2010年青海玉树地震_Ms7_1_同震地表破裂及其与山脉隆升的关系
收稿日期：2011-03-16；修订日期：2011-03-24
资助项目：国家科技支撑项目《汶川地震断裂带科学钻探》和中国地调局项目《青藏高原北缘和东缘大型断裂带与地震活动》作者简介：吴富峣(1985-)，男，在读硕士，从事活动构造、构造地貌研究。E-mail:wufuyao1985@gmail 通讯作者：李海兵(1966-)，男，研究员，从事新构造、活动构造与构造地貌研究。E-mail:lihaibing06@yahoo
地质通报
GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA
第30卷第4期2011年4月Vol．30，No．4Apr.，2011
2010年青海玉树地震(Ms7.1)同震地表破裂及其与山脉隆升的关系
吴富峣1,2，李海兵1,2，潘家伟1,2，李
宁3，郭瑞强1,2，张
玉树地震时间
伟1,2
WU Fu-yao 1,2,LI Hai-bing 1,2,PAN Jia-wei 1,2,LI Ning 3,GUO Rui-qiang 1,2,ZHANG Wei 1,2
1.中国地质科学院地质研究所，北京100037；
2.国土资源部大陆动力学重点实验室，北京100037；
3.四川省地矿局109地质大队，四川成都6101001.Institute of Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;
2.Key Laboratory for Continental Dynamics,Ministry of Land and Resources,Beijing 100037,China;
3.109Geological Party,Sichuan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Chengdu 610010,Sichuan,China
摘要：野外调查发现，2010年4月14日青海玉树Ms7.1级地震同震地表破裂带长约65km ，破裂带走向为310°，破裂面向NE 陡倾，地表破裂带由2部分组成，其中西侧部分长约19km ，东侧部分长约30km ，两者之间存在约15km 的无破裂区。地表破裂以右阶雁行状破裂分布为主要特征，呈现左旋走滑性质，伴随有垂直位移。统计结果显示，同震地表破裂垂直位移(dv )与水平位移(dh )的比值在0.13~0.53之间，地貌累积dv 与累积dh 比值为0.27~0.63。同震dv/dh 与地貌dv/dh 的相似显示玉树南山的形成和玉树地震具有同样的运动学和动力学性质，玉树南山的形成是地质历史上沿玉树断裂多次类似于玉树地震
的地震活动的结果，计算出需要1800~2600次地震才能造成玉树南山的隆升。前人研究本段断层地震复发周期为120~200年，计算出断层开始活动时间不晚于20万~40万年以前。关键词：玉树地震；地表破裂；dv/dh ；山脉隆升中图分类号：P315.2
文献标志码：A
文章编号：1671-2552(2011)04-0612-12
Wu F Y,Li H B,Pan J W,Li N,Guo R Q,Zhang W.Co-seismic surface rupture of 2010Yushu earthquake (Ms7.1),Qinghai,China and its correlation with mountain uplift.Geological Bulletin of China ,2011,30(4):612-623
Abstract:In field investigation we found that Qinghai Yushu Ms7.1earthquake occurred on April 14,2010produced a ~65km long co-seismic surface rupture zone which strikes 310°and dips NE.The entire zone is composed of two parts:the west section is about 19km long and the east section is 30km.Between these two sections,a 15km long zone surface rupture gap is observed.Surface ruptures displayed common sinistral lines mainly featuring right stepping en-echelon ruptures,while vertical offsets developed.The ra -tios between co-seismic vertical offset and horizontal offset range from 0.13to 0.53,while the geomorphic dv/dh values of 0.27~0.63are close to co-seismic dv/dh (0.13~0.53),i
ndicating that the Yushu Nanshan uplift probably showed the same kinematic and dynamic characteristics.In other words,the Yushu Nanshan uplift is resulting from the cumulative vertical offsets produced by many earth -quakes similar to Yushu earthquake along Yushu fault in the geological history.We conclude that we need 1800~2600earthquakes similar to Yushu earthquake to form Yushu Nanshan.Former researchers reckon the recurrence period of the Yushu section of Ganzi-Yushu fault zone to be 120-200years,which would make us believe that this fault section's activity started from 200~400ka ago.Key words:Yushu earthquake;surface rupture;dv/dh ;mountain uplift
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第30卷第4期
近年以来，沿青藏高原周缘的大型断裂发生了很多强地震，如2001年东昆仑（Mw7.8）山口走滑型地震，2008年于田阿什库勒（Mw7.2）正断型地震和2008年汶川（Mw7.9）逆冲型地震。这些强地震无一例外地都沿山脉与山脉周缘低地形的边界断裂，也就是先成的老断裂上发生。联系到地震同震地表破裂直接造成的位移量，认为山脉的形成往往与断裂密切相关，断裂的长期运动直接促成了山脉的形成[1-5]。在构造运动活跃地区，断裂，尤其是活动断裂在山脉之类的高地貌形态的形成过程中是绝对主要的因素。地震是断裂的主要运动形式，是地壳活动性的具体表现，地震造成的地表破裂带是地震活动的直
接结果，地表破裂也就包含着大量的诸如区域地壳运动方式、运动状态等重要的地质信息。因此，震后地表破裂调查往往对理解区域的地壳运动和地震机理，乃至建立区域内的构造模式都有重要意义。
2010年4月14日青海玉树发生Ms7.1级地震，震中位于33.224°N、96.666°E[6]。震后中国地质科学院地质研究所迅速组织人员对发震的甘孜-玉树断裂带进行了地表破裂调查，对于本次地震地表破裂的特征、区域构造地貌特征有了初步了解。以往关于断裂活动和山脉隆升耦合关系的研究多侧重于对逆冲型地震造山或者对转换挤压造山模式的研究，本文以这次野外考察为基础，通过同震地表破裂研究、构造地貌分析、卫片分析等方法，对甘孜-玉树断层玉树段的动力学特征进行了初步研究，认为区域上玉树附近的构造-地貌演化主要是由甘孜-玉树断裂带的长期活动所控制的，其中玉树南山的形成是甘孜-玉树断裂带长期活动的结果，与河流的下切作用关系不大。
1构造背景
2010年玉树地震位于鲜水河断裂带西段的甘孜-玉树断裂上，鲜水河断裂自北向南分为甘孜-玉树断裂、鲜水河断裂、安宁河断裂、则木河断裂和小江断裂，为青藏高原东部一条著名的走滑断裂带，沿此带历史上曾经多次发生地震，其中鲜水河断裂中南段道孚-石棉段在最近300年就发生过大于6.5级地震10次[7-12]。甘孜-玉树断裂自四川甘孜起，经马尼干戈、竹庆、洛须后，继续向青海玉树、结隆、当江多方向延伸，在青海西金乌兰湖附近消失不见，最新研究表明其可能继续向西与风火山断裂相连[13]，总长逾500km。其中甘孜-玉树段长约300km，总体呈NW—NNW走向(图1)。
甘孜-玉树断裂带历史上曾经多次发生地震，近代有历史记录的地震有1320a±65a竹庆-日阿附近地震、1738年玉树西北6.5级地震、1854年甘孜地震和1896年邓柯7级地震[14]。近代活动构造研究表明，甘孜-玉树断裂西北段的左旋滑移速率为7mm/a左右，而南东段则在12±2mm/a[8-9，15-16]。沿甘孜-玉树断裂两盘分布的第四纪沉积物被断层错动变形。以上这些特征都证明甘孜-玉树断裂第四纪以来是一条有着强烈活动性的断层。大地构造背景上此断裂带为北部巴颜喀拉地体与南部松潘甘孜地体的分界线，地震地质上是川滇活动地块的东部边界所在[17]。
2同震地表破裂特征
2.1地表破裂带分布
对此次玉树地震地表破裂的情况，已有人做过初步的考察和统计[18-19]，认为破裂由微观震中隆宝湖北侧一直延伸到最东端的禅古寺附近，全长约50km。笔者经过详细的野外地震破裂调查、震后航片解译等工作，发现同震地表破裂带总体走向为310°，破裂面向NE陡倾，主要由2个部分组成，其中西侧部分长约19km，东侧部分长约30km。以破裂带的几何学特征、位移分布为依据可将这2部分再细分为3段(图2)：最东段破裂带为禅古寺到牧民新村，地形上主要沿河谷或者两山之间的低地形分布，全长8~9km，地表破裂主要为雁列状裂隙，地表发育明显的垂直位移破裂(图版Ⅰ-C)，破裂带同时穿巴曲河而过，形成跌水现象(图版Ⅰ-E)。河边基岩中出露由断层泥、碎裂岩和角砾岩构成的断裂带(图版Ⅰ-D)。中段破裂带从
玉树州赛马场附近开始出现，地形上沿玉树南山山脚分布，一直向北西延伸，穿过宏观震中郭央烟宋多，直至直隆盖托附近湮灭，全长约22km，为同震破裂最为发育段，地表破裂基本沿先存老断层分布，同时发育典型的走滑型地震同震地表破裂：地震鼓包、同震破裂拉分构造和雁列状裂隙(图版Ⅰ-A、B)。西段破裂带分布在隆宝湖拉分盆地中，大量的地震鼓包和雁列状张裂隙发育，同时可以见到较为明显的古地震遗迹(图版Ⅰ-F)，全长约为19km。总地来看，本次玉树地震地表破裂长约50km(算上其间的未破裂带长度则达到65km)，地表
吴富峣等：2010年青海玉树地震(Ms7.1)同震地表破裂及其与山脉隆升的关系613
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图1甘孜-玉树断裂示意图和2010年玉树地震地表破裂带分布
Fig.1Ganzi-Yushu fault and co-seismic surface rupture zone of2010Yushu earthquake
CNEC(20100414)为中国地震局中国地震信息网震源机制解
破裂呈现典型的左旋走滑性质的地表破裂特征，发育雁列状张裂隙、同震拉分、地震鼓包等构造，同时中段和东段的地表破裂和西段的古地震遗迹都表现出关于垂直位移的信息。
2.2沿破裂带的位移及其分段性
沿同震地表破裂带用全站仪进行了大量的垂直于破裂带的剖面测量，加上用米尺等工具进行的一些粗略测量结果，得到了关于位移分布的大量数据，后期在室内又对这些结果进行矫正后，统计了此次地震同震位移的分布情况（图3-A）。
水平位移在整个破裂带都有分布，呈现明显的分段性：在破裂的西段，测得的最大左旋位移为1.4m；破裂的中段是宏观震中所在地，位移量较大，最大可达2.3m，位于郭央烟宋多；在破裂东段测得最大的左旋错动为1.6m，但整体的位移值偏低。
垂直位移沿破裂带的分布情况的信息表明（图3-A）：在断裂的东段(禅古寺)附近的垂直位移最大，约45cm，形成明显的翘起，在破裂带穿河而过的地方有明显的跌水现象（图版Ⅰ-E）；在破裂的中段，垂直位移也比较明显，主要分布在宏观震中(郭央烟宋多)附近，垂直位移在30~40cm之间；最西段的破裂带的垂直位移可以达到1.1m，是较为明显的古地震累积效应所致（图版Ⅰ-F），但此次地表破裂同震垂直位移几乎不见发育。
3构造地貌特征
从卫片和航片上进行构造解译，辅以野外的地貌调查工作的地貌学研究方法，已经成为研究区域构造特征和动力学特征的主要方法之一[3，12]，在近来的地震破裂研究中也多次被应用[20-21]。但沿本断层带的地貌解译多注重于破裂动力性质的解释和对于位移量的转换机制的研究[13-14]，对于区域的构造动力
学机制并没有进行深入的研究，尤其是对玉树附近区域上的构造地貌解析没有进行深入性的探讨。本文尝试性地对本区域内构造地貌进行了初步研究。
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第30卷第4期图版ⅠPlate Ⅰ
图2研究区地质简图和地表破裂带分布
Fig.2Geological map of the study area and distribution of the co-seismic surface rupture zone
A —沿图中虚线分为左幅和右幅，
B —图A 右幅的放大，
C —图A 左幅的放大。地质图据1983年1∶20万地质矿产图上
拉秀幅与1987年1∶20万地质图玉树幅，地形图据1972年1∶10万地形图巴塘幅、上拉秀幅、玉树幅和隆宝湖幅综合。
Q —第四系松散堆积；N —新近系；T 3k —上三叠统上巴颜喀拉山；T 3b —上三叠统巴塘；γ52—
侏罗纪花岗岩；
δ51—三叠纪霏细岩；1—正断层；2—走滑断层；3—断层；4—地表破裂带；5—水系
吴富峣等：2010年青海玉树地震(Ms7.1)同震地表破裂及其与山脉隆升的关系
A —破裂带中段发育的左旋走滑性质的地表破裂，主要发育同震拉分、挤压隆起和雁列状张裂隙，冻土层为主要变形层；
B —郭央烟宋多附近发育地表破裂带(白箭头指示破裂带)，此处测得最大水平位移为2.4m ；
C —破裂带东段禅古寺附近地表破裂带
(黄箭头指示断裂带位置)，垂直位移达到45cm ；D —三叠系基岩中发育的由断层泥、碎裂岩和角砾岩构成的断裂带；E —地表破裂带穿巴曲河而过（红箭头指示破裂带位置），发育跌水现象，显示断裂SW 盘抬升；F —破裂带隆宝湖段发育地表破裂，多次地震累积垂直位移1.1m ，同时形成洼地
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图3同震位移沿破裂带分布示意简图
Fig.3Horizontal and vertical offset along surface rupture zone
A—玉树地震同震水平位移和垂直位移分布；B—同震垂直位移与同震水平位移比值dv/dh分布，
2条直线为利用最小二乘法做出的dv/dh的关系曲线，2条线段的斜率区间(0.13~0.53)代表dv/dh
最可能的取值区间，黑方块为沿破裂带不同位置所取的dv/dh值
沿玉树一带近几百年以来发生的地震证明了玉树断裂的第四纪活动性，那么易受地震地表破裂影响的年轻的地貌地形也就能够反映该区构造活动的性质。震前的甘孜-玉树一带卫星图片上显示出明显的线性地貌现象，大量的冲积扇和沟谷呈现左旋位错，左旋错开达到1.2km，同时沿断层附近发育大量三角面(图版Ⅱ)。这些构造地貌特征基本确定了本区域内的构造动力学框架：断层在左旋走滑的同时具有正滑分量，这样在研究本次地震活动特征的同时可以与先存的地貌进行对比。
下面对沿破裂带发育的地貌进行具体分析。
此次玉树地震发震构造为隆宝湖北部边界断层，同震破裂带基本沿该条断层的地貌延伸双向分布，地震波的反演也证明了地下断层破裂是沿断裂带分布的[22]。在本次破裂的北西段隆宝湖可见明显的地形差
别，发育的冲沟被左旋错开（图版Ⅲ-A），沿隆宝湖两条边界断层即本次地震发震断层虽有高地形发育，却没有明显的三角面发育，可能是因其靠近盆地边缘，河流剥蚀较强，地形被侵蚀较大的缘故(图5)。
在破裂带的中段，往宏观震中郭央烟宋多方向，玉树-甘孜断层沿途分布的冲沟和断错脊都被左旋错开。在郭央烟宋多附近可以从地貌上见到一明显的拉分盆地，同震破裂穿其而过（图版Ⅲ-B）。拉分盆地往西可见明显的断层露头，全站仪测得倾角81°，倾向NNW35°。挤压脊构造也很明显，由拉分盆地往西约4km，呈右阶分布的2条断层形成一明显的挤压脊构造（图版Ⅲ-C）。这些地貌特征可以很容易地从卫片和航片上辨认出来，是甘孜-玉树断裂带此段动力学特征的地表表现形式。再往南东方向，玉树南山上断层三角面的发育清晰可见（图版Ⅲ-D、E），三角面的倾向与同震地表破裂一样，倾
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