已有不少研究表明2008 年四川汶川M8.0 地震是发生在NE 向龙门山断裂带中-北段的一次逆冲-右旋走滑型破裂事件^[1~4]，并且，该断裂带属于巴颜喀拉､华南两个块体/地块边界活动构造带的一部分^[5~7].我们的研究也曾经揭示:至少在汶川地震前的1100~1700 年中，龙门山断裂带没有发生过M≥7的地震，但在最近的约400年中，巴颜喀拉块体的东边界共发生了12次M=6.5~8.0 地震，且显示出一个应变能逐渐加速释放的过程，汶川地震即属于该过程的最新大地震^[6].然而，闻学泽等的研究^[6]尚未回答的问题还有:是何种原因引起巴颜喀拉块体东边界的应变能加速释放?认识这种加速释放过程对于研究未来的大地震危险性有何意义?针对这些问题，本文拟基于区域活动构造､震源机制解､GPS 站速度场与历史强震活动等资料，分析研究巴颜喀拉块体北､东两个边界断裂系统的构造动力学特征以及大地震发生的关联性，进而讨论这种特征与关联性对于潜在大地震危险性研究的意义.

在印度洋板块与欧亚板块碰撞后继续向北推进､引起青藏高原形成的同时，青藏高原的若干构造块体分别沿大型走滑断裂带向东和南东方向“逃逸"^{[8， 9]}，并且，这种“逃逸"运动可能具有明显塑性“流动"(非刚性运动)的性质^[10~12].位于青藏高原中-北部的巴颜喀拉块体^[13]是这些活动块体之一，它的北和南边界分别为左旋走滑的东昆仑断裂带和玉树､鲜水河断裂带，而东边界则是由龙门山断裂带及其北西侧的若干次级断裂带组成的活动构造与断裂系统(图 1).综合分析区域活动构造､震源机制解与GPS站速度场，可将巴颜喀拉块体及其边界带的运动与变形特征概括如下:

作为巴颜喀拉块体的北边界，NWW-近EW向东昆仑断裂带是巨型的左旋走滑活动断裂系统，全长约1800km, 其展布与区域GPS站速度矢量或块体运动方向呈锐角相交.该断裂带中段(青海格尔木-玛沁)晚更新世晚期以来的平均左旋滑动速率为10~12.5 mm/a^[14]，而在东段(青海玛沁以东-甘肃武都)的多条分支断裂中，主断裂的平均左旋滑动速率为5~7 mm/a^[15].另外，震源机制解也反映该断裂带以左旋走滑为主的性质，尽管该断裂带东端附近存在逆断层作用的机制解(图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 靑藏商原中•东部活动块体､活动断裂与现今区域动力孕阁像左下角为区域索引阁｡GPS站速度是丨999〜2007年期叫的平均，由王敏研究员解灯｡谣源机制解来源于参考文献[13]､[21]〜[39] Fig. 1 Map of active tectonic blocks, active faults and regional dynamics of the central and eastern Qinghai-Tibetan plateau Index map is shown on the down-left side.Calculated by Prof.Wang Min, the averaged GPS station velocities arc for the period from 1999 to 2007.Focal mechanism solutions arc from Rcfs.[13] and [21] to [39]

作为巴颜喀拉块体的南边界，NW 向玉树､鲜水河断裂带也是巨型的左旋走滑活动断裂系统，全长约1200km, 总体展布与区域GPS站速度矢量或块体运动方向呈锐角相交.其中，玉树断裂带晚更新世晚期以来的平均左旋滑动速率为12.5mm/a^[16]，而鲜水河断裂带的在7~14 mm/a之间^{[17， 18]}(平均约10mm/a)；震源机制解主要反映这两条断裂带的左旋走滑断层作用.由于玉树､鲜水河断裂带同时也是羌塘､川滇块体的北东和北边界(图 1)，它的平均左旋滑动速率亦即羌塘､川滇块体相对于巴颜喀拉块体朝东和南东方向“逃逸"得更快的速度差.

巴颜喀拉块体的东边界除了有NE 向龙门山断裂带之外，还包括位于该断裂带中､北段北西侧的若干活动断裂(带)(图 1)，主要是从东昆仑断裂带东段向南分岔出来的若干次级断裂，如NWW 向转为近S-N 向的白龙江断裂(迭部-武都西侧)､NNW向转为近S-N 向的虎牙和岷江断裂带(松潘-青川之间)､以及NE 向龙日坝断裂带^[19](松潘以西)等.巴颜喀拉块体东边界带的总体展布与区域GPS 站速度矢量或该块体运动的方向呈大角度相交或近于正交.在横跨东边界带中段的方向上(达日-马尔康-汶川-成都一线)，由GPS 测量反映的平均水平缩短速率约为3.5 mm/a, 右旋剪切变形速率约为6 mm/a^{[5， 7]}；而在横跨东边界北段的方向上(达日-松潘-青川一线)的平均水平缩短速率为5~6mm/a, 右旋剪切变形速率为2~3 mm/a^[7]，反映该东边界带的活动构造运动/变形方式以水平挤压/缩短作用为主.另外，震源机制解也反映该东边界带以逆冲断层作用占优势(图 1).

以上说明:巴颜喀拉块体朝东-南东方向的水平“逃逸"运动由于受到克拉通型的华南地块的阻挡，在这两个块体/地块的边界带及其附近以水平缩短-挤压逆冲为主､伴有水平剪切的方式进行活动构造变形响应，并在一个200 多公里宽的地带发生3.5~6mm/a的水平缩短和2~6 mm/a的剪切变形.由于该边界变形带的展布偏向于相对“软"的巴颜喀拉块体一侧，本研究称之为“巴颜喀拉块体东边界带"，如图 1的浅绿色影区所示，大体呈北东侧宽､南西侧窄的形状.在该东边界变形带内，来自巴颜喀拉块体北边界断裂系统的水平走滑运动已转换为以侧向缩短和挤压逆冲作用为主､兼有走滑或者剪切作用的变形.研究区现代地震的震源机制解的空间分布以及GPS站速度场特征非常支持这种认识(图 1).因此，巴颜喀拉块体东边界带变形的构造动力源应是该块体朝东-南东向的水平运动---表现为该块体北边界断裂系统的左旋走滑运动.由此可见:巴颜喀拉块体的北和东边界这两个相邻且大角度相交的断裂系统存在强烈的相互作用---北边界的运动对东边界的“加载"作用.

相互作用是所有断裂系统的一个基本特征，这种作用不是通过断层之间的“硬联接"来实现，就是通过将位移转换成断层之间岩石的分布式变形的“软联接"来进行^[20].因此，本文以下拟进一步探讨的问题是:巴颜喀拉块体北边界断裂系统的运动及其对东边界断裂系统“加载"作用的动力学过程，是否在大地震活动上也有所反映?或者说这两个边界断裂系统的大地震发生是否存在关联性?需要指出的是:羌塘-川滇块体与巴颜喀拉块体同属朝东-南东方向“挤出"运动的､相对独立的两个活动构造块体(图 1)^[21~39]，但巴颜喀拉块体的“挤出"运动速率要比羌塘-川滇块体的低10~12mm/a.因此，羌塘-川滇块体的运动与巴颜喀拉块体东边界的变形似乎没有直接的联系.

巴颜喀拉块体及其周缘的不同地区，完整强震､大地震记载与记录的时间是不同的.其中，该块体北边界东昆仑断裂带的甘肃迭部及其以西地区､南边界玉树断裂带的青海玉树北西地区，由于地处青藏高原中-西部与可可西里，1900年以来才有完整M≥6.7地震的记载或记录^[40]；该地块南边界的鲜水河断裂带从1725年以来有完整的M≥6.5 地震记载或记录^[41]；在该块体东边界及其附近，最早记载的破坏性事件分别为BC186年甘肃武都(甘南)M≥7地震，之后是AD638 年四川松潘M53/4 地震；其中，沿龙门山断裂带地区有文字记载的地震历史可长达1300~1700 年^{[6， 16， 42~44]}.因此，就整个巴颜喀拉块体东边界地区而言，除四川的松潘-马尔康以西地区外，从AD1700 年以来M≥7 地震的记载是完整的^[6].表 1整理出巴颜喀拉块体北和东两个边界断裂系统的大地震事件.

表 1(Table 1)

表 1 巴颜喀拉块体北和东边界的大地震事件 Table 1 Major earthquake events on the northern and eastern boundaries of the Bayan Har block

表 1 巴颜喀拉块体北和东边界的大地震事件 Table 1 Major earthquake events on the northern and eastern boundaries of the Bayan Har block

为了在第4节的分析中能直观了解表 1中各次地震破裂的位置，我们已汇集起研究区自1850年以来M≥6.7地震破裂展布的信息，并绘于图 2.图 2中，大部分历史地震的破裂展布是采用地震烈度分布^[42~44]以及烈度-破裂延伸的经验关系^[41]，结合相关的地质调查研究结果确定的，而现代地震破裂的展布则是依据地震地表破裂带､震源破裂以及余震分布信息^{[2， 40， 41， 45~49]}确定的.

图 2

Fig. 2

图 2 泞藏商原中-东部地礙破裂阁像(1850年12月〜2010年12月，论6.7)黑色短线足地娱破裂展布，佶怠分别来源:巴颜喀拉､川湞块体内部及边界带一 [6]､[5]､[6]､[40]､[41]:印度洋板块边界一[46]: 其余一本研究依据历史及现今地谣破坏 [42~44]､[47~49]､地衣破裂及余籐分布综合确定 Fig. 2 Map of earthquake ruptures in the central and eastern Qinghai-Tibetan plateau (for M>6.1 events from Dec.1850 to Dec.2010)

从图 2看到:自有仪器记录的1902 年以来，沿巴颜喀拉块体北边界断裂系统-东昆仑断裂带-已发生了7次M=6.9~8.1的大地震.此外，野外调查还发现一次稍早时期发生于该断裂带青海玛沁段的M>7地震(表 1中第1个编号0的事件)，依据是目前那里依然存在清晰可辨的､延伸近100km长的地震地表破裂带，并有当地藏族牧民提供的大致发生年代(19 世纪中-后期)的信息^{[15， 40]}.这8 次大地震中有7次破裂了东昆仑断裂带总长度的约2/3，仅1次(1947年M=7.7)发生在该断裂带南侧的分支断裂上.另外，自1879年以来，沿巴颜喀拉块体东边界断裂系统也已发生了4次M=7.2~8.0的大地震事件(将1976年的M7.2双震记为1次事件)，这些事件的破裂展布在东边界断裂系统的北-中段，且大体存在由北向南扩展的趋势；2008年汶川M8.0地震是东边界断裂系的最新大破裂事件.

根据前述巴颜喀拉块体北和东边界地区历史地震资料的完整性时段，本节分析东边界断裂系统自18世纪以来M≥7､北边界断裂系统自19 世纪中-晚期以来M≥6.9地震的发生及其关联性，从中观察这两个断裂系统的相互作用-北边界的运动对东边界的作用-在大地震活动方面的响应.

首先由表 1的资料计算并绘制巴颜喀拉块体北和东边界断裂系统地震应变能(贝尼奥夫应变)的累积释放-时间曲线(图 3).其中，单次事件的应变能e由面波震级M与经验公式^[50]

图 3

Fig. 3

图 3 巴颜喀拉块体北､东边界的累积应变能释放-时间曲线纵坐标数值为相对值，灰色粗竖线表示地震时间位置不确定.A､B点为推测的加速释放起始时间位置. Fig. 3 Cumulated strain energy release versus time curves for the northern and eastern boundaries of the Bayan Har block

计算，它是与同震位错呈正比的物理量^[51].

由图 3的曲线(a)看到:巴颜喀拉块体北边界断裂系统从19 世纪中-晚期开始到2001 年的100 多年中，发生了由8次M=6.9~8.1事件组成的大地震序列，累积释放了约90×10⁷J^1/2的应变能.其中，年释放速率由1902~1937年之间的3.09×10⁶J^1/2/a, 逐渐增加到1937~1973年期间的约7.44×10⁶J^1/2/a以及1973~2001 年期间的约14.64×10⁶J^1/2/a, 呈现出一个逐渐加速的释放过程.这8 次地震中有7次发生在东昆仑断裂带中､西段的主断裂上，致使该主断裂在青海玛沁及其以西的部分几乎完全破裂和贯通，破裂段的累计长度约占东昆仑断裂带总长度的2/3(图 2).

由图 3的曲线(b)看到:巴颜喀拉块体东边界断裂系统自从有完整大地震记载的1713 年M7 地震之后至2008年的约295年期间，总共发生M=7~8地震5次(1976年M7.2双震仅记为1次事件)，累积释放了约73×10⁷J^1/2的应变能.其中，在1933 年之前的220年中似乎表现为常速率释放，平均年释放速率约1.61×10⁶J^1/2/a.然而，从1933 年起释放速率逐渐增大，由1933~1976 年之间的约2.91×10⁶J^1/2/a, 增大至1976~2008 年之间的7.81×10⁶J^1/2/a.

根据图 3的两条拟合曲线，可推断北边界断裂系统的加速释放过程最晚在1902 年地震时已经开始，也可能更早.然而，东边界断裂系统的加速释放过程似乎是自1933年(或者从1879年M8地震后)开始的，至少滞后于北边界断裂系统30 年，即滞后的时间至少应是图 3中A､B点的时间差.

以上说明:1902 年(或可能更早)到2001 年的100(多)年期间，巴颜喀拉块体的北边界发生了一个由8次事件组成的大地震序列，且呈现出逐渐加速应变释放的过程.该过程也是巴颜喀拉块体朝东-南东东方向加速运动､推进作用逐渐加强的过程，其引起该块体东边界断裂系统自1933 年以来以一个3次事件(1976M7.2双震计为一次事件)组成的大地震序列进行响应.2008年汶川M8.0地震正是该响应序列中的最新事件.

图 4是巴颜喀拉块体的北､东两个边界断裂系统大地震发生的序次-时间图.从中看到:北边界断裂系统1902~2001年期间7次事件的序次-时间关系总体上呈现指数函数型的单调上升，反映事件之间的时间间隔依次缩短(图 4a)，并与至少从1902年就已开始的应变能加速释放过程(图 3a曲线)相对应.东边界断裂系统在1879~2001 年期间4 次M7.2~8.0事件的序次-时间关系也呈现指数函数型的单调上升，事件之间的间隔也具有逐渐缩短的趋势(图 4b)，同时与东边界断裂系统自1933年(或者可能1879 年)以来的应变能加速释放过程(图 3b)相呼应.

图 4

Fig. 4

图 4 巴颜喀拉地块北､东边界大地震序列的事件序次-时间关系实线为拟合曲线，虚线为推测部分，灰色为外推预测部分. Fig. 4 Event's order-number versus time relationships of the major earthquake sequences on the northern and eastern boundaries of the Bayan Har block

与图 4(a､b)所示相类似的､单个断裂系统的大地震时间间隔逐渐缩短的现象，早在1970年代就由茂木清夫^[52]注意到.他发现千岛-日本海沟板块俯冲带在1918~1973年期间的大地震活动中，随着地震事件序次的增大，相继事件的时间间隔逐渐缩短.进而，他采用一个多弹簧(滑块系统的破坏过程来解释相应的机制:系统强度由所有并联弹簧的强度构成，当其中某个弹簧发生破坏(地震发生)，其随即丧失支撑构造力的作用，并将原先承受的构造力转由其他弹簧承受；随着系统中弹簧破坏数量(大地震的次数)的增加，系统的强度也逐渐变弱，相邻地震事件的时间间隔也以指数函数的形式逐渐缩短^[52].后来，张国民与傅征祥^[53]也发现在中国大陆华北地区的同一个强震活跃期内也存在类似的现象，并进一步采用线性流变体理论和“强固区"模型解释了这种现象的物理机制.另据研究，东昆仑断裂带上1937､1963､1973以及1997年4次M≥7地震的同震破裂不仅引起相邻断裂段库仑破裂应力的增加，而且，由先发地震破裂面的震后黏弹性松弛作用还进一步增加了相邻断层段的库仑破裂应力^[54].

因此，巴颜喀拉块体北､东边界断裂系统大地震时间间隔的逐渐缩短(图 4(a､b))，可能与各断裂系统强度的逐渐变弱以及大地震的同震位错和震后黏弹性松弛作用引起的应力转移有关，是具有明确物理含义的.可根据这种逐渐缩短的趋势估计巴颜喀拉块体北､东两个边界断裂系统的潜在大地震危险性(详见第5节最后的讨论).

在过去的100多年中，巴颜喀拉块体北边界断裂系统发生了由8 次事件组成的大地震序列.该序列的逐渐加速释放/发生的过程也是巴颜喀拉块体朝东-东南方向的运动逐渐加速､推进作用逐渐加强的动力学过程，其引起该块体东边界断裂系统的加速变形与和应变积累，并以一个由3次事件组成的､至少滞后30年的､逐渐加速发生的大地震序列进行响应.2008年汶川M8.0地震正是该响应序列中的最新大地震事件.另外，东边界的响应型大地震序列的发生滞后于北边界的数十年，可能与该块体朝东东南“逃逸"运动的非刚性性质^[10~12]有关.

我们最近完成的另一项研究表明:云南地区近S-N 向左旋走滑的小江断裂带与NW-近E-W 向逆冲兼右旋走滑的曲江-石屏断裂带分别属于川滇块体的东南边界和南边界断裂系统.这两个相邻断裂系统的大地震序列也存在密切的关联性:前一断裂系统的大地震加速发生序列引起了后一断裂系统以一个滞后数十至百余年的大地震加速发生序列进行响应^[55].因此，我们这两项研究发现的､活动块体两个相邻边界带存在大地震序列发生的关联性是与由走滑运动向逆冲兼走滑运动转换的构造动力学性质与过程密切相关的，具有一定的普适性.

很难判断巴颜喀拉块体北和东边界带各自的大地震序列是否已经结束(图 3､4).若根据图 4 的两条拟合曲线外推，本研究不能排除未来在该块体北边界或者东边界再次发生大地震的可能.其中，可由图 4a的拟合曲线估计北边界断裂系统的下一次M≥7地震可能发生在2010~2021年之间(约95%置信区间)，危险地点似应考虑东昆仑断裂带中段(格尔木以南)和东段(以玛曲为中心)的两处“地震空区"(参见图 2)；而由图 4b 的拟合曲线可估计东边界断裂系统下一次M≥7地震可能发生在2031~2035年之间(约95%置信区间)，危险地点似应考虑东边界断裂系统尚未发生大地震破裂的那些部位，主要有:(1)甘肃玛曲､迭部､至武都(甘南)与四川松潘之间的东昆仑断裂带东段及其分支断裂；(2)四川龙门山断裂带南段(汶川以南-康定)；(3)四川龙日坝断裂带(松潘以西)，等等(参见图 2).因此，应加强对这些“地震空区"或断裂段潜在大地震危险性的研究.

马瑾院士在审阅我们另一篇论文稿^[6]时曾提示:可根据断裂系统整体的强震活动规律及其发展趋势探索中-长期地震预测问题；本项研究在很大程度上是受到这一思路的启发而开展的.马胜利研究员与另一位审稿专家对本文提出有价值的修改意见与建议.作者在此向他们表示衷心感谢.