2012年加拿大西海岸MW7.7地震构造背景与区域地震活动＊

周 娜任俊杰

1）中国地震台网中心，北京100045

2）中国地震局地壳应力研究所，北京100085

2012年加拿大西海岸MW7.7地震构造背景与区域地震活动＊

周 娜1）任俊杰2）

1）中国地震台网中心，北京100045

2）中国地震局地壳应力研究所，北京100085

2012年10月28日加拿大西海岸发生了MW7.7地震，震中位于板块边界的夏洛特皇后断裂南段，处于环太平洋地震带上，是太平洋板块相对北美板块以约6cm／a的速率，使得断层面应变积累到一定程度引发破裂的结果。历史地震分析表明，该地震正好填充了南段一个多世纪以来存在的空区。该地震的发生可能表明一个新的地震周期的开始，未来几十年内该断裂带上可能以中强地震活动为主，发生8级左右地震的可能性不大。

夏洛特皇后断裂；太平洋板块；北美板块；Cascadia俯冲带

引言

2012年10月28日，加拿大西海岸发生了大地震，震中位于大不列颠哥伦比亚省的夏洛特皇后岛，距离马塞特市139km。夏威夷海啸预警中心随后发布了海啸预警。该地震虽未造成人员伤亡和财产损失，但它是加拿大西海岸近些年来最大的一次地震，使得周围居民产生了未来遭遇大地震的担忧。本文通过对该地震已有的研究结果，结合历史地震活动和区域地质构造等基本特征，初步分析了该地震的构造背景及区域地震活动特征。

1 2012年加拿大西海岸7.7级地震基本特征

该地震发生在当地时间10月28日20时 04分。据美国地质调查局（USGS）的结果［1］，震中位于加拿大夏洛特皇后岛（图1）。从震后不同机构得到的地震矩张量解的结果来看，该地震表现为以逆冲为主，兼有一定的走滑分量。矩震级为7.7，震源深度15～20km，属于浅源地震（表1）。震后通过远场体波和长周期面波反演获得的断错模型表明［2］，该地震为双向破裂，破裂从震源深度处的断裂面向两边和向上传播，最大破裂处发生在震中两侧，之后向两边逐渐衰减。断层最大滑动量达4.2m，震源破裂长度约200km（图2）。日本建筑研究所的Hurukawa Nobuo利用修正后的联合震源确定方法（modified joint hypocenter determination）对11月1日以来的主、余震重新定位，其结果表明［3］，地震发生在北美板块和太平洋板块之间的一条板块间逆断层上，而余震则以正断为主（图3）。

图1 2012年加拿大西海岸7.7级地震、历史地震活动及构造背景（地震目录引自文献［4］，断裂资料引自文献［5-6］，震源机制解引自文献［7］，背景为1 km分辨率的STRM数据的山阴图）

表1 不同机构得到的地震矩张量解结果______________________________

2 区域构造概况

图2 滑动分布横剖面图［2］（五角星为震中，等值线显示破裂的初始时间（ms），等值线间距为5 ms，采用的破裂节面为走向N49°W，倾角N17°E，断层面上释放的地震矩为6.84×1020N·m）

图3 2012年MW7.7地震及余震重定位结果［3］（方法为联合震源确定方法（modified joint hypocenter determination），余震序列时间为2012年10月28日～11月1日）

从地质构造来看，本次地震发生在北美板块和太平洋板块之间的转换断层 夏洛特皇后断裂带上（图4）。该断裂向北与右旋走滑的Fairweather断裂相连，最后共同转换为阿留申俯冲带上向阿拉斯加的快速俯冲，而Fairweather断裂在历史上也发生过多次7.5级左右的大震［6］。夏洛特皇后断裂带南段向南至Explorer板块的北段。板块的转换作用向南转移到Reverse-Dellwood-Wilson断裂带上，并伴随着洋中脊的拉张。再向南逐渐过渡到著名的Cascadia俯冲带上，洋壳俯冲至北美板块的下部，并形成了火山弧［6］（图4）。虽然该俯冲带历史上没有像2010年智利8.8级那样超大地震的记录［9］，但古地震研究表明［10-11］，在过去11 000年里，共发生了18次俯冲型地震，震级大小不一，平均复发周期为260年。最近的一次发生在公元1700年左右，震级可能高达MW9［11］。最近一次地震的离逝时间已达300多年，超过了平均复发周期，因此，Cascadia俯冲带被认为未来存在较大的发生大地震的可能。2012年MW7.7地震的发生似乎加重了人们的担忧。

图4 区域构造概况（底图基于文献［13］修改，断裂引自文献［5］，板块运动方向和速率引自文献［12］，1949年地震破裂范围引自文献［14］，2012年地震破裂范围引自文献［2］）

从断层活动性质来看，夏洛特皇后断裂以夏洛特皇后岛为界可分为南北两段。北段表现为纯走滑运动，断层面陡直；南段具有较大的逆冲分量，断层面向东倾斜。另外，小震结果表明，南段的俯冲作用还伴随着上盘一定量的拉张作用［12］。

从运动学特征来看，太平洋板块总体相对北美板块以约60mm／a的速度向北运动［12］。其中，由于转换断层的作用，Juan De Fuca板块以40mm／a的速度俯冲于北美板块之下，并造成了Cascadia地区的隆起和火山作用。而向北，在北美板块与太平洋板块之间转换为纯的走滑作用，导致了夏洛特皇后断裂带形成，其滑动速率达58mm／a［5］，向北该断裂带又逐渐转换成太平洋板块向阿拉斯加的俯冲作用（图4，5）。

3 区域历史地震特征

夏洛特皇后断裂区域上属环太平洋地震带，大不列颠哥伦比亚省西海岸一带的地震集中在大平洋板块与北美板块之间的边界断裂带上（图1）。从历史地震记录来看，该断裂是5级以上地震频发的地区，历史上记录的最早的6级以上地震为1912年的6.5级地震，最近一次为2012年11月8日6.1级地震。该区域内有文献记录以来，包括2012年最新地震总共发生过3次7级以上的地震，最早记录为1929年7级地震，最大的一次是1949年8月22日的8.1级地震。该地震是自1700年以来加拿大发生过的最大地震。据当时记载，附近建筑物发生剧烈晃动，地震发生时有牛难以站立而跌断腿，汽车来回摇晃如海上行驶的船只，但该地震没有造成破坏性海啸的记载［6］。从USGS国家地震信息中心收集了该断裂及区域内20世纪以来2.0级以上的地震目录［4］。震级频度分布表明，5.0级以上的地震应是完整的（图6a）。而加拿大西海岸地区已于20世纪初开始建立地震监测系统，5级以上的地震应该不会漏记，因此认为20世纪初以来5级以上的地震目录是完整的。

图5 北美板块西海岸地震成因模式图［15］

图6 （a）区域地震震级-频度分布（地震目录为包含整个断裂带的所有2级以上的地震）；（b）区域地震M-t图，起算震级M＝5；（c）应变释放曲线，起算震级M＝5

我们从USGS国家地震信息中心获得了MS≥5.0的中强地震目录，该目录从1907年开始至2012年11月底。从其M-t图来看（图6b），6级以下地震为该地震带上的背景地震，发生频率非常高，但对断裂带上应变能的释放所起的作用很小，而6级以上地震，尤其是7级以上大震承担着释放断层应变能的主要作用（图6c）。因为该断裂上缺少更长的地震记录和相关的古地震研究，难以评价其大震复发行为。总体看来该断裂似乎以一个8级左右大震的发生作为地震活跃期的开始，而活跃期内主要发生7级以下的中强地震。2012年MW7.7地震的发生标志着新的地震活跃期的开始，未来几十年该断裂上可能以中强地震为主，发生8级左右大震的可能性不大。

1949年的MW8.1级地震是北美有历史记录以来发生的最大走滑型地震，其余震分布及破裂特征研究表明［16］，该地震造成了夏洛特皇后断裂带北段的破裂，其破裂长度约为470km［6］。小震调查表明，夏洛特皇后断裂带南段在1949年地震中未发生破裂，在南段留下了一个长75km的地震空区。从破裂长度推断至少需要一个MW7.5的地震来填充这个空区［16］。而从大不列颠哥伦比亚省1898年在该断裂段附近建立第一个地震仪以来，仅在2008年1月5日发生的两个MW6.5地震部分地充填了北侧小部分空区，这个空区已经维持了一个多世纪。从2012年7.7级地震的破裂分布结果来看，该地震的发生正好填补了这个空区（图4）。

而夏洛特皇后断裂带的南段相对于北段向东偏转约20°（图4）。因为断层走向的变化，南段活动具有太平洋板块向北美板块的俯冲分量。2012年MW7.7级地震是一次逆冲型地震，它的发生和南段断裂的俯冲运动有关。另外，上升盘伴随的拉张分量也使得余震以正断为主（图3）。

4 结论

2012年加拿大7.7级地震发生在北美板块和太平洋板块之间的转换断层 夏洛特皇后断裂带南段。该地震是沿着断裂约6cm／a的滑动积聚在该断裂带南段的大量能量释放的结果。历史地震分析结果表明，2012年7.7级地震正好填充了夏洛特皇后断裂带上近一个世纪以来存在的地震空区，它标志着一个新的次一级地震周期的开始。未来几十年来，该断裂发生8级左右地震的可能性较小，将主要以中强地震活动为主。

（作者电子信箱，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年智利大地震及历史地震活动与地质构造背景.国际地震动态，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，Flück 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。

中国地震台网中心青年基金项目资助。