东昆仑断裂带玛曲—玛沁段大震危险性分析和探讨

东昆仑断裂带玛曲—玛沁段大震危险性分析和探讨

温燕林1， 宋治平2， 赵文舟1， 朱佳苗1， 马钦忠1

(1.上海市地震局，上海200062； 2.中国地震台网中心，北京100045)

摘要：在巴彦喀拉块体边界地震活动和构造分析的基础上，从地震活动空间图像、时间序列演化两方面对巴彦喀拉块体北边界东昆仑断裂带玛曲—玛沁空区的大震危险性进行探讨。与以前震例进行对比发现当前甘青川交界区域已形成与共和大震前相似的平静区，活动性参数计算表明东昆仑断裂带玛曲—玛沁段有逼近的大震危险性。

关键词：东昆仑断裂带； 玛曲—玛沁空区； 地震活动时空演化； 大震危险性

收稿日期：*2014-04-13

基金项目：上海市地震局科技专项(2012专10)；上海市科委科研计划(12231202700)；中国地震局地震科技星火计划(XH12016)

作者简介：温燕林(1981-)，男(汉族)，四川仪陇人，助研，从事地震活动性和海啸研究.E-mail:wenzhengyi@sina.com

中图分类号:P315.75文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.01.0175

Analysis and Discussion of Large Earthquake Risk along

the Maqu-Maqin Segment of the East Kunlun Fault Zone

WEN Yan-lin1， SONG Zhi-ping2， ZHAO Wen-zhou1， ZHU Jia-miao1， MA Qin-zhong1

(1.SeismologicalBureauofShanghai，Shanghai200062，China； 2.ChinaEarthquakeNetworksCenter,Beijing100045，China)

Abstract：In this paper， based on the seismicity and seismic structural analysis of the margin of the Bayan Har block，we discuss the risk of large earthquakes in the Maqu-Maqin seismic gap with regard to spatial seismicity patterns and temporal evolution of event sequences.According to paleo-earthquake and historical earthquake seismicities，there was an initial seismic gap at Maqu-Maqin along the east Kunlun fault，and therefore，large earthquakes will recur in this area.A second seismic gap，the seismic quiescence of no ML≥5.0 earthquakes，has been detected in the same area since 2008.A comparison with previous earthquake cases showed that a similar period of seismic quiescence formed in the region of Gansu-Qinghai-Sichuan provinces before the 1990 Gonghe M7.0 earthquake. The distribution of ML≥4.0 earthquakes in the current seismic quiescence is also similar to that of the Gonghe M7.0 case；hence，we think there is a risk of a large earthquake in the current gap.From the temporal sequences evolution analysis (M-T relations)，we found that seismicity in the Gonghe gap had undergone strong-weak-strong stages prior to the Gonghe M7.0 earthquake. However，the seismicity in the current seismic gap in the region of Gansu-Qinghai-Sichuan provinces has also undergone the first two stages，and therefore，we conclude that it will soon reach the strong seismicity stage.We scanned the b-value distribution in this region，which showed that the b-values are very low around the east Kunlun fault and that there is locking in this area.We also calculated the spatial correlation lengths (SCL)and multiple fractal dimensions from the earthquake catalog of the Bayan Har block using GeoTaos.All the statistical seismicity parameters indicate that the risk of a large earthquake on the Maqu-Maqin segment of the east Kunlun fault is increasing，and therefore，researchers should monitor and study this area.

Key words： east Kunlun fault zone； Maqu-Maqin seismic gap； temporal and spatial evolution of seismicity； large earthquake risk

0引言

过去10多年来中国大陆7级以上大震都是沿巴彦喀拉块体边界断裂带活动，是大陆本次地震活动期内大地震发生的主体地区(图1)。自2001年11月14日巴彦喀拉块体北边界的东昆仑断裂带库赛湖段发生8.1级地震后，国内不少地震学者就注意到了同样位于东昆仑断裂带上的玛曲—玛沁段的潜在地震危险性。随着巴彦喀拉块体东边界的汶川8.0级、芦山7.0级地震和巴彦喀拉块体南边界的玉树7.1级地震的发生，作为巴彦喀拉块体北边界东段地震空区的玛曲—玛沁段的大震危险性引起越来越多研究人员的高度关注[1-2]。2010年智利中南部8.8级和2011年日本东北海域9.0级地震都是发生在环太平洋俯冲带的地震空区上[3-5]。按照日本地震学家茂木清夫(K.Mogi)的划分法，空区分为两类：第一类地震空区指破裂空段，即板块边界带或活动断裂带上那些相对于邻段已有较长时期未发生大地震破裂的段落(地震活动背景空区)；而第二类地震空区则是指大地震发生之前，环绕潜在震源区及其周围的较小地震(如中强地震和背景地震)的活动相对平静的区域，也称地震活动平静区[6]。本文在前人识别出的第一类地震空区的基础上，从潜在震源区周围的背景地震活动时空演化特征方面进一步分析玛曲—玛沁段已经形成的第二类地震空区，探讨该断裂段业已逼近的大震危险性。

图1　巴彦喀拉块体边界大震活动分布 Fig.1　Distribution of large earthquakes along the boundary of Bayan Har block

1构造及大震危险背景

东昆仑活动断裂带是青藏高原内部以左旋走滑运动为主的一条大断裂带，为昆仑—柴达木块体和巴颜喀拉块体的边界断裂，它西起青海省可可西里湖北侧的布喀达坂峰以西，向东经库赛湖、西大滩、东大滩、阿拉克湖、托索湖、阿尼玛卿峰、玛沁，止于甘川交界的玛曲以东，总体走向NWW向[7](图2)。东昆仑断裂带东段(玛沁—玛曲)地处甘、川、青三省交界的青藏高原东北部，处于地震较多的南北地震带中段及中国东西部构造和南北向构造交汇部位，它西起阿尼玛卿山北麓，经过东倾沟、大武滩、扎木儿山前、纳姆擦克耳山北侧、西贡周、莫哈汤、西科河羊场、唐地，在克生托洛穿过黄河，展布在哲合拉布肖山前，过玛曲后，隐伏在若尔盖高原沼泽内，在罗叉北出沼泽地与塔藏断裂相交，形成10°的挤压弯曲，全长约330 km，总体走向NW295°,倾向以SW为主，倾角70°～80°,局部近直立[8]。该段广泛分布的构造地貌和古地震造成的破裂标志表明其曾经历过多次活动。东昆仑断裂在莫哈汤南侧和西贡周西侧分别与阿万仓断裂的东、西两支相交，形成西贡周断层交汇区，构成构造不连续点，可作为障碍体和应力集中区。这两个障碍体和应力集中区可将东昆仑断裂玛沁—玛曲段分成两条地表破裂段：玛沁段和玛曲段。根据古地震探槽研究，发现全新世以来玛沁段至少发生过3次古地震事件：第一次发生在距今(4 593±330)～(2 150±156) a之间；第二次发生在距今(2 150±156) a；第三次发生于距今(1 070±180) a。最近两次古地震事件间大致有1 000 a左右的时间间隔。由于该段上长期平均水平滑动速率值在6～8 mm/a之间，在(1 070±180) a的时间范围内玛沁段可以积累5.5～9.5 m的潜在位错值。从现代地震的最大同震水平位错与震级的统计关系看，这一位错值与一次7级以上强震的最大同震位错量相当，即玛沁段上已具备发生M≥7地震的潜势[7]。玛曲段古地震揭露的大震平均复发间隔为1 000～2 000 a，最近三次古地震的复发间隔大致为1 000 a。最新一次古地震事件的离逝时间大约1 000 a，已经接近最新的复发间隔，地震危险性非常严峻[9]。

2001年昆仑山口西8.1级地震后，Wen Xueze等[10]对东昆仑断裂带历史地震破裂段落进行研究，并识别出了第一类地震空区(图2)。中国地震局组织的M7专项工作组根据玛曲一带的地震空区长度估算其潜在震级为M=7.3～7.7，估计地震可能发生在2010—2021年之间(约95%置信度)[6]。2008年5月12日汶川M8.0地震对玛沁—玛曲断裂段造成了库仑应力加载[11]，增强了玛沁—玛曲段的地震危险性。

图2　 东昆仑断裂带历史地震破裂图像 [10] Fig.2　Sketch map of rupture of historical earthquakes in East Kunlun fault [10]

2地震活动图像空间演化分析

许多震例表明，在大地震发生之前，潜在震源区及其周围会出现中强地震或者背景地震活动的相对平静区域，而平静区域周边的地震活动反而相对增强，形成环绕地震平静区域的、近于环状的地震分布图像，即所谓的第二类地震空区。研究发现这种地震活动围成“平静区”现象较为普遍，可作为大地震中期前兆[12-16]。根据中国地震台网中心编制的最新地震目录(截止到2013年10月)作出了自2008年汶川8.0级大震后至今甘青川交界区域地震活动分布图像，运用活动图像相似性演化分析方法[17]，与该区附近1990年4月26日发生的共和7级地震之前的背景地震活动图像进行对比。该区域1990年前与当前地震活动图像空间演化形态相似，均形成了大范围空区(以下未专门指明的空区均指第二类地震空区)。

2008年以来，ML5地震空区内4级地震集中发生在巴颜喀拉块体边界东北缘地区(图3(b))。目前该地区存在5级地震围空，特别是5级地震空区内4级地震集中特点与1990年4月26日共和7级地震前具有类似特点。对比活动图像分析发现，当前甘青川交界区域已形成与共和地震前相似的平静区，且当前空区范围稍大。但考虑到共和断裂上次地震逝去时间很短，未来一段时间该断裂上再发生大地震可能性小，故认为该平静区内未来的大地震更可能发生在东昆仑断裂上的第一类空区上。对比分析表明，共和7级地震前也存在5级地震空区内4级地震集中活动的特点，而共和地震发生在该4级地震集中区附近，因此未来7级以上地震发生在巴颜喀拉块体边界东北缘地区的可能性较大。

共和地震前1年4级地震在震中周围形成大范围平静区(图4)，震前10个月，即1989年6月16日在该平静区内只发生了1次4.7级地震，而共和地震与该次4.7级地震相距200 km。目前，自2013年4月20日芦山7级地震后4级地震也在甘青交界地区形成大范围平静区，在青海都兰、兴海、玛多三县交界地区于2013年5月8日发生ML4.3地震。类比分析认为,在该次4.3地震200 km范围内发生7级地震的危险性在逼近。

3地震活动时间序列分析

以图3中空区为研究区域，对比分析共和地震前和当前5级空区外围5级以上地震序列和空区内4级地震活动时间过程(图5)。共和地震前，空区外围经历三阶段过程“强活动-弱活动-强活动”，即1984—1986年5级地震活动处于强活动状态，1987—1989年上半年处于弱活动状态，在震前1年左右又处于强活动过程；而5级空区内部的4级地震是在外围弱活动阶段活动，在震前1年左右空区内4级地震处于平静状态。当前的5级空区内4级和外围5级地震活动也存在与共和地震前类似活动过程。类比分析表明，当空区外围5级地震处于强活动状态时，仍存在发生1～2次6级地震的可能；空区内处于4级地震平静或弱活动状态。统计结果表明：中国大陆7级地震的自然发生率每年平均约为0.68次,在地震活跃期内平均每年约为1次。当平静期超长(大于135天)后，平静打破后一年内发生7 级以上大震的可能性明显增强[18]。这是因为在活跃期内，由于空区内较长时间的5级地震活动缺乏，为7级地震的能量快速积累创造了有利条件。共和地震5级空区内4级地震平静时间在震前10个月，当前5级空区内最近一次4级地震发生在2013年5月，据此分析，在此后1年里甘青川空区内发生7级以上地震的可能性较大。

图3　共和地震与当前5级地震空区图像对比 Fig.3　Comparison of seismic gap before Gonghe earthquake and current gap of M5.0 earthquake

图4　共和地震前1年与当前4级地震对比 Fig.4　Comparison of seismic gap within a year before Gonghe earthquake and that after current M4.0 earthquake

4地震活动参数分析

G-R关系中的b值大小可以反映地震带应力水平高低，b值越低应力越高。使用中国地震台网中心编制的地震目录(2009-01—2013-10)和GeoTaos软件对甘青川交界区域的b值进行空间扫描，计算结果表明东昆仑断裂带周缘地区为现今地震活动的异常低b值区(小于0.7，图6)，即处于高应力闭锁状态，具备大震发生中期危险性背景。

岩石破裂实验表明，主破裂前较明显临界指标有：(1)能量积累加速；(2)b值降低；(3)分数维与空间相关尺度SCL(或相关尺度CL)(spatial correlation length)在逐渐降低过程中在破裂前有增加过程。研究认为，b值降低和能量积累增加可作为中期地震预测指标，而分数维与空间相关尺度SCL在逐渐降低过程中的前兆性增加可作为短期预测指标[19]。使用GeoTaos软件对巴彦喀拉块体地区2009-1—2013-10的地震目录进行累积能量、SCL、分数维D1_2计算，结果显示2013年9月后这些活动性参数随时间进程变化进入了逐渐降低过程中(图7)。

图5　甘青川地区共和地震前与当前的空区内外M-t图对比 Fig.5　M-t relations in and out of seismic gap before Gonghe earthquake compared with that of current seismic gap in Gansu，Qinghai and Sichuan province

图6　东昆仑断裂带周缘地区b值空间扫描 Fig.6　Spatial scanning of b-value distribution surrounding the East Kunlun fault

图7　巴彦喀拉块体地区2009—2013年地震累积能量及SCL、D1_2参数变化曲线 Fig.7　Curves of cumulative energy，SCL and D1_2 from 2009 to 2013 in Bayan Har block.

5结论

本文在巴彦喀拉块体边界构造和第一类地震空区背景分析的基础上，从地震活动空间图像、时间序列演化两方面对甘青川交界地区(巴彦喀拉块体北边界——东昆仑断裂带玛曲—玛沁段)大震危险性进行了探讨。与以前震例进行对比，发现当前甘青川交界区域已形成与共和大震前相似的平静区(第二类地震空区)；时间进程对比表明，在巴颜喀拉块体北边界东段地区有7级以上地震危险的时间紧迫性。2008年至今东昆仑断裂带玛曲—玛沁段周缘地震活动时空图像演化和活动性参数变化预示着该区域可能孕育着一次大震，因此应当强化监视该区的地震危险性。

致谢：感谢日本产业技术综合研究所雷兴林研究员提供GeoTaos软件并在使用上给予很大帮助。

参考文献(References)

[1] 闻学泽，杜方，张培震，等.巴彦喀拉块体北和东边界大地震序列的关联性与2008年汶川地震[J].地球物理学报，2011，54(3)：706-716.

WEN Xue-ze，DU Fang，ZHANG Pei-zhen，et al.Correlation of Major Earthquake Sequences on the Northern and Eastern Boundaries of the Bayan Har Block，and its Relation to the 2008 Wenchuan Earthquake[J].Chinese J Geophys，2011，54(3)：706-716.(in Chinese)

[2]高翔，邓起东.巴颜喀喇断块边界断裂强震活动分析[J].地质学报，2013，87(1)：9-19.

GAO Xiang，DENG Qi-dong.Acticity Analysis of Large Earthquakes in Boundary Faults Around the Bayank-ala Faulting Block[J].Acta Geologica Sinica，2013，87(1)：9-19.(in Chinese)

[3]Ruegg J C，Rudloff A，Vigny C，et al.Interseismic Strain Accumulation Measured by GPS in the Seismic Gap Between Constitución and Concepción in Chile[J].Physics of the Earth and Planetary Interiors，2009，175：78-85.

[4]Raul M，Marianne M，Christophe V，et al.Central Chile Finally Breaks[J].Science，2010，328：181-182.

[5]Kawamura M，Wu Yi-Hsuan，Kudo T，et al.Precursory Migration of Anomalous Seismic Activity Revealed by the Pattern Informatics Method: A Case Study of the 2011 Tohoku Earthquake, Japan[J].Bulletin of the Seismological Society of America，2013，103(2B)：1171-1180.

[6]M7专项工作组.中国大陆大地震中—长期危险性研究[M].北京：地震出版社，2012：20-24，209，217.

Working Group ofM7.Study on the Mid-to Long-term Potential of Large Earthquakes on the Chinese Continent[J].Beijing：Seismological Press，2012：20-24，209，217.(in Chinese)

[7]李春峰，贺群禄，赵国光.东昆仑活动断裂带东段古地震活动特征[J].地震学报，2005，27(1)：60-67.

LI Chun-feng，HE Qun-lu，ZHAO Guo-guang.Paleo-earthquake Studies on the Eastern Section of the Kunlun Fault[J].Acta Seismologica Sinica，2005，27(1)：60-67.(in Chinese)

[8]李陈侠，徐锡伟，闻学泽，等.东昆仑断裂东段玛沁—玛曲段几何结构特征[J].地震地质，2009，31 (3): 441-458.

LI Chen-xia，XU Xi-wei，WEN Xue-ze，et al.Structure Characristics of Eastern Segment of East Kunlun fault in Maqu-Maqin[J].Seismology and Geology，2009，31(3)：441-458.(in Chinese)

[9]李陈侠.东昆仑断裂带东段(玛沁一玛曲)晚第四纪长期滑动习性研究[D].兰州：中国地震局地质研究所，2009.

LI Chen-xia.Research on Long-term Slip Characristics of Eastern Segment of East Kunlun fault (Maqu—Maqin)Since Late Quaternary[D].Lanzhou：Institute of Geology，CEA，2009.(in Chinese)

[10]WEN Xue-ze，YI Gui-xi，XU Xi-wei.Background and Precursory Seismicities Along and Surrounding the Kunlun Fault Before theMS8.1，2001，Kokoxili Earthquake，China[J].Journal of Asian Earth Sciences，2007，30(1)：63-72.

[11]Toda S，J Lin，M Meghraoui，R S Stein.12 May 2008M=7.9 Wenchuan，China，Earthquake Calculated to Increase Failure Stress and Seismicity Rate on Three Major Fault System[J].Geophysical Research Letters，2008，35：L17305.

[12]梅世蓉，薛艳，宋治平.汶川8.0级与昆仑山口西8.1级地震前地震活动异常特征与启示[J].地震，2009，29(1)：1-14.

MEI Shi-rong，XUE Yan，SONG Zhi-ping.Anomalous Seismic Characteristics Before WenchuanM8.0 and KunlunM8.1 Earthquakes and Their Implications[J].Earthquake，2009，29(1)：1-14.(in Chinese)

[13]董治平.昆仑山口西8.1级地震前的地震活动图像演变特征[J].西北地震学报，2003，25(1)：59-63.

DONG Zhi-ping.Characteristics of Seismicity Pattern Evolution beforeMS8.1 Earthquake at the West to Kunlun Mountain Pass[J].Northwestern Seismological Journal，2003，25(1)：59-63.(in Chinese)

[14]陈玉华，张肇诚.昆仑山口西8.1级地震前地震活动性异常特征[J].西北地震学报，2009，31(4)：374-379.

CHEN Yu-hua，ZHANG Zhao-cheng.Characteristics of Seismicity Anomalies beforeMS8.1 Earthquake at the West to Kunlun Mountain Pass[J].Northwestern Seismological Journal，2009，31(4)：374-379.(in Chinese)

[15]Stefan Wiemer，Max Wyss.Seismic Quiescence before the Landers(M=7.5) and Big Bear (M=6.5) 1992 Earthquakes[J].Bulletin of the Seismological Society of America，1994，84(3)：900-916.

[16]Wu Yih-min，Chiao Ling-yun.Seismic Quiescence before the 1999 Chi-Chi，Taiwan，MW7.6 Earthquake[J].Bulletin of the Seismological Society of America，2006，96(1)：321-327.

[17]朱红彬.青藏块体8级左右地震前中强地震活动图像的相似性演化[J].地球物理学报，2010，53(7)：1611-1621.

ZHU Hong-bing.The Similar Evolution of Seismicity Patterns of Strong-moderate Earthquakes before AboutMS8 Earthquakes of Qinhai—Tibet Block[J].Chinese J Geophys，2010，53(7)：1611-1621.(in Chinese)

[18]王林瑛，陈佩燕，林碧苍，等.昆仑山口西8.1级地震前的地震活动异常及预测意义的讨论[J].西北地震学报，2003，25(1)：22-27.

WANG Lin-ying，CHEN Pei-yan，LIN Bi-cang，et al.The Anomalies of Seismicity before West to Kunlun Mountain PassMS8.1 Earthquake and its Prediction Significance[J].Northwestern Seismological Journal，2003，25(1)：22-27. (in Chinese)

[19] Xinglin Lei，Takashi Satoh.Indicators of Critical Point Behavior to Rock Failure Inferred from Pre-failure Damage[J].Tectonophysics，2007，431：97-111.