胡偉華 劉培玄 楊新紅 陳建波

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2016年阿克陶S6.7地震地表破裂特征和帕米爾現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場初步分析

胡偉華1）劉培玄2）楊新紅3）陳建波1）

1）新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011 2）地殼運動監(jiān)測工程研究中心，北京 100036 3）中國地震應(yīng)急搜救中心，北京 100049

帕米爾高原位于地中海－喜馬拉雅地震帶上，晚新生代以來隨著印度板塊向歐亞板塊持續(xù)不斷地擠壓匯聚，其構(gòu)造運動是歐亞大陸最強烈的地區(qū)。高原腹地發(fā)育一系列近SN向正斷層，包括近SN向的塔什庫爾干正斷層所處的帕米爾中部現(xiàn)代區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場以EW向水平拉張為主。2016年11月25日發(fā)生的阿克陶S6.7級地震的發(fā)震構(gòu)造為塔什庫爾干斷層分支的NWW向木吉盆地北緣斷層，其具有右旋走滑兼正斷性質(zhì)。地震在震中附近產(chǎn)生同震地表形變帶，全長約1km，呈近SN－NNE向水平拉伸，發(fā)育近EW—NWW向的張裂縫，為地震破裂的產(chǎn)物，張裂縫的最大水平拉伸位移量和最大垂直位移量分別為46cm和16cm。地表破裂帶中的NE和NW向張剪裂縫只是連接貫通這些雁列的張裂縫，其水平相對位移量取決于張裂縫的水平拉伸量和張裂縫之間的幾何關(guān)系。地表形變帶表現(xiàn)的拉張性質(zhì)與帕米爾高原腹地區(qū)域現(xiàn)代應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力為垂直向基本一致，可能與深部熱物質(zhì)上涌造成的上地殼拉伸有關(guān)。而地表形變帶呈近SN向水平拉張，與區(qū)域近EW向拉張應(yīng)力場之間存在顯著差異，這可能是木吉盆地北緣右旋走滑正斷層階區(qū)局部應(yīng)力場調(diào)整的結(jié)果。

阿克陶地震 地表破裂帶 拉張應(yīng)力 塔什庫爾干斷層 帕米爾

引言

2016年11月25日22時24分，新疆阿克陶縣發(fā)生S6.7級地震（39.27°N，74.04°E），震源深度10km。震中位于海拔3000m以上的帕米爾高原腹地。根據(jù)中國地震局地球物理研究所得到的震源機制解（http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/275080.shtml），發(fā)震斷層面走向303°，傾角74°，滑動角-162°，斷層為右旋走滑型。參照美國哈佛大學給出的快速震源機制解（http://www. csndmc.ac.cn/csndmc/data/hrv_qcmt.jsp），本次地震矩震級為W6.6級，發(fā)震斷層面走向289°，傾向87°，滑動角177°，斷層為右旋走滑性質(zhì)。帕米爾高原位于地中海－喜馬拉雅地震帶上，新生代以來印度板塊持續(xù)不斷地向歐亞板塊擠壓匯聚，導(dǎo)致其成為歐亞大陸構(gòu)造運動最強烈的地區(qū)。帕米爾高原北部由西向東分布有阿賴山褶皺斷裂帶（吉爾吉斯斯坦境內(nèi)）和西昆侖山褶皺斷裂帶，后者曾發(fā)生過1955年烏恰7級雙震、1985年烏恰7.1級地震和2008年烏恰6.8級地震，表明現(xiàn)今帕米爾造山帶不斷向天山造山帶俯沖消減；其東南部發(fā)育有康西瓦和喀喇昆侖大型走滑斷層，在其西南部的阿富汗、巴基斯坦境內(nèi)發(fā)育有赫拉特、查曼和基爾達－蘇來曼大型走滑斷層，南部的巴基斯坦、印度境內(nèi)分布有喜馬拉雅大型擠壓推覆構(gòu)造。歷史地震、古地震和地表破裂帶等研究表明，這些大型活動構(gòu)造都曾經(jīng)發(fā)生過7級甚至8級地震。本次地震發(fā)生在帕米爾高原的中部，該區(qū)域發(fā)育有塔什庫爾干正斷層和喀拉庫爾正斷層等（Blisniuk等，1997），前者曾發(fā)生過1895年7級地震，后者發(fā)生了2015年12月7日塔吉克斯坦7.4級地震?？傮w來看，帕米爾高原及周邊發(fā)育了不同走向（EW、SN、NW和NE）和不同性質(zhì)（逆斷層、正斷層、右旋走滑和左旋走滑斷層）的大型現(xiàn)代活動斷層，是大陸活動構(gòu)造最復(fù)雜的地區(qū)之一。

震后中國地震局和新疆維吾爾自治區(qū)地震局立即成立地震現(xiàn)場工作隊，于地震發(fā)生的次日到達災(zāi)區(qū)，將發(fā)震構(gòu)造和地表破裂帶調(diào)查作為地震烈度調(diào)查、災(zāi)害損失評估和科學考察中一項重要的工作內(nèi)容。參考以往歷史地震的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，一般情況下新疆及其周邊地區(qū)發(fā)生6.5級以上的地震才會產(chǎn)生地表破裂帶，地震地表破裂帶可以對比驗證地震宏觀震中的位置、發(fā)震斷層、地表破裂組合特征和運動學性質(zhì)等（徐錫偉等，2011）。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，極震區(qū)烈度為Ⅷ度，本次地震的發(fā)震構(gòu)造為塔什庫爾干斷層系的分支——木吉盆地北緣斷層，在震中附近發(fā)現(xiàn)長約1km的地表破裂帶。

1 同震地表形變帶的基本特征

位于震中附近的阿克陶縣木吉鄉(xiāng)維日麻的一條沖溝谷地內(nèi)可見呈波狀起伏的近EW向同震地表形變帶，其全長約1km（圖1），地表形成多條寬1—46cm的張性破裂，多數(shù)破裂因SN向擴張形成，少數(shù)破裂形成南高北低的順坡向低坎，垂直高差3—16cm。此外，地表形變帶穿過一居民點，造成居民點內(nèi)土木結(jié)構(gòu)房屋全部倒塌。

1．木吉盆地北緣斷層；2．地表破裂帶；3．微觀震中；4．破裂分段

根據(jù)同震地表形變帶展布特征和裂縫性質(zhì)，可將其分為3段，分述如下：

西段呈“S”型波狀起伏，近東西展布，全長320m。由40°—60°走向的張剪裂縫和90°—120°走向的張裂縫構(gòu)成。張裂縫壁面凹凸不平，張剪裂縫壁面平直陡立，而且這些走向不同的裂縫能夠首尾相連，在地表形成“Z”字型折線延伸。張裂縫寬5—20cm，張剪裂縫寬1—5cm，兩者都以水平向位移為主，幾乎沒有垂直落差。裂縫地表延伸多筆直，切割溝坡而不受地形影響。

從一組張裂縫與張剪裂縫的幾何分布可見（圖2），走向290°的張裂縫a壁面粗糙不平，走向205°的張剪裂縫b壁面陡立光滑，裂縫a拉張5cm，使得裂縫b產(chǎn)生5cm的右旋走滑位移，兩者交角85°。走向125°的張裂縫c水平拉張3cm，造成兩端走向40°的張剪裂縫d和e右旋走滑3cm。

圖2 地表破裂帶西段幾何分布

中段由多條NW向雁列展布的張裂縫組成，走向285°—310°，累計長度280m，水平向拉張5—21cm，局部發(fā)育南高北低的正向陡坎，垂直位移2—13cm。這些構(gòu)造裂縫穿過牧民居住點，造成土木結(jié)構(gòu)房屋倒塌（圖3）。

東段呈近東西向展布，走向75°—95°，累計長度約400m，由張裂縫組成，水平向拉伸2—46cm（圖4），南高北低的垂直向位錯量為1—16cm。

圖3 地表破裂帶中段地裂縫穿過居民點造成土木結(jié)構(gòu)房屋倒塌

圖4 地表破裂帶東段地裂縫水平和垂直拉張位移量

2 構(gòu)造組合關(guān)系的初步分析

根據(jù)地表形變帶張裂縫與張剪裂縫的組合關(guān)系，我們提出了簡化模型（圖5），AB為EW向張裂縫，水平拉伸量為，AD為NE向張剪裂縫，與AB夾角為；BC為NW向張剪裂縫，與AB之間夾角為，AA’為AD右旋水平位移，位移量記為，BB’為BC左旋水平位移，位移量記為。拉伸量與平移量關(guān)系為：

圖2和圖3顯示的張裂縫與張剪裂縫之間的夾角均為85°，近直角，則計算得到的水平位移量與拉伸量基本相同，與野外測量結(jié)果一致。

調(diào)查分析結(jié)果表明，地表破裂帶中張裂縫是主要的地震地表破裂產(chǎn)物，而NE和NW向的張剪裂縫只是連接貫通這些雁列的張裂縫，其水平相對位移量取決于張裂縫水平拉伸量和張裂縫之間的幾何關(guān)系。因此本次地震破裂帶構(gòu)造運動性質(zhì)是近SN—NNE向水平拉伸，并由此判定本次地震的最大主應(yīng)力方向為垂直向，中間水平應(yīng)力為近EW—NWW向，最小水平張應(yīng)力為SN—NNE向。

3 發(fā)震斷裂簡述

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本次地震的發(fā)震構(gòu)造為塔什庫爾干斷層系。該斷層系位于帕米爾高原腹地，總體呈SN向，由多條不連續(xù)的近SN向正斷層和NW—NWW向正斷兼右旋走滑斷層構(gòu)成。斷裂帶北起烏孜別里山口，向西南經(jīng)木吉盆地北緣和東緣、布倫口盆地東緣、蘇巴什盆地東緣和塔合曼盆地東緣山麓，之后折向西沿塔什庫爾干盆地西緣山麓展布，終止于塔什庫爾干縣巴扎達什牧場，全長300余千米。斷裂帶均控制著這5個第四紀斷陷盆地的一側(cè)邊界，斷層面傾向這些盆地的中心，即斷裂的上盤由盆地第四紀河流和冰川相沉積物所構(gòu)成，而斷裂的下盤山體主要由元古代變質(zhì)巖系所組成，山盆高差平均在2000m以上，其中下盤附近的山脊包括3座7000m以上的山峰，分別為7595m的公格爾久別峰、7719m的公格爾峰和7546m的幕士塔格峰。塔什庫爾干斷裂帶屬于全新世活動斷裂，1895年塔什庫爾干7級地震同震地表形變帶位于塔合曼盆地南段，長度約40km（鄭劍東，1993）。除此之外，沿斷裂帶全線均有古地震地表破裂帶或全新世活動痕跡，斷裂帶沿山盆交界處斷錯現(xiàn)代洪積扇、河漫灘、低階地和晚第四紀冰磧物，全新世近EW向拉張，速率為5.4—6.7mm/a（李文巧，2014）。

本次地震地表破裂帶位于木吉盆地北緣斷層的西段，斷裂帶沿昆蓋山南麓展布，近EW—NWW走向，斷層面傾向S，具有正斷兼右旋走滑性質(zhì)（陳杰等，2011）。地表破裂帶并沒有發(fā)生在主斷層上（圖1），而是發(fā)生在兩條NWW向斷層構(gòu)成的右行左階的階區(qū)部位，階區(qū)EW方向長4.5km，地表破裂帶距東側(cè)斷層1.3km。階區(qū)附近的構(gòu)造應(yīng)力場通常受到兩側(cè)走滑斷層活動控制，具有局部應(yīng)力場特征。本次地震的主震和地表破裂帶都位于階區(qū)內(nèi)，最小主張應(yīng)力發(fā)生了局部調(diào)整，產(chǎn)生了近SN向的拉張，而與區(qū)域近EW向的拉張應(yīng)力場之間存在顯著差異。

4 帕米爾高原現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的簡要分析

帕米爾地區(qū)位于地中海－喜馬拉雅地震帶上，新生代以來印度板塊向歐亞板塊持續(xù)不斷地擠壓匯聚，使其成為大陸構(gòu)造運動最強烈的地區(qū)，活動斷裂發(fā)育，具備發(fā)生大地震的大型全新世活動斷層有29條之多（圖6），現(xiàn)今強震頻發(fā)。根據(jù)活動斷層性質(zhì)，判定區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場如下：

喜馬拉雅俯沖帶位于帕米爾高原南緣，包括NW向的喜馬拉雅主中央逆斷層（15）、喜馬拉雅主邊界逆斷層（16）和近EW向旁遮普逆斷層（17），斷層面均傾向NE或N，表明歐亞板塊推覆于印度板塊之上，造成帕米爾高原南部現(xiàn)今強烈的擠壓變形，該區(qū)域最大水平主壓應(yīng)力為SN向，最小主壓應(yīng)力方向為垂直向。

帕米爾東南部康西瓦左旋走滑斷層（13）和喀喇昆侖－獅泉河右旋走滑斷層（14）構(gòu)成的活動邊界造成青藏高原西部塊體向東南擠出，衛(wèi)星影像解譯這兩條走滑斷層分別發(fā)育長150km和130km的古地震地表形變帶，該區(qū)域最大水平主壓應(yīng)力為NE向，最小水平主壓應(yīng)力方向為NW向。

帕米爾西南部近EW向赫拉特右旋走滑斷層（21）和NNE向的查曼左旋走滑斷層（19）交匯于喀布爾附近（Trifonov，1978），造成阿富汗中部和南部塊體向西南滑移，該區(qū)域最大水平主壓應(yīng)力為NW向，最小水平主壓應(yīng)力方向為NE向。帕米爾西部的阿富汗興都庫什地區(qū)，現(xiàn)今發(fā)生過多次7級以上中源地震，震源深度70—260km，震源呈NW走向條帶狀分布，可能是印度板塊下插歐亞板塊形成的貝尼奧夫帶所引起的（寧杰遠等，1990），印度板塊在興都庫什地區(qū)主動向北俯沖（張浪平等，2014）。

帕米爾北部和東北部受南天山褶皺造山帶的阻擋，邊緣發(fā)育了一系列近EW向逆斷層，包括阿賴山山前逆斷層（7）、卡茲克阿爾特逆斷層（6）和塔里木北緣逆斷層（5），這些斷層都是南傾的逆斷層（伍秀芳等，2004），以背馱式逆沖推覆構(gòu)造向南天山前陸擴展（宋揚等，2011），此處發(fā)生過7級以上地震或古地震，其中塔里木北緣的高角度逆斷層是1902年阿圖什8?地震的發(fā)震構(gòu)造（田勤儉等，2006）。而在南天山山前也發(fā)育了幾條NEE走向的逆斷層，由南向北分別為柯坪逆斷層（4）、邁丹逆斷層（3）和吐爾尕特逆斷層（2），這些斷層都發(fā)育有古地震形變帶，且斷層面向北傾。該區(qū)域最大水平主壓應(yīng)力為SN向，最小主壓應(yīng)力方向為垂直向。

（1）塔拉斯—費爾干納右旋走滑斷層；（2）吐爾尕特逆斷層；（3）邁丹逆斷層；（4）柯坪逆斷層；（5）塔里木北緣逆斷層；（6）卡茲克阿爾特逆斷層；（7）阿賴山山前逆斷層；（8）塔什庫爾干正斷層；（9）朗庫里正斷層；（10）穆爾加布正斷層；（11）喀拉庫爾正斷層；（12）克孜勒陶－庫斯拉普右旋走滑逆斷層；（13）康西瓦左旋走滑斷層；（14）喀喇昆侖－獅泉河右旋走滑斷層；（15）喜馬拉雅主中央逆斷層；（16）喜馬拉雅主邊界逆斷層；（17）旁遮普逆斷層；（18）基爾達－蘇來曼左旋走滑斷層；（19）查曼左旋走滑斷層；（20）賈拉拉巴德－瓦罕左旋走滑斷層；（21）赫拉特右旋走滑斷層；（22）巴格蘭右旋走滑斷層；（23）加巴什左旋走滑斷層；（24）塔維爾達拉左旋走滑斷層；（25）瓦赫什左旋走滑逆斷層；（26）蘇楊博斯－薩哈圖孜逆斷層；（27）圖爾孫扎德－賽拉布逆斷層；（28）納倫盆地南緣逆斷層；（29）加茲利右旋逆斷層

帕米爾中部主要由多組正斷層構(gòu)成，除塔什庫爾干正斷層（8）外，還有朗庫里正斷層（9）和穆爾加布正斷層（10），衛(wèi)星影像解譯這兩條斷層具有斷錯現(xiàn)代洪積扇、全新世冰磧物、河漫灘和低階地的全新世活動跡象，這3條斷層形狀相似呈“3”字型，近SN向展布且相互平行，相距40—60km。此外在喀拉庫爾湖南側(cè)還發(fā)育有NNE向喀拉庫爾正斷層（11），這些斷層構(gòu)成了帕米爾中部拉張構(gòu)造體系。該地區(qū)地殼厚度已經(jīng)達到70km（馬杏垣，1989），近乎是大陸平均地殼厚度的2倍，與青藏高原地殼結(jié)構(gòu)相類似。研究表明青藏高原熱的、軟弱的下地殼可能向東、西兩個方向流動（Tapponnier等，1981）。而帕米爾中部的拉張構(gòu)造又與青藏高原南部的近SN向拉張斷層系相類似，后者包括當雄－羊八井正斷層、越恰錯－謝通門正斷層和當惹雍錯－夏雄正斷層等。對比分析帕米爾中部現(xiàn)代區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的最大主壓應(yīng)力為垂直向，最小水平張應(yīng)力為近EW向，這可能與地幔物質(zhì)上涌有關(guān)。

5 討論和結(jié)論

2016年11月25日發(fā)生的阿克陶S6.7級地震地表形變帶屬拉張型，與帕米爾中部構(gòu)造應(yīng)力場大體一致。但形變帶所反映的最小水平張應(yīng)力方向為SN－NNE向，與區(qū)域最小水平張應(yīng)力方向——近EW向幾乎垂直，導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因可能包括本次地震地表形變帶不在主斷層上，而是在兩條主斷層之間的階區(qū)內(nèi)；本次地震震級僅為S6.7級，屬于小尺度構(gòu)造破裂的能量釋放。帕米爾現(xiàn)代造山帶的應(yīng)力場本身就是復(fù)雜多變的，不同區(qū)域的大型活動斷層都有各自的活動特征，但它們組合起來所表現(xiàn)的運動性質(zhì)就統(tǒng)一表現(xiàn)為帕米爾造山帶持續(xù)向北擠壓隆起。我國境內(nèi)具有代表性的帕米爾中部的塔什庫爾干正斷層與帕米爾東北部的卡茲克阿爾特逆斷層，兩者相互平行，在40—60km范圍內(nèi)應(yīng)力場卻發(fā)生了根本性的改變，由垂直正斷型轉(zhuǎn)變成水平逆沖型，兩者之間的構(gòu)造聯(lián)系，即塔什庫爾干斷層的伸展運動是否與卡茲克阿爾特斷層逆沖運動有關(guān)，值得我們今后開展進一步的研究工作。

本次地震震中區(qū)同震地表形變帶全長約1km，構(gòu)造運動性質(zhì)是近SN—NNE向水平拉伸，張裂縫最大水平拉伸位移量為46cm，最大垂直位移量為16cm，連接各張裂縫的張剪裂縫，其水平相對位移量取決于張裂縫水平拉伸量和張裂縫之間的幾何關(guān)系。對比新疆及周邊地區(qū)以往歷史地震的地表斷層長度和位錯量，比較符合震級大于6.5級才能產(chǎn)生地表形變帶這一統(tǒng)計規(guī)律。地表形變帶表現(xiàn)的拉張性質(zhì)與帕米爾高原腹地區(qū)域現(xiàn)代應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力為垂直向基本一致，這可能與深部熱物質(zhì)上涌造成上地殼拉伸有關(guān)。而地表形變帶表現(xiàn)為近SN向拉張，這與區(qū)域近EW向拉張應(yīng)力場之間具有顯著差異，這可能是木吉盆地北緣右旋走滑正斷層的階區(qū)局部應(yīng)力場調(diào)整的結(jié)果。

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Surface Rupture Features of the AktoS6.7 Earthquake in2016 and Modern Tectonic Stress Field of Pamir

Hu Weihua1), Liu Peixuan2), Yang Xinhong3)and Chen Jianbo1)

1) Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830011, China 2) National Earthquake Infrastructure Service, Beijing 100036, China 3) National Earthquake Response Support Service, Beijing 100049, China

The Pamir plateau is located in the Mediterranean-Himalayan seismic zones. In late Cenozoic as Indian plate has continuously subducted with the Eurasian plate, its tectonic movement become the strongest in the Eurasian continent. In the interior of the plateau where are series of near S-N-striking normal faults, including near S-N-striking Taxkorgan fault, the modern tectonic stress field in central Pamir suggests mainly E-W directed extension. The seismogenic structure is the N-W-W-striking northern margin of the Muji basin fault, a branch of the Tashkurgan fault，which is the dextral strike-slip and normal active fault. The coseismic surface deformation zone produced by the AktoS6.7 earthquake is about 1km long, along EW-NWW trending. The horizontally tectonic movement is EW-NWW trending tensile fractures, which are the main earthquake ruptures. The maximum horizontal displacement is 46cm and the maximum vertical displacement is 16cm. The NE and NW trending shear cracks in the surface rupture zone are only connected to these fissures, and the horizontal relative displacement depends on the geometric relationship of the tensile fractures and horizontal tensile displacement. Extension properties of the surface deformation with maximum vertical principal stress are about in consistent with regional stress in the interior of the Pamir plateau, in which related upwelling hot material may result in the upper crust extending. The surface deformation zone has near S-N directed horizontal extension. Compared with near E-W directed extension in the region stress field, the difference is significant, which may be interpreted to adjust the partial stress field of the step between two dextral strike-slip and normal faults of the northern margin of the Muji basin faults.

Akto earthquake; Surface rupture zone; Tensile stress; Taxkorgan fault; Pamir

10.11899/zzfy20170405

2017-01-04

胡偉華，男，生于1970年。副研究員。主要從事地震災(zāi)害和活動構(gòu)造方面的研究。E-mail：huweihua999@163.com

胡偉華，劉培玄，楊新紅，陳建波，2017．2016年阿克陶S6.7地震地表破裂特征和帕米爾現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場初步分析．震災(zāi)防御技術(shù)，12（4）：767—775．