东昆仑断裂带是青藏高原东北缘一条重要的活动变形吸收和转移的大型断裂带,被认为是承担青藏高原向东挤出运动的重要通道之一。该断裂西自阿尔金断裂,向东经阿尼玛卿山、玛沁和玛曲,最东延伸至岷山一带,总长达1600 km(图 1a)。构造上它是巴颜喀拉地块和柴达木块体的边界断裂,地貌上表现为南侧低缓陆续在的高原面与北侧由活动褶皱造山带和山间盆地区的陡变分界。晚第四纪滑动速率研究表明,东昆仑断裂的中、西段(92ºE-100ºE)具有均一稳定的~10-12 mm/a的左旋滑动速率,而东段(100ºE-102º)的左旋滑动速率则从~6-7 mm/a降低至玛曲附近的~3-5 mm/a,至最东端的塔藏断裂为1.4-3.2 mm/a(图 1c)。东昆仑断裂带上向东减少的左旋滑动被认为转移到南侧的阿万仓断裂和北侧的白龙江断裂、光盖山-迭山断裂和西秦岭断裂带等走滑断裂上(图 1b)。而在东昆仑断裂带东端,作为东昆仑断裂带最东段的塔藏断裂与其东端的其它构造是如何进行转换的,现在仍存在较大的争论,共有三种观点:(1)认为东昆仑断裂带上的左旋走滑继续沿近东西的构造,最东至汉中盆地;(2)认为东昆仑断裂带东端的左旋走滑主要向东南方向转移到岷江断裂和虎牙断裂带上的左旋走滑;(3)认为东昆仑断裂带东端的左旋走滑并未向东传播,而是主要转换为其南侧近南北向构造(包括岷江断裂和虎牙断裂)上的地壳缩短。东昆仑断裂带东端的构造转换决定了该地区的强震孕震环境,但上述观点只是概念模型,均缺少定量研究资料的证据。
东昆仑断裂带东端的活动构造主要包括塔藏断裂、文县断裂带及其南侧的龙日坝断裂带北段、岷江断裂和虎牙断裂。顺利获得野外地质调查、断错地貌测量和第四纪年代学研究,发现了这些断裂一系列晚第四纪活动的地质和地貌证据(图 2、图 3)。结果发现,塔藏断裂为东昆仑断裂带的最东段,主要承担东昆仑断裂带主体剩下的左旋走滑。断错地貌研究表明,塔藏断裂西段晚第四纪以来左旋走滑速率为1.4~3.2mm/a,并且向东逐渐降低。而龙日坝断裂带北段近东西向的地壳缩短速率约为0.8mm/a,岷江断裂上近东西向的地壳缩短速率为0.53~0.74mm/a,虎牙断裂上近东西向的地壳缩短速率为>0.3mm/a,因此,横跨岷山隆起三条近南北向断裂上的地壳缩短速率为>1.63~1.83mm/a。考虑到塔藏断裂向东的一些分支断裂包括文县断裂带西段仍承担一小部分的左旋走滑,塔藏断裂上自西向东左旋走滑的减小量与南侧的龙日坝断裂北段、岷江断裂和虎牙断裂上的近东西向地壳缩短量大致相当。
图 1 东昆仑断裂带的几何展布与晚第四纪滑动速率向东空间变化特征
2017年九寨沟7.0级地震极震区熊猫海附近在震前影像上可见清晰的线性特征,呈现出走滑断裂的断错地貌特征。在熊猫海的西北侧,断裂呈现负地形,表现为断层沟槽和断错山脊,同时还造成了G3纹沟的左旋断错和G1、G2与G4形成断头沟(图 4a);而在熊猫海的东南侧断裂表现为一系列山脊的断错,并在东侧形成坡中槽地貌(图 4b)。该断裂并未在以前的地质图和活动构造图上标明,这里命名为熊猫海断裂。我们推测熊猫海断裂可能为2017年九寨沟地震的发震构造,该断裂应以左旋走滑为主。震后航拍结果沿该断裂的线性特征可能为本次地震的同震地表破裂带。
基于该区的构造特点、块体运动特征及断裂晚第四纪定量研究结果,我们提出了一个动力学模型来解释昆仑断裂东端的构造转换和应变分配模型(图 5):东昆仑断裂带上的左旋走滑作用向东转移到其最东段的塔藏断裂上,并且向东继续减小,一小部分沿着几个分支断裂继续向东传播,至文县断裂带东段主要转变为近南北向的地壳缩短,剩下的大部分主要转换为龙日坝断裂、岷江断裂和虎牙断裂东西方向上的地壳缩短,而这些断裂向下交汇于深约30 km的滑脱面上,共同导致了岷山的隆升。
2017年九寨沟地震发生在一条北西向的左旋走滑断裂上,其正是在东昆仑断裂带东端构造转换过程中塔藏断裂向东的一个以走滑为主的分支断裂,吸收一小部分东昆仑断裂带上的左旋走滑变形,当应变累积到一定程度导致沿该断裂发生破裂从而发生了本次地震。因此,本次地震的发生是东昆仑断裂带在东端继续向东扩展的结果。
相关成果完成人为任俊杰,徐锡伟,张世民,罗毅,梁欧博,赵俊香等,最新发表在国际知名期刊Tectonophysics和地球物理学报上。
Ren, J., Xu, X., Yeats, R.S., Zhang, S., (2013). Millennial slip rates of the Tazang fault, the eastern termination of Kunlun fault: Implications for strain partitioning in eastern Tibet. Tectonophysics 608, 1180-1200.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040195113003922
任俊杰, 徐锡伟, 张世民, 罗毅, 梁欧博, 赵俊香, (2017). 东昆仑断裂带东端的构造转换与2017年九寨沟Ms 7.0地震孕震机制. 地球物理学报 60, 4027-4045.
http://html.rhhz.net/dqwlxb/2017-10-4027.htm