陳立軍

0 前言

青藏高原是中國地震活動的主體地區(qū)之一，地震活動頻度高、強(qiáng)度大，是地震工作者最為關(guān)注的地區(qū)之一?，F(xiàn)有的地震預(yù)測理論和方法，多震源于板塊之說，利用“碰撞”、 “俯沖”或者“活動地塊”的概念來解釋青藏高原的地震構(gòu)造和地震活動。

作者提出了地震地?zé)嵴f的原理 (陳立軍，2000，2012)，建立了地震柱的概念 (陳立軍，2013)，并根據(jù)全球100 km深度以下地震活動的三維分布立體圖像，定義了全球24個地震柱，提出了一套預(yù)測地震柱活動性的工作方法。作者在20世紀(jì)90年代提出了興都庫什的旋扭構(gòu)造①http://blog.sciencenet.cn/blog－552558－445020.html.，認(rèn)為興都庫什地區(qū)的逆時針旋扭運(yùn)動是生成周邊五大山系和五大平原 (含高原)的動力源?；谶@些觀念，本文側(cè)重討論青藏高原的地震構(gòu)造與地震活動特征。

1 研究區(qū)范圍及其地震活動分布特征

本文研究范圍取 (20°～50°N，70°～108°E)，包括中國西部及其周邊地區(qū)。地震資料取自http://www.ncedc.org/網(wǎng)頁的 ANSS地震目錄，火山資料取自 http://www.volcano.si.edu/網(wǎng)頁的GVP火山月報，GPS資料取自http://sideshow.jpl.nasa.gov網(wǎng)頁。研究區(qū)地震活動的平面分布見圖1，三維立體分布見圖2，地震震源深度的分層分布見圖3。

由圖1可見，青藏高原及周邊地區(qū)的總體地震活動呈現(xiàn)4大特點。一是分布面廣，圖1的地震活動區(qū)明顯多于空白區(qū)，并伴有少量火山活動;二是地震活動強(qiáng)度高，研究區(qū)內(nèi)近50年來7級以上地震多達(dá)40余個，歷史最高震級達(dá)8.5級 (1950年察隅地震);三是地震密集發(fā)生在青藏高原和天山兩大特殊構(gòu)造區(qū)，殼內(nèi)強(qiáng)震活動基本位于地殼厚度大于35 km的地區(qū);四是有兩個中深源的地震活動中心，分別是帕米爾—興都庫什地區(qū)和緬甸地區(qū)，最大震源深度383 km?？傮w來看，在本研究區(qū)內(nèi)，中深源地震活動區(qū)是最主要的積極因素，地殼厚度大于35 km的地區(qū)是殼內(nèi)強(qiáng)震活動的重要場所。中國東部，除臺灣地區(qū)以外，淺源地震活動較多，但殼內(nèi)強(qiáng)震活動相對較少，正是因為缺少這兩個重要的因素。

圖2為研究區(qū)內(nèi)地震活動的三維立體分布圖像。由圖2a可見，喜馬拉雅山脈的東西兩端各有一個中深源地震活動中心。筆者定義東端的活動中心為17號緬甸地震柱，西端的為18號興都庫什地震柱。這兩個地震柱在緯向上相距約10°，直線距離約1 100 km(圖2b)，在經(jīng)向上相距約20°，直線距離約2 200 km(圖2c)。

圖1 青藏高原及鄰區(qū)地震活動的平面分布(地震據(jù)ANSS目錄，1963年至2012－09－15，M≥4;地殼厚度－50 km等值線示意圖據(jù)段虎榮等 (2010)編繪)Fig.1 Horizontal distribution of seismic activity in the Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent areas(M≥4 earthquakes are based on ANSS catalogue from 1963 to Sep.15，2012;sketch map of crustal thickness contour of－50 km is compiled from Duan et al(2010))

所謂地震柱是指在三維空間中由中、深源地震震源體密集形成的、頂點向下的、圓錐形的柱狀地質(zhì)體，是中、深源地震活動、殼內(nèi)地震活動和活火山活動的集合，是地幔深部或上地幔與地表能量交換的通道，具有可視性、唯一性、獨立性和穩(wěn)定性。本文地震柱概念區(qū)別于傳統(tǒng)的地幔柱概念 (Davies，2005)。

圖3按地震的震源深度將青藏高原及鄰區(qū)地震活動分為3層:圖3a為0～34 km，即青藏高原的上地殼地震和周邊地區(qū)的殼內(nèi)地震;圖3b為35～74 km，即青藏高原的下地殼地震和周邊地區(qū)的殼下地震;圖3c為75 km以下的地震，即青藏高原的殼下地震。由圖可見，0～34 km地震活動分布面較廣，35～74 km地震活動緊縮在青藏高原和天山的深部，75 km以下除了興都庫什和緬甸兩個地震柱之外，其它地區(qū)只有極少的地震活動，而且深度只在100 km以內(nèi)。

由于地震地?zé)嵴f里所定義的本尼奧夫剖面(陳立軍，2013)必須通過地震柱的軸心，因而它只能出現(xiàn)在興都庫什地震柱和緬甸地震柱之內(nèi)，不能向柱外伸展，兩地震柱之內(nèi)的本尼奧夫剖面也無法溝通。因此，沿喜馬拉雅山脈約1 600 km長的中段山脈地區(qū)是基本上找不到“本尼奧夫帶”或者說找不到“俯沖帶”。

由圖3b還可看出，青藏高原區(qū)內(nèi)7級以上殼內(nèi)強(qiáng)震的活動與－50 km地殼厚度等值線 (段虎榮等，2010)存在著十分密切的關(guān)系。青藏高原－50 km地殼厚度等值線處在研究區(qū)內(nèi)地殼厚度由35 km深度過渡到70 km深度的斜坡帶上。強(qiáng)震的分布顯示這個斜坡帶是最利于應(yīng)力集中之處，也顯示這個斜坡帶是長期處于受力狀態(tài)的。

2 研究區(qū)的地表構(gòu)造運(yùn)動

由國家地震局地質(zhì)研究所 (1981)編著的亞歐地震構(gòu)造圖和李春昱等 (1982)所編著的亞洲大地構(gòu)造圖均包含了本文的研究區(qū)。這兩張構(gòu)造圖內(nèi)容基本一致，作者據(jù)此編制了研究區(qū)的地震構(gòu)造圖，包括主要的大地構(gòu)造單元和主要斷層的力學(xué)性質(zhì)，如圖4所示，圖5為研究區(qū)地表構(gòu)造活動模式圖。

圖3 青藏高原及鄰區(qū)地震活動的深度層分布(地震資料據(jù)ANSS目錄，1963－01－01～2012－09－15，M≥4;地殼厚度－50 km等值線示意圖據(jù)段虎榮等 (2010)編繪)(a)0～34 km;(b)35～74 km;(c)75 km以下Fig.3 Deep level distribution of seismic activity in the Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent areas(M≥4;earthquakes are based on ANSS catalog from Jan．1，1963 to Sep.15，2012;sketch map of crustal thickness line of－50 km is compiled from Duan et al(2010))(a)depth 0～34 km;(b)depth 35～74 km;(c)under depth 75 km

由圖5可見，帕米爾—興都庫什匯聚了5座大的山系:喜馬拉雅山脈，昆侖山脈，天山山脈，蘇萊曼山脈和帕爾帕米斯山脈。5大山系相間5個平原或者高原:青藏高原，塔里木盆地，土蘭平原，赫爾曼德河平原和印度河平原。5座大山匯聚于一點，即帕米爾—興都庫什地區(qū)。同時，相間的5個平原 (或高原)也尖滅于此處。

圖5中依據(jù)圖4給出了一些主干斷裂的構(gòu)造運(yùn)動性質(zhì)，顯示了各山脈和各平原的活動方式。從圖中可看出，地震構(gòu)造模式恰如伸出左手抓起一坨泥巴逆時針地緩慢旋扭所形成的大地地貌。按照李四光 (1976)的泥巴實驗?zāi)Ｊ?，可以設(shè)計一套實驗裝置來模擬這個旋扭過程。于是，青藏高原和赫爾曼德河平原被擠了出去，印度河平原被拉了進(jìn)來，塔里木盆地 (圖6，順時針旋扭，據(jù)牛之俊等 (2007)、楊少敏等 (2008)和筆者與郭良遷的私人通信①http://blog.sina.com.cn/s/blog_41478bf40100nkyb.html.)與土蘭平原由于天山山脈受旋扭運(yùn)動影響較小則在原地扭動著。如果把蘇萊曼山脈和喜馬拉雅山脈的原始地貌假定為單一的緯向構(gòu)造，把昆侖山脈和帕爾帕米斯山脈的原始地貌也假定為單一的緯向構(gòu)造，天山山脈則基本保留緯向構(gòu)造的態(tài)勢，于是旋扭運(yùn)動及其影響就更加形象化了。這種旋扭運(yùn)動的動力就在興都庫什地震柱。

圖4 青藏高原及鄰區(qū)地震構(gòu)造圖②據(jù)國家地震局地質(zhì)研究所 (1981)、李春昱等 (1982)等改編.Fig.4 Seismotectonic map of the Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent areas

緬甸地震柱也有類似的情形。李四光 (1976)定義為滇川歹字型構(gòu)造，緬甸地震柱正是其樞紐位置所在。

筆者發(fā)現(xiàn)了兩個旋扭中心，恰如兩只轉(zhuǎn)輪。但是，比較而言，似乎興都庫什地震柱是一個主動輪，而緬甸地震柱則只是一個從動輪，是被青藏高原向東南方向擠出 (歹字型構(gòu)造的翼部)所帶動的。

由于地震柱內(nèi)部的中深源地震活動在時間序列上呈自下而上逐層驅(qū)動之勢，兩個旋扭中心的能量顯然都來源于深部 (陳立軍，2013)，因此它們不會像汽車一樣開走的，只是近地表部分會因被帶動而變形，造山、造平原，改變著大地地貌。

圖5 青藏高原及其鄰區(qū)地震構(gòu)造模式圖Fig.5 Seismotectonic pattern map of the Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent areas

圖6 塔里木盆地繞東部1033點順時針旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動速率圖和55°～91°E、25°～48°N區(qū)域的GPS測站年速率位移矢量圖(a)據(jù)牛之俊等 (2007);(b)以本區(qū)的整體位移為基準(zhǔn)計算得出，據(jù)郭良遷 (2002)Fig.6 Movement rate in clockwise rotation of Tarim Basin related to I033 point in eastern and annual rate displacement vector of GPS measuring stations in the area of 55 ～91°E and 25 ～48°N(a)from Niu et al(2007);(b)calculated by the overall displacement as the reference based on Guo(2002))

因此，青藏高原的地震活動，就與這兩個旋扭中心不無關(guān)系了。青藏高原的地殼猶如一個勺狀構(gòu)造，正是由于興都庫什地震柱的旋扭運(yùn)動所造就，必然對青藏高原的南北兩側(cè)構(gòu)成擠壓和(或)剪切，緬甸地震柱的旋扭對青藏高原向東南方向擠出構(gòu)成阻礙，便在勺狀構(gòu)造的底部邊緣部位，即勺底的斜坡帶上，造成應(yīng)力積累，屢發(fā)強(qiáng)震。圖3b清楚地說明這一點。

青藏高原地殼深部的這種勺狀構(gòu)造，靠碰撞和俯沖是不能生成的，因為從力學(xué)的角度，在兩個地塊相互碰撞或者俯沖的界面上，應(yīng)該是大致均勻變形的。或者說，青藏高原地殼深部的這種勺狀構(gòu)造，只能靠某種旋扭型的構(gòu)造運(yùn)動才能建造。白登海等 (2011)認(rèn)為大地電磁觀測揭示青藏高原東部存在兩條中下地殼物質(zhì)流。勺狀構(gòu)造的形態(tài)顯示可能與某種旋扭型構(gòu)造運(yùn)動的牽引下所形成的青藏高原下地殼物質(zhì)流的運(yùn)動有關(guān)。

3 研究區(qū)地震構(gòu)造的GPS資料解釋

圖7為全球GPS年度成果圖及地表運(yùn)動模式示意圖。作者收集到1999～2010年部分GPS年度成果圖皆基本一致，說明這個圖像是相對穩(wěn)定的。

圖7 全球GPS年度成果圖及地表運(yùn)動模式示意圖①據(jù)http://sideshow.jpl.nasa.gov網(wǎng)頁 (2011)改編.Fig.7 Global annual GPS maps and sketch map of surface motion model

由圖7可見，當(dāng)今全球地表的構(gòu)造運(yùn)動表現(xiàn)為:東半球整體呈順時針旋轉(zhuǎn)，西半球整體呈逆時針旋轉(zhuǎn)，優(yōu)勢速率2～7 cm/a，共同分裂大西洋，壓迫太平洋。這是一種典型的大陸漂移現(xiàn)象。在圖7中，無論是地中海到喜馬拉雅，還是環(huán)太平洋的周邊，都看不出會有發(fā)生地塊“碰撞”的可能。盡管太平洋東南部在大洋中脊的兩側(cè)出現(xiàn)海底擴(kuò)張的趨勢，但其速率不超過10 cm/a，單靠大洋底板構(gòu)造變形就足以消減，并不具備驅(qū)動太平洋地塊與歐亞大陸“碰撞”的能力。在印度地塊與歐亞大陸結(jié)合部，更是連續(xù)的趨勢性右旋，似乎也并無“碰撞”的可能。

對青藏高原局部的GPS觀測成果，筆者缺少有力資料。但圖6a的左側(cè)已經(jīng)顯示了興都庫什地區(qū)的某種左旋運(yùn)動趨勢。從圖6b(郭良遷等，2002)可以清楚地看到，興都庫什地區(qū)的確存在某種左旋運(yùn)動的趨勢。由于興都庫什以西、以南地區(qū)缺少GPS觀測資料，還需作進(jìn)一步研究。

4 青藏高原的地震預(yù)測及地震監(jiān)測工作的建議

4.1 青藏高原的地震預(yù)測

作者于2012年1月5日在美國西部的地震預(yù)測試驗中發(fā)現(xiàn)，地震柱內(nèi)的殼下地震活動可以作為殼內(nèi)強(qiáng)震活動的前兆①陳立軍，陳曉逢.2012.美國西海岸地震預(yù)測方法初探.湖南地震 (內(nèi)刊).(http://blog.sciencenet.cn/blog－552558－525866.html)。作者的預(yù)測區(qū)域4月12日發(fā)生加利福尼亞灣6.2和6.9級地震，得到驗證。

基于本文的研究，根據(jù)地震地?zé)嵴f原理與地震和火山活動的預(yù)測方法，作者于2012年4月19日向地震主管部門提交了全球主要地震柱殼內(nèi)強(qiáng)震與火山活動強(qiáng)度和活動地點的中期預(yù)測卡片 (以下簡稱0419卡片)，包括《全球主要地震柱未來3年活動趨勢》和《全球主要地震柱未來3年活動地點》兩個附件。0419卡片的預(yù)測區(qū)域已有部分證實，包括土耳其地震、菲律賓地震、危地馬拉周邊地震，甚至2012年7月31日危地馬拉的火山噴發(fā)也發(fā)生在0419卡片的“可能火山區(qū)”附近。當(dāng)然，目前的地點預(yù)測并不很準(zhǔn)確，只能指出哪個地震柱、哪個地區(qū)將會發(fā)生殼內(nèi)強(qiáng)震或者火山活動。地點和時間預(yù)測的準(zhǔn)確性還有賴于當(dāng)?shù)氐牡卣饘W(xué)方法與前兆方法預(yù)測的補(bǔ)充 (陳立軍等，2000;陸明勇等，2009;劉翔等，2010;付虹等，2011)。

0419卡片附件2中對中國境內(nèi)共畫了7個“可能地震區(qū)”，其中5個在中國西部，2個在臺灣。截止當(dāng)前，7個“可能地震區(qū)”中已有3個出現(xiàn)了6級以上的殼內(nèi)強(qiáng)震活動 (圖8)。

0419卡片所圈定的中國西部5個“可能地震區(qū)”中，4個針對興都庫什地震柱，1個針對緬甸地震柱，除2個已有強(qiáng)震活動外，尚有3個等待驗證 (圖略)。

4.2 關(guān)于青藏高原地震監(jiān)測工作的建議

圖8 中國境內(nèi)2012年5月以來6級左右殼內(nèi)強(qiáng)震活動地點預(yù)測效果圖(據(jù)陳立軍地震預(yù)測卡片，2012－04－19;圖中虛線圓圈為0419卡片圈定的預(yù)測區(qū);背景地震資料據(jù)ANSS目錄。2009－01－01～2012－09－15，M≥4，震源深度 h＞34 km)Fig.8 Location prediction effect map of within-crust M6 strong earthquakes activities in China since May，2012(basing on Chen's prediction card，2012－4－19;dotted circles are prediction area delineated on 0419 card and M≥4 background earthquakes are from ANSS catalog，2009－01－01～2012－09－15，focal depth h＞34 km)

鑒于青藏高原地震活動夾在興都庫什地震柱和緬甸地震柱之間，必然與地震柱的活動有關(guān)，因此對青藏高原的地震監(jiān)測工作提出如下建議:

(1)青藏高原地震研究不能局限在中國國界以內(nèi)，擬聯(lián)系周邊國家，組成一個如地中海的地震觀測系統(tǒng) (EMSC)。目標(biāo)區(qū)域至少針對本文的研究區(qū)。

(2)擬對2級以上地震有效監(jiān)控并確定4個參數(shù):時間、地點、震級、震源深度并公開發(fā)布。

(3)鑒于青藏高原人煙稀少，建議開發(fā)衛(wèi)星觀測系統(tǒng)，即用直升機(jī)在山頂安裝拾振器，將信號發(fā)送到資源衛(wèi)星，由地面站接收信號并入國家地震臺網(wǎng)中心統(tǒng)一處理。

系統(tǒng)的地震監(jiān)測資料，從獲得到能用于地震預(yù)測研究，至少需要10年以上，因此是需要積極推進(jìn)的。

5 結(jié)論與討論

筆者根據(jù)地震地?zé)嵴f原理和中國西部的大地構(gòu)造資料，討論了青藏高原的地震構(gòu)造活動模式及其地震活動特征，指出興都庫什地震柱和緬甸地震柱是控制青藏高原構(gòu)造運(yùn)動和地震活動的主因，青藏高原深達(dá)70 km的巨厚地殼是內(nèi)陸地區(qū)殼內(nèi)強(qiáng)震頻發(fā)的有利構(gòu)造條件，利用35 km以下青藏高原的下地殼地震和周邊地區(qū)的殼下地震活動動態(tài)，參考?xì)v史震例，可以為研究區(qū)內(nèi)的殼內(nèi)強(qiáng)震活動與火山活動提供可能的活動強(qiáng)度、可能的活動地點與大致活動時段等前兆性指標(biāo)，并取得了初步成效。本文的研究區(qū)別于“碰撞”和“俯沖”之說，也區(qū)別于“地塊”之說。最大的區(qū)別在于，按照本文的觀念可以預(yù)測未來幾年內(nèi)地震柱的活動趨勢，而地塊說和碰撞說只能在震后做出一些解釋，卻無法預(yù)測未來事件 (地震與火山)發(fā)生的可能性。因此，地震地?zé)嵴f的原理與工作方法，至少在地震活動與火山活動的預(yù)測中是可以借鑒的。為此，筆者對青藏高原地區(qū)的地震監(jiān)測工作提出若干建議，以利于為地震預(yù)測研究積累更加豐富的基礎(chǔ)資料。

筆者所采用的ANSS地震目錄沒有統(tǒng)一的震級標(biāo)度，只是不同標(biāo)度的4級以上地震。好在筆者現(xiàn)階段的研究只取一定深度以下的地震個數(shù)，未來如果需要討論地震的強(qiáng)度關(guān)系或者能量關(guān)系，將采取統(tǒng)計的方法轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的震級標(biāo)度來處理。

關(guān)于震源深度的精度問題，作者在科學(xué)網(wǎng)的博文中做了專題研究。研究結(jié)果表明，ANSS地震目錄與中國地震臺網(wǎng)的CSN地震目錄對中國地區(qū)的震源深度測定結(jié)果大體一致。詳見http://blog.sciencenet.cn/home.php mod=space＆uid=552558＆do=blog＆id=611306。

關(guān)于興都庫什地震柱旋扭運(yùn)動的動力學(xué)機(jī)制問題，目前尚無明確的解釋。由于地震柱內(nèi)部的中深源地震活動呈自下而上逐層驅(qū)動之勢，筆者推測，在同一個活動期內(nèi)，該地震柱內(nèi)的中深源地震活動有可能具有螺旋上升的勢頭。這需要結(jié)合地震活動的時序、三維空間分布以及地震的震源機(jī)制解加以綜合分析。如果明確了興都庫什地震柱的動力學(xué)機(jī)制，緬甸地震柱的情形也就迎刃而解了。

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