周 娜任俊杰

1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京100045

2）中國地震局地殼應力研究所，北京100085

2012年加拿大西海岸MW7.7地震構造背景與區(qū)域地震活動＊

周 娜1）任俊杰2）

1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京100045

2）中國地震局地殼應力研究所，北京100085

2012年10月28日加拿大西海岸發(fā)生了MW7.7地震，震中位于板塊邊界的夏洛特皇后斷裂南段，處于環(huán)太平洋地震帶上，是太平洋板塊相對北美板塊以約6cm／a的速率，使得斷層面應變積累到一定程度引發(fā)破裂的結果。歷史地震分析表明，該地震正好填充了南段一個多世紀以來存在的空區(qū)。該地震的發(fā)生可能表明一個新的地震周期的開始，未來幾十年內該斷裂帶上可能以中強地震活動為主，發(fā)生8級左右地震的可能性不大。

夏洛特皇后斷裂；太平洋板塊；北美板塊；Cascadia俯沖帶

引言

2012年10月28日，加拿大西海岸發(fā)生了大地震，震中位于大不列顛哥倫比亞省的夏洛特皇后島，距離馬塞特市139km。夏威夷海嘯預警中心隨后發(fā)布了海嘯預警。該地震雖未造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，但它是加拿大西海岸近些年來最大的一次地震，使得周圍居民產(chǎn)生了未來遭遇大地震的擔憂。本文通過對該地震已有的研究結果，結合歷史地震活動和區(qū)域地質構造等基本特征，初步分析了該地震的構造背景及區(qū)域地震活動特征。

1 2012年加拿大西海岸7.7級地震基本特征

該地震發(fā)生在當?shù)貢r間10月28日20時 04分。據(jù)美國地質調查局（USGS）的結果［1］，震中位于加拿大夏洛特皇后島（圖1）。從震后不同機構得到的地震矩張量解的結果來看，該地震表現(xiàn)為以逆沖為主，兼有一定的走滑分量。矩震級為7.7，震源深度15～20km，屬于淺源地震（表1）。震后通過遠場體波和長周期面波反演獲得的斷錯模型表明［2］，該地震為雙向破裂，破裂從震源深度處的斷裂面向兩邊和向上傳播，最大破裂處發(fā)生在震中兩側，之后向兩邊逐漸衰減。斷層最大滑動量達4.2m，震源破裂長度約200km（圖2）。日本建筑研究所的Hurukawa Nobuo利用修正后的聯(lián)合震源確定方法（modified joint hypocenter determination）對11月1日以來的主、余震重新定位，其結果表明［3］，地震發(fā)生在北美板塊和太平洋板塊之間的一條板塊間逆斷層上，而余震則以正斷為主（圖3）。

圖1 2012年加拿大西海岸7.7級地震、歷史地震活動及構造背景（地震目錄引自文獻［4］，斷裂資料引自文獻［5-6］，震源機制解引自文獻［7］，背景為1 km分辨率的STRM數(shù)據(jù)的山陰圖）

表1 不同機構得到的地震矩張量解結果______________________________

2 區(qū)域構造概況

圖2 滑動分布橫剖面圖［2］（五角星為震中，等值線顯示破裂的初始時間（ms），等值線間距為5 ms，采用的破裂節(jié)面為走向N49°W，傾角N17°E，斷層面上釋放的地震矩為6.84×1020N·m）

圖3 2012年MW7.7地震及余震重定位結果［3］（方法為聯(lián)合震源確定方法（modified joint hypocenter determination），余震序列時間為2012年10月28日～11月1日）

從地質構造來看，本次地震發(fā)生在北美板塊和太平洋板塊之間的轉換斷層 夏洛特皇后斷裂帶上（圖4）。該斷裂向北與右旋走滑的Fairweather斷裂相連，最后共同轉換為阿留申俯沖帶上向阿拉斯加的快速俯沖，而Fairweather斷裂在歷史上也發(fā)生過多次7.5級左右的大震［6］。夏洛特皇后斷裂帶南段向南至Explorer板塊的北段。板塊的轉換作用向南轉移到Reverse-Dellwood-Wilson斷裂帶上，并伴隨著洋中脊的拉張。再向南逐漸過渡到著名的Cascadia俯沖帶上，洋殼俯沖至北美板塊的下部，并形成了火山弧［6］（圖4）。雖然該俯沖帶歷史上沒有像2010年智利8.8級那樣超大地震的記錄［9］，但古地震研究表明［10-11］，在過去11 000年里，共發(fā)生了18次俯沖型地震，震級大小不一，平均復發(fā)周期為260年。最近的一次發(fā)生在公元1700年左右，震級可能高達MW9［11］。最近一次地震的離逝時間已達300多年，超過了平均復發(fā)周期，因此，Cascadia俯沖帶被認為未來存在較大的發(fā)生大地震的可能。2012年MW7.7地震的發(fā)生似乎加重了人們的擔憂。

圖4 區(qū)域構造概況（底圖基于文獻［13］修改，斷裂引自文獻［5］，板塊運動方向和速率引自文獻［12］，1949年地震破裂范圍引自文獻［14］，2012年地震破裂范圍引自文獻［2］）

從斷層活動性質來看，夏洛特皇后斷裂以夏洛特皇后島為界可分為南北兩段。北段表現(xiàn)為純走滑運動，斷層面陡直；南段具有較大的逆沖分量，斷層面向東傾斜。另外，小震結果表明，南段的俯沖作用還伴隨著上盤一定量的拉張作用［12］。

從運動學特征來看，太平洋板塊總體相對北美板塊以約60mm／a的速度向北運動［12］。其中，由于轉換斷層的作用，Juan De Fuca板塊以40mm／a的速度俯沖于北美板塊之下，并造成了Cascadia地區(qū)的隆起和火山作用。而向北，在北美板塊與太平洋板塊之間轉換為純的走滑作用，導致了夏洛特皇后斷裂帶形成，其滑動速率達58mm／a［5］，向北該斷裂帶又逐漸轉換成太平洋板塊向阿拉斯加的俯沖作用（圖4，5）。

3 區(qū)域歷史地震特征

夏洛特皇后斷裂區(qū)域上屬環(huán)太平洋地震帶，大不列顛哥倫比亞省西海岸一帶的地震集中在大平洋板塊與北美板塊之間的邊界斷裂帶上（圖1）。從歷史地震記錄來看，該斷裂是5級以上地震頻發(fā)的地區(qū)，歷史上記錄的最早的6級以上地震為1912年的6.5級地震，最近一次為2012年11月8日6.1級地震。該區(qū)域內有文獻記錄以來，包括2012年最新地震總共發(fā)生過3次7級以上的地震，最早記錄為1929年7級地震，最大的一次是1949年8月22日的8.1級地震。該地震是自1700年以來加拿大發(fā)生過的最大地震。據(jù)當時記載，附近建筑物發(fā)生劇烈晃動，地震發(fā)生時有牛難以站立而跌斷腿，汽車來回搖晃如海上行駛的船只，但該地震沒有造成破壞性海嘯的記載［6］。從USGS國家地震信息中心收集了該斷裂及區(qū)域內20世紀以來2.0級以上的地震目錄［4］。震級頻度分布表明，5.0級以上的地震應是完整的（圖6a）。而加拿大西海岸地區(qū)已于20世紀初開始建立地震監(jiān)測系統(tǒng)，5級以上的地震應該不會漏記，因此認為20世紀初以來5級以上的地震目錄是完整的。

圖5 北美板塊西海岸地震成因模式圖［15］

圖6 （a）區(qū)域地震震級-頻度分布（地震目錄為包含整個斷裂帶的所有2級以上的地震）；（b）區(qū)域地震M-t圖，起算震級M＝5；（c）應變釋放曲線，起算震級M＝5

我們從USGS國家地震信息中心獲得了MS≥5.0的中強地震目錄，該目錄從1907年開始至2012年11月底。從其M-t圖來看（圖6b），6級以下地震為該地震帶上的背景地震，發(fā)生頻率非常高，但對斷裂帶上應變能的釋放所起的作用很小，而6級以上地震，尤其是7級以上大震承擔著釋放斷層應變能的主要作用（圖6c）。因為該斷裂上缺少更長的地震記錄和相關的古地震研究，難以評價其大震復發(fā)行為?？傮w看來該斷裂似乎以一個8級左右大震的發(fā)生作為地震活躍期的開始，而活躍期內主要發(fā)生7級以下的中強地震。2012年MW7.7地震的發(fā)生標志著新的地震活躍期的開始，未來幾十年該斷裂上可能以中強地震為主，發(fā)生8級左右大震的可能性不大。

1949年的MW8.1級地震是北美有歷史記錄以來發(fā)生的最大走滑型地震，其余震分布及破裂特征研究表明［16］，該地震造成了夏洛特皇后斷裂帶北段的破裂，其破裂長度約為470km［6］。小震調查表明，夏洛特皇后斷裂帶南段在1949年地震中未發(fā)生破裂，在南段留下了一個長75km的地震空區(qū)。從破裂長度推斷至少需要一個MW7.5的地震來填充這個空區(qū)［16］。而從大不列顛哥倫比亞省1898年在該斷裂段附近建立第一個地震儀以來，僅在2008年1月5日發(fā)生的兩個MW6.5地震部分地充填了北側小部分空區(qū)，這個空區(qū)已經(jīng)維持了一個多世紀。從2012年7.7級地震的破裂分布結果來看，該地震的發(fā)生正好填補了這個空區(qū)（圖4）。

而夏洛特皇后斷裂帶的南段相對于北段向東偏轉約20°（圖4）。因為斷層走向的變化，南段活動具有太平洋板塊向北美板塊的俯沖分量。2012年MW7.7級地震是一次逆沖型地震，它的發(fā)生和南段斷裂的俯沖運動有關。另外，上升盤伴隨的拉張分量也使得余震以正斷為主（圖3）。

4 結論

2012年加拿大7.7級地震發(fā)生在北美板塊和太平洋板塊之間的轉換斷層 夏洛特皇后斷裂帶南段。該地震是沿著斷裂約6cm／a的滑動積聚在該斷裂帶南段的大量能量釋放的結果。歷史地震分析結果表明，2012年7.7級地震正好填充了夏洛特皇后斷裂帶上近一個世紀以來存在的地震空區(qū)，它標志著一個新的次一級地震周期的開始。未來幾十年來，該斷裂發(fā)生8級左右地震的可能性較小，將主要以中強地震活動為主。

（作者電子信箱，任俊杰：renjunjie＠gmail.com）

［1］http：∥earthquake.usgs.gov／earthquakes／recenteqsww／Quakes／usb000df7n.php

［2］Poster of the Haida Gwaii Region，Canada Earthquake of 28October 2012-Magnitude 7.7.http：∥earthquake.usgs.gov／earthquakes／eqarchives／poster／2012／20121028.php

［3］Nobuo H.Aftershock distribution and the mainshock’s fault plane by the MJHD method：Application to the Myanmar Earthquake on November 11，2012.http：∥iisee.kenken.go.jp／special2／20121111myanmar／201211Myanmar-MJHD.pdf.2012

［4］http：∥earthquake.usgs.gov／earthquakes／world／index.php？region＝Canada

［5］Haggart J W，Matsukawa M，Ito M.Paleogeographic and paleoclimatic setting of Lower Cretaceous basins of East Asia and western North America，with reference to the nonmarine strata.Cretaceous Research，2006，27（2）：149-167

［6］Yeats R.Active Faults of the World.Cambridge University Press，2012

［7］http：∥www.globalcmt.org／CMTsearch.html

［8］http：∥www.ceme.gsras.ru／cgi-bin／info＿quakee.pl？mode＝1＆id＝194

［9］任俊杰，周娜.2010年智利大地震及歷史地震活動與地質構造背景.國際地震動態(tài)，2010（3）：1-7

［10］Goldfinger C，Morey A E，Nelson C H，et al.Rupture lengths and temporal history of significant earthquakes on the offshore and north coast segments of the Northern San Andreas Fault based on turbidite stratigraphy.Earth and Planetary Science Letters，2007，254（1）：9-27

［11］Goldfinger C，Nelson C H，Johnson J E.Holocene earthquake records from the Cascadia subduction zone and northern San Andreas Fault based on precise dating of offshore turbidites.Annual Review of Earth and Planetary Sciences，2003，31（1）：555-577

［12］Mazzotti S，Hyndman R D，F(xiàn)lück P，et al.Distribution of the Pacific／North America motion in the Queen Charlotte Islands-S.Alaska plate boundary zone.Geophys.Res.Lett.，2003，30（14）：1762-1768

［13］Brown E H，Housen B A，Schermer E R.Tectonic evolution of the San Juan Islands thrust system，in floods，faults，and fire：Geological field trips in Washington State and Southwest British Columbia.Stelling P，Tucker D S，Eds.Geological Society of America Field Guide 9，2007

［14］Bufe C G.Stress distribution along the Fairwether-Queen Charlotte transform fault system.Bull.Seis.Soc.Amer.，2005，95（5）：2001-2008

［15］http：∥www.teacherfurse.com／PhysicsPage／Classes／Science10／EarthScience／EarthQuakes／volcano＿earthquake.htm

［16］Rogers G C.Seismic gaps along the Queen Charlotte fault.Earthquake Prediction Research，1986，4（1-2）：1-11

Tectonic context and activities of historical earthquake in the area of the 2012 MW7.7 earthquake，western coast of Canada

Zhou Na1），Ren Junjie2）
1）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China
2）Institute of Crustal Dynamics，CEA，Beijing 100085，China

The 2012Canada earthquake（MW7.7）occurred on the southern segment of the Queen Charlotte fault，which lies on the Circum-Pacific seismic belt and separates the Pacific plate from the Northern American plate.The motion of the Pacific plate with a rate of～6cm／a along the Queen Charlotte fault with respect to the Northern American plate generated the accumulation and release of strain on the fault plane to a critical level and finally ruptured during the 2012 MW7.7earthquake.The occurrence of the 2012earthquake filled the seismic gap found in previous studies on the rupture of historical earthquakes.This earthquake may indicate the starting of a new seismic cycle.In the coming decades，intermediate-strong earthquakes may dominate and there is a low level of possibility for an earthquake with magnitude～8.

Queen Charlotte fault；Pacific plate；Northern American plate；Cascadia subduction zone

P315.5；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2013.07.006

2012-12-11；

2013-02-26。

中國地震臺網(wǎng)中心青年基金項目資助。