四川泸定何以成为强震孕育的温床?
中国地震局地球物理研究所 李永华、石磊
2022年9月5日12时52分,四川甘孜州泸定县发生6.8级地震,截至目前, 共造成74人遇难。泸定6.8级地震震中位于鲜水河断裂带。历史上该断裂带曾发生过一系列7级以上的大地震,其中包括几乎同一位置发生的1786年康定-泸定7.8级地震(图1a)。我们可以发现,这些大地震并不是均匀分布的,有些地方频繁发生,有些地方很少发生,这是为什么呢?
我们知道,地震是当积累的弹性应力达到岩石破裂强度时,岩石发生破裂释放所积累应变能的过程。地震的孕育、发生过程不仅与其所在的构造背景及作用力有关,还与地壳地幔介质的岩石组成、物理性质密切相关。因此,确定地球深部结构可以为我们认识地震为什么在此发生提供重要的依据。
地震学家通常借助地震波所携带的信息,在不破坏地球的前提下探测地球内部结构。一般认为,地震波速度越高代表岩石强度越大,反之亦然。从四川泸定6.8级地震震源区地壳速度结构来看,青藏高原东部中、下地壳(20-50 km深度)地震波速度相对较低,而四川盆地中、下地壳速度(20-40 km深度)地震波速度相对较高。此次地震正是发生在高、低速过渡带上(图1a, b),也说明了不同地质块体地壳结构差异对区域应力积累起着重要的控制作用。
另外,主震断层面上的地震波高速异常区与主要的同震破裂区具有很好的一致性(图1c,图1d)。通常认为,上地壳高速体表征着脆性的地壳部分,能承载更大的地震应变能。该高速异常体上覆为地震波相对低速的沉积层,下伏则是中、下地壳低速带。沉积层韧性变形以及软弱下地壳的韧性蠕变将有助于脆性上地壳岩石中弹性应变能的积累,从而导致强震的发生(图2)。
图1 四川泸定6.8级地震震源区地壳结构及同震破裂过程
(a) 中、强地震与地震剖面位置;(b)、(c)震源区地壳剪切波速度结构,剖面位置见图1a,图中红色五星、黑点分别为主震、余震分布(房立华提供);(d)震源破裂过程(台网中心提供)
图2 震源区应力积累示意图