以及断裂带深部结构的差异。

 

图2  古浪地震破裂模式(a)与青藏高原东北缘三维地震构造模型(b)


上述研究成果发表在国际地学期刊Tectonics上 (Guo, P., Han, Z., Gao, F., Zhu, C., & Gai, H. (2020). A new tectonic model for the 1927 M8.0 Gulang earthquake on the NE Tibetan Plateau. Tectonics, 39, e2020TC006064. https://doi.org/10.1029/2020TC006064)

原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020TC006064