GRL:青藏高原活动断裂滑动亏损速率和地震危险性

厘定活动断裂、尤其是复杂断裂系统的滑动速率,是揭示断层运动学特征、开展强震危险性分析的基础。近年来,以GNSS、InSAR为代表的空间大地测量技术极大地丰富了地壳形变监测的数据源,为断层运动学研究提供了重要支撑。在青藏高原,大范围的地壳形变监测揭示了块体边界主要断裂(如阿尔金断裂、海原断裂、昆仑断裂、鲜水河-安宁河-小江断裂等)的震间滑动速率、闭锁程度、浅层蠕滑等运动学特征;然而,近年来发生在次级断裂上的一系列破坏性地震,如2014年鲁甸地震、2017年九寨沟地震和2021年玛多地震等,强调了研究块体内部断裂运动学特征和地震危险性的迫切需要。

对断层震间运动学特征和地震危险性的分析,前人多采用块体模型和地表应变率。然而,块体模型需简化复杂断层系统或分支,且仅包含有限数量的主要断层,如小江断裂南段的三个分支仅能用一条断层来描述。应变率方法不针对特定的断层,因此缺乏对断层系统运动学的描述;在美国西部和新西兰的多项研究发现,高达20-40%的地表应变发生在断层外(off-fault),如果将地表的应变率直接对应断层变形、很可能会高估断层的运动学特征;此外,青藏高原的地壳变形是否也存在类似的模式值得探讨。

针对上述问题,中国地震地质研究所地壳形变研究室李彦川副研究员、单新建研究员系统收集了前人发表的GNSS速度解,融合给出了覆盖中国大陆及周边共4458个GNSS测站的速度场数据。通过构建断层滑动与地表应变率的函数模型,反演了青藏高原内部共263条断裂(383个断层段)的震间滑动亏损速率(图1),得到的主要结论、认识和意义如下:

1、~73%的地表应变率是由断层面上的弹性应变积累造成的(on-fault),剩余27%的应变很可能发生在断层外(off-fault);

2、系统厘定了青藏高原活动断裂、尤其是次级断裂的滑动速率(图2),如巴颜喀拉块体内部的多条断裂、小江断裂的不同分支、掸邦高原内部一系列右旋走滑断裂、祁连内部多条复杂交错断裂等等,这些断层的运动描述不仅对于理解复杂断层系统的应变分配模式至关重要,更是开展强震危险性分析的基础参数;

3、考虑不同断层(段)的强震离逝时间、强震复发间隔、或给定滑动亏损的积累时间,给出了基于大地测量学的地震危险性分析结果,383个断层段积累的弹性应变能等效于Mw 5.8-8.3的地震,其中有43个断层段积累的地震矩能够产生Mw≥7.5地震(图3)。

上述成果发表在近期的Geophysical Research Letters杂志上:Li, Y., Shan, X., Qu, C., Zhang, G., Wang, X., & Xiong, H. (2024). Slip deficit rate and seismic potential on crustal faults in Tibet. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL112122. https://doi.org/10.1029/2024GL112122.

文章融合的GNSS速度场、计算的应变率、获得的断层滑动亏损速率及反演所需的断层文件等均发布共享:https://zenodo.org/records/14032789。


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图1 青藏高原活动断层的深度平均滑动亏损速率(图a)及其不确定性(图b)


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图2 青藏高原断层滑动亏损速率的3D视图。黑色线表示断层地表迹线,插图显示了青藏高原的断层分布


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图3 青藏高原活动断裂的强震潜能。子图a表示断层的地震矩积累速率,子图b表示地震矩亏损计算的起始时间,子图c表示积累的地震矩对应的矩震级