青海省地震灾害与新构造运动的时空关系

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  摘要:通过对晚更新世以来青海省的阿尔金断裂两侧、祁连造山带以及东昆仑地区区域地壳变形、青藏高原活动断裂带展布的方向与地震震中分布耦合特征的研究,表明青海省NNW向断裂与NWW向断裂相交汇处是承受构造挤压作用最强烈的区段,其内部构造应力最易集中,也是青海省地震灾害最易形成和发生的地区,应是岩土工程地震预防的重点地区。
  关键词:西北地区;新构造运动;地震活动;时空关系;
  Temporal Relation of the Earthquake Disaster and the Neotectonic Movement in Qinghai Province
  Zhang Weihong1 Li Bin1
  (1. Electric Power Design Institute of Qinghai Province;Qinghai,Xining)
  Abstract: The research was based on the study of direction of active faults lied at the Qinghai—Tibet Plateau which were formed in the Neotectonics since the Late Pleistocene epoch, the distribution characteristic of the stress release in the crustal deformation and epicenter of the earthquake on the both side of the Aerjin fault, Qilian Orogenic Belt and Eastern Kunlun. The intersection region of NNW—striking faults and the NWW—striking faults was under the maximum tectonic compression, it showed the most complicated geometric configuration and the formed the stress concentration site, so it can easily result in an earthquake. And geotechnical engineering earthquake prevention must be made in this region.
  Keywords: Northwest region;Neotectonics;Seismic Activity;Temporal Relation;
  前言
  所谓新构造运动主要是指喜马拉雅运动(特别是上新世到更新世喜马拉雅运动的第二幕)中的垂直升降。一般来说,新构造运动隆起区现在是山地或高原,沉降区是盆地或平原。地质学中一般把新近纪和第四纪(前23Ma—现代)时期内发生的构造运动称为新构造运动。目前不同的学者对新构造运动的概念和时间的界定存在不同观点,但从与地震形成关系的密切程度出发,新构造运动应是第三纪末至第四纪,特别是中新世末至今的构造运动。
  1 青海省地震与新构造运动的联系
  国内外研究资料表明[1、2、3],青藏高原现今活动断裂明显受古印度板块对古欧亚板块的陆陆碰撞影响,这种影响比太平洋板块的推挤错动影响更强烈、范围也更大。经历了古生代、中生代等多期次的碰撞拼合作用,在各陆块结合部位形成大型造山带或者巨型缝合带,构成相对稳定的陆块与相对活动的造山带或缝合带相间排列的格局,陆块内部表现得相对较为稳定。期间,青藏高原新生代经历如下变化[4、5]:
  (1) 古新世—始新世: 松潘—甘孜和冈底斯带为大面积构造隆起蚀源区。塔里木东部、柴达木、羌塘、可可西里地区主体表现为大面积的构造压陷湖盆—冲泛平原沉积,高原西部和南部为新特提斯海。
  (2) 渐新世: 冈底斯—喜马拉雅和喀喇昆仑大范围沉积缺失, 指示上述地区大面积隆升. 沿雅江自东向西古河形成( 大竹卡砾岩)。西昆仑和松潘—甘孜地区仍为隆起蚀源区. 塔里木、柴达木、羌塘、可可西里地区主体表现为大面积构造压陷湖盆沉积,塔里木西南部为压陷盆地滨浅海沉积,渐新世末塔里木海相沉积结束。
  (3) 中新世: 约23Ma时高原及周边不整合面广布,标志高原整体隆升。塔里木、柴达木及西宁—兰州、羌塘、可可西里等地区主体表现为大面积的构造压陷湖盆沉积;约18~13Ma 高原及周边出现中新世最大湖泊扩张期。约13~10Ma 期间,藏南南北向断陷盆地形成,是高原隆升到足够高度开始垮塌的标志。
  (4) 上新世: 除可可西里—羌塘、塔里木、柴达木等少数大型湖盆外,大部分地区为隆起剥蚀区。由于上新世的持续隆升和强烈的断裂活动,使大型盆地的基底抬升被分割为小盆地,湖相沉积显著萎缩,进入巨砾岩堆积期,是高原整体隆升的响应。高原从古近纪的东高西低格局,经历了新近纪全区的不均衡隆升和坳陷,最终铸就了西高东低的地貌格局,青藏作为一个统一的高原发生了重大的地貌反转事件(张克信,2010)。喜山期以来,在印度板块和欧亚板块相互碰撞作用的影响下,西北地区地壳遭受近南北向强烈挤压,古板块、古地块边界重新活动,造山带快速隆升,盆地内部迅速沉降,形成巨大幅度的差异升降。由于各地质块体的运动速率和方向均有不同,因而表现出在不同的构造部位具有不同的活动强度,即空间分布上的不均一性。这种不均一性通过断层活动、褶皱变形和地震活动等表现出来,已有的地震监测数据表明,青藏高原震中主要分布在天山造山带及其两侧、帕米尔地区、阿尔金断裂两侧、祁连造山带以及东昆仑地区( 图1—1)。
  分析图1—1可以看出,主要地震震中分布在青藏高原古板块( 地块)的边界部位、造山带两侧,即天山造山带、阿尔金走滑断裂系、祁连造山带等地区。另外,结合根据笔者长期野外观测获得地貌特征、地层组合及接触关系、地壳运动、地震活动等特征,均表明青海省主要地震分布与新构造运动有密切的关系。   2 青海省新构造运动及活动断裂分布特征
  青海省位于中国西部青藏高原东北部,资料表明[4、5、7],特别是晚更新世以来,青海新构造运动活跃,主要经历:
  (1) 上新世原始高原面发育阶段;
  (2) 早更新世高原整体隆升与柴达木盆地沉陷发育阶段;
  (3) 中更新世大冰期与山间断陷谷地发育阶段;
  (4) 晚更新世高原急剧上升与山间断陷谷地全盛发育阶段;
  (5) 全新世持续上升与永久冻土演变阶段。
  据青海省地震局资料及相关文献统计,晚更新世(约距今12万年)以来,青海省有过活动的断裂就有24条之多(周本刚,2002),其中,晚更新世有过活动并在全新世无明显活动的断裂带有4条,分别为疏勒南山—大通山断裂带(F2)、拉脊山断裂带(F4)、青海南山北麓—倒淌河—循化南山断裂带(F5)、西金乌兰湖—歇武断裂带(F20),其余20条均为全新世活动断裂带,如图2—1所示。
  从图2—1可以看出,断裂带展布的优势方向以NW及NWW向为主,其形成、发展、演化与印度板块NNE方向的水平推挤致使青藏高原的隆升密切相关(图1—1)。
  笔者认为,在此挤压变形的过程中,由于受到青海中东部及东北部地区发育的NNW—近SN向断裂带右旋走滑的阻扰(图1—1),使得积压区内的物质向东的挤出量,南部高原要大于中、北部地区,而且,东昆仑以南断裂带的总体活动性要强于青海省中部及北部地区。全新世是青海新构造运动强烈时期,也是活动断裂带形成的主要时期。
  3 青海省活动断裂与地震灾害的时空关系
  3.1青海省活动断裂带与地震灾害分布
  青海省地震分布的总特点是次数多、频率高、强度大。仅1900年有地震记载以来青海境内6.5级以上强震就达l7次,其中7级以上5次,最大震级地震为2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震。地震分布具有明显的呈带性和分布不均的成簇性特征。青南高原Ms≥5.0地震多发于中、北部地区,且主要集中在北羌塘地块。在北羌塘及巴颜喀拉地块,地震呈NWW向带状分布,而在柴达木盆地及北缘和鄂拉山、共和盆地南缘明显成簇性集中分布。2001年11月14日发生在东昆仑逆冲左旋走滑断裂带库赛湖段的8.1级地震,这次地震在东昆仑南缘造成宽数米至数千米、长达462km的地震形变带,最大同震水平位移达6.4 m。1937年在该断裂带的花石峡发生的7.5 级地震(胡道功,2007;袁道阳, 2004)。
  从历史地震资料来看,玉树所在的松潘–甘孜地块(也称巴颜喀拉块)体的地震是比较活跃的。如1996年喀喇昆仑山发生过7级地震,1997年西藏玛尼发生过7.5级地震,2001年青海昆仑山口西发生过8.1级地震,2008年3月新疆于田发生过7.3级地震,加上后来汶川地震和这次玉树地震,都是围绕这一块体的边界发生的。
  3.2 青海省地震灾害与活动断裂的空间关系
  青海地震的发生与活动断裂密切相关,沿阿尔金逆冲左旋走滑断裂带,发生3期古地震事件和地震破裂形变带,历史上有多次6~7级中强震发生,但近代地震活动性减弱。祁连山北缘逆冲左旋走滑断裂带曾发生7次7级以上的强震, 仅20世纪沿带分布就有1920年12月16日海原8.6级和1927年5月23日古浪8级地震等(袁道阳,2004)。可可西里东部走滑断裂在晚更新世晚期—全新世具有强烈活动,沿可可西里山南活动断裂全新世发生过7~7.5级强烈地震,形成东西延长超过20km、高1.5m的地震陡坎。2001年11月14日发生在东昆仑逆冲左旋走滑断裂带库赛湖段的8.1级地震,是继1981年当雄8.0级地震发生在我国大陆震级较大的一次地震事件。这次地震在东昆仑南缘造成宽数米至数千米、长达462km 的地震形变带,最大同震水平位移达614m。1937年在该断裂带的花石峡发生的7.5级地震,2002年在木孜塔格发生的强震等。沿断裂带在库赛湖段还发生9次古地震事件,它们当中最早一次古地震的年龄为31900±1 923aBP,最晚一次古地震的年龄为3100±201aBP,它的活动性具有准周期性,其平均重复间隔为3 544±416a,发生在距今3100a前的倒数第一次古地震事件的离逝时间与重复间隔比较接近,这说明2001年11月14日发生在库赛湖段的8.1级大地震为该断裂带地震活动在准周期上的再现(胡道功,2007;袁道阳,2004)。通天河活动断裂(F36,F34)总体走向北西,切割晚更新世—全新世泉华堆积,控制4~6级地震和低温温泉分布(吴珍汉等,2003、2005)。在青藏公路西侧,沿通天河活动断裂发育近东西向小型拉分盆地,在拉分盆地边界发育近东西走向的张扭性分支断裂。
  2010年4月14日凌晨,青海省玉树发生7.1 级强破坏性地震,震源深度14 km,宏观震中在县城西北。地震沿NWW 向断裂带发生,地震破裂带断续延伸近50 km,西北段有23km 较为连续。破裂带可分为3段:西段和中段表现为左旋走滑,东段是左旋走滑兼逆冲运动。最大左旋走滑位移量在郭央烟宋多附近,达2.4m(马寅生,2010)。
  青海玉树2010年4月14日地震发生的断裂带是甘孜—玉树—风火山断裂带,属于巴颜喀拉地块南边界,汶川地震属于巴颜喀拉地块东南边界。这个地区自1900年以来,200km范围内没记录到7级以上地震,但有过5、6级地震的记录,汶川地区也处于青藏板块的边缘,可见,玉树地震与汶川地震带有联系。
  综上所述,青海省地震震中多沿活动断裂带或附近地区分布,不同走向的活动断裂的交叉复合部位,活动断裂对青海省地震震中分布的控制作用是显而易见的。如东昆仑断裂带( F16 )与昆仑山口—达日断裂带( F18 )的交叉部昆仑山口附近地震分布密集。活动断裂带分支断裂分布相对密集部位,如乌兰东—鄂拉山—温泉断裂带( F9 )两条分支断裂在温泉附近的地震分布密集、青海南部的乌兰乌拉湖—玉树断裂带( F21 )和乌兰乌拉湖—昂欠断裂带(F22)分支断裂较密集的部位也是地震的高发区。活动断裂带端点位置,如共和盆地南缘隐伏断裂带( F8 )南端、乌兰东—鄂拉山—温泉断裂带(F9)的南端。断裂带曲率较大处,如柴达木盆地北缘断裂带(F12)和大柴旦—宗务隆山断裂带(F10)的拐点处震中点密集。山麓活动断裂带是地震的密集分布带,如唐古拉山北麓、昆仑山南麓、锡铁山南麓、祁连山南麓等。区域性缝合带或深大断裂是孕育7级以上大震的有利部位,如东昆仑断裂带和阿尔金—祁连缝合带(潘彤,2012)。
  4 结语
  (1)从大地构造背景看,青藏高原遭受近南北向强烈挤压,造成各地质块体的运动速率和方向均有不同,这种差异通过断层活动和地震活动等表现出来。在青海省的阿尔金断裂两侧、祁连造山带以及东昆仑地区是地壳变形中应力释放和调整的主要场所,也是大型活动断层发育和地质灾害隐患的主要部位。
  (2)新构造运动在青海省特别活跃,晚更新世以来的形成的活动断裂带就有24条之多,其展布的优势方向以NW及NWW向为主,青海省地震灾害分布于其有密切的时空关系。
  (3)NNW向断裂与NWW向断裂相交汇的区段是承受挤压作用最强烈、构造应力最易集中的部位,因此,该区段是地质灾害隐患最易形成的地区,地震灾害预防工作更应该是岩土工程勘察中高度关注的内容之一。
  参考文献
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  作者简介:
  张卫红,女,1968年10月出生,河北张家口人,高级工程师,长期致力于青藏高原岩土工程及防灾减灾工程勘察与研究。
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