2010年玉树地震的构造环境、历史地震活动及其复发周期估计1

任俊杰谢富仁刘冬英张爱武

1）中国地震局地质研究所，北京 100029

2）中国地震局地壳应力研究所，北京 100085

3）中国地震台网中心，北京 100045

2010年玉树地震的构造环境、历史地震活动及其复发周期估计1

任俊杰1,2)谢富仁2)刘冬英2)张爱武3)

1）中国地震局地质研究所，北京 100029

2）中国地震局地壳应力研究所，北京 100085

3）中国地震台网中心，北京 100045

2010年4月14日青海省玉树发生了7.1级地震，造成了严重的人员伤亡和重大的经济损失。发生该地震的甘孜-玉树断裂是川滇菱形块体的边界断裂，晚第四纪左旋走滑运动强烈。震中所处的甘孜-玉树断裂中段，震前历史地震活动与东南段相比较弱。本文利用玉树地震的基本参数资料和地震破裂反演结果，综合历史地震法和地震矩率法估算出了玉树地震的复发周期约为200年。

玉树地震 构造环境 复发周期 甘孜-玉树断裂带

引言

2010年4月14日7时49分37秒，在我国青海省玉树县发生了MS7.1级地震，震中位于玉树县西北（北纬33.2°，东经96.6°）。据地震部门现场应急工作队的初步调查，玉树地震波及的范围约3万km2，主要造成玉树县和称多县部分地区共12个乡镇受灾，受灾人口约10万人；极重灾区约900km2，主要集中在玉树州府所在地的结古镇，最大烈度达到9度强；地震造成了震中附近90%的房屋倒塌，截至4月25日已造成2220人死亡，同时还导致了数万人无家可归和巨大的经济损失。本文分析了玉树7.1级地震的区域地震构造环境和历史地震活动特征，并根据断裂活动和玉树地震基本参数，利用历史地震和地震矩率法对玉树地震的复发周期进行了估算。

1 玉树地震基本特征

据中国地震局地球物理研究所陈运泰院士课题组利用全球 31个台站的波形资料反演得到的地震矩张量解结果，2010年玉树地震的标量地震矩约为4.4×1019N·m，对应的矩震级为7.02，与USGS的结果基本一致3。其表征震源机制的2个节面分别为：走向119°/倾角83°/滑动角-2°和走向209°/倾角88°/滑动角-173°。根据玉树地区的断层构造背景，判定走向119°/倾角83°的断层为发震断层。

关于震源深度，美国地质调查局的研究结果是 13km1http://www.earthquake.usgs.gov/earthquakes/recenteqsww/Quakes/us2010vacp.php（同前页引用2）；中国地震局公布的研究结果为14km2http://www.cea.gov.cn/manage/html/8a8587881632fa5c0116674a018300cf/_content/10_04/14/1271240830963.html；而陈运泰研究小组对主震发生后至4月15日11h:09m:12s期间，47个有震相资料的地震精定位结果分析表明，主震震源深度约10km，其余震震源深度主要分布在3—13km3。上述三者的结果大致相同。地震破裂机制结果表明，地震的破裂主要由西北向东南方向扩展，破裂滑移量最大的区域位于玉树城区附近，破裂长度约为80km，其中，震中西北方向约25km，震中东南方向约55km3http:/www.cea.igp.ac.cn/更多图片新闻/放大图片/青海玉树地震-big.pdf（同前页引用3）。破裂长度与余震序列的分布大致相当（图1）。

图1 2010年青海玉树地震构造特征及余震序列Fig.1 Seismo-tectonics and aftershocks of Yushu 2010 earthquake, Qinghai Province

该地震的余震序列丰富。截至4月19日14时，共发生3级以上的余震12个，其中，6—6.9级1次，4—4.9级3次，3.0—3.9级8次2。

2 地震构造环境

青海玉树MS7.1级地震发生在甘孜-玉树断裂带上。该断裂是青藏高原内部的一条大型走滑断裂带，同时也是川滇菱形块体重要的边界断裂（周荣军，1997）。该断裂在大地构造上位于金沙江台缘带内，是玉树-玉隆断坳的南界断裂。断裂形成于早华力西期，印支期有过强烈运动，以后以推覆活动为主，是一条长期活动的断裂，第四纪以来有明显的活动特征（闻学泽，1985；Wang等，2008）。

该断裂带是广义的鲜水河断裂向西北延伸的部分，也是青藏高原川滇菱形块体向东挤出的北部边界，其结构较为复杂（图1）（闻学泽，1985；周荣军等，1996；冉洪流等，2006；Wang等，2008）。甘孜-玉树断裂走向为北西西-北西，倾向呈波状陡立，绝大部分展布于高原藏族牧区，局部为无人区。该断裂从青海治多县那王草曲塘，经当江、玉树、邓柯、玉隆，至四川甘孜县城南拖坝，全长约500km。断层倾向以北东为主，倾角近直立，约70°—85°。该断裂规模巨大，其破碎带宽50m至数百米，主要发育在三叠纪地层中（李闽峰等，1995）。

该断裂第四纪活动具有明显的分段活动特征，根据地貌表现特征、地震活动时代、活动方式及2010玉树地震破裂特征等，可分别以结隆西北和玉树划分为3段（李闽峰等，1995）（图1）：

（1）东南段（玉树-甘孜段），即指狭义上的甘孜-玉树断裂。该段活动程度最强，研究程度也最高，它由一组斜列的左旋断裂组成，断裂活动形成了甘孜左阶拉分盆地。彭华等（2006）根据断错地貌得到的东南段晚第四纪平均水平滑动速率为5.4mm/a；闻学泽等（2003）根据断错地貌和相关沉积物年龄，确定近 5万年来断裂的东南段平均左旋滑动速率为 12± 2mm/a，认为与鲜水河断裂的平均左旋滑动速率和沿川滇-羌塘活动地块的北-东北边界的晚第四纪水平运动总体上是协调的。沿断裂发育有众多呈“串珠”状排列的第四纪盆地，且沿断裂带的上古地震遗迹众多（图1）。

（2）中段（结隆西北-玉树段），以强烈走滑运动为主，并在断裂北侧形成一系列断陷盆地。破碎带宽达数百米，地貌上表现为规模巨大的断层槽地，并在玉树城西发育有大量倾向北东的断层三角面。

（3）西北段（结隆西北至拉日段），地貌上表现为断错谷地、山垭口、断层槽地。航卫片上可见明显的线性特征，山前洪积扇被断裂左旋错动。

关于中段和西北段的活动速率不同研究得到的结果也不同。李闽峰等（1995）认为，中段全新世不活动，与玉树7.1级地震的发生显然不符；周荣军等（1996）通过断错地貌和年代学研究认为，中段和西北端的滑动速率约为7.2—7.3mm/a；王阎昭等（2008）基于GPS资料约束的连接断层元模型反演结果认为，中段和西北段的滑动速率为（3.1±2.8mm/a）。

3 历史强震活动

甘孜-玉树断裂的历史强震活动与相邻的鲜水河断裂带相比较弱，仅发生过多个6—7级地震，其中最大的地震为1896年的7级地震（图1）（国家地震局震害防御司，1995）。西北段和中段活动强度明显弱于东南段。

图2 1738年玉树地震等震线（周荣军等，1997）Fig.2 Isoseismals of Yushu 1738 earthquake

而北西段无历史地震记载，中段仅发生过1738年玉树西北的6½级地震，震中烈度为Ⅷ度，震中位置为北纬33.3°，东经96.6°，4类精度（≤100km）（顾功叙等，1983）。该次地震影响的范围较大，据《中国地震历史资料汇编》记载（谢毓寿，1983），玉树附近十一族共计被伤“番民”一百五户，内伤亡无存者四十四户，尚堪成户者四十九户，止存妇女幼孩不堪成户者十二户。根据历史地震资料勾绘的该次地震等震线图，震中位于安图司附近（图2）。周荣军等（1997）曾认为，中段晚第四纪以来没有明显活动，该地震可能是西北段活动的结果，且其震级应大于7级。但此次玉树地震的发生表明，中段也是全新世活动断裂，历史记载得到的等震线基本代表了当时的地震破坏程度。另外，闻学泽等（2003）对东南段历史地震的调查表明，该地区历史地震震级的估计值偏低。因此，推断1783年玉树西北地震震级可能为7级左右，其震中位于玉树西北安图司附近。

4 复发周期的估计

4.1 历史地震法

历史地震法要求具有至少2次以上的强震记录，通过地震之间的时间间隔估计地震的复发周期。2010年玉树地震和1783年地震都发生在玉树县城的西北，并且震级都在7级左右，因而，可以推断甘孜-玉树断裂中段发生7级地震的复发间隔为227年。

4.2 地震矩率法

（1）基本原理

地震矩M0具有明确的物理意义，它的理想化震源模式是：在地下H km处开始破裂，破裂以传播速度V扩展并穿过断层面，最后发展成为平均长度L，宽度为W，平均错距为D的破裂区而停止。假定介质的刚度系数为μ，则定义地震矩M0=μLWD。因此，地震矩反映了地震的大小，与地震震级呈正相关(Molnar，1979)。

而地震矩率 为单位时间内地震矩平均释放率，它反映了一个断裂带的活动水平，地震矩率大表示该带地震活动性强。如果一个断裂带或断裂段内地震复发符合特征地震模式，那么，便可以通过一个地震复发间隔内释放的标量地震矩和地震矩率，估算地震的平均复发间隔（Field等，2009）：

•

式中，M0为一个复发间隔内释放的标量地震矩；M0为地震矩率。

•

这样就可以根据断裂带的平均滑动速率与地震矩率的关系获得M0（Brune，1968）：

式中，μ为剪切模量，对于壳内浅源地震一般取μ＝（3-3.3）×1010N/m2，本文取3×1010N/m2；A为断层面积，A=LW；L为震源体长度；W为破裂宽度，本文取各段发生地震的平均深度H/sinθ，θ为断层的倾角；ν−为断层的长期平均滑动速率。

该方法已被应用于多个断裂带复发周期的估算和地震区划的研究中（任俊杰等，2004；冉洪流等，2006；任俊杰等，2008；任俊杰等，2009；Field等，2009）。

（2）玉树地震复发周期估算

因为余震释放的地震矩与主震相比小得多，因此，在本文的计算中把主震释放的地震矩作为整个地震序列释放的地震矩（任俊杰等，2009）。根据地震矩张量解的结果，玉树7.1级地震主震释放的标量地震矩为 4.4×1019N·m。震源体破裂长度取震源破裂机制反演得到的破裂长度80km，断层倾角为90°，震源深度取中国地震局公布的结果14km。关于甘孜-玉树断裂中段的晚第四纪滑动速率，采用地震地质学方法得到的结果为7.2—7.3mm/a（周荣军等，1996），而通过GPS反演得到结果为3.1±2.8mm/a（王阎昭等，2008）。由于GPS测量的是短期内断层的运动特征，难以反映断裂的长期活动习性，所以，在本次的计算中取通过地震地质学方法得到的较长时间的平均滑动速率结果，并考虑存在 10%的蠕滑量（Field 等，2009）。

将上述参数代入式（1）进行计算，可得到甘孜-玉树断裂中段的地震矩率为 2.17× 1017N·m/a；代入式（2）可得到玉树地震的复发周期为202年。

5 结论

2010年玉树7.1级地震的发震断裂是甘孜-玉树断裂中段。该段的地震活动相对东南段较弱，历史上发生的1738年地震可能与2010年玉树7.1级地震震中位置相同、震级相当。玉树地震的发生是青藏高原沿着甘孜-玉树断裂向东运动的结果。综合历史地震法和地震矩率法获得的结果，可推断甘孜-玉树断裂中段7级强震复发周期为200年左右。

本文研究的复发周期值只是一个初步结果，确切的结果还需进一步进行震后详细的地质调查和古地震研究。

致谢：感谢匿名审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见。

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Study of Tectonics, Seismicity and Recurrence Interval of Yushu 2010 Earthquake，Qinghai Province

Ren Junjie1,2), Xie Furen2), Liu Dongying2)and Zhang Aiwu3)

1) Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029, China
2) Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085, China
3) China Earthquake Networks Center，Beijing 100045, China

The April 14, 2010 Yushu earthquake (MS7.1) in Qinghai province, led to severe casualties and a huge economic loss. This earthquake occurred along the middle segment of Ganzi-Yushu fault zone, which is the important boundary fault of Sichuan-Yunnan block and have a strong dextral movement during late Quaternary. The middle segment has a lower historical seismicity than the southeastern segment. In this paper, we apply two methods of historical earthquakes and seismic moment rate, with the basis of parameters from Yushu earthquake and its inversion of earthquake rupture process, estimate the recurrence interval of large earthquakes by about 200 years on the middle segment of Ganzi-Yushu fault zone.

Yushu earthquake；Tectonic content；Recurrence interval；The Ganzi-Yushu fault zone

任俊杰，谢富仁，刘冬英，张爱武，2010. 2010年玉树地震的构造环境、历史地震活动及其复发周期估计. 震灾防御技术，5（2）：228—233.

中国地震局地壳应力研究所中央级公益性科研院所基本科研业务专项（ZDJ2009-16）资助

2 http://www.cea-igp.ac.cn/更多图片新闻/放大图片/青海玉树地震-big.pdf

3 http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/recenteqsww/Quakes/us2010vacp.php

2010-04-21

任俊杰，男，生于1979年。在职博士。主要从事活动构造、构造地貌与地震危险性分析等方面的研究。E-mail：renjunjie@gmail.com